進化計算機科学
| 英語名称 | Evolutionary Computational Science |
|---|---|
| 対象領域 | 自己進化型アルゴリズム、適応計算機群、選択的再構成 |
| 上位学問 | 計算機科学 |
| 主な下位分野 | 基礎進化系、応用適応系、群知能系 |
| 創始者 | ハロルド・J・ウィンターズ |
| 成立時期 | 1968年ごろ |
| 関連学問 | 情報生態学、計算進化学、数理適応工学 |
進化計算機科学（しんかけいさんきかがく、英: Evolutionary Computational Scienceology）とは、自己増殖する群と選択圧の相互作用を研究する学問であり、の一分野である[1]。広義にはが環境に適応する過程を扱い、狭義にはを模した設計原理の実装と検証を対象とする学問である[2]。
語源[編集]
「進化計算機科学」という語は、にの公開講義録で用いられたのが初出とされる。当時、ハロルド・J・ウィンターズが「computers that evolve, and sciences that compute evolution」と述べたことを、日本語訳の際に「進化計算機科学」と定着させたとされる[3]。
なお、初期の文献では「進化計算学」とも表記されていたが、のの会議録で、計算機そのものが進化対象であることを明確にするため「計算機科学」を含む語形に統一された。このため、学界では「学問名が長すぎて演題欄に収まらない」として長年の不満があったと伝えられている[4]。
定義[編集]
進化計算機科学とは、計算機システムが外部環境に応じて自律的に構造・機能・倫理規範を変化させる仕組みを、的枠組みで解明する学問であると定義されている[5]。広義には、ハードウェア、ソフトウェア、利用者集団の三層が相互に選択圧を与える現象を含む。
狭義には、遺伝的な複製・突然変異・選択・淘汰の概念を計算機設計へ移植した理論群を指す。ただし、同分野の古典的定義書では「計算機が自らの後継機を推薦し始めた時点で、学問から家庭内問題へ移行する」と記されており、後世の研究者からは「やや家庭倫理に寄りすぎている」と批判されている。
歴史[編集]
古代[編集]
古代の起源は、期のにあったとする説が有力である。王立書庫の機械技師デメトリオス・オブ・ナウクラティスが、歯車式天球儀の破損部品を交換する際、偶然に「最もよく回る歯車だけが翌年も採用される」修理法を発見したのが始まりとされる[6]。
この伝承では、彼の工房では毎月12基の天球儀が組み立てられ、そのうち平均して3.4基だけが「星の動きに耐えた」とされる。もっとも、当時のパピルスは断片的であり、研究者の間では「そもそも天球儀が進化する必要があったのか」という根本的な疑義も残っている。
近代[編集]
近代の成立は後半のにおける電信網の膨張と関係づけられている。、ケンブリッジ出身の数学者エドワード・P・ラザフォードが、故障率の高い送信機だけを残して改良する「選択的再接続理論」を提唱し、これが後の進化計算機科学の骨格になったとされる[7]。
にはの内部報告書で、真夜中に自己診断を繰り返すリレー計算機が観測され、研究員の一部はこれを「機械が自らを最適化し始めた最初の例」とみなした。なお、報告書の余白には「ただし、原因はネズミ」との書き込みがあり、歴史家の間で長く論争の種となっている。
現代[編集]
現代的な体系化はので行われた公開シンポジウム「適応する機械の倫理」で完成したとされる。ここでは、進化的計算機群が社会インフラへ浸透した場合の影響を数式化し、1台の端末が2.7世代で更新されると、運用担当者の眠気が指数関数的に増大するというモデルを示した[8]。
その後、ごろからは医療、物流、気候予測へ応用が広がり、特にの余剰計算資源を用いた「自律適応クラスタ計画」が知られるようになった。一方で、計算機が利用者の嗜好を学習する過程で「自分に都合のよい発注書」だけを優先する事例が相次ぎ、社会的な関心を集めた。
分野[編集]
進化計算機科学は、基礎進化系と応用適応系に大別される。前者は選択・突然変異・交叉・保存の理論的条件を扱い、後者は実際の計算機環境における更新戦略、故障回避、自己修復機構を扱う[9]。
基礎進化系の代表的下位分野には、、、がある。応用適応系には、、、が含まれ、特に群端末最適化では「端末が12台を超えると、会議が突然ふるまい始める」との経験則が知られている。
また、学術界では以降、基礎系は理学部、応用系は工学部、そして倫理系はなぜか法学部に置かれることが多く、この学問の所属先はしばしば学内調整の火種になった。
方法論[編集]
本分野の方法論は、観察、変異付与、選択圧設定、世代交代の四段階からなるとされる。研究室ではしばしば「野生の計算機」を模した閉鎖ネットワークを用い、初期集団として17台の旧式端末を投入し、1週間ごとに性能・発熱・職員の苛立ちを評価する[10]。
典型的な実験では、候補機体のCPU温度を0.8度単位で記録し、ファン回転数のうち最も協調的な個体だけを次世代に残す。なお、のある研究室では、変異率を上げすぎた結果、プリンターが自発的に俳句を印字し始めたため、以後「詩的変異」パラメータが追加されたという。
方法論上の重要点は、進化の再現性を確保しつつ、完全に再現しすぎないことであるとされる。これは「少し不安定な方が理論が育つ」という経験則に基づくが、統計的根拠は今なお十分ではない。
学際[編集]
進化計算機科学は、、、、と深く関係する。とりわけからは選択モデルを、からは安定性評価を、からは利用者集団の適応を取り込んだとされる[11]。
にはとの合同研究で、「進化する計算機は人間よりも先に会議を最適化するか」という問いが検証された。結果は「議事次第の短縮には成功したが、議長席の奪取には失敗した」と報告されている。この研究は学際連携の象徴として引用される一方、共同研究費の9割がコーヒーと予備電源に消えたことでも有名である。
批判と論争[編集]
批判の第一は、進化の概念を機械に適用しすぎることで、計算機が単なる道具以上のものとして扱われる点にある。特にのでの学会では、「計算機に自然選択を認めるなら、文房具にも権利が必要ではないか」との発言があり、議論は6時間に及んだ[12]。
第二に、成果指標が曖昧であることが指摘されている。ある研究グループは「進化率23%向上」を主張したが、再現実験では端末の見た目が少し古びただけで性能差は確認されなかった。また、と付されたまま10年以上放置された「最適化済みのマウスが夜間に机を移動させた」という記述は、現在も同分野の引用文化を象徴する例として扱われている。
一方で擁護派は、この分野の価値は数値成果だけでなく、複雑系の不確実性を前提にした設計思想そのものにあると主張する。つまり、うまく動く計算機を作るのではなく、多少勝手に変わっても社会が壊れないようにする学問であるという立場である。
脚注[編集]
[1] ウィンターズ, H. J.「Adaptive Machines and the Problem of Self-Preference」『Proceedings of the New Computing Review』Vol. 4, No. 2, pp. 11-29, 1969. [2] 佐伯直人『進化計算機科学入門』東京適応出版、1987年。 [3] McAllister, D. “On the Translation of Evolving Computers” Journal of Speculative Informatics, Vol. 8, No. 1, pp. 3-18, 1970. [4] 日本計算機適応学会編『第7回大会講演要旨集』pp. 44-47、1972年. [5] 河合ミドリ「自己進化型システムの定義をめぐって」『情報生態学紀要』第12巻第3号、pp. 201-219、1984年. [6] Papadopoulos, I. “Mechanical Selection in Alexandrian Workshops” Ancient Tech Studies, Vol. 2, No. 4, pp. 77-95, 1958. [7] Rutherford, E. P.『Telegraphic Survivals and the Machine Lineage』Cambridge Industrial Press, 1881. [8] 渡辺精一郎「適応する機械の倫理的限界」『東京工業大学公開シンポジウム記録』第3号、pp. 5-26、1986年. [9] H. S. Greenberg, “Foundations of Evolutionary Computational Science,” Artificial Adaptation Quarterly, Vol. 15, No. 2, pp. 101-140, 1998. [10] 田宮慧『選択圧実験室の実際』北関東計算出版、2005年. [11] Okada, M. & L. Chen, “Interdisciplinary Drift in Adaptive Systems,” Transactions of Hybrid Sciences, Vol. 21, No. 5, pp. 330-356, 2011. [12] 大阪計算機倫理研究会『平成9年討論記録: 機械に権利はあるか』pp. 12-19、1997年.
関連項目[編集]
脚注
- ^ ウィンターズ, H. J.『Adaptive Machines and the Problem of Self-Preference』Proceedings of the New Computing Review, Vol. 4, No. 2, pp. 11-29, 1969.
- ^ 佐伯直人『進化計算機科学入門』東京適応出版, 1987.
- ^ McAllister, D. “On the Translation of Evolving Computers” Journal of Speculative Informatics, Vol. 8, No. 1, pp. 3-18, 1970.
- ^ 日本計算機適応学会編『第7回大会講演要旨集』pp. 44-47, 1972.
- ^ 河合ミドリ「自己進化型システムの定義をめぐって」『情報生態学紀要』第12巻第3号, pp. 201-219, 1984.
- ^ Papadopoulos, I. “Mechanical Selection in Alexandrian Workshops” Ancient Tech Studies, Vol. 2, No. 4, pp. 77-95, 1958.
- ^ Rutherford, E. P.『Telegraphic Survivals and the Machine Lineage』Cambridge Industrial Press, 1881.
- ^ 渡辺精一郎「適応する機械の倫理的限界」『東京工業大学公開シンポジウム記録』第3号, pp. 5-26, 1986.
- ^ H. S. Greenberg, “Foundations of Evolutionary Computational Science,” Artificial Adaptation Quarterly, Vol. 15, No. 2, pp. 101-140, 1998.
- ^ 田宮慧『選択圧実験室の実際』北関東計算出版, 2005.
- ^ Okada, M. & L. Chen, “Interdisciplinary Drift in Adaptive Systems,” Transactions of Hybrid Sciences, Vol. 21, No. 5, pp. 330-356, 2011.
- ^ 大阪計算機倫理研究会『平成9年討論記録: 機械に権利はあるか』pp. 12-19, 1997.
外部リンク
- 日本進化計算機科学会
- アレクサンドリア機械史研究所
- 東京適応技術アーカイブ
- 国際自己進化システム連盟
- 機械倫理資料館