Жизнь — это игра по простым правилам.

Наверное, здесь нужно вставить какой-нибудь штамп вроде «Что наша жизнь? Игра!», но я бы хотел избежать этого штампа... Впрочем, этого мне уже не удалось, поэтому переходим непосредственно к теме. Итак, у нас есть не самая обычная игра, которую сам автор недолго думая назвал просто и всеобъемлюще — Жизнь (Life). Полное название, под которым её удобно искать в сети звучит как Conway's Game of Life. Для начала посмотрите вот этот ролик. Именно под его влиянием я решил рассказать вам об этой вот вещи.

Посмотрели? Непонятно ничего, но музыка, хоть и уже изрядно потертая – внушает, да? Теперь немного истории или очередная «Википедия своими словами», чтобы объяснить вам, что же в этом ролике происходит и почему это здорово.

Джон Хортон Конвей

Все началось где-то, в районе сороковых годов прошлого века, когда знаменитый человек, пароход и просто ученый Джон фон Нейман высказал гипотезу о некой машине, которая могла бы самостоятельно размножаться, путем создания себе подобных. Понятно, что ему это было интересно сделать в теории, используя математический аппарат, а не заниматься тяжелым машиностроением. Он создал несколько теоретических выкладок, вошедших в историю и переключился на другие интересные занятия.

Через примерно 20-30 лет этой же проблемой заинтересовался еще один ученый, на этот раз математик, по фамилии Конвей. Джон Конвей. Он предложил в качестве очень упрощенного (практически до предела) виденья идей Неймана игру, отчасти схожую с настольной. Взял для нее всего лишь несколько посылок, пару правил и получил очень интересную «вещь в себе».

Те идеи и системы, которые, использовались в ней, заинтересовали множество ученых различных специальностей и отраслей. До сих пор по этой игре издаются научные работы, множество людей интересуются моделями и системами, которые здесь используются. Многие верят, что если понять алгоритмы, лежащие в основе развития систем, то можно ответить на многие вопросы. И эти вопросы могут быть связаны с системами, которые существуют в реальном мире – распространение вирусов, строение галактик, столкновение элементарных частиц и тому подобные серьезные вещи. От математики до социологии, проходя через весь спектр наук. Таким образом, обычная на первый взгляд забава стала чем-то вроде интеллектуальной головоломки для ученых и источником бесконечных философских сентенций.

Итак, как же в нее играть? Всего то ничего. Возьмем бесконечную доску, разбитую на бесконечное же количество клеток. В некоторых компьютерных моделях, вместо бесконечной доски у нас используется замкнутая на противоположные стороны доска. Такой бублик из клеток. Но это не слишком каноническая версия. В оригинальной статье, в которой представили эту забаву, всем желающим предлагалось использовать большую доску вроде шахматной и расставлять на ней шашки. Это подходит в качестве способа разгадывать головоломки, но не подходит для серьезного моделирования. Так или иначе – эта бесконечная доска – наш мир, наша Вселенная и пора заселять её обитателями.

Обитатели, как легко догадаться, живут на клетках этой доски. Каждая клетка может иметь два состояния. Либо она «живая» (фишка стоит) либо «мертвая» (фишки нет). Да, познакомьтесь —  фишка — обитатель нашего мира. Считайте его атомом, молекулой, инопланетянином, киборгом, человеком или кем угодно. Последуйте совету Шелдона Купера и используйте самый мощный графический чип в мире — ваше воображение.

Ну и как положено любому уважающему себя миру, в этом тоже есть свои законы. Они не слишком сложны, но замысловаты. Как говорил сам Конвей, он специально подбирал такие значения, чтобы игра была непредсказуемой и в тоже время не слишком хаотической.

Итак, вот свод правил этого мира:

• Игра развивается по ходам (поколениям).
• Раз в ход клетка может поменять свое состояние согласно правилам.
• Если вокруг пустой клетки есть три «живых» клетки, то в следующем поколении она «оживает» — рождается.
• Если вокруг занятой клетки есть две или три «живых» клетки, то она переходит в следующее поколение.
• Если вокруг занятой клетки меньше двух или больше трех «живых» соседей, то она «умирает», в первом случае от «одиночества» во втором случае от «перенаселения».
• Смерть и рождение клеток происходит между «поколениями», после того, как на всей доске закончили рассчитывать, кто «жив» а кто «умер» — поколение меняется и все вновь начинается с самого начала.

Согласитесь банальные и простые правила,  и, тем не менее, они открывают очень широкие и интересные возможности.

Оказалось, что можно проследить, в какую сторону будет эволюционировать та или иная начальная позиция. Всего может быть три исхода любой партии в эту игру. Самый банальный – смерть всей популяции. Поставьте одну фишку и на следующий ход, она умирает от одиночества, оставляя чистое поле без всяких фишек. Второе – устойчивая конфигурация, когда ходы идут, а на доске никаких изменений не происходит. Стазис популяции. Ну и наконец, третье – это цикл. На доске что-то происходит, но через определенное количество ходов, все вновь возвращается в исходное состояние, чтобы повториться вновь. Мир любой сложности рано или поздно придет к одному из этих вариантов.

И казалось бы – это малопривлекательно зрелище. По всем законам игрового дизайна и психологии человека интерес к зрелищу с заранее известными вариантами, тем более без возможности выигрыша, явно не должен быть высоким. Но, как известно, у математиков и программистов свои радости. Люди, занимающиеся подобным развлечением, сейчас в основном заняты поисками наиболее интересной  начальной комбинации для игры. Или пытаются обнаружить какую-нибудь новую фигуру – стационарную или циклическую. Целью их поисков может быть и какая-то «красиво прожитая жизнь» целой популяции. В заглавном видео такие фигуры и популяции представлены очень хорошо. Как говориться, дело не в результате, а в процессе. Вот вам еще одна философская мысль – конец у нас у всех один, а вот прожить эту жизнь можно разными способами.

Уже  в самом начале развития этой забавы выяснилось, что можно выделить несколько типов «устойчивых колоний». То есть те фигуры, которые обычно остаются после того, как все вокруг исчезли.

Микки-Маус

Стандартный
блок

Банальные стационарные блоки, или «натюрморты» — те которые навсегда застывают в одном положении и не меняются со временем. То есть совсем. Откуда и пошло название натюрморт. Самое банальное – это «блок», ну как на картинке. По всем правилам игры, он будет постоянен в вечности, так как вокруг каждой из клеток есть три соседа и смерть им не горозит. Но есть и более сложные, поиск и осознание которых может занять долгое время. Одно время… да кого я обманываю, даже сейчас люди ищут новые фигуры, состоящие из как можно большего количества клеток и желательно, чтобы они были позатейливее, поинтереснее. Вот, слева у нас «микки-маус».

Французский поцелуй
(период 3)

Классическая мигалка
(период 2)

Более интересны с точки зрения наблюдения и поисков — «осцилляторы». Эти фигуры изменяются каждый ход  в определенном цикле, то есть через некоторое количество ходов фигура возвращается в свое исходное состояние, чтобы повторить весь свой путь с начала до конца. И, как вы понимаете, этот цикл исключительно бесконечен. Вот, например, классическая «мигалка» обнаруженная еще Конвеем, когда «Жизнь» была еще настольной игрой и играть в нее приходилось с помощью фишек. Так что, сейчас эта фигура считается самым знаменитым представителем этой категории. А вот, более сложная с говорящим именем «французский поцелуй». 

Знаменитый
глайдер

Космический корабль Dart

Двигающиеся фигуры (они же «космические корабли») – пожалуй одни из самых интересных объектов в этой игре. По сути это те же самые «осцилляторы», но при этом меняющие свою позицию в «пространстве». Многие ученые, считают, что подобные фигуры во вселенной «Жизни» могут служить переносчиками информации. Одна из них, под названием «глайдер» (та что слева) даже стала эмблемой сообщества хакеров (ну, то есть тех людей, которые об этом слышали и согласились с этой эмблемой). Здесь, кстати еще одно замечание – Конвей называл перемещение на 1 клетку в любую сторону за один ход (как двигается шахматный король) – скоростью света (c). Он считал, что не одна фигура в этой вселенной не сможет превышать этой скорости. Соответственно, скорость «глайдера» в четыре раза меньше скорости света — c\4. Это рассчитывается из того факта, что он перемещается на одну клетку за четыре хода. «Космический корабль» справа передвигается со скоростью c\3. Помимо всего прочего, к кораблям могут прицепляться компоненты, «контейнеры» и прочие интересные вещи, которые корабли могут перемещать вместе с собой. Существуют целые флотилии кораблей, которые перемещаются все вместе, и способны «расчищать» путь перед собой. А другие, могут с небольшими дополнениями превращаться в «паровозы». 

Флотилия кораблей

«Паровозы» — разновидность двигающихся фигур. Фигура не просто двигается в пространстве, но еще и оставляет за собой след из других (обычно стабильных ) фигур. Опять же — существует несколько разновидностей: жнейки, которые двигаются по «полю» и оставляют за собой след из собранного «сена» в виде обычных блоков, удлинители фитилей — оставляющие за собой последовательный узор и так далее. На картинке целая флотилия состоящая из нескольких космических кораблей оставляет за собой след из «глайдеров», медленно перемещаясь куда-то наверх. Если подключить воображение, можно увидеть научно-фантастический роман об исследователях галактики.

«Ружья» — изменяются со временем в цикле и при этом умудряются порождать двигающиеся блоки. Самое банальное – «глайдерное ружье Госпера». Это самое первое ружье открытое еще в 1970-тых годах математиком по имени Билл Госпер. При этом, оно до сих пор остается самым компактным представителем этого типа фигур. Однако существуют и более сложные вещи, которые напоминают сборочный цех. На заглавном видео подобные вещи достаточно широко представлены. Ах, да, вот то самое глайдерное ружье. Создает «глайдеры»

Глайдерное ружье Госпера

Пожиратель

«Пожиратели» – те фигуры, которые способны пережить несколько столкновений с другими фигурами, изменяясь в процессе, но возвращающегося в нормальное состояние. Фигуры, которые остаются неизменными во время столкновения принято называть скалами. Вот канонический пожиратель, который с удовольствием кушает «глайдеры», при этом оставаясь самим собой.

Понятно, что классификация далеко не полная – есть еще отражатели (изменяют угол влетающих фигур), дубликаторы (создают свои копии), фениксы (каждая клетка умирает, но вся фигура остается той же самой), толкатели (могут «перемещать» другие фигуры) и много другое. Существует еще множество не открытых разновидностей фигу. Вот в этом то и заключается львиная доля интереса для исследователей – никогда не знаешь, во что может вылиться та или иная комбинация и какой сюрприз она преподнесёт. И никогда не знаешь, что можно создать, если объеденить все эти типы фигур в какую-то большую систему. 

Уже сейчас можно без проблем собрать вычислительное устройство. Все основные вещи, нужные для компьютера – запоминающие устройства (натюрморты), способы передачи данных (глайдеры и космические корабли), устройства вывода (ружья), устройства ввода (те же пожиратели), датчики, все это – уже найдено и задокументировано. Поэтому неудивительно, что многие энтузиасты создают что-то подобное этому (см. видео). Игра Жизнь работающая на Игре Жизнь (отключите звук, он достаточно противный).

Один из вариантов
Эдемского сада

Есть еще одна интересная вещь, имеющая отношение к множеству игр, но наиболее ярко выраженная именно в этой игре. Так называемый «Райский (или эдемский) сад». В качестве бонуса расскажу и о нем, чтобы два раза не вставать. Этим романтичным образом называется определенное положение в игре, которое недостижимо при игре с соблюдением всех правил. Для понимания этого термина, лучше обратиться к более известным Шахматам. В стандартной игре, пешка не может стоять на последней линии своей половины доски. Ведь игру она начинает с предпоследней линии, а назад ходить не может, поэтому последняя линия, где стоят тяжелые фигуры её цвета, для нее недостижима. Однако никто не запретит поставить пешку на последнюю линию, например, в шахматной задаче. Так вот, позиция, в которой стоит эта пешка и является для шахмат Эдемским садом. В «Жизни» поиск подобных «Эдемских садов» — это еще одна интересная задача и неожиданная метафора. Она означает то состояние, которое нельзя получить в обычной конфигурации, только расставив фишки самостоятельно. Или говоря иначе – такое состояние, у которого нет предшествующих ему состояний. Ну и да, название, как говориться – символизирует.

Да, при желании и фантазии можно представить всю эволюцию мира в виде подобной игры, в которую играет какая-то высшая сила, Бог, Природа, Эволюция, Летающий Макаронный монстр, невидимый единорог или что-то еще. Параллельные миры – другие доски, на которых могут быть не просто другая стартовая конфигурация, но совершенно другие правила.

Это игра, в которой нет Игрока, Игра, которая играет сама в себя, Zero-player game. Все что остается человеку – просто задать начальные условия и посмотреть к чему это приведет. Либо вмешаться в уже идущую партию. Подкинуть вирус в стройную и уже существующую популяцию, чтобы смотреть за её коллапсом. Вывести новую популяцию способную пережить подобную инфекцию с минимальными потерями. Как попытка поиграть в Высшую силу – почему бы и нет? Пусть и в упрощенном виде.

Ссылки по теме:
http://conwaylife.com/ — англоязычное коммьюнити посвященное этой теме. Обновляется не слишком регулярно, но достаточно интересные вещи. Кроме Жизни рассматриваются и другие клеточные автоматы.
http://conwaylife.com/wiki/ — их wiki с большим набором фигур, удобно разделенное по параметрам. Практически за все картинки в этой статье — большое им спасибо.
http://www.beluch.ru/life/lifelex/lexr.htm — русский перевод словаря Жизни. Выполнен Николаем Белученко. Правда он уже давно не обновляется, как и его страница. Но основные понятия можно пречерпнуть.