本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
Fabienne Serriere 多年來一直使用數學來激發她的編織靈感,現在她正在 Kickstarter 上籌集資金,以便更大規模地進行這項工作。截至 7 月 2 日,KnitYak 專案已完成目標的三分之一左右,並且活動也進行了三分之一,將於 7 月 23 日結束。我建議您立即前往 Kickstarter 給她一些資金,因為 KnitYak 需要實現。
Serriere 正在尋找一種方法來製作“非常美觀且不重複”的圖案,介於嚴格的秩序和完全的混亂之間。經過一些實驗,她最終選擇了細胞自動機。
細胞自動機是一個網格,其中每個單元格可以處於有限數量的狀態之一(例如,開/關或黑/白)。在 Serriere 使用的基本細胞自動機中,單元格的狀態可以是白色或黑色,並且單元格的狀態取決於與其左側相鄰的三個單元格。(左側的單元格以及該單元格正上方和正下方的單元格。)在數學纖維藝術部落格 Botanica Mathematica 上有一個關於細胞自動機的很好的解釋。
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Serriere 最初考慮使用 約翰康威的生命遊戲,這是一種著名的二維細胞自動機,但當它不移動時,看起來並沒有特別吸引力。另一方面,基本細胞自動機本質上是一維的;它們僅在一個方向上移動,因此像圍巾這樣的二維物體可以更有效地捕捉系統的演變。
細胞自動機是一些最簡單的混沌可能出現的地方。混沌系統是確定性的,這意味著系統的演變在開始時就已設定,但初始條件(在本例中為起始行)的微小變化會導致結果的巨大變化。並非所有細胞自動機在所有寬度上都是混沌的,這本身就 很有趣(連結指向 pdf)。
基本細胞自動機在計算機科學中也很重要。“大多數研究或熱愛計算機科學的人都看過基本細胞自動機的輸出,並且認出了我的圍巾,”Serriere 寫道。規則 110,她的圍巾使用的規則,尤其重要,因為它在圖靈完備性方面是完整的,這意味著理論上可以對其進行程式設計以執行計算。(有關更多詳細資訊,請參閱 Matthew Cook 的這篇論文。)
如果您在 Kickstarter 上以圍巾級別或更高級別支援 KnitYak,在活動結束時,您將有機會選擇規則和起始種子,用於您將獲得的黑色和白色美利奴羊毛圍巾。每條圍巾都是“可證明是獨一無二的”:Serriere 將記錄每件作品的規則和起始種子,並且她保證沒有人會擁有與您相同的圍巾。她還將隨圍巾附贈原始碼,以防您將來需要它來替換或擴充您的細胞自動機衣櫥,並搭配協調的設計。並非所有細胞自動機都能用所有可能的起始狀態生成有吸引力的設計,因此 Serriere 將剔除那些不合格的設計。“我正在製作一個程式碼精選的針織品系列,其中所有的針織品都儘可能有趣,”她說。
在您熱切期待您的圍巾的同時,您可以檢視 Wikipedia 上關於 基本細胞自動機 的頁面,找到您喜歡的規則。您還可以檢視 Serriere 的 規則 110 程式碼,看看使用一些不同的起始種子會發生什麼。
