นิเวศวิทยาและวิวัฒนาการผ่านเลนส์อัลกอริทึม

การศึกษานิเวศวิทยาและวิวัฒนาการกำลังเพิ่มขึ้นทางคณิตศาสตร์มากขึ้น แต่เครื่องมือทางทฤษฎีส่วนใหญ่ดูเหมือนจะมาจากฟิสิกส์ อย่างไรก็ตามในหลายกรณีปัญหาที่เกิดขึ้นมีลักษณะที่ไม่ต่อเนื่องมาก (ดูตัวอย่างSLBS00 ) และอาจได้รับประโยชน์จากมุมมองของวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ กระนั้นฉันก็ตระหนักถึงผลลัพธ์ที่ร้ายแรงเพียงไม่กี่อย่างจาก TCS ที่พยายามสัมผัสกับคำถามเฉพาะด้านนิเวศวิทยาและวิวัฒนาการ สองทิศทางที่เกิดขึ้นกับใจคือ:

1. Livnat, A. , Papadimitriou, C. , Dusho, J. , & Feldman, MW [2008] "ทฤษฎีความสามารถในการผสมสำหรับบทบาทของเพศในวิวัฒนาการ" PNAS 105 (50): 19803-19808 [ pdf ]

2. Valiant, LG [2009] "Evolvability" วารสาร ACM 56 (1): 3

อดีตใช้ความคิดจากการวิเคราะห์ของขั้นตอนวิธีทางพันธุกรรมเพื่อแสดงให้เห็นความแตกต่างเชิงคุณภาพระหว่างทางมีชีวิตทางเพศและไม่อาศัยเพศประพฤติตนอยู่ในภูมิประเทศที่ออกกำลังกายและได้นำไปสู่การติดตามที่จะช่วยปรับต้นแบบสังเกต หลังเชื่อมโยงวิวัฒนาการและทฤษฎีการเรียนรู้การคำนวณเพื่อพยายามพิสูจน์ผลการเปลี่ยนแปลงได้ มันมีอิทธิพลต่อการรวบรวมเอกสารเล็ก ๆ น้อย ๆ แต่ส่วนใหญ่โดยนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์คนอื่น ๆ

มีผลลัพธ์เพิ่มเติมในหลอดเลือดดำเหล่านี้หรือไม่ การประยุกต์ใช้วิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎีอื่น ๆ ที่ไม่เกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจกับนิเวศวิทยาและวิวัฒนาการตามที่นักชีววิทยาศึกษาหรือไม่?

หมายเหตุ

• ฉันไม่สนใจผลวิศวกรรมขั้นตอนวิธีทางพันธุกรรมหรือวิวัฒนาการทั่วไปที่เกี่ยวข้อง แม้ว่านี่จะเป็นส่วนที่น่าสนใจและน่าตื่นเต้นของวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ แต่การเชื่อมโยงกับวิวัฒนาการที่ศึกษาโดยนักชีววิทยามักเป็นเพียงผิวเผิน บางครั้ง (เหมือนใน LPDF08) มีการเชื่อมต่อที่เป็นรูปธรรม แต่ผลลัพธ์มาตรฐานส่วนใหญ่ไม่ได้สนใจทางชีวภาพและด้วยเหตุนี้ฉันจึงไม่สนใจพวกเขาในโพสต์นี้

• ชีวสารสนเทศศาสตร์เป็นสาขาใกล้เคียง แต่ก็ไม่ใช่สิ่งที่ฉันกำลังมองหา แม้ว่ามันจะสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างสิ่งต่าง ๆ เช่นต้นไม้วิวัฒนาการและช่วยวิวัฒนาการ / นิเวศวิทยาด้านทฤษฎี CS ไม่ได้อยู่ตรงกลางเวที ที่นี่ผลลัพธ์ของ CS ดูเหมือนจะเป็นเครื่องมือที่สมบูรณ์แบบที่สามารถใช้เป็นกล่องดำจากภายในทฤษฎีที่มีอยู่แล้วและไม่สร้างหรือขยายทฤษฎีใหม่ทางชีวภาพ

• ฉันชอบผลลัพธ์ที่ใช้รูปแบบที่ทันสมัยและไม่น่าสนใจของวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เพื่อมีอิทธิพลต่อชีววิทยาในระดับทฤษฏี (แต่ยังเกี่ยวข้องกับนักชีววิทยา) เป็นเช่นนี้ผมไม่ได้ว่ามีความสนใจในสิ่งที่ต้องการmetabiology Chaitin ของ

คำถามที่เกี่ยวข้อง

• ข้อความที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับอัลกอริทึมทางพันธุกรรม

• เลนส์อัลกอริทึมในสังคมศาสตร์

• แหล่งที่มาสำหรับทฤษฎีเกมวิวัฒนาการขั้นตอน

• ความซับซ้อนในการคำนวณทางการเงินเชิงปริมาณ

อืมม เท่าที่การเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการ / ทฤษฎีเกมไปเห็นส่วนตัวของฉันคือการที่ Livnat et al, กระดาษที่คุณกล่าวถึงในขณะที่การทำงานที่ดีมากดูเหมือนจะไม่ตก "นอก" วิธีการทางคณิตศาสตร์มาตรฐานในการวิวัฒนาการทฤษฎีเกม (ดูการทำงานโดยเช่น กลุ่มของ Martin Nowakเช่นกระดาษ '05 "Dynamics วิวัฒนาการบนกราฟ" )

ดังนั้นข้ออ้างสองข้อที่ฉันจะทำคือประการแรกในขณะที่นี่เป็นงานที่ยอดเยี่ยมใน Evolutionary Dynamics ที่เกิดขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ฉันจะไม่นำมันไปใช้ในวิชาวิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎีหรือเกี่ยวข้องกับ TCS อย่างใกล้ชิดยกเว้น สำหรับความสัมพันธ์ที่มีมาก่อนระหว่างทฤษฎีเกมวิวัฒนาการและอัลกอริธึม ประการที่สองหากคุณไม่เห็นด้วยคุณอาจแปลกใจว่าฟิลด์ของ Evolutionary Dynamics แบ่งปัน / แบ่งปันกับ TCS ในเชิงปรัชญาแล้ว (แต่ฉันยังไม่แน่ใจว่าเทคนิคนั้นคล้ายกัน)

โดยทั่วไปแล้วฉันอยากจะบอกว่าไม่มีงานใด ๆ ในสายงานนี้รวมถึงงานอ้างอิงที่คุณกล่าวถึงซึ่งตรงกับสิ่งที่คุณมองหาซึ่งฉันคิดว่าเป็นการเชื่อมโยงอย่างลึกซึ้งระหว่างแนวคิด / เทคนิคหลักใน TCS และการศึกษาวิวัฒนาการ (แน่นอนถ้าใครมีความคิดเห็นที่แตกต่างกันโปรดพูดอย่างนั้น!)

ฉันคิดว่าทฤษฎีเกมวิวัฒนาการหรือพลวัตวิวัฒนาการจะได้รับประโยชน์จากวิธีอัลกอริทึมมากขึ้น (เช่น Livnat et al) สำหรับตัวอย่างเฉพาะฉันเห็นส่วนขยายที่ดีที่เป็นไปได้สำหรับการพิจารณาตัวแทนที่มีความสามารถในการประมวลผลแบบ จำกัด (จำกัด ) ตามแบบจำลองโดยเช่นเครื่องสถานะ จำกัด สิ่งนี้จะช่วยให้เราสามารถศึกษาวิวัฒนาการของสารที่ไม่ต่อเนื่องกับกลยุทธ์ที่มีเงื่อนไขที่ซับซ้อนเช่น tit-for-tat ฉันได้ดูเรื่องนี้และได้ยินเกี่ยวกับการทำงานเบื้องต้นตามแนวเหล่านี้ แต่ไม่มีการอ้างอิงใด ๆ ที่อ้างถึง

แต่ตัวอย่างนี้เป็นแอพพลิเคชั่นที่ค่อนข้างตรงไปตรงมาดังนั้นผลลัพธ์ของการเรียงลำดับนี้อาจยังคงไม่ตอบคำถามของคุณ

ฉันมีความหวังสูงกว่ามากในทางกลับกันสำหรับทฤษฎีการเรียนรู้ซึ่งสักวันหนึ่งสามารถเชื่อมต่อกับพลวัตของวิวัฒนาการได้เป็นอย่างดี แต่ฉันไม่คุ้นเคยกับผลลัพธ์เหล่านั้นดังนั้นฉันจะปล่อยให้คนอื่นแสดงความคิดเห็น

(แก้ไข) การเชื่อมต่อที่อาจเกิดขึ้นอย่างหนึ่งที่ควรกล่าวถึงคือความสัมพันธ์ที่เป็นที่รู้จักของการเรียนรู้ (เช่น "ปัญหาของผู้เชี่ยวชาญ") และการบรรจบกันของความสมดุลในเกมซ้ำ ยกตัวอย่างเช่น (ดูรายละเอียดความเห็นของ Aaron Roth ในรายละเอียด) ในเกมที่เล่นซ้ำหากผู้เล่นทุกคนเล่นกลยุทธ์แบบไม่เสียใจจากนั้นการกระจายการกระทำที่ผ่านมาจะเข้าสู่สมดุลที่มีความสัมพันธ์หยาบของเกมรอบเดียว อาจมีบางสิ่งที่น่าสนใจและแปลกใหม่ที่จะพูดถึงเรื่องนี้เมื่อมองผ่านเลนส์ทฤษฎีเกมวิวัฒนาการ ฉันไม่แน่ใจ.

สายงานหนึ่ง (ล่าสุด) ที่เกี่ยวข้องกับวิวัฒนาการเพศกับการประยุกต์ใช้ในการออกแบบยาเสพติดและใช้เทคนิคลูกโซ่มาร์คอฟที่น่าสนใจ: วิวัฒนาการไร้เพศ

นี่คือเอกสารเชื่อมโยงใหม่ที่น่าสนใจเกี่ยวกับวิวัฒนาการ / พันธุศาสตร์กับอัลกอริธึมการปรับปรุงน้ำหนักแบบทวีคูณซึ่งเพิ่งถูกจัดทำโดยมูลนิธิ Simons & รวมถึงผู้เขียนร่วมที่อ้างถึงในคำถาม (Papadimitriou):

• อัลกอริทึมเกมและวิวัฒนาการ Erick Chastain, Adi Livnat, Christos Papadimitriou และ Umesh Vazirani

  แม้แต่นักเรียนที่มีประสบการณ์ด้านวิวัฒนาการมากที่สุดเริ่มต้นจากดาร์วินเองก็แสดงความประหลาดใจเป็นครั้งคราวว่ากลไกการคัดเลือกโดยธรรมชาติได้สร้างทั้งชีวิตตามที่เราเห็นรอบตัวเรา มีวิธีการคำนวณเพื่อแสดงความประหลาดใจแบบเดียวกัน:“ อัลกอริทึมใดที่สามารถบรรลุทั้งหมดนี้ในเวลาเพียงสามและครึ่งล้านปี?” ในบทความนี้เราเสนอคำตอบ: เราแสดงให้เห็นว่าในระบอบการเลือกอ่อนแอมาตรฐาน สมการของประชากรพันธุศาสตร์ที่อธิบายการคัดเลือกโดยธรรมชาติในการปรากฏตัวของเพศสัมพันธ์กับเกมซ้ำระหว่างยีนที่เล่นตามการปรับปรุงน้ำหนักแบบทวีคูณ (MWUA) อัลกอริทึมที่รู้จักในวิทยาการคอมพิวเตอร์จะมีประสิทธิภาพและน่าแปลกใจ MWUA จะเพิ่มการแลกเปลี่ยนระหว่างประสิทธิภาพสูงสุดและเอนโทรปี

Misha Gromov การสำรวจอย่างกว้างขวางCrystals, โปรตีน, ความเสถียรและ isoperimetry (Bull. Amer. Math. Soc. 48 (2011), 229-257) เป็นเส้นเลือดที่อุดมไปด้วยหัวข้อทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับชีววิทยา (รวมถึงหัวข้อต่างๆที่เชื่อมต่อกับ TCS วิธีการ)

คำถามที่ถามสำหรับรายการของ

ผลลัพธ์ที่ใช้มุมมองที่ทันสมัยและไม่สำคัญของวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ […] ในลักษณะที่แยกกันอย่างมาก […] ผ่านเลนส์อัลกอริธึม

การสำรวจของ Gromov นั้นมุ่งเน้นไปที่คำถามทางคณิตศาสตร์ทั่วไปมากกว่าโครงการวิจัยเฉพาะ ดังนั้นการสำรวจสามารถอ่านเป็นการเลือกของ Gromov

คำถามที่ (อาจ) ใช้แง่มุมที่ทันสมัยและไม่น่าสนใจของวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ [... ] (ซึ่งหลายคน) เป็นธรรมชาติที่ไม่ต่อเนื่อง […] ผ่าน (อัลกอริธึม)

ในฐานะที่เป็นรายการคำถามที่ยังไม่ได้รับคำตอบมากกว่ารายการผลลัพธ์ที่ทราบบทความของ Gromov ให้ความสำคัญกับความต้องการเชิงสร้างสรรค์แก่ผู้อ่าน

บางทีคุณธรรมหลักของบทความก็คือผู้เขียนคือ ... Misha Gromov !

อนิจจาดูเหมือนว่าจะมีช่องว่างขนาดใหญ่ที่นี่ในความสนใจทางวิทยาศาสตร์ / นัยสำคัญกับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่เกิดขึ้นจริงซึ่งเห็นได้จากการลงมติในคำถามนี้และคะแนนโหวตต่ำในคำตอบ (และไม่คาดว่าจะท้าทายรูปแบบนั้น) มันดูเหมือนจะเป็นโปรแกรมการศึกษา / วิจัยที่สำคัญมากที่เป็นหัวใจของทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ในวัยเด็กตอนต้น ขณะนี้เรามีเครื่องมือในการทำการทดลองทางคอมพิวเตอร์ที่สามารถนำทฤษฎีทฤษฎีวิวัฒนาการมาใช้กับข้อ จำกัด ด้านการปลอมแปลงได้อย่างน้อยที่สุดในแง่ที่ว่าถ้าทฤษฎีวิวัฒนาการมีความถูกต้องแม่นยำก็ควรเป็นไปได้ที่จะสร้างแบบจำลอง / จำลองมัน แต่ดูเหมือนจะมีน้อยมากที่พยายามทำโครงการ (ซึ่งก็คือความทะเยอทะยานอย่างยิ่งที่จะพูดน้อยที่สุด)

เช่นมีการจำลองบางอย่างที่ตรงกับการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการที่รู้จักกันในต้นไม้สายวิวัฒนาการมากกว่าพันล้านปีหรือไม่ ความท้าทายคือสหวิทยาการและ crosscutting และดูเหมือนจะไม่พอดี / เรียบร้อยในสาขาวิทยาศาสตร์ที่มีอยู่ / ขอบเขต อย่างน่าทึ่งดูเหมือนจะไม่มีนักวิทยาศาสตร์หรือนักชีววิทยาคนสำคัญที่เสนอโครงการวิจัยดังกล่าวอย่างชัดเจน

นี่เป็น refs อื่น ๆ ไม่กี่เปิดขึ้นซึ่งก็จะไม่พอดีอย่างเคร่งครัดเข้าไปในเกณฑ์ที่แคบ ๆ ที่ระบุไว้ในคำถาม แต่อาจจะประมาณใกล้:

• ในสาขาของ"ชีวิตเทียม"มีความสนใจในการพยายามจำลองเงื่อนไขที่นำไปสู่ ​​"ซุปเคมี" ด้วยตนเอง - การจัดระเบียบในรูปแบบของชีวิตเสมือน - แบบฟอร์มบางอย่างที่แสดงแง่มุมพื้นฐานของการจำลองแบบเป็นต้น เช่น: EVOGRID: วิธีการคำนวณต้นกำเนิดของชีวิตพยายาม Damer

  การแสวงหาความเข้าใจกลไกของต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกนั้นสามารถปรับปรุงได้ด้วยการจำลองสถานการณ์ที่เกิดขึ้นจากคอมพิวเตอร์โดยไม่ใช้ชีวิตในระดับโมเลกุล การจำลองชั้นนี้สามารถรองรับการทดสอบและการตรวจสอบผ่านการทดลองทางเคมีในห้องปฏิบัติการแบบขนาน การรวมกันของส่วนประกอบการคำนวณหรือ "ไซเบอร์" นี้และการตรวจสอบความพยายามแบบขนานใน abiogenesis ทางเคมีสามารถเรียกได้ว่าเป็นวิธีการไซเบอร์ไบโอเจเนซิส ความท้าทายทางเทคโนโลยีจากส่วนกลางในความพยายามของไซเบอร์ไบโอเจเนซิสคือการออกแบบแบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่อนุญาตให้มีการเกิดขึ้นของโครงสร้างโมเลกุลเสมือนและพรีไบโอติกและชีววิทยาเสมือนจริงผ่านกระบวนการที่ซับซ้อนหลายระดับ วิทยานิพนธ์ฉบับนี้ใช้ความท้าทายในการออกแบบการใช้และการวิเคราะห์แบบจำลองหนึ่งแบบ

• รูปแบบการคัดแยกกลุ่มของสงครามเทอร์ริทอเรียซีโนโปเบียและอัลโตเรอุสในมนุษย์และไพรเมอร์อื่นหมอก Agner

  บทคัดย่อ: รูปแบบทางทฤษฎีของสงครามเหนือดินแดนกลุ่มแสดงให้เห็นว่าลักษณะพฤติกรรมเช่นสงครามสหกรณ์ความยุติธรรมความบริสุทธิ์ใจและการกีดกันจากคนนอกอาจมีส่วนร่วมในไพรเมตที่สูงขึ้นและมนุษย์ยุคก่อนประวัติศาสตร์ เงื่อนไขสำหรับสงครามดินแดนเพื่อเป็นกลไกที่มีประสิทธิภาพในการเลือกกลุ่มถูกกล่าวถึง เงื่อนไขเหล่านี้อาจมีอยู่ในสังคมชนเผ่าในยุคก่อนประวัติศาสตร์ แต่ไม่ใช่ในยุคปัจจุบัน วิวัฒนาการทางภูมิศาสตร์ของดินแดนแสดงด้วยการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์

• คำถามดูเหมือนจะคล้ายกันมากกับ: การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของกระบวนการวิวัฒนาการบนโลกย้อนหลังไปถึงปี 2008 บนกองล้นที่มีการอ้างอิงอื่น ๆ