譯按

我一直很好奇，并且正在寫(xiě)作的過(guò)程中也會(huì)遭遇到游戲與科學(xué)研究的某種關(guān)聯(lián)，解謎游戲開(kāi)發(fā)者 Artless 在?E20 謎與頓悟?中將解謎游戲作為次一等的科研的想法也常?？M繞在我心中，復(fù)雜科學(xué)所借助的大量的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算與模擬，共同的控制論理論的背景，電子游戲中的「涌現(xiàn)性」與復(fù)雜系統(tǒng)中的涌現(xiàn)，甚至是類(lèi)似 Foldit 這樣的用于公民科學(xué)項(xiàng)目的電子游戲的探索在 Nature 這樣的刊物上被反復(fù)提及這樣的直接關(guān)聯(lián)，都讓人不得不好奇其中的聯(lián)系。

在這個(gè)意義上，其實(shí)圍棋（Go）可以作為其中思考的一個(gè)關(guān)鍵和切入點(diǎn)，作為被大量科學(xué)家所研究，AI 技術(shù)發(fā)展所驗(yàn)證的復(fù)雜場(chǎng)域，甚至可作為計(jì)算機(jī)的祖先的圍棋，卻「僅僅」只是數(shù)以萬(wàn)計(jì)的游戲中的一種，這不由得令人感到驚奇，而在對(duì)圍棋的思考中，我們能夠連接到科學(xué)，復(fù)雜，電子游戲，模擬等等的思考之中。

本文作者是 David Krakauer ，是復(fù)雜科學(xué)研究大本營(yíng)，圣塔菲研究所的現(xiàn)任所長(zhǎng)，進(jìn)化生物學(xué)家，他討論了圍棋中的某些結(jié)構(gòu)甚至策略可以被作為我們思考生物進(jìn)化論的一種對(duì)照，甚至是揭露。此外我也翻譯了一篇較短的，他在疫情隔離期發(fā)布的短篇通訊，其中將國(guó)際象棋與圍棋的某種科學(xué)思維的方式進(jìn)行了對(duì)比，由此作為比較。

落日間
葉梓濤

David Krakauer

大衛(wèi)·克拉考爾（David Krakauer）是圣塔菲研究所現(xiàn)任所長(zhǎng)與威廉·米勒復(fù)雜系統(tǒng)教授。

他的研究探討了地球上智力和愚蠢的進(jìn)化。這包括研究支持記憶和信息處理的遺傳、神經(jīng)、語(yǔ)言、社會(huì)和文化機(jī)制的進(jìn)化，并探索它們的共同屬性。他曾在麥迪遜的威斯康星大學(xué)擔(dān)任 Wisconsin Institutes for Discovery 創(chuàng)始主任，復(fù)雜性和集體計(jì)算中心的聯(lián)合主任，以及數(shù)學(xué)遺傳學(xué)教授。他曾是賓夕法尼亞大學(xué)基因組學(xué)前沿研究所的訪問(wèn)學(xué)者，加州大學(xué)圣巴巴拉分校Sage Center for the Study of the Mind 的 Sage Fellow，高級(jí)研究所的長(zhǎng)期研究員，以及普林斯頓大學(xué)進(jìn)化論的訪問(wèn)教授。2012年，他被列入《連線》雜志的名單：五十位將改變世界的人。2016年，他被列入《Entrepreneur Magazine》雜志的推動(dòng)全球研究和商業(yè)的有遠(yuǎn)見(jiàn)的引領(lǐng)者名單中。

他曾是圣塔菲研究所的教研室主任、駐校教授和外聘教授?？死紶柌┦慨厴I(yè)于倫敦大學(xué)，在那里他獲得了生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的學(xué)位，1995年他在牛津大學(xué)獲得了進(jìn)化理論的博士學(xué)位。他留在牛津大學(xué)擔(dān)任博士后研究員，兩年后被任命為數(shù)學(xué)生物學(xué)的 Wellcome Research Fellow 和彭布羅克學(xué)院的講師。

原文鏈接：https://nautil.us/playing-go-with-darwin-238069/

翻譯：葉梓濤

部分圖片為譯者所加

本文翻譯已經(jīng)原作者與圣塔菲研究所的授權(quán)

Playing Go with Darwin 與達(dá)爾文下圍棋

December 15, 2020

「我最近特別關(guān)注地域分布的問(wèn)題（Geograph. Distrib），這是一項(xiàng)最精彩的運(yùn)動(dòng)，一場(chǎng)以世界為棋盤(pán)的大棋局?！?/p>

?查爾斯·達(dá)爾文（Charles Darwin）致 C.J.F. Bunbury(1856)

1938年，東京的年輕記者川端康成（Yasunari Kawabata）報(bào)道了大師本因坊秀哉（Honinbo Shusai）和學(xué)徒木谷實(shí)（Minoru Kitani）在圍棋中爭(zhēng)奪最終權(quán)威的對(duì)抗。這是競(jìng)技游戲史上最漫長(zhǎng)的比賽之一，歷時(shí)六個(gè)月。

在他1968年獲得諾貝爾文學(xué)獎(jiǎng)的小說(shuō)《名人》（The Master of Go，英譯《圍棋大師》）中，川端寫(xiě)到了決定性的時(shí)刻，「黑方有更大的厚度，黑方的領(lǐng)土也很安全，大竹（木谷實(shí)在書(shū)中的假名）自己特有的轉(zhuǎn)守為攻，以他所擅長(zhǎng)的方式啃食的敵人陣型的時(shí)機(jī)到了」。一個(gè)使大竹取得勝利的戰(zhàn)略（strategy）。

作為一個(gè)異常復(fù)雜的游戲，圍棋今天已經(jīng)成為人類(lèi)在算法進(jìn)步下失敗的墓碑上的墓志銘。（在AlphaGo程序徹底擊敗了圍棋最好的棋手之一李世石之后，李世石退役了，說(shuō)他的對(duì)手是「一個(gè)無(wú)法被打敗的存在」）。

查爾斯·達(dá)爾文很可能是第一個(gè)從跨越深層時(shí)間（deep time，也稱(chēng)「深時(shí)」，地球歷史的漫長(zhǎng)時(shí)間尺度——譯注）的游戲角度來(lái)理解自然的人。我一直在想，如果這位「游玩棋局」（Chess-playing）的自然科學(xué)家，像川端一樣研究圍棋，那他會(huì)把這個(gè)比喻發(fā)揮到什么程度。與通過(guò)消除棋子來(lái)暴露并捕獲國(guó)王的國(guó)際象棋的目標(biāo)不同，圍棋的目標(biāo)是通過(guò)包圍敵人的棋子（稱(chēng)為子 stones）和保護(hù)無(wú)主區(qū)域來(lái)占據(jù)領(lǐng)土。

我們通過(guò)游戲的透鏡來(lái)理解進(jìn)化。

我認(rèn)為，對(duì)游戲策略的一些微妙之處進(jìn)行沉思，可以啟發(fā)我們對(duì)進(jìn)化的策略特征的理解，最近由不同研究小組發(fā)表在《科學(xué)》（Science）和《自然》（Nature）上的兩篇關(guān)于蛋白質(zhì)進(jìn)化的論文，出色地展示出了這一點(diǎn)。與圍棋的比較說(shuō)明了這兩項(xiàng)研究如何將進(jìn)化，從一個(gè)主要是戰(zhàn)術(shù)性的而提升到一個(gè)富于策略可能性的過(guò)程的。

換句話說(shuō)，它們解釋了二階生物特性（second-order biological properties），如魯棒性（robustness）、復(fù)雜性和可進(jìn)化性（evolvability）——即適應(yīng)性變異（adaptive variability）提升的潛力——這些是如何自然而然地在選擇（selection）的過(guò)程中出現(xiàn)，并與可能更熟悉的提升環(huán)境適應(yīng)度的一階適應(yīng)性特征并行。

特別的，這些論文展示了這些二階特性（可以是中性的或?qū)C(jī)體無(wú)害的，也可以是潛在有利的）在蛋白質(zhì)中發(fā)揮的作用。當(dāng)然，蛋白質(zhì)是由一個(gè)或多個(gè)長(zhǎng)鏈的氨基酸組成的大型折疊起的分子。這些鏈通常折疊成多個(gè)不同的亞基（subunits），形成大型多聚體，也叫多亞基復(fù)合物（multisubunit complexes）。這些蛋白質(zhì)可靠地形成的各種三維的，三級(jí)結(jié)構(gòu)，在很大程度上負(fù)責(zé)適應(yīng)性功能，如在暴露于某些波長(zhǎng)的光時(shí)發(fā)出顏色。

令人驚奇的是：科學(xué)家已經(jīng)表明，自然選擇可以塑造「可進(jìn)化性」（evolvability）——生物體，或像蛋白質(zhì)這樣的復(fù)雜分子（此處顯示為彩色插圖）以新的方式進(jìn)化的能力。研究人員最近在《科學(xué)》雜志上寫(xiě)道：「自然選擇本身能夠創(chuàng)造出使達(dá)爾文進(jìn)化論能夠成功的條件」他們?cè)敿?xì)介紹了在大腸桿菌中進(jìn)行的蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

魯棒性、可進(jìn)化性和復(fù)雜性的生物學(xué)思想與圍棋中的「后手（Gote）」 、「余味（Aji）」和「雙活（Seki）」的戰(zhàn)術(shù)思想很相似，因?yàn)樗鼈冊(cè)诮M合的規(guī)則系統(tǒng)中有共同之處。圍棋棋手要學(xué)習(xí)「后手」，即不提供威脅也不被反擊的防御性棋步，以及「先手（Sente）」，即要求回應(yīng)的攻擊性棋步。像木谷實(shí)這樣的偉大棋手認(rèn)識(shí)到，用后手建立一個(gè)「厚（Thick）」，或不可攻克的領(lǐng)土，是在未來(lái)建立有效先手的最可靠方法之一。關(guān)鍵是要在自己的棋盤(pán)位置上建立起余味，即潛在的機(jī)會(huì)或潛能。雙活則描述了一組不能被修改的棋子，因?yàn)槿魏畏旁谶@組棋子中的子都會(huì)被吃掉。

適應(yīng)性進(jìn)化的歷史被描述為一段「先手」的歷史——一連串難以阻擋的戰(zhàn)術(shù)棋步。這一點(diǎn)有時(shí)通過(guò)零和游戲的概念或「適者生存」（survival of the fittest）的格言來(lái)體現(xiàn)，其中一個(gè)適應(yīng)性的基因型（genotype），或一個(gè)生物體內(nèi)的基因，以所有其他基因?yàn)榇鷥r(jià)而獲益。而每一個(gè)新的有利突變都會(huì)使勝利的基因組在適應(yīng)性方面向其頂峰攀升。

這種相當(dāng)簡(jiǎn)單的進(jìn)化概念，在精神上更接近于井字棋游戲，而非國(guó)際象棋和圍棋的豐富性，在過(guò)去幾十年中受到了挑戰(zhàn)。進(jìn)化不僅通過(guò)直接的競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?yōu)勢(shì)（先手，Sente）進(jìn)行，而且通過(guò)中性過(guò)程，如無(wú)害的基因突變（后手，Gote），建立從生物體的基因與環(huán)境的互動(dòng)中發(fā)展出來(lái)的健壯表現(xiàn)型（Thickness 厚度）。從新的中性變異中可以獲得全新的潛在的變異（余味，Aji）。許多性狀一旦建立就不能改變（雙活，Seki），而這是進(jìn)化合作依存關(guān)系的結(jié)果。

考慮這篇《科學(xué)》上的論文。研究人員 Jia Zheng 與 Ning Guo 和 Andreas Wagner 一起，著手確定自然選擇是如何通過(guò)一個(gè)適應(yīng)度最大化的過(guò)程，間接導(dǎo)致可進(jìn)化性的提高，即一種元進(jìn)化（meta-evolution）。為了做到這一點(diǎn)，他們將大腸桿菌中的黃色熒光蛋白置于不同強(qiáng)度的選擇之下。

在實(shí)驗(yàn)的第一階段，他們讓三個(gè)不同的黃色熒光大腸桿菌種群經(jīng)歷強(qiáng)選擇、弱選擇或無(wú)選擇。強(qiáng)選擇相當(dāng)于對(duì)綠色熒光生物體的前20%進(jìn)行光學(xué)分類(lèi)并繁殖到下一代。對(duì)于弱選擇條件，研究人員繁殖了所有綠色熒光生物體，包括最弱的。不應(yīng)用選擇只是意味著隨機(jī)繁殖種群，而不管其熒光如何。

在第二階段，Zheng 和他的同事在所有三個(gè)種群中應(yīng)用相同的選擇壓力，以使它們朝著增加綠色熒光的方向進(jìn)化。他們發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于弱選擇或無(wú)選擇，第一階段的強(qiáng)選擇導(dǎo)致了第二階段向綠色目標(biāo)的更快進(jìn)化。

這很奇怪。人們可能假定認(rèn)為強(qiáng)選擇會(huì)消除可能有助于可進(jìn)化性的變異性，而弱選擇則允許中性變體的積累。研究人員發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)選擇能夠促進(jìn)提高可折疊性突變（foldability-improving mutations）的積累，而且其中一些突變?cè)黾恿说鞍踪|(zhì)的突變魯棒性，提供了對(duì)抗有害突變的保護(hù)。

強(qiáng)選擇，有利于可折疊性，實(shí)際上使「適應(yīng)性景觀」（fitness landscape）更加平坦。平坦的景觀觀是指相鄰的突變具有大致相同的適應(yīng)性（因此沒(méi)有局部梯度 local gradient）。而平坦允許更大的變異性，因?yàn)闆](méi)有突變會(huì)超過(guò)所有其他的突變，從而使一個(gè)基因型有機(jī)會(huì)更迅速地「發(fā)現(xiàn)」綠色熒光的基因型。

適應(yīng)性進(jìn)化的歷史已被敘述為一段先手的歷史——一連串難以阻擋的戰(zhàn)術(shù)棋步。

換句話說(shuō)，這是一個(gè)進(jìn)化的先手。Zheng 和他的同事實(shí)際上是利用選擇來(lái)淘汰弱小棋子（較少的黃色熒光蛋白質(zhì)）的基因類(lèi)似物。然后，這些允許后手的棋步（中性或無(wú)害的突變）的積累和構(gòu)建起厚的種群（弱小綠色熒光蛋白質(zhì)的連接網(wǎng)絡(luò)），而新的形態(tài)擁有顯著的余味（可進(jìn)化性）。

正是這些由相連的棋子和基因型組成的更大的可進(jìn)化形態(tài)是取得最終勝利的關(guān)鍵——在這種情況下，一個(gè)領(lǐng)地由一個(gè)玩家所統(tǒng)領(lǐng)，即在這個(gè)例子中的強(qiáng)綠色熒光的蛋白質(zhì)。正如 Zheng 和他的同事所寫(xiě)的那樣，他們讓這些黃色熒光蛋白經(jīng)歷的幾輪定向進(jìn)化「證明了自然選擇本身能夠創(chuàng)造出使達(dá)爾文進(jìn)化論能夠成功的條件」。

Georg Hochberg 和他的同事在他們的《自然》的論文中也研究了蛋白質(zhì)的進(jìn)化——不是在實(shí)驗(yàn)室中，而是通過(guò)使用動(dòng)植物演化史的重建（phylogenetic reconstruction 系統(tǒng)發(fā)生的重建），即利用基因型來(lái)推斷祖先蛋白質(zhì)的系譜樹(shù)。他們對(duì)這樣的觀察很感興趣：對(duì)于許多蛋白質(zhì)復(fù)合物來(lái)說(shuō)，多個(gè)亞基沒(méi)有功用價(jià)值。通過(guò)分析類(lèi)固醇受體的進(jìn)化和它們與水環(huán)境的界面，他們假設(shè)疏水性棘輪（對(duì)于疏水性氨基酸替代的偏差）和疏水性氨基酸暴露在界面中的有害后果相結(jié)合，會(huì)產(chǎn)生大量的多亞基受體蛋白。對(duì)于單體構(gòu)型，或殘基暴露于水的形狀，將傾向于被凈化選擇（purifying selection，即對(duì)不適應(yīng)性變異的選擇）所淘汰。這樣一來(lái)，分子復(fù)合物就會(huì)變得不易改變，牢牢鎖定。

正如圍棋中的許多團(tuán)體一樣。在對(duì)手棋子的界面（相互作用）上，產(chǎn)生了「雙活」（疏水界面），在其上，沒(méi)有任何東西可以在不對(duì)棋手造成損失的情況下被改變（凈化選擇）。因此，棋盤(pán)形成了一種復(fù)雜性，既反映了競(jìng)爭(zhēng)性獲益，也反映了凍結(jié)的意外。

1975年，獲得諾貝爾獎(jiǎng)的化學(xué)家 Manfred Eigen 和他的合著者 Ruthild Winkler 建議我們通過(guò)游戲的透鏡和視角來(lái)理解進(jìn)化。受赫爾曼·黑塞（Herman Hesse）不可思議的小說(shuō)《玻璃球游戲》（The Glass Bead Game）中類(lèi)似圍棋網(wǎng)格啟發(fā)，Eigen 和 Winkler 寫(xiě)道：「玩是一種自然現(xiàn)象，從一開(kāi)始就引導(dǎo)了世界的進(jìn)程。它在物質(zhì)的塑造、物質(zhì)組織成生命結(jié)構(gòu)，以及人類(lèi)的社會(huì)行為中都很明顯。」 俄羅斯國(guó)際象棋大師 Boris Spassky 可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，他的斷言：「國(guó)際象棋就像生命一樣」，已經(jīng)超出了比喻的范疇。

參考 References

1. Zheng, J., Guo, N., & Wagner, A. Selection enhances protein evolvability by increasing mutational robustness and foldability.?Science?370, eabb5962 (2020). https://science.sciencemag.org/content/370/6521/eabb5962

2. Hochberg, G.K.A.,?et al.?A hydrophobic ratchet entrenches molecular complexes.?Nature?588, 503-508 (2020). https://www.nature.com/articles/s41586-020-3021-2

隔離中的存在游戲 Existential Games in Quarantine

原文鏈接：https://www.santafe.edu/news-center/news/beyond-borders-existential-games-quarantine

JANUARY 19, 2021

今年，我們中不止有幾個(gè)人在游戲板的迷宮中尋求慰藉。這幾乎不是一個(gè)新穎的逃避或?qū)ΜF(xiàn)實(shí)的補(bǔ)償。弗拉基米爾·納博科夫（Vladimir Nabokov，他分析了柏拉圖洞穴的這些游戲般的變化）描述了苦行大師魯賓斯坦（Rubinstein）的習(xí)慣，觀察到魯賓斯坦「不喜歡看到他的對(duì)手。但棋盤(pán)對(duì)面的空椅也讓他很惱火，所以他們?cè)谀抢锓帕艘幻骁R子，他就看到了自己的影像?！箍偠灾?，這聽(tīng)起來(lái)像是對(duì)當(dāng)代現(xiàn)實(shí)的一個(gè)合適的隱喻。

在納博科夫之前七百年，意大利作家喬瓦尼·薄伽丘（Giovanni Boccaccio）在他的《十日談》中（設(shè)定在黑死病肆虐期間）描述了隔離的第三天，在其中討論了所有失去和渴望的東西。敘述了「一些人去了那方，而另一些人則被這個(gè)地方的美麗所征服，不愿離開(kāi)它，而是住在那，專(zhuān)心致志，有的讀小說(shuō)，有的下棋或打牌，而其他人則在睡覺(jué)?！惯@在相關(guān)性方面，甚至可能超過(guò)納博科夫?qū)︳斮e斯坦式隱居的思考。

一千多年來(lái)，國(guó)際象棋和圍棋為探索分析的、審美的、道德的和實(shí)際的問(wèn)題提供了一個(gè)微觀世界（microcosm）。它們以不同的方式做到了這點(diǎn)，在它們的對(duì)照元素中反映出了類(lèi)似于科學(xué)年表的東西。讓我們把這稱(chēng)為從還原論（reductionism）到涌現(xiàn)（emergence）的轉(zhuǎn)變，或者說(shuō)是對(duì)國(guó)際象棋中的部件和圍棋中模式的關(guān)注。應(yīng)該說(shuō)，國(guó)際象棋的最高水平一直都是關(guān)于模式的（patterns）。但在圍棋中，初學(xué)者別無(wú)選擇，只能以模式化的方式思考，以此圍棋新手才能學(xué)會(huì)以理想棋手的成熟方式下棋。

這里有一些明顯的區(qū)別。圍棋中只有一種棋子，而國(guó)際象棋中則有六種獨(dú)特的棋子，每個(gè)棋子都有不同的特點(diǎn)。國(guó)際象棋棋盤(pán)是一個(gè) 8 x 8 的正方形網(wǎng)格。圍棋棋盤(pán)則是 19 x19 的。在國(guó)際象棋中，棋盤(pán)開(kāi)始時(shí)所有的棋子都在一個(gè)固定的位置上，然后逐漸清空。在圍棋中，棋盤(pán)開(kāi)始時(shí)沒(méi)有棋子，并逐漸填滿(mǎn)。在國(guó)際象棋中，目標(biāo)是吃掉棋子。在圍棋中，目標(biāo)是奪取領(lǐng)土。國(guó)際象棋的開(kāi)局是高度腳本化的，有點(diǎn)像圍棋的終局。兩種游戲都有相同的黑棋和白棋的補(bǔ)充。

通過(guò)國(guó)際象棋游戲，我們發(fā)明了一個(gè)相當(dāng)強(qiáng)大的物理現(xiàn)實(shí)的模型。從一個(gè)近乎完美的秩序狀態(tài)開(kāi)始，所有在游玩中棋子，通過(guò)湮滅性的相互作用，將棋盤(pán)變化為一個(gè)無(wú)處可動(dòng)的稀疏的棋集。通過(guò)圍棋，我們發(fā)明了一個(gè)適應(yīng)性進(jìn)化的模型，強(qiáng)調(diào)了模式如何從簡(jiǎn)單的開(kāi)始中出現(xiàn)，模式的約束如何對(duì)策略施加限制，以及不斷增長(zhǎng)的領(lǐng)土如何形成近乎無(wú)盡的復(fù)雜形狀。

科學(xué)的早期歷史常常被說(shuō)成是國(guó)際象棋式的認(rèn)識(shí)論的剖析（epistemological dissection）——把植物、動(dòng)物和原子拆開(kāi)，以揭示它們的組成部分。然后確定這些部分中的哪一個(gè)是必不可少的，或者在解釋某個(gè)感興趣的屬性時(shí)起到主導(dǎo)作用。而最近的科學(xué)史，特別是復(fù)雜性科學(xué)，對(duì)我們?nèi)绾螌⑦@些部分重新組合起來(lái)以產(chǎn)生生命更感興趣——一種類(lèi)似于圍棋的認(rèn)識(shí)論的生物合成（Go-like epistemological biosynthesis）。

在我們的游玩的追求中，無(wú)論是國(guó)際象棋、圍棋，還是無(wú)數(shù)替代的棋盤(pán)和電腦游戲，我們一直在探索對(duì)于物理現(xiàn)實(shí)的這兩種方法。納博科夫的魯賓斯坦和薄伽丘的流亡者，他們?cè)诶Ь持胁⒉辉敢夥艞壣鐣?huì)——他們創(chuàng)造了模擬物（simulacra）。無(wú)論他們所籠罩的領(lǐng)域如何減少，他們?nèi)匀惶魬?zhàn)著我們，去通過(guò)存在的元素和涌現(xiàn)的模式來(lái)思考。

在我看來(lái)，通過(guò)國(guó)際象棋和圍棋，我們重述了——或許更準(zhǔn)確地說(shuō)是，預(yù)先敘述了（precapitulated）——一些主導(dǎo)了我們對(duì)物理現(xiàn)實(shí)的理解的思想風(fēng)格。就好像在我們被限制時(shí)尋求的娛樂(lè)是我們解除后更好地應(yīng)對(duì)世界所需的不經(jīng)意的家庭作業(yè)。

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游戲-自然?

John Seabrook 威爾·萊特：游戲大師 Game Master (2006)

Norbert Wiener 行為，目的與目的論 Behavior, Purpose and Teleology (1943)

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