Biologische Kernkonzepte einem Informatiker erklärt?

Evolution

Evolution ist die Anhäufung von genetischen Mutationen, die zu phänotypischen Variationen (physischen Merkmalen) führen, wobei überlebende Variationen besser an die Umgebung angepasst sind, in der der Organismus lebt, wodurch er besser überleben und – entscheidend – sich so gut wie oder besser reproduzieren kann -als seine konkurrierenden Organismen.

In Bezug auf die Informatik wäre dies wie ein Einstieg in ein grundlegendes CPU-Design mit allem Notwendigen. Stellen wir uns nun vor, dass jede CPU-Generation nach Ihrer ersten zufällig von etwas namens "Pressure OS" entworfen wird. Pressure OS ist es egal, ob die von ihm entworfenen CPUs den Bedürfnissen der Verbraucher entsprechen. PrOS ist gefühllos. Ein Betriebssystem der reinen Logik. ALLES , was es tun wird, ist, ein paar zufällige Designs zu erstellen, zu notieren, welche sich am besten verkaufen, und die meistverkauften als Vorlage für die nächste Runde zufälliger Designs zu verwenden.

Selektion und Variation

Selektion ist der Prozess, bei dem Umweltbelastungen (niedrige Feuchtigkeit, große Hitze, große Höhe, verfügbare Nahrung, extreme Drücke am Boden von Meeresgräben usw.) bestimmen, wie gut jede nachfolgende Generation von Organismen überlebt.

In unserer Analogie ist das Druck-OS die Ursache der Selektion. Einige CPU-Designs werden die Bedürfnisse der Verbraucher nicht erfüllen (Atoms der ersten Generation, die kaum einen Toaster bedienen könnten). Diese werden nicht mehr produziert. Andere werden sehr erfolgreich sein (wie die Pentium-4-Serie, die jahrelang Bestand hat) und die minderwertigen schnell in den Schatten stellen.

Einige Designs, so seltsam sie auch sein mögen, finden Erfolg in Bereichen außerhalb von Enthusiasten-Desktops oder -Workstations. Wie ARM-Designs, die nie Teil des Desktop-Marktes waren, aber in Telefonen und Geschäftsgeräten großen Erfolg hatten.

Marktanforderungen/-umgebungen, die durch die zufälligen Variationen von Pressure OS erfüllt werden, führten zu Variationen bei den verfügbaren CPU-Typen.

ARM Snapdragons könnten niemals auf dem Markt für Desktop-Enthusiasten mithalten. Das ist das Reich von Sandy Bridges, Haswells, Semprons und Phenoms. Andererseits handelt es sich um dramatisch unterschiedliche Designs – die von gemeinsamen Designs vor Jahrzehnten stammen, die im Laufe der Jahre stark modifiziert wurden – die nicht konkurrieren müssen. Snapdragons und Semprons können nebeneinander existieren, weil sie unterschiedliche Nischen füllen.

Wenn sich jetzt die Verbraucherbedürfnisse wieder ändern – wenn alle Mobiltelefone, Tablets und Desktops satt haben und kegelförmige persönliche Assistenten ins Ohr stecken – dann werden sich die Designs unter diesem neuen Druck erneut ändern. Letztendlich wird das CPU-One-Design zum Standard für diese bestimmte Hardware, und man könnte sagen, dass sich die CPU- Variation entwickelt hat , um durch selektiven Druck von Verbrauchern dorthin zu gelangen .

Die Biologie arbeitet auf genau die gleiche Weise, außer dass der Selektionsprozess durch Umwelteinflüsse ausgelöst wird, um Variationen von Organismen zu produzieren, die sich erfolgreich reproduzieren können. Es geht auch seit >3 Milliarden Jahren so.

Bitte beachten Sie, dass dies nur Analogien sind, keine exakten Definitionen.

Okay, also stellen wir uns DNA als eine Kette von 4 Buchstaben vor, die der Programmcode eines Organismus ist. Auch die Laufumgebung ist ein gutes Analogon zur biologischen Umgebung (Arbeitsspeicher, CPU-Zeit, Festplattenplatz - wie Ressourcen wie Nahrung, Wasser etc.). Gene eines Organismus könnte man sich als Methoden eines Objekts vorstellen, wie in der objektorientierten Programmierung. Lassen Sie uns einige Funktionen definieren:

Fortpflanzung: kopiert die Zeichenkette und erzeugt eine neue Instanz des Organismus (wie eine neue Instanz des Programms) – Zelle oder Nachkomme – dies steht für ungeschlechtliche Fortpflanzung. Die sexuelle Reproduktion nimmt zwei Instanzen des Programms und tauscht zufällig ihre Funktionen aus und erstellt eine neue Instanz mit diesem gemischten Code (Rekombination).

Mutation: Induziert zufällige Änderungen an der Zeichenfolge zu zufälligen Zeiten. Dadurch wird sichergestellt, dass verschiedene "Versionen" des Codes vorhanden sind. Sie brauchen Mutationen, damit die Evolution funktioniert.

Außerdem braucht man Selektion - oder eher selektiven Druck - das ist wie die Veränderung der Umgebung - effizientere Codes werden überleben, der Rest stirbt an (auch bekannt als Absturz, Speichermangel (Nahrung)) usw.) Selektion treibt die Evolution voran. Auch Programme können miteinander interagieren und als Selektionsdruck fungieren – denken Sie an Antivirenprogramme und Trojaner oder Viren – Sie brauchen immer bessere AV-Programme, weil neue Viren auftauchen, und Bösewichte brauchen neue Viren, weil AV-Virenprogramme immer mehr werden immer besser - beide üben punktuellen Druck auf den anderen aus und treiben sich gegenseitig in ihrer Entwicklung voran.

(Genetische) Variation: Denken Sie an eine Gruppe von Software mit ähnlicher Funktion: wie Textbearbeitung. Diese sind wie verschiedene Individuen einer Art, weil sie das Gleiche tun können, aber sie sind alle ein bisschen anders. Diese "Spezies" entwickeln sich, indem sie durch Mutationen neue Funktionen erhalten (der Programmierer fügt neue Codeabschnitte hinzu - Mutationen), und nachdem sie genügend neue Funktionen erhalten haben, verwandeln sie sich in eine neue Software - neue Spezies. Die Evolution braucht viel Zeit, um neue Arten hervorzubringen - ebenso wie das Programmieren einer neuen Software :).

Ich hoffe das hilft.