الحوسبة غير المتبلورة

يشير مصطلح الحوسبة غير المتبلورة إلى الأنظمة الحاسوبية التي تستخدم أعدادًا هائلة من المعالجات المتوازية المتطابقة، لكل منها قدرة حسابية محدودة وتفاعلات محلية. وقد صِيغ مصطلح الحوسبة غير المتبلورة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عام 1996 في ورقة بحثية بعنوان "بيان الحوسبة غير المتبلورة" من تأليف أبيلسون، ونايت، وسوسمان، وآخرين.

توجد أمثلة على الحوسبة غير المتبلورة التي تحدث بشكل طبيعي في العديد من المجالات، مثل علم الأحياء النمائي (تطور الكائنات متعددة الخلايا من خلية واحدة)، وعلم الأحياء الجزيئي (تنظيم الحجيرات دون الخلوية والإشارات داخل الخلية)، والشبكات العصبية ، والهندسة الكيميائية (الأنظمة غير المتوازنة). لا يرتبط مجال دراسة الحوسبة غير المتبلورة بنوع الأجهزة المستخدمة ، فهو لا يهتم بالركيزة الفيزيائية (البيولوجية، أو الإلكترونية، أو النانوية، إلخ)، بل يركز على توصيف الخوارزميات غير المتبلورة كأفكار مجردة بهدف فهم الأمثلة الطبيعية الموجودة وهندسة أنظمة جديدة. في نهاية المطاف، يتطور هذا المجال إلى الذكاء الحسابي ، حيث تُعد هذه التقنية الحسابية امتدادًا للذكاء الاصطناعي (وتحديدًا الذكاء الاصطناعي العام ) لتطوير الحوسبة البيولوجية .

تميل الحواسيب غير المتبلورة إلى امتلاك العديد من الخصائص التالية:

• يتم تنفيذها بواسطة أجهزة زائدة عن الحاجة، وربما معيبة، ومتوازية بشكل كبير .
• الأجهزة ذات الذاكرة المحدودة والقدرات الحسابية المحدودة.
• الأجهزة غير متزامنة.
• الأجهزة التي ليس لديها معرفة مسبقة بموقعها.
• الأجهزة التي تتواصل محلياً فقط.
• إظهار سلوك ناشئ أو ذاتي التنظيم (أنماط أو حالات أكبر من جهاز فردي).
• يتحمل الأعطال، وخاصةً الأعطال العرضية في الأجهزة أو اضطرابات الحالة.

(بعض هذه الخوارزميات ليس لها أسماء معروفة. وعندما يكون الاسم غير معروف، يتم إعطاء اسم وصفي.)

• "التواصل الفيكي" . تتواصل الأجهزة عن طريق توليد رسائل تنتشر عبر الوسط الذي توجد فيه. وتخضع قوة الرسالة لقانون التربيع العكسي كما هو موضح في قانون فيك للانتشار . وتُعد أمثلة هذا النوع من التواصل شائعة في الأنظمة البيولوجية والكيميائية.
• "الاتصال الانتشارى عبر الروابط" . تتواصل الأجهزة عبر نشر الرسائل من خلال روابط سلكية تربطها ببعضها. على عكس "الاتصال الفيكي"، لا يوجد بالضرورة وسط انتشاري تتواجد فيه الأجهزة، وبالتالي فإن البُعد المكاني غير ذي صلة، ولا ينطبق قانون فيك . توجد أمثلة على ذلك في خوارزميات توجيه الإنترنت، مثل خوارزمية التحديث الانتشارى . تفترض معظم الخوارزميات الموصوفة في أدبيات الحوسبة غير المتبلورة هذا النوع من الاتصال.
• انتشار الموجات . (المرجع 1) يُصدر جهاز رسالةً مُشفّرةً بعدد القفزات. تقوم الأجهزة التي لم ترَ الرسالة سابقًا بزيادة عدد القفزات، ثم تُعيد بثّها. تنتشر الموجة عبر الوسط، ويُشفّر عدد القفزات عبر هذا الوسط تدرج المسافة من المصدر.
• "معرف عشوائي" . يمنح كل جهاز نفسه معرفًا عشوائيًا، وتكون المساحة العشوائية كبيرة بما يكفي لمنع التكرارات.
• "برنامج نقطة النمو" . (كور). العمليات التي تنتقل بين الأجهزة وفقًا لـ "الانتحاء" (حركة الكائن الحي بسبب المحفزات الخارجية).
• "إحداثيات الموجة" . شرائح عرض تقديمي من داربا . سيتم كتابتها لاحقاً.
• "استعلام الجوار" . (ناجبال) يقوم الجهاز بأخذ عينات من حالة جيرانه إما عن طريق آلية الدفع أو السحب.
• "ضغط الأقران" . يحتفظ كل جهاز بحالة معينة ويُبلغها إلى جيرانه. يستخدم كل جهاز آلية تصويت لتحديد ما إذا كان سيغير حالته إلى حالة جاره أم لا. تُقسّم الخوارزمية الفضاء وفقًا للتوزيعات الأولية، وهي مثال على خوارزمية التجميع.
• "خط ذاتي الصيانة" ( لورين لورين، كليمنت ). يتم إنشاء تدرج من نقطة نهاية واحدة على سطح مستوٍ مغطى بالأجهزة عبر اتصال الانتشار الرابطي. يدرك كل جهاز قيمته في التدرج ومعرف جاره الأقرب إلى نقطة الأصل. تكتشف نقطة النهاية المقابلة التدرج وتُبلغ جارها الأقرب بأنه جزء من خط. ينتشر هذا التدرج صعودًا مُشكلاً خطًا مقاومًا للاضطرابات في المجال. (مطلوب رسم توضيحي).
• "تشكيل النادي" . ( كور، كور، ناجبال، فايس ). تقوم مجموعات محلية من المعالجات بانتخاب قائد ليكون بمثابة مركز اتصال محلي.
• "تكوين الإحداثيات" ( ناجبال ). يتم تكوين تدرجات متعددة واستخدامها لتكوين نظام إحداثيات عبر التثليث.

• هال أبيلسون ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
• جاكوب بيل ، طالب دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (لغات عالية المستوى للحوسبة غير المتبلورة)
• دانيال كور ، جامعة جزر الهند الغربية (لغة نقطة النمو، الانتحاء، سلسلة العاكس المتنامي)
• نيكولاس كوريل ، جامعة كولورادو ( مواد الروبوتات )
• توم نايت ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (الحوسبة باستخدام البيولوجيا التركيبية )
• راديكا ناجبال ، هارفارد (أنظمة التنظيم الذاتي)
• زاك بوث سيمبسون ، مختبر إلينغتون، جامعة تكساس في أوستن. (كاشف حواف البكتيريا)
• جيري سوسمان ، مختبر الذكاء الاصطناعي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
• رون وايس ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (تفعيل القواعد، لغة المستعمرات الميكروبية، تكوين أنماط الإشريكية القولونية)

• الحوسبة غير التقليدية

1. الصفحة الرئيسية للحوسبة غير المتبلورة

   مجموعة من الأوراق والروابط في مختبر الذكاء الاصطناعي التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

2. الحوسبة غير المتبلورة (اتصالات جمعية آلات الحوسبة، مايو 2000)

   مقال استعراضي يعرض أمثلة من لغة نقطة النمو لكور بالإضافة إلى أنماط تم إنشاؤها من لغة تشغيل القواعد لـ وايس.

3. "الحوسبة غير المتبلورة في وجود اضطرابات عشوائية"

   ورقة بحثية تبحث في قدرة الحواسيب غير المتبلورة على التعامل مع المكونات المعطلة.

4. شرائح عرض تقديمي حول الحوسبة غير المتبلورة من محاضرة داربا عام 1998

   نظرة عامة على الأفكار والمقترحات الخاصة بالتنفيذ

5. عرض تقديمي (PPT) حول الحوسبة غير المتبلورة والخلوية من محاضرة لوكالة ناسا عام 2002

   تقريبًا نفس ما سبق، بصيغة PPT

6. البنية التحتية للظهور الهندسي على شبكات أجهزة الاستشعار/المشغلات ، بيال وباخراخ، 2006.

   لغة حوسبة غير محددة تسمى "بروتو".

7. أنماط طوبولوجية ذاتية الإصلاح ، كليمنت، ناجبال.

   خوارزميات لإصلاح وصيانة الخطوط ذاتيًا.

8. أساليب قوية للتزامن غير المتبلور ، جوشوا غروشو

   طرق لتحفيز التزامن الزمني العالمي.

9. التجميع الذاتي القابل للبرمجة: بناء شكل عالمي باستخدام التفاعلات المحلية المستوحاة من علم الأحياء ورياضيات الأوريغامي والشرائح المصاحبة لها ، أطروحة دكتوراه لناغبال

   لغة لتجميع تعليمات التفاعل المحلي من وصف عالي المستوى لهيكل مطوي يشبه فن الأوريغامي.

10. نحو مادة قابلة للبرمجة ، شرائح عرض تقديمي من إعداد ناجبال

    مخطط مشابه للورقة البحثية السابقة

11. الهياكل ذاتية الإصلاح في الحوسبة غير المتبلورة (زوكر)

    طرق للكشف عن التكوينات والحفاظ عليها مستوحاة من التجديد البيولوجي.

12. التنفيذ التسلسلي المرن على الأجهزة غير المتبلورة ، رسالة ماجستير لسوذرلاند

    لغة لتشغيل العمليات التسلسلية على الحواسيب غير المتبلورة

13. نماذج للبنية في حاسوب غير متبلور ، 1997، كور، ناجبال، فايس

    تقنيات لإنشاء نظام هرمي في أجهزة الكمبيوتر غير المتبلورة.

14. تنظيم نظام إحداثيات عالمي من المعلومات المحلية على جهاز كمبيوتر غير متبلور ، 1999 ناجبال.

    تقنيات إنشاء أنظمة الإحداثيات عن طريق تشكيل التدرج وتحليل حدود الدقة.

15. الحوسبة غير المتبلورة: أمثلة، رياضيات ونظرية ، 2013 دبليو ريتشارد ستارك.

    تقدم هذه الورقة ما يقرب من 20 مثالاً تتراوح من البسيط إلى المعقد، وتستخدم الأدوات الرياضية القياسية لإثبات النظريات وحساب السلوك المتوقع، ويتم تحديد واستكشاف أربعة أنماط برمجة، وإثبات ثلاث نتائج عدم قابلية الحساب، ورسم الأسس الحسابية لنظام ذكاء معقد وديناميكي.