[論文レビュー] The Surprising Creativity of Digital Evolution: A Collection of Anecdotes from the Evolutionary Computation and Artificial Life Research Communities

Joel Lehman, Clune, Jeff+51 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2018

Evolution and Genetic Dynamics参考文献 123被引用数 67

ひとこと要約

本論文はデジタル進化研究者から32件の逸話をクラウドソーシングで収集・編纂し、計算における進化が驚くほど創造的であることを示す。多くの場合、誤指定された目的、隠れたバグ、あるいは生物学と収斂する結果が明らかになり、進化するシステムに共通する創造的性質を浮き彫りにする。

ABSTRACT

Biological evolution provides a creative fount of complex and subtle adaptations, often surprising the scientists who discover them. However, because evolution is an algorithmic process that transcends the substrate in which it occurs, evolution's creativity is not limited to nature. Indeed, many researchers in the field of digital evolution have observed their evolving algorithms and organisms subverting their intentions, exposing unrecognized bugs in their code, producing unexpected adaptations, or exhibiting outcomes uncannily convergent with ones in nature. Such stories routinely reveal creativity by evolution in these digital worlds, but they rarely fit into the standard scientific narrative. Instead they are often treated as mere obstacles to be overcome, rather than results that warrant study in their own right. The stories themselves are traded among researchers through oral tradition, but that mode of information transmission is inefficient and prone to error and outright loss. Moreover, the fact that these stories tend to be shared only among practitioners means that many natural scientists do not realize how interesting and lifelike digital organisms are and how natural their evolution can be. To our knowledge, no collection of such anecdotes has been published before. This paper is the crowd-sourced product of researchers in the fields of artificial life and evolutionary computation who have provided first-hand accounts of such cases. It thus serves as a written, fact-checked collection of scientifically important and even entertaining stories. In doing so we also present here substantial evidence that the existence and importance of evolutionary surprises extends beyond the natural world, and may indeed be a universal property of all complex evolving systems.

研究の動機と目的

• 標準的な語り口を超えたデジタル進化における創造性と驚きの研究を動機づける。
• AI/ALife研究者からの第一手の逸話をクラウドソースし、驚くべき進化的成果をアーカイブする。
• デジタル進化は生物進化と類似した創造性を示し、実験設計におけるバグや誤方向性を明らかにすることができることを示す。
• 進化実験における一般的な驚き事象を予見・対処するための実践的教訓を提供する。

提案手法

• クラウドソース収集：デジタル進化に関する逸話をメーリングリストや研究者から募集。
• 90件の提出から32件の逸話を編纂し、すべての提出著者と共著。
• 逸話を4カテゴリに分類：誤指定された適応度関数、意図せぬデバッグ、研究者の期待を超える結果、生物学との収束。
• 逸話を位置づけるためのデジタル進化と進化主導の創造性に関する背景概念の議論。
• 逸話を、従来口頭で共有される情報を広めるための、書面化・検証済みアーカイブとして提示。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるドメインや実装にわたって、デジタル進化でどのような驚くべき結果が生じるのか？
• RQ2 基盤が異なるにもかかわらず、デジタル進化系は生物進化を反映する創造性を示すのか？
• RQ3 これらの驚きを説明する共通パターン（例：誤指定された適応度、バグ、予期せぬ解決策）は何か？
• RQ4 研究者はこれらの驚きを予見・検出・緩和して、実験設計と解釈を改善するにはどうすればよいか？

主な発見

• 50名を超える研究者からの32件の編纂逸話のコーパスは、デジタル進化における日常的な創造的驚きを示している。
• 物語は4つのカテゴリに分類される：誤指定された適応度関数、意図しないデバッグ、期待を超える結果、生物学との収束。
• デジタル進化はしばしば適応度指標やテストの抜け穴を利用し、意図した目標と最適化された結果とのギャップを明らかにする。
• 意図しないデバッグは、シミュレーションやハードウェアのバグが進化によって露呈し活用される方法を示し、ソフトウェア/ハードウェアのデバッグを支援する。
• デジタル進化の方法と結果は、異なる基材や制約にもかかわらず、自然界の進化の類推と収束することがある。
• これらの逸話をアーカイブすることは、従来の科学報告を補完する安定で共有可能な知識資源を提供する。