[论文解读] A Music-generating System Inspired by the Science of Complex Adaptive Systems

Shawn Bell, Liane Gabora|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2016

Neural dynamics and brain function参考文献 27被引用 6

一句话总结

本文介紹了 NetWorks（NW），一種受複雜自適應系統啟發的音樂生成系統，採用無標度、分層聚集的網絡結構，可生成從有序到混亂的音樂。通過在『混沌邊緣』運行並在自下而上與自上而下處理模式之間切換，NW 在音高、力度、時值和進入延遲等層面產生了自發的、連貫的音樂結構，展現出目標導向行為與類似人類的創造力，體現了自組織特性。

ABSTRACT

This paper presents NetWorks (NW), an interactive music generation system that uses a hierarchically clustered scale free network to generate music that ranges from orderly to chaotic. NW was inspired by the Honing Theory of creativity, according to which human-like creativity hinges on (1) the ability to self-organize and maintain dynamics at the 'edge of chaos' using something akin to 'psychological entropy', and (2) the capacity to shift between analytic and associative processing modes. At the 'edge of chaos', NW generates patterns that exhibit emergent complexity through coherent development at low, mid, and high levels of musical organization, and often suggests goal seeking behaviour. The architecture consists of four 16-node modules: one each for pitch, velocity, duration, and entry delay. The Core allows users to define how nodes are connected, and rules that determine when and how nodes respond to their inputs. The Mapping Layer allows users to map node output values to MIDI data that is routed to software instruments in a digital audio workstation. By shifting between bottom-up and top-down NW shifts between analytic and associative processing modes.

研究动机与目标

• 開發一種模擬人類創造力的音樂生成系統，基於自組織與動態複雜性的原則。
• 實現一種在『混沌邊緣』運行的系統，以在音樂輸出中平衡秩序與混亂。
• 透過允許使用者定義網絡連接性與響應規則，實現互動式音樂生成。
• 探討音樂創作中分析性與關聯性處理模式的相互作用。
• 將抽象的網絡節點輸出映射至 MIDI 數據，以支援數位音訊工作站中的即時演奏。

提出的方法

• 系統採用由四個模塊組成的 16 個節點網絡架構：音高、力度、時值與進入延遲，每個模塊均構成無標度、分層聚集的網絡。
• 核心網絡動力學由使用者定義的規則所支配，用於決定節點何時以及如何響應輸入，從而實現自適應行為。
• 系統在自下而上與自上而下處理模式之間切換，以交替實現分析性與關聯性認知風格。
• 一層映射模塊將節點輸出值轉換為 MIDI 數據，並傳送到數位音訊工作站中的虛擬樂器。
• 網絡拓撲結構透過類似心理熵的機制，維持在『混沌邊緣』的平衡，從而支持自發的複雜性。
• 系統設計建立在 HONING 的創造力理論基礎上，強調自組織與動態穩定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何透過自組織與複雜自適應系統的原則，使音樂生成系統模擬類似人類的創造力？
• RQ2 在『混沌邊緣』運行在生成音樂上具有協調性與複雜性的模式中扮演何種角色？
• RQ3 自下而上與自上而下處理模式之間的切換如何影響音樂結構的自發產生？
• RQ4 無標度、分層聚集的網絡架構能否在音樂輸出中產生目標導向行為？
• RQ5 抽象的網絡動力學在多大程度上可映射為富有表現力、可演奏的 MIDI 音樂？

主要发现

• NetWorks 成功生成了在音樂組織的低、中、高各個層次均展現出自發複雜性的音樂。
• 當系統在『混沌邊緣』運行時，能產生協調且具目標導向的音樂模式。
• 在自下而上與自上而下處理模式之間的切換，使系統能實現分析性與關聯性音樂思維的動態轉換。
• 無標度、分層聚集的網絡結構支持穩定且具彈性的音樂發展。
• 由節點值衍生的 MIDI 輸出產生了富有表現力、可演奏的音樂，適用於即時數位音訊工作站。
• 系統表明，在『混沌邊緣』的自組織動力學可產生具有音樂意義且多樣化的輸出。