Vie Artificielle

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Vie Artificielle

• Beurier Grégory
• LIRMM

2
Historique

• Automate du roi Mu ( Lieh Tzu IIIe avt JC)
• Homunculus
• Frankenstein
• Automates de Vaucanson
• Le complexe FRANKENSTEIN !!!

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Vie Artificielle

•  La vie artificielle est létude des systèmes
  construits de mains dhomme qui exhibent des
  comportements des systèmes naturels vivants. Elle
  vient en complément des sciences biologiques
  traditionnelles, en tentant de synthétiser des
  comportements semblables au vivant au sein
  dordinateurs et dautres substrats artificiels.
  En étendant les fondements empiriques sur
  lesquels la biologie est basée au-delà de la vie
  a base de carbone qui a évolué sur Terre, la vie
  artificielle peut contribuer à la biologie
  théorique en positionnant la vie telle que nous
  la connaissons au sein dun espace plus large la
  vie telle quelle pourrait être 
• C. Langton

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Quest que la vie ?

• Ensemble de propriétés Monod
• Téléonomie, morphogenèse, reproduction invariante
• Extensions des propriétés Mayr, Belin
• Structure, macromolécules, ADN, stabilité,
  évolution
• Approche Thermodynamique Schrödinger, Prigogine
• Structure dissipative
• Autopoïèse Maturana, Varela
• Réseau fermé déléments  auto-régénérant 

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Complément de lapproche IA Dure

• Pensée, cognitif
• Systèmes Experts
• Agents Rationnels
• Ordinateur intelligent

• Ordinateur intelligent
• Gènes
• Neurones
• Fourmis
• Calculs simples

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Alan Turing

• Intelligence Artificielle
• Test de Turing
• Idée de Morphogène
• Travail sur les gradients
• Machine de Turing
• Équivalence théorique mathématique
• Problème de Hilbert
•  Processus physiques ? Computationnels donc
  calculés  sous forme de machine de Turing
  Universelle 

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Machine de Turing
1 2 3

A


Si A ? B, Droite Si B ? B, Gauche
8
Plan

• Vie Artificielle
• Emergence
• Principe
• Jeu de la vie
• Organoids
• Récursion et génération
• Principe
• Biomorphes
• L-Systems
• Biomimétisme
• Comportements Sociaux
• Principe
• Boids
• Optimisation colonie de fourmis
• Stimergie
• Algorithmes génétiques
• Principe
• Voyageur de commerce
• Programmation génétique

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Émergence
Émergence
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Jeu de la vie
Émergence

• John Conway 1970
• Principe

1 ou de 3 voisins ? MORT












3 voisins ? NAISSANCE 2-3 voisins ? survie












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Vidéos et explications
Émergence

• Apparitions démergences
• Gliders
• Attracteurs Fixes, cycliques, chaotiques,
  étranges.
• Simulations phénomènes physiques

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Systèmes Multi-Agents

• Extensions de la notions dobjets
• Inspirés des insectes sociaux
• Agents processus de traitements dinformation
  situés autonomes
• Ex Robots, virus intelligent, tour de contrôle,
  vous, etc.
• MASSIVE (LOTR)

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Organoïds
Émergence

• Principe
• Multi-agents
• Fourmis
• Émergence
• Multi-niveaux
• Récursivité

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Organoïds
Émergence
Mais à quoi ça peut-il bien-t-il donc servir ?!?!?
15
Organoïds
Récursion
Iterative Function System
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Récursion et génération
Récursion

• Fonctions récursives
• Ex f(n) f(n-1) f(n-2) f(0) 1 f(1) 4
• Fractales
• Géométrie récursive fonctions itératives
  suites géométriques

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(No Transcript)
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L-Systems
Récursion

• Lindenmayer
• Principe idem fractales
• Initiateur F
• Générateur FFF-FF
• Angle 22.5

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L-Systems
Récursion

20
Biomorphes
Récursion

• Sélection dindividus selon la structure
  (RLLRLRRLRLRL)

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Comportements SociauxIntelligence artificielle
distribuée
Biomimétisme

• Culture (fourmis, termites)
• Régulation thermique (abeilles, termites)
• Constructions pharaoniques (termites, fourmis)
• Pièges démesurés (araignées)
• Élevage (fourmis)
• Colonisation (fourmis, abeilles, etc.)
• Etc.
• Il y a un bond de capacités réactives vers une
  émergence dintelligence sociale.

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BoidsLes halls de gare
Biomimétisme
Couple angle/ distance Attraction
Répulsion Alignement
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Optimisation colonie de fourmis
Biomimétisme
24
Routage réseau P2P
Biomimétisme
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Stigmergierétroaction environnementale
Biomimétisme
Phéromones
26
Termites
Biomimétisme
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Algorithmes Génétiques
Algo G

• Meilleur moyen de résoudre un problème est de sy
  adapter.
• Sélection naturelle Sélection des individus les
  mieux adaptés à un milieu donné et qui auront
  une plus grande faculté de reproduction que les
  autres
• Principe Coder le problème à résoudre sous la
  forme dun génome. Déterminer une fonction
  dadaptation pour les solutions possibles. Faire
  se reproduire les individus viables.

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Terminologie
Algo G

• Population ( génération)
• Ensemble dindividus
• Génome
• Ensemble des chromosomes dun individus
• Chromosome ( un individu)
• Groupe de gènes dun individu
• Gène
• Caractère / caractéristique dun individu
• Allèle
• Forme / valeur prise par une caractéristique

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PrincipeVoyageur de commerce
Algo G

• 1- On code la solution du problème a résoudre
  sous la forme de gènes (fonction dencodage)
• 2- On génère une population dindividu
  aléatoirement (initialisation)
• 3- On teste les individus et on les fait mourir
  si leur génome nest pas bon (fitness/sélection)
• 4- On croise les survivants et on retourne en 3.
• On recommence tant que le génome des survivants
  nest pas une solution satisfaisante au problème

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Applications aux Biomorphes
Algo G

• Codage biomorphes RGRRGGRGR (idem L-Systems)
• Génome RGRRGGRGR
• Population Rd
• Croisement
• Fitness
• ressemblance
• angles communs
• Arrêt
• Ressemblance 100
• 1000 générations

RGRRGGRGRGGRGRGRGGGGRRGGRGRR GRGGGGRGRGGGRR
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Programmation génétique évolutionnaire
Algo G

• Principe
• Ne plus coder la solution dans le génotype
  (génome) mais la faire apparaître/émerger dans le
  phénotype (lexpression du génome)
• La solution devient le comportement ou le
  résultat de la fonction réalisée par le gène. Les
  croisements modifient alors non pas les solutions
  mais les comportements.

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Approche morphogénétique
Algo G
Divisions
génome

• Formation dun organisme par
• Division
• Différenciation spatiale et fonctionnelle
• Croisement Sélection

Zones différenciées
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Fonctionnement
Algo G
Gène 1
Allèle position Allèle couleur Allèle
taille
Gène 2
Allèle Division Allèle Sécrétion Allèle
Digestion
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Morphogen
Algo G

• Principe
• Plusieurs gènes
• Allèles
• Répresseurs liste de protéines qui inhibe la
  fonction du gène
• Activateurs liste de protéines qui active la
  fonction du gène
• Protéines liste de protéines que transcrit/émet
  le gène
• Fonctions
• Division/Mitose Crée une autre cellule
• Métabolisme Consomme de la nourriture pour
  fournir de lénergie aux autres individus de
  lorganisme)
• Quiescence Reste inactive
• Apoptose/Nécrose Meure pour la morphogenèse ou
  de carences.
• Population tirée au hasard mis dans un endroit
  avec nourriture

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Morphogen
Algo G

• 1- Perceptions des protéines
• 2- Fonctions
• 3- Émissions gt Phéromones (gradients)
• On conserve les organismes qui vivent le plus
  longtemps cest-à-dire qui consomment le moins
  vite la nourriture du milieu en grossissant et on
  les croise.

36
Algo G
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A quand la vie sur nos PC ?

• Support physique (silicium) puce recombinantes -
  autoréplicantes
• Exobiologie
• Puces et Ordinateurs à ADN
• Processeurs hybrides
• Earth Simulator
• De la vie à lintelligence artificielle quelle
  distance y à t-il ?