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规则30:简单的元胞自动机谜题

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一个简单的程序,一个四十年的疑问。从一个黑色方块开始,逐行应用一条极简规则。由此生长出的图案部分有序、部分狂野,而其中央那一列是否会重复,至今无人能够证明。每一行出现时,其中央的方格都会被读取并记入右侧的一条带状区域,到目前为止,它看起来与公平硬币的抛掷结果完全一样。

这条规则可以用铅笔手算。新一行中的每个方格,由其正上方及左右两侧邻居这三个方格决定。这三种颜色的组合共有八种方式,规则为每种组合规定了新方格的颜色。将八个结果写成二进制数,得到00011110,即30。用文字表述就是:当左上方的方格与“上方方格或右上方方格为黑色”这一条件不同时,新方格为黑色。

二十世纪八十年代初,Stephen Wolfram着手研究这类最简单的可能程序。在256种选项中,大多数要么消亡,要么重复,要么形成整齐的嵌套图案。规则30则不然。它的左侧逐渐稳定为规则的条纹,右侧却从不稳定,其中央一列还通过了标准的随机性检验。多年来,它曾为Mathematica生成随机整数,其图案也装饰着剑桥北站的墙壁。

2019年10月1日,Wolfram为有关中央一列的三个未解问题提供了总额30,000美元的奖金,每个问题10,000美元。它最终会不会变为周期性的?从长远来看,每种颜色出现的频率是否相等?计算其第n个方格是否至少需要n步?由于每个方格都由规则确定,这一列并非真正随机,因此每个问题的答案只能是是或否,而只有证明才能给出定论。计算十亿个方格并未显示出任何规律,但这并不能证明什么。

来源: Hacker News · 由HeadlinesBriefing整理摘要