23:59
Comentarii Adauga Comentariu

Amoeba finds approximate solutions to NP-hard problem in linear time



TSP solutions obtained by the amoeba-based computing system for 4, 5, 6, 7, and 8 cities. Credit: Zhu et al. ©2018 Royal Society Open Science

Researchers have demonstrated that an amoeba—a single-celled organism consisting mostly of gelatinous protoplasm—has unique computing abilities that may one day offer a competitive alternative to the methods used by conventional computers.

The researchers, led by Masashi Aono at Keio University, assigned an amoeba to solve the Traveling Salesman Problem (TSP). The TSP is an in which the goal is to find the shortest route between several cities, so that each city is visited exactly once, and the start and end points are the same.

The problem is NP-hard, meaning that as the number of cities increases, the time needed for a computer to solve it grows exponentially. The complexity is due to the large number of possible solutions. For example, for four cities, there are only three possible routes. But for eight cities, the number of possible routes increases to 2520.

In the new study, the researchers found that an amoeba can find reasonable (nearly optimal) solutions to the TSP in an amount of time that grows only linearly as the number of cities increases from four to eight. Although conventional computers can also find approximate solutions in linear time, the amoeba's approach is completely different than traditional algorithms. As the scientists explain, the amoeba explores the solution space by continuously redistributing the gel in its amorphous body at a constant rate, as well as by processing optical feedback in parallel instead of serially.

Although a conventional computer can still solve the TSP much faster than an amoeba, especially for small problem sizes, the new results are intriguing and may lead to the development of novel analogue computers that derive approximate solutions of computationally complex problems of much larger sizes in linear time.

How it works

The particular type of amoeba that the scientists used was a plasmodium or "true slime mold," which weighs about 12 mg and consumes oat flakes. This amoeba continually deforms its amorphous body by repeatedly supplying and withdrawing gel at a velocity of about 1 mm/second to create pseudopod-like appendages.

In their experiments, the researchers placed the amoeba in the center of a stellate chip, which is a round plate with 64 projecting outwards, and then placed the chip on top of an agar plate. The amoeba is confined within the chip, but can still move into the 64 channels.

In order to maximize its nutrient absorption, the amoeba tries to expand inside the chip to come in contact with as much agar as possible. However, the amoeba does not like light. Since each channel can be selectively illuminated by light, it's possible to force the amoeba to retreat from the illuminated channels.

In order to model the TSP, each channel in the stellate chip represents an ordered city in the salesman's route. For example, in the case with four cities labeled A-D, if the amoeba occupies channels A4, B2, C1, and D3, then the corresponding solution to the TSP is C, B, D, A, C.

In order to guide the amoeba toward an optimal or nearly optimal solution, the key lies in controlling the light. To do this, the researchers use a in which every six seconds the system updates which channels are illuminated. The model incorporates information about the distance between each pair of cities, as well as feedback from the amoeba's current position in the channels.

The model ensures that the amoeba finds a valid solution to the TSP in a few ways. For example, once the amoeba has occupied a certain fraction of a particular channel, say A3, then channels A1, A2, and all other "A" channels are illuminated in order to prohibit city A from being visited twice. Also, B3, C3, D3, and all other "3" channels are illuminated to prohibit simultaneous visits to multiple cities.

The model accounts for the distances between cities by making it easier to illuminate channels that represent cities with longer distances than with shorter distances. For instance, say the amoeba occupies channel B2, and has begun to encroach into channels C3 and D3 in equal amounts, and the distance between cities B and C is 100 while the distance between cities B and D is 50. The longer distance between B and C eventually causes the system to illuminate channel C3, causing the amoeba to retreat from that but allowing it to continue moving into D3.

Overall, modeling the TSP with an amoeba harnesses the amoeba's natural tendency to seek out a stable equilibrium. As channels representing shorter routes are less likely to be illuminated, the amoeba may spread out in those channels and continue to explore other non-illuminated channels in order to maximize its surface area on the agar plate.

The researchers also developed a computer simulation called AmoebaTSP that mimics some of the main features of how the amoeba addresses the problem, including the continuous movement of gel as it is supplied at a constant rate and withdrawn from various channels.

"In our stellate chip for solving the n- TSP, the total area of the body of the amoeba becomes n when the amoeba finally finds an approximate solution," Aono told Phys.org. "There seems to be a 'law' that the amoeba supplies its gelatinous resource to expand in the non-illuminated channels at a constant rate, say, x. This law would be kept even when some resources bounce back from illuminated channels. Then the time required to expand the body area n to represent the solution becomes n/x. This mechanism would be the origin of the linear time, and it was reproduced by our computer simulation model.

"But still, the mechanism by which how the amoeba maintains the quality of the approximate , that is, the short route length, remains a mystery. It seems that spatially and temporally correlated movements of the branched parts of the amoeba located at distant channels are the key. Each of these branches is oscillating its volume with some temporal 'memory' on illuminated experiences. Groups of the branches perform synchronization and desynchronization for sharing information even though they are spatially distant."

In the future, the researchers plan to further improve the amoeba's computing abilities.

"We will investigate further how these complex spatiotemporal oscillatory dynamics enhance the computational performance in finding higher-quality solutions in shorter time," said coauthor Song-Ju Kim at Keio University. "If it could be clarified, the knowledge will contribute to create novel analogue computers that exploit the spatiotemporal dynamics of electric current in its circuit.

"Of course, running some other algorithms on traditional digital computers for linear time, we can derive approximate solutions to TSP. On the other hand, when running our simulation models (AmoebaTSP or its developed versions) on the traditional computers as we did in this study, the analogue and parallel spatiotemporal dynamics require nonlinear time for simulating them as digital and serial processes. So we are trying to obtain much higher-quality solutions than those derived from the traditional ones by running our models on the analogue computers for linear time or shorter."

The researchers also expect that, by fabricating a larger chip, the will be able to solve TSP problems with hundreds of cities, although this would require tens of thousands of channels.

Explore further: Health department says amoeba kills swimmer in Oklahoma lake

More information: Liping Zhu, Song-Ju Kim, Masahiko Hara, and Masashi Aono. "Remarkable problem-solving ability of unicellular amoeboid organism and its mechanism." Royal Society Open Science. royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.180396


(Fluierul)


Linkul direct catre Petitie

CEREM NATIONALIZAREA TUTUROR RESURSELOR NATURALE ALE ROMANIEI ! - Initiativa Legislativa care are nevoie de 500.000 de semnaturi - Semneaza si tu !

Comentarii:


Adauga Comentariu



Citiți și cele mai căutate articole de pe Fluierul:

"Fără Penalii" sunt PENALI. USR poreclită "Uniunea lui SOROS" face ravagii cu 11,7 milioane de lei bani publici primiți de firma lui Barna. Câte 33.000 de euro USR-iștilor de încredere dați de firma lui Dan Barna din banii statului și din bani europeni

Întrebare pentru autoritățile române: Câți migranți ați relocat ÎN REALITATE în România, încâlcând cu bună știință Constituția României?

Tupeu nemărginit al Ambasadorul SUA: "Parlamentul a adoptat Legea offshore încălcând toate principiile transparenţei şi negocierii" Cu cine să negocieze măi Klemă Progresistă? Cu voi care vreți să ne luați petrolul pe NIMIC? Păi vi l-a dat deja...

Paranoia Progresistă continuă. Clip publicitar interzis în Marea Britanie, pentru că în el o mamă îşi îngrijeşte bebeluşul "Îngrijirea copiilor a fost un rol care a fost asociat stereotip cu femeile” spune ASA în hotărârea sa de a interzice clipul.

Președintele Braziliei susține că guvernul său nu are resursele necesare pentru a lupta împotriva incendiilor din pădurea tropicală

Cu toții o știm și o iubim pe FETIȚA ZURLI. CUM ARATĂ în realitate, cum o CHEAMĂ de fapt și ce VÂRSTĂ are | VIDEO

În timp ce milioane de români nu au un loc de muncă, Creşte numărul de migranți asiatici angajaţi în România. România a adus 11.000 de străini din state non-UE în prima jumătate a lui 2019, mai mulţi decât în tot anul 2018

Avionul Egyptair prăbuşit: Analiza uneia din cutiile negre arată că s-a pronunţat cuvântul "foc"

O fostă majoretă a făcut SEX cu un elev de 15 ani! Filmul XXX a ajuns pe INTERNET. VIDEO

Cum au propagat Pedofilia, în grup, cu proprii lor copii, progresiștii "Revoluției de la 1968". Spiegel Online "Revoluția sexuală și copiii, cum stânga progresistă a dus lucrurile mult prea departe". Copii mici jucau dezbrăcați jocuri sexuale cu adulți

MAE: Alertă alimentară în Spania. 161 de cazuri și un deces în urma infectării cu bacteria Listeria

Una dintre fetele pe care polițistul din Sibiu, antrenor sportiv în timpul liber, a încercat să le violeze este campioană națională la box

GUVERNUL CIOLOȘ-SOROS NE-A TRAS-O LA ONU, DEȘI CONSTITUȚIA NOASTRĂ LE-O INTERZICE. România şi alte şase ţări europene au promis să accepte cel puţin de zece ori mai mulţi refugiaţi decât în anul 2015, au declarat oficiali americani citaţi de AFP

Știrile ProTv: De ce sunt atrași muncitorii nepalezi de România - Frate, sunt mulți bani aici

MOSTENIREA nestiuta a lui Ceausescu! America e SOCATA de ce a descoperit in Romania
ULTIMA ORA: Dusmanii tarii vor sa ascunda adevarul

România, țările baltice și Polonia - declarație comună la 80 de ani după Pactul Ribbentrop-Molotov: "Durerea și nedreptatea nu vor cădea în uitare niciodată. Noi ne vom aminti"

HOROSCOP 23 august 2019: Zodiile care vor uimi prin profesionalism și perseverență

Digi24: Imagini dramatice cu focul care distruge 20% din oxigenul Planetei / Pădurea amazoniană, declarată urgență internațională

Minciuna neruşinată a procuraturii române are picioare scurte. Dovada că Alexandra nu putea fi incinerată în butoi. Un porc de 70 kg ars cu anvelope şi 630kg de lemne mai avea 10% carne după ce lemnele au ars complet

Summitul G7 de la Biarritz: Măsuri sporite de securitate în contextul acțiunilor de protest anunțate

Anunțuri de angajare false în care românii erau ademeniți să trimită date personale pe Facebook și WhatsApp

Digisport.ro: Gigi Becali, oprit de poliție, în timp ce era în direct la TV

Tenis: Principala favorită, calificată în semifinalele turneului WTA de la New York

Revolut își ia șefi de la Goldman Sachs, ClearBank și concurentul N26

Benjamin Netanyahu sugerează că Israelul a fost implicat în atacuri aeriene ce au vizat obiective militare iraniene din Irak

Codrin Ștefănescu, despre respingerea proiectului de amnistie și grațiere: E cumplit. Mulți colegi se abțin

PROGRAM COMPLET Festivalul Cerbul de Aur 2019: publicul și presa aleg câștigătorii vineri seară

Două legende privind uzina "Industria Aeronautică Română" de la Brașov

Calea ferată în România. Ministrul Transporturilor promitea în mai modernizarea a 500 de vagoane de călători până la finalul lui 2019

Tu știi de ce ne-am luat rația de libertate? (Partea a III-a). Adrian Kali: Unii spun ca era bine ca ne-am plătit datoriile. Nu aveam apă caldă, nu aveam o grămadă de chestii

SĂRBĂTORI RELIGIOASE - 23 august

Președintele Sergio Mattarella a dat termen până marți partidelor italiene să ajungă la un acord privind formarea unui nou Guvern

Canada se opune revenirii la formula G8 prin reprimirea Rusiei

Oficiali UE: Semnarea Pactului Ribbentrop-Molotov a deschis un capitol întunecat din istoria Europei

Economia de piață liberă? Poveşti. Dăm 5G țintit la americani. Nu e ăsta Trafic de influență? Iohannis: "Am semnat un memorandum România-SUA privind tehnologia 5G, pentru asigurarea prosperității și securității naționale".

Prințul Andrew, surprins în timp ce i se făcea un masaj la picioare, la reședința lui Epstein, miliardarul care s-a sinucis în închisoare

Liviu Pleșoianu: Nu sunt sigur că Iohannis va accepta propunerile. Dana Gîrbovan a făcut zob pactul pe justiție

Tenis: Monica Niculescu va juca finala de dublu la Bronx Open (WTA)

CITATUL ZILEI

Cel puțin cinci morți, zeci de răniți, în urma unei busculade la un concert rap din Algeria

Financial report UE vrea limite stricte în cazul recunoașterii faciale. Volkswagen își schimbă logo-ul. Când traducătorii manipulează spusele a doi președinți

Gigi Becali, finanțator FCSB: Noul antrenor al echipei este Bogdan Vintilă

Cel puțin cinci morți, zeci de răniți, în urma unei busculade la un concert rap din Algeria

FOTO Prima fotografie a Lunii, din cadrul misiunii Indiene Chandrayaan-2

Emmanuel Macron cere introducerea temei la summitul G7: Incendiile din Pădurea Amazoniană sunt o criză internațională

Fotbal – Europa League: Clubul scoțian Glasgow Rangers, sancționat din cauza comportamentului rasist al fanilor

Progresiştii marxişti şi neomarxişti sunt marii ideologi pro-pedofilie. Azi, Simone de Beauvoir, țiitoarea lui Sartre: susținătoarea pedofiliei care a pus bazele ideologiei de gen

Ecourile unui mariaj de 8 luni: Miley Cyrus neagă acuzațiile de infidelitate într-o polemică pe Twitter/ Madonna îi ia apărarea

Ciclism: Richard Carapaz, laureatul Giro 2019, a declarat forfait pentru Turul Spaniei

Destinația taxei pe viciu, neclară. PNL: Guvernul PSD-ALDE a confiscat banii de la bugetul Sănătății

Concluziile Corpului de Control al ministerului Sănătății: INML a respectat procedurile/ Raportul publicat de A. Cumpănașu

Miley Cyrus a dezvăluit de ce a fost concediată din franciza "Hotel Transylvania"

Fetiță de 7 ani, violată de tatăl său, în timp ce mama sa era plecată din țară. Bărbatul a fost reținut pentru 24 de ore

Alerta de caniculă a fost extinsă în România. Temperaturi ridicate și disconfort termic, până duminică

75 de ani după 23 august 1944: Cum a folosit puterea politică, în anii 90, reabilitarea lui Antonescu pentru a denatura meritele Regelui

Ce înseamnă noile plafoane din programul "O familie, o casă" . Cum afectează accesul celor cu venituri mici la achizițiile imobiliare. Bonus: vezi în detaliu cum funcționează piața imobiliară din Cluj

Demisie în PSD înainte de CEX. Partidul lui Dăncilă pierde un senator

ȘTIRILE OREI 09.00, 23 August 2019

Olanda, la nivelul următor - În Mersul Trenurilor se va trece de la minute la secunde

Iranul a dezvoltat un sistem antiaerian,despre care susține că este mai avansat decât sistemul S-300


Pag.1 Pag.2 Pag.3 Pag.4 Pag.5 Pag.6 Pag.7
Pag.8 Pag.9 Pag.10 Pag.11 Pag.12 Pag.13 Pag.14 Pag.15
Pag.16 Pag.17 Pag.18 Pag.19 Pag.20 Pag.21 Pag.22 Pag.23
Pag.24 Pag.25 Pag.26

Nr. de articole la aceasta sectiune: 1553, afisate in 26 pagini.



ieri 05:14 CITATUL ZILEI