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你應(yīng)該坐過(guò)火車對(duì)吧？一個(gè)國(guó)家，還有國(guó)家和國(guó)家之間有許許多多的鐵路，它們組成了鐵路網(wǎng)。
顯然從成本和效率的角度考慮，鐵路不可能經(jīng)過(guò)每一個(gè)城市。在哪些城市設(shè)立交通樞紐能覆蓋最多的旅客，同時(shí)讓城市之間的旅行線路變得更短，就是鐵路規(guī)劃的學(xué)問(wèn)了。
在交通網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的問(wèn)題上，有許許多多領(lǐng)域的科學(xué)家參與了進(jìn)來(lái)，比如數(shù)學(xué)家，計(jì)算機(jī)科學(xué)家。但是最近，一種奇特的生物卻在這個(gè)領(lǐng)域里橫空出世，成為了極為強(qiáng)大的問(wèn)題解決專家。
就這么說(shuō)吧，東京的鐵路系統(tǒng)從1872年開(kāi)始運(yùn)行，第一條鐵路連接的是東京和橫濱。這個(gè)鐵路系統(tǒng)花了工程師們100多年的時(shí)間才優(yōu)化成現(xiàn)在的樣子，但是我們將要介紹的這種生物只花了短短的26小時(shí)，就得到了同樣高效的結(jié)果。更令人嘖嘖稱奇的是，和人類相比，這種生物非常原始低等，它們甚至都沒(méi)有大腦。
這究竟是怎么回事呢？
實(shí)際上，用生物來(lái)解決空間規(guī)劃問(wèn)題的方法由來(lái)已久。比如，科學(xué)家曾經(jīng)用螞蟻的覓食行為來(lái)模擬晶體的生長(zhǎng)。
不過(guò)在空間設(shè)計(jì)方面，有一種叫做黏菌（Physarum polycephalum）的生物在近10年來(lái)卻倍受青睞。
黏菌雖然名字里有個(gè)菌字，但它不是細(xì)菌也不是真菌，而是一種單細(xì)胞變形蟲，也就是一種原生生物。
它可以從一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始向四周伸展，尋找食物。一旦找到了食物來(lái)源，那么那些沒(méi)有找到食物的“觸手”就會(huì)收縮消失。最后在黏菌的覓食網(wǎng)上，就只留下了那些有食物供給，并且能有效傳遞營(yíng)養(yǎng)的線路和節(jié)點(diǎn)。
黏菌甚至可以在迷宮里找到走出迷宮的最短路徑。
當(dāng)然了，一個(gè)黏菌細(xì)胞最后形成的網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上還是一個(gè)細(xì)胞，只不過(guò)比一開(kāi)始的要大，而且有好幾個(gè)細(xì)胞核而已。
聽(tīng)到這里你應(yīng)該已經(jīng)猜到了。如果我們把一粒一粒的食物當(dāng)作是一個(gè)個(gè)城市，按照地圖的分布放在黏菌周圍，那么它是否就可以規(guī)劃出能夠高效連接城市（食物分布點(diǎn)）的網(wǎng)絡(luò)呢？
2010年，日本北海道大學(xué)的科學(xué)家 Atsushi Tero 和同事在《科學(xué)》（Science）期刊上發(fā)表了一項(xiàng)研究，他們成功地用地燕麥片替代城市，在培養(yǎng)皿里讓黏菌繪制了東京鐵路系統(tǒng)的線路圖。
讓人驚掉大牙的是，黏菌繪制出的東京鐵路系統(tǒng)，和人類百年來(lái)勤勤懇懇地通過(guò)反復(fù)試錯(cuò)修建出來(lái)的鐵路網(wǎng)幾乎一摸一樣。
下圖中，左邊是人類造的東京鐵路網(wǎng)，右邊是黏菌造的。
再來(lái)看看靜態(tài)圖。下圖中，上面是黏菌用短短幾天時(shí)間和一些燕麥片設(shè)計(jì)的，下面是人類花了100年和大量金錢設(shè)計(jì)的。
從那時(shí)起，許多做交通運(yùn)輸網(wǎng)優(yōu)化研究的科學(xué)家就開(kāi)始應(yīng)用黏菌來(lái)設(shè)計(jì)交通網(wǎng)。甚至有人利用黏菌繪制出了絲綢之路和全球貿(mào)易網(wǎng)。
用黏菌來(lái)幫人類規(guī)劃空間設(shè)計(jì)有不少好處，比如速度快、成本低、操作方便。黏菌平均每小時(shí)向外生長(zhǎng)1厘米。只需要幾天，它們就可以解決人類要花幾年甚至數(shù)十年才能通過(guò)實(shí)踐，或者借助超級(jí)計(jì)算機(jī)才能找到的優(yōu)化方案。
英國(guó)西英格蘭大學(xué)（University of the West of England）非常規(guī)計(jì)算中心主任 Andrew Adamatzky 教授也用燕麥片來(lái)當(dāng)作城市，比較了14個(gè)國(guó)家的交通網(wǎng)和黏菌繪制的高速公路的差別，他發(fā)現(xiàn)，比利時(shí)、加拿大和我國(guó)的高速公路網(wǎng)和黏菌“設(shè)計(jì)”的方案最為相似，而美國(guó)以及非洲的交通網(wǎng)效率最低。
下面是黏菌設(shè)計(jì)的美國(guó)交通網(wǎng)。
下面是黏菌正在“設(shè)計(jì)”的西班牙的高速公路網(wǎng)。
下面是真實(shí)的西班牙高速公路網(wǎng)（左）和黏菌的設(shè)計(jì)（右）的對(duì)比：
Adamatzky 用黏菌設(shè)計(jì)的非洲鐵路網(wǎng)：
Adamatzky 把燕麥片放在世界24個(gè)大城市的位置，然后讓黏菌來(lái)設(shè)計(jì)絲綢之路，結(jié)果和歷史上的絲綢之路有很高的重合度（76%）：
美國(guó)新澤西理工學(xué)院（NJIT）的助理教授 Simon Garnier 也用美國(guó)地圖和黏菌做了試驗(yàn)?？吹搅税桑ぞ?天的成果，和人類用數(shù)十年，數(shù)百萬(wàn)美金得到的效果幾乎沒(méi)有差別。
當(dāng)然，黏菌不僅可以用來(lái)模擬高效的交通系統(tǒng)，還可以用來(lái)模擬撞車、洪水等天災(zāi)人禍。
那么怎么模擬呢？只要在培養(yǎng)皿的相應(yīng)位置上撒上鹽巴就可以了。
這是因?yàn)椋}對(duì)于黏菌來(lái)說(shuō)是有毒的，遇到鹽粒，黏菌就會(huì)撤退，轉(zhuǎn)而尋找其他替代線路。因此，利用黏菌遇到鹽粒時(shí)的應(yīng)對(duì)措施，科學(xué)家就可以預(yù)測(cè)某地發(fā)生交通事故時(shí)附近的交通變化。
剛才我們說(shuō)到黏菌是無(wú)腦的單細(xì)胞生物，其實(shí)它們比我們想象的要聰明多了。
2012年，悉尼大學(xué)的研究者發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上的研究發(fā)現(xiàn)，黏菌不但能夠形成有效的食物運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，還能在不成功的線路上用化學(xué)物質(zhì)標(biāo)記，就好像我們立上“此路不通”的標(biāo)牌一樣。這樣一來(lái)，黏菌就可以記住那些低效的線路，防止以后犯錯(cuò)。
更厲害的是，在野外，當(dāng)一季的食物吃完后，黏菌們就會(huì)聚集起來(lái)，共同繁殖。
在沒(méi)有中心指揮的情況下，它們會(huì)自發(fā)地分擔(dān)不同的任務(wù)。有些黏菌制造后代——類似真菌的孢子，一些則變成了支撐孢子的結(jié)構(gòu)。至今人類也沒(méi)有搞清楚它們是怎么做到的。
黏菌刷新了我們對(duì)智力的定義。黏菌的效率是值得人類計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)的。
我知道一些同志想問(wèn)什么。黏菌能吃嗎？
能吃，嘗過(guò)的 Garnier 說(shuō)，吃起來(lái)像苔蘚。
不過(guò)癮，請(qǐng)戳
這個(gè)著名的統(tǒng)計(jì)學(xué)悖論，第一次聽(tīng)說(shuō)的人很可能懷疑人生
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