在国际跳棋棋盘上,所有方格遵循的是同样的规则,所以可以很自然地认为,棋盘上32个方格中的每一个都是由相同机制控制的。也就是说,我们定义转换函数(机制)f来指定这个游戏的规则,然后就可以通过相互连接的32个机制的副本形成一个受限生成过程。在棋盘上,棋子只能沿对角线移到或经过与它所占据的方格相邻的4个方格中的一个,这表明在规则的对角方格中,受限生成过程中的每一个机制应该与相邻的4个机制连接(见图8-1)。
图8-1 国际跳棋程序的受限生成过程
除了实现这些规则,受限生成过程还必须允许棋手选择每一步棋的走法。也就是说,每一个机制应当有一个自由输入(即与其他机制不相连的输入),并由棋手来决定它的值。所以在国际跳棋的例子中,每一个机制因此将会有至少5个输入,其中的4个输入将会连接到对角相邻方格所代表的机制,而最后一个输入将会是自由输入,它接受从受限生成过程外部输入的信息。
在开始移动棋子时,我们需要使用自由输入来指明这步棋具体将会在哪个位置上发生。简单的做法是,我们用一个自由输入来指出哪个方格(机制)是出发点,再用另一个自由输入来指明棋子将被移动到哪个目标位置的方格。对应设计的转换函数需要体现两个机制的状态发生的相应变化,即在棋子移动后,第一个机制(出发点)应该显示它现在已经处于空的状态(没有棋子),而目标点机制则需表明被移动棋子的存在状态。
即使是这么简单的方法,也表现出一些包括“远距行为”的有趣问题。例如,在国际跳棋中,当执行一个“跳跃”的走法时,目标位置将不会是直接相邻的节点。而受到影响的将会是出发点和目标点之间的方格。为解决这个问题,有两种方案可供选择:一种是扩大每一个机制的邻域,但这样一来邻域将可能包括所有32个机制;另一种是通过干预机制发送一个预警“信号”,提醒所有节点即将发生的移动及其带来的影响。借由对这些方案的进一步研究,我们可以更深入地了解用受限生成过程构建涌现模型时的不同选择。
EMERGENCE
在受限生成过程中,有几种使用自由输入的方法来表示棋手的走法选择。其中最简单的方法是在出发点激活一个自由输入,在目标点激活另一个自由输入。更具体地说就是,我们令机制(方格)i为移动的出发点,机制(方格)j为移动的目标点,再令自由输入的索引下标(地址)为1,因此Ii1和Ij1代表两个要被激活的输入。根据这种规定,我们就可以只用3个符号来表示自由输入,即{0(不发生移动),1(出发点),2(目标点)}。因此,如果在t时刻的移动分别涉及出发点的机制i和目标点的机制j,那么就应有Ii1(t)=1,Ij1(t)=2,而受限生成过程中所有其他的自由输入则将被设置为0。
为了确定转换函数f,我们不妨先考察方格的状态,即每一个方格要么是空的,要么被4种棋子(黑子、黑王、红子、红王)中的一个占据。所以我们可以定义一个集合S来表示以上5种可能性所对应的状态,并分别用数字来进行设定:0表示空,1表示黑子,2表示黑王,3表示红子,4表示红王。即:
S={0, 1, 2, 3, 4}
我们知道,在某一时刻只能有一枚棋子可以移动。一个非王的棋子只能有两种选择,即简单的移动或跳跃(对于国际跳棋来说,如果可以进行跳跃,这个跳跃就是被迫的,且优先于简单的移动)。现在我们依次来讨论上述两种情况。
1.在执行一步简单移动时,棋子向前移动到相邻对角未被占据的方格。在受限生成过程中,执行这步棋时,之前被占据的方格所对应的机制将变成状态0(未被占据),而刚被占据方格的状态则替代成之前被占据方格的状态(见图8-1)。这可以用一个具体例子来详细说明,假设方格i由一个红子占据,其下一步将移至方格j,且这个步骤是对策树中的第t步移动.那么在移动前,情况为:
Si(t)=2,且Sj(t)=0
移动后,则变成:
Si(t+1)=0,且Sj(t+1)=2
该受限生成过程中所有其他机制的状态保持不变。
2.棋子可以向前多跳一步跃过与对角直接相邻的方格,但其前提条件是目标位置上的方格处于空闲状态。在这种情况下,这种移动看上去就像是该棋子已经占据其直接相邻方格,并向下一个相邻方格移动。我们可以使用两种方法在受限生成过程中描述这种情况:a.扩大邻节点这个概念所指的范围,这样机制就能与更远距离的机制直接进行联系;b.使受限生成过程中的机制能通过中间机制发送和接收信号,这样它们就可以测试非直接邻节点对应机制的状态。
这里,我们遇到了在建模过程中经常会遇到的典型的权衡选择问题。如果选择第2种情况下的a方案,则需要建立对受限生成过程而言更为复杂的连接模式,至少我们需要将每一个机制与受限生成过程中所有其他机制相连接。这种方案会使我们观察不到机制相互作用中的“局域性”特征。如果选择b方案,则需要更大的状态集合和更复杂的转换函数,而且考虑到信号的传播,该受限生成过程还必须给每一个移动分配几个时间步长。综上所述,选择a方案扩大邻节点集合是一种直截了当的方法;选择b方案则是通过主体发送信号来解决问题,值得我们进一步研究。