细胞分裂的计算机程序模拟
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酶是活细胞产生的一类具有 来源 生物催化作用的有机物。 功能 本质
绝大多数酶是蛋白质, 据估计我们基因开关位置也有4000多个 少数的酶是RNA.
催化原理
催化剂可以降低化学反应的活化能，而且与无机 催化剂相比较，酶的作用更显著，因而催化效率 更高。
酶的本质与作用
蛋白质酶是指令的控制开关
细胞中每时每刻进行的化学反应的统称细胞代谢
在程序设计中，感知以反射计算为基础！
Java程序设计中的动态反射计算
java.lang.Object Method
Celln.class “mataclass” java.lang.Class
CtClass metalevel
Field Constructor
class object base object “Celln.class” cell cell cell cell
baselevel
…
inheritFrom instanceOf loaded
classfile
Celln.class
基于字节码文件的静态反射 字节码 分析程 序
装入内存后的 字节码映像
外存或网络中 的字节码文件 class Hello { private int a; //成员变量 public void say() { //成员方法 System.out.println("Hello!"); } } 编译 Hello.class
程序设计本质上就是要设计出一个指令序列将系统S从状 态Si变化到Sj，当然这种指令序列并不是唯一的，这就是 程序设计的多样性。 如以汽车驾驶为例，“10：30前将车开到广场”这条抽象指 令就是一个小程序。其基本指令只是具有8条简单指令的集合{ 启动、加速、减速、左转、右转、倒退、停止、熄火}，根据 路况和行驶状况，采用不同的指令，直到将车开到目的地。
第二讲复习:反射机制 感知是信息交流的基础，自然是意识、思考的基础，感知是生命体所 特有的概念，因为生命是程序，则感知也是一种程序，所有的感知活动都 依赖反射程序，而反射则依赖信息的流动，而信息的流动又离不开能量的 流动！
从抽象的角度来看，反射指的是一个系统S接收到另一个系统U的物质或能量输入 时，所产生的反应或系统变化，是受刺激系统在相应刺激作用下的一种系统内外 部状态改变的现象。
图灵机
在图灵机中，δ就是一个指令集合，例如计算“x+1”的图灵机的指令集如下：
思考：程序和能量的关系？
都与物质空间状态变化有关！
程序和进程
进程:运行的程序,指的是一个程序进入运行状态，是在能量 参与下的一条一条指令连续处理和执行过程。
程序一般指的是描述性的、静态的编码，是可存储性的，是 能够用数据的方式呈现出来的，可以用不同的语言、格式、 介质存储到不同的媒体上，既可以以二进制的方式存储到磁 盘上或内存中，也可以用高级语言甚至是不同国家的语言存 储到各种存储媒体上；但进程指的是程序的执行状态，程序 的执行是与执行环境相关的，如前面所示的加法运算程序， 可以是人手动执行计算，也可以编译某一种机器的机器指令 程序，让机器执行计算。
java字节码文件
Java语言能成功的另外一个关键的技术就是前面不断 提到的class文件即字节码技术，Java语言的字节码 指的是Java语言源程序编译后生成的一种中间码，它 与平台无关，非常接近硬件的机器码指令组成的字节 码序列，这非常类似于生物细胞中的DNA序列，是一 种中介编码，必须经过再次翻译解释才能变成对应的 基本指令系统的指令序列，运行后才能表现出具体程 序功能，读者可以回忆我们前面提到的中心法则， DNA必须解码翻译成蛋白质后才能表达出其功能。也 就是说生命程序的体系非常类似我们的Java字节码体 系，DNA分子链对应字节码程序，蛋白质之间的化学 反应规则对应于本地指令系统，程序执行后的宏观效 果就是程序运行的界面对应于生命体的生命现象。
生命程序的指令系统
酶
在细胞中有许多的基本化学反应，我们可以将其整理出来 形成一套生命程序的指令集，研究其指令序列及流程，然后抽 象独立的程序模块，最后得到某生命体的生命全景图，就象我 们反编译一套计算机程序，难度很大，但不失为一种快速获取 算法信息的技术。
酶的概念和特性
酶(Enzyme)的概念:
9
类对象
类名 父类或接口 方法名
成员方法对象 变量名 修饰符 具体值
修饰符 代码体
成员变量对象
一种统一的反射理论
基本反射：系统S的一个子程序Pi开始变换，在变换过程中，根据特定的内 外部状态有选择地执行此子程序中不同的指令片段的这一机制，称为系统的基 本反射。这种内外部的特定状态的获得可以是系统自身内部产生，也可以是其 它系统的能量和信息交换导致的。 高级反射：系统S有子程序集合{P}，在不同的环境系统中V中，会选择不同 的子程序组合以完成相应的任务，是系统的一种自适应环境的行为，是基本反 射的有机组合。 智能反射：系统S有指令集{I}，子程序集{P}，在特定的环境系统V中，能够 根据自身内外的需求，创造出新的子程序或复杂指令，或修改已经有的子程序 指令序列，以增加新的功能。 从另一方面来讲，反射是系统与“外在环境”和其它对象交换能量和信息 的必要手段，系统通过这种方式体现自己的“存在”，非生命体的反射采用的 基本上是物理式或化学式的简单处理，是在基本指令上的一种简单变换，如光 的反射、光电效应、声波反射、声控效应。而生命体的反射一般都比较复杂， 在复杂指令或子程序级别上的一种宏观效应，这种反射更多表现在能量转化和 信息处理等时空变换中，如一只饿猫看到一只老鼠，会引发猫的一系列程序的 执行。
程序设计的本质
程序设计的本质其实就是从简单指令集到复杂指令再到复杂子 程序的一种抽象过程,再用特定的程序设计语言描述出来而已!
sqrt
Sqrt-iter
Good-enough
improve
square
abs
average
基本指令集如加、减、乘、除、赋值、比较等
面向对象程序设计和java语言
•面向对象的基本设计原则有信息隐藏、数据抽象、封装、 模块化、多态和继承等，在面向对象程序设计中，程序员 的主要工作是设计类，类是创建对象的蓝图或模板，是通 过大量的具体对象抽象形成的一般化的概念模型，是前面 抽象过程的更高级别的延伸。 •如果我们将面向对象的思想在哲学上做进一步的提升和抽 象，可以这样认为，我们赖以生存的现实世界就是由各种 各样的“实体对象”所组成的，每个对象都有自己的内部 组织结构和外部表现行为，复杂对象是由简单对象组合而 成，正如有机物是由无机物分子组合而成，细胞由各种细 胞器、蛋白质分子、DNA分子链等组成一样；不同的对象 之间的相互联系和相互作用构成了各种不同的系统，并进 而构成了整个客观世界。 •Java语言是一种纯面向对象设计语言 •细胞就非常适合抽象为对象
OK
图3-4 指令抽象和编程
图灵机
图灵机的形式化描述如下： •图灵机是一个五元组（K，∑，δ，s，H），其中： •K 是有穷个状态的集合； •∑ 是字母表，即符号的集合； •s ∈K是初始状态； •H∈K 是停机状态的集合，当控制器内部状态为停机状态时 图灵机结束计算；δ是转移函数，即控制器的规则集合，就是 我们定义的指令。
H O R1 C H
缩合酶
COOH
H O
1
H N H
C
OH
+H
N
C
→R
C
C
C
R2
COOH
NH2
H R2 H2O2酶
NH2
2 H2O2 → 2 H2O + O2
酶
计算机程序能量供应
有了指令还得有能量！
生命程序能量来源
生命程序能量来源
程序设计---指令的有序化
按照我们前面的定义，指令指的是系统时空状态的变换规则， 基本指令集就是这些规则的集合，类似我们象棋、围棋、五 子棋的下棋规则等等，而程序就是这些规则的有序组合，程 序的执行就是将此程序中的指令按照顺序和要求一个一个付 诸行动，程序结束的前提是某种目的状态的出现。
JVM工作原理 Java虚拟机(JVM)的主要任务 有两个，第一是装载类代码， 在Java中，类是一个完整的功 能描述单位，相当于染色体中 的具有独立功能的基因，一般 以字节码文件（也叫class文件） 的方式存储在文件系统中；第 二是检查并执行其中的字节码 程序指令。
Java应用程序能够在运行时 安装用户自定义的类装载器， 这种类装载器能够使用自定 义的方式来装载类。
指令和程序
首先我们提出几个问题，什么是指令？军队指挥官的指 令、计算机CPU中的指令、各种物质分子的化学反应方程式 等他们是否可以统一分析？什么又是程序？程序的本质又是 什么？
如计算机语言中：long x=5124567L+3124567L 或汇编的add指令
来自百度文库
+
=
内存从一种状态变换到了另一种状态！
松鼠推箱子游戏
指令和程序
抽象的指令集为：{ Move_Up: 上移一步 Move_Down: 下移一步 Move_Left: 左移一步 Move_Right: 右移一步 Push_Up: 上推一步 Push_Down: 下推一步 Push_Left: 左推一步 Push_Right: 右推一步 } 而针对上图所示初始系统，可以编程如下： Move_Right Push_Right Push_Right Move_Down Move_Down 省略 Push_Down
研究生论坛
细胞分裂的计算机程序模拟
报告人：马俊 报告时间：Thursday, November 21, 2013
Question：What is life?
第一讲复习:三条假说 1. 生物体的细胞组成及功能都来自于胚胎细胞中的遗传物质DNA分子链。 2. 生物体的发育成长主要是建立在细胞的有序分裂和分化过程中。 3. 生物体的基本行为由DNA编码决定，但具体环境中的宏观表现却是通过生物 体对内外环境的反射表现出来的。
通过类比论证，最后我们还得到“生命体”和“非 生命体”的界定条件，即“生命体”能主动地从环境中 获取能量或蕴含能量的物质资源，然后通过内部组织分 解或捕获能量以维持本组织的的生命现象，也即维持本 组织的生命程序的运行，这是一种系统的有序运动状态， 是依赖于特定物质系统的的一种存在。生命终止，则意 味着生命程序终止执行，虽然原来承载此生命程序的物 质基础（比如动物的尸体）还在，但其生命程序的运行 状态消失了，类似于我们的计算机程序，虽然计算机硬 件还在，但某一进程终止了，我们就无法和它再交互了； 而非生命体则不存在这一现象，即便有能量传给此非生 命组织，造成的也只是此组织的整体运动或组织内的大 量分子或粒子的热运动。
指令和程序
指令:设一个系统S，有有限状态集合{S1，S2…Sn}，从状态S1变 换到S2的一个基本约束规则可称为一条指令，指令的执行必定伴 随着系统状态的改变和能量的变化。 程序:程序是指某系统S从状态Si变换到Sj的有序的、有限的指令 集合。因为指令的执行要消耗能量，所以一个程序的运行(即进 程)也必须要在能量的不断供应下才能得以连续进行，直到程序 执行的终点即系统的状态Sj。 一个程序的本质就是一套有序的时空变换和能量转换系统，程 序执行的结果一般是系统的状态发生了改变，或者产生了能量 转移或转换。
程序和进程
程序的执行状态----进程是无法感知的，只能觉知(推理思 考后认识到)。换句话说我们只能感知程序的运行结果， 也可以测试在此进程中每一时刻的系统状态，但我们无法 测试进程，我们只能由此一系列的状态变化而觉悟进程的 存在。同样地，我们只能看到生命程序执行的结果-----一 个生命体诞生、成长到死亡，能感知到生命程序的宏观表 现----此生命体和外界的交互活动，由此我们能觉悟（推 理后知道）到生命的存在，但我们无法测量和感知生命程 序。其实早在三千多年前释迦牟尼就已经指出不可以用色 、声、香、味、触等方式来探求生命的本质，我们感觉到 的、测量到的只是生命的现象，是一瞬时的状态，而状态 是迁变不住的，这些都不是生命的本质，生命的本质是进 程，只可以觉知，不可以感知！ 《金刚经》----“凡所有 相，皆是虚妄”
任何生命体中的DNA分子链都存储一种生命程序，是存储有指令 和数据的编码序列，染色体的螺旋结构是其存储结构，而生命现 象是此程序运行起来后表现出宏观现象。正如计算机程序都由二 进制指令序列组成，我们看到的程序界面是该计算机程序运行起 来后的宏观表现而已。
命题和结论
生命现象和计算机程序类比
生命体和非生命体的界定条件
绝大多数酶是蛋白质, 据估计我们基因开关位置也有4000多个 少数的酶是RNA.
催化原理
催化剂可以降低化学反应的活化能，而且与无机 催化剂相比较，酶的作用更显著，因而催化效率 更高。
酶的本质与作用
蛋白质酶是指令的控制开关
细胞中每时每刻进行的化学反应的统称细胞代谢
在程序设计中，感知以反射计算为基础！
Java程序设计中的动态反射计算
java.lang.Object Method
Celln.class “mataclass” java.lang.Class
CtClass metalevel
Field Constructor
class object base object “Celln.class” cell cell cell cell
baselevel
…
inheritFrom instanceOf loaded
classfile
Celln.class
基于字节码文件的静态反射 字节码 分析程 序
装入内存后的 字节码映像
外存或网络中 的字节码文件 class Hello { private int a; //成员变量 public void say() { //成员方法 System.out.println("Hello!"); } } 编译 Hello.class
程序设计本质上就是要设计出一个指令序列将系统S从状 态Si变化到Sj，当然这种指令序列并不是唯一的，这就是 程序设计的多样性。 如以汽车驾驶为例，“10：30前将车开到广场”这条抽象指 令就是一个小程序。其基本指令只是具有8条简单指令的集合{ 启动、加速、减速、左转、右转、倒退、停止、熄火}，根据 路况和行驶状况，采用不同的指令，直到将车开到目的地。
第二讲复习:反射机制 感知是信息交流的基础，自然是意识、思考的基础，感知是生命体所 特有的概念，因为生命是程序，则感知也是一种程序，所有的感知活动都 依赖反射程序，而反射则依赖信息的流动，而信息的流动又离不开能量的 流动！
从抽象的角度来看，反射指的是一个系统S接收到另一个系统U的物质或能量输入 时，所产生的反应或系统变化，是受刺激系统在相应刺激作用下的一种系统内外 部状态改变的现象。
图灵机
在图灵机中，δ就是一个指令集合，例如计算“x+1”的图灵机的指令集如下：
思考：程序和能量的关系？
都与物质空间状态变化有关！
程序和进程
进程:运行的程序,指的是一个程序进入运行状态，是在能量 参与下的一条一条指令连续处理和执行过程。
程序一般指的是描述性的、静态的编码，是可存储性的，是 能够用数据的方式呈现出来的，可以用不同的语言、格式、 介质存储到不同的媒体上，既可以以二进制的方式存储到磁 盘上或内存中，也可以用高级语言甚至是不同国家的语言存 储到各种存储媒体上；但进程指的是程序的执行状态，程序 的执行是与执行环境相关的，如前面所示的加法运算程序， 可以是人手动执行计算，也可以编译某一种机器的机器指令 程序，让机器执行计算。
java字节码文件
Java语言能成功的另外一个关键的技术就是前面不断 提到的class文件即字节码技术，Java语言的字节码 指的是Java语言源程序编译后生成的一种中间码，它 与平台无关，非常接近硬件的机器码指令组成的字节 码序列，这非常类似于生物细胞中的DNA序列，是一 种中介编码，必须经过再次翻译解释才能变成对应的 基本指令系统的指令序列，运行后才能表现出具体程 序功能，读者可以回忆我们前面提到的中心法则， DNA必须解码翻译成蛋白质后才能表达出其功能。也 就是说生命程序的体系非常类似我们的Java字节码体 系，DNA分子链对应字节码程序，蛋白质之间的化学 反应规则对应于本地指令系统，程序执行后的宏观效 果就是程序运行的界面对应于生命体的生命现象。
生命程序的指令系统
酶
在细胞中有许多的基本化学反应，我们可以将其整理出来 形成一套生命程序的指令集，研究其指令序列及流程，然后抽 象独立的程序模块，最后得到某生命体的生命全景图，就象我 们反编译一套计算机程序，难度很大，但不失为一种快速获取 算法信息的技术。
酶的概念和特性
酶(Enzyme)的概念:
9
类对象
类名 父类或接口 方法名
成员方法对象 变量名 修饰符 具体值
修饰符 代码体
成员变量对象
一种统一的反射理论
基本反射：系统S的一个子程序Pi开始变换，在变换过程中，根据特定的内 外部状态有选择地执行此子程序中不同的指令片段的这一机制，称为系统的基 本反射。这种内外部的特定状态的获得可以是系统自身内部产生，也可以是其 它系统的能量和信息交换导致的。 高级反射：系统S有子程序集合{P}，在不同的环境系统中V中，会选择不同 的子程序组合以完成相应的任务，是系统的一种自适应环境的行为，是基本反 射的有机组合。 智能反射：系统S有指令集{I}，子程序集{P}，在特定的环境系统V中，能够 根据自身内外的需求，创造出新的子程序或复杂指令，或修改已经有的子程序 指令序列，以增加新的功能。 从另一方面来讲，反射是系统与“外在环境”和其它对象交换能量和信息 的必要手段，系统通过这种方式体现自己的“存在”，非生命体的反射采用的 基本上是物理式或化学式的简单处理，是在基本指令上的一种简单变换，如光 的反射、光电效应、声波反射、声控效应。而生命体的反射一般都比较复杂， 在复杂指令或子程序级别上的一种宏观效应，这种反射更多表现在能量转化和 信息处理等时空变换中，如一只饿猫看到一只老鼠，会引发猫的一系列程序的 执行。
程序设计的本质
程序设计的本质其实就是从简单指令集到复杂指令再到复杂子 程序的一种抽象过程,再用特定的程序设计语言描述出来而已!
sqrt
Sqrt-iter
Good-enough
improve
square
abs
average
基本指令集如加、减、乘、除、赋值、比较等
面向对象程序设计和java语言
•面向对象的基本设计原则有信息隐藏、数据抽象、封装、 模块化、多态和继承等，在面向对象程序设计中，程序员 的主要工作是设计类，类是创建对象的蓝图或模板，是通 过大量的具体对象抽象形成的一般化的概念模型，是前面 抽象过程的更高级别的延伸。 •如果我们将面向对象的思想在哲学上做进一步的提升和抽 象，可以这样认为，我们赖以生存的现实世界就是由各种 各样的“实体对象”所组成的，每个对象都有自己的内部 组织结构和外部表现行为，复杂对象是由简单对象组合而 成，正如有机物是由无机物分子组合而成，细胞由各种细 胞器、蛋白质分子、DNA分子链等组成一样；不同的对象 之间的相互联系和相互作用构成了各种不同的系统，并进 而构成了整个客观世界。 •Java语言是一种纯面向对象设计语言 •细胞就非常适合抽象为对象
OK
图3-4 指令抽象和编程
图灵机
图灵机的形式化描述如下： •图灵机是一个五元组（K，∑，δ，s，H），其中： •K 是有穷个状态的集合； •∑ 是字母表，即符号的集合； •s ∈K是初始状态； •H∈K 是停机状态的集合，当控制器内部状态为停机状态时 图灵机结束计算；δ是转移函数，即控制器的规则集合，就是 我们定义的指令。
H O R1 C H
缩合酶
COOH
H O
1
H N H
C
OH
+H
N
C
→R
C
C
C
R2
COOH
NH2
H R2 H2O2酶
NH2
2 H2O2 → 2 H2O + O2
酶
计算机程序能量供应
有了指令还得有能量！
生命程序能量来源
生命程序能量来源
程序设计---指令的有序化
按照我们前面的定义，指令指的是系统时空状态的变换规则， 基本指令集就是这些规则的集合，类似我们象棋、围棋、五 子棋的下棋规则等等，而程序就是这些规则的有序组合，程 序的执行就是将此程序中的指令按照顺序和要求一个一个付 诸行动，程序结束的前提是某种目的状态的出现。
JVM工作原理 Java虚拟机(JVM)的主要任务 有两个，第一是装载类代码， 在Java中，类是一个完整的功 能描述单位，相当于染色体中 的具有独立功能的基因，一般 以字节码文件（也叫class文件） 的方式存储在文件系统中；第 二是检查并执行其中的字节码 程序指令。
Java应用程序能够在运行时 安装用户自定义的类装载器， 这种类装载器能够使用自定 义的方式来装载类。
指令和程序
首先我们提出几个问题，什么是指令？军队指挥官的指 令、计算机CPU中的指令、各种物质分子的化学反应方程式 等他们是否可以统一分析？什么又是程序？程序的本质又是 什么？
如计算机语言中：long x=5124567L+3124567L 或汇编的add指令
来自百度文库
+
=
内存从一种状态变换到了另一种状态！
松鼠推箱子游戏
指令和程序
抽象的指令集为：{ Move_Up: 上移一步 Move_Down: 下移一步 Move_Left: 左移一步 Move_Right: 右移一步 Push_Up: 上推一步 Push_Down: 下推一步 Push_Left: 左推一步 Push_Right: 右推一步 } 而针对上图所示初始系统，可以编程如下： Move_Right Push_Right Push_Right Move_Down Move_Down 省略 Push_Down
研究生论坛
细胞分裂的计算机程序模拟
报告人：马俊 报告时间：Thursday, November 21, 2013
Question：What is life?
第一讲复习:三条假说 1. 生物体的细胞组成及功能都来自于胚胎细胞中的遗传物质DNA分子链。 2. 生物体的发育成长主要是建立在细胞的有序分裂和分化过程中。 3. 生物体的基本行为由DNA编码决定，但具体环境中的宏观表现却是通过生物 体对内外环境的反射表现出来的。
通过类比论证，最后我们还得到“生命体”和“非 生命体”的界定条件，即“生命体”能主动地从环境中 获取能量或蕴含能量的物质资源，然后通过内部组织分 解或捕获能量以维持本组织的的生命现象，也即维持本 组织的生命程序的运行，这是一种系统的有序运动状态， 是依赖于特定物质系统的的一种存在。生命终止，则意 味着生命程序终止执行，虽然原来承载此生命程序的物 质基础（比如动物的尸体）还在，但其生命程序的运行 状态消失了，类似于我们的计算机程序，虽然计算机硬 件还在，但某一进程终止了，我们就无法和它再交互了； 而非生命体则不存在这一现象，即便有能量传给此非生 命组织，造成的也只是此组织的整体运动或组织内的大 量分子或粒子的热运动。
指令和程序
指令:设一个系统S，有有限状态集合{S1，S2…Sn}，从状态S1变 换到S2的一个基本约束规则可称为一条指令，指令的执行必定伴 随着系统状态的改变和能量的变化。 程序:程序是指某系统S从状态Si变换到Sj的有序的、有限的指令 集合。因为指令的执行要消耗能量，所以一个程序的运行(即进 程)也必须要在能量的不断供应下才能得以连续进行，直到程序 执行的终点即系统的状态Sj。 一个程序的本质就是一套有序的时空变换和能量转换系统，程 序执行的结果一般是系统的状态发生了改变，或者产生了能量 转移或转换。
程序和进程
程序的执行状态----进程是无法感知的，只能觉知(推理思 考后认识到)。换句话说我们只能感知程序的运行结果， 也可以测试在此进程中每一时刻的系统状态，但我们无法 测试进程，我们只能由此一系列的状态变化而觉悟进程的 存在。同样地，我们只能看到生命程序执行的结果-----一 个生命体诞生、成长到死亡，能感知到生命程序的宏观表 现----此生命体和外界的交互活动，由此我们能觉悟（推 理后知道）到生命的存在，但我们无法测量和感知生命程 序。其实早在三千多年前释迦牟尼就已经指出不可以用色 、声、香、味、触等方式来探求生命的本质，我们感觉到 的、测量到的只是生命的现象，是一瞬时的状态，而状态 是迁变不住的，这些都不是生命的本质，生命的本质是进 程，只可以觉知，不可以感知！ 《金刚经》----“凡所有 相，皆是虚妄”
任何生命体中的DNA分子链都存储一种生命程序，是存储有指令 和数据的编码序列，染色体的螺旋结构是其存储结构，而生命现 象是此程序运行起来后表现出宏观现象。正如计算机程序都由二 进制指令序列组成，我们看到的程序界面是该计算机程序运行起 来后的宏观表现而已。
命题和结论
生命现象和计算机程序类比
生命体和非生命体的界定条件