Cours
"Systèmes et programmation génétiques"
Bibliographie
commentée par Daniel Mange et Victor Jongeneel (24.9.2003)
1. Filière
embryonique
D. Mange, Systèmes microprogrammés: une introduction
au magiciel, Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne,
1990.
Cet ouvrage tente de
répondre à trois défis: un défi pédagogique, l'introduction d'un enseignement
de niveau universitaire conduisant le lecteur de la théorie classique des
systèmes logiques à celle de l'architecture des processeurs, y compris leur
microprogrammation; un défi scientifique, une tentative de synthèse de la
théorie des systèmes logiques et de celle de la programmation séquentielle; un
défi technique, la mise en oeuvre d'automatismes microprogrammés (commandes de
machine, horloges, par exemple) en lieu et place des systèmes logiques câblés
ou des microprocesseurs classiques. Ces trois défis sont relevés en basant
l'ensemble du volume sur la notion d'équivalence entre système logique câblé
(matériel) et microprogrammé (logiciel).
Ce livre constitue à la
fois un exposé rigoureux sur la microprogrammation, une introduction originale
aux concepts fondamentaux de la programmation séquentielle et un traitement
exhaustif du magiciel, défini comme la théorie des transformations et des
équivalences entre le matériel et le logiciel.
E. Schrödinger, Qu'est-ce que la vie? Christian Bourgois, 1986.
(édition
originale: What is Life? Cambridge University Press,
1967)
Ce petit bouquin (235
pages), publié en 1944 par le fameux prix Nobel, n'a pas pris une ride. C'est
une vision prophétique, pour son époque, de l'explication physique des
phénomènes de la biologie moléculaire. L'auteur démontre d'abord la nécessité
pour les êtres vivants d'être complexes, c'est-à-dire constitués d'un très grand
nombre d'atomes. Après avoir rappelé les lois de l'hérédité et l'existence des
gènes, l'auteur postule l'existence d'une structure chimique à très haute
régularité, qu'il définit comme un cristal apériodique, et qui porterait tous
les caractères héréditaires (la future double hélice de l'ADN). Il conclut en
montrant que les êtres vivants survivent en consommant de l'entropie négative.
F. Jacob, La logique du vivant, Gallimard, Paris,
1970.
Un grand classique, qui
est une fresque, à travers le temps, du développement de la biologie jusqu'aux
récentes découvertes de l'ADN et de son code. Jacob se réfère à une
représentation classique pour l'ingénieur: une pyramide de modèles, partant des
plus macroscopiques (la structure visible) pour aboutir au plus microscopiques
(le gène, la molécule). En sus d'analogies très pertinentes entre la biologie
et les sciences de l'ingénieur (pp. 17-18: ADN et programme d'ordinateur, p.
103: horloge mécanique et autoreproduction), ce livre ne manque pas
d'ouvertures sur la philosophie et la métaphysique (p. 330: "les deux
inventions les plus importantes, ce sont le sexe et la mort").
F. Jacob, La statue intérieure, Odile Jacob,
Paris, 1987.
Autobiographie de F.
Jacob, qui a obtenu, avec A. Lwoff et J. Monod, le prix Nobel de médecine en
1965. Cette remarquable biographie est écrite dans une langue de haute qualité;
la seconde partie, consacrée aux activités de recherche de F. Jacob à
l'Institut Pasteur, est une passionnante description des activités du
chercheur, et des mécanismes de la recherche internationale.
L. Wolpert, Le triomphe de l'embryon, Dunod,
Paris, 1992.
Comment se fait-il, par
exemple, qu'un bras ressemble beaucoup à une jambe, mais que ces deux membres
soient en même temps si différents? Comment, à partir d'une seule cellule
fécondée, en arrive-t-on à des types cellulaires aussi divers que les neurones,
les globules rouges, les cellules formant le foie, le pancréas, les muscles,
les cartilages ou la peau? Comment les organes des animaux acquièrent-ils la
forme que nous leur connaissons? Pourquoi un membre s'arrête-t-il un beau jour
de grandir?
La réponse à ce genre de
questions nous la devons, d'une part à l'irruption de la biologie moléculaire
au sein de la recherche moderne et, de l'autre aux progrès enregistrés par le
génie génétique. Aujourd'hui, les vieilles idées à propos du préformisme sont
parfaitement enterrées et les concepts de base ont pour nom: gènes et
protéines.
Cependant, nous sommes
loin d'avoir tout démêlé, tout analysé, tout compris. Lewis Wolpert l'explique
fort bien dans cet ouvrage remarquable dont la langue, à la fois simple et
claire, nous invite à partager la passion de cet homme pour l'un des problèmes
les plus envoûtants de la recherche actuelle: la biologie du développement.
E. Coen, The art of genes, Oxford
University Press, Oxford (UK), 2000.
How is a tiny fertilised egg able to turn itself into a human being? How can an acorn transform itself into an oak tree? Over the past twenty years there has been a revolution in biology, and we have begun to understand how organisms make themselves. The art of genes gives an account of these new findings, and of their broader significance for how we view ourselves.
Through a highly original synthesis of science and
art, Enrico Coen vividly
describes this revolution in our understanding of how plants and animals
develop. Drawing on a wide range of examples –from flowers growing petals
instead of sex organs to works of art by Leonardo and Magritte- he explains in
lively, accessible prose the language and meaning of genes.
2. Filière phylogénique
M. Sipper, Machine
Nature,
An enthralling look at how computer scientists have
crossed the line between machines and living organisms. Despite being marvels
of complexity and human ingenuity, computers are notoriously bad at learning
new things and dealing with new situations. Researchers at the frontiers of
computer science have turned to nature for solutions to the problem of machine
adaptation and learning. By applying models of complex biological systems to
the realm of computing machines, they have given rise to anew breed of adaptive
software and hardware. In Machine Nature,
computer scientist Moshe Sipper takes you for a fascinating spin through the
terra nova of computing, exposing much of the novel terrain in an informal,
conversational style.
J.-P. Rennard, Vie artificielle, où la biologie
rencontre l'informatique, Vuibert Informatique, Paris, 2002.
Vie: état de ce qui
n'est pas inerte.
Vie artificielle:
domaine de recherche destiné à préciser la définition précédente.
Cette formule illustre
avec humour l’objet de ce livre: une discipline encore mystérieuse qui regroupe
informaticiens, philosophes ou biologistes. Elle a pour objet de mieux
comprendre ce qu'est la vie en recherchant et en tentant de reproduire les
processus généraux qui la gouvernent. Mais elle cherche aussi à transposer les
mécanismes du vivant au sein d'algorithmes et d’artefacts spécifiques
(biomimétiques) à l'efficacité souvent époustouflante. Ce livre vous invite à
un fascinant voyage au cœur de cette discipline. Vous y rencontrerez les
univers virtuels des automates cellulaires et la «matière programmable», mais
aussi des colonies de fourmis, un groupe de basilosaures ou des robots évolutifs
et autres créatures purement algorithmiques. Accompagné de nombreuses
illustrations et d’une riche bibliographie, ce texte introductif est destiné au
public de culture scientifique comme aux étudiants et professionnels
intéressés. Il introduit le sujet d'une manière claire, accessible et
rigoureuse, en présentant tant les concepts essentiels que les nombreuses
applications pratiques.
Site Web consacré au
précédent livre de J.-P. Rennard, "Vie articielle, où la biologie
rencontre l'informatique".
http://www.rennard.org/alife/french/entree.html
Ce site est
consacré à la Vie Artificielle. Son objectif est de participer à la
popularisation de cette nouvelle science auprès d'un public qui n'a
actuellement que peu conscience de son existence même. Ce domaine de recherche,
outre son caractère fascinant, est pourtant susceptible d'avoir une incidence
réelle sur le quotidien des décennies à venir.
Ancien universitaire (mais dans un domaine qui a peu à voir avec le sujet),
je m'efforcerai de maintenir la rigueur intellectuelle nécessaire au sérieux
des différentes présentations tout en limitant autant que possible les recours
techniques.
Le site
présentera progressivement les principaux chapitres de ce domaine et les
illustrera par une application ou une applet. En parallèle, il sera largement
ouvert sur internet et ses précieux contributeurs (malheureusement encore trop
largement limités à la langue anglaise).
La vie artificielle est un thème fascinant. J'essaierai de rendre les
programmes faciles et agréables. Certains sujets sont néanmoins un peu délicats
ou peu spectaculaires, et il vous faudra parfois fournir quelques efforts, mais
vous découvrirez alors que la réalité peut être très proche de la Science
Fiction.
S. Wolfram,
A New Kind of Science, Wolfram Media,
This long-awaited work from one of the world's most
respected scientists presents a series of dramatic discoveries never before
made public. Starting from a collection of simple computer experiments
-illustrated in the book by striking computer graphics- Stephen Wolfram shows
how their unexpected results force a whole new way of looking at the operation
of our universe.
Wolfram uses his approach to tackle a remarkable
array of fundamental problems in science, from the origins of apparent
randomness in physical systems, to the development of complexity in biology,
the ultimate scope and limitations of mathematics, the possibility of a truly
fundamental theory of physics, the interplay between free will and determinism,
and the character of intelligence in the universe.
Written with exceptional clarity, and illustrated by
nearly a thousand original pictures, this seminal book allows scientists and
nonscientists alike to participate in what promises to be a major intellectual
revolution.
J.-C. Heudin, La vie artificielle, Hermès, Paris,
1994.
Un excellente
introduction, en français, à la vie artificielle. Toutes les références
classiques s'y trouvent et permettent d'approfondir chaque chapitre. Le livre
traite successivement des fondements (définition de la vie naturelle et
artificielle, histoire des automates et des automates autoreproducteurs
mécaniques selon Penrose, génotype et
phénotype), de l'autoreproduction (automates de von Neumann, Langton, du jeu de
la vie selon Conway, de Wolfram), de la morphogenèse (fractals, biomorphs,
systèmes L), de l'évolution (algorithmes, classifieurs et programmation
génétiques), de la diversité (réseaux autocatalytiques, intelligence
collective, réseaux neuromimétiques, robotique évolutive, nanotechnologies,
virus informatiques), des théories sur la vie (origines et propriétés de la
vie, autopoièse) et des philosophies y-relatives. En résumé... un excellent
digest!
http://hensel.lifepatterns.net/
http://lslwww.epfl.ch/~eforler/neumann.html
Simulateur de
l'automate de von Neumann en langage JAVA (seulement pour PC!).
A. Tettamanzi, M. Tomassini, Soft
Computing, Integrating Evolutionary, Neural, and Fuzzy Systems, Springer Verlag,
Soft computing encompasses various computational methodologies, which, unlike conventional algorithms, are tolerant of imprecision, uncertainty, and partial truth. Soft computing technologies offer adaptability as a characteristic feature and thus permit the tracking of a problem through a changing environment. Besides some recent developments in areas like rough sets and probabilistic networks, fuzzy logic, evolutionary algorithms, and artificial neural networks are core ingredients of soft computing, which are all bio-inspired and can easily be combined synergetically.
This book presents a well-balanced integration of fuzzy logic, evolutionary computing, and neural information processing. The three constituents are introduced to the reader systematically and brought together in differentiated combinations step by step. The text was developed from courses given by the authors and offers numerous illustrations.
C. Teuscher, Turing's Connectionism, An
Investigation of Neural Network Architectures, Springer,
Turing's connectionism provides a detailed and
in-depth analysis of Turing's almost forgotten ideas on connectionist machines.
In a little known paper entitled "Intelligent Machinery", Turing
already investigated connectionist models as early as 1948. Unfortunately, his
work was dismissed by his employer as a "schoolboy essay" and went
unpublished until 1968, 14 years after his death. In this book, Christof Teuscher analyzes all
aspects of Turing's "unorganized machines". Turing himself also
proposed a sort of genetic algorithm to train the networks. This idea has been
resumed by the author and genetic algorithms are used to build and train
Turing's unorganized machines. Teuscher's work starts
from Turing's initial ideas, but importantly goes beyond them. Many new kinds
of machines and new aspects are considered, e.g., hardware implementation,
analysis of the complex dynamics of the networks, hypercomputation,
and learning algorithms.
3. Documents généraux
H. Lodish, D. Baltimore, A. Berk,
S.L. Zipursky, P. Matsudaira,
J. Darnell, Molecular cell biology, Scientific American Books, W. H.
Freeman & Co, New York, USA, 1995.
Un ouvrage de référence,
très complet, couvrant tous les domaines de la biologie moléculaire et
cellulaire. Très bien illustré et lisible, mais pas un livre de chevet.
B. Alberts, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J.D.
Watson, Molecular biology of the cell, Garland Publishing, New York,
USA, 1994.
Le concurrent direct de
l'ouvrage ci-dessus, l'ayant précédé d'un ou deux ans. Tout aussi recommandé,
et probablement même mieux écrit, mais avec des illustrations moins éclatantes.
J.D.
Watson, Molecular biology of the gene, W.A. Benjamin Inc, Menlo Park,
USA, 1965, 1970, 1977, 1987.
Les éditions plus
anciennes de ce classique sont probablement les meilleures. La clarté et
l'originalité du discours de Jim Watson, le co-découvreur de la structure de
l'ADN, en font une lecture passionnante, même pour le non-spécialiste. Les
éditions plus récentes sont plus proches du "textbook" universitaire,
essayant de couvrir les progrès de la biologie moléculaire et donc
s'épaississant graduellement.
R. Dawkins, The selfish gene, Oxford University Press, Oxford, UK, 1991.
Cet ouvrage expose avec
une grande lucidité une vision du phénomène de la vie centrée sur le gène et
non sur l'organisme. Dawkins est le père du concept de l'organisme en tant que
machine de survie ad hoc pour les
gènes qu'il contient. Le bouquin a été vertement critiqué par nombre de
biologistes pour sa vision plutôt radicale, mais reste un "must" pour
toute personne intéressée par la vie en tant que phénomène organisateur et par
les mécanismes d'évolution des espèces.
J. Monod, Le hasard et la nécessité, Editions du
Seuil, Paris, 1970.
Le credo de Jacques
Monod, dans la meilleure tradition cartésienne. Les auteurs français ont
souvent une approche beaucoup plus philosophique, et partant plus stimulante
intellectuellement, que leurs collègues anglo-saxons. Jacques Monod était le
chantre le plus persuasif de la biologie moléculaire en tant que nouveau
paradigme.
E. Russo, D. Cove, Génie génétique, rêves et
cauchemars, PPUR, Lausanne, 1996.
La révolution génétique
a déjà commencé et son impact sur la société sera aussi fort que celui de la
révolution industrielle. Ce livre s'adresse à tous ceux qui désirent comprendre
les bénéfices et les risques de cette nouvelle révolution et contribuer ainsi à
garantir que les techniques puissantes qu'elle nous offre seront exploitées
avec discernement. Ecrit sous la forme d'un cours concis de biologie et de
génétique, d'une présentation très claire, il évoque la responsabilité
conjointe des principaux acteurs de l'économie et de la politique, du savant,
de l'ingénieur et de l'homme de la rue au travers de nombreux exemples et faits
historiques.
L'ouvrage est constitué
de trois parties. Dans la première, les auteurs décrivent les processus
impliqués dans le génie génétique et les bases scientifiques utiles à leur
compréhension. La deuxième partie du livre présente quelques réussites que le
génie génétique a déjà menées à terme et les potentialités qu'il offre pour un
proche avenir. La dernière partie considère le génie génétique dans ses relations
avec les autres intérêts de la société. Rêves ou cauchemars? Ce livre qui
interpelle chacun d'entre nous apporte des éléments de réponse et invite le
lecteur à se forger une opinion.
http://www.cs.virginia.edu/~evans/bio/
Ce site
décrit un cours très voisin du nôtre, intitulé Biologically-Inspired Computing
et donné au printemps 2003 à l'Université de Virginia, USA.
24 septembre 2003