Mr./Ms. Days (MMDays) - 網路, 資訊, 觀察, 生活

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或許各位都有嚼過口香糖，也都體驗過把口香糖切斷後再重新縫合的經驗。現在材料科學家發明一種新的橡膠，可以用刀子切斷之後，不用膠水、不用漿糊、不用膠帶，就可以讓兩段橡膠重新合為一體，並且完全感覺不出原來切斷的部分，就像是原來一體成型的樣子，可以任意拉長縮短。

據報導，這個材料特別的地方，在於發明者把原來橡膠裡面的共價鍵 (covalent bond) 改變成 氫鍵 (hydrogen bond) 的形式。這個材料只需要脂肪酸和尿素就可以製造，室溫下就可以自我修補，不過大約要一小時才會修補完成，但是修補後看不出切斷的地方。有興趣的讀者不妨閱讀 Dr Ludwik Leibler 在 Nature 發表的這篇文章。將來這種材料可以應用在自我修補的玩具上，讓橡膠也能像口香糖一般，任意切斷再重新組合成新的形狀，但是卻保有原來的延展性。
參考資料

(BBC News) Self-healing rubber bounces back
(Nature) Self-healing and thermoreversible rubber from supramolecular assembly

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Posted By Mr. Thursday
各位經過理髮店的時候，或許都會注意到理髮店有一個捲軸，捲軸不停旋轉，但是看起來會像是有一圈圈的條紋往上移動。今天要和各位介紹的是另外一個類似的錯覺，叫做「孔徑問題」 (Aperture Problem)。

圖1 理髮店捲軸錯覺
何謂孔徑問題呢？我們可以先看看下面這個動畫：

圖2 孔徑問題 (Aperture Problem)
我們可以看到，中間有一個圓圈，我們透過這個圓圈，會看到有斜線，沿者「右下」的方向移動。然而如果要造成這種視覺效果，卻有三種可能。第一種可能是一個「橫向」的紙條，往「正右方」拉動，但是紙條上面有「斜線條紋」，因此透過孔徑來看的時候，會有錯覺。第二種可能是一個「直向」的紙條，往「正下方」移動，但是因為紙條上面有「斜線條紋」，因此透過孔徑來看的時候，還是感覺往右下方移動。第三種可能是一張紙條，上面有著「直線條紋」，但是往「右下方」移動，因此透過孔徑觀看的時候，會和前面兩個看到的移動方向一樣。
因此雖然三張紙條「移動方向」不同，甚至紙條上面「條紋的方向」也不盡相同，但是透過孔徑來觀察的時候，卻都會有條紋移動方向相同的錯覺。這就是「區域 (local)」 和「 全域 (global)」 視覺處理的差別。我們的視覺系統區域上 (locally) 可以有孔徑問題的錯覺，但是當我們觀察的範圍是全域 (globally)的時候，卻又分析的出來三張紙條不同的移動方向。我們的視覺系統怎樣子達成這樣子的功能呢？

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各位在電影裡面可能看過主角的眼睛上面，除了看到的影像之外，還有註解的文字，譬如說這個人的名字會顯示在旁邊，或是追蹤某個物品的移動速度等等。現在華盛頓大學的一個團隊，做出來一個prototype的隱形眼鏡，可以讓人戴上眼鏡後看到電路顯示的影像，讓我們眼睛看到的東西增加額外的資訊。

圖1 隱形眼鏡顯示器
他們把開發出來的隱形眼鏡給兔子戴著20分鐘，發現沒有甚麼不好的反應，因此將進一步進行人體試驗的階段。

圖2 兔子配戴隱形眼鏡顯示器
這項發明最具挑戰的部分，是如何在微小的鏡片上面，貼上比頭髮還細的一層電路，並且要使用和生物相容沒有毒性的材料。根據報導，他們使用的方法是利用毛細作用的作用力 (capillary forces)，把一堆非常微小的元件先灑在鏡片上，接著藉由元件本身形狀的差異，隨著毛細作用力，進行自我組裝 (self-assembly) 的過程，完成在鏡片上面的電路。

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不知道各位是否看過第一次使用留聲機把聲音錄下來的影片呢？留聲機的發明讓我們可以用聲音的形式保存歷史，但也同時開啟了內容複製的時代。不過最近一項新的發明，是讓我們不用開口、不用出聲，就可以講話的一項發明，是由Michael Callahan (co-funder of Ambient Corporation) 所發明。這項裝置名稱為 Audeo，在人的脖子上面裝一條線圈，接收由喉嚨聲帶附近的神經細胞發出的訊號，透過無線傳輸傳回電腦，電腦分析出使用者想要講的字以後，再用語音合成的方式放送出來。讓我們趕快來看實際DEMO的影片吧！
 
目前這個裝置只能辨識150個單字，之後還會再繼續改善。這個發明對一般使用者來說，可以讓他們在公共場合講電話的時候，可以保密地傳送要講的話到電話的另外一端，譬如說密碼等資訊。對於病人來說，可以在運動神經有損傷的病人像是ALS病人，讓他們恢復基本說話發聲的功能，至少可以在生活功能上有基本的溝通，像是回答YES/NO等等。此外在這個裝置之前，也有人發明無聲控制輪椅行動，也是類似的想法，各位不妨看看下面的DEMO。

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不知道各位是否有接聽電話插撥 (call waiting) 的經驗？ 我們會先把第一個接聽的人先暫時停著，然後接聽新打來的電話。不知道目前插撥最多能接聽多少通電話？假設依照這個方法一直接聽新的插撥電話，就會一直把上一通電話暫時儲存，等新接通的電話結束後，再回復上一通、上上一通、一直到第一通接聽的電話。
堆疊 (Stack) 就是類似的資料結構。「堆疊」有兩個方法 (method) 可以呼叫：推進 (push) 和 彈出 (pop)。透過這兩個方法的使用，我們可以達到讓資料「先進後出」的效果 (LIFO: Last In First Out)。甚麼是先進後出呢？讓我們再舉一個例子：搭電梯。當我們搭電梯的時候，通常最先進電梯的會擠在後面，後進電梯的比較靠近門口。如果都是同一層離開電梯，剛才比較慢近來電梯的人，反而是比較早離開電梯的人，這就是「先進後出」(LIFO) 的效果了。
再回到剛才接聽插撥電話的例子，正好就是先進後出的例子！最後插撥的先結束對話，最早打來的最慢結束對話。接下來讓我們看看，堆疊實際運作的情形，會向下面這一張動畫所顯示的：
 

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在〈二元樹在排序的應用〉裡面，我們提到了演算法就是完成一件事情的步驟，資料結構則是和演算法搭配，讓步驟有運作的東西，像是刮鬍刀的步驟，會運作在刮鬍刀或是插頭上面。「樹」(tree) 是一種資料結構，有樹根樹枝，看起來像是倒立的一棵樹。二元數則是每個節點只有兩個分支的樹。此外，我們可以用二元樹這個資料結構，完成「排序」(sorting) 的演算法。下面是一段各種排序演算法的影片：
 
除了排序以外，今天要和各位介紹，當我們把資料用一棵樹排序之後，要如何進行搜尋？排序或是沒有排序，對搜尋的效率有甚麼樣子的影響？我們先看看下面這兩張圖，左邊是排序過程，右邊是搜尋過程的動畫：

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不知道各位是否觀賞過立體電影？除了立體電影，現在也開始有立體相片的技術。由史丹佛大學 Andrew Ng 教授和他的博士班學生 Ashutosh Saxena 最近開發了一個技術，可以把照片的風景，經過演算法的處理，轉換成具有立體感的照片，同時可以在 FLASH裡面使用鍵盤來調整各種觀賞角度。下面例子是一張羅馬著名噴水池景點的照片，網址。鍵盤上下左右可以移動觀賞角度，+/-可以調整遠近距離。shift加上上下左右可以平移觀賞位置。
 網頁畫面如下：
 

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在〈由樹的前序、中序、後序走法來談資料結構〉文章裡面提到了演算法就像是做事情的方法，資料結構則是對應演算法可以運作的東西，譬如說刮鬍子有步驟一、步驟二、步驟三，但是要有刮鬍刀、插頭、以及鬍鬚，那些步驟才有運作的東西，甚至不同的刮鬍刀，也會讓同樣的步驟有不同的執行效率，或是連原來的步驟都要改變，譬如說不是電動刮鬍刀，原來步驟裡面插插頭的那一步，也就可以不用作了。演算法和資料結構之間的關係也是如此，譬如說排序的演算法，可以用不同的資料結構來實現，好的資料結構，可能某一種排序演算法最適合，對其他種排序演算法，可能反而讓速度變慢。
因此，演算法和資料結構，通常會一起考慮，而演算法每一步，也就是電腦可以實現的基本步驟所組成。譬如說兩個數字相加，或是把「樹」這個資料結構裡面的節點根據某種規則移動，都是電腦運算基本步驟所可以達成的。但是如果步驟是「改善排序的品質」的敘述，電腦可能就看不懂了，這時候就是程式設計師，把這些人看的懂的需求，轉換成電腦可以實現的步驟，也就是演算法和對應的資料結構，最後再用程式 (編程) (program)，變成電腦真的可以執行的語言，達到最初想要執行的功能。那麼今天想要完成的功能是甚麼呢？「排序」，排序就是把原本雜亂無章的一堆東西，按照某種順序排好，譬如說圖書館裡面的書籍，按照書籍的編號有小到大排好，譬如說醫院的病歷，按照病歷號碼有小到大排好，譬如說一堆檔案，按照字母順序或是檔案時間順序有早到晚排好，這些都是排序的應用。那麼電腦要如何完成「排序」(sort) 這件工作呢？「二元樹」 (binary tree) 怎樣子應用在排序這項工作呢？

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Read Write Web提到了一個問答系統 eeggi，使用者可以在上面用自然語言問句，來尋找答案，有興趣的讀者可以在這邊觀看約4分鐘的DEMO。eeggi可以區分同義字，並且根據問句的上下文來判斷回傳的答案，並且會把語意上真正相關的結果整理在一起回傳。文章中還提到了eeggi會依照發現的繼承關係，自動套用相關的屬性，譬如說Mary是一位女孩，那麼女孩相關的屬性就會自動列入搜尋範圍。不過這卻也讓我想到了算是人工智慧裡面一個知識表達還算有名的問題。
這個問題是甚麼呢？首先我們先提一下古老以前亞里斯多德提出了一種邏輯推論法，叫做三段式論證。三段式論證舉個例子如下：
1. 人都會死 (Men are mortal.)
2. 拿破崙是個人 (Napoleon is a man.)
3. 所以拿破崙會死 (Napoleon is mortal.)
不知道各位是否看出三段式論證的規則了呢？就是第一行先論述一整個類別的性質，地行行列出某個事物屬於這個類別，第三行就是結論，也就是這個事物具有第一行類別提到的性質，或是說這個事物繼承了這個性質。
不過後來研究人工智慧的學者，喜孜孜地想要應用到知識表達的邏輯系統裡面的時候，卻發現有個反例，舉例如下：

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Googlet 總裁 Eric Schmidt上週在 HIMSS 會議 (Healthcate Information and Management System Society) 發表演講，說明並且展示還未上線的 Google Health 系統。這個系統主要有四個特點：(1) 隱私權和安全性 - 個人健康資料需要隱私權的保護。(2) 平台 - 使用者可以在這個平台上面存取自己的健康資料，並且在這個平台使用其他相關的健康服務工具。(3) 資料可攜性 - 透過網路的存取方式，無論身處何處，無論哪一種作業系統，都可以透過網路存取自己的健康資料，有如ATM可以存取不同間銀行的帳戶一樣。(4) 使用者中心 - 提供更親切更容易使用的系統介面給使用者。下面是目前Google公佈的Screen Shot

除了隱私權問題之外，我個人還想到兩個地方，會是需要探討的問題。

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