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＜人工生命＃2＞
今回は、前回の「Ｌシステム」を使った
自動作曲の第二回目です。
人工生命的アプローチというくらいですから、
進化というか、増殖と淘汰とか、
そういう生き物くさいところもみせてほしいところです。
そこで、思い出すのが進化をモデルにした
ＡＩの「遺伝的アルゴリズム」ですね。
実際に「人工生命」の世界では、
「遺伝的アルゴリズム」は
当たり前のように利用される仕組みです。
そこでここでもそれを使ってみることにします。
このように、二つ三つのＡＩや、
その周辺のモデルを組み合わせて使うという手法は
よく利用されます。
さて。
ここでは、１つ作曲の仕組みを１つの生き物
（個体なんて言い方しますが）として捉えます。
そして、たくさんいる個体の中で、
もっともイイ音楽を奏でる個体が、
交配して子孫を残していく、
そしてイイ音楽を作っていく、そういうもくろみです。
「イイ音楽って、何？」なんて
野暮は言わないでくださいね。
以下、「マッチ箱の脳」の「ニューラルネットワーク」より抜粋
＜Lシステム＃2/2＞
前回紹介した、音が展開していくルール
◆1回目 ド
◆2回目 ミ、レ、ファ
◆3回目 ミ、ド、ソ、シ
◆4回目 ミ、ミ、レ、ファ、レ、ラ、シ
◆5回目 ミ、ミ、ド、ソ、シ、ド、ファ、シ
◆6回目 ミ、ミ、ミ、レ、ファ、レ、ラ、シ、ミ、レ、
ファ、ソ、シ、シ
◆7回目 ミ、ミ、ミ、ド、ソ、シ、ド、ファ、シ、ミ、
ド、ソ、シ、レ、ラ、シ、シ
◆8回目 ミ、ミ、ミ、ミ、レ、ファ、レ、ラ、シ、ミ、
レ、ファ、ソ、シ、シ、ミ、ミ、レ、ファ、レ、
ラ、シ、ド、ファ、シ、シ
●LシステムでGA作曲
前述の例からわかるように、
このシステムはルールが命です。
上のルールは、適当に作ったものですが、
こうしたルールをもっと合理的に、
効率よく作れたら面白いかもしれません。
とはいっても、先々の展開を頭の中で
計算しながら作るというのは大変そうですね。
そこで、このルールを、
GAを使って作り出そうという研究があります。
GAを使うのですから、
各音が次に何に変わるかが遺伝子となります。
そして、GAにおける遺伝子は基本的には
数字0と1で表現しなくてはなりません。
ですから、音符のド〜シや休符も
0と1で書き表すことになります。
例えば、次のようにです。
◆000 なら 休符
◆100 なら ド
◆010 なら レ
◆001 なら ミ
◆110 なら ファ
◆101 なら ソ
◆011 なら ラ
◆111 なら シ
この定義に従って、
レ→＜ミ，レ，ファ，休符＞を0と1で書き表すと、
＜010＞→＜001，010，110，000＞となります。
遺伝子は、
＜最初の音は何か＞、＜ドが何に変わるか＞〜
＜シが何に変わるか＞、＜休符が何に変わるか＞
という構造になっています。
つまり、遺伝子全体では、
3＋12×8＝99個の0か1で
書き表されることになるわけです。
●GAでメロディを奏でる
さて、上の大前提では、ステップごとに4倍、
4倍と音階が増えていきますから、
ほおっておくと、
とんでもなく長い音楽になってしまいます。
そこで、ここでは、
3回だけ分裂する（合計64音符になる）だけとします。
で、この生まれたばかりの
64音符の音楽（？）をどうするか、です。
GAは、個体の成績を比べて優秀なら子孫を残せ、
ダメなら淘汰されるというシステムでした。
ですから、できあがった音楽の
評価をしなくてはなりません。
本当は、その音楽が良いか、
悪いかを採点することは大変難しいことですが、
ここでは、次のように
ざっくりと決めてしまうことにします。
一般的に言って、こういったランダムに作られた音楽は、
音と音の間がひどく飛びます。
これがデタラメ、機械的に聞こえてしまう
大きな要因の一つです。
逆に、音と音の間がきれいにつながっていると、
音楽っぽく聞こえます。
また、ある程度トーンが整っている方が、
一般的に音楽っぽいということです。
以上のことから、
前の音と音程が離れているほど評価が低い、
また、メジャー調のトーンにするという意味から、
ファとシの音があるとマイナスとしてみましょう。
これをまとめて、以下のような評価基準を作りました。
◆評価1：基本点100点
◆評価2：前の音と同じ音だったら それごとに 0点
◆評価3：前の音と1度違っていたら それごとに＋30点
◆評価4：前の音と2度違っていたら それごとに＋15点
◆評価5：前の音と3度違っていたら それごとに−10点
◆評価6：前の音と4度違っていたら それごとに−15点
◆評価7：前の音と5度違っていたら それごとに−20点
◆評価8：前の音と6度違っていたら それごとに−30点
◆評価9：その音がファもしくはシだったら −10点
ただし、休符がある場合は、休符の前の音と、
休符後の音の関係を上のルールに当てはめます。
例えば、音階が
＜ド，ファ，ミ，ド，休符，レレ，ラ＞
だったとします。
すると、上のルールから
各音の採点は次のようになります。
◆基本点＝100点
◆ファは前の音ドと3度違っているので −10点
◆ファは −10点
◆ミは前の音ファと1度違っているので ＋30点
◆ドは前の音ミと2度違っているので ＋15点
◆レは（休符の）前の音ドと1度違っているので ＋30点
◆レは前の音レと同じ音なので 0点
◆ラは前の音レと4度違っているので −15点
この結果、この音階の成績は、
100−10−10＋30＋15＋30＋0−15＝130点
となります。
かなりいいかげんな採点基準ですが、
ま、このようにして作られた曲を採点し、
それを各遺伝子の成績とします。
このようにして、自動作曲ができあがります。
以上の自動作曲は、
説明のため簡単な仕組みにしてありますので、
半音もオクターブの概念も、音符の種類もありませんし、
評価の基準もかなり貧弱ですので、
曲と呼べる代物にできあがらないかもしれません。
ただ、大まかな仕組みは理解していただけたと思います。
実際にこれで作曲してみようと思われる方は、
上のルールや評価の基準に、
もっとたくさんの音楽的法則にのっとった要素を
付け加えてみてください。
1つの音から決められた音に変化するのではなく、
＜1度上の音，1度下の音，休符，そのまま＞
のように分裂するという「ルール」自体を遺伝子としても
面白いかもしれません。
●GA作曲はモーツアルトを超えられるか？
さて、勘のいい方なら、
次のようなことにお気付きかもしれません。
各音が分裂するルールを遺伝子に載っけるくらいなら、
はなっから1曲分の音を
遺伝子に直接載っけた方が手っ取り早いんじゃないかと。
例えば、4つの音符で曲を作るというルールとしましょう。
それでしたら、
＜1つ目の音，2つめの音，3つ目の音，4つ目の音＞
が遺伝子になっていればいいわけです。
前述のルールでいうと
＜010，001，001，110＞
という遺伝子は、
＜レ，ミ，ミ，ファ＞
という音階を表していることになりますからね。
確かにこの方が、
後からルールを分裂させる手間が省ける分、
都合がいいように思えます。
しかし、こうして作ったものは、
あまり良いメロディには到達できないことが
わかっています。
一般的には、ダイレクトに
構造や数量を遺伝子として表現してしまうよりも、
ルールを組み込んだ方がいいようです。
それは、我々の細胞が細胞分裂を繰り返して
複雑な構造に成長していくときに、
「分裂」のルール自体を
遺伝子に持っているということと同じかもしれません。
以上が、Lシステムの大まかな仕組みでした。
ここでは自動作曲をイメージしましたが、
一般には、木の成長を表現する際などに
利用されることが多いです。
どの音がどの音とどの音に分裂する、
というイメージを枝分かれのイメージに置き換えると、
非常に自然な木の茂みを表現することができるわけです。
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