人工智能的生命基礎(chǔ)

人工智能的生命基礎(chǔ)

智能是針對(duì)具體行為、適當(dāng)思維和有效環(huán)境的綜合能力。人工智能(ArtificialIntelligence)就是用人工的方法和技術(shù),模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能,實(shí)現(xiàn)“機(jī)器思維”。作為一門學(xué)科,人工智能主要研究智能行為的計(jì)算模型,研制具有感知、推理、學(xué)習(xí)、聯(lián)想、決策等思維活動(dòng)的計(jì)算系統(tǒng),解決需要人類專家才能處理的復(fù)雜系統(tǒng)問題。自然智能的基礎(chǔ)是生命。地球上的物質(zhì)分為有生命的和無生命的物體,前者包括人類、動(dòng)物、植物,統(tǒng)稱為生物,它們是以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的生命形式;后者又分為天然物和人造物,人造物包括汽車、計(jì)算機(jī)、建筑物、機(jī)械設(shè)備等。那么無生命的人造物和有生命的生物之間是否存在著共同的規(guī)律?能否通過研究人造物去發(fā)現(xiàn)和探索生命的起源與進(jìn)化?人工智能是否也存在類似的“生命”基礎(chǔ)?1國(guó)外人工生命研究在地球上,生命從無到有,從單細(xì)胞到多細(xì)胞,從無機(jī)物到有機(jī)物,從低等生物到高等生物,最后誕生人類,經(jīng)歷了幾十億年的漫長(zhǎng)過程。然而,生命究竟是如何起源的,是怎樣進(jìn)化到今天的狀態(tài),未來的生命又如何,生命的本質(zhì)是什么等等,始終激勵(lì)著人類不斷地去探索。在20世紀(jì)40年代和50年代,計(jì)算機(jī)之父馮·諾伊曼就試圖用計(jì)算的方法揭示生命最本質(zhì)的東西。他試圖描述生物自我繁殖的邏輯形式。他認(rèn)為無論是自然的還是人工的,任何自我繁殖系統(tǒng)的遺傳物質(zhì)都必須具備兩個(gè)基本功能:一是它必須起到被動(dòng)數(shù)據(jù)的作用,是一個(gè)能夠被復(fù)制和傳到下一代的描述;另外,它必須起到計(jì)算機(jī)程序的作用,是一種能夠在繁衍下一代過程中運(yùn)行的算法。鑒于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的局限,馮·諾伊曼提出了細(xì)胞自動(dòng)機(jī)(CellularAutomata,簡(jiǎn)稱為CA)的設(shè)想,并且證明了確實(shí)有一種能夠自我繁殖的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)存在。這表明,如果把自我繁衍看成是生命獨(dú)有的特征,則機(jī)器也能夠做到。同時(shí),人工智能之父圖靈在1952年發(fā)表了一篇蘊(yùn)意深刻的論形態(tài)發(fā)生的數(shù)學(xué)論文。在文中,他證明了相對(duì)簡(jiǎn)單的化學(xué)過程可以從均質(zhì)組織產(chǎn)生出新的秩序。兩種或更多的化學(xué)物質(zhì)以不同的速率擴(kuò)散可以產(chǎn)生不同密度的“波紋”,若是在一個(gè)胚胎或生長(zhǎng)的有機(jī)體中,很可能會(huì)產(chǎn)生重復(fù)的結(jié)構(gòu),如分節(jié)、葉芽等。在一維、二維或三維中擴(kuò)散波紋將產(chǎn)生有序的細(xì)胞分化。從而,提出了人工生命的一些萌芽思想。但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力有限,馮·諾伊曼和圖靈關(guān)于人工生命的研究受到了限制,沒有引起足夠的重視。到了1970年,劍橋大學(xué)的康韋(JohnConway)編寫了一個(gè)由幾條簡(jiǎn)單規(guī)則控制的“生命游戲”程序,這幾條規(guī)則的組合能使細(xì)胞自動(dòng)機(jī)產(chǎn)生無法預(yù)測(cè)的延伸、變形和停止等復(fù)雜的模式。這一特點(diǎn)吸引了大批計(jì)算機(jī)科學(xué)家。1987年,美國(guó)SantaFeInstitute(簡(jiǎn)稱SFI)的教授蘭頓(ChrisLangton)經(jīng)過苦苦探索,從這一游戲中悟到了一大類具有生命特征的系統(tǒng)的存在性,初步描述了這種系統(tǒng),并稱之為“人工生命”(ArtificialLife,簡(jiǎn)記為Alife)。自人工生命概念的首次提出,到現(xiàn)在只有短短的十幾年歷史,但它受到了越來越多的關(guān)注,吸引了包含有系統(tǒng)科學(xué)、控制科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、生物科學(xué)、機(jī)器人科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、哲學(xué)、人類學(xué)等眾多領(lǐng)域的專家投入研究。其中,美國(guó)、日本和歐洲的研究最為活躍。1994年在麻省理工學(xué)院創(chuàng)刊并出版了國(guó)際刊物《人工生命》(ArtificialLife),它是該研究領(lǐng)域內(nèi)的權(quán)威刊物。歐洲也很快響應(yīng)了這一新領(lǐng)域的挑戰(zhàn),自1991年以來連續(xù)每?jī)赡昱e行一次關(guān)于人工生命的研討會(huì)“歐洲人工生命會(huì)議”(EuropeanConferenceonArtificialLife,簡(jiǎn)稱ECAL),每次會(huì)議都有論文集出版。ECAL已成為國(guó)際人工生命研究的重要論壇之一。日本急起直追,其特點(diǎn)是把人工生命的研究和進(jìn)化機(jī)器人的研究緊密地結(jié)合在一起,從1996年開始召開了多次ArtificialLifeandRobotics的系列國(guó)際研討會(huì)。此外,IEEE也曾召開內(nèi)容基本相同的國(guó)際會(huì)議:EvolutionaryComputation及SimulationandAdaptiveActionConference。1997年9月在北京舉行了我國(guó)的第一次關(guān)于人工生命的學(xué)術(shù)活動(dòng)“人工生命與進(jìn)化機(jī)器人研討班”。2001年9月國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)將“人工生命系統(tǒng)理論及其應(yīng)用”列為基金委信息科學(xué)部“十五”優(yōu)先資助的領(lǐng)域。到目前為止,國(guó)際人工生命學(xué)術(shù)界先后在美國(guó)和日本舉辦了7次里程碑式的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議,并將于2002年的12月在澳大利亞舉行第八次學(xué)術(shù)會(huì)議。這些會(huì)議在時(shí)間維上成為該學(xué)科發(fā)展軌跡的重要坐標(biāo)點(diǎn)。(1)1987年9月在美國(guó)新墨西哥的洛斯阿拉莫斯舉行了主題為:“人工生命———關(guān)于生命系統(tǒng)合成與模擬的跨學(xué)科研討會(huì)”。在會(huì)上,人工生命研究的創(chuàng)立者蘭頓發(fā)表了題為“人工生命”的開創(chuàng)性論文,首次提出了人工生命的概念,并討論了它作為一門新興的研究領(lǐng)域或?qū)W科存在的意義。會(huì)議的論文集收錄了24篇論文,內(nèi)容涉及人工生命研究的理論、生命現(xiàn)象的仿真、細(xì)胞自動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱CA)、遺傳算法、進(jìn)化仿真等5個(gè)方面。這次會(huì)議標(biāo)志著人工生命研究領(lǐng)域的誕生。(2)1990年2月在美國(guó)新墨西哥的圣菲舉行了“人工生命Ⅱ———人工生命研討會(huì)”。會(huì)議論文內(nèi)容覆蓋了概貌、來源與自組織、進(jìn)化動(dòng)力學(xué)、計(jì)算、學(xué)習(xí)與進(jìn)化、開發(fā)、哲學(xué)與突現(xiàn)、未來等8部分,共收錄了31篇論文,其中蘭頓的“混沌邊緣的生命”、約翰·科贊的“遺傳進(jìn)化和計(jì)算機(jī)程序的共進(jìn)化”屬于經(jīng)典之作。(3)1992年6月在美國(guó)新墨西哥的圣菲舉行了“人工生命Ⅲ———人工生命研討會(huì)”。本次會(huì)議除討論了遺傳算法、進(jìn)化仿真、突現(xiàn)行為、適應(yīng)度概貌圖、群體動(dòng)力學(xué)和混沌機(jī)制等人工生命的經(jīng)典內(nèi)容之外,還討論了機(jī)器人規(guī)劃應(yīng)用問題。其中,科贊的“人工生命:自我復(fù)制的自發(fā)突現(xiàn)與進(jìn)化的自改進(jìn)計(jì)算機(jī)程序”和金子邦彥、鈴木俊二的“一個(gè)模仿游戲中通向餛沌邊緣的進(jìn)化”分別從遺傳算法和混沌兩個(gè)方面探討了在人工生命研究中關(guān)鍵的突現(xiàn)機(jī)理。會(huì)議論文集共收錄了26篇論文。(4)1994年7月在美國(guó)麻省理工學(xué)院舉行了“人工生命Ⅳ———第四屆國(guó)際生命系統(tǒng)合成與模擬研討會(huì)”。本次會(huì)議的論文分為特邀報(bào)告、長(zhǎng)文和短文3個(gè)部分,覆蓋了細(xì)胞自動(dòng)機(jī)、DNA非均衡學(xué)說研究、AL算法、AL建模、共同進(jìn)化、遺傳算子、進(jìn)化動(dòng)力學(xué)、進(jìn)化與其它技術(shù)的綜合、關(guān)于混沌邊緣和分岔的研究、學(xué)習(xí)能力、人工生命在字符識(shí)別、機(jī)器人等方面的應(yīng)用等較為廣泛的內(nèi)容。(5)1996年5月在日本古城奈良舉行了“人工生命Ⅴ———第五屆國(guó)際生命系統(tǒng)合成與模擬研討會(huì)”。人工生命概念一提出,就引起了日本學(xué)者的關(guān)注,在第一次人工生命國(guó)際會(huì)議上就出現(xiàn)了日本學(xué)者的身影。這次會(huì)議在日本的召開,標(biāo)志著日本成為亞洲人工生命研究的一個(gè)中心。(6)1998年6月在美國(guó)洛杉磯加利福尼亞大學(xué)舉行了“人工生命Ⅵ———第六屆國(guó)際人工生命研討會(huì)”,主題是“生命和計(jì)算:變化著的邊界”。這次會(huì)議最顯著的特征是將人工生命與生命科學(xué)結(jié)合,努力探索學(xué)科前沿的重大課題。論文主要涉及的是計(jì)算的分子和細(xì)胞生物學(xué),它們提供了許多新的關(guān)于發(fā)育過程、細(xì)胞分化機(jī)理和免疫反應(yīng)模型制造的新見解,從而使人工生命擴(kuò)展到了令人興奮的新方向。論文包括DNA計(jì)算、基因組數(shù)據(jù)挖掘、關(guān)于遺傳、發(fā)育、行為、生態(tài)的建模、太空生物學(xué)和基于Agent的WWW媒體、通信和經(jīng)濟(jì)學(xué)等7各方面,其中有9篇論文被認(rèn)為是人工生命的新的高質(zhì)量工作。(7)2000年8月在美國(guó)波特蘭的里德學(xué)院舉行了“人工生命Ⅶ———回顧過去,展望未來”,主題是“回顧過去,展望未來”。討論的問題有以下幾個(gè)方面:生命的起源、自組織和自復(fù)制問題,包括太空生物學(xué)、人工化學(xué)進(jìn)化、自催化系統(tǒng)、虛擬新陳代謝等;發(fā)育和分化問題,等;進(jìn)化和適應(yīng)動(dòng)力學(xué)問題,包括人工進(jìn)化生態(tài)學(xué)、可進(jìn)化性及其對(duì)生物組織的影響、進(jìn)化計(jì)算等;機(jī)器人和智能主體,包括進(jìn)化機(jī)器人、自主適應(yīng)機(jī)器人和軟件智能體等;通訊、協(xié)作和集體行為,包括突現(xiàn)集體行為、通訊和協(xié)作的進(jìn)化、語言系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)———技術(shù)系統(tǒng)等;人工生命技術(shù)和方法的應(yīng)用,包括工業(yè)和商業(yè)的應(yīng)用、可進(jìn)化硬件、自修復(fù)硬件和分子計(jì)算,遺傳工程和毫微米工藝,金融和經(jīng)濟(jì)學(xué),計(jì)算機(jī)游戲,醫(yī)療應(yīng)用,教育應(yīng)用等;認(rèn)識(shí)論和方法論基礎(chǔ)問題,包括人工生命的本體論、認(rèn)識(shí)論以及倫理和社會(huì)影響等。(8)2002年12月9—13日將在澳大利亞悉尼“人工生命Ⅷ———生命系統(tǒng)的仿真與綜合”,承辦單位是新南威爾士大學(xué),現(xiàn)正在征文。本次會(huì)議的主題是生命系統(tǒng)的仿真與綜合,涉及的主要內(nèi)容與人工生命Ⅶ相同,包括:生命的起源、自組織和自復(fù)制;發(fā)育與分化;進(jìn)化和適應(yīng)動(dòng)力學(xué);機(jī)器人和智能主體;通訊、協(xié)作和集體行為;人工生命技術(shù)和方法的應(yīng)用;人工生命的仿真與綜合工具和方法論。其中最后一部分包含有:人工生命形式化和數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)、人工生命方法論的澄清和評(píng)價(jià)、仿真語言和實(shí)驗(yàn)手段、人工世界、大型數(shù)據(jù)集合的工具等。會(huì)議的網(wǎng)址是:/。2勞動(dòng)生活的主要形式2.1計(jì)算機(jī)病毒計(jì)算機(jī)病毒描述了生命系統(tǒng)所固有的特征———繁殖、機(jī)體集成、不可預(yù)見性(突現(xiàn))等。2.2建立數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)進(jìn)程作為生命個(gè)體,將計(jì)算機(jī)提供的資源(RAM單元、CPU時(shí)間及操作系統(tǒng))作為這些生命個(gè)體的生存環(huán)境,它們從環(huán)境中汲取信息,修改所在的環(huán)境,從而在時(shí)間和空間中進(jìn)行繁殖。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)程來研究生命過程中的各種現(xiàn)象、規(guī)律以及復(fù)雜系統(tǒng)的突現(xiàn)行為,就形成了數(shù)字生命,其代表是T.Ray的數(shù)字生命世界Tierra。數(shù)字生命利用CPU時(shí)間來組織其在存儲(chǔ)單元中的行為。數(shù)字生命以一定的計(jì)算機(jī)程序的形式存在于RAM環(huán)境之中,并通過相應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)策略為占據(jù)CPU運(yùn)行時(shí)間、存儲(chǔ)空間而相互競(jìng)爭(zhēng)。一個(gè)“生命”必須被設(shè)計(jì)為適合在這樣的環(huán)境中生存的數(shù)字程序,這個(gè)程序能夠自我復(fù)制,并且直接被CPU執(zhí)行。這些機(jī)器代碼能夠直接觸發(fā)CPU的指令系統(tǒng)以及操作系統(tǒng)的服務(wù)程序,通過對(duì)資源的占有來體現(xiàn)它在進(jìn)化過程中的優(yōu)勢(shì)地位。數(shù)字生命的研究在計(jì)算機(jī)上演示出了許多生命現(xiàn)象的深刻特征,從而為考查生物的進(jìn)化現(xiàn)象和復(fù)雜系統(tǒng)的研究提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)手段。同時(shí),還可以在計(jì)算機(jī)上研究文化和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)化過程,建立一個(gè)數(shù)字的人工社會(huì)。人工社會(huì)的計(jì)算機(jī)模型它包含:(1)一群具有自治能力的行為者;(2)一個(gè)獨(dú)立的環(huán)境;(3)管理行為者之間、行為者與環(huán)境之間,以及環(huán)境各個(gè)不同要素之間相互作用的規(guī)則。人工社會(huì)是由各個(gè)行為者自我組織形成的,由各個(gè)行為者在簡(jiǎn)單規(guī)則的支配下,與人工環(huán)境交互作用突現(xiàn)形成的。人工社會(huì)的行為者是一個(gè)能夠隨著時(shí)間發(fā)生變化或者具有適應(yīng)性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)行為者具有遺傳特性、文化特性、以及管理它與環(huán)境和其它行為者之間的規(guī)則。其中,行為者的遺傳特性在其生命期間是固定的。1997年挪威的KeithDowning提出了一個(gè)名為Euzone的進(jìn)化的水中虛擬生態(tài)環(huán)境,目的是提供一種實(shí)驗(yàn)手段,用以觀察生態(tài)系統(tǒng)是如何從原始狀態(tài)進(jìn)化以及復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)突現(xiàn)行為。它利用具體的物理和化學(xué)模型,結(jié)合進(jìn)化規(guī)則建構(gòu)以碳元素為基礎(chǔ)的水中生態(tài)環(huán)境,可以觀察到低等動(dòng)物的形體進(jìn)化及生存競(jìng)爭(zhēng)。在Euzone中,藍(lán)藻等利用太陽能和別的無機(jī)物產(chǎn)生碳水化合物以及蛋白質(zhì),促使水中生物的出現(xiàn),研究的重點(diǎn)在于:最低層次的食物鏈的進(jìn)化和自組織、簡(jiǎn)單生物和物理環(huán)境間的交互作用、由各種傳統(tǒng)生命策略支配的物種間的相互作用。2.3整體搜索策略進(jìn)化算化研究主要是提供具有進(jìn)化特征的算法。1975年Holland提出的遺傳算法(GA)是其中之一,由于其整體搜索策略和優(yōu)化計(jì)算時(shí)不依賴于梯度信息,使其主要被用作工程優(yōu)化問題領(lǐng)域中那些傳統(tǒng)搜索方法難以解決的高度復(fù)雜的非線性問題。人工生命研究的重要內(nèi)容就是進(jìn)化現(xiàn)象,因此許多人工生命模型也都采用GA來創(chuàng)建進(jìn)化系統(tǒng),使其成為研究進(jìn)化現(xiàn)象的重要方法之一。與其他具有強(qiáng)魯棒性的優(yōu)化技術(shù)一樣,GA的幾個(gè)改進(jìn)方法也被用于建立無限進(jìn)化。2.4細(xì)胞更新的種類ca細(xì)胞自動(dòng)機(jī)CA是1940年由馮·諾伊曼發(fā)明的,它用數(shù)學(xué)和邏輯形式為理解自然系統(tǒng)提供了一種重要方法。CA是一個(gè)細(xì)胞陣列,每個(gè)細(xì)胞都是離散結(jié)構(gòu),按照預(yù)先規(guī)定的規(guī)則,它們的狀態(tài)可隨時(shí)間而變化,傳遞規(guī)則是通過陣列,計(jì)算每個(gè)細(xì)胞的當(dāng)前狀態(tài)以及它的近鄰的狀態(tài),所有的細(xì)胞均自發(fā)地更新。1984年,WolframS.對(duì)CA做了全面的研究。他將CA分成四種類型:類型Ⅰ,CA演化到一個(gè)均質(zhì)的狀態(tài);類型Ⅱ,CA演化到周期性循環(huán)的模式;類型Ⅲ,CA的行為變成混沌,沒有明顯的周期性呈現(xiàn),并且后續(xù)的模式表現(xiàn)為隨機(jī)的,隨著時(shí)間的變化沒有內(nèi)在的或持續(xù)的結(jié)構(gòu);類型Ⅳ,CA的行為呈現(xiàn)出沒有明顯周期的復(fù)雜模式,但展現(xiàn)出局域化的和持續(xù)的結(jié)構(gòu),特別是其中有些結(jié)構(gòu)具有通過CA的網(wǎng)格傳播的能力。蘭頓對(duì)CA又作了進(jìn)一步的研究,推測(cè)類型Ⅳ中傳播結(jié)構(gòu)的存在意味著局域化的周期性結(jié)構(gòu)和傳播性的周期結(jié)構(gòu)之間可能有任意復(fù)雜的相互作用,因此把類型Ⅳ的CA看作是表達(dá)了部分發(fā)展了的混沌行為,并因此把具有這種行為狀態(tài)的CA稱為處于“混沌邊緣”的CA。2.5智能的工作原理機(jī)器人提供了類似于生命系統(tǒng)地完全不同地途徑,它有很多性質(zhì)與生命相關(guān),如復(fù)雜性、機(jī)體集成和受刺激可移動(dòng)。但傳統(tǒng)的自律機(jī)器人采用的是把問題分割成幾個(gè)功能單元的層次化設(shè)計(jì)方法,從而使機(jī)器人缺乏魯棒性,對(duì)環(huán)境的變化反應(yīng)遲緩,實(shí)際上沒有真正的智能,只能完成簡(jiǎn)單的任務(wù)。于是人們把生物系統(tǒng)中的腦神經(jīng)系統(tǒng)、遺傳系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)的功能和分布式控制的思想運(yùn)用到機(jī)器人的設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)出了基于行為的進(jìn)化機(jī)器人。進(jìn)化機(jī)器人的設(shè)計(jì)思想來源于達(dá)爾文的適者生存理論,它把機(jī)器人看成是一個(gè)與周圍環(huán)境密切相互作用而又不需人干預(yù)的發(fā)展自身技能的自動(dòng)人工組織,即其操作方式是自律型的,其定位、移動(dòng)等是突現(xiàn)形成的,其“智能”也是由各個(gè)并行執(zhí)行的小過程自組織突現(xiàn)形成的,并且這樣的小過程分散在整個(gè)系統(tǒng)中。進(jìn)化機(jī)器人具有比傳統(tǒng)機(jī)器人更快的速度和更好的靈活性、魯棒性,進(jìn)化算法可以比較容易地植入到這樣的系統(tǒng)中,其硬件、軟件的設(shè)計(jì)以及測(cè)試費(fèi)用都比以前要少。進(jìn)化機(jī)器人是機(jī)器人設(shè)計(jì)的一個(gè)新方向,它的設(shè)計(jì)應(yīng)用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)和生態(tài)學(xué)工程等知識(shí)。2.6人工生物人工魚人工生命原理以及高級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)使得人們?cè)?0世紀(jì)90年代早期開始研究視覺創(chuàng)造過程(Visualcreationprocess)。1994年DemetriTerzopoulos等人研究一個(gè)模仿超級(jí)魚進(jìn)化的人工生命模型,它展現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)實(shí)的人工魚居住的虛擬海洋世界。每條魚都是一個(gè)模擬的物理世界中的自主智能體,其算法不僅仿效了單個(gè)動(dòng)物的外貌、運(yùn)動(dòng)和行為,而且還模仿了許多水下生物系統(tǒng)復(fù)雜的群體行為。單個(gè)的和突現(xiàn)的群體行為有尾部和肺部的運(yùn)動(dòng)、沖突的避免、捕食吃草、交配等,同時(shí)人工魚通過實(shí)踐和感官的增強(qiáng)還可以學(xué)習(xí)怎樣運(yùn)動(dòng)。1993-1994年,ChristaSommereer和LaurentMignonneau介紹了他們的第一個(gè)交互式計(jì)算機(jī)裝置“A-Volve”,訪問者可以自己創(chuàng)造人工生物(人工魚),它們交互作用且看著它們進(jìn)化。1995年,他們又發(fā)展出另一個(gè)系統(tǒng)“Phototropy”,訪問者可以通過飼養(yǎng)和使它們繁殖與虛擬的昆蟲交互作用。1996年,他們?cè)谟^察了簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)是如何通過遺傳操作形成復(fù)雜形態(tài)后,給出了“GENMA-GeneticManipulator”。在這個(gè)系統(tǒng)中,訪問者可以創(chuàng)造、操縱和探索人工昆蟲的設(shè)計(jì)和形狀。實(shí)際上,1997年在我國(guó)流行過的電子寵物玩具,也是一種虛擬生物,當(dāng)它缺少愛時(shí)會(huì)哭,而餓了時(shí)也需要進(jìn)食,同時(shí)還有繁殖功能。2.7生物腦的結(jié)構(gòu)日本電器通訊進(jìn)程技術(shù)研究所ART的進(jìn)化系統(tǒng)部開發(fā)了一種稱為“人工腦”(ArtificialBrain)的信息處理系統(tǒng),該系統(tǒng)具有自治能力和創(chuàng)造性。它不僅能夠自發(fā)地形成新的功能,而且能夠自主地形成自身的結(jié)構(gòu)。其研究目的是想得到在某些方面優(yōu)于生物大腦的信息處理系統(tǒng),而不是想單純地再現(xiàn)生物大腦的功能和結(jié)構(gòu)。人工腦采用兩種模型:類似生命的模型和社會(huì)模型,其中社會(huì)模型包括傳統(tǒng)的用于神經(jīng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)模型,如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在類似生命的模型中,系統(tǒng)有一個(gè)類似于生命系統(tǒng)胚胎發(fā)育的功能,使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成單元能夠發(fā)生變化,形成復(fù)雜系統(tǒng)。在社會(huì)模型中,系統(tǒng)被視為一個(gè)動(dòng)態(tài)過程,在這個(gè)過程當(dāng)中,局部的、各個(gè)單元之間的連接使得整體的、全局的功能、次序、狀態(tài)發(fā)生突現(xiàn);反過來,各個(gè)單元也受到全局狀態(tài)的影響。因此,兩個(gè)方向的相互連接:從宏觀到微觀,從微觀到宏觀,影響著系統(tǒng)發(fā)生變化。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中引入了人工生命中的“進(jìn)化和突現(xiàn)”的機(jī)制和提供了一個(gè)框架“微觀宏觀動(dòng)力學(xué)”,使系統(tǒng)具備自治和創(chuàng)造性,從而實(shí)現(xiàn)在功能和結(jié)構(gòu)上的自發(fā)變化。3人工生命的本質(zhì)在1987年人工生命的首屆國(guó)際研討會(huì)上,蘭頓指出“人工生命就是盡力像人工智能抓住和模仿神經(jīng)心理學(xué)一樣抓住和模仿進(jìn)化。我不是要準(zhǔn)確模仿爬行動(dòng)物的進(jìn)化,而是想在計(jì)算機(jī)上抓住進(jìn)化的抽象模型,為此展開實(shí)驗(yàn)?！彼睦蠋熀商m德進(jìn)一步解釋道:人工生命類似人工智能,區(qū)別僅在于:人工生命是用計(jì)算機(jī)來模擬進(jìn)化的基本生物機(jī)制和生命本身,而人工智能是用計(jì)算機(jī)來模擬思維過程。人工生命研究的基本思想有:(1)首先,生命的特征并不存在于單個(gè)物質(zhì)之中,而是存在于物質(zhì)的組合之中。生命的規(guī)律是一種動(dòng)力形式的規(guī)律,它獨(dú)立于45億年前在地球上形成的任何特定的以碳水化合物為基礎(chǔ)的自然生命之外,即:生物體的“生命力”存在于分子的組織(軟件))之中,而不是存在于分子本身(硬件),就如計(jì)算機(jī)的機(jī)制在于軟件,而不在于硬件一樣。人工生命中有兩句著名的格言:“如吾所識(shí)的生命”(lifeasweknowit)和“如其所能的生命”(lifeasitcouldbe)。前者是傳統(tǒng)生物學(xué)研究的主題,后者是人工生命研究的主題。生命是一個(gè)過程,恰恰是這一過程的形式而不是物質(zhì)才是生命的本質(zhì),不管實(shí)際的生命還是可能的生命都不由它們所構(gòu)成的具體物質(zhì)決定。因此可以忽略物質(zhì),從中抽象出控制生命的邏輯。如果能夠在另外一種物質(zhì)中獲得相同的邏輯,就可以創(chuàng)造出不同材料的另外一種生命。因此,從根本上說生命與具體的物質(zhì)無關(guān)。人工生命中“人工”是指其物質(zhì)是人工的,如計(jì)算機(jī)、集成電路等,但其表現(xiàn)出來的行為則是人工生命自己產(chǎn)生的,而不是事先設(shè)計(jì)好的。(2)人工生命模擬生命行為的方法是運(yùn)用局部控制而不是全局控制,是模擬簡(jiǎn)單的單位而不是模擬巨大而復(fù)雜的單位,是讓行為從底層自發(fā)地突現(xiàn)出來而不是自上而下地給出規(guī)定,復(fù)雜的行為并非出自復(fù)雜的基本結(jié)構(gòu)。其重點(diǎn)在于正在產(chǎn)生的行為而不是最終結(jié)果。突現(xiàn)(emergence)是生命的突出特征?！巴滑F(xiàn)”是指在復(fù)雜的(非線性的)形態(tài)中許多相對(duì)簡(jiǎn)單單元彼此相互作用時(shí)產(chǎn)生出來的引人注目的新的整體特性,這些特性事先是不可預(yù)言的。地球上的生命正是經(jīng)歷了無數(shù)次的突現(xiàn)才進(jìn)化到今天。同樣,人工生命也不像在設(shè)計(jì)汽車或機(jī)器人那樣是預(yù)先設(shè)計(jì)好的。在人工生命中,系統(tǒng)的表現(xiàn)型(指系統(tǒng)的整體突現(xiàn)行為)不能從它的基因型(系統(tǒng)運(yùn)作的簡(jiǎn)單規(guī)則)中推導(dǎo)出來。用計(jì)算機(jī)的語言來說,正是自下而上的方法,允許在上層水平突現(xiàn)出新的不可預(yù)言的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象對(duì)生命系統(tǒng)來說是關(guān)鍵的。(3)生命可能不僅只是類似于計(jì)算機(jī),生命根本就是一種算法。生物體最顯著的特點(diǎn)之一就在于其基因型。可以把基因想象成是許多并行的計(jì)算機(jī)程序的組合,每個(gè)程序代表一個(gè)基因,當(dāng)它們被激活時(shí),就會(huì)相互競(jìng)爭(zhēng)又相互合作。而作為一個(gè)集體,這些程序卻能夠完成整體的計(jì)算任務(wù),這就是表現(xiàn)型,即有機(jī)體發(fā)展過程中呈現(xiàn)出來的結(jié)構(gòu)?；谶@種思想,朗頓提出了泛基因型和泛表現(xiàn)型的概念,前者特指任何低層次規(guī)則的組合,后者特指某種特定環(huán)境中這些被激活的規(guī)則導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)和行為。在普通的計(jì)算機(jī)程序中,泛基因型就是計(jì)算機(jī)編碼本身,而泛表現(xiàn)型就是這個(gè)程序?qū)τ?jì)算機(jī)操作者所輸入的數(shù)據(jù)的反應(yīng)(輸出)。泛基因型不斷發(fā)展,呈現(xiàn)出其泛表現(xiàn)型,這一過程其實(shí)就是一種計(jì)算。大自然編程就是建立各種由許多隨意形成的不同泛基因型的機(jī)器,然后再淘汰掉那些不能勝任的機(jī)器,即達(dá)爾文的自然選擇?？梢哉J(rèn)為,整個(gè)自然界是按算法構(gòu)成的和按算法演化的,只不過不同事物的算法復(fù)雜程度不同。生命是最復(fù)雜的自然現(xiàn)象之一,是自然界進(jìn)化的最高代表,因此有理由猜測(cè):從虛無到存在、從無機(jī)物到有機(jī)物、從非生命到生命、從感受到意識(shí)、思維,或許整個(gè)世界的進(jìn)化過程就是一個(gè)計(jì)算復(fù)雜性不斷增長(zhǎng)的過程。這就是說,自然界就是一臺(tái)巨型計(jì)算機(jī)(硬件),任何一種自然過程都是自然規(guī)律(軟件)作用于一定條件下的物理或信息過程(計(jì)算過程),其本質(zhì)上都體現(xiàn)了一種嚴(yán)格的計(jì)算和算法特征。生命系統(tǒng)作為自然界中最復(fù)雜最有特色的系統(tǒng),它也就是形形色色的自然計(jì)算機(jī)中的一種。(4)人工生命的研究方法是綜合的方法,而不是分解還原的方法。在傳統(tǒng)的生物學(xué)中是用分析解剖現(xiàn)有生命的物種、生