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人工生命简介

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gaulle

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发表于 2006-10-11 08:38 |只看该作者 |倒序浏览

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人工生命 (ArtificialLife,A Life)是计算机科学继人工智能之后出现的新的发展方向之一，在信息科学和生命科学的融合及开拓研究新领域方面显示出巨大的生命力。该领域的发展有助于阐明生命科学的问题(什么是生命)和计算机科学中的问题(如何构造具有鲁棒性和自适应性的计算机系统)。人工生命的研究己经成为一个跨世纪的新兴的研究学科，其中人工生命进化模型的研究是最基本最关键的课题，它对探索生命的计算原理并用于构造新一代智能人工系统的研究具有极其重要的理论意义和应用价值。 八十年代初期，在美国墨西哥州的SantaFe Institute(SFI)，以三位诺贝尔获奖者M.Gellmann, K.Arrow, P.Anderson为代表，聚集了一批不同领域的科学家，发展他们称之为21世纪的科学一复杂性科学(Science of Complexity)。由此而发展来的人工生命科学较好地体现出他们的学术观点首先提出“人工生命”概念的是美国的洛斯·阿拉莫斯国家实验室的非线性理论组的克里斯·兰顿(Chris Langton)。他在1986年指出:“生命的特征在于具有自我繁殖、进化等功能，地球上的的生物只不过是生命的一种形式，只有用人工的方法，用计算机或其他智能机械制造出具有生命特征的行为并加以研究，才能解释生命的全貌。”他同时指出:“人工生命不是用分析的方法、不是用解剖有生命的生物的方法来理解生命，人工生命是用综合的方法来理解生命。即在人工系统中将简单的零部件组合在一起，使之产生类似生命的行为。”根据Langton的定义，“人生命的研究领域是致力于理解从生物学现象中抽象出的生命的动力学原理，并在其它媒体(如计算机)上重建这些动力学规律，使它们便于操纵、控制和测试。 人工生命的研究是现代科学中一系列学科相互交叉、渗透的结果。它以计算机为工具，对实际的生命行为和生态系统进行机器的模仿、信息模型的模仿、理论层次的模仿，并以次为出发点，深入进行生命奥秘的探索。人工生命横跨多门学科，它以生物学和计算机科学为核心，外围涉及到物理学、社会学、心理学和哲学等学科。所以人工生命的研究领域非常广泛，它涉及到生命的起源，分子的自聚合，胚胎的发生、发育、生长、分化和自复制，动物的行为，昆虫集团的动力学，生物的进化，物种的形成，生态动力学，和语台社会文化的进化等多种多样的生物自然现象。从中找出具有的共性的东西，并在计算机上人工地再现，通过这样的研究过程，不仅可以再现地球上现有的生命体，而且可以进一步探索未知的和可能的生命体存在的形式人工生命是对传统的生物学与生态学研究方法的重要补充。人工生命并不以真实模拟地球上己知的碳水化合物构成的生命形式为目的，因为不同媒体上创建的生命形式会显然有其自身的特性。但是，无论何种形式的生命应该具有共同的基本特征。这意味着人工生命的研究有助于解释构成生命所需要的最本质的特征以及生命演化的最基本规律，而且通过某种易于创建和精确控制的生命形式能够加快研究生命本质的过程。 研究人工生命的计算理论和算法，有助于解释生命的全貌及探索生命的起源，为生物学研究也提供了新的途径。目前人工生命已经大大超越了以前生物领域中对现有生物进行改进(如基因工程)的人造生物框架，而是研究如何建立具有生命特有规律的自律行为系统，这种系统具有自律分散性和自组织、自学习的特征。Langton甚至指出:“从生命的特点在于组织而不在于分子这一点上来说，生命有可能不仅只是类似于计算机，生命根本就是一种算法”。综上所述，所谓的人工生命就是其行为具有我们通常所认为的基本的生命特征的某种系统，而基本的生命特征一般包括自我繁衍(Self-reproduction)、进化(Evolution)以及自组织(Self-organization)等，生命并不存在于单个物质之中，而是存在于物质的组合之中，生命行为从大量简单的物质的相互作用中自下而上地(Bottom-up)突生(Emergent)出来。生命的物质形式并不重要，它可以是物理的、符号的、化学的以及程序的形式等，既可以生存于真实的物理环境，也可以生存于真实的软件环境(如计算机操作系统、数据库、Internet等)或者某种模拟环境(如计算机仿真、积木世界)。 人工生命的重要意义就在于其高度的抽象性，许多实际的复杂系统就是人工生命系统，人工生命系统让我们以一种新的眼光来审视一些传统的学科，如人工智能、经济学、社会学等等，这些学科所建立的基于形式的模型由于没能反映出系统的复杂性，所得的结果与实际往往不符，甚至大相径庭，而采用人工生命技术则会使这一局面大大改观。 这十几年来，这个领域受到了越来越多的关注，吸引了系统科学、计算机科学、人工智能、控制科学、生物科学、机器人科学、经济学、哲学以及人类学等领域众多的专家学者投入研究。1987年C. Langton在美国的Los Alamas召开了第一次人工生命研讨会，与会有一百六十多名科学家，他们用自己的工作展示了多种可在电脑上演示的具有生命特征的系统，以及他们对人工生命的理解。     如今，在美国、欧洲及日本这方面的研究最为活跃。美国的SantaFe Institute和MIT以及日本的ATR有专门的实验室研究人工生命的课题。当前，主要有三个专门的系列学术研讨会，一个是ArtificialLife(ALife)，由美国SFI主办了三次国际研讨会(1987, I9$9, 1992 ),由MIT主办了一次(1994 )  1996年5月日本的ATR在奈良主办了第五次人工生命研讨会，1998年美国在旧金山举行了第六次人工生命研讨会，这个系列研讨会命名为ALIFE I ，ALIFE II,  ...ALIFE VI。欧洲很快就响应了这个新领域的挑战，分别在1991 , 1993 , 1995年及1997年召开了四次关于人工生命的研讨会，这个系列的研讨会被命名为European Conference on Artificial LifetECAL)。日本追上稍晚，但其特点是把人工生命研究紧密地和进化机器人的研究结合在一起，于1996年2月、1997年1月、1998年1月四次得到文部省及产业部门的巨额资助，召开了ArtificialLife and Robotics ( AROB)系列国际研讨会。除此以外，IEEE也曾召开内容基本相同的国际会议:Evolutionary  Computation及Simulation and Adaptive Action Conference。从上述介绍的频繁的国际学术活动，可以看到这个领域的研究是多么受到关注和挑战性。     <span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-size: 12.0pt; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">我国学者接触这个领域较晚，目前尚未形成声势和有规模的研究队伍。<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 'Times New Roman'; mso-bidi-font-size: 12.0pt; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">1997<span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-size: 12.0pt; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">年夏天，在中科院基础局、国家科委基础司及中国国际经济及技术交流中心的支持下，由中科院系统科学所和自动化研究所举办了第一次人工生命及进化机器人研讨会。与会者约<span lang="EN-US" style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 'Times New Roman'; mso-bidi-font-size: 12.0pt; mso-fareast-font-family: 宋体; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">60<span style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: 宋体; mso-bidi-font-size: 12.0pt; mso-font-kerning: 1.0pt; mso-bidi-font-family: 'Times New Roman'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman'; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA;">人。除去邀请了五位国际知名学者的学术报告之外，国内也有数名学者介绍了相关的研究成果，主要在数字生命、复杂巨系统方面进行了一些研究。据目前了解到的情况，国内尚有一些人在研究演化算法，在人工智能的一本书上有一段介绍人工生命，但对人工社会、人工生态环境及进化机器人等尚无人问津。

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