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人工生命入门手册:为人工智能研究提供新思路

2019-12-23 09:38:13 来源: 阅读:1

自然界的生命千姿百态,奇妙无穷,一直以来,人们从未停止过对生命本质的探索。人工生命是 20世纪80年代后期兴起的一门新兴学科,旨在研究具有自然生命系统行为特征的人工系统。自诞生以来,人工生命与人工智能相互影响,相互促进。人工智能凛冬将至?无论相信与否,前景如何,我们都希望人工生命能为其提供新的研究思路。Lana Sinapayen 是索尼计算机科学实验室和东京地球生命科学研究所的一名人工生命研究者,同时也是国际人工生命学会理事会成员。她为人工智能研究者们提供了一份人工生命入门指南。

人工生命 Artificial Life,通常简称为 ALife。当你读到这几个字时,首先会想到什么?一个T恤衫品牌还是一本Greg Egan的科幻小说?

对于许许多多的人工生命研究者来说,人工生命是对生命基本原理自下而上的科学研究。正如人工智能研究者通过从零开始构建智能系统来思考智能的本质一样,人工生命研究者通过从零开始构建生命系统来研究“生命”的本质。

人工生命入门手册:为人工智能研究提供新思路

图1:荷兰动感雕塑艺术家Theo Jansen发明的风力仿生兽Strandbeests


人工生命的研究目标是什么?

人工生命研究者的学术研究领域自然而然地与生物学和化学重叠,但也与计算机科学、天体生物学、物理学、复杂系统、网络科学、地质学、进化科学、生命起源研究、当然还有人工智能和动物行为研究重叠。人工生命研究者的口头禅是“生命如其所能。”

要阐释人工生命这个领域,很自然地就要先解释人工生命研究者所说的“生命”是什么意思。你可能会认为“生命是什么”这个问题很久以前就被解决了:正在生长和繁殖的东西就是活着的生命。但是,这个定义与杂乱的“生命”的科学事实相去甚远。很多视频游戏会模拟生长和繁殖中的动物,尽管有些人会认为这些动物是活着的,但大多数人的共识是,“生长和繁殖”不足以定义“活着”。同样地,盐晶体生长并且导致更多的盐晶体在它们周围生长,但是它们不是活着的。

但是,等一等,DNA呢?在初中时,你可能就知道了DNA是地球上所有生命的共同点。即使你正在寻找另一个星球上的生命,DNA也是你应该寻找的确凿证据,对吗?好了,事情变得更有趣了。

DNA是由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶(DNA的基质)构成的双螺旋结构,除此之外还有另一个至关重要的事实,那就是它编码了关于细胞的信息,这些信息可以从亲本传递给后代(DNA的功能)。如果你专注于这个功能,而不管DNA是由什么组成的,也不管它是什么形状,那么你可以使用任何东西来编码和传递信息,包括由8个核苷酸组成的DNA分子(8-letter DNA )或计算机中由0和1组成的字符串。在一定条件下,一些基质优于其它基质,但“信息传递”的功能并不依赖于DNA本身。在这个意义上,人工生命不受基质的限制。

8-letter DNA 的维基百科:
https://en.wikipedia.org/wiki/Hachimoji_DNA

那么,人工生命研究者所说的“生命”是什么意思呢?这是我们想要弄清楚的问题!总的来说,正如人工智能研究者开发一些程序,用各种方式模拟已知的人类智能,而不一定就什么是“智能”达成一致,人工生命研究者试图创建动态系统来模拟已知生物的生命,而不一定就什么是“生命”达成一致。换句话说,人工生命追求的是一组功能,可以将生命定义为一个进程,并允许你在特定条件下在合适的平台上“运行”它,就像你可以在许多不同的硬件平台上运行一个软件一样。

你设置的规则越通用,并且在维护功能时可以使用的平台越多,效果就越好。目前,其中一个功能是这样的:一个生物体应该进行自创生( autopoiesis)(即有机体应该不断通过与周围环境交换物质来“重建”自己),对刺激作出反应,适应周围环境,繁殖并将不完美的信息传递给后代。然而,另一种定义认为,生命只是会受自然选择影响的任何自创生化学系统。当前让我们把问题定义为,如果它们有足够的生产力,我们就已经创建了一种人工生命形式,并且达成共识,称之为“活的”。所以,游戏开始了。

自创生( autopoiesis)的学术词典:
https://www.merriam-webster.com/dictionary/autopoiesis

有了这样一个广义的目标,人工生命不可避免地与许多其它领域重叠。人工生命与众不同之处在于其自下而上的方法,并专注于可以跨领域迁移的通用原理:涌现、信息、计算、微观和宏观变量之间的关系等等。

事实上,这是对人工生命最普遍的批评之一:人工生命对通用原则的关注使其“过于隐喻”、过于抽象、过于分散到其它领域,从而难以确定哪种研究“属于”人工生命。但是这个领域的研究并非隐喻性的,2019年人工生命会议的主题“人工生命如何帮助解决社会挑战?”就明确了这一点,这个领域在实践和理论上都取得了具体进展,本文剩余部分将展示这一点。


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