人工智能概念-03-生物智能-1

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人工智能通识文章索引

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生物智能，Biological Intelligence，就是指各种生物动植物所表现出来的智能，尤其是动物和人类，这一篇我们着重讨论简单生物的智能。

关于生命的起源，达尔文认为一切开始于一个“温暖的小池塘 A warm little pond”。1920年代，科学家们提出原始汤理论Promordial Soup Theory，认为在大约40亿年前，由于阳光紫外线、火山爆发、闪电等各种因素，深海中的大量无机物发生化学反应生成简单有机物，此后逐渐合成为复杂有机物，进而构成生命。

生物体最关键的材料是蛋白质和负责遗传的RNA与DNA。而蛋白质是由氨基酸构成的，RNA也就是核糖核苷酸则可以由甲醛分子合成，同样，我们熟知的DNA脱氧核苷酸也可以由氰化氢构成。氨基酸、甲醛、氰化氢这些简单有机物都可以通过碳氢氧氮磷硫等无机元素通过化学反应生成。

1953年，著名的米勒-尤里实验Miller-Urey，通过模拟地球形成早期的大气环境，从无机环境成功合成出有机物氨基酸，从实践上证明了生命起源于无机物的原始汤理论的关键部分。

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细菌是最早诞生的单细胞生物，也是当今世界上数量最多的生物，甚至在太空航天器上都能生存。据估计，全世界大概有5×10³⁰数量的细菌，在我们每个人体内的细菌数量也足以超过我们人体自身细胞数量的1.2倍，肠道内细菌的数量甚至可以达到肠道自身细胞数量的十倍以上。

脑洞大开的日本人甚至制作了一个叫做《萌菌物语》的动漫系列剧，幻想出人类和细菌的各种奇葩有趣的故事。

很多细菌都生活在液态环境里，它们依赖于从周边环境中吸取糖分作为营养物质才能存活，它们能够感觉周边的糖分浓度，如果它们发现周边的糖分浓度比几秒钟之前少了，就会摇动尾部的鞭毛，像鱼一样游到糖分比较高的地方去。

于是，我们就会看到细菌缓慢的游来游去，看上去像是具有某种智能。

细菌的这种机制是记录在细胞核内的，也就是记录在与生俱来的DNA里，本质是复杂化学反应决定的，经过无数代的进化，不符合这个机制的细菌都由于找不到糖吃被饿死了，这就是达尔文的自然选择理论。

我们从细菌生命行为上看到的这种智能表现，实际就是复杂的化学反应加上物种进化的自然选择结果。

以上细菌游泳的故事来自于麻省理工学院宇宙学家麦克斯·泰格马克的畅销书《Life3.0》。他在书中认为，生命是一个可以保持其复杂性和复制性的过程，生命体本质是信息的自我复制与进化的处理系统。

他在这本书中将所有生命形式分为三个阶段：

• 生物进化阶段。这种生命体只能通过自然选择发生进化，每个生命体的生命周期内自身的软件和硬件都不会改变。比如说上面的细菌，如果它的DNA不能让它具有分辨周边糖分高低的能力，或者它的尾巴鞭毛太小游不动，那么它只能等死，无法做出任何改变。
• 文化进化阶段。这种生命体可以通过文化和知识改变自己的软件系统，但身体硬件却仍然只能依赖自然进化来缓慢升级。人类是这种生命的代表，我们可以轻松学会各种技能，各种游泳姿势和游向任意目标。
• 技术进化阶段。当机器人发展到像人类一样聪明的时候，它不仅可以随时升级自己的软件，也能够随意定制自己的身体硬件，它的进化完全摆脱生物进化规律的限制。

2014年3月，泰格马克和Skype的创始人让·塔林等五位科学家在波士顿创立了Futrue of life institute生命未来研究所，简称FLI，致力于研究人类生存面临的各种威胁，目前主要集中在研究人工智能技术的潜在风险。

生命未来研究所受到了众多知名人士的关注和支持，其主要顾问委员会成员就包括特斯拉创始人埃隆·马斯克和已故伟大科学家史蒂芬·霍金。

回到细菌游泳的例子，我们可以在计算机中用很简单的逻辑编程来模拟它。我们在屏幕上建立一个网格，每个格子有不同的深色或浅色，代表糖分的高低，然后把我们的电子细菌放在任意一个格子里面，开始先记录下所在格子的糖分值，然后每隔1秒随机移动到身边的任意一个格子，如果检测到新格子的糖分比刚才的高就歇1秒，如果低就继续移动。

如果整个格子世界的糖分分布是静态不变的，那么我们的细菌移动几步就会停下来。但如果我们每隔1秒随机改变格子的深浅，那么就会看到细菌不停地游来游去。

1986年，美国计算机科学家，Artificial Life人工生命领域创始人之一，克里斯托弗·兰顿提出了一个蚂蚁模拟游戏，在二维黑白格世界中只遵循三个原则就创造了极为复杂的图形：

• 红色蚂蚁不停地向前趴行，每次一格。
• 如果爬到白色格子，那么就向右转身90度，同时把脚下的格子变成黑色。
• 如果爬到黑色格子，那么就向左转身90度，同时把脚下的格子变成白色。

神奇的是，当蚂蚁爬行步数足够多，往往是上万步以后，蚂蚁就会自发的找到一条hightway高速路，停止盲目乱爬，而是沿着高速公路向固定方向爬过去。

兰顿的蚂蚁游戏是一种二维的通用图灵机，试图模拟简单生物的行为，也是细胞自动机 Cellular Automaton的一种，简称CA。

点这里到腾讯视频观看兰顿的蚂蚁解说

早在1970年，英国数学家约翰·康韦就提出生命游戏Game of life程序，它能够基于四个简单规则生成更加复杂炫酷的动画图像，有时候看上去简直就像庞大又调度有序的蚂蚁社会。

点这里在腾讯视频观看惊人的生命游戏演示

爱因斯坦曾经把蚂蚁比喻成二维世界的生物，它们永远无法知道球面不是平的，也无法理解三维世界的情况。

但实际上我们仍然可以看到生存在二维世界的生物所表现出的智能，不管是真实蚂蚁或者是上面我们介绍的电子蚂蚁。

智能在于表现而不在于肢体。我们谈论的智能并不是生物的手或者脚，而是它的行为表现出来的一种特征。

更多关于世界维度的讨论，1999年上映的经典科幻片《骇客帝国》和《第十三层楼（又名异次元空间）》都提出了很多新奇而富有启发性的概念，推荐大家抽空观看。

限于篇幅，关于动物和人类的智能相关内容，我们将在下一节中深入讨论。

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