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、延伸和擴展人的智能,實現(xiàn)“機器思維”。作為一門學(xué)科,人工智能主要研究智能行為的計算模型,研制具有感知、推理、學(xué)習(xí)、聯(lián)想、決策等思維活動的計算系統(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、計算機、建筑物、機械設(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化?人工智能是否也存在類似的“生命”基礎(chǔ)?1國外人工生命研究在地球上,生命從無到有,從單細胞到多細胞,從無機物到有機物,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過程。然而,生命究竟是如何起源的,是怎樣進化到今天的狀態(tài),未來的生命又如何,生命的本質(zhì)是什么等等,始終激勵著人類不斷地去探索。在20世紀40年代和50年代,計算機之父馮·諾伊曼就試圖用計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)都必須具備兩個基本功能:一是它必須起到被動數(shù)據(jù)的作用,是一個能夠被復(fù)制和傳到下一代的描述;另外,它必須起到計算機程序的作用,是一種能夠在繁衍下一代過程中運行的算法。鑒于當(dāng)時計算機技術(shù)的局限,馮·諾伊曼提出了細胞自動機(CellularAutomata,簡稱為CA)的設(shè)想,并且證明了確實有一種能夠自我繁殖的細胞自動機存在。這表明,如果把自我繁衍看成是生命獨有的特征,則機器也能夠做到。同時,人工智能之父圖靈在1952年發(fā)表了一篇蘊意深刻的論形態(tài)發(fā)生的數(shù)學(xué)論文。在文中,他證明了相對簡單的化學(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)以不同的速率擴散可以產(chǎn)生不同密度的“波紋”,若是在一個胚胎或生長的有機體中,很可能會產(chǎn)生重復(fù)的結(jié)構(gòu),如分節(jié)、葉芽等。在一維、二維或三維中擴散波紋將產(chǎn)生有序的細胞分化。從而,提出了人工生命的一些萌芽思想。但由于當(dāng)時計算機的計算能力有限,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)編寫了一個由幾條簡單規(guī)則控制的“生命游戲”程序,這幾條規(guī)則的組合能使細胞自動機產(chǎn)生無法預(yù)測的延伸、變形和停止等復(fù)雜的模式。這一特點吸引了大批計算機科學(xué)家。1987年,美國SantaFeInstitute(簡稱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)、計算機科學(xué)、人工智能、生物科學(xué)、機器人科學(xué)、經(jīng)濟學(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、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)每兩年舉行一次關(guān)于人工生命的研討會“歐洲人工生命會議”(EuropeanConferenceonArtificialLife,簡稱ECAL),每次會議都有論文集出版。ECAL已成為國際人工生命研究的重要論壇之一。日本急起直追,其特點是把人工生命的研究和進化機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的系列國際研討會。此外,IEEE也曾召開內(nèi)容基本相同的國際會議:EvolutionaryComputation及SimulationandAdaptiveActionConference。1997年9月在北京舉行了我國的第一次關(guān)于人工生命的學(xué)術(shù)活動“人工生命與進化機器人研討班”。2001年9月國家自然科學(xué)基金委員會將“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,國際人工生命學(xué)術(shù)界先后在美國和日本舉辦了7次里程碑式的國際學(xué)術(shù)會議,并將于2002年的12月在澳大利亞舉行第八次學(xué)術(shù)會議。這些會議在時間維上成為該學(xué)科發(fā)展軌跡的重要坐標點。(1)1987年9月在美國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”。在會上,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、細胞自動機(簡稱CA)、遺傳算法、進化仿真等5個方面。這次會議標志著人工生命研究領(lǐng)域的誕生。(2)1990年2月在美國新墨西哥的圣菲舉行了“人工生命Ⅱ———人工生命研討會”。會議論文內(nèi)容覆蓋了概貌、來源與自組織、進化動力學(xué)、計算、學(xué)習(xí)與進化、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“遺傳進化和計算機程序的共進化”屬于經(jīng)典之作。(3)1992年6月在美國新墨西哥的圣菲舉行了“人工生命Ⅲ———人工生命研討會”。本次會議除討論了遺傳算法、進化仿真、突現(xiàn)行為、適應(yīng)度概貌圖、群體動力學(xué)和混沌機制等人工生命的經(jīng)典內(nèi)容之外,還討論了機器人規(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)與進化的自改進計算機程序”和金子邦彥、鈴木俊二的“一個模仿游戲中通向餛沌邊緣的進化”分別從遺傳算法和混沌兩個方面探討了在人工生命研究中關(guān)鍵的突現(xiàn)機理。會議論文集共收錄了26篇論文。(4)1994年7月在美國麻省理工學(xué)院舉行了“人工生命Ⅳ———第四屆國際生命系統(tǒng)合成與模擬研討會”。本次會議的論文分為特邀報告、長文和短文3個部分,覆蓋了細胞自動機、DNA非均衡學(xué)說研究、AL算法、AL建模、共同進化、遺傳算子、進化動力學(xué)、進化與其它技術(shù)的綜合、關(guān)于混沌邊緣和分岔的研究、學(xué)習(xí)能力、人工生命在字符識別、機器人等方面的應(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———第五屆國際生命系統(tǒng)合成與模擬研討會”。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際會議上就出現(xiàn)了日本學(xué)者的身影。這次會議在日本的召開,標志著日本成為亞洲人工生命研究的一個中心。(6)1998年6月在美國洛杉磯加利福尼亞大學(xué)舉行了“人工生命Ⅵ———第六屆國際人工生命研討會”,主題是“生命和計算:變化著的邊界”。這次會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算的分子和細胞生物學(xué),它們提供了許多新的關(guān)于發(fā)育過程、細胞分化機理和免疫反應(yīng)模型制造的新見解,從而使人工生命擴展到了令人興奮的新方向。論文包括DNA計算、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)濟學(xué)等7各方面,其中有9篇論文被認為是人工生命的新的高質(zhì)量工作。(7)2000年8月在美國波特蘭的里德學(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)進化、自催化系統(tǒng)、虛擬新陳代謝等;發(fā)育和分化問題,等;進化和適應(yīng)動力學(xué)問題,包括人工進化生態(tài)學(xué)、可進化性及其對生物組織的影響、進化計算等;機器人和智能主體,包括進化機器人、自主適應(yīng)機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)作的進化、語言系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)和社會———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、可進化硬件、自修復(fù)硬件和分子計算,遺傳工程和毫微米工藝,金融和經(jīng)濟學(xué),計算機游戲,醫(yī)療應(yīng)用,教育應(yīng)用等;認識論和方法論基礎(chǔ)問題,包括人工生命的本體論、認識論以及倫理和社會影響等。(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;進化和適應(yīng)動力學(xué);機器人和智能主體;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價、仿真語言和實驗手段、人工世界、大型數(shù)據(jù)集合的工具等。會議的網(wǎng)址是:/。2勞動生活的主要形式2.1計算機病毒計算機病毒描述了生命系統(tǒng)所固有的特征———繁殖、機體集成、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)把計算機進程作為生命個體,將計算機提供的資源(RAM單元、CPU時間及操作系統(tǒng))作為這些生命個體的生存環(huán)境,它們從環(huán)境中汲取信息,修改所在的環(huán)境,從而在時間和空間中進行繁殖。利用計算機進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時間來組織其在存儲單元中的行為。數(shù)字生命以一定的計算機程序的形式存在于RAM環(huán)境之中,并通過相應(yīng)的競爭策略為占據(jù)CPU運行時間、存儲空間而相互競爭。一個“生命”必須被設(shè)計為適合在這樣的環(huán)境中生存的數(shù)字程序,這個程序能夠自我復(fù)制,并且直接被CPU執(zhí)行。這些機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,通過對資源的占有來體現(xiàn)它在進化過程中的優(yōu)勢地位。數(shù)字生命的研究在計算機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化現(xiàn)象和復(fù)雜系統(tǒng)的研究提供了一個實驗手段。同時,還可以在計算機上研究文化和經(jīng)濟的進化過程,建立一個數(shù)字的人工社會。人工社會的計算機模型它包含:(1)一群具有自治能力的行為者;(2)一個獨立的環(huán)境;(3)管理行為者之間、行為者與環(huán)境之間,以及環(huán)境各個不同要素之間相互作用的規(guī)則。人工社會是由各個行為者自我組織形成的,由各個行為者在簡單規(guī)則的支配下,與人工環(huán)境交互作用突現(xiàn)形成的。人工社會的行為者是一個能夠隨著時間發(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提出了一個名為Euzone的進化的水中虛擬生態(tài)環(huán)境,目的是提供一種實驗手段,用以觀察生態(tài)系統(tǒng)是如何從原始狀態(tài)進化以及復(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,可以觀察到低等動物的形體進化及生存競爭。在Euzone中,藍藻等利用太陽能和別的無機物產(chǎn)生碳水化合物以及蛋白質(zhì),促使水中生物的出現(xiàn),研究的重點在于:最低層次的食物鏈的進化和自組織、簡單生物和物理環(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整體搜索策略進化算化研究主要是提供具有進化特征的算法。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)化計算時不依賴于梯度信息,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)容就是進化現(xiàn)象,因此許多人工生命模型也都采用GA來創(chuàng)建進化系統(tǒng),使其成為研究進化現(xiàn)象的重要方法之一。與其他具有強魯棒性的優(yōu)化技術(shù)一樣,GA的幾個改進方法也被用于建立無限進化。2.4細胞更新的種類ca細胞自動機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是一個細胞陣列,每個細胞都是離散結(jié)構(gòu),按照預(yù)先規(guī)定的規(guī)則,它們的狀態(tài)可隨時間而變化,傳遞規(guī)則是通過陣列,計算每個細胞的當(dāng)前狀態(tài)以及它的近鄰的狀態(tài),所有的細胞均自發(fā)地更新。1984年,WolframS.對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)為隨機的,隨著時間的變化沒有內(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CA又作了進一步的研究,推測類型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、機體集成和受刺激可移動。但傳統(tǒng)的自律機器人采用的是把問題分割成幾個功能單元的層次化設(shè)計方法,從而使機器人缺乏魯棒性,對環(huán)境的變化反應(yīng)遲緩,實際上沒有真正的智能,只能完成簡單的任務(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用到機器人的設(shè)計中,設(shè)計出了基于行為的進化機器人。進化機器人的設(shè)計思想來源于達爾文的適者生存理論,它把機器人看成是一個與周圍環(huán)境密切相互作用而又不需人干預(yù)的發(fā)展自身技能的自動人工組織,即其操作方式是自律型的,其定位、移動等是突現(xiàn)形成的,其“智能”也是由各個并行執(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系統(tǒng)中。進化機器人具有比傳統(tǒng)機器人更快的速度和更好的靈活性、魯棒性,進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)計以及測試費用都比以前要少。進化機器人是機器人設(shè)計的一個新方向,它的設(shè)計應(yīng)用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、動力學(xué)系統(tǒng)和生態(tài)學(xué)工程等知識。2.6人工生物人工魚人工生命原理以及高級計算機技術(shù)的出現(xiàn)使得人們在20世紀90年代早期開始研究視覺創(chuàng)造過程(Visualcreationprocess)。1994年DemetriTerzopoulos等人研究一個模仿超級魚進化的人工生命模型,它展現(xiàn)了一個現(xiàn)實的人工魚居住的虛擬海洋世界。每條魚都是一個模擬的物理世界中的自主智能體,其算法不僅仿效了單個動物的外貌、運動和行為,而且還模仿了許多水下生物系統(tǒng)復(fù)雜的群體行為。單個的和突現(xiàn)的群體行為有尾部和肺部的運動、沖突的避免、捕食吃草、交配等,同時人工魚通過實踐和感官的增強還可以學(xué)習(xí)怎樣運動。1993-1994年,ChristaSommereer和LaurentMignonneau介紹了他們的第一個交互式計算機裝置“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化。1995年,他們又發(fā)展出另一個系統(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,他們在觀察了簡單結(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)計和形狀。實際上,1997年在我國流行過的電子寵物玩具,也是一種虛擬生物,當(dāng)它缺少愛時會哭,而餓了時也需要進食,同時還有繁殖功能。2.7生物腦的結(jié)構(gòu)日本電器通訊進程技術(shù)研究所ART的進化系統(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模型,其中社會模型包括傳統(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)。在社會模型中,系統(tǒng)被視為一個動態(tài)過程,在這個過程當(dāng)中,局部的、各個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,各個單元也受到全局狀態(tài)的影響。因此,兩個方向的相互連接: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)計中引入了人工生命中的“進化和突現(xiàn)”的機制和提供了一個框架“微觀宏觀動力學(xué)”,使系統(tǒng)具備自治和創(chuàng)造性,從而實現(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際研討會上,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)一樣抓住和模仿進化。我不是要準確模仿爬行動物的進化,而是想在計算機上抓住進化的抽象模型,為此展開實驗?！彼睦蠋熀商m德進一步解釋道:人工生命類似人工智能,區(qū)別僅在于:人工生命是用計算機來模擬進化的基本生物機制和生命本身,而人工智能是用計算機來模擬思維過程。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)律是一種動力形式的規(guī)律,它獨立于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),就如計算機的機制在于軟件,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,如計算機、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)計好的。(2)人工生命模擬生命行為的方法是運用局部控制而不是全局控制,是模擬簡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)中許多相對簡單單元彼此相互作用時產(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)才進化到今天。同樣,人工生命也不像在設(shè)計汽車或機器人那樣是預(yù)先設(shè)計好的。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)運作的簡單規(guī)則)中推導(dǎo)出來。用計算機的語言來說,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算機,生命根本就是一種算法。生物體最顯著的特點之一就在于其基因型?？梢园鸦蛳胂蟪墒窃S多并行的計算機程序的組合,每個程序代表一個基因,當(dāng)它們被激活時,就會相互競爭又相互合作。而作為一個集體,這些程序卻能夠完成整體的計算任務(wù),這就是表現(xiàn)型,即有機體發(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。在普通的計算機程序中,泛基因型就是計算機編碼本身,而泛表現(xiàn)型就是這個程序?qū)τ嬎銠C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,這一過程其實就是一種計算。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器,然后再淘汰掉那些不能勝任的機器,即達爾文的自然選擇?？梢哉J為,整個自然界是按算法構(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,是自然界進化的最高代表,因此有理由猜測:從虛無到存在、從無機物到有機物、從非生命到生命、從感受到意識、思維,或許整個世界的進化過程就是一個計算復(fù)雜性不斷增長的過程。這就是說,自然界就是一臺巨型計算機(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(計算過程),其本質(zhì)上都體現(xiàn)了一種嚴格的計算和算法特征。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算機中的一種。(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