新科学：人工生命和计算机程序的进化
进化计算综述
进化计算综述1.什么是进化计算在计算机科学领域，进化计算（Evolutionary Computation）是人工智能（Artificial Intelligence），进一步说是智能计算（Computational Intelligence）中涉及到组合优化问题的一个子域。
其算法是受生物进化过程中“优胜劣汰”的自然选择机制和遗传信息的传递规律的影响，通过程序迭代模拟这一过程，把要解决的问题看作环境，在一些可能的解组成的种群中，通过自然演化寻求最优解。
2.进化计算的起源运用达尔文理论解决问题的思想起源于20世纪50年代。
20世纪60年代，这一想法在三个地方分别被发展起来。
美国的Lawrence J. Fogel提出了进化编程（Evolutionary programming），而来自美国Michigan 大学的John Henry Holland则借鉴了达尔文的生物进化论和孟德尔的遗传定律的基本思想，并将其进行提取、简化与抽象提出了遗传算法（Genetic algorithms）。
在德国，Ingo Rechenberg 和Hans-Paul Schwefel提出了进化策略（Evolution strategies）。
这些理论大约独自发展了15年。
在80年代之前，并没有引起人们太大的关注，因为它本身还不够成熟，而且受到了当时计算机容量小、运算速度慢的限制，并没有发展出实际的应用成果。
到了20世纪90年代初，遗传编程（Genetic programming）这一分支也被提出，进化计算作为一个学科开始正式出现。
四个分支交流频繁，取长补短，并融合出了新的进化算法，促进了进化计算的巨大发展。
Nils Aall Barricelli在20世纪六十年代开始进行用进化算法和人工生命模拟进化的工作。
Alex Fraser发表的一系列关于模拟人工选择的论文大大发展了这一工作。
[1]Ingo Rechenberg在上世纪60 年代和70 年代初用进化策略来解决复杂的工程问题的工作使人工进化成为广泛认可的优化方法。
人工智能讲座心得体会
人工智能讲座心得体会通过这学期的学习，我对人工智能有了一定的感性认识，个人觉得人工智能是一门极富挑战性的科学，从事这项工作的人必须懂得计算机知识，心理学和哲学。
人工智能是包括十分广泛的科学，它由不同的领域组成，如机器学习，计算机视觉等等，总的说来，人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。
人工智能的定义可以分为两部分，即“人工”和“智能”。
“人工”比较好理解，争议性也不大。
有时我们会要考虑什么是人力所能及制造的，或者人自身的智能程度有没有高到可以创造人工智能的地步，等等。
但总的来说，“人工系统”就是通常意义下的人工系统。
关于什么是“智能”，就问题多多了。
这涉及到其它诸如意识、自我、思维等等问题。
人唯一了解的智能是人本身的智能，这是普遍认同的观点。
但是我们对我们自身智能的理解都非常有限，对构成人的智能的必要元素也了解有限，所以就很难定义什么是“人工”制造的“智能”了。
关于人工智能一个大家比较容易接受的定义是这样的：人工智能是人造的智能,是计算机科学、逻辑学、认知科学交叉形成的一门科学，简称ai。
人工智能的发展历史大致可以分为这几个阶段：第一阶段：50年代人工智能的兴起和冷落人工智能概念首次提出后，相继出现了一批显著的成果，如机器定理证明、跳棋程序、通用问题s求解程序、lisp表处理语言等。
但由于消解法推理能力的有限，以及机器翻译等的失败，使人工智能走入了低谷。
第二阶段：60年代末到70年代，专家系统出现，使人工智能研究出现新高潮。
dendral化学质谱分析系统、mycin疾病诊断和治疗系统、prospectior探矿系统、hearsay-ii语音理解系统等专家系统的研究和开发，将人工智能引向了实用化。
并且，1969年成立了国际人工智能联合会议第三阶段：80年代，随着第五代计算机的研制，人工智能得到了很大发展。
日本1982年开始了”第五代计算机研制计划”，即”知识信息处理计算机系统kips”，其目的是使逻辑推理达到数值运算那么快。
人工生命及其发展前景
人工生命的研究领域非常广泛，它涉及生命的起源，分子的自聚合，胚胎的发生、发育、生长、分化，自复制，动物的行为，昆虫集团的动力学，生物的进化，种的形成，生态动力学和语言__社会__文化的进化等生物现象。从中找出具有共性的东西，并在计算机上人工地再现。通过研究，不仅可以再现地球上现有的生命体，而且可以进一步的探索未知及可能的生命存在的形式。
需要指出的是，人工生命同人工智能有所不同。可粗略表示如下：
人工智能：
科学研究方面：认知机理的研究；
工程研究方面：智能系统的建立方法。
人工生命：
科学研究方面：生命行为研究；
工程研究方面：进化，适应系统的建立方法。
人工生来”的生命现象进行探索。从这一方面考虑，人工生命的研究比人工智能更具深远的意义。
(安徽 奇云)
人工生命的研究离不开计算机，其生成算法尽管种类很多，但不外乎“模型法”和“动作原理法”两种。前者是根据生物体内部或外部系统所表现出来的生命行为的信息来建立模型，并在计算机上模拟实现。后者是通过生物自律性行为特征的原理，来建立人工生命。
三、人工生命开拓的新领域
由于人工生命是计算机与生命及有关的学科相互渗透与交叉形成的，因此研究人工生命的计算理论与算法，有助于揭示生命的全貌及探索生命的起源，为生物学研究提供了新的途径。
目前，人工生命研究正沿着两个方向发展。一是以计算机为工具来弄清楚生命进化和生态系统复杂而巧妙的工作机理，二是探索如何把对生命研究的成果用来解决各个领域的实际问题。
什么是人工生命？
什么是人工生命？
人工生命是一种利用计算机模拟和仿真技术来创建和探索生命现象的
领域。
简单来说，就是在计算机里创建一些“虚拟的生命体”，然后通
过模拟它们的生命活动，来研究生命产生、演化和行为等方面的问题。
以下是人工生命的一些重要特点和应用：
一、特点
1. 生命特征：人工生命研究的生命体具有一些普遍的生命特征，比如
自我复制、遗传、适应性和进化等。
2. 模拟方法：人工生命主要采用计算机模拟的方法，通过数学建模和
仿真技术来探究生命现象。
3. 跨学科性：人工生命是一门跨学科的科学，需要结合计算机科学、
生物学、物理学等多个领域的知识。
二、应用
1. 生物演化：人工生命可以模拟生物的进化过程，探究存在于自然界
中的各种生物形态的形成过程。
2. 人工智能：人工生命也可以帮助开发和实现人工智能，比如通过模
拟人脑的构造和神经网络的机制来构建复杂的人工智能系统。
3. 生命教育：人工生命可以用于生命教育的教学，例如在学生中应用人工生命模拟软件，让学生了解生物的形态、生命进化和生态系统等基本知识。
4. 生物医学研究：人工生命也有助于生物医学研究，在人工生命模拟中，医学家可以对疾病进行测试，并在安全环境下进行药物研究。
综上所述，人工生命是一项既有前景的科学，它为我们探索生命本质和演化的机制提供了一个全新的视角。
同时，它也可以广泛应用于生物医学研究、人工智能等领域，在未来将会产生重要的影响。
生物计算机电脑技术与生命科学的交汇点
生物计算机电脑技术与生命科学的交汇点生物计算机：电脑技术与生命科学的交汇点生物计算机是一种将电脑技术与生命科学相结合的新型技术。
它的发展源于对生物体内发生的复杂计算过程的研究，通过模拟和应用生物体内的计算机原理，来解决复杂问题和开发新的应用。
本文将探讨生物计算机的原理、应用领域以及未来发展趋势。
一、生物计算机的原理生物计算机的原理基于生物体内的计算机原理，主要涉及DNA计算、蛋白质计算和细胞计算等技术。
DNA计算利用DNA分子的信息存储和处理能力，进行类似于电子计算机中逻辑门和数据处理的运算。
蛋白质计算则利用蛋白质的折叠和相互作用原理，实现类似于电子计算机中的算术、逻辑运算等。
细胞计算则是通过模拟细胞内部的信号传递和调控网络，进行信息存储和处理。
二、生物计算机的应用领域1. 生物信息学生物计算机在生物信息学领域具有广泛的应用。
它可以加速DNA序列的拼接和比对，为基因组学、转录组学、蛋白质组学等研究提供高效的分析工具。
同时，生物计算机还可以模拟和预测分子间的相互作用，为药物设计和疾病治疗提供新的思路和方法。
2. 智能医疗生物计算机在智能医疗领域的应用正在逐渐展开。
它可以通过分析个体的基因组数据，预测患者患上某种疾病的风险，并提供个性化的治疗方案。
此外，生物计算机还可以用于细胞治疗，通过调整细胞内的基因表达，治疗某些难以治愈的疾病。
3. 环境保护生物计算机在环境保护领域的应用也具有潜力。
通过模拟和分析物种的进化和生态系统的变化，生物计算机可以预测环境变化对生物多样性的影响，为环保决策提供科学依据。
此外，生物计算机还可以用于优化微生物酶的设计，提高废水处理和生物燃料生产的效率。
三、生物计算机的发展趋势随着生物计算机技术的不断发展，未来它将进一步融合电脑技术和生命科学，呈现以下几个趋势：1. 多学科交叉融合生物计算机的发展需要多学科的交叉融合，电脑技术、生命科学、物理学等多个领域的专家需要共同合作，共同推动生物计算机的发展。
人工生命
人工生命人工生命:计算机与生物学相遇的前沿。
创造生命可以说是人类自古以来的梦想。
古代的神话几乎无例外地都把生命看作是由神从无生命的物质中创造出来的。
如果说神话最早反映了生命可以从无生命物质创造出来的人类理想的话, 那么, 从近代开始, 人们则试图实际地用机械的方式创造生命。
1735年,一位名叫雅克〃沃肯森的人曾经制造了一个人造鸭子, 这鸭子不仅看上去像鸭子,而且还能像鸭子一样在水面上拍打翅膀、叫、吃食、饮水、消化,甚至能排泄出一粒粒人造食物。
它是一件做工极其复杂的杰作, 仅一只翅膀就由400个机械零件组装而成。
虽然如此, 但是在生命的本质还没有得到充分了解以及人们的制造技术还很落后的情况下, 人们能创造的, 充其量只是类似迪斯尼公园里的一些古怪的生命模拟物而已。
然而,从20世纪中叶开始, 生命科学和计算机科学的发展, 为我们提供了全新的理论和工具。
人工生命不再是几个有强烈好奇心的人的业余爱好, 而是一些严肃的科学家基于计算机和生命的原理正试图实现的目标了。
一、人工生命思想的萌芽和主要思想现代人工生命思想的萌芽可以追溯到 20世纪中叶计算机专家阿兰·图灵和约翰·冯诺伊曼的工作。
图灵证明生物的胚胎发育可以用计算的方法加以研究。
冯诺伊曼则试图用计算的方法描述生物自我繁殖的逻辑形式。
到了 70年代和 80年代, 随着电脑速度的大幅度提高以及个人电脑的普及, 在康韦、沃弗拉姆等人有关“生命游戏”研究的基础上,克里斯·兰顿发现,处于“混沌的边缘”的细胞自动机既有足够的稳定性存储信息, 又有足够的流动性来传递信息。
当他把这种规律与生命和智能联系起来时, 他认识到,生命或者智能很可能就起源于“混沌的边缘”。
于是兰顿的脑海中浮现出一个崭新的思想: 如果我们在计算机中建立起产生“混沌边缘”的一定规则,那么, 从这些规则中就有可能浮现出生命来。
由于这种生命不同于地球上以碳为基础的生命, 因此兰顿把它称为“人工生命”。
人工生命的产生及其意义解读
人工生命的产生及其意义解读随着现代人工智能技术的不断进步，人们对于人工生命的探索也变得越来越深入。
我们可以将人工生命定义为一项通过计算机程序模拟自然生命现象的技术，其最终目的在于生成能够复制自然生命的机器智能体，从而实现在非生命体系统中产生一种具有自主感知、情感、思考、学习和创造能力的智能生命。
在过去几十年中，人工生命的概念和研究一直是人工智能领域的热点之一，它的本质在于研究人类如何利用可计算性来模拟自然生命的复杂性，并进一步扩展和加强这种复杂性。
本文将介绍人工生命的概念与分类、产生与演化、发展与前景以及对其可能带来的意义进行解读和阐述。
一、人工生命的概念和分类人工生命的概念可以追溯到上世纪五六十年代，当时的计算机科学家、生物学家和物理学家合作开发了一种计算机模型——细胞自动机（Cellular Automaton, CA），从而开辟了人工生命的起源。
细胞自动机是一种由离散的、独立的剪贴板单元组成的网格，每个单元都有自己的状态和规则，单元之间的交互以及状态的转换都是根据事先设定的规则而进行的。
由于细胞自动机具有自我复制、自组织、自适应、自学能力等特点，而且可以模拟自然生命中的生物群体、物理现象和化学反应等，因此被认为是人工生命的雏形。
在细胞自动机的基础上，人工生命不断发展出了许多其他的形式，比如人工生态系统、人工生物技术、遗传算法、演化计算、人工神经网络、人工生物学等。
根据不同的研究方向和技术应用，人工生命可以分为以下几类：1. 细胞自动机（CA）：由数十亿小单元（细胞）组成的一种离散动力学系统，通过对单元之间交互的规定和状态转换的规则进行模拟，来模拟生命现象。
2. 遗传算法（GA）：通过模拟生物进化过程中的遗传和自然选择机制，以每一代被测对象的适应度指标作为选择代价函数，来使优秀个体逐代繁衍，从而获得最优解的一种优化方法。
3. 神经网络（ANN）：一种基于生物神经元之间联结方式组织的人工神经网络系统，拥有自组织、自适应和学习能力等特性，在图像与语音识别、控制和神经系统模拟等方面具有广泛应用。
人工生命的概念、内容和方法
任何 能够 自我繁衍的 系统 ，都必须具有 ２ 个基本功能 ： 一是如何繁衍 下一代的 “ 法” 类 算 ， 似于计算机程序 ；二是能够被用来复 制的 “ 捕 述” 类似于计算机 数据 ． ・ ， 冯 诺依曼 由此建立 了 元 胞 自动 机 模 型 ． ｓ ｌａ ． ｆ ｍ将生物体 的细胞 看作 一个 元胞 ， Ｗｏ ｒ 通 过 在 维 网 格 中细 胞 的状 态 变 化 来 研 究 生 命
摘ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
要 “ 人工生 命 － ｆ 是 ｑ正在迅速 发展 的新 兴学科 ． 介绍 了人 工 生命 的概念 、 内容 给出 了
研究人 工生命 的 ２种途径 ： 生物科 学途径 和丁程 技术 途径． 丁生命 的研究有 助 于揭示 构成生 人
命所需 的最本 质 的特征 ， 具有 重大 的科学 意 义和应 用价值 关键词 人工生 命； 人工 智 能：生命 行为 ； 究 方法 ： 究内容 研 研
维普资讯
・５ ・ ３４
北
京 科 技 大 学 学 报
２０ 年 第 ２ ０２ 期
胞 的粘 着性等模 型的细胞分 化模 型 ， 用来 研究 多细胞 生物 体 的起源． ． ｉｎ 构造 了生命进 Ｈ Ｋｔ ｏ ａ 行新 陈代谢 的模 型 ， 他的模 型 中， － 在 数字 细胞 通过主动运输 和扩散 的方式 与数字环境 及其他 细胞交换物质 ， 物质 由二进制 串表示 ； 细胞 每个 中存在 的遗传信 息决 定细胞 的新 陈代谢过 程 ， 遗传信 息也 被定 义为一段 二进制 串． 当细胞 内 某一物 质的浓度 小于某个值 时 ， 会激活新 陈代 谢反应 以产生 酶 ， 促使此物质的生成． 细胞中物 质的量超过某一界 限， 数字细胞会进行分裂 ， 原 细 胞 中 的物 质 被 分 配 到 新 生成 的 ２个 细 胞 中 ． 当细 胞 的新 陈代 谢 程 度 低 于某 个 值 时 ， 数 字 该
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新科学：人工生命和计算机程序的进化
第一章人工生命的兴起生命是什么?这个古老而深邃的问题一直激励着哲人智士的思考，在信息时代的今天，它催化了人工生命学科的诞生。
同时，本书的第一章恰恰以此问题开始了科学新领域的探索。
第二章创造人工生命的方法论综合的方法、从局部到整体、从简单到复杂、基于主体的计算机模拟、程序的进化被认为是人工生命中普遍使用的几种方
法。
有了计算机，人们可以把以前打碎的有关生物的规则重新综合起来。
不仅可以对真实世界的生物规则进行模拟，我们还可以探索更广泛的可能规则会产生何种的涌现现象。
基于主体的计算机仿真与其他的计算机应用方法有很大的不同，它把计算机不再看为一个机器，而是一个包含着时间、空间、生命的虚拟宇宙。
除了数据处理、数值计算，计算机利用基于主体的模拟方法还可以模仿宇宙的运行。
愚蠢的上帝事无巨细地设计世界的每个细节，聪明的上帝则制定一条进化原则，剩下的就是该原则的自动执行。
人类面对计算机等同于上帝面对我们这个世界，所以最聪明的程序是可以自己进化的程序。
遗传算法和遗传编程是两种最主要的计算机程序的进化方法。
本章介绍了几个简单程序创造复杂行为的实例，读者可以直接观察这些程序：
L系统
很多有关分形的著作都介绍过L系统，目前，这种方法已经被广泛地应用于计算机游戏、三维动画等领域。
生命游戏
生命游戏是一款最著名的简单规则产生复杂行为的程序。
虽然它的底层仅仅有3条规则，然而蕴藏在这个方格世界中的规律和现象却是用语言描述不尽的。
有很多本著作专门论述该简单程序中蕴藏的深奥规律，包括《Game of Life》、《The discrete universe》
Life32是一款最好的运行“生命游戏”的平台，
多体运动
基于个体的计算机仿真的思想基本思路就是将每个个体视作一个对象，它们可以对外界环境进行反应。
在书中，我们以撞球为例子来说明，在这个示例程序中，我们将每个球个体看作一个行星，任意两个行星之间能够发生万有引力相互作用。
这群球体就会形成复杂的集体动态。