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2020/1/22高级人工智能史忠植1第十六章人工生命史忠植中科院计算所2020/1/22高级人工智能史忠植2内容16.1引言16.2研究人工生命的原因16.3人工生命的探索16.4人工生命的模型16.5人工生命的研究方法和战略16.6计算机生命16.7细胞自动机16.8形态形成理论16.9混沌理论16.10人工生命的研究平台16.11群体智能16.12人工鱼2020/1/22高级人工智能史忠植316.1引言人工生命定义1研究具有自然生命系统行为的人造系统。2020/1/22高级人工智能史忠植4人工生命定义2人工生命是研究怎样通过抽取生物现象中的基本动力规则来理解生命，并且在物理媒体如计算机上重建这些现象，使它们成为一种新的实验方式和受操纵。2020/1/22高级人工智能史忠植5人工生命定义3在人工生命中的所有存在或将会存在的事物中，我们至少可以说这一领域从总体来说，代表了一种尝试，就是加重了生物学中合成理论的分量。2020/1/22高级人工智能史忠植6人工生命定义4人工生命模型有足够强大的功能来获取复杂系统中更多的认知。这种方式较之自然系统更容易被操纵、重复和精确控制实验。2020/1/22高级人工智能史忠植7人工生命人工生命是指用计算机和精密机械等生成或构造表现自然生命系统行为特点的仿真系统或模型系统。自然生命系统的行为特点表现为自组织、自修复、自复制的基本性质，以及形成这些性质的混沌动力学、环境适应和进化。在现实世界中，普遍地存在着各类复杂系统，一般认为，非线性、不稳定性、不确定性是造成复杂性的根源。复杂事物只能照它复杂的面貌来理解。2020/1/22高级人工智能史忠植8第一次会议“人工生命——关于生命系统合成与模拟的跨学科研讨会”。本次会议于1987年9月在美国新墨西哥的罗斯阿拉莫斯举行。本次会议的论文集共收录了24篇论文，内容主要分布在：人工生命研究的理论、生命现象的仿真、细胞自动机（简称CA）、遗传算法、进化仿真等5个方面，兰顿发表了题为“人工生命”的开拓性论文，他在文中提出了人工生命的概念，并讨论了它作为一门新兴的研究领域或学科存在的意义。兰顿被公认为人工生命研究的创立者。这次会议标志着人工生命研究领域的诞生。2020/1/22高级人工智能史忠植9第二次会议“人工生命Ⅱ——人工生命研讨会”。本次会议于1990年2月在美国新墨西哥的圣菲举行）。该会议论文集共收录了31篇论文，内容分为概述、自组织、进化动力学、开发、学习与进化、计算、哲学与突现、未来等8部分。其中兰顿的“混沌边缘的生命”、约翰·科赞（JohnKoza）的“遗传进化和计算机程序的共进化”属于经典之作。2020/1/22高级人工智能史忠植10第三次会议“人工生命Ⅲ——人工生命研讨会”，1992年6月在美国新墨西哥的圣菲举行。本次会议的论文集共收录了26篇论文，内容除涉及遗传算法、进化仿真、突现行为、适应度概貌图、群体动力学和混沌机制等人工生命经典内容之外，还讨论了机器人规划应用问题。科赞的“人工生命：自我复制的自发突现与进化的自改进计算机程序”堪称杰作，从遗传编程算法方面探讨了在人工生命研究中关键的突现机理。2020/1/22高级人工智能史忠植11第四次会议“人工生命IV——第四届国际生命系统合成与模拟研讨会”，1994年7月在美国麻省理工学院举行。本次会议的论文集共收录了56篇论文，内容分为特邀报告、长文和短文3个部分，它覆盖了协同进化、遗传算子、进化与其它方法（如神经网络等）的综合、AL算法、关于混沌边缘和分岔的研究、AL建模、学习能力、进化动力学、细胞自动机、DNA非均衡学说研究、人工生命在字符识别、机器人等方面的应用等较为广泛的内容。2020/1/22高级人工智能史忠植12第五次会议“人工生命Ⅴ——第五届国际生命系统合成与模拟研讨会”，1996年5月16-18，在日本古城奈良举行，来自世界各地的500多名学者参加了会议。这是人工生命首次在亚洲召开的国际会议。人工生命概念刚提出，就引起日本学者的关注，第一次人工生命国际会议就有日本学者参加。这次会议在日本的召开，标志着日本成为亚洲人工生命研究的中心。2020/1/22高级人工智能史忠植13第六次会议“人工生命VI——第六届国际人工生命研讨会”，1998年6月26-29在美国洛杉矶加利福尼亚大学举行。这次会议的主题是“生命和计算：变化着的边界”。本次会议收到大约100篇提交的论文，其中39篇作为完整论文在这次会议的论文集中得到介绍。有9篇论文被认为是人工生命的新的高质量工作。这次会议主要的论文涉及的是计算的分子和细胞生物学。会议提供了许多新的关于发育过程、细胞分化机理和免疫反应模型制造的新见解。这些论文把人工生命扩展到令人兴奋的新方向。2020/1/22高级人工智能史忠植14第七次会议“人工生命Ⅶ——回顾过去，展望未来”,于2000年8月1-6日在美国波特兰的里德学院举行。本次会议的主题是：“回顾过去，展望未来”。具体讨论的问题有以下几个方面：生命的起源、自组织和自复制问题，包括人工化学进化、自催化系统、虚拟新陈代谢等；发育和分化问题，包括人工的和自然的形态发生，多细胞分化与生物进化，基因调节网络等；进化和适应动力学问题，包括人工进化生态学，可进化性及其对生物组织的影响，进化计算等；机器人和智能主体，包括进化机器人，自主适应机器人和软件智能体等；通讯、协作和集体行为，包括突现集体行为，通讯和协作的进化，语言系统、社会系统、经济系统和社会-技术系统等；人工生命技术和方法的应用，包括工业和商业的应用，可进化硬件、自修复硬件和分子计算，金融和经济学，计算机游戏，医疗应用，教育应用等；认识论和方法论基础问题，包括人工生命的本体论、认识论以及伦理和社会影响等。2020/1/22高级人工智能史忠植15第八次会议“人工生命VIII”于2002年12月9-13日在澳大利亚悉尼新南威尔士大学举行。本次会议具体讨论的问题有以下几个方面：生命起源，发育和差异，进化和自适应动力学，机器人和智能主体，通讯、协作和集体行为，人工生命技术的应用，仿真和综合工具和方法论等。2020/1/22高级人工智能史忠植16第九次会议第9届会议人工生命国际会议于2004年9月12-15日在美国波士顿举行。人工生命研究生命的组织原理，而不是像地球上存在的碳生命那样。Whataretheprinciplesofevolution,learningandgrowthwhichcanbeunderstoodwellenoughtosimulateasaninformationprocess?2020/1/22高级人工智能史忠植17第九次会议Canrobotsbebuiltfasterandcheaperbymimickingbiologythanbytheproductdesignprocessusedforautomobilesandairplanes?Whatkindsofconstraintsshouldbeplacedonsciences,suchasWetAlifewhichworkwithself-replicatingelements?Whatcomponentsofphysicsandchemistrysupportemergenceandautomaticdiscoveryofphysicalandcognitivemechanismsoflifeforms?Howcanweunifytheoriesfromdynamicalsystems,gametheory,evolution,computing,geophysics,andcognition?2020/1/22高级人工智能史忠植18相关会议10yearsago,theALIFE4conferenceinBostonheraldedbreakthroughssuchasKarlSim'sco-evolvingcomputergraphiccreatures.Cometothismeetingtoseewhatthenextdecadewillunleash!2001年成立了国际人工生命学会()。2005年9月在英国肯特大学举行欧洲第8届人工生命学术会议，请参见网址：。2020/1/22高级人工智能史忠植19相关刊物ArtificialLife(MITPress)AdaptiveBehavior(MITPress)ArtificialLifeandRobotics(SpringerVerlag)AdvancesinComplexSystems(formerlyJournalofComplexSystems)(EditionsHermes)BiologicalCybernetics(SpringerVerlag)Complexity(Wiley)Cybernetics&SystemsAnalysis(Plenum)Evolution(SocietyfortheStudyofEvolution)EvolutionofCommunication(JohnBenjaminsPublishingCo.)EvolutionaryComputation(MITPress)2020/1/22高级人工智能史忠植20相关刊物IEEETransactionsonEvolutionaryComputation(IEEE)IEEETranscationsonFuzzySystems(IEEE)IEEETransactionsonNeuralNetworks(IEEE)IEEETransactionsonSystems,Man,andCyberneticsB:Cybernetics(IEEE)JournalofComplexity(AcademicPress)JournalofSocialandEvolutionarySystems(JAI)JournalofTheoreticalBiology(Academic)Kybernetes(MCB)OpenSystems&InformationDynamics(Kluwer)2020/1/22高级人工智能史忠植21AIvs.AL1.Complexhumanfunctions2.Top-down3.GlobalControl4.ComplexRules5.Preprogrammedbehavior6.Knowledge-Representation1.Basicnaturalbehavior2.Bottom-up3.LocalControl4.SimpleRules5.Emergentbehavior6.AvoidKnowledge-Representation&Planning2020/1/22高级人工智能史忠植2216.2研究人工生命的原因人工生命的研究可使我们更好地理解突发特征，个体在低级组织中的集合，通过我们的相互作用，常可产生特征。人工生命将会成为研究生物的一个特别有用的工具。对于发展新技术及增强我们控制自然的能力，人工生命系统是很有潜力的。人工生命的另一显著应用是遗传工程。2020/1/22高级人工智能史忠植2316.3人工生命的探索20世纪初，逻辑在算术机械运算中的运用，导致过程的抽象形式化。40年代末，50年代初，冯.诺伊曼提出了机器自增长的可能性理论。以计算机为工具，迎来了信息科学的发展。70年代以来，科拉德(Conrad)和他的同事研究人工仿生系统中的自适应、进化和群体动力学，提出了不断完善的“人工世界”模型。80年代，人工神经网络又兴起，出现了许多神经网络模型和学习算法。与此同时，人工生命的研究也逐渐兴起。1987年召开了第一届国际人工生命会议。2020/1/22高级人工智能史忠植2416.4人工生命的模型1.计算机病毒2.计算机的进程3.生物统计学