基本介紹
- 中文名：人工生命
- 外文名：Artificial life
- 簡稱：A life
概論,背景,發展現狀,特徵,主導觀念,研究方法,其它,
概論
該領域的本質
雖然人工生命(AL)領域與人工智慧(AI)領域的確有明顯的重疊區，但他們有截然不同的初衷和演生史。以研究是否以及如何實現模擬智慧型的人工智慧研究，早在計算機誕生後的初期就已經興起，然而以試圖澄清emergent behaviors的本質的人工生命的研究者們，可以說一直不知其他人在做類似的工作而孤軍作戰，直到80年代末，這個領域才正式的誕生。
人工生命（artificial life）的概念，主要是指屬於計算機科學領域的虛擬生命系統，涉及計算機軟體工程與人工智慧技術，人造生命是特指基因工程技術人工改造生物，90年代未中科院曾邦哲提出人工生物系統（artificial biosystem）的工程生物系統概念來整合計算機領域和遺傳工程領域的兩個概念，涉及合成生物學和系統生物工程技術。
背景
人工生命(Artificial life，簡稱Alife)是在 20 世紀80 年代後期興起的一門新興學科。人工生命的概念是由美國聖達菲研究所的 Langton C G 教授在1987年提出來的，並把它定義為“研究具有自然生命系統行為特徵的人造系統” .目前關於人工生命尚無統一的定義，不同學科背景的學者對它有著不同的理解。人工生命科學的著名學者Boden 認為：“人工生命用信息概念和計算機建模來研究一般的生命和地球上特有的生命”；而 Ray T則認為“人工生命用非生命的元素去建構生命現象以了解生物學，而不是把自然的生物體分解成各個單元，它是一種綜合性方法而不是還原的方法”。
人工生命的思想萌芽可以追溯到20 世紀 40 年代和 50 年代馮·諾依曼的細胞自動機(Cellular automata)。馮·諾伊曼試圖撇開生命具體的生物學結構，用數學和邏輯形式的方法來揭示生命最本質的方面，並將自我繁衍的本質特徵套用於人造系統，他意識到任何能夠進行自我繁殖的遺傳物質，無論是天然的還是人工的，都應具有兩個不同的基本功能：一個是在繁衍下一代過程中能夠運行的算法，它相當於計算機的程式；另一個是能夠複製和傳到下一代的描述，它相當於被加工的數據，馮·諾伊曼提出了細胞自動機的構想，並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徵，則機器也能夠做到。同時，人工智慧之父圖靈在1952 年發表了一篇蘊意深刻的論形態發生的數學論文，提出了人工生命的一些萌芽思想。
但由於當時計算機的計算能力有限，馮·諾伊曼和圖靈關於人工生命的研究受到了限制，沒有引起足夠的重視。1970年康韋(John Conway)編寫了“生命遊戲”程式，它使細胞自動機產生無法預測的延伸、變形和停止等複雜的模式，這一特點吸引了大批學者，其中包括 Langton C G，他認為不應將目光囿於已知形式的生命，如果人造系統具有繁衍、進化、生存、死亡等生命特徵，它也應該看作是一種生命形式。1987 年, Langton C G 組織發起了首屆人工生命學術會議，吸引了眾多領域科學家廣泛參與 ，從此人工生命作為一門學科正式誕生了。
發展現狀
這個領域需要運用很多電腦程式與計算機模擬, 包括進化算法evolutionary computation (evolutionary algorithms (EA),遺傳算法genetic algorithms (GA),遺傳編程genetic programming (GP),群體智慧swarm intelligence (SI),蟻群最佳化ant colony optimization (ACO))人工化學合成artificial chemistries (AC),智慧型體agent-based models, and 細胞自動機cellular automata (CA).這些領域通常被視作AL的亞領域,這些領域的論題以及其他一些暫時未歸於其他領域的相關技術問題,在他們獨立門戶之前，也是在AL的會議上討論的。
在很多如語言學、物理學、數學、哲學、計算機科學、生物學、人類學以及社會學等學科中，有爭議的非常規的計算性以及理論性的嘗試也可以在這裡被討論。這是一個曾在歷史上有爭議的領域， John Maynard Smith在1995年曾批判部分AL工作為"脫離事實的科學"，此外AL也沒有廣泛的得到生物家們的注意。然而，如今AL相關論文在被廣泛閱讀的科學Science 和 自然Nature 上的發表， 證明這一領域的技術，至少作為研究進化的一個方法，正在被主流接受。被模擬的生命系統特性和能力。
特徵
繁殖可以通過數據結構在可判定條件下的翻倍實現。同樣，個體的死亡，可以通過數據結構在可判定條件下的刪除實現；有性繁殖，可通過組合兩個個體的數據結構特性的數據結構生成的方式實現。
進化可通過模擬突變,，以及通過設定對其繁殖能力與存活能力的自然選擇的選擇壓力實現。
信息交換與處理能力模擬的個體與模擬的外界環境之間的信息交換，以及模擬的個體之間的信息交換-即模擬社會系統。
主導觀念
強人工生命:主張"生命系統的演化過程，是一個可以從任何特殊媒介物中抽象出來的過程。"(John Von Neumann). Notably, Tom Ray 在Tierra模擬試驗中第一次展示了，進化過程在有著搶占計算機存儲空間之爭的電腦程式的某種群體中極易發生。
弱人工生命：認為通過不基於碳"生命過程"的生成是不可能的。他們的研究不是去模擬這一過程，而是試圖去理解單個的現象。通常通過agent based model進行研究，它通常可提供最簡的可能結論，就是：我們不知道自然界中的什麼生成了這種現象，但是通過模擬也許可以找到複雜生物現象的原理。
研究方法
1、細胞自動機
在人工生命研究早期比較常見的技術。早在1940年代Stanisław Ulam就開始研究相關技術。到了1970年代，John Conway發明了著名的方格遊戲，成為細胞自動機的代表。
2、神經網路
神經網路引進了學習功能。模擬生物的學習功能和模擬進化計算的結合為現代人工生命研究打下基礎。
其它
世界首個人工生命結構誕生
備受爭議的基因組研究先鋒克萊格·文特和他的研究團隊日前製造出了一個細菌的基因組，並將其植入一個細胞內。至此，他們創造了世界上首個人工合成的生命結構。
這項成果被認為具有里程碑式的意義，將會為設計有機物鋪平道路。在未來，有機物可能不是通過進化而改變，而是通過人工合成的方式被製造出來。
可製造新生命造福人類
共有20名科學家參與了這項備受爭議的實驗，前後耗時長達10年，實驗的花費約為4000萬美元。有一位學者表示，這項實驗是“生物學上的決定性時刻”。
基因組研究先鋒、美國遺傳學家克萊格·文特是實驗的領導者之一。他說，這項成就就像昭示新時代的曙光一樣，在未來，科學家可以製造新的生命造福人類，可以製造生物燃料的細菌將會成為首當其衝的“人工生命”。
該研究團隊如今計畫使用人工合成有機物來製造出生命存活所需要的基因。通過這個方法，可以將新的基因加入現有生物中，創造出新的微生物，從而製造有用的化合物、減少污染物，或是製造疫苗所需要的蛋白質。
基因組由化學物品合成
文特和他的科研團隊此次製造的新生命使用的是一個現有的會導致山羊乳腺炎的細菌，但這個細菌的細胞核心是一個完全由化學物品人工合成的基因組。
這個新生命的DNA中被寫入了四個 “水印”，以此表明其人工合成的身份，並使得科學家可以追溯它的後代。
“當我們發現帶有‘水印’的細胞開始啟動繁殖，我們欣喜若狂，”文特說，“它是一個活生生的物種，是我們這個星球上生命中的一部分。 ”
這項研究將會在刊登在今天的 《科學》雜誌網路版中。文特對《科學》雜誌表示，“這是科學界和哲學界中的重要時刻，它改變了我對生命以及生命如何工作的看法。 ”
