漫談群智能中的復雜與簡單

摘 要：簡單的動物在日常行為中表現出的超常的復雜能力，帶給我們的往往是無盡的遐想，而智慧的人類，在自身生存中所遇到的種種無奈，迫使我們更多的去思考。其實，在歷史進程中的眾多復雜的發明創造，常常是一些簡單規則的表達與應用，簡單與復雜間并無萬里鴻溝相隔，相互間的頻繁轉換，則是揭示奧秘世界的終極原理。

關鍵詞：簡單動物； 智慧人類； 復雜事物； 簡單規則

中圖分類號：C913.68 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）08-155-002

一、簡單動物的復雜智能

動物們簡單行為中表現的超常群體智能，給人們帶來了無盡的遐想。

在廣袤的天空，常會出現由無數只鳥組成的龐大群體，它們不停地飛翔盤旋，時而聚攏、時而拉伸，壯觀景象無與倫比[1]（見圖1）。同樣在無垠的大海中，也會出現由成千上萬條魚組成的巨大個體，它們快速地翻滾、旋轉，剎那間躲開敵人，仿佛像一場盛裝演出，美輪美奐（見圖2）。

鳥和魚成群結隊行動也許是自身保護的一種策略，兇猛動物獵物時，必須把注意力集中于某只動物，而無法同時對付快速運動的成群目標[2]。當然，動物們的聚集行動，不僅僅是為了避險，有時還是為了捕食，便于把小動物團團圍住。

個體的鳥和魚是微不足道的，面對簡單的事物也顯得非常無助，根本談不上智能，而只有組成了群體，它們才表現得那么富有智慧。這個整體具有的新特征，而個體并不具有的現象，稱之為“涌現”[3]，也是人們近來感興趣的研究熱點。

鳥群和魚群為什么不存在一個統一的指揮者呢？假如有指揮者，一旦指揮者出現了問題或發生了偏差，那么整個群體將會全軍覆沒[4]。“群龍無首”也許是未來社會所表現的更有智慧的新特征。

鳥群和魚群不存在一個組織者，它們是如何快速聚集、如何群體轉向、如何應付瞬息萬變的險情？鳥群和魚群的運動體現的群體智能，完全依賴于它們之間自發的不計其數的相互協調，既所謂的“自組織”能力。

人們通過研究發現，群體相互作用的“自組織”，遵循著三條簡單的規則：避免碰撞鄰近的個體、盡量靠攏鄰近的個體、與鄰近的個體速度方向保持一致[6]。

二、智慧人類的無奈行為

縱觀人類自身生存中的種種無奈，需要我們更多的去思考與學習。在重大節日里，人們驚嘆盛大閱兵式上步調一致的閱兵方陣和整齊劃一的飛行隊列。他們必須要經過刻苦的集體演練，必須有統一的指揮者。這與鳥群和魚群的結隊行為完全不一樣。

人們在大型活動中，如果組織不充分、考慮不全面，常常會出現意想不到的踩踏事件[7]（見圖3）。人類作為獨立的個體，群體行動時，很難表現出“自組織”的能力，無法進行快速相互協調，避免事故的發生。

同樣，對解決道路擁堵和交通事故這個困擾人們的難題（見圖4），三個簡單的“自組織”規則能否給人們一些啟示？所有的汽車通過傳感裝置，快速探測路況，自動選定道路，實時調節車速，準確判斷障礙，自動剎車避讓[8]。

然而，在人類自身的活動中，，其實也有按照“自組織”的方式來解決問題的。現代市場經濟，沒有自上而下的計劃與控制，全局狀態依然規則有序。它是通過內部要素之間以及與外部環境相互作用、自行調節運行的，最終實現資源的優化配置[9]。

發展迅猛的互聯網，在自我凈化機制和準生命體功能驅動下，從資源、管控、運作等方面，自動由簡單向復雜、粗糙向細致方向發展，不斷以局部優化達到全局優化，越來越表現出群體智能的魅力[4]。

三、復雜事物中的簡單規則

人類歷史發展中的眾多復雜的發明與創造，常常是一些簡單規則的表達與應用。圍棋是中華民族一種非常有趣的智力游戲，規則很簡單：“氣盡棋忘，空多為勝”。但它可以衍生出無窮無盡的棋局，很難下出兩盤完全一樣的棋局，有規則，無規律，比其它棋類更加復雜深奧[10]。

數獨游戲也是大眾熟知的智力游戲，在九宮格中填入缺失的數字，“要求每行、每列及小方塊中9個數字各不相同”，雖然規則簡單，但包含的信息復雜，解的結果非常龐大（圖5），該游戲已紅遍全球[11]。

分形具有無窮精致的復雜細節和自我連續復制的特征，在極端有序和真正混沌之間找到了一種平衡，十分復雜的圖像可用自相似和迭代這兩個最基本的規則來生成，分形已廣泛用于仿真、預測、藝術等領域[12]。

專家系統是人工智能最成功的應用，可用簡單的產生式規則組成知識庫，再將實時信息與規則進行匹配，推理出新的事實，為該領域專家進行決策支持，現已滲透到各行各業[13]。

四、簡單與復雜之間的變換

簡單與復雜間，并無萬里鴻溝相隔，相互轉換往往就在一瞬間。

老子在道德經說：“道生一，一生二，二生三，三生萬物。”道是萬物存在以及運行的規律。世界之初便是一團氣體，元氣產生陰陽。陽氣形成天，陰氣形成地。相互作用，形成人和萬物。達爾文進化論、宇宙大爆炸理論都表述了從簡單到復雜、不斷演化的規律[15]。

事物發展均存在著有規律可循的定數，也存在著不可預測的變數。差之毫厘，失之千里，初始條件下微小變化能帶動整個系統的巨大連鎖反應。

蝴蝶效應常用于天氣、股票等在一定時段難以預測的復雜系統中，如果差異越來越大，那么就會形成極大的破壞力和崩盤現象[16]。

做人要簡單，做事要復雜，是經典的人生格言。人生其實很簡單，僅有生死兩字，但加上了命運的浮沉、世間的冷暖，簡單的人生又變得跌宕起伏、紛繁復雜，要想做到簡單絕非易事[17]。

六度分隔假說告訴你，和任何一個人之間的間隔不會超過六個人，它表述了復雜社會的一個簡單連接關系，按照這個理論，全球70多億人都能互相聯系，每人只需要認識44個人就可以。雖然它難以指導人們去實踐，但讓我們對信息時代的人類有了一個新的理解與探索[18]。

把復雜變成簡單、把簡單變成復雜，這是自然科學與社會科學分別遵循的兩條發展規律。把復雜變成簡單是非常復雜的，而把簡單變成復雜則是相對簡單的，簡單與復雜間的頻繁轉換，則是揭示奧秘世界的終極原理，自然科學與社會科學的融合，則是未來智能科學的發展趨勢[19]。

參考文獻：

[1]胡鋒.誰在指揮鳥群？[J]科學世界，2011.（06）6：70-73

[2]鳳凰網，科技圖片.數千馬鮫魚抱團抵抗海豚鯊魚攻擊[EB/OL]

http：//tech.ifeng.com/photo/animal/detail_2013_01/31/21798482_0.shtml

[3]苗東升.重在把握系統的整體涌現性[J]系統科學學報，2006.（14）1：1-5

[4]吳謙.神奇的群體智能[J]大科技（科學之謎），2008.（12）12：9-10

[6]王冬梅，方華京.全局未知環境下智能群體群集運動與避障控制[J]系統工程與電子技術，2008.（30）9：1744-1747

[7]新華網.狂歡節上的悲劇，德國音樂狂歡節發生踩踏事件[EB/OL]http：//news.xinhuanet.com/world/2010-07/25/c_12370404.htm

[8]鐘婷，基于車載自組織網絡的數據分發算法研究，電子科技大學博士學位論文，2010-01-02

[9]王冰，張軍.市場運行和演化的自組織理論探析，湖北經濟學院學報，2009（4）5：50-54

[10]師軍.圍棋與人工智能，中國體育科技，2005（41）6：135-138

[11]張艷宗.數獨的難度衡量、生成及微粒群算法，浙江大學理學院碩士學位論文，2009-06-01

[12]顧大權，范茵，龔琳等. 基于紋理技術生成立方體表面全景圖的算法，系統仿真學報，2009.（19）10：6140-6143

[13]林饒瑞，張渤，石純一.專家系統理論與實踐，清華大學出版社，1998

[14]搜狐新聞.數學家號稱設計全球最難數獨游戲[EB/OL].http：//news.sohu.com/20120701/n346991739.shtml

[15]林安梧.老子道德經新譯，臺北讀冊文化事業公司印行，2000.10

[16]肖英.不可思議的蝴蝶效應，發明與創新，2005（2）2：4-4

[17]新浪博客.世界很簡單，人生很復雜[EB/OL].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_5f0a699a0101bujl.html

[18]劉宏杰，陸浩，張楠等.基于微薄的六度空間理論研究，計算機應用研究，2012（29）

[19]馮天瑾.智能學簡史，科學出版社，2007