漫谈群智能中的复杂与简单

摘 要：简单的动物在日常行为中表现出的超常的复杂能力，带给我们的往往是无尽的遐想，而智慧的人类，在自身生存中所遇到的种种无奈，迫使我们更多的去思考。其实，在历史进程中的众多复杂的发明创造，常常是一些简单规则的表达与应用，简单与复杂间并无万里鸿沟相隔，相互间的频繁转换，则是揭示奥秘世界的终极原理。

关键词：简单动物； 智慧人类； 复杂事物； 简单规则

中图分类号：C913.68 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2014）08-155-002

一、简单动物的复杂智能

动物们简单行为中表现的超常群体智能，给人们带来了无尽的遐想。

在广袤的天空，常会出现由无数只鸟组成的庞大群体，它们不停地飞翔盘旋，时而聚拢、时而拉伸，壮观景象无与伦比[1]（见图1）。同样在无垠的大海中，也会出现由成千上万条鱼组成的巨大个体，它们快速地翻滚、旋转，刹那间躲开敌人，仿佛像一场盛装演出，美轮美奂（见图2）。

鸟和鱼成群结队行动也许是自身保护的一种策略，凶猛动物猎物时，必须把注意力集中于某只动物，而无法同时对付快速运动的成群目标[2]。当然，动物们的聚集行动，不仅仅是为了避险，有时还是为了捕食，便于把小动物团团围住。

个体的鸟和鱼是微不足道的，面对简单的事物也显得非常无助，根本谈不上智能，而只有组成了群体，它们才表现得那么富有智慧。这个整体具有的新特征，而个体并不具有的现象，称之为“涌现”[3]，也是人们近来感兴趣的研究热点。

鸟群和鱼群为什么不存在一个统一的指挥者呢？假如有指挥者，一旦指挥者出现了问题或发生了偏差，那么整个群体将会全军覆没[4]。“群龙无首”也许是未来社会所表现的更有智慧的新特征。

鸟群和鱼群不存在一个组织者，它们是如何快速聚集、如何群体转向、如何应付瞬息万变的险情？鸟群和鱼群的运动体现的群体智能，完全依赖于它们之间自发的不计其数的相互协调，既所谓的“自组织”能力。

人们通过研究发现，群体相互作用的“自组织”，遵循着三条简单的规则：避免碰撞邻近的个体、尽量靠拢邻近的个体、与邻近的个体速度方向保持一致[6]。

二、智慧人类的无奈行为

纵观人类自身生存中的种种无奈，需要我们更多的去思考与学习。在重大节日里，人们惊叹盛大阅兵式上步调一致的阅兵方阵和整齐划一的飞行队列。他们必须要经过刻苦的集体演练，必须有统一的指挥者。这与鸟群和鱼群的结队行为完全不一样。

人们在大型活动中，如果组织不充分、考虑不全面，常常会出现意想不到的踩踏事件[7]（见图3）。人类作为独立的个体，群体行动时，很难表现出“自组织”的能力，无法进行快速相互协调，避免事故的发生。

同样，对解决道路拥堵和交通事故这个困扰人们的难题（见图4），三个简单的“自组织”规则能否给人们一些启示？所有的汽车通过传感装置，快速探测路况，自动选定道路，实时调节车速，准确判断障碍，自动刹车避让[8]。

然而，在人类自身的活动中，，其实也有按照“自组织”的方式来解决问题的。现代市场经济，没有自上而下的计划与控制，全局状态依然规则有序。它是通过内部要素之间以及与外部环境相互作用、自行调节运行的，最终实现资源的优化配置[9]。

发展迅猛的互联网，在自我净化机制和准生命体功能驱动下，从资源、管控、运作等方面，自动由简单向复杂、粗糙向细致方向发展，不断以局部优化达到全局优化，越来越表现出群体智能的魅力[4]。

三、复杂事物中的简单规则

人类历史发展中的众多复杂的发明与创造，常常是一些简单规则的表达与应用。围棋是中华民族一种非常有趣的智力游戏，规则很简单：“气尽棋忘，空多为胜”。但它可以衍生出无穷无尽的棋局，很难下出两盘完全一样的棋局，有规则，无规律，比其它棋类更加复杂深奥[10]。

数独游戏也是大众熟知的智力游戏，在九宫格中填入缺失的数字，“要求每行、每列及小方块中9个数字各不相同”，虽然规则简单，但包含的信息复杂，解的结果非常庞大（图5），该游戏已红遍全球[11]。

分形具有无穷精致的复杂细节和自我连续复制的特征，在极端有序和真正混沌之间找到了一种平衡，十分复杂的图像可用自相似和迭代这两个最基本的规则来生成，分形已广泛用于仿真、预测、艺术等领域[12]。

专家系统是人工智能最成功的应用，可用简单的产生式规则组成知识库，再将实时信息与规则进行匹配，推理出新的事实，为该领域专家进行决策支持，现已渗透到各行各业[13]。

四、简单与复杂之间的变换

简单与复杂间，并无万里鸿沟相隔，相互转换往往就在一瞬间。

老子在道德经说：“道生一，一生二，二生三，三生万物。”道是万物存在以及运行的规律。世界之初便是一团气体，元气产生阴阳。阳气形成天，阴气形成地。相互作用，形成人和万物。达尔文进化论、宇宙大爆炸理论都表述了从简单到复杂、不断演化的规律[15]。

事物发展均存在着有规律可循的定数，也存在着不可预测的变数。差之毫厘，失之千里，初始条件下微小变化能带动整个系统的巨大连锁反应。

蝴蝶效应常用于天气、股票等在一定时段难以预测的复杂系统中，如果差异越来越大，那么就会形成极大的破坏力和崩盘现象[16]。

做人要简单，做事要复杂，是经典的人生格言。人生其实很简单，仅有生死两字，但加上了命运的浮沉、世间的冷暖，简单的人生又变得跌宕起伏、纷繁复杂，要想做到简单绝非易事[17]。

六度分隔假说告诉你，和任何一个人之间的间隔不会超过六个人，它表述了复杂社会的一个简单连接关系，按照这个理论，全球70多亿人都能互相联系，每人只需要认识44个人就可以。虽然它难以指导人们去实践，但让我们对信息时代的人类有了一个新的理解与探索[18]。

把复杂变成简单、把简单变成复杂，这是自然科学与社会科学分别遵循的两条发展规律。把复杂变成简单是非常复杂的，而把简单变成复杂则是相对简单的，简单与复杂间的频繁转换，则是揭示奥秘世界的终极原理，自然科学与社会科学的融合，则是未来智能科学的发展趋势[19]。

参考文献：

[1]胡锋.谁在指挥鸟群？[J]科学世界，2011.（06）6：70-73

[2]凤凰网，科技图片.数千马鲛鱼抱团抵抗海豚鲨鱼攻击[EB/OL]

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

[3]苗东升.重在把握系统的整体涌现性[J]系统科学学报，2006.（14）1：1-5

[4]吴谦.神奇的群体智能[J]大科技（科学之谜），2008.（12）12：9-10

[6]王冬梅，方华京.全局未知环境下智能群体群集运动与避障控制[J]系统工程与电子技术，2008.（30）9：1744-1747

[7]新华网.狂欢节上的悲剧，德国音乐狂欢节发生踩踏事件[EB/OL]http：//news.xinhuanet.com/world/2010-07/25/c_12370404.htm

[8]钟婷，基于车载自组织网络的数据分发算法研究，电子科技大学博士学位论文，2010-01-02

[9]王冰，张军.市场运行和演化的自组织理论探析，湖北经济学院学报，2009（4）5：50-54

[10]师军.围棋与人工智能，中国体育科技，2005（41）6：135-138

[11]张艳宗.数独的难度衡量、生成及微粒群算法，浙江大学理学院硕士学位论文，2009-06-01

[12]顾大权，范茵，龚琳等. 基于纹理技术生成立方体表面全景图的算法，系统仿真学报，2009.（19）10：6140-6143

[13]林饶瑞，张渤，石纯一.专家系统理论与实践，清华大学出版社，1998

[14]搜狐新闻.数学家号称设计全球最难数独游戏[EB/OL].http：//news.sohu.com/20120701/n346991739.shtml

[15]林安梧.老子道德经新译，台北读册文化事业公司印行，2000.10

[16]肖英.不可思议的蝴蝶效应，发明与创新，2005（2）2：4-4

[17]新浪博客.世界很简单，人生很复杂[EB/OL].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_5f0a699a0101bujl.html

[18]刘宏杰，陆浩，张楠等.基于微薄的六度空间理论研究，计算机应用研究，2012（29）

[19]冯天瑾.智能学简史，科学出版社，2007