万博官方app下载 自然与人工智能新闻与分析
ant-action-standingant-bridge-unity-teamconcept-team-work-together-stockpack-adobe-stock
蚂蚁的行动。蚁桥团队团结,概念团队齐心协力
通过Adobe Stock授权

对于蚂蚁来说,建造一座桥不是“简单”的任务

设计神经系统和计算机系统来接收和解释神经感觉输入绝非易事

我之前的研究万博官方app下载心灵重要文章关于鸟类和蜜蜂的生物软件,我在广达电脑杂志题为“蚂蚁用来建造桥梁的简单算法真的,一个“简单”的昆虫算法?有趣的。

埃里克•卡塞尔的书动物的算法(2021),揭示了复杂的软硬件系统,使鸟类和昆虫能够进行迁徙、筑巢和结构、社会合作和导航。基于工程训练和经验,卡塞尔指出,动物算法必须自上而下地设计,从一个目标开始,形成数据输入传感器,开发必要的程序,并在软件中实现它们来指导硬件。然而,广达电脑杂志一篇报道称,巴拿马军蚁为活蚁建造桥梁的程序是使用一种“简单的算法”完成的。

行军蚁必须解决的问题是:穿越在蚁群迁徙途中出现的缝隙和洞。的广达电脑Piece报告称,研究表明蚂蚁部署了一种包含以下基本元素的算法:

  1. 当蚁群大致在一排蚂蚁中迁移时,领头的蚂蚁发现路径上有一个缺口。
  2. 一旦发现缝隙,每只蚂蚁都会自然地停下来。
  3. 当领头的蚂蚁停下来时,在它后面以每秒12厘米的速度行进的蚂蚁就开始在它背上行走。感觉被踩踏的感觉促使她在原地“冻结”,让蚂蚁从她身上走过。
  4. 重复第2和第3步,下一只蚂蚁会停在一个点上(在前一只蚂蚁的身上),然后她自己感到被践踏,就冻结了。
  5. 每只蚂蚁都被冻结在原地,直到她感觉不到任何践踏。然后,最后一只桥上的链接蚂蚁爬起来,在她面前的桥上穿过蚂蚁。这样,她就切断了桥与土壤的连接,桥就垂直向下摆动。然后,对序列中的每只蚂蚁采用同样的方法,当其组成部分的蚂蚁向前移动时,桥就会拆卸下来。

看似“简单”的动词隐藏着巨大的复杂性

如果我们使用简单的词汇和短语来表达想法,比如“发现缺口”、“原地不动”、“感觉到人群的蜂拥”和“解冻并继续前进”,蚂蚁大军的算法看起来确实很简单。这些命令你可以用饼干的承诺来教一个蹒跚学步的孩子。(然而,不要想教任何有自尊心的猫这些技巧。)

使用99秒查看国家地理蚂蚁建造桥梁的视频:

这段视频显示,“简单”的造桥算法引发了数百只蚂蚁异常专注和激烈的活动,它们在混乱的互动中协调一致,但却建造和维护了一座主体桥。即使研究人员故意延长桥的距离,蚂蚁也会重新校准并成功地继续它们的努力。当所有蚂蚁都在桥上或经过桥时,整座桥就会垂直下降,蚂蚁们有条不紊地爬到彼此身上,完成跨越,到达缺口的目的地一侧。

埋在广达电脑像“检测”这样的常见动词在很多硬件和软件中都是一大亮点。要“检测间隙”,首先需要感官硬件。行军蚁需要一个功能齐全的神经系统,有触觉,可能还有嗅觉,也许还有一些视觉。设计神经系统和计算机系统来接收和解释神经感觉输入绝非易事.几十年来,人类科学家和工程师一直在研究如何制造类似神经系统的硬件。

与感官硬件并行的,必须是使用神经输入来实现目标的软件,在这种情况下,执行“简单的”桥接算法。单靠硬件是做不到的。写一个算法需要知道目的和计划。军队蚂蚁的算法本身没有任何理由,也没有进化上的“生存优势”。必须存在建立桥梁的需要,这是预先设想的。

有了目的和计划,软件设计师可以开发一套指令来执行蚂蚁的桥梁建造过程。这项工作并不是简单的,而是需要对神经输入信号的详细理解来触发算法。至少,软件必须预料到,然后进行模式匹配。内部子程序将具有IF-THEN-ELSE特征,例如,“如果你接收到模糊匹配‘间隙’模式的神经输入,然后参与桥梁建造指令,ELSE将保持正常运行。”

监控神经输入的软件模仿计算机操作系统,监视调用处理服务的“中断”。参与搭建桥梁的算法必须驻留在生物系统中,等待操作系统的调用。

近距离观察发现更大的设计挑战

例如,将“检测间隙”的过程分解成它的组件系统,并不能使它变得“简单”。动物的算法将这样一个过程称为复杂程序行为(CPBs)的一个例子,它类比于计算机软件。甚至连进化生物学家恩斯特·迈尔也被引用动物的算法在生物学中倡导软件程序的概念,它从“编码的或预先安排的信息中提取,这些信息控制着一个过程或行为,将其引向一个既定的目标。”

要在软件中实现一个算法,至少需要以下五个要素:

  • 一种以符号形式对信息进行编码和解码的编码系统
  • 存储和检索编码信息的物理位置
  • 算法用来指导硬件的一系列编码指令
  • 为算法开始时存储的初始值
  • 一些方法使算法在完成时停止运行

伦纳德·里德的著名文章"我,铅笔的作品表明,日常使用的铅笔绝不简单,它站在世界各地成千上万人过去和现在的作品之上。同样,软件算法的设计和实现也要在完成了无数的其他任务之后。要编写软件,首先必须有人设计语言,也就是说,为所使用的符号设计语法、语法和语义。必须有人编写解释器软件,从存储器中检索指令,然后对指令进行解码以执行它们。还必须有内置的错误检测和纠正程序。这些都是严格的、情报密集的任务。

软件遵循计划、设计和预见

我们越仔细研究软件的创建,项目就会变得越大。任何软件概念的基础都是编码系统,用编码器和解码器的方法来操作符号指令和数据。作为动物的算法指出,创建和使用一个软件系统需要一个已知的目的,一个具体的计划,以及元素的工程。所有这些元素都需要远见,即预测和设置未来的情况和行动。在蚂蚁大军能够建造任何桥梁之前,必须编写所有的软件,并提供所有的初始数据。而且蚂蚁必须准备好它们之前设计的硬件,以便由软件来指导,所有的硬件都近乎完美地工作,接收、解码和执行来自算法的指令,以便在需要的时候建立桥梁。

广达电脑Piece提出了软件算法“简单”的观点,这或许是在暗示,作用于惰性物质的无方向性自然力足以开发出生物软件。这篇文章背诵了唯物主义的咒语:“进化似乎已经为军队蚂蚁配备了合适的算法,以便在路上建造桥梁。”相反,剖析行军蚁的行为揭示了一个需要人类工程师大军来开发的系统。


理查德·史蒂文斯

Richard W. Stevens是一名律师和作家,他写了大量关于代码和软件系统如何证明生物系统中的智能设计的文章。他持有University of San Diego Law School的法学博士学位和UC San Diego的计算机科学学位。理查德曾在加州和华盛顿特区从事民事和行政法律诉讼,在乔治华盛顿大学和乔治梅森大学法学院教授法律研究和写作,现在专门撰写裁定书和上诉摘要。他撰写或与人合著了四本书,并就法律写作、经济学、《权利法案》和基督教护教等主题撰写了大量文章和演讲。万博官方app他的第五本书,调查防御即将到来的。

对于蚂蚁来说,建造一座桥不是“简单”的任务