生物学在人工智能中的作用是什么?

人工智能 哲学 术语 生物学
2021-10-23 18:22:02

生物学用于人工智能术语。原因是什么?生物学与人工智能有什么关系?例如,为什么在 AI 中使用遗传算法?它完全属于生物学吗?

2个回答

生物有机体(如动物或植物)是我们所知道的智能系统的主要例子(不包括人工智能系统,以免讨论当前的人工智能系统是否真的智能)。因此,生物生命通常是人工智能研究人员开发人工智能系统的灵感来源。

有许多基于生物学或仅生物学启发而引入(至少部分)的人工智能系统示例。这里有一些例子。

  • 强化学习基于动物(例如狗或鸽子)可以学习的类似方式。有关详细信息,请参阅Sutton 和 Barto 的书(尤其是第 14 章和第 15 章)。

  • 人工神经网络是人类神经网络的非常近似的模型。

  • 遗传算法大致基于达尔文的进化论。

  • 蚁群优化算法(通常是群体智能)基于真实蚂蚁(以及生物群体)的行为方式。(甚至有一首专门献给蚂蚁的说唱歌曲)。

我现在可能还没有想到其他例子。另请参阅问题和问题。

在某些情况下,人工智能的发现也有助于生物学或相关领域(如神经科学和心理学)的发展。例如,萨顿和巴托(第 4 页)写道

在机器学习的所有形式中,强化学习是最接近人类和其他动物所做的那种学习,强化学习的许多核心算法最初都受到生物学习系统的启发。强化学习也有所回馈,既是通过更好地匹配一些经验数据的动物学习心理模型,又是通过大脑奖励系统部分的有影响力的模型。

进化博弈论和进化算法

我看到出现的联系主要是进化博弈论进化算法进化算法类似于自然选择,其中给定决策代理的连续几代比前几代更优化。像自然界中的生物一样,这个过程使用“繁殖、突变、重组和选择”。

Quanta Magazine 最近发表了几篇文章。一,“告诉细胞它们是什么的数学”讨论了数学优化作为基本生物系统的核心功能。

“通过进化,这些细胞已经弄清楚了如何使用调节 DNA来实现贝叶斯的技巧。”

“自然选择 [似乎] 足够努力地推动系统,以使其......达到细胞在物理允许的极限下运行的地步。”

第二个引用正是人工智能的目标,其中实用性受到物理(计算资源)的限制。一种算法增加效用的方法是增加计算能力,但另一种方法是改进算法以更有效地做出强有力的决策。例如,模型难以处理的MCTS蛮力。)

第二篇文章“数学上的简单性可能推动进化的速度”谈到遗传算法

“创造论者喜欢坚持认为进化必须以正确的顺序组装超过 300 个氨基酸,才能产生一种中等大小的人类蛋白质。如果每个位置都有 20 个可能的氨基酸,那么似乎就有超过 20300 种可能性筛选,一个使可观测宇宙中的原子数量变得无关紧要的数量。”

19x19 棋盘上的围棋游戏具有类似的品质——潜在游戏状态的数量远远超过宇宙中原子的数量,而且即使整个宇宙都转换为computronium,游戏仍然难以处理。

“他们论点中的致命缺陷在于,进化不只是随机测试序列:自然选择的过程对这个领域进行了筛选。此外,大自然似乎还以某种方式找到了其他捷径,缩小广阔的可能性空间的方法更小的、可探索的子集更有可能产生有用的解决方案。”

这也将准确描述修剪搜索空间的过程。文章的结论是,尽管仍有许多研究需要进行:

“将生活视为不断发展的软件的想法是富有成效的。”

本质上和计算机科学中的优化过程在精神上是相似的,如果不是事实上的话。

自动机作为人工生命的一种形式

第二个因素可能来自人工智能的神话,通过投机小说。在科幻小说中,自动机作为一种人工生命形式的想法是持久的。像《西部世界》、《银翼杀手》和《异形》系列这样的节目和电影,以安卓大卫作为可能取代人类的优越人工物种的典型例子,非常受欢迎。这些都是基于菲利普·K·迪克(Phillip K Dick)在《机器人梦到电羊》中阐述的想法,其情节开启了进化博弈论,写于该领域正式化前大约 5 年!(Dick 的影响力甚至可以在 Google 的“Nexus”中看到他们的 Android 手机的命名约定;)在这一切的背后还有这样一种想法,即人工智能本身是自然的一种功能,而人类仅仅是下一种主导生命形式的载体。