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第十五章 人工進化 15.4 計算中的軍備競賽

第十五章 人工進化

15.4 計算中的軍備競賽

接著,希利斯重新開始試驗,不過這次有一個很重要的不同:允許在對進化的排序體進行測試時,測試程序(測試體)本身也可以發生變異。用來測試的字元串可以變得更複雜,以抵制那些簡單的排序體。排序體必須瞄準一個移動的目標,而測試體則需要躲避一支會轉向的利箭。事實上,希利斯將測試用的數字列表從一個僵化被動的環境轉變成了一個積極主動的有機體。就像狐狸和野兔、黑脈金斑蝶和馬利筋一樣,排序體和測試體也構成了經典的共同進化關係。
「連接機」中的單個處理器很愚蠢,智力跟一隻螞蟻差不多。不管花上多少年時間,單個處理器都無法獨自想出任何問題的獨創性解決辦法。即使把64000個處理器串到一起也好不了多少。
直到二十世紀八十年代中期,丹尼·希利斯才開始建造第一台大規模并行運算計算機。其實早在幾年前,希利斯就已是一個計算機科學專業的神童了。他的那些惡作劇和黑客事迹即使在麻省理工這個號稱黑客鼻祖的學校中也頗具傳奇性。希利斯以其慣有的清楚明了向作家史蒂文·列維總結了馮·諾依曼計算機的瓶頸所在:「你為計算機輸入的知識越多,它運行得越慢。而對人來說,你給他的知識越多,他的頭腦越敏捷。所以說我們處在一種悖論之中,你越想讓計算機聰明,它就變得越愚笨。」read.99csw•com
然而,一切事物均來自低等連接這一理念著實令人驚詫。網路內部究竟發生了什麼神奇變化,竟使它具有了近乎神的力量,從相互連接的愚鈍節點中孕育出組織,或是從相互連接的愚笨處理器中繁育出程序?當你把所有的一切聯結到一起時,發生了什麼點石成金的變化呢?在上一分鐘,你有的還只是由簡單個體組成的烏合之眾;在下一分鐘,聯結之後,你卻獲得了湧現出來的、有用的秩序。
但是人工進化者們仍然在追尋著連接主義的夢想。只是,和著進化的緩慢節奏,他們會更有耐心。而這https://read.99csw.com緩慢的、非常緩慢的進化節奏著實令我不安。我這樣向湯姆·雷表達我的憂慮:「現成的進化晶元和并行進化處理機讓我有些焦慮,因為進化需要的時間多得令人難以置信。這個時間從何而來?看看大自然的運行速度,想一下,在我們談話期間,有多少微小分子被吸附到一起。大自然的并行速度之快、規模之廣之大令人難以置信,而我們卻打算嘗試超越它。在我看來,根本就沒有足夠的時間能做成這件事。」
雷回答道:「哦,我也有同樣的焦慮。但另一方面,讓我驚訝的是,在我的系統里即使僅靠一個虛擬處理器,進化也能進行得如此之快。再者,時間是相對的。進化的時間尺度是由進化中一代的時間跨度來決定的。對人類來說,一代是三十年,但對我的小東西們來說,一代就是幾分之一秒。而且,當我扮演上帝時,我能加快整體的突變率。我不敢肯定,但是也許我可以在計算機上得到更多的進化。」
希利斯骨子裡還是個生物學家,他把不斷變異的測試體看成是一個試圖干擾排序程序的寄生生物,把他的世界看成是一場軍備競賽——寄生蟲進攻,宿主防衛,寄生蟲反攻,宿主防守反擊,如此循環。傳統觀念認為,這種膠著的軍備競賽是在愚蠢地浪費時間,或難逃陷入泥潭的厄運。然而希利斯發現,寄生蟲的引入並沒有妨礙排序體的https://read•99csw.com發展,恰恰相反,它加快了進化的速率。寄生蟲式的軍備競賽也許很醜陋,但它們大大加快了進化的速度。
在他的培養液里,最初的「小傢伙」都是些隨機的指令序列,但是經過幾萬代進化,它們就變成能將一長串數字進行排序的程序(排序體)。大多數較大型的軟體都會包含這樣的排序常式。多年來,在計算機科學領域有無數的人力花費在設計最有效的排序演算法上。希利斯讓數千個排序體在計算機中增殖,隨機變異,偶爾進行有性基因互換。然後,正如通常的進化策略一樣,他的系統會測試這些程序,終止那些效率低下的,只有最短的(最好的)排序體才有複製的機會。經過上萬代的循環后,他的系統培育出一種程序,它幾乎和由人類程序員編製的最佳排序程序一樣短。
在計算機上進行進化還有其它的原因。比如,雷能記錄每個「小東西」的基因組序列,保存完整的人口統計和種群譜系。它生成大量數據,而在現實世界中根本無法收集這些數據。儘管隨著人造世界複雜性的激增,提取信息的複雜性和成本也會激增,但做起來仍可能比無法掌控的有機世界更容易些。正如雷告訴我的那樣,「即使我的世界變得像真實世界一樣複雜,但我是上帝,我無所不知。我能獲取任何我感興趣的信息而不打擾它,也不用走來走去踩壞植物。這是一個根本的不同。」https://read.99csw.com
希利斯真正想做的是生物學家,而他理解複雜程序的特長卻將他吸引到麻省理工學院的人工智慧實驗室。在那裡,他最終決定嘗試設計一台「會成為我的驕傲」的思考型計算機。他把設計一個無法無天、三頭六臂的計算機怪獸的開創性想法歸功於約翰·霍蘭德的啟發。最終希利斯領導的小組發明了第一台并行處理計算機——「連接機」。1988年,每台「連接機」可賣得一百萬美元高價,賺得盆滿缽滿。有了機器,希利斯就開始認真地從事計算機生物學研究了。
希利斯的第一台大規模并行「連接機」能使64000個處理器同時運行。他迫不及待地要啟動進化,於是給計算機注入了64000個非常簡單的程序。和霍蘭德的遺傳演算法或雷的「地球」一樣,每一個個體都是可以發生變異的一串符號。不過,在希利斯的「連接機」中,每個程序都有專門的處理器來對其進行處理。因此,種群能極其迅速地作出反應,而其數量之多,是串列計算機根本不可能做到的。
「我們知道,只有兩種方法能製造出結構極其複雜的東西,」希利斯說,「一個是依靠工程學,另一個是通過進化。而在兩者中,進化能夠製造出更加複雜的東西。」如果靠設計不能製造出令我們驕傲的計算機,那我們就不得不依靠進化。
而當64000個又蠢又笨的螞蟻大腦形成相互聯結的龐大網路時,它們就構成read•99csw•com了一個進化的種群,看起來就像大腦里的一大堆神經元。那些使人類精疲力盡的難題,卻往往在這裏得到絕妙的解法。這種「海量連接中湧現出秩序」的人工智慧方法便被冠以「連接主義」的名號。
早期認為進化與學習緊密相關的直覺又被連接主義重新喚醒了。探索人工學習的連接主義者通過將愚鈍的神經元聯結成巨大的網路而大展拳腳。他們研發了一種基於聯結的并行處理方法——在虛擬或硬體實現的并行計算機上運行——與遺傳演算法相似,它能同時進行大量的運算,不過它的評估機制更加精密(更聰明)。這些大大「開竅」了的網路被稱為神經網路。迄今為止,神經網路在產生「智能」方面所取得的成就還很有限,儘管它們的模式識別能力非常有用。
和湯姆·雷一樣,丹尼·希利斯也發現進化能超越通常的人類能力。在「連接機」中發展起來的寄生蟲,刺|激了排序體去設計更有效的解決辦法。在共同進化了1萬個周期之後,希利斯的小怪物們進化出一種計算機科學家們前所未見的排序體。最具諷刺性的是,它剛好比人類設計的最短演算法少一步。看似愚鈍的進化設計出了一個獨具匠心又非常有效的軟體程序。
曾有那麼一瞬間,連接主義者猜想:也許創造理智與意識所需要的一切,不過就是一個夠大的互相連接的神經元網路,理性智能可以在其中完成自我組裝。甫一嘗試,他們的這個夢就破滅了。