身体的智能：4.3智能体设计原理1：三要素原理

设计一个智能体包括以下要素：（1）生态位的定义；（2）预期行为和任务的定义；（3）智能体的设计。

就如我们已经提到过得那样，智能（intelligence）并非智能体（agent）的性质，更不是寄居在智能体脑中的一个盒子中的什么“东西”。智能是智能体和实际的，社会性的环境间交互的结果。这样，当设计智能体时，不能仅仅注意智能体本身，我们还必须考虑智能体所在的生态位以及智能体的预期行为和任务。

三要素原理可以概述如下。设计一个智能主体包含了以下要素：（1）生态位的定义；（2）预期行为和任务的定义；（3）智能体本身的设计。前两个要素经常被总称为任务环境。对机器人来说，生态位总是实体的和社会性的环境。对娱乐机器人来说，生态位包含儿童的家庭，其中还有别人、兄弟姐妹、父母和宠物。在本章中，我们将重点放在任务环境的实体性方面，而在下一章中我们再考虑社会性方面。

设计姿态

如果我们设计一台娱乐儿童的机器人，这台机器人将不得不在人们的家庭中发挥作用并达成预期目标―在较长的时间内使小孩保持兴趣。找到机器人赖以达成这个目标所必须具有的性质和行为是一个艰难的挑战。那些聪明可爱的机器人，如索尼的AIBO（the artificial intelligence robot，在日语里这个词也有“伙伴”的意思），Omron的NeCoRo（身覆毛皮的机器猫），或某种程度上能对人类伙伴发出的句子进行反应的NEC的PaPeRo（个人伙伴型机器人（partner-type personal robot））等是这一特殊种族机器人中为人熟知的例子。更直接的例子是草坪修剪机器人或在工厂的装配线上装配摩托车的机器人，在这些例子里，生态位及预期行为可以被定义的更清楚。

在设计这些机器人时，生态位一―人们的家庭、后院、工厂环境―以及预期的行为和任务被看做是已知的，而智能体被设计成能够通过和环境的交互产生预期

的行为并完成它的任务的系统。但是，关于设计任务还有另外两种版本。第二个版本是取一个特定的机器人，把它放进一个生态位，然后观察什么样的行为会出现。而第三个版本，是在机器人和预期行为已知的情况下，去寻找机器人实际上能正常发挥作用的生态环境。我们将在本章和第9章讨论这些设计原理的商业应用时给出一些“设计姿态”的例子。

请回想一下我们关于参考系和Puppy的步态讨论。行为总是从智能体和环境的交互中产生，而不能被直接编程给机器人。这样，机器人的行为只能被间接地设计：使用第3章介绍的那个术语，我们不得不为“涌现”而设计。如果我们想使一台机器人步行，我们必须考虑适应性这台机器人必须能够对付不平的路面、斜坡，在松软的材料上行走或携带东西行走等。预先为真实世界中机器人可能碰到的，近乎无穷的智能体–环境交互所需的各种不同的步行编制程序是不可能的。更简单地说，如果步行运动是完全预先编程的话，当遇到没有预计到的情况，也就是没有程序对应的情况发生时，机器人就会摔倒。实际上，许多步行机器人在碰到不平路面时真的会摔倒。

一个智能体和它的生态位间的关系是复杂的，让我们简短地讨论一下这种关系的意义。首先，一个机器人的生态位并不只是它能成功运行的环境。就如在生物界所发生的一样，总是存在对资源的竞争。娱乐机器人不仅必须与其他娱乐机器人，而且还得与玩具、宠物及人进行竞争。最终，市场将决定哪个（如果存在的话）娱乐机器人与先占者（玩具、宠物及人）共享生态位。另一方面，如果我们对解释自然系统的行为感兴趣的话，我们能从一组观察到的特定行为着手，去尝试确定其生态位，然后研究这些行为是怎么发生的。我们以前讨论过的沙漠蚁的定向行为就是一个极好的例子。沙漠蚁高度特性化的传感器使它们能在广域的相对缺乏特征的地貌中巡航。对沙漠蚁独特的生态位（沙漠特征）的认识，已经很好地帮助了生物学家更有成效地调查和理解沙漠蚁的行为。

我们还可以换一个角度来观察设计问题。如果我们已经有了为某个生态位而设计的智能体，如像AIBO专为娱乐而设计，我们将它放入一个不同的生态位，然后研究会涌现什么样的行为。已经有机器人投入市场的公司可能会寻找使机器人既能呈现出预期行为，又能完成它的任务的其他生态位，从而拓宽这种机器人的消费层。例如，除在家庭使用以外，AIBO实际上在学校里也非常有用，因此亦可作为教育机器人使用。

还有另一个观察设计问题的方法。工程师――一个聪明的群体―通常同时设计智能体及它的生态位，因为这样容易得到更好的解。全球定位系统或GPS就是这个想法的一个极好例子。至少在室外，将卫星送上太空一举解决了地球的导航问题。需要定位的机器人将变得更简单，因为它们不需要很成熟的导航策略，而只

需一个能接收到GPS信号的传感器系统！

支架

支架技术描述了我们及其他智能体构造我们的环境以简化我们的任务的方法。

在GPS的例子里，发送很多卫星进入轨道使机器人及许多车辆驾驶员的生活变得更简单。另一个例子是道路标志的使用：如果标记都很准确的话，驾驶员就根本不需要任何地理知识，只需跟着标志就能够容易地到达目标位置。有了足够的支架，成功的导航所需的机制将会非常廉价，就没必要计划线路或查阅地图。这是我们将讨论的廉价设计原理的一个极好例子。信息和通讯技术提供了强有力的支架，由于这种支架的效力，虽然我们的脑并无同步的成长，但是，我们的智力已经远远超过了两千年前的祖先。生物信息学就是一门综合了新的科学仪器、数据库、网络技术、

模式检测及建模算法的学问。它已经为学术领域提供了人类基因序列分析的“支架”。

除技术以外，语言是另一种极其有力的支架方式，因为我们的知识能被写成书并以书的形式进行传播。我们能完成那些在文字出现前完全不可能完成的任务。现在我们能在那些已经得到公认或用文字形式表达的事实基础上继续拓展，在一段文章中表达的思想（直接地或间接地）依存于其他文章中表达的思想，依此类推。充满着文字、图像、声音和录像的万维网（world wide web）使得各种想法的网络更清晰、

更容易使用。自然语言及信息技术亦是我们周围最强有力支架工具。英国哲学家Andy
Clark在其富有吸引力的著作Natural-Born Cyborgs中详尽阐述了这一要点。

请回想起具身智能体是如何在有所行动时总是影响它们的环境的，当瑞士机器人将散布的方块堆成数堆时，也为自己制造了足够的自由移动空间。其实操纵环境以达成目的的事情到处可见，我们记笔记，写文件，写书，我们向计算机输入信息，使用黏性笔记垫，我们还用手机储存电话号码，向揭示板上贴信息，我们拍照片，拍录像，制作网页。改变环境能使生活变得简单，即支撑我们的环境是十分有益的，可是，令人惊奇的是大多数机器人并没通过改变它们的环境来简化它们所需完成的任务。因此，支架是三要素原理的一个重要的组成部分。因为它关系到智能体的生态位，需完成的任务及智能体的设计。