身体的智能：6.1动机

在第5章中，我们已经指出为什么我们尝试用发育的方法来研究认知。类似地存在着若干采取进化路线的动机因素。采用发育和进化的方法来进行认知并不是互斥的。现阶段，人们倾向于分别对它们进行研究，但是，稍后我们将讨论的是将两种方法结合―一因此整合了所有的3个时间尺度――似乎是最有希望、最令人振奋的未来发展方向之一。我们由进化产生，并且自认为具有智能，所以或许可由人工进化产生人工智能创造物。但是还是让我们先看看其他一些原因。

首先，说到要产生智能体，我们通常对纯原创性的解决方案最感兴趣。但是，为了提出这些解决方案，我们必须要克服一些设计上的偏好性。下列情况是我们所指的设计偏好性。因为我们人类有着我们一些具身化的特性（包括形态学上的体型、

材料、感觉和运动系统；还有生理上的饥饿、干渴和性欲），并且，我们所生存的这个世界也有着其特殊的物理、环境和气候条件（重力、亮和暗、雨水、阳光、温度），其城市、建筑、居所、物体和社会环境（家庭、学校、工作、关系、休闲），所有这些以特殊的方式塑造了我们的思维，这事实上也是本书的主题所研究的。这些偏好性在我们无意识中限制了我们所能设计的智能系统和机器人类型；这些偏好性总是存在的，不管我们是否喜欢它们，我们不能简单地忽略它们。但是人工进化，由于其较少受设计偏好性的限制，能帮助我们探究“如其所能的生命”。正如我们在第3章提到的，“如其所能的生命”或者“如其所能的智能”也许能让我们不只是对智能的生物形式，而是对普遍意义上的智能有深刻的洞察。换句话说，借助研究许多不同的智能形式，我们能更好地理解智能的本质。

设计偏好性的含义之一是指我们对世界概念化的方式，这由Lakoff和Niiez在《数学的来源》一书中做出了讨论，即使某些如数学一样抽象的东西，依然受我们行为方式的牢固限制。回想那个正方形和3条直线的难题，尽管问题表述很简单，但是很难解决。事实上，答案简单得有些令人难堪一―你画的线必须越过正方形边界的限制！但是，与人类的设计不同，进化是一个“盲目”的过程。它随机产生新的设计方案。一些设计尽管与我们所习以为常的设计非常不同，但或许是有用的。

Rechenberg的圆形隆起状管道就是一个例子。

在继续讨论之前，我们应该指出，模拟人类的进化是很危险的，因为难以想象，能从这种非目标导向过程中涌现出如人类一样复杂精妙的产物。Richard Dawkins在The Blind Watchmaker一书中很精彩地描述了和直观相反的观点―一个盲目的过程能产生复杂的形态。

将进化用于设计的第二个原因是，通常人类智慧难以解决的工程问题，我们需要机器的帮助。以无线电天线的设计为例，如果靠手工计算，将是一个极度困难的问题（我们将在后面更进一步介绍这个例子）。希望借助人工进化的方法，我们能探索全新的，复杂性超越人类工程师的理解能力及设计能力的创造物。用于表达这种想法的一个时髦术语就是“打破复杂性的阻碍。”使用人工进化的第三个原因是.理论上它允许我们探索智能系统的设计原理。

如果我们表明，廉价设计原理或者生态平衡原理可由进化过程得到，就相当于给这些设计原理赋予了有效性。在“推块者”中，创造物能在它们的仿真环境中推动一个大方块，稍后，我们对此还将更详细地描述。这些创造物的形态及神经系统符合廉价设计原理。正如我们所见到的，生物有机体以各种有趣的方式利用它们周围的环境。令人惊讶的是，人工进化的创造物也如此行事，有时是以一种意想不到的方式，我们将探讨一种进化算法是如何“发明”一种新的能从邻近计算机接收无线电信号的传感器，以利用其他计算机的时钟信号。

第四个原因是，人工进化不仅可用于工程目的，而且从中可对自然进化有更多的了解。我们不需要对自然进化的各方面详细地建模，但是，如我们所见到的大量实例（沙漠蚁Cataglyphis的定位、四足动物的奔跑，或者奇妙装置“Stumpy”的劲舞），通过研究某种不同的实现方法，我们能对动物或所研究的过程获得更多了解。以奔跑机器狗Puppy为例，通过对快速运动涌现机制的简化，我们可以更充分地挖掘奔跑行为的一般原理。进行简化对揭示一般性原理总是必要的。并且，与自然进化相比，计算机进化模型有多个突出优势。首先，因为人工进化在威力强大的计算机上进行，所以它比自然进化运行得更快。其次，因为工作于数字化世界，我们能记录所有发生的事情，从而能回顾过去的数码记录，这样的话，我们能看到“愚蠢”智能体向“聪明”智能体进化的过程，还能看到为何会发生变化，这在自然进化中是绝不可能的。但是，有得必有失，由于用于人工进化的虚拟环境是编程得来

的，其所包含的信息不如自然环境丰富，并且为了创造虚拟环境，我们不得不做出某种抽象，这样也许会丢失一些重要细节性信息。举例来说，人们可以推测也许猿猴进化成靠双腿走路（两足动物）是为了越过非洲大草原的高大禾草而看到接近的捕食猛兽。所以，如果我们的虚拟环境中不包含高大的物体（或者捕食猛兽），双足动物也许不会进化产生（双足动物为何及如何产生确实仍然是个未解之谜，有不少对立性假说，如Hunt，1996；Lovejoy和Owen，1981；Wheeler，1991，有待进一步讨论）。

人工进化的第五项引人之处在于智能能从零开始进化，这个新奇想法与允许机器人靠它自己从“婴孩”发育成“成人”的想法（见第5章）有关。问题在于，我们想追溯多远。一些人，特别是人工生命研究者，对生命如何由原始汤（primordial soup）进化而来感兴趣，本书中，我们感兴趣的是从非智能个体到智能个体的进化。

我们后面将以虚拟机器人推块者为例来说明这一思想。

最后一点与前者紧密相关，人工进化也许是人工智能研究者最终实现完全自动设计系统梦想的方式。或许将来有一天，该系统能设计元器件、电路、整个设备甚至智能机器人，仅需指定它们应有的具体功能而无需手工。想象一下，仅仅告知你的计算机，被设计的装置应能接收无线电波并将它们转化成声音，你就能设计一种新的无线电接收装置。尽管这个过程现在还是力所不能及的，但是已有一些能与人类工程师竞争的自主设计算法。这一研究领域通常称作与人竞争工程学（human competitive engineering）。即使进化得到的产物不是很复杂，观察进化过程也是很有意思的，本章将对此给予举例说明。

总之，在人工智能研究中使用人工进化，有如下几个动机：生物进化成功地产生了生物智能；我们对尽可能少地掺入设计偏好性感兴趣；设计复杂的智能体超越了当前传统工程技术的能力；我们可以在“当今”（here and now）以及发育的时间尺度上，探索设计原理的涌现条件；人工进化能帮助我们了解生物进化；并且它允许我们能从零开始创造智能体，或许，最终可以在总体上实现自动设计。在我们探讨智能的进化细节之前，让我们先看看人工进化是如何工作的（图6.2提供了一个概况）。