人工生命的概念、内容和方法

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.03.075 第24卷第3期 北京科技大学学报 VoL.24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing JuD.2002 人工生命的概念、内容和方法 陈泓娟)班晓娟》艾迪明》涂序彦》卢汉清) 1)北京科技大学信息学院计算机系，北京1000832)中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室，北京100080 摘要“人工生命”是一门正在迅速发展的新兴学科.介绍了人工生命的概念，内容.给出了 研究人T生命的2种途径：生物科学途径和T程技术途径.人T生命的研究有助于揭示构成生 命所需的最本质的特征，具有重大的科学意义和应用价值. 关键词人工生命；人工智能：生命行为；研究方法；研究内容 分类号TP242.6 人工生命是当前生命科学、信息科学、系统 性；具有发育成长、学习培训、新陈代谢的自成 科学及工程技术科学的交叉研究热点，也是人 长、自学习、自组织的过程和性能；具有稳定内 工智能、计算机、自动化科学技术的发展动向之 部状态、适应外部环境、动态协调平衡的自稳 定、自适应、自协调的功能和特性.自然界中的 1“人工生命”的概念 生命都是以蛋白质和碳水化合物为物质基础的 受基因控制和支配的生物有机体. 人工生命是指具有自然生命现象和特征的 凡是具有这些自然生命本质特征的人造系 人造系统.人工生命的研究是抽取生物现象 统，都称之为人工生命.另外，人工生命不仅是 中的基本动力学原理，把它运用到其他的物理 具有自然生命特征和现象的人造模型、仿真系 媒体上，如计算机，使它们接受操纵和检验. 统，或是自然生命遗传后代、复制产物，而且，人 除已知的生命现象提供的研究方法外，人工 工生命具有可以模拟延伸和扩展自然生命的功 生命还为我们探索可能的生命现象提供新的手 能和特性 段.人工生命这一领域，从总体上来说，代表 了一种尝试，这种尝试更重视生物学中合成理 2“人工生命”的研究内容 论的作用).人工生命模型具有足够强大的功 能，能帮助人们更好地认识复杂系统，这种模型 目前国际、国内人工生命的研究可分为如 较之自然系统更容易被操纵、重复和控制.人工 下几个方面. 生命用非生命的元素去构造生命现象以了解生 21细胞级人工生命的研究 物学，而不是把自然的生物体分解成小的单元， 任何能够自我繁衍的系统，都必须具有2 它是一种综合性的方法而不是还原的方法. 个基本功能：一是如何繁衍下一代的“算法”，类 不同的动物和植物具有各种不同的外观形 似于计算机程序；二是能够被用来复制的“描 态、内部构造、行为表现、生理功能、生活习性、 述”，类似于计算机数据.冯·诺依曼由此建立 栖息环境、生长过程、物质存在形式、能量转换 了元胞自动机模型. 方式、信息处理模式等.然而，在“个性”中存在 S.Wolfram将生物体的细胞看作一个元胞， “共性”，从各种不同的自然生命的特征和现象 通过在n维网格中细胞的状态变化来研究生命 中可以归纳、抽象出自然生命的共同特征和现 系统的生长、复制和进化等现象.C.Furusawa和 象，自然界中生命具有交配繁衍、遗传变异、优 K.Kaneko建立了包括细胞内部生化反应动力 胜劣汰的自繁殖、自进化、自寻优的功能和特 学、细胞之间通过扩散相互作用、细胞分裂及细 收稿日期2001-04-28陈泓娟女，32岁，博士生 *国家自然科学基金资助课题No.60075012)及中科院自动化研究所模式识别国家重点实验室开放课题资助基金

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 人工生命的概念 、 内容和方法 陈私娟 ‘， 班 晓娟 ‘， 月匕京科技大学信息学院计算机系 ， 北京 艾迪明 ” 涂序彦 ‘， 卢汉 清 ， 中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室 ， 北京 摘 要 “ 人工生命 ” 是一 门正在迅速发展 的新兴学科 介绍 了人工生命的概念 、 内容 给 出了 研究人工生 命的 种途径 生物科学途径 和工程技术途径 人 丁 生 命的研究有助 于揭示 构成生 命所需 的最本质 的特征 ， 具有重 大的科学 意义 和应 用价值 关键词 人工生命 人工智能 生命行为 研究方法 研究 内容 分 类号 仰 人工生命是 当前生命科学 、 信息科学 、 系统 科学及 工程技术科学 的交叉 研究热点 ， 也是人 工智能 、 计算机 、 自动化科学技术 的发展 动 向之 “ 人工生命 ， 的概念 人工生命是指具有 自然生命现象和特征 的 人造 系统 「， 人 工 生命 的研究是抽取生物现象 中的基本动力学原理 ， 把它运 用 到其他 的物理 媒体上 ， 如计算机 ， 使它们接受操纵和 检验 除 已 知 的 生 命现 象提供 的 研究 方 法 外 ， 人 工 生命还 为我们探索可 能的生命现象提供新 的手 段 「， 人工 生命这 一 领域 ， 从总体上 来说 ， 代表 了一 种 尝试 ， 这种尝试更重 视生 物学 中合成理 论 的作用 「， 人工生命模型 具有足够强 大 的功 能 ， 能帮助人们更好地认识复杂系统 ， 这种模型 较之 自然 系统更容易被操纵 、 重复和控制 人工 生 命用 非生命的元素去构造生 命现象 以 了解生 物学 ， 而 不 是把 自然 的生物体分解成小 的单元 ， 它是一种综合性 的方法 而不 是还 原 的方法 ‘，， 不 同的动物和植物具有各种不 同的外观形 态 、 内部构造 、 行为表现 、 生 理功 能 、 生 活 习性 、 栖息环境 、 生 长过程 、 物质存在 形 式 、 能量转换 方式 、 信息处 理模式等 然 而 ， 在 “ 个性 ” 中存在 “ 共性 ” ， 从各种不 同的 自然 生命的特征 和 现象 中可 以归 纳 、 抽象 出 自然 生命 的共 同特征和 现 象 ， 自然界 中生命具有交 配繁衍 、 遗传变异 、 优 胜劣汰的 自繁殖 、 自进 化 、 自寻优 的功能和特 性 具有发育成长 、 学 习 培训 、 新陈代谢的 自成 长 、 自学 习 、 自组 织 的过程 和 性能 具有稳定 内 部状态 、 适应外部环境 、 动态协调 平衡 的 自稳 定 、 自适 应 、 自协 调 的功 能和 特性 自然界 中的 生命都是 以蛋 白质和 碳水化合物为物质基础 的 受基 因控制和支 配 的生 物 有机体 凡是具有这些 自然生命本质特征 的人造 系 统 ， 都称之为人工 生命 另 外 ， 人工 生命不仅是 具有 自然 生命特征和 现象 的人造模型 、 仿真系 统 ， 或是 自然 生命遗传后 代 、 复制产物 ， 而且 ， 人 工生命具有可 以模拟延 伸和扩展 自然生命 的功 能和 特性 “ 人工生命 ， 的研究 内容 目前 国际 、 国 内人工 生 命的研究可 分为如 下 几个方面 细胞级人工生命的研究 任何 能够 自我 繁衍 的 系统 ， 都必 须具有 个基本功能 一是 如何繁衍下 一代 的 “ 算法 ” ， 类 似于计算机程 序 二是能 够被用 来复制的 “ 描 述 ” ， 类似于 计算机数据 冯 · 诺依曼 由此建立 了元胞 自动机模 型 将生 物体 的细胞看作一 个元胞 ， 通 过在 维 网格 中细胞 的状态 变 化 来研究 生 命 系统 的生 长 、 复制和进化等现象 和 ‘ 建立 了包括细胞 内部生 化反 应 动 力 学 、 细胞之间通 过 扩散相互作用 、 细胞分裂及细 收稿 日期 一 一 陈乱娟 女 ， 岁 ， 博士 生 国家 自然科学基金资助课题 。 石 及 中科 院 自动化研究所模式识别 国家重 点实验室 开 放课题资助基金 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．03．075

·354 北京科技大学学报 2002年第2期 胞的粘着性等模型的细胞分化模型，用来研究 个交互装置“GENMA-Gentic Maniopulator'"s,参 多细胞生物体的起源.H.Kitano构造了生命进 观者能够通过操纵虚拟生物的基因，实时地创 行新陈代谢的模型”，在他的模型中，数字细胞 造和修改人工昆虫的形态 通过主动运输和扩散的方式与数字环境及其他 2.4群体级人工生命 细胞交换物质，物质由二进制串表示；每个细胞 Ray的Tierra是一个著名的通过作用于人 中存在的遗传信息决定细胞的新陈代谢过程， 工个体的自然选择而实现的人工生命进化仿 遗传信息也被定义为一段二进制串.当细胞内 真.Ray编写了自繁殖程序，这些程序在计算机 某一物质的浓度小于某个值时，会激活新陈代 中竞争存储器空间和时间.它同时还在程序中 谢反应以产生酶，促使此物质的生成.细胞中物 运用了变异以创建变种.因此，该程序可以看作 质的量超过某一界限，数字细胞会进行分裂，原 是复制器，它把其自身复制到存储器的其他地 细胞中的物质被分配到新生成的2个细胞中， 址，而且由于它同时还与其他程序竞争存储器 当细胞的新陈代谢程度低于某个值时，该数字 空间，因而也可以看作是媒介.这些仿真给进化 细胞会死亡 生物学提供了重要的指导意义.因此，人工生命 2.2器官级人工生命 可以模拟自然选择的过程，以及验证进化过程 基于器官级的人工生命的研究很多，例如， 中的动力学现象 基于神经网络的“脑模型”，如感知机、联想机、 华人女学者Tu Xiaoyuan用人工生命的方 认知机的研究；用软件或硬件的方法构建人工 法进行计算机动画的创作，利用动物形态、习性 眼、耳、肺、肾、心脏、假肢等.日本ATR研制开 和行为模型，在不需任何“关键帧”的情况下，成 发的信息处理系统一“人工脑”，是以RAM 功地创作了“人工鱼”，用计算机实现了“人工动 和元胞自动机为基础的，人工脑不是简单地用 物”共有的基本特征一生物力学、运动、感知 软件和硬件模拟生物大脑的功能和结构，而是 和行为.人工鱼具有可变形的由肌肉驱动的鱼 要构建生物大脑的信息处理系统，能够自主地 体、鱼眼睛，以及具有行为、感知和运动中心的 形成自身的结构，自发地形成新的功能 鱼脑.类似于真鱼.人工鱼体现了最重要的动物 2.3个体级人工生命 行为的特性，实现了由感知引导行动的功能.能 人工动物是指具有自然动物某些特征的， 够表现出多种行为：避障、捕食、逃逸、集群和交 采用自动化、计算机、电子、机械等工程科学技 配等.人工鱼是有着丰富行为活动的人工生命， 术设计和实现的人造动物.电子宠物狗、宠物 人工生命仿真过程启动后，人工鱼将按它们自 鱼、宠物鸟等.Brooks研制的机器昆虫“Gen- 己的意图和对周围环境的感知，独立自主地活 ghis”,在众多传感器的帮助下，能够在不规则的 动，既有反射行为，又有主动行为，既有逼真的 地面上爬行o.Beer用软件构造了在二维世界 个体行为，又有丰富的群体行为 中具有简单行为的虚拟昆虫一蟑螂).Pattie 2.5生态系统级人工生命 Maes等人建立了一个“人工生命交互式视觉环 人工生态系统的研究可以帮助理解自然生 境”，简称ALIVE四，一个类似于狗的自主智能 态系统的组成，预测人为因素对自然生态系统 体，能够根据实验者的不同姿势作出反应.Thal- 的影响，对人类保护环境具有重要意义， mann的虚拟人n),具有仿真的简单视觉、触觉和 K.Lindgren等人研究了人工生态系统的社 听觉感受器，能够完成诸如跟随领导者、相互致 会结构和协作行为，L.Yaeger的人工生态系统 意、甚至玩球类游戏的任务， Poly World展示了几种生物体的计算机模型和 Christa Sommerer和Laurent Mignonneau在 它们所生存的环境，Y.Usami等人尝试用计算机 1993年构建了第1个交互式计算机装置“A-Vol- 恢复一个已不存在的生态系统，Keith Downing ve”4,1,参观者可在触摸屏上设计人工生物的 的水中生态系统EUZONE是一个进化的虚拟 外形，这些人工生物会“活”起来不断演化：1995 生态环境，在这个由物理化学模型构建的以碳 年构建了另一个交互式装置“Phototropy”I,参 元素为基础的水中环境中，蓝藻利用光和作用 观者可以喂养和复制虚拟的昆虫.1996年Chris-- 生成蛋白质，蛋白质又促使低等动物的产生，低 ta Sommerer和Laurent Mignonneau又构建了一 等动物从原始状态通过自由竞争不断进化

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 胞 的粘着性等模 型 的细胞分化模 型 ， 用来研究 多细 胞生 物体的起源 构造 了生命进 行新陈代谢 的模型 口，， 在 他 的模 型 中 ， 数字细 胞 通 过主动运输和扩散 的方式与数字环境及其他 细胞交换物质 ， 物质 由二进制 串表示 每个细胞 中存在 的遗传信息决定 细胞 的新 陈代谢过程 ， 遗传信息也被定义 为一段二进制 串 当细胞 内 某一物质 的浓度小 于某个值时 ， 会激活新 陈代 谢反应 以产生酶 ， 促使此物质 的生成 细胞 中物 质 的量超过某一界限 ， 数字细胞会进行分裂 ， 原 细胞 中的物质被分配到新生成 的 个细胞 中 当细胞 的新 陈代谢程度低 于某个值时 ， 该数字 细胞会死亡 器官级人工生命 基于器官级 的人工生命 的研究很多 ， 例如 ， 基 于神经 网络 的 “ 脑模型 ” ， 如感知机 、 联想机 、 认知机 的研究 用 软件或硬件 的方法构建人工 眼 、 耳 、 肺 、 肾 、 心 脏 、 假肢等 日本 研制开 发 的信息处理 系统－ “ 人工脑 ” ‘， ， 是 以 和 元胞 自动机 为基础 的 ， 人 工脑不 是简单地用 软件和硬件模拟生物 大脑 的功 能和结构 ， 而是 要构建生 物大脑 的信息处理系统 ， 能够 自主地 形成 自身的结构 ， 自发地形成新 的功 能 个体级人工生命 人工 动物是指具有 自然 动物某些特征 的 ， 采用 自动化 、 计算机 、 电子 、 机械等工程科学技 术设计和实现的人造动物 电子宠物狗 、 宠物 鱼 、 宠物鸟等 研制 的机器 昆虫 ‘， ’ ， ， 在众多传感器的帮助下 ， 能够在不规则 的 地 面上爬行 【， 用 软件构造 了在二维世界 中具有简单行为 的虚拟 昆虫－ 嶂螂 〔，” 等人建立 了一个 “ 人工生命交互式视觉环 境 ” ， 简称 〔， ， 一 个类似于狗 的 自主 智能 体 ， 能够根据实验者的不 同姿势作 出反应 的虚拟人 【 ， 具有仿真的简单视觉 、 触觉和 听觉感受器 ， 能够完成诸如跟随领导者 、 相互致 意 、 甚 至 玩球类游戏 的任务 而 和 在 年构建 了第 个交互式计算机装置 ‘， 一 ” 〔 ， ， 参观者可 在触摸屏 上设计人工生物 的 外形 ， 这些人工生物会 “ 活 ” 起来不 断演化 年构建 了另一 个交互式装置 ‘， ” 「’ ， 参 观者可 以喂养和 复制虚拟 的 昆虫 年 和 又 构建 了一 个交互装置 “ 阴 一 ’ ’ ‘” ，， 参 观者能够通过操纵虚 拟生 物 的基 因 ， 实 时地创 造和 修改人工 昆虫 的形态 群体级人工生命 的 ， 是一个著名 的通 过作用 于人 工 个体 的 自然 选 择 而 实 现 的 人 工 生 命进 化仿 真 编写 了 自繁殖程序 ， 这些程序在计算机 中竞争存储器空 间和 时 间 它 同时还 在程序 中 运用 了变异 以创建变种 因此 ， 该程序可 以看作 是复制器 ， 它把其 自身复制到存储器 的其他地 址 ， 而且 由于 它 同时还 与其他程序竞争存储器 空 间 ， 因而也可 以看作是媒介 这些仿真给进化 生物学提供了重要 的指导意义 因此 ， 人工 生命 可 以模拟 自然选择 的过程 ， 以及验证进 化过程 中的动力学现象 华人女学 者 用 人工生命 的方 法进行计算机动 画 的创作 ， 利 用动物形 态 、 习性 和行为模型 ， 在不需任何 “ 关键帧 ” 的情况下 ， 成 功地创作 了 “ 人工鱼 ” ， 用计算机实现 了 “ 人工动 物 ” 共有 的基本特征－ 生物力学 、 运 动 、 感知 和 行为 人工鱼具有可 变形 的 由肌 肉驱动 的鱼 体 、 鱼 眼 睛 ， 以及具有行为 、 感知 和 运动 中心 的 鱼脑 类似于真鱼 人工鱼体现 了最重要 的动物 行为的特性 ， 实现 了 由感知引导行动 的功能 能 够表现 出多种行为 避障 、 捕食 、 逃逸 、 集群和交 配等 人工鱼是有着丰富行为活动 的人工生命 ， 人工生命仿真过程启动后 ， 人工鱼将按它们 自 己 的意 图和对周 围环境 的感 知 ， 独立 自主地 活 动 ， 既 有反射行为 ， 又 有 主 动行为 ， 既有逼 真 的 个体行为 ， 又有 丰富 的群体行为 生态系统级人工生命 人工 生态 系统 的研究可 以 帮助理解 自然 生 态 系统 的组成 ， 预测 人为 因素对 自然生态 系统 的影 响 ， 对人类保护 环境具有重要 意义 等人研究 了人工 生 态 系统 的社 会结构 和协作行为 ， ，的人工 生态 系统 从 展示 了 几种生物体 的计算机模 型 和 它们所生存 的环境 ， 丫 等人尝试用计算机 恢复一个 已不存在 的生态系统 ‘， ， 的水 中生态 系统 〔 是一个进化 的虚拟 生态 环境 ， 在这个 由物理化学 模型 构建 的 以碳 元素为基础 的水 中环境 中 ， 蓝 藻利用 光 和 作用 生成蛋 白质 ， 蛋 白质又促使低等动 物 的产生 ， 低 等动 物从原始状态 通 过 自由竞争不 断进化

Vol.24 陈礼娟等：人工生命概念、内容和方法 355· 笔者在Xiao Yuan's fish的基础上，研究人工 4“人工生命”的应用 鱼的自繁衍和自进化的理论方法和实现技术， 使得人工鱼具有更全面生命特征，能够象真鱼 (1)人工生命的研究与开发有助于创作、研 一样在虚拟海洋中自由生活、交配、孵化、长大、 制、设计和制造新的工程技术系统.如：人工脑、 成熟、繁衍、衰老和死亡，一代一代生息不止；人 智能机器人、计算机动画. 工鱼的优良品种和鱼种不断扩大，构成了一个 (2)数字生命、软件生命、虚拟生物可为自然 丰富多彩的虚拟的海洋世界；提高了人工鱼的 生命活动机理和进化规律的研究探索提供更高 自主性和智能水平，提高了计算机鱼动画的自 效、更灵活的软件模型和先进的计算机网络支 动生成能力，促进自动化、计算机科技领域中 持环境. “人工生命”、“人工智能”等新方法、新技术的 (3)利用人工生命，研究人类的遗传、繁殖、 发展，同时也为进化生物学、行为生态学、动物 进化、优选的机理和方法，有助于人类的计划生 行为学及海洋生态学等的研究提供了模拟环境 育、优生优育. 和实验手段， (4)利用人工生命，研究动物的遗传变异、 杂交进化的机理和方法，用于发展动物的新品 3“人工生命”的研究途径 种、新种群 (⑤)利用人工生命，研究植物的生长、杂交、 3.1生物科学途径 嫁接、移植的机理和方法，用于发展植物的新品 利用生物化学、生物物理、克隆技术、遗传 种、新种群. 工程等生物科学方法和技术，通过人工合成、基 (6)“人工生命”的研究开发及应用将进一步 因控制、无性繁殖过程，基于相应的自然生命的 激发和促进生命科学、信息科学、系统科学等学 “母体”培育生成“人工生命”.如：“试管婴儿”、 科的更深层的、更广泛的交流和新的发展 “克隆羊”等.生物科学途径是在“已知的生命现 ()“人工生命”与“自然生命”是生命科学的 象”的启发下研究人工生命，它的研究局限在这 两大重要组成部分，人工生命的研究和开发，将 个范围内，很难探索到“可能的生命现象” 丰富与发展生命科学 3.2工程技术途径 (⑧)“人工生命”研究的重要内容和关键问题 工程技术途径是将信息科学和生命科学结 是生命信息获取、传递、变换、处理和利用过程 合起来，利用计算机、自动化、微电子、精密机 的机理和方法.如基因信息的控制与调节过程， 械、光电通信、人工智能、神经网络、进化计算等 这正是信息科学面临的新课题，也是信息科学 有关的工程技术方法和途径，研究开发、设计制 发展的新方向 造具有自然生命特征的“人工生命”.通过计算 机屏幕，以三维动画，虚拟现实的软件方法或采 5结束语 用“光、机、电”一体化的硬件装置来演示和体现 人工生命 人工生命是个刚刚兴起的综合性的新兴学 由工程技术途径设计和制造的“人工生 科，发展很快，是个很有前景的研究方向.人工 命”，在系统功能特性和信息过程方面，可以具 生命为研究各种自然生命现象提供了新的方法 有自然生命类似的特征和现象.但是，在物质构 和途径，为人工智能、系统科学、信息科学、经济 造和能量转换方面，却与以蛋白质为物质基础 学、哲学等学科提供了新的思想，人工生命的研 的自然生命有很大的差异 究及应用具有重大的科学意义、广泛的应用价 此外，由于伦理学、社会学、人类学等方面 值、深远的社会影响和显著的经济效益 的问题，通过生物科学途径生成的人工生命，如 参考文献 “克隆人”，引起了不少争论和分歧.需要研究相 1 Langton C G.Artificial Life[M].[In:Langton C G,ed.Ar- 应的社会监督、国家法律和国际规范.通过工程 tificial Life.SFI Studies of Complexity(Vol.VI).London: 技术途径设计和制造人工生命，不存在上述 Addison-Wesley,1989.1 顾虑，而且，具有重大的科学意义和广泛的应用 2 Langton C G.Preface[M].[In:Langton C G,Taylor C, 前景 Farmer J D and Rasmussen S,editors.Artificial Life.SFI Studies of Complexity (Vol.X).London:Addison-Wesley

一 陈涨娟等 人 工 生命概念 、 内容和 方法 一 笔者在 恤 的基础上 ， 研究人工 鱼 的 自繁衍 和 自进 化 的理论方法 和 实现技术 ， 使得 人工鱼具有更全面生命特征 ， 能够象真鱼 一样在虚拟海洋 中 自由生活 、 交配 、 孵化 、 长大 、 成熟 、 繁衍 、 衰老 和死亡 ， 一代一代生息不止 人 工 鱼 的优 良品种 和 鱼种不断扩大 ， 构成 了一个 丰富多彩 的虚 拟 的海洋世界 提高了人工鱼 的 自主性 和 智能水平 ， 提高了计算机鱼动画 的 自 动生成能力 ， 促进 自动化 、 计算机科技领域 中 “ 人工 生命 ” 、 “ 人工 智能 ” 等新方法 、 新技术 的 发 展 ， 同时也 为进化生 物学 、 行为生 态学 、 动物 行为学及海洋生 态学等的研究提供 了模拟环境 和 实验手段 “ 人工生命 ， 的研究途径 生物科学途径 利用 生物化学 、 生物物理 、 克隆技术 、 遗传 工程等生物科学方法和技术 ， 通 过人工合成 、 基 因控制 、 无性繁殖过程 ， 基于相应 的 自然生命的 “ 母体 ” 培育生成 “ 人工生命 ” 如 “ 试管婴儿 ” 、 “ 克隆羊 ” 等 生 物科学途径是在 “ 已 知的生命现 象 ” 的启发下研究人工生命 ， 它的研究局 限在这 个范围 内 ， 很难探索到 “ 可 能 的生 命现象 ” 工程技术途径 工程技术途径是将信息科学 和生命科学结 合起来 ， 利用计算机 、 自动化 、 微 电子 、 精密机 械 、 光 电通信 、 人工智能 、 神经 网络 、 进化计算等 有关的工程技术方法和途径 ， 研究开发 、 设计制 造 具有 自然 生命特征 的 “ 人工生命 ” 通 过计算 机屏 幕 ， 以三维动画 ， 虚拟现实的软件方法或采 用 “ 光 、 机 、 电 ” 一体化的硬件装置来演示 和体现 人工 生命 由工 程 技 术 途 径 设 计 和 制 造 的 “ 人 工 生 命 ” ， 在 系统功能特性 和 信息过程 方面 ， 可 以 具 有 自然生命类似的特征 和现象 但是 ， 在物质构 造 和 能量转换方 面 ， 却与以蛋 白质 为物质基础 的 自然 生命有很 大的差 异 此外 ， 由于 伦理学 、 社会学 、 人类学等方面 的问题 ， 通过生物科学途径生成的人工 生命 ， 如 “ 克隆人 ” ， 引起 了不少 争论和分歧 需要研究相 应 的社会监督 、 国家法律和 国际规范 通过工程 技术途 径 设计 和 制造人工 生 命 ， 不 存在 上 述 顾虑 ， 而且 ， 具有重大的科学意义 和广泛 的应用 前景 “ 人工生命 ， 的应用 人工 生命的研究与开 发有助 于创作 、 研 制 、 设计和制造新 的工程技术系统 如 人工脑 、 智能机器人 、 计算机动画 数字生命 、 软件生命 、 虚拟 生物可 为 自然 生命活 动机理和进化规律 的研究探索提供更高 效 、 更灵活 的软件模型 和 先进 的计算机 网络支 持环境 利用人 工生命 ， 研究人类 的遗传 、 繁殖 、 进化 、 优选 的机理和方法 ， 有助于人类 的计划生 育 、 优生优育 利用 人 工生命 ， 研究动物 的遗传变异 、 杂交进化 的机理和 方法 ， 用 于 发展动物 的新 品 种 、 新种群 利用 人工生命 ， 研究植物 的生 长 、 杂交 、 嫁接 、 移植 的机理和方法 ， 用于发展植物 的新 品 种 、 新种群 “ 人工生命 ” 的研究开发及应用将进一 步 激发和促进生命科学 、 信息科学 、 系统科学等学 科 的更深层 的 、 更广泛 的交流 和新 的发展 “ 人工生命 ” 与 “ 自然生命 ” 是生命科学的 两大重要组成部分 ， 人工生命的研究和 开发 ， 将 丰富与发展生命科学 “ 人工生 命 ” 研究 的重要 内容和关键 问题 是生命信息获取 、 传递 、 变换 、 处理和 利用 过程 的机理 和方法 如基因信息 的控制与调节过程 这正 是信息科学面 临 的新课题 ， 也是信息科学 发展 的新方 向 结束语 人工生命是个刚刚兴起 的综合性 的新兴学 科 ， 发展很快 ， 是个很 有前景 的研究方 向 人工 生命为研究各种 自然生命现象提供 了新 的方法 和途径 ， 为人工 智能 、 系统科学 、 信息科学 、 经济 学 、 哲学等学科提供了新 的思想 ， 人工生命的研 究及应用具有重大 的科学 意义 、 广 泛 的应用 价 值 、 深远 的社会影 响和 显 著的经 济效益 参 考 文 献 「 ， 一 亡 ， 』 ， 介 ， ， 一

356· 北京科技大学学报 2002年第2期 1992 Special Issue on Multimedia and Multisensory Virtual 3 Langton C G.Editor's Introduction[J].Artificial Life Jour- Worlds,ACM Multimedia Systems.ACM Press,1996 nal,1994,1(1/2):5 13 Thalmann D.Virtual sensors:A Key tool for the artificial 4 Ray TS.An evolutionary Approach to Synthetic Biology Life of Virtual Actor[C].[In:Computer Graphics and Ap- Zen and the Art of Creating life[J].Artificial Life Journal. plication.Proceedings of the Third Pacific Conference on 1994,1(1/2):179 Computer Graphics and Applications.Singapore:World 5 Ray T S.Evolution,Ecology,and Optimization of Digital Scientific,1995.22 Organisms[C].[In:Zhang Y G,editor.Seminar/Wor- 14 Sommerer C,Mignonneau L.A-Volve:A Real-time Inter- kshop on Artificial Life and Evolutionary Robots.Beijing: active Environment[C].[In:ACM Siggraph Visual Pro- 1997.81 ceedings.1994.172 6 Furusawa C,Kaneko K.Emergence of Multicellular Or- 15 Sommerer C,Mignonneau L.The application of artificial ganisms with Dynamic Differentiation and Spatial Pattern life to interactive computer installation[C].[In:Sadao [C].[In:Brooks R A,Maes P,editors.Proceedings of Ar- Fujimura and Sugisaka M editors.AROB'97.Japan,1997. tificial Life IV.Cambridge,MA:MIT Press,1994.79 xi-Xv 7 Kitano H.Evolution of Metabolism for Morphogenesis 16 Tu X,Terzopoulos D.Artificial Fishes:Physics,Locomo- [C].[In:Brooks R A,Maes P editors.Proceedings of Ar- tion,Perception,Behavior[C].[In:Computer Graphics tificial Life IV.Cambridge,MA:MIT Press,1994.48 Proceedings,Annual Conference Series.Proceedings of 8 Gomi T.Aspects of Non-Cartesian Robotics[C].[In:Sug- SIGGRAPH'94,Orlando,FL.ACM Computer Graphics isaka M editor.Proceedings of AROB'96.Japan,1996 1994.43 9 Hugo de Garis.CAM-Brain,ATR's Artificial Brain Pro- 17 Yaeger L.Computational Genetics,Physiology,Metab- ject:A Progress Report[C].[In:Proceedings of Artificial olism,Neural Systems,Learning,Vision,and Behavior or Life V.Japan,1996.133 Poly World:Life in a New Context[C].[In:Landton CG 10 Brooks R.Intelligence without Representation[J].Artifi- editor.Proceedings of Artificial Life III.Redwood City, cial Intelligence,1990,47(1):139 CA:Addison-Wesley,1994.263 11 Beer R.Intelligence as Adaptive Behavior[M].NY:Aca- 18 Usami Y,Saburo H,Inaba S,et al.Reconstruction of Ex- demic press,1990 tinct Animals in the Computer[C].[In:]Proceedings of Ar- 12 Maes P,Blumberg B.The Alive System:Wireless,Full- tificial Life VI.1998.173 Body Inter-Action with Autonomous Agents[C].[In:A 19 Downing K.EUZONE:An Evolutionary Aquatic Ecosys- Concept,Contents and Methods of Artificial Life CHEN Hongjuan,BAN Xiaojuan,Al Diming',TU Xuyan,LU Hanging 1)Information Engineering School,Department of Computer Science,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)National Laboratory of Pattern Recognition,Institute of Automation,Beijing 100080,China ABSTRACT Artificial Life is a new subject that developed very quickly.The concepts and contents of Arti- ficial Life are introduced,the two research ways include bioscience ways and engineering ways are given.The research of Artificial Life can help to reveal the intrinsically characteristic of life.It has great science signifi- cance and application values. KEY WORDS artificial life;artificial intelligence;life behavior;research methods;research contents

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 ， ， ， ， ， ， ， ’ 』 ， ， · ， ， · 攀 ， ， ， ， ， 一 ， ， 一 ， ， ， ， ， ， 孟 ， 铂 ， 一 ， ， ， ， 一 称 一 加 即 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 一 亡 ， ， ， ， ， ，， ’ ，， ，， 龙妙 ，， 叮动犷 ， ， ， ， ， ， ， ， 叭