·22 智能系统学报 第4卷 自然计算 自然启发的计算 自然仿真或模拟 利用自然物质计算 生物启发的计算 人工生命 DNA分子 遗传算法 人工世界 细菌 人工神经网络 人工社会 细胞 模糊系统 人工动物 有机分子 免疫计算 人工植物 化学反应 蚁群算法 免疫系统仿真 量子 粒子群算法 电子 群智能 光子 图1自然计算的内容与形式 Fig 1 Content and type of natural computing 由于当前自然启发的模型本身的局限性以及人22理论免疫学与人工免疫系统 们对生物学的理解和认识程度不断提高，有研究人 关于人类的免疫系统有两个交叉的研究领域 员认为开发第二代生物启发计算方法的时候到来 一是理论免疫学领域，包括计算免疫学，其目的是解 了，这些新方法将更接近它们的生物学本身.虽然现 释免疫学现象，解决免疫学或医学问题，这一领域的 在还不能给出确切地定义，但如果第二代新形式和 历史较为悠久，二是从工程和科学角度研究免疫系 更高性能的生物启发的计算能够出现，则会诞生一 统机制和性质，找到解决工程和科学问题（包括医 个新的科学领域 学问题)的新方法 计算免疫学是理论免疫学的重要分支.所谓计 2人工免疫系统 算免疫学(computing mm unology)主要是利用微分 21免疫学与人工免疫系统 方程、非线性理论、混沌理论、计算智能、计算机仿真 免疫系统之所以受到计算机科学家的青睐，主 等多种方法建立免疫系统模型，解释各种免疫现象 要是由于它具有许多人工系统所没有的而其他的启 和机制.计算免疫学的研究对人工免疫系统也很有 发源也不具有的特性，比如“自己非己”分子的区 启发性，从形式上看，其中关于免疫系统仿真与建模 分对危险信号的预警、故障耐受、对外界环境干扰 的研究实际上也是人工免疫系统的一部分，在方法、 的鲁棒性、对危险情况的分布式处理、分子与细胞相 目的等方面都有交叉 互作用的复杂性等等 除了计算免疫学，在最近的十年中，免疫学已经 目前，许多免疫机制和理论在人工免疫系统都 发展出多个分支，比如复杂免疫学、免疫信息学、神 得到了应用，包括B细胞、T细胞、树突细胞、抗体、 经免疫学、免疫基因组学、免疫蛋白质组学、免疫芯 抗原、免疫学习、免疫记忆、免疫网络理论、免疫危险 片等，这些分支与人工免疫系统有重要关联 理论、克隆选择理论、亲合力成熟、自己非己识别、阴 理论免疫学与人工免疫系统是相互促进和发展 性选择、亲合力、基因库、多样性、分布式、固有免疫 的，理论免疫学的研究远早于人工免疫系统的研究， 系统、适应免疫系统、免疫应答、免疫耐受、免疫系统 奠定了人工免疫系统的生物学基础.它的研究成果 层次等等，但许多免疫系统的性质只是隐喻使用，并 不断促进人工免疫系统的发展] 没有真正在人工系统中得到实现.多数人工免疫系 理论免疫学、计算免疫学与人工免疫系统的关 统只采用少数几个免疫学机制：免疫网络、阴性选择 系如图2所示.一般认为，人工免疫系统主要是优化 和克隆选择.随着人们对免疫系统的认识不断深入， 算法的研究，实际上它应该包括免疫系统机制启发 会有更多的免疫机制得到应用.2008年召开的第七 的各种计算手段，如免疫启发的软件、硬件系统以及 届人工免疫系统国际会议收录的一些文章己经体现 可用于研究或解决工程问题（包括医学方面的问 了这一趋势【451 题)的免疫系统仿真与模型.因此，作者重新给出人 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net图 1 自然计算的内容与形式 Fig. 1 Content and type of natural computing 由于当前自然启发的模型本身的局限性以及人 们对生物学的理解和认识程度不断提高 ,有研究人 员认为开发第二代生物启发计算方法的时候到来 了 ,这些新方法将更接近它们的生物学本身. 虽然现 在还不能给出确切地定义 ,但如果第二代新形式和 更高性能的生物启发的计算能够出现 ,则会诞生一 个新的科学领域. 2 人工免疫系统 2. 1 免疫学与人工免疫系统 免疫系统之所以受到计算机科学家的青睐 ,主 要是由于它具有许多人工系统所没有的而其他的启 发源也不具有的特性 ,比如“自己 —非己 ”分子的区 分、对危险信号的预警、故障耐受、对外界环境干扰 的鲁棒性、对危险情况的分布式处理、分子与细胞相 互作用的复杂性等等. 目前 ,许多免疫机制和理论在人工免疫系统都 得到了应用 ,包括 B细胞、T细胞、树突细胞、抗体、 抗原、免疫学习、免疫记忆、免疫网络理论、免疫危险 理论、克隆选择理论、亲合力成熟、自己非己识别、阴 性选择、亲合力、基因库、多样性、分布式、固有免疫 系统、适应免疫系统、免疫应答、免疫耐受、免疫系统 层次等等. 但许多免疫系统的性质只是隐喻使用 ,并 没有真正在人工系统中得到实现. 多数人工免疫系 统只采用少数几个免疫学机制 :免疫网络、阴性选择 和克隆选择. 随着人们对免疫系统的认识不断深入 , 会有更多的免疫机制得到应用. 2008年召开的第七 届人工免疫系统国际会议收录的一些文章已经体现 了这一趋势 [ 425 ] . 2. 2 理论免疫学与人工免疫系统 关于人类的免疫系统有两个交叉的研究领域 : 一是理论免疫学领域 ,包括计算免疫学 ,其目的是解 释免疫学现象 ,解决免疫学或医学问题 ,这一领域的 历史较为悠久 ;二是从工程和科学角度研究免疫系 统机制和性质 ,找到解决工程和科学问题 (包括医 学问题 )的新方法. 计算免疫学是理论免疫学的重要分支. 所谓计 算免疫学 ( computing immunology)主要是利用微分 方程、非线性理论、混沌理论、计算智能、计算机仿真 等多种方法建立免疫系统模型 ,解释各种免疫现象 和机制. 计算免疫学的研究对人工免疫系统也很有 启发性 ,从形式上看 ,其中关于免疫系统仿真与建模 的研究实际上也是人工免疫系统的一部分 ,在方法、 目的等方面都有交叉. 除了计算免疫学 ,在最近的十年中 ,免疫学已经 发展出多个分支 ,比如复杂免疫学、免疫信息学、神 经免疫学、免疫基因组学、免疫蛋白质组学、免疫芯 片等 ,这些分支与人工免疫系统有重要关联. 理论免疫学与人工免疫系统是相互促进和发展 的 ,理论免疫学的研究远早于人工免疫系统的研究 , 奠定了人工免疫系统的生物学基础. 它的研究成果 不断促进人工免疫系统的发展 [ 6 ] . 理论免疫学、计算免疫学与人工免疫系统的关 系如图 2所示. 一般认为 ,人工免疫系统主要是优化 算法的研究 ,实际上它应该包括免疫系统机制启发 的各种计算手段 ,如免疫启发的软件、硬件系统以及 可用于研究或解决工程问题 (包括医学方面的问 题 )的免疫系统仿真与模型. 因此 ,作者重新给出人 ·22· 智 能 系 统 学 报 第 4卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net