·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