刘伟
为什么计算解决不了三体问题? 精选
2025-7-12 09:59
阅读:2264

一般而言,当逻辑关系从二元升为三体及以上时,系统常常立刻滑入混沌与不完备态势,即任何确定算法都无法在有限步骤内穷尽所有非线性相互作用,而每个主体的策略又会实时反身地改变其他主体的决策空间,于是纯粹的“计算”被自身的封闭性困死,唯有引入不断迭代、试探、博弈的“算计”才能在这片无法被公理完全捕获的疆域里继续逼近答案。所以,三体问题往往涉及逻辑系统的可计算性和哥德尔不完备性定理的核心思想。

1、“计算” vs “算计”:从算法到博弈

计算(computation):指通过确定性算法(如数值模拟、逻辑推理)在给定规则下得出结果的过程。它的前提是系统可预测、可简化、可封闭。

算计(strategic reasoning或calculating):指在多主体博弈中,每个主体的行为会反身性地影响其他主体的策略,导致系统无法被单一算法穷举或预测。这里的“算计”更强调策略性、对抗性和不可压缩性。

在三体问题中,三个天体的引力相互作用会导致混沌系统(初始条件的微小差异会引发长期行为的巨大偏差),此时“计算”无法给出解析解(即无法用有限步骤的算法精确预测轨迹),只能依赖数值模拟(一种“算计”:通过迭代逼近,但无法消除误差积累)。

2、哥德尔不完备性:三体是逻辑的“临界点”

单体或双体逻辑:可以简化为封闭系统(如牛顿力学中的二体问题),其逻辑关系能被公理化(如开普勒定律),从而通过计算完全解决。

三体及以上:系统变为非线性、非可积、不可公理化。类似哥德尔定理指出的:任何包含基本算术的形式系统,若一致则必然不完备——即存在无法被系统内部规则证明的真命题。

三体问题的不可解性正是物理版的“哥德尔不完备”:无法用有限的逻辑规则(计算)完全描述系统的长期行为,必须引入外部信息(如数值方法的“人为选择”或博弈中的策略调整),这就是“算计”。

3、复杂性科学的视角:从计算到涌现

二体以下:相互作用是线性可加的,整体等于部分之和(可计算)。

三体及以上:相互作用产生非线性涌现(如混沌、分形、蝴蝶效应),系统行为无法还原为局部规则的简单叠加。此时,“计算”只能处理局部规则,而“算计”必须应对全局涌现(如博弈中的纳什均衡是一种无法被任何一方单方面计算的“妥协结果”)。

4、一个比喻:象棋 vs 三体文明博弈

象棋(计算):规则封闭,理论上可被穷举(尽管实际不可行)。

三体文明博弈(算计):每个文明(如“黑暗森林”中的猜疑链)的策略会实时改变对手的决策空间,导致系统无法被任何单一算法模拟,只能依赖动态博弈(即“算计”)。

“三体及以上”标志着确定性逻辑的崩塌和策略性逻辑的登场。计算需要封闭性和可预测性,而三体系统因混沌、不完备和反身性打破了这些条件,迫使人类从“计算”转向“算计”——一种承认不可解性、依赖迭代和博弈的思维方式。这正是哥德尔、图灵和混沌理论共同指向的复杂性边界。

5、东方智慧有利于三体问题的解决

东方智慧之所以能在“三体及以上”的复杂逻辑面前显出独特价值,在于它天生就把世界视为一个永远处在流动、互感、互渗之中的整体,而不是等待被分割、被公理化的客体。从《周易》的“变易、不易、简易”到道家的“无为而无不为”,再到兵家的“势”与佛家的“缘起”,东方思想始终把不可穷尽的相互作用当成常态,先承认“测不准”“算不尽”,再谈“如何与不确定共舞”。它用“阴阳”模型容纳二元的对立,却立刻把第三者——“冲气以为和”——请进来,让任何二元平衡随时可被更高维的“中”重新调节;这种“三元及多元”的弹性框架,天然对应三体以上系统无法被线性叠加的涌现特征。

更关键的是,东方智慧强调“心”与“境”的共构,主体的策略本身就在改变环境,而环境的反馈又重塑主体,这与三体以上系统中“反身性”导致的混沌同构。兵法的“知己知彼”“因敌制胜”,儒家的“致中和”,禅宗的“当下即是”,都指向一种不依赖穷尽搜索的“算计”——通过持续调整、留白、借势,把不可解的复杂性转化为可操作的“情境智慧”。

因此,当西方形式逻辑在哥德尔边界前被迫止步,东方智慧却提供了一套“不追求终极解,而追求动态和”的元方法,即先承认不完备,再通过“时中”“权变”让系统在无法被完全计算的洪流里保持韧性。面对三体以上的深渊,东方智慧不是去算尽群星,而是教人学会与群星一起呼吸,在每一次潮汐涨落中重新找到“可行”的航道。

中国古代文明中“天地人”的思想正在与西方发源的科技思想融合,形成解决三体问题的人机环境系统智能生态体系。具体而言,中国古代文明“天地人”三才共生思想,正与西方衍生的量子计算、群体智能、复杂网络科技融汇:以“天”的不可穷尽的混沌为可学习的动态环境模型,以“地”的多元约束为分布式传感—执行的地基智能网,以“人”的心—智—群策略为可反身调参的伦理中枢;三者闭环迭代,形成既能数值推演又能权变博弈的人机环境系统智能生态,让三体及三体以上的不可解,在“天时—地利—人和”的持续再平衡中获得可生息的工程解。

无标题.jpg

具身智能和大模型的关系

一、具身智能和当前流行的大模型的关系

具身智能(Embodied Intelligence)和当前流行的大模型(如大语言模型、多模态模型等)在技术上存在紧密的联系。

1. 大模型为具身智能提供能力支持

(1)语义理解与逻辑推理能力:大语言模型具备强大的语义理解和逻辑推理能力,能够帮助具身智能系统更好地理解自然语言指令。机器人可以根据人类的口头指令理解任务要求,并灵活调整行为。

(2)多模态感知与决策能力:多模态模型使具身智能系统能够融合多种感官信息进行感知和决策。通过视觉和触觉信息识别地面材质并调整清洁设备的工作模式。

2. 具身智能为大模型提供应用场景和反馈

(1)物理载体与现实交互:具身智能强调智能系统与物理世界的互动,为大模型提供了实际的应用场景和反馈机制。大模型可以通过具身智能系统在现实世界中验证和优化其决策。

(2)数据生成与增强:具身智能系统在与环境交互过程中生成的大量数据可以用于进一步训练和优化大模型,提升其性能。

3. 大模型赋能具身智能的具体方式

(1)环境感知:大模型可以处理来自传感器的多种数据,帮助具身智能系统更准确地感知环境。

(2)任务规划:大模型能够根据任务目标生成详细的行动计划,指导具身智能系统完成复杂任务。

(3)奖励函数设计:在强化学习中,大模型可以设计更合理的奖励函数,帮助具身智能系统更高效地学习。

4. 技术挑战与发展方向

(1)实时性与效率:具身智能需要实时处理和响应环境变化,而大模型的计算复杂度较高,如何在保证实时性的同时利用大模型的能力是一个挑战。

(2)硬件与软件协同:具身智能的发展需要硬件(如传感器、执行器)和软件(如大模型)的协同优化,以实现更高效、更智能的系统。

(3)安全与可靠性:在具身智能系统中应用大模型时,需要确保系统的安全性和可靠性,避免因模型的不确定性导致的安全问题。

5. 未来展望

(1)人机协同:大模型与具身智能的结合将推动人机协同的发展,人类和智能机器可以在各自擅长的领域发挥优势,共同应对复杂任务。

(2)通用人工智能:这种结合被认为是实现通用人工智能(AGI)的重要途径之一,有望使智能系统在更多领域达到甚至超越人类水平。简言之,大模型为具身智能提供了强大的感知、理解和决策能力,而具身智能为大模型提供了应用场景和反馈,两者的结合正在推动人工智能技术向更高水平发展。

二、具身智能的技术路线

具身智能的技术路线可以从多个角度进行分类和探讨,以下是基于搜索结果整理的具身智能的主要技术路线:

1. 基于模型的分类

(1)端到端模型:这种模型通过一个神经网络完成从任务目标输入到行为指令输出的全过程,能够直接从人类指令到机械臂执行,如谷歌的 RT-2。端到端模型覆盖感知 - 决策 - 控制全流程,理论上可获取的信息量最为丰富,输出效果最优。

(2)分层决策模型:将任务分解为多个层级,通过多个神经网络训练组合。例如,“大脑(推理)+ 小脑(控制)”的分层快慢系统。分层模型中,LLM(大语言模型)、VLM(视觉 - 语言多模态大模型)等已成为具身大脑的主流范式,而小脑侧仍以传统控制方法为主。

2. 基于训练方法的分类

(1)模仿学习:通过观察和模仿专家行为来学习任务,学习速度快但泛化能力较差。

(2)强化学习:通过与环境交互学习最佳策略,能够处理动态环境但学习过程缓慢且设计奖励函数难度较高。强化学习一直是机器人行动学习技术的主导范式,通过与环境的交互不断试错、学习和优化策略。

3. 基于感知技术的分类

(1)纯视觉技术路线:仅用摄像头采集数据,结合三维重建算法实现感知。

(2)雷视融合技术路线:结合雷达传感器与视觉摄像头,如 3D 视觉传感器 + 激光雷达,是当前主流方案。

(3)多模态感知融合:主流厂商多采用多目立体视觉摄像头 + 雷达传感器,结合多种感知技术实现更准确的环境感知。

4. 基于硬件与软件协同的分类

(1)硬件优化:专门为机器人应用设计的 AI 芯片将大幅提升计算效率,能耗优化技术将延长系统续航时间,而仿生设计理念将借鉴生物的高效结构,让机器人的物理形态更加优化。

(2)软件优化:大模型作为强化学习的辅助工具,能够突破强化学习的发展瓶颈。利用大语言模型(LLMs)设计或塑造深度强化学习的奖励策略,避免了人工设计策略函数的繁琐过程。

5. 基于应用场景的分类

(1)工业场景:具身智能在工业场景中的应用包括物流运输、车间搬运、家庭清洁和家庭陪伴等。2025 年将看到更多的工业场景下的具身智能应用,部分人形机器人迎来量产。

(2)家庭场景:具身智能在家庭场景中的应用包括家务劳动、陪伴等。

6. 基于数据采集的分类

(1)基于仿真环境的数据采集:数据采集成本低但存在迁移性能下降的问题。

(2)基于真实世界的数据采集:更真实可靠但成本高、效率低。

7. 基于未来发展方向的分类

(1)类脑算法:类脑算法可替代传统控制器,人形机器人发展需从运动控制向视觉决策等升级。

(2)多模态大模型:具身智能需要整合视觉、听觉甚至嗅觉等多种感官,结合大语言模型形成新的多模态大模型。

(3)持续学习算法:持续学习算法的发展将解决“灾难性遗忘”问题,实现真正的终身学习。

综上所述,具身智能的技术路线丰富多样,涵盖了从模型架构到训练方法、从感知技术到硬件与软件协同、从应用场景到数据采集等多个方面。这些技术路线的发展将推动具身智能在更多领域实现突破和应用。

三、与日常生活结合紧密的具身智能应用案例

以下是两个与日常生活结合紧密的具身智能应用案例,以及其中存在的问题和挑战:

1. 家庭服务机器人

家庭服务机器人是具身智能在日常生活中的典型应用,能够执行家务劳动、陪伴人类等任务。

(1)家务执行:谷歌和斯坦福联合推出的Mobile ALOHA2机器人,能模拟人类双手进行备菜、翻炒、洗衣、逗猫、浇花等家务。智元机器人的智元绝尘C5具备多种清洁能力,可自主完成充电、加排水等任务。

(2)情感陪伴:日本的LOVOT机器人主打情感陪伴,每台具有不同性格特点,能根据互动展现不同情感状态,截至2023年在日本售卖量超1万台。

(3)存在的问题和挑战包括:

技术方面:目前的家庭服务机器人在复杂环境下的感知和决策能力仍有待提高,例如在识别不同材质的物体、处理复杂的家庭场景时可能会出现误差。此外,机器人的运动控制精度和灵活性还不够高,难以完成一些精细的家务操作。

数据方面:训练家庭服务机器人需要大量的真实场景数据,但数据采集成本高且获取难度大。同时,如何让机器人更好地理解和适应不同家庭成员的个性化需求也是一个挑战。

安全方面:机器人在家庭环境中与人类近距离接触,需要确保其动作安全可靠,避免对家庭成员造成伤害。

2. 物流仓储机器人

物流仓储机器人在大型物流仓库中能够自主导航、识别货物并进行搬运。

(1)货物分拣与搬运:亚马逊的仓库机器人可以在密集的货架间穿梭,高效地完成货物分拣和运输任务。Reflex机器人在物流场景中用于分拣和搬运货物。

(2)技术方面:尽管机器人能够完成一些基本的货物搬运任务,但在处理形状不规则、重量较大的货物时仍存在困难。此外,机器人的路径规划和避障能力需要进一步优化,以应对复杂多变的仓库环境。

(3)数据方面:物流场景中货物的种类和布局不断变化,机器人的学习和适应能力需要更强,以应对不同的任务需求。同时,数据的实时性和准确性对机器人的决策至关重要,但目前的数据采集和处理系统还存在延迟。

(4)成本方面:物流仓储机器人的研发和部署成本较高,限制了其大规模应用。此外,机器人的维护和更新也需要一定的成本投入。

具身智能在家庭服务和物流仓储领域的应用已经取得了一定的成果,但仍面临诸多问题和挑战。随着技术的不断进步和创新,这些问题有望得到解决,从而推动具身智能在日常生活中的更广泛应用。

转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自刘伟科学网博客。

链接地址:https://wap.sciencenet.cn/blog-40841-1493379.html?mobile=1

收藏

分享到:

下一篇
当前推荐数:4
推荐到博客首页
网友评论0 条评论
确定删除指定的回复吗?
确定删除本博文吗?