
没有复杂的环境,很难实现复杂的群体行为,也就是说,复杂的环境常常才会催生出复杂的群体智能交互行为。就像蚁群在复杂的自然环境中,需要通过复杂的信息素交互来寻找食物、构建巢穴等,这种复杂环境促使它们发展出了高效的群体智能交互机制。在多智能体系统中,如果任务环境单一,可能不需要复杂交互,但如果环境动态变化,就需要更复杂的协作机制。所以环境的复杂度和群体智能的复杂性之间存在正相关,但不是绝对的,还与个体能力和交互规则复杂度有关。当然,世界是神奇的,也会存在在简单环境下展现群体智能的情况,如康威生命游戏,规则简单却能产生复杂模式,还有三个和尚没水吃现象等。这里可能存在对“复杂”定义的区别,环境简单但个体交互规则复杂时,也能产生一定的群体智能行为。
群体智能的关键在于多个智能体都具有主体性,即每个智能体都能够知几、趣时、变通。“知几”类似于每个智能体对自身状态、位置等信息的感觉知晓,就像蚁群中的蚂蚁知道自己所在的位置以及周围的环境情况;“趣时”可以理解为适应时机的顺势能力,例如鸟群中的鸟会根据季节变化适时迁徙;“变通”即灵活调整策略,多机器人系统中每个机器人能够根据整体任务需求和周围环境变化改变自己的行动策略。
在蚁群算法里,单个蚂蚁就是有主体性的智能体。它们能感知自己周围的化学信息素浓度(知几),根据信息素的强弱决定前进方向(趣时),当遇到障碍或者新的食物源时会改变路径(变通)。正是每个蚂蚁的这种主体性,使得整个蚁群能够高效地寻找食物、构建巢穴等,涌现出群体智能。
在简单环境中,像Boids模型里模拟鸟群飞行的程序,每个虚拟鸟(智能体)也有主体性。它们能感知周围鸟的位置(知几),根据临近鸟的飞行方向调整自己的飞行方向(趣时),遇到碰撞危险时会随鸟群质心变化而改变飞行姿态(变通),从而实现群体飞行的有序性弥聚(弥散与聚合)效应。
个体主体性与群体涌现之间有着紧密的联系。一方面,个体主体性是群体涌现智能的基础,每个智能体基于自身的态势感知、判断和行动,相互作用后产生群体的智能行为;另一方面,群体涌现的智能又会对个体主体性有一定的反馈和约束,促使个体调整自身的行为策略。在实际设计具有主体性的智能体以实现复杂群体行为时,需要平衡个体自主性与全局协调。如果个体过于自主,可能会导致群体混乱;而如果个体自主性不足,群体又难以涌现出复杂的智能行为。
在人、机、环境系统中,当机器智能提高和环境复杂性增加时,类似牛顿式日月地三体问题将会变得越来越难解。从理论上来说,经典牛顿力学中的三体问题是确定的物理模型,但由于复杂的引力相互作用导致混沌而难以长期预测。而在人、机、环境系统中,人具有主观意识、情感和自主决策能力,机器智能不断提高且具有自身的算法逻辑,环境又包含众多不确定因素,这种交互关系比经典三体问题更加复杂,是一种复杂自适应系统,其可预测性更低。在实际应用中,有很多这样的例子,在自动驾驶领域中,车辆(机器)需要在复杂的环境(交通状况、天气等)下与人(其他司机、行人)交互。机器要根据自身传感器获取环境信息做出决策,同时还要考虑其他车辆和行人的行为,而人的行为具有很大的不确定性,环境也随时可能发生变化,这就使得整个系统难以准确预测和控制。在智能电网中,不同的发电设备(可视为机器智能体)、电力用户(人)以及复杂的电网环境之间也存在类似问题,发电设备要根据电网的实时状态(环境的一部分)和其他设备的运行情况调整发电功率,电力用户的需求也会随时间不断变化,电网环境本身也很复杂,三者交互使得系统的运行状态难以精确预测。传统的应对方法在这种情况下存在局限性。经典的控制理论和建模方法往往难以处理这种高度复杂和不确定的系统。
未来的研究方向可能包括混合建模,即将物理模型与数据驱动的模型相结合,以更好地描述人、机、环境生态系统的复杂交互。如数字孪生技术可以为系统创建虚拟副本,在虚拟环境中进行大量的模拟实验,从而为人、机、环境系统的设计和优化提供参考;韧性系统设计则注重系统在面对各种不确定性和干扰时保持正常运行的能力,通过提高系统的冗余性、自适应性和自我修复能力来应对复杂的人、机、环境交互带来的挑战。所以,重新认识逻辑与权重的交互作用将成为破解人、机、环境复杂三体系统的关键。以下是关于如何重新认识逻辑与权重的交互作用以破解人、机、环境复杂三体系统的分析:
一、理论框架
1. 逻辑的角色
在人、机、环境系统中,逻辑提供了一种结构化的推理方式。在决策过程中,系统一般会基于已有的规则、知识和因果关系进行判断,像在工业生产中,如果机器出现故障(原因),按照预先设定的逻辑(如特定故障对应的维修流程),应该采取相应的维修措施(结果)。逻辑具有确定性,它依据明确的条件进行推理,在系统中建立起一种稳定的决策框架。
2. 权重的角色
权重更多地体现了对不同因素的重视程度或者是一种动态的动机、价值、目标调整机制。在多任务优化问题中,不同的目标会有不同的权重,例如在自动驾驶系统中,安全性、行驶速度和舒适度等目标都有各自的权重,权重可以根据不同的情境进行动态调整,如在恶劣天气条件下,安全性权重会相对提高,系统会优先保证行驶安全,即使这可能会降低一定的行驶速度。
3. 交互作用的本质
逻辑与权重的交互是一种动态平衡的过程。逻辑提供了基本的推理结构和规则边界,而权重在这个框架内根据环境的变化和系统的目标进行调整。在一个智能安防系统中,逻辑上规定当检测到可疑人员(基于预定义的行为模式识别逻辑)时需要发出警报。但是,权重可以根据不同的场景进行调整,如在机场等高风险区域,对于可疑人员的检测权重就会更高,即使是一些轻微的异常行为也可能触发警报,而在低风险的办公区域,权重相对较低,需要更多证据或者更明显的异常行为才会触发警报。
二、实例分析
1. 传统强化学习中的应用
在强化学习算法中,智能体通过与环境交互来学习最优策略。逻辑在这里体现为智能体对不同动作可能产生的结果的理解,例如在机器人的运动控制中,知道向左转可能会导致避开障碍物,向右转可能会靠近目标等基本逻辑关系。权重则表示不同动作在特定状态下对奖励函数的贡献程度。例如在一个机器人探索未知环境的任务中,靠近目标点的动作可能被赋予较高的权重,因为这有助于更快地完成任务获得奖励,而一些探索性但离目标较远的动作权重相对较低。随着机器人不断探索环境,权重会根据实际获得的奖励情况进行动态调整,同时逻辑也随着新知识的获取而更新,例如发现某个原本认为通向目标的路径其实是死胡同,那么相应的动作逻辑就会被修正,权重也会重新分配。
2. 符号AI与深度学习的结合
符号AI基于逻辑规则进行知识表示和推理,在专家系统中,通过一系列的if - then规则来解决问题。深度学习则擅长从大量数据中学习模式和特征,但缺乏明确的逻辑解释。两者的结合可以实现优势互补,在医疗诊断系统中,符号AI可以根据医学知识(如疾病的症状、发病机制等逻辑关系)进行初步诊断,而深度学习可以通过分析大量的病例数据来调整诊断的权重。例如对于一些罕见病,符号AI可能由于缺乏足够的先验知识而难以准确诊断,深度学习可以通过学习大量的病例数据,调整各个症状在诊断中的权重,辅助符号AI做出更准确的诊断。同时,符号AI的逻辑规则也可以为深度学习的结果提供解释和验证,确保诊断结果的合理性。
三、挑战与解决方向
1. 不确定性的挑战
在人、机、环境系统中,存在大量的不确定性因素,如人的行为的不确定性、环境的变化等。逻辑往往难以直接处理这些不确定性,而权重的调整需要准确感知这些不确定性并做出合理反应。例如在股票交易系统中,市场情绪、突发事件等因素使得股票价格波动具有高度不确定性,传统的基于逻辑的财务分析模型难以准确预测,权重的动态调整也需要克服这种不确定性带来的干扰。
动态的主动适应性非常重要。系统和环境都是动态变化的,逻辑规则可能很快过时,权重的设置也需要及时更新。在社交媒体内容推荐系统中,用户的兴趣爱好随着时间迅速变化,新的流行文化元素不断涌现,基于旧有逻辑的推荐规则可能不再适用,权重的调整也需要跟上这种变化,以准确地向用户推荐他们可能感兴趣的内容。
2. 解决方向
建立动态权重调整机制,根据实时的环境反馈和系统目标,设计一种能够自动调整权重的算法。例如在自适应巡航控制系统中,利用传感器获取前方车辆的距离、速度等信息,根据这些信息动态调整跟车距离、速度等权重参数,以确保行驶的安全性和效率。
构建一种将逻辑推理与权重学习相结合的系统架构。例如在智能法律助手系统中,利用逻辑规则构建法律条文的推理框架,同时通过机器学习分析大量的案例数据来调整推理过程中的权重,提高法律咨询的准确性。
四、未来展望
1. 基于人机协作的混合智能系统
在未来的人、机、环境复杂系统中,人机协作的混合智能系统有望成为主流。在这种系统中,人类可以利用自己的常识、创造力和逻辑推理能力,机器则可以发挥其数据处理、模式识别和快速计算的优势。在科学研究中,科学家提出研究思路和假设(基于人类的逻辑思维和创造力),机器通过分析大量的实验数据和文献资料来确定研究方向和实验方案的权重,两者协同工作,加速科学发现的进程。
2. 跨领域应用与创新
随着对逻辑与权重交互作用认识的深入,这种理念将在更多的跨领域得到应用和创新。如在城市规划中,逻辑可以用于规划城市的功能分区、交通网络布局等基本规则,而权重可以根据人口增长、环境变化、经济发展等因素动态调整各个功能区域和交通线路的优先级,从而构建更加高效、可持续的城市系统。
人机环境系统智能犹如一座桥梁,完美地连接起东方整体系统的“无”与西方科技还原的“有”。东方文化中的“无”蕴含着整体的、无形的关系和潜在的可能性,如同阴阳学说中的阴阳交融,看似无形却支配着万物的运行规律,在人机环境系统中表现为各要素间动态的、非线性的整体关联,是一种超越具体形态的系统性存在。而西方科技的“有”则体现在对事物细致入微的分析与还原,如西医对人体结构的解剖分析般精确。在人机环境系统智能中,西方的还原论方法有助于深入剖析智能体、环境和人各自的属性与功能,像构建逻辑权重体系时对每个变量精准的定义与量化。同时,东方的整体观又让这些被分解的要素重新整合,形成一个有机的整体,如同将各个零件组装成一台精密运转的机器。例如在智能交通系统中,西方科技精确计算每辆车的行驶轨迹、速度等(有),而东方整体思维则考虑到交通流整体的畅通性、人与车之间的和谐关系等(无),两者结合构建起高效、有序的人机环境系统智能,实现了从微观分析到宏观整合的完美跨越。
总而言之,在人机环境群体智能体系中,一多分有的弥聚效应如同纽带,将整体与部分紧密相连,部分的功能与整体的功能相互影响、相互依存,如同智能体个体与群体智能的辩证统一,部分智能体的特性既塑造着整体,又被整体所塑造。自主与它主的逻辑权重混合机制在其中发挥关键的决策平衡作用,系统自身的自主决策能力与外部它主的影响因素交织,根据不同情境动态调整逻辑权重,确保决策既能体现系统的内在逻辑又能适应外部环境变化。而1 + 1 = 2(计算)与1 + 1 ≠ 2(算计)结合的辩证机理则体现了系统协同的多元性,既有智能体间独立作用下的线性叠加效果,又有超越简单叠加产生的非线性涌现现象。通过一多分有的弥聚效应构建起整体的智能框架,借助自主与它主的逻辑权重混合机制进行精准的决策调节,再运用1 + 1 = 2与1 + 1 ≠ 2结合的辩证机理处理系统内部的计算计协同关系,最终实现AI +的超级智能体系,这个体系将突破现有AI的局限,深度融合人机环境,展现出远超简单叠加的强大智能生态。
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