【科普】吴飞教授：《走进人工智能》---第8讲从个体智能到群体智能：整体大于部分总和∣自私个体之间的合作

2022 年 4 月 7 日 中国图象图形学学会CSIG

由高等教育出版社、高等教育电子音像出版社出品，浙江大学上海高等研究院联合上海人工智能实验室智能教育中心共同打造了原创人工智能前沿科普有声通识数字栏目——《走进人工智能》，主理人为浙江大学上海高等研究院常务副院长，浙江大学人工智能研究所所长、中国图象图形学学会理事、动画与数字娱乐专业委员会副主任 吴飞教授 ，本栏目已在喜马拉雅平台正式上线。

本期内容为《走进人工智能》：第8讲从个体智能到群体智能：整体大于部分总和∣自私个体之间的合作

《走进人工智能》

第8讲

从个体智能到群体智能：整体大于部分总和

你好，这里是吴飞的数字专栏《走进人工智能》。上一讲中我们介绍了博弈论拥抱人工智能，使人工智能从追求最优解向探索均衡解迈进。人工智能和博弈论的结合依旧是未来解决复杂现实问题的一个重要研究方向。在专栏的第八讲，我为你准备的内容是“从个体智能到群体智能：整体大于部分总和”。自然界中我们经常观察到蚁群、鸟群和蜂群等群体协作完成复杂任务，体现群体所独有的智能，具有“整体大于部分总和”的涌现性特点，这就是群体智能。这一讲中我从群体智能的历史发展、群体智能分类和群智应用等方面来详细介绍。

自私个体之间的合作：进化过程架构师

德国作家恩斯特·荣格（Ernst Jünger）在1957年出版的科幻小说《玻璃蜜蜂》（the glass bees）中首次引入了“机器蜂群（swarms of robots）”这一概念，描绘了机器蜂群中个体成员之间相互协作，在传授花粉方面取得了比动物蜜蜂更高效率的这一科幻场景。近年来，随着人工智能、传感器、物联网和无人系统等技术取得突破性进展，“蜂群”已成为一个蓬勃发展的跨学科研究热点。

“蜂群”是以无人平台为基础，以自主控制与协同交互为核心，以群体智能涌现为主要特征的集群协调体系。“蜂群”一般拥有较大规模的无人系统单元，每个无人系统单元具有自主性，遵循简单行为规则，个体之间协同交互，能够在群体层面涌现出宏观智能行为，从而完成复杂任务。

蜂群系统体现出“整体大于部分总和”这一重要特点，这极大地得益于蜂群中每个个体之间的合作协调。三个和尚不分工不合作就没水喝，而三个臭皮匠有机合作、博采众长，则可顶一个诸葛亮。

达尔文进化论的核心是“物竞天择”，这一自然选择过程使得一个物种不可能给另外物种带来利益。主流经济学建基于古典的“经济人”假设，“经济人”是被赋予了完全利己的行为动机的、追求自身利益最大化的完备理性主体。这样一种预设前提实际上是将合作中所需的利他行为排除在理性之外。但是，人类在进化过程中，存在着“因亲缘而彼此合作”、“因互惠而利他合作”以及“汤姆逊瞪羚（Thomson′s gazelles）模式下纯粹利他行为合作”等诸多不同合作现象。合作是进化过程的“架构师”，是人类社会的“最大成功”。自私的个体为什么会产生合作行为？合作行为如何维持和演化？这些一直是自然科学和社会科学领域的重要研究问题。2005年美国《科学》（Science）杂志列出了125个重要的、未曾解决的科学问题，其中第16个就是“人类合作行为如何发展”。

自然界中蜂群、鸟群和蚁群等给与科学家们诸多研究灵感。这些动物群体中的个体虽弱小简单，但拥有自主性和机动性，每个个体只需遵循较为简单的规则，就能结成一个高效协同的群体并完成令人难以置信的复杂任务。例如：蚂蚁会通过身体接触、高频声波以及分泌警报型和追踪型费洛蒙这一信息激素，进行群体协同以寻找最佳觅食路线、筑巢、社交以及杀死并搬动庞大的猎物；呈现人字形和一字形迁徙的南飞大雁，在飞行中一只大雁羽翼借助前一只大雁羽翼所产生动力，使飞行省力，具备“雁阵效应”（Wild Goose Queue effect）。在“雁阵效应”支持下，编成“人”字队形飞行的大雁，要比具有同样能量而单独飞行的大雁多飞70%的路程，也就是说，编队飞行的大雁能够借助团队的力量飞得更远——协同会增加70%的力量。

产品名称：走进人工智能∣有声通识十五讲

主理人：吴飞

出品机构：高等教育出版社、高等教育电子音像出版社

合作机构：浙江大学上海高等研究院、上海人工智能实验室智能教育中心

出品时间：2022年1月