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项目名称： 船舶主机能效与通航环境动态响应关系研究
项目编号： No.51279149
项目类型： 面上项目
立项/批准年度： 2013
项目学科： 水利工程
项目作者： 严新平
作者单位： 武汉理工大学
项目金额： 80万元
中文摘要： 船舶能效提升理论是适应船舶节能减排趋势的理论基础。通航环境在很大程度上影响船舶主机能效，而且诸因素对船舶的影响机理尚未能得到系统和深入研究，是航运界关注的热点之一。本研究选择长江营运船舶为研究对象，针对通航环境要素对主机能效的影响特点，采用数学分析与实验验证相结合的方法，规避机理分析的复杂性和不确定性问题，分析随机环境因素对主机能效影响的统计特征，研究环境诸因素对船舶主机能效变化的影响机理，区分重要因素和次要因素，建立主机能效与通航环境的动态响应关系模型，提出在风向-流速-水深等通航环境要素作用下的船舶主机能效提升理论与方法，服务于航路规划，提高船舶管理精细与科学水平，为航运企业开展节能减排提供新策略，推动绿色低碳航运的发展。
中文关键词： 船舶主机；能效；通航环境；动态响应；
英文摘要： Ship energy efficiency promotion theory provides a concrete foundation for ship energy conservation and pollution reduction. The voyage environment influences the ship propulsion energy efficiency significantly, but the machanisms have not been thoroughly analyzed, which is one of the hot topics in shipping industry. Based on the characteristics of voyage enviromental impacting on the ship propulsion engine, this study would choose merchant ships in Changjiang river as research target, and combines mathematical analysis and experimental verification to evade the complexity and indeterminacy of mechanism analysis, the impacts to vessel propulsion energy efficiency from each envirionment fators will be studied, important fators and secondary fators would be distinguished, the dynamic response relationship theory between propulsion engine energy efficiency and vovage envirioment would be developed, and the energy efficiency promotion theory and method for propulsion engine would be summarized, under the impacts of vovage envirionment, which would serve the vovage planning, improve the precise and rational level of ship management, supply new strategy for shipping company to save energy and protect environment, thus promotes the green and low-carbon developments in shipping.
英文关键词： Ship main engine；energy efficiency；voyage environment；dynamic response；
项目名称： 伴有泌尿系统畸形的多器官出生缺陷的遗传基础及其致病机制的研究
项目编号： No.81370715
项目类型： 面上项目
立项/批准年度： 2013
项目学科： 医药、卫生
项目作者： 蔡光伟
作者单位： 香港中文大学深圳研究院
项目金额： 70万元
中文摘要： 多发性先天畸形是围产儿死亡和儿童残疾的重要原因。目前认为遗传因素是多发性先天畸形的主要原因。然而对伴有泌尿系统畸形的多发先天畸形的致病机制研究甚少。我们在一例单绒毛膜双羊膜囊(MCDA)单卵双胞胎的产前超声检查发现仅一胎为VACTERL综合征，一种严重的伴有泌尿系统畸形的多发畸形，aCGH芯片检测出其受累组织中有致病性基因组拷贝数变异。单卵双胞胎遗传物质上不同程度的差异是导致其表型不一致的重要因素。由此推论生殖细胞的新发突变或受精后的体细胞突变可能导致伴有泌尿系统畸形的多发畸形。本课题选取仅一胎表现为该种畸形的MCDA单卵双胞胎，采用第二代测序技术进行全基因组高深度测序，定位致病性基因组变异，阐述变异类型与先天性畸形的相关性。同时构建羊水和皮肤纤维细胞来源的诱导性多能干细胞作为疾病模型，检测对干细胞分化的影响，基因表达谱的变化，该研究有望揭示先天性畸形的分子机制，促进我国对出生缺陷的防治。
中文关键词： 泌尿系统畸形；全基因组测序；CNV；染色体结构异常；基因芯片
英文摘要： Multiple organ congenital malformation is a significant cause of perinatal mortality and disability in children. It is known that genetic causes mainly account for multiple congenital malformations. However,there is limited research on the pathogenic mech
英文关键词： Urinary system defects；whole genome sequencing；CNV；Structural variants；CMA
项目名称： 鞘氨醇激酶2(SphK2) 代谢失衡促进慢性结肠炎微环境形成及炎癌转化研究
项目编号： No.91629303
项目类型： 重大研究计划
立项/批准年度： 2017
项目学科： 医药、卫生
项目作者： 曲显俊
作者单位： 首都医科大学
项目金额： 160万元
中文摘要： 结肠组织易缺氧、形成慢性肠炎及炎性腺瘤增生等，原因不明。前期发现，SphK2代谢失衡与结肠癌有关。与SphK1不同，SphK2功能不清。假设SphK2是导致肿瘤微环境主要原因，SphK2表达与代谢异常促进结肠炎癌转化。在建立Sphk2+/+和APCMin/+Sphk2+/+小鼠及分子影像技术确证基础上，分析结肠和淋巴组织肿瘤相关淋巴细胞被招募和驯化状况，分析SphK2上调PD-L1/PD-1及M2、MCSCs浸润，确定Sphk2通过激活免疫逃逸方式促进结肠炎癌转化。以上述小鼠模型及APCMin/+/Atg5和Sphk2+/+/Atg5小鼠等，在基因组测序基础上，研究SphK2具备“分子开关”调控网络机制，确认内质网应激条件下由于SphK2激活所导致的以Atg5为中心形成的凋亡转向自噬调控过程，促进结肠炎癌转化。项目的意义在于明确SphK2是在慢性结肠炎癌转化节点调控关键网络转向的主要分子。
中文关键词： 鞘氨醇激酶2；慢性结肠炎；炎症微环境；炎癌转化；分子开关
英文摘要： Colonic tissues characterize with hypoxia, formation of colonic inflammation and growth of adenomatous polyposis. The reason has yet unknown. We recently found that development of colonic tumorigenesis is related to SphK2 overexpression and loss of balance in metabolism of products. Unlike well-studied SphK1, little has yet understood the functions of SphK2. Based on our previous results, we hypothesize that overexpression of SphK2 causes the formation of tumour microenvironment (TME) and promotion of malignant progression in colon. Based on the establishment of transgenic mice models and determination by in vivo visualization probes, including mice models of Sphk2+/+ and APCMin/+Sphk2+/+, we will further analyze the tumor-associated lymphocyte recruited and educated by cancer cells with high SphK2. Expression of PD-L1/PD-1 and M2 and MCSCs cells invaded colon cancer tissues will be analyzed to understand the mechanism that cancer cells with high Sphk2 escape from immunological surveillance through regulation of the PD-1/PD-L1 axis. Further, we will investigate the net work involving the regulation of tumor microenvironment and development of colitis-associated cancer. The experiment will be performed in the APCMin/+/Atg5 and Sphk2+/+/Atg5 mice model as well as HCT-116Sphk2 cells. We will understand the function of molecular switch for Sphk2 through the activation of autophagy function in Atg5 and inhibiting apoptosis in the condition of endoplasmic reticulum (ER) stress. The significance for this project is that SphK2 might play crucial roles in the conversion from chronic inflammation to tumorigenesis and further progression of colon cancer.
英文关键词： SphK2;chronic colorectal inflammation;tumour microenvironment (TME);conversion from inflammation to tumorigenesis;molecular switch
项目名称： PDMAEMA基共聚物的多重响应和多重相转变行为及其应用
项目编号： No.21376073
项目类型： 面上项目
立项/批准年度： 2013
项目学科： 数理科学和化学
项目作者： 韩霞
作者单位： 华东理工大学
项目金额： 80万元
中文摘要： 基因治疗可为先天性遗传疾病和严重后天获得性疾病的治疗提供有效途径，高分子非病毒基因载体因其低免疫反应、可运载任何尺寸的基因、制备简单方便、基因转染效率高等优点而受到青睐。本项目以基因转染为应用背景，设计并合成系列生物可降解的新型基于聚甲基丙烯酸-N,N-甲氨基乙酯(PDMAEMA)的聚合物基因载体材料，该聚合物对环境的变化具有多重响应特性，在溶液中聚集体呈现多级结构转变。本项目采用实验观察与计算机分子模拟相结合的方法，研究聚合物结构与其环境响应特性、聚集态结构转变的关系，观察其与DNA的复合物的形成、微观结构和解构过程，探索利用该聚合物的多重环境响应性进行DNA压缩、输运和释放过程的调控，构建低细胞毒性和高转染效率基因载体体系，为基因转染过程和机理研究提供分子水平的理论基础和指导。
中文关键词： PDMAEMA 基共聚物；环境响应性；溶液聚集行为；计算机模拟；
英文摘要： Gene therapy is one of the most promising treatments for both congenital genetic disorders and severe acquired diseases, such as cancers, cardiovascular diseases. The clinical applications of gene therapy, however, are restricted by shortage of safe, effi
英文关键词： PDMAEMA-based copolymer；Stimuli-responsive property；Aggregation behavior；simulation；
项目名称： X射线双星的高能辐射研究
项目编号： No.11473027
项目类型： 面上项目
立项/批准年度： 2015
项目学科： 天文学、地球科学
项目作者： 张澍
作者单位： 中国科学院高能物理研究所
项目金额： 92万元
中文摘要： 课题的主要研究对象是X射线双星吸积的三个基本要素：盘、冕和喷流，特别是将重点开展对于冕的性质研究。我们将采用中子星表面的I 型X射线暴这样的经典标准烛光作为探针来研究冕的性质，以及冕和盘、喷流的相互关系。采用这种新的方法开展研究，有望给出有关吸积盘、冕和喷流观测的新结果，并将有助于研究两类伽玛射线XRB这一前沿热点：该领域的一个关键问题就是有关两类伽玛射线XRB吸积形成盘冕和喷流需要的条件，因此，伽玛射线XRB的观测积累和辐射机制研究也相应成为本课题的另一个研究重点。从观测上来看，我国的HXMT将在2015年升空，它具备世界最大的硬X探测面积以及最新的一手观测数据，通过结合其他卫星例如Fermi的数据，观测数据可以覆盖从硬X射线波段到伽玛射线波段的较宽能段。本课题通过采用新研究思路和分析新观测数据展开研究，预期为XRB领域中诸如冕的性质和伽玛射线XRB辐射机制等基本问题的解决提供新线索。
中文关键词： X射线双星；高能辐射；X射线；伽玛射线；辐射机制
英文摘要： The project will be focused on the three basic elements of X-ray binary system(XRB): disk/corona/jet, with the emphasis on the research of the corona property. The research will be carried out with a novel method of taking type-I X-ray burst as a unique probe to study the corona, and its correlation with the disk and the jet. By taking this novel method, it hopefully will lead to new clues in understanding the disk corona and jet, and is helpful for solving problems on the two types gamma-ray XRB, which is a current frontier hot spot. One of the key issues is about understanding the conditions under which the gamma-ray XRB system can form a disk/corona/jet structure. Therefore, gamma-ray XRB will be another research target of this project accordingly. For the observations, in 2015 the first Chinese HXMT will be launched, which works at hard X-ray with the largest detection area and provides us the most state-of-the-art data. We plan to work on the HXMT data and as well the data from other missions like Fermi, aiming at carrying out this project in a rather broad wavelength. This project is expected to provide clues necessary for resolving the basic problems of XRB domain, like the corona property and gamma-ray XRB emission mechanism, via being carried out with both the new probe and the new data.
英文关键词： XRB;high energy emission;X-ray;gamma-ray;emission mechanism
项目名称： 青藏高原三种典型土著动物种群遗传结构和分子系统地理学研究
项目编号： No.31370405
项目类型： 面上项目
立项/批准年度： 2013
项目学科： 生物科学
项目作者： 张同作
作者单位： 中国科学院西北高原生物研究所
项目金额： 80万元
中文摘要： 现代生物物种的遗传结构和有效种群变化与史上环境变迁密切相关。青藏高原是研究第四纪及本地区特有物种的起源、分化和系统地理格局等的重要地域。本项目采用分子生物学技术，以三套不同遗传背景的基因组DNA（母系遗传的线粒体基因、双亲遗传的核基因和微卫星）为遗传标记，运用种群遗传学、分子生态学和进化生物学理论，结合各种生物信息学分析软件，从分子水平对青藏高原三种典型土著啮齿动物--高原鼢鼠、根田鼠和喜马拉雅旱獭进行遗传结构和分子系统地理学研究，追溯其种群数量历史动态和进化过程，分析不同物种分子系统地理格局异同及其主要原因，探讨青藏高原典型地质事件和气候环境变化对高原物种演化历史和遗传格局形成过程的影响。本项目的开展对理解区域生物地理格局普遍性的演化规律具有重要的理论价值，对掌握高原鼠类扩张和爆发规律，积极预防和控制鼠害成灾、疾病传播并维护区域生态安全及保障人类健康具有重要的应用价值。
中文关键词： 喜马拉雅旱獭；柴达木根田鼠；高原鼢鼠；遗传结构；系统地理学
英文摘要： There are close relationships between the genetic structure and effective population size of extant species and historical environment changes. The Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) is a very important region for studying the origin, speciation, and phylogeog
英文关键词： Marmota himalayana；Microtus limnophilus；Eospalax baileyi；Genetic structure；Phylogeography
项目名称： 气体燃料缸内预混燃烧火焰稳定性的基础研究
项目编号： No.51376020
项目类型： 面上项目
立项/批准年度： 2013
项目学科： 能源与动力工程
项目作者： 张欣
作者单位： 北京交通大学
项目金额： 80万元
中文摘要： 本项目采用理论分析、数值模拟和实验研究等方法开展气体燃料缸内预混火焰稳定性的基础研究工作。通过建立气体燃料缸内预混湍流火焰分析模型，分析着火过程点火区域附近的湍流特征参数对初期火焰形成与发展的稳定性影响，研究火焰传播过程中缸内湍流的涡团结构分布对火焰面的作用，开展甲烷及掺混非烃气体成分的混合燃气在缸内预混燃烧的基础研究，通过实验分析获得不同初始条件下的火焰稳定性表征参量和火焰面结构，建立气体燃料预混火焰内在不稳定性分析模型，联合实验和数值计算揭示热膨胀、能量优先扩散、浮力等火焰内在不稳定影响因素以及湍流扰动对气体燃料着火初期火焰形态及结构的内在联系。在此基础上阐明氢组分对变组分气体燃料预混燃烧火焰稳定性的影响规律。本研究对深入认识内燃机缸内火焰燃烧特性和稳定性规律具有重要的学术意义。
中文关键词： 气体燃料；火焰稳定性；预混燃烧；内燃机；
英文摘要： The fundamental study on in-cylinder premixed flame stability of gas fuel will be conducted by using a combination of theoretical analysis, numerical simulation and experimental study. The in-cylinder turbulent premixed flame analysis model of gas fuel wi
英文关键词： gas fuel；flame stability；premixed combustion；Internal combustion engine；
项目名称： 磁镜场约束线形微波等离子体源的高密度特性研究
项目编号： No.11205201
项目类型： 青年科学基金项目
立项/批准年度： 2013
项目学科： 物理学II
项目作者： 陈龙威
作者单位： 中国科学院合肥物质科学研究院
项目金额： 30万元
中文摘要： 随着等离子体增强化学气相沉积技术在各领域应用的迅速发展，高密度、大面积均匀稳定等离子体源成为近年来亟待解决的关键问题和研究焦点。本项目拟以磁镜场约束线形微波等离子体为研究对象，采用理论与实验相结合的研究方法，试图将高密度、大面积均匀等离子体源技术提高到新水平。利用Langmuir探针、发射光谱、法拉第筒等诊断工具，研究磁镜场约束线形微波等离子体密度、电子温度、空间电位、离子能量等参数空间分布特性；研究放电条件、磁场、流场等对等离子体密度的影响；结合磁流体动力学模型理论分析磁场、微波、流场、等离子体相互作用机理；探索影响等离子体密度及轴向均匀性的内在机理。通过本项目的研究，明晰磁镜场约束线形微波等离子体的特性；阐明影响线形微波等离子体密度的内部物理机制；建立高密度、均匀稳定磁镜场约束线形微波等离子体的产生条件和优化方法，为实现高密度、大面积均匀稳定等离子体源及其应用提供思路。
中文关键词： 微波等离子体；线形等离子体；产生机理；磁镜场约束；
英文摘要： Combining theoretical and experimental research methods, this project is to investigate the linear microwave plasma with magnetic mirror field confinement, and to advance the superior density, large-area homogeneous plasma source technology to a new level. Utilizing diagnostic tools including the Langmuir probe, the optical emission spectrum, Faraday cup etc, the spatial distribution characteristics of the plasma parameters including plasma density, electron temperature, electric potential, ion energy etc, is to be investigated in the linear microwave plasma with magnetic mirror confinement. The effect of discharge parameters, intensity and distribution of the magnetic field, and working gas flow status on the electron density and its spatial distribution of plasmas is to be studied. Combining with the magnetohydrodynamic model, the interaction mechanism among magnetic field, plasma, microwave, and flow status will be theoretically analysed, and the internal physical mechanisms influencing the plasma density will be explored. Through the investigation of this project, the characteristics of the linear microwave plasma with magnetic mirror confinement will be revealed; the pivotal physical parameters and internal mechanisms influencing the characteristics of the high density linear microwave plasma will be clarif
英文关键词： Microwave plasma；Linear plasma；Generation mechanism；Magnetic mirror confinement；
项目名称： 飞机移动装配线柔性资源多模式多项目协同调度建模与优化研究
项目编号： No.61473211
项目类型： 面上项目
立项/批准年度： 2015
项目学科： 自动化技术、计算机技术
项目作者： 陆志强
作者单位： 同济大学
项目金额： 76万元
中文摘要： 本项目从飞机移动装配线的设计与运作决策背景出发，提出了三个相互关联的项目调度问题。分析与引入资源技能选择、作业模式选择决策和作业调度计划、资源分配计划之间的影响关系，研究具有复杂特征的单项目调度问题的建模与优化方法。针对节拍式装配过程调度决策需求，提出并研究具有周期性调度要求的多项目协同调度问题的建模方法。在此基础上，研究具有节拍约束的资源投入型项目调度问题，以实现不同外部需求下装配线线上资源的优化配置。同时，对于上述复杂问题的优化求解，提出并研究基于分层的元启发式搜索算法或基于问题最优性分解的循环迭代搜索算法。以上研究在建模对象和建模方法等方面都是对现有调度理论的进一步扩展与深入，具有理论创新意义，同时也为实际生产中普遍存在的一类节拍式资源共享型装配生产过程调度的科学决策提供核心支撑。
中文关键词： 移动装配线；项目调度；建模与优化
英文摘要： This research project proposes to study three interlinked resource constrained project scheduling problems arising from the designing and operational decisions for aircraft assembly move line. After analyzing the influence relationships among the skill designating decisions for multi-skill resources, the operating mode choices for multi-mode tasks and the scheduling of tasks and resources, the research proposes to study the modeling and optimizing methods for single project scheduling problem with certain complicated characteristics. In order to satisfy the decision requirements in a tact assembly process, the research proposes to study a modeling method for multi-project cyclically scheduling problem. Furthermore, it also proposes to study a resource investment project scheduling problem with the cycle time constraint so as to be able to acquire the optimized resource configurations of an assembly line according to various market demand rates. At the same time, it also proposes to design the meta-heuristic and iterative search algorithms respectively based on variable- or problem- decomposition frameworks to solve the above complicated problems. The research is considered to extend the existing scheduling theory at the dimensions of modeling aspects and methodology. Meanwhile, it provides as well the key support for the operational decisions commonly met in industry for tact assembly line with sharing resources.
英文关键词： Assembly Move Line;Project Scheduling;Modeling and Optimization
项目名称： 以膜受体ACVR1为靶点治疗进行性骨化性纤维增殖不良症的实验研究
项目编号： No.81170802
项目类型： 面上项目
立项/批准年度： 2012
项目学科： 医学二处
项目作者： 张克勤
作者单位： 同济大学
项目金额： 65万元
中文摘要： 进行性骨化性纤维增殖不良症(FOP)，又称进行性骨化性肌炎，该病以自发的肌肉炎症或肌肉受损伤诱导的进行性异位成骨为特征，导致关节活动障碍,晚期患者全身几乎所有关节都被异位骨组织所固定，终死于呼吸窘迫。目前对此病没有效果确切的治疗方法。我们发现97%的患者为骨形态发生蛋白（BMP）的I型膜受体之亚型ACVR1发生了c617G>A(R206H)点突变，该突变导致ACVR1活性增强，国外已证明该突变为致病原因。 我们计划：（1）把ACVR1胞外段与人免疫球蛋白IgG的不变区（Fc）连接形成ACVR1-Fc融合蛋白，该融合蛋白可望特异地竞争性抑制胞外段与配体（致病因子）的结合；（2）用siRNA减少细胞表达ACVR1(R206H)蛋白，以抑制ACVR1(R206H)全分子功能；（3）用FOP细胞模型和动物模型验证这二种方法抑制ACVR1的效果。本课题的完成有望为临床防治FOP提供潜在的方法。
中文关键词： 进行性骨化性纤维增殖不良症；ACVR1；融合蛋白；骨代谢；
英文摘要：
英文关键词： Fibrodysplasia ossificans progressiva；ACVR1；Fusion protein；Bone metabolism；
神经演化（Neuroevolution），即通过进化计算优化神经网络，自 1990 年代以来一直是机器学习领域中不断发展的一个重要分支。其主要关注点在于：当训练目标未知、且良好性能依赖于跨时间的多步决策时（如机器人控制、游戏博弈与决策制定），如何为智能体进化出高性能的神经网络。近年来，神经演化的研究范围进一步扩展到深度学习架构优化、生物智能演化机制的理解，以及面向硬件实现的神经网络优化。 本书将向学生介绍神经演化的基础知识，随后深入探讨多项使神经演化更高效、更通用的高级主题，回顾典型应用领域，并提出未来研究问题。书中还通过一个基于 Python 的软件平台提供动手实践，包括动画、交互式演示、练习与项目环境。我们希望你能从中获益！
为了说明神经演化的本质，考虑下面四个挑战（图 1.1）： 想象你想在一款你扮演搜救人员的视频游戏中创建一个角色。这个角色是你的助手：侦察有用信息、协助搬动大型物体等。你希望它能够预判你的意图，并以可信、类人（human-like）的方式行动：像你一样，它的资源有限，但通常能很好地利用这些资源。你要如何设计这样一个角色？它的许多特征很难精确定义：你只能在看到时才知道它是否合理。 再想象一场新的大流行正在出现。它似乎特别影响脆弱人群，似乎在拥挤环境中通过空气传播，并具有较长的潜伏期。这种疾病已在多个国家导致住院，一些国家也采取了应对措施，例如关闭学校、限制航空旅行、开展接触者追踪。最终，病原体可能会被测序，疫苗和药物也可能被开发出来，但我们必须立即应对疾病的传播。我们能否从世界各地的经验中学习，为不同国家、甚至城市与社区的当前状况提出定制化的干预建议？ 你是一名零售企业的分析师，试图预测不同商品在不同门店的销量，以最小化库存与浪费。你拥有包含产品描述、季节性变化与经济指标等的历史数据，理论上可以用深度学习进行预测。然而数据量还不够：如此复杂的网络很可能仅仅记住这些小规模数据，而不能在未来很好地泛化。然而，关于其他类型销量、以及其他经济与零售指标的数据却非常丰富。你能否设计一种深度学习架构，利用所有这些其他数据集来提升对你目标数据的预测能力？ 你是一名生物学家，研究某一物种的行为，例如鬣狗。你发现它们在某些情况下能够执行极其复杂的协作动作，从而战胜一群狮子。虽然鬣狗在许多社会性任务上都表现不错，但这一行为显得超出了它们通常的能力范围。我们是否正在观察进化本身，即一种可能最终导致社会智能飞跃的适应？这个假设无法在野外或实验室中直接验证。我们是否可以构建计算模拟来为此提供证据？ 以上四个例子均展示了神经演化在发挥作用。神经演化，即通过进化计算优化神经网络设计，是人工智能工具箱中一种与众不同的方法。其理念并非优化单一数量化指标，而是寻找能够同时实现多个目标的解决方案，其中一些目标甚至可能定义模糊；不是用它来取代人类的创造力和决策权，而是将其作为一种强大的发现工具来扩展人类能力；不是通过编码和应用已有有效方案来解决问题，而是去发现具有创造性、有效且往往令人惊讶、难以找到的解决方案；不是创建静态、僵硬的系统，而是发展能够在不可预测、不断变化的世界中泛化并适应的行为。因此，通过神经演化，可以开发基于人工智能的决策过程，从而改善工程、科学乃至整个社会。 本书旨在为读者提供神经演化在各种应用中所需的概念性与实践性知识，并推动其进一步发展。本章将从神经演化机制的高层概述开始，将其与其他类型的创造性 AI 进行比较，识别神经演化最有可能产生重大影响的机会。之后本书主体将依次回顾进化计算基础、利用编码与多样性的技术、构建智能体的方法、增强与利用其他学习系统（如深度学习、类脑系统、强化学习与生成式 AI），以及如何进行生物建模并从中获得洞见。
本书对这些主题进行了全面介绍。其目标不仅是让读者熟悉各种神经演化技术，还要提供能够利用这些技术、进一步发展它们并构建应用系统所需的工具。书中回顾了主要算法，并解释了它们的起源与动机；给出了具体的应用示例，并在文献中提供相关参考；指出了若干开放研究领域，并提出进一步研究的建议。此外，本书还通过多个深入的案例研究展示如何利用这些概念解决现实世界中更复杂的挑战与问题。 虽然本书假设读者具备神经网络的基本知识，但对进化计算并不要求较多背景。作为配套资源，书籍网站还提供了若干演示、练习以及一个通用的软件平台。其理念是为读者提供不仅是理论知识，还包括可直接应用和扩展的实用工具。 神经演化这一领域兴起于 20 世纪 80 年代末，其早期成果来自 Belew、McInerney 和 Schraudolph（1992），Harp、Samad 和 A. Guha（1989），Kitano（1990），G. F. Miller、P. Todd 和 Hedge（1989），Mjolsness、Sharp 和 Alpert（1989），Montana 和 L. Davis（1989），Mühlenbein 和 Kindermann（1989），Schaffer、Caruana 和 Eshelman（1990），以及 Whitley 和 T. Hanson（1989）。其发展历程大约每十年都会以综述形式记录下来（Floreano、Dürr 和 Mattiussi，2008；Hougen 和 Shah，2019；Schaffer、Whitley 和 Eshelman，1992；Stanley、Clune、Lehman 等，2019；Yao，1999）。本书并不试图涵盖该领域的全部内容，而是希望以一种“导览式”的方式提供一个逻辑清晰的发展脉络。 因此，全书内容被组织为五个主要部分。 第一部分 通过一系列逐渐增加复杂度的例子，向读者介绍进化计算的基本原理。随后以简单示例引入神经演化的具体情形。首批练习用于帮助读者将这些概念快速具体化和应用（软件平台在下一节介绍）。 第二部分 聚焦神经演化中的两个核心设计要点：网络编码（直接编码与间接编码）以及通过多样性提升搜索效率。通过示例澄清不同编码方法之间的重要区别，比较遗传多样性与行为多样性，引入新颖性搜索（novelty search）与质量-多样性搜索（quality-diversity search），并介绍如何利用多样性进行集成学习（ensembling）。这些方法均是神经演化工具箱中的基础手段，但以往很少被清晰地区分。 第三部分 聚焦智能体：即如何从低层控制演化出有效行为，再提升到高层策略，最终支持决策系统。随后将视角从个体智能体扩展到协作与竞争的群体系统。接下来回顾交互式演化（interactive evolution），其作为结合机器探索与人类洞察的方法。最后，讨论开放式发现（open-ended discovery）的机会与挑战，其灵感来自生物进化，并回顾现有人工系统中开放式创新的实例。 第四部分 将神经演化扩展到与其他学习方法的结合。首先回顾深度学习架构设计方法，讨论其中存在的挑战与未来机会。随后将元学习（meta-learning）扩展到神经网络设计的其他方面，包括损失函数、激活函数、数据使用方式、学习方法及其协同效应。并进一步探讨神经形态系统、强化学习与生成式 AI 的协同组合，指出在这些场景中均可利用进化来优化整体设定，从而提升其他学习方法的效果。 第五部分 探讨神经演化如何为生物进化研究提供洞见，从理解神经结构与模块化，到发育过程、身体与大脑的协同进化，再到生物行为、突破性能力以及语言演化。全文中还识别了许多对未来“生物启发工程系统（bio-inspired engineering）”的潜在启示。结语（Epilogue）指出神经演化在构建具有人工通用智能（AGI）的智能体中可能扮演的角色。 总之，神经演化已成为近期 AI 革命中的第三个新兴组成部分。它使得构建能够生成行为、策略与决策能力的智能体成为可能。而这些智能体在现实世界中拥有广泛应用，可构建更高效、更可靠、成本更低的系统，进而改善人类生活。与此同时，该领域也仍然蕴含大量未来研究机会。
Neuroevolution: Harnessing Creativity in AI Agent Design
自主武器系统（AWS）的发展——有时也带有“致命性”标签，缩写为LAWS——多年来一直处于激烈讨论之中。众多政治、学术或法律机构及行为体都在辩论这些技术带来的后果和风险，特别是其伦理、社会和政治影响，许多声音呼吁严格监管甚至全球禁止。尽管这些武器备受公众关注且被认为影响重大，但“AWS”这一术语具体指代哪些技术以及它们具备何种能力，却往往出人意料地不明确。AWS可以指无人机、航空母舰、无人空中/地面/海上载具、机器人及机器人士兵，或计算机病毒等网络武器。
这种不确定性之所以存在，尽管（或许正是因为）已有大量定义试图从功能上（例如“一旦激活，自主武器‘无需操作员进一步干预即可选择和攻击目标’”：美国国防部，2023年：第21页）或概念上（源自对自主系统、人工智能或机器学习的理论化）来明确该术语。定义仍为不同类型的技术留下了广阔空间，并且结合关于人工智能的更广泛讨论，也为未来发展的潜力和预测提供了可能。除了术语的模糊性，这些系统在何种意义上以及在多大程度上可被称为“自主”的本质也依然含糊不清。尽管自动化能力的发展无疑在推进（Scharre, 2018; Schwarz, 2018; Packer and Reeves, 2020），人类能动性和干预方式的程度不断降低，但完全超越人类控制、因此被许多人担忧的完全自主武器，在很大程度上仍是一种概念上的可能性，而非实际的军事现实。
这些模糊性导致了巨大的意义空白，而这些空白又往往被想象所填充——这是新技术，特别是人工智能的常见做法（Suchman, 2023）。潜在的现实可以扮演重要角色，因为它们是将专业知识传递到社会其他领域（包括新闻、政策制定、研究、教育和民主决策过程）的工具。因此，关于AWS功能及其后果的看法，受到军事、国家和技术未来想象的启发和塑造。这些想象包括地缘政治情景、伦理问题、国家政策或科幻小说。在安全与军事政策中，这些不同现实之间的相互联系甚至被用作一种方法论——例如，“红队演练”——这意味着应用对潜在未来的创造性虚构描述来为实际决策提供信息（The Red Team, 2021）。另一种应用是兵棋推演，这是一种预见未来军事场景的方法，其起源至少可追溯至19世纪，但已适应当代技术和媒体环境，包括虚拟现实和使用大语言模型的基于人工智能的模拟（Goecks and Waytowich, 2024）。
自主武器的前提，被视为占据着一个自身特有的混合空间，这促使我们探索随之而来的无数现实。本书的基本原理认为，只有承认实际技术发展与其相关的愿景和虚拟场景之间持续而复杂的动态互动，才能理解所讨论的这些现实。正是在这种不确定性——想象、可能性和虚构在此交织——的背景下，自主武器变得极具影响力。它们激发出情感、话语、鼓动、（反）行动、投资、竞争、政策或技术与军事蓝图。
关于自主武器主题的出版物通常侧重于其法律、政治或伦理影响（例如，Bhuta等人，2016；Krishnan，2016），这是评估这些技术的第一层级。也有一些著作讨论了其独特的表征（Graae and Maurer, 2021），以及我们见证和体验它们的方式（Bousquet, 2018; Richardson, 2024）。这些著作的基础也基于前面概述的不同现实。本书引入另一种分析自主武器现实的方法，提出一种第二层级的方法：例如，一个伦理问题不仅仅被框定为伦理问题本身，即沿着提出以下规范性问题的思路：“自动化杀人机器会引发哪些道德问题？” 在本书建议的方法中，伦理问题反而被理解为一个促成因素，它有助于在大众文化、政治、新闻或研究中构建、传播和维持对致命性AWS的特定理解。简言之，伦理话语共同创造了其对象的现实。因此，本书所采取的视角将AWS的不同现实置于前台，进而旨在为现有的辩论揭示其（常常是隐含的）基本假设。
本书这篇引言性章节首先勾勒了军事装备日益自动化的技术和政治发展进程。这些发展在理论上被阐述为既具构成性又具述行性，以涵盖全球范围内在理论和实践中对AWS的动态变化和不同理解。随后，本章就这些现实提出了六点思考，有助于界定和巩固AWS的动态含义，这些含义往往在公众、军事和监管领域受到极大关注。章节最后概述了全书的结构并简要总结了各章的贡献。
全书各部分及章节内容
全书结构分为三个独立部分，分别探讨自主武器的当前现实。每个部分都从特定的视角范式分析自主武器：1. 叙事与理论，2. 技术与物质性，以及 3. 政治与伦理。每个部分的开篇由一位艺术家及其对自主武器的构想引入。这种划分基于对跨越这些领域所阐发的不同意义的分析，这些意义构成了AWS的现实，并强有力地影响着如何感知和对待这项技术。
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