蚂蚁VS人类

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  也许你看过百威啤酒的一个广告,这个广告不是突出口味,不是突出品质,而是突出团队精神。广告的主角就是蚂蚁 一群蚂蚁向同一个目标前进,一起搬运一块食物。前进时没有商量和犹豫,一个紧跟一个,直奔目标。搬运时没有谦让和争抢,每个蚂蚁都尽自己的最大努力,将食物举起,并似乎是约好的一样向它们共同的家移动。
  人类是高级智能的生物,难免会将用“高级智能”对低级生物的行为进行解释,其中一种解释就是团队精神。蚂蚁真的有人类认为的团队精神吗?沃顿商学院的哈弗德教授有不同的看法:
  首先,一个种群内的蚂蚁几乎不存在个体与个体之间的关系,彼此好像并不认识,没有个体标识。对一只蚂蚁来说,另外一只仅有两个标识,那就是“属于同一个群体”(依靠气味判断),以及“具有共同的任务”(寻找食物,并储存食物)。蚂蚁之间并不需要彼此认识,却可以完成需要一致行动才可以完成的任务,主要依靠简单的生存指令。
  其次,一个种群内的蚂蚁只有三个分工,就是蚁后,公蚁,以及工蚁。一个蚁群中通常只有一个蚁后,少量的公蚁,以及绝大多数的工蚁。在工蚁中是没有职位高低的,人们看到的蚂蚁几乎都是工蚁,因为只有工蚁出外执行觅食的任务。无论在外多少,彼此没有互相命令或者服从的关系,都是平等的一致。
  以上两点都与人类理解的团队意识有区别。人类的团体需要彼此认识,然后才是彼此信赖,彼此都有鲜明的个性特征;人类的团队需要有明确的职位分工,或者必须具备服从关系,这样才可以完成目标。
  也正是由于以上两点与人类的不同,所以在沃顿商学院CCS竞争战略课程中,只要一个小组设计的物种有类似蚂蚁的特性,那么,存活的机会将远远大于其它的物种。排在第一位的是蟑螂,第二位就是蚂蚁。
  
  蚂蚁群体:觅食6大规则
  
  蚂蚁在完成群体任务方面具备远远高于人类的智能,并且通过非常初级的沟通方式实现群体觅食能力。蚂蚁可以找到食物,在短时间内调动85%在外觅食的蚂蚁集中一个目标,用最短的路径来运送食物。这三点,人类实现起来的成本远远高于蚂蚁。因此,在[992年,马科·多利戈博士(MarcoDorigo)在其论文中首先引入了一个名称,蚁群算法(antcolony optimization,ACO),主要用于解决复杂图形中寻找最佳路径的几率性技术。在引入这个名称后,蚂蚁觅食中的简单规则和基本原理就被人类透彻地认识,并开始广泛采用。
  每只蚂蚁并不像我们想象那样需要整个世界的信息,它们其实只关心很小范围内的眼前信息,并利用几条简单的规则进行决策,这样,在蚁群集体里,就可以完成高难度的、复杂的觅食任务。以下是蚁群依赖的简单规则:
  范围。蚂蚁观察到的范围是一个方格世界,蚂蚁是用行走速度来界定其活动范围的。它们通常在一个狭窄的范围内觅食,移动也在这个范围之内。
  环境。蚂蚁所在的环境中,有障碍物,有别的蚂蚁,还有信息素(是蚂蚁自带的,可以留在其通过的路径上的气味)。信息素有两种,一种是找到食物的蚂蚁洒下的食物信息素,一种是找到窝的蚂蚁洒下的窝的信息素。每个蚂蚁都可以感知它范围内的包括障碍物和信息素在内的环境信息,信息素还会随着时间的流逝以一定的速率消失。
  觅食规则。每只蚂蚁会在感知范围内寻找是否有食物,如果有就直接过去。否则要看是否有信息素,哪条路上的信息素最多,就朝哪里走,并且每只蚂蚁多会以小概率犯一些错误,所以最终并不是信息素最多的点移动。蚂蚁找窝的规则类似,只不过这时是对窝的信息素做出反应。
  移动规则。每只蚂蚁都会朝向信息素最多的方向移动,当周围没有信息素指引时,蚂蚁会按照原来运动的方向惯性地运动下去,并且,在运动方向上会有小的随机扰动。为了防止原地转圈,它会发布一些自己识别的信息素,如果发现下一点刚刚走过了,它就会尽量避开。
  避障规则。如果前进方向有障碍物挡住,蚂蚁会随机选择另一个方向。有信息素指引的话,它会按照觅食的规则行动。
  播撒信息素规则。每只蚂蚁在刚找到食物或者窝的时候散发的信息素最多,随着走远的距离,信息素越来越少。
  根据这几条规则,蚂蚁之间并没有直接的关系,但是每只蚂蚁都和环境发生互动。而通过环境中的信息素这个纽带,蚂蚁个体之间关联起来了。比如,当一只蚂蚁找到了食物,它并不会直接告诉其它蚂蚁,而是向环境播撒信息素,其它的蚂蚁经过它附近的时候,就会感觉到信息素的存在,进而根据指引找到了食物。
  
  蚂蚁的最短路径
  
  人类的沟通行为,会随着需要调动人数的提高而呈几何级数增长。需要超过100人知道一个信息时,就要开会 一至少需要半个小时的集中,一个小时的信息发布,而为了召集会议,还需要至少三次以上的通知。有效的通知不只是简单的信息发布,而是口头传播,需要逐个进行核实,不然到会人数就会比预计的少很多。而且,人类对于环境中发布的信息的反应越来越弱——以往在食堂门口发布一条开会的信息,效果还是明显的;后来,简单的信息发布,比如张贴开会通知就没用了,必须要口头通知了。
  人类对蚂蚁进行研究时,对其行为进行了许多干预。比如,在已经形成的一条蚂蚁路径上制造一个障碍物,然后发现,蚂蚁分兵两路绕过障碍物,形成了两条新路。那么,必然有一条新路近,另外一条新路远。但是,仅仅五分钟后,所有蚂蚁都集中到了较近的那条新路上。于是,人类发现了蚂蚁群体沟通中的简单法则,依赖环境因素的要诀。
  蚂蚁是如何找到最短路径的?
  一要归功于信息素,二要归功于环境。当形成两条路时,开始时走这两条路的蚂蚁数量同样多(或者较长的路上蚂蚁多,这无关紧要)。当蚂蚁沿着一条路到达终点以后,会马上返回,这样,短的路上蚂蚁来回一次的时间就短,因而单位时间里走过的蚂蚁数目就多,洒下的信息素也会更多,进而会有更多的蚂蚁被吸引过来,洒下更多的信息素……而长的路正相反,因此,越来越多的蚂蚁聚集到较短的路径上来,最短的路径就近似于找到了。
  也许有人会问局部最短路径和全局最短路径的问题,实际上蚂蚁是逐渐接近全局最短路径的,为什么呢?这源于蚂蚁会犯错误,它会以一定的概率另辟蹊径,这可以理解为一种创新。这种创新如果能缩短路途,那么根据上述原理,更多的蚂蚁会被吸引过来。人类要回归简单
  至此我们不难发现,蚂蚁之所以具有智能行为,完全归功于它的“简单行为规则”,而这些规则综合起来具有下面两个方面的特点:一是多样性,二是正反馈。
  多样性保证了蚂蚁觅食的时候不至于走进死胡同而无限循环,可以看作一种创造能力;正反馈则保证了相对优良的信息能够被保存下来,可以看成一种学习强化能力。正反馈的力量也可以被比喻成权威意见,而多样性则是打破权威的创造性,正是这两点小心翼翼的巧妙结合才使得“智能行为”得以涌现。
  引申来讲,大自然的进化、社会的进步、人类的创新都离不开这两样东西:多样性保证了系统创新能力,正反馈保证了优良特性的强化,两者要恰到好处地结合。如果多样性过剩,也就是系统过于活跃,就相当于蚂蚁过多地随机运动,最终会陷入混乱状态;如果多样性不够,正反馈机制过强,那么系统就好比一潭死水,相当于蚂蚁个体的行为过于僵硬,环境变化时蚁群不能适当做出调整。
  透彻了解了蚁群的觅食行为后,反观人类的群体行为,就发现人们或者教条性陷入简单的行为,缺乏思考和创新;或者陷入无组织无纪律的状态,一盘散沙。
  美国国防部在对海军陆战队进行训练时采用了蚁群模拟战法。每一个陆战队队员既需要群体配合,也需要个体处理战场中的突发情况,基本目的都是消灭敌人,同时有效地发挥群体威力。为此,专门引入了个体作战对环境因素的依赖,要求每一个个体向环境中发布敌情信息,通过简单的识别规则快速形成群体中的个体效能——看起来是散落在庞大的战场中,每一个个体都是独处的,然而在面临对抗和竞争时,个体之间的互动又如同一个整体一样。
  在回顾诺曼底登录作战时,西点军校的教授发现,一些连队的士兵陷入孤军时会自然表现出蚂蚁行为,而往往这样连队的士兵存活率最高,也是扰乱敌人后方最有效的连队。
  人类复杂,蚂蚁简单。蚂蚁已经生存了千万年,而人类仅仅百万年。也许人类可以向蚂蚁学习,简单一点,朴实一些。任何一个个体找到食物就要向环境中发布信息素,其它个体遇到了,就按照信息素的意图行动。如果人类群体可以如此简单,那还有什么复杂的任务无法完成呢?
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