生命与信息.ppt

试想一下，一个人的寿命不过百年，即使从孩提时代就开始学习，短短百年学习的结果是有限的，如果每个小孩都是从头学起，那么，人类的智力水平就受到百年的时间所限制，即使有些人聪明些，学习得快些，但差别终究是有限的。如果学习的结果能积累下来，并遗传给下一代，那么，结果就完全不同了，人们一代代的继承与学习，其智力的发展将是无限的。 如果每一代的学习方法都有所改进，即不仅学习结果可以遗传和继承下来，而且学习方法的改进也可以遗传和继承下来，那么，学习的结果就更不一样了。这种学习方法的改进并积累，其效果是十分惊人的！如果考虑到人类可能具有这样的能力，则人类智力能发展到今天的水平就不会令人惊奇了。 主要原因在于生物具有“进化”的功能 那么，生物是否具有这种能力呢？如果我们注意到，自然界中只有生物才具有如此丰富多彩、千奇百怪的形态和习性时，在惊叹之余，我们不能不探究其产生的根源。其实，我认为，主要原因在于生物具有“进化”的功能。 “进化”的主要作用有哪些？ 让我们进一步分析一下“进化”的主要作用有哪些？我以为，进化的作用体现在：当环境产生变化时，生物就会作出响应应对这种变化，当这种环境变化持续存在时，生物的响应就会反映在DNA的变化上。也就是说，生物体内部的结构也产生变化，以便更好的响应环境的变化；而且，DNA的变化（包括表观遗传学的修饰）会遗传给下一代，使下一代能继承下来。 如果我们把生物看作计算机的话，生物对环境的适应而产生的响应可以看为计算机的一种“自适应”优化算法，生物内部DNA的变化可以看为计算机内部结构的一种优化，也就是说，生物进化的结果，改变了生物的优化结构，它使优化结果可以遗传下去，下一代可以在优化结构的基础上进一步作适应环境的优化。 在进化过程中改进了优化性能，同时，也改变了优化结构，而且，它可以遗传下去。胚胎的发育过程正是重现了生物进化过程中结构的变化情况。因此，生物结构的改变达到了两个目的，第一个是把优化的结果继承下来，遗传下去；第二个是改变优化结构，也就是“学习方法”的改变也继承下来，遗传下去。正是因为这两个改变，使生物的形态、功能发生了极大的变化，产生了无数的分支，出现了十分奇妙的结构与功能。 进化（或学习）对人类的作用远远超出我们的想象 一个非常奇妙的现象是自然界如何由无目的的有机物产生有意志，有目的的个体呢？我认为，答案就是无目的的有机物经过进化产生有目的的系统；即信息感知系统的进化产生意志与目的。 维纳曾经说过“关于随机的无目的机器能通过学习过程去探索其本身的目的，这是阿希贝的光辉思想。我相信，这不仅对当代哲学是个伟大的贡献，而且必将导致自动化技术的高度发展。我们不仅能够把目的性安排在机器中，而且在绝大多数情况下，只要设计机器时避开某些灾难性的陷阱，就能使机器自己去寻找它所能达到的目的。” 进化是世界上最重要的机理之一 它不仅促进智能的发展，而且产生自然界最奇妙的现象：无目的的有机物经过进化产生有意志、有目的的系统。 虽然计算机与人脑在信息处理这个机制上是相同的，但是生物的进化机理使人类智力水平远远超过计算机，我们不得不对“进化”另眼相看了。 我们应该反思，如果我们不是把计算机看作单纯的计算工具，而是看作机器智能的话，那么，为提高机器智能，我们的着力点就不能只放在提高计算速度这一点上，我们应该学习生物的进化，也就是说，我们不仅要使机器可以学习，而且应该使之可以“进化”，即学习的结果可以使机器的结构产生变化，使学习结果可以“记录”下来，继承下去，从而产生积累的作用；另一方面，学习方法也应不断改进，并且“好”的方法也可以使机器的结构产生变化，从而使学习方法的改进也可以“记录”下来，继承下去，从而产生学习方法改进的积累作用。这样，机器智能的发展就与今天的情况不可同日而语了。 两个有意思的推想 第一个推想，如果把有生命特征的编码信息输入计算机网络的信息终端上，如果把进化的机制引入到信息终端上，我们是否可以制造一个基于“硅”的生命世界？在这个“世界”里，各种信息终端可以“自繁殖”，可以适应环境的变化而改变自身，即可以“进化”，最终变得千姿百态，具有生物多样性的“生物世界”，甚至可以进化出具有意识和意志的信息终端来。 第二个推想是，如果编码信息对生物来说是实质性的，那么，我们把生物的编码解读出来，了解了它的规律，是否可以按编码的规律人工合成DNA，制造出一种新的生物？也就是人工创造新的生命。 对生命研究引发的思考 1.世界上最重要的机理： 为适应外界而改变自身的结构----进化； 2.世界上最奇妙的结果： 无目的的进化产生有目的的系统---即信息感知系统的进化产生意志和目的； 3.世界上最不可预测的前景： 意志--》改变环境--》又改变意志自身--》 前景？ 生物信息学对生物学研