国家的消亡

最近几天北京的天气极好。空气通透, 阳光明媚,一白天从早到晚都是蓝天白云。 适合郊游,踏青,晒太阳。 然而这种令人意外的天气总是短暂。据说从周一起又要进入空气污染的循环。 北京的污染是人为,要看见蓝天可又得全凭老天, 看风向。 风向本身属于天气,这是一个复杂系统,无法预期,但是永远在循环。 正如本文想说的国家一样。

如果同意国家, 或者社会本身是一个复杂系统。 那就必须要同意未来不可预期。 路是要靠人走出来的, 所有所谓历史终结的观点都是跳大神。 那么除了摸着石头过河, 还有什么可说的吗? 有的,其实就是前文曾经谈过的周期律, 或者复杂系统运动发展总体呈现的某种螺旋上升的规律。

去年几个读书公号都曾经推过一本书, 国家为什么会失败,  这是MIT和哈佛的经济学教授写的,作者之一曾经有在非洲等穷困国家长期援助工作的经历, 因此书比一般的学术著作要接地气。

书的前半部分讨论制度的功效和社会经济的影响, 逻辑还算清楚。 书中把制度分为攫取型和包容型。主要取决于统治阶级对社会的互动。 攫取型社会的统治精英们只从社会中吸血而不回馈。为了维系自身的地位,就墨守成规,抵制一切改革和创新,整个社会是封闭守旧的。最终社会在从兴起到崩溃的状态中循环。 而所谓包容型的社会的统治阶级愿意通过分权来平衡社会矛盾, 整个社会对创新是一个鼓励开放的态度。这是全书的精华。 书中给出了真实反应非洲现状的大量事例。 非洲的统治阶级,独裁者们用从西方引入的现代技术和武器牢牢掌控国家,实行愚民政策,压制百姓,造成国家大部分人的贫穷。作为非洲专家,这是作者最擅长的,也是这本书无论如何都值得一读的原因。

然而后半部分各种举例又回到了MZ无敌, 独裁不好的二元思维。作者试图用这一套来解释中国(中文版有删减),把中国近30年的进步理解为攫取型政府迈向了包容。这只能当作是说相声了。为什么是说相声。是因为逻辑到这里就开始不严谨, 比如把前苏联定义为攫取型就无论如何也不能解释苏联曾经取得的成就。

其实造成这些问题的根本原因还是作者的思维模式, 试图用线性稳态的思维方式来解释一个复杂系统演化过程, 因此只能拆东墙补西墙,做一个裱糊匠, 似是而非的表象理论之下是各种矛盾和含糊。

应当怎么理解复杂系统的演化呢? 回顾历史, 人类社会发展的源动力仍然是生存竞争。按照人类简史的观点, 国家是人类得以组织起来的一种共同想象物。 其实在古代社会尤其是中国, 没有那么明确的民族和现代国家的观念。 然而人们仍然会被分割成各种国,也就是不同的统治集团。大家打来打去。那时候的打来打去是残酷的, 一旦军事失败, 就有可能被族灭。

在南北朝时期,曾经有叱咤风云的慕容家族,也就是金庸天龙八部里慕容复的祖先。慕容家出过慕容恪,慕容垂等著名的极其能打的人。在前秦失败以后,建立了前燕,后燕,南燕等一系列国家。 慕容家应当是白种人,史书上说他们肤白貌美,高鼻深目,都是白种人的典型特证。这个家族也以出美男而著称。刘裕在给东晋当军头没有自立为帝时,曾经打过一张对南燕也就是慕容家最后一国的灭国之战。慕容家战败投降当了俘虏。有人说慕容家的人天生最坏爱造反, 刘裕就把投降的几千皇族贵胄都扔进了黄河。史上著名的美男子家族到此绝种。当然天龙八部里的慕容复也长的好看,迷倒了表妹王语嫣。可能是乡间还有遗存。

社会的演化好坏归根结底要看军事斗争的结果。 精英们互相之间的竞争最后还是打打看。孙子兵法开篇就说,兵者,国之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也。

人类简史说尼安德特人象慕容家一样高大俊美,可能脑容量更大,但是都是以靠血缘来维系的狩猎部落存在,没有发明各种图腾之类的共同想象物,部落之间不能联合协同,自由主义小确幸只是看上去很美。一旦遇上生存竞争,就被能够联合作战的智人灭的干干净净。

智人能够联合作战,是原始社会全民皆兵的时代。部落之间合纵连横打来打去,是为迁移,抢占最好的底盘。军事失败就被灭族。这种部落军队直到西方罗马时期,罗马和高卢之战还能看到, 高卢一打仗就是整个部落的迁移。男人在前面打仗,家属在后面跟着, 战士们都英勇奋战,因为输了就是死。然而仍然打不过诡计多端的凯撒带领的罗马军团。罗马军团在当时是公民兵,打仗对他们来说是获得土地和财富的手段,打起仗来也很英勇,加上组织和技术上的优势。7年战争据记载打败了300万高卢人,杀掉了100万,俘虏了100万,剩下100万逃走。 这样惊人的数字如果没弄错,只能用高卢人全民上阵来解释。

而罗马作为一个奴隶制国家,当时奴隶是不上阵的。 公民作为统治集团,在享受奴隶服务的同时,也要承担对内对外作战的义务。中国的商周时期也于此类似, 打仗的是贵族或者说国人, 打仗是靠精英的军队。

而到战国时期就不同了, 战国开始战斗激化,光靠贵族打架不够看。 于是开始武装乡下的野人上阵。 直到商鞅变法之后的秦国是这一阶段的巅峰,全国种地的农民都被组织起来,打仗的时候可以全面动员。 所以秦国最后的灭六国之战都是几十万对几十万人的大战, 长平一下就干掉了40万, 占赵国全部人口的十分之一还多。

从原始社会的全民皆兵,到商周的贵族兵, 到战国的全民皆兵是一个轮回。 能够玩全民皆兵, 其实是因为财富共享。秦制兵农合一, 秦兵能打, 除了纪律,还有动力。立军功不光能够当官,更重要的是能分地。 而土地是农业革命之后,工业革命之前唯一真正的财富。

汉朝随秦制, 一开始也是全民皆兵, 慢慢的就玩不起来了, 因为地分完了。 多吃多占的形成势力, 开始马太效应, 国家的控制力变弱, 大贵族的控制力变强, 到东汉三国, 大小地主都开始自己养自己的兵。 三国演义里曹操招兵买马,夏侯惇,曹洪,曹仁各个大将都是带队来投。当然到这个时候汉朝也就完蛋了。只有蜀汉仍然是全民皆兵, 因为蜀汉集团是外来户,有没收来的大量的地可以分。这也是为什么当时蜀国统共没几十万人,诸葛亮能带着一支近10万人的军队和曹魏正面作战。当然因为诸葛亮打了很长时间也打不赢,抢不到财富和土地,蜀汉在他死后就国力贫弱了。

全民皆兵,到贵族私兵再到分割出一拨人专门打仗的府兵,军户,历史走过一个个轮回。背后是土地面积,土地分配,  人口, 生产能力等等各种物质因素的制约。这些都最终都被总结为战场上的输赢,以及统治精英的存亡。

西方的历史其实也是类似的, 不同的一点是西方的商品经济比较发达,可以花钱招兵。比如瑞士现在风景独好,在当家是不长庄稼的苦寒之地。瑞士农民长期就靠当雇佣兵来谋生。瑞士雇佣兵在西方历史上也曾经大大有名, 并且被很多有钱的大贵族雇来做王室卫队这样的核心军事力量。穷贵族还雇不起。

军事制度的演变跟随着物质和技术的变化。最终西方因为工业革命又先走一步,从雇佣军回到全名皆兵的义务兵役制。靠工业革命带来的强大物资支持,能够在战时做全民动员。最终在一战,二战时如同绞肉机一般,能造成几百万,几千万人伤亡。 细究起来, 一战主要上场的还基本是欧洲精英。二战光精英也不够看了, 只好动员平民,甚至动员殖民地的力量。这在战后造成了全民民主,和殖民地解放运动等一系列平权社会现象。

历史是一个个螺旋上升的轮回,所以可以说国家在血与火中诞生,也必将在血与火中消亡。这是人类历史的宿命。也是复杂系统演化的基本模式和规律。 统治阶级开明与否,只能加速或者延缓这个过程,不能改变方向和大局。

(全文完)

 

 

 

 

记忆,又见记忆。总是回忆。

春节一边休息一边忙着吃, 不大关注研究的进展, 这两天有时间才看了看最新的论文成果。 这么说有点给自己脸上贴金。不在一线战斗, 其实没有太紧跟研究工作和论文。 所谓关注也只是刷刷人工智能相关的一些媒体公号朋友圈,看看人家帮忙给筛出了什么热点。今天就简单说说几个朋友圈热点,主题是有关记忆。

首先是一场热闹, 有关深度神经网络是不是在做记忆。两篇文章的一场对话。 其中一篇曾经在年前讨论过, 理解深度学习需要重新思考泛化能力。 作者从网络能记住随机的label出发,延展到讨论为什么无需正则化,这样的网络就可以有很好的泛化能力。作者最后的解释是认为泛化能力已经紧密结合在所谓记忆的细节里。这是传统理论没有涉及到的盲区。 该文作者只是提出了思考,没有给出恰当的解释。 就提出问题来说, 这是一篇好文章。 问题没有解决,也给大家留下了讨论的余地。

紧接着讨论就来了,Bengio团队有一篇题目为:深度网络不需要通过记忆来学习,的文章发表在ICLR上。这篇文章大概是说,虽然网络有大量参数足够用来记忆,但是并不是简单粗暴记忆法,前面那篇文章这么想,是因为实验做的不够细致, 学习随机label特别是噪声时网络需要更大的容量,而且随机样本更难学。改变学习中的某些类似在做正则化的方法,比如dropout, 对随机样本学习的影响比真实数据的要大。

文章中还特别说明了什么是记忆, 以及大家对这个概念理解的含混之处。前面一篇文章提到的记忆,意指类似用一张表格记住所有训练样本一样的简单记录法。这样可以精确对样本分类,然而对非样本集合, 分类结果就是随机的,所谓随机泛化误差。深度网络显然不是这样。

因为实验做的不够细致被打脸是常有的事情, 但是前一篇文章提出的问题还在。 为什么这么大量参数的网络, 无需正则化,就有很好的泛化能力。 Bengio文章里也提到了可能是某种early stop, 因为没有那么充分的学习去适应样本的缘故。这又是一个可以被打成筛子的想法。

涉及到记忆, 大家仍然各种稀里糊涂。这大半年对AI进展的思考,让我觉得对记忆的理解是解开人工智能奥妙的关键核心。有关记忆的含混的提法太多, 是因为记忆本身就特别复杂。

我们熟悉的存储, 那种记录在存储单元里精确的表格,看似简单的东西, 对大脑的记忆来说, 实际上是一种高级货。 按照研究大脑记忆的认知神经科学的提法, 记忆至少可以被分成语义记忆和情境记忆。 前面提到的那种精确的记忆来源于大脑形成了符号系统之后的语义记忆,是一种陈述性记忆,只有依靠语言和符号系统的帮助, 大脑才能长期记住一些事件。而情境记忆以对感官刺激的回应为主, 我们在儿时的早期记忆, 大致都是来源于感观的一些鲜活的画面和情境。 我们能够回忆起这些画面, 特别是其中的某些细节,但是就整体来说,并不是当时场景照相般的重复。

前面AI大牛吵来吵去, 似乎是弄混了语义记忆和情景记忆。 深度网络在玩的东西,都还只是在情境记忆的范畴。  如果沿着人的记忆形成机制来理解这个问题, 其实大家没有分歧。 因为人的记忆的有趣之处, 是在于所谓回忆,本身是一种计算过程。

在心理学系列里面,我们提到过利用科学方法研究记忆最早的是德国人赫尔曼.艾宾浩斯。艾宾浩斯通过研究自己学习新语言的过程, 提出了著名的遗忘曲线。直到今天还是我们教育依赖的所谓科学方法之一。 随后英国心理学家弗雷德里克.巴特莱特在1930年代做了很多有关记忆的研究工作. 巴特莱特有一本就叫做回忆(remembering)的大作。 他当时就发现, 人们的回忆不准确, 对同一个事件, 不同人在做回忆时, 会受到各自的世界观的影响,其中包括人们认为这个世界是如何运转的, 各种事物之间的关系如何, 都会干扰到他如何复述自己看到的故事。最终扭曲事实只是为了和自己的信念一致。

在随后的心理学研究里,记忆事实上是一种计算的观点被反复验证过。 所谓回忆, 实际上是根据当时的现场和个人的主观意识结合来重新生成一种对过去经历的描述。 会被修正,篡改和扭曲。除了前面两种记忆的划分,参与记忆形成计算的,还可以被分成能够进入意识的, 和在没有进入意识,可称之为只在潜意识中的记忆。 这一部分又包括程序性的技能和对极端情绪情感的记忆。 不同的记忆在现在脑成像辅助研究下已经被证明会激活不同的大脑区域,因此是来源于不同的计算。

似乎讨论认知神经科学和脑科学并没有帮助我们理解问题, 反而引发更多的混乱。 这里有太多的含混之处。 但是深度神经网络的另外一个热点,所谓生成对抗网络,又可以帮助我们加深理解。 就算你不同意生成对抗网络里做识别的那个在记忆, 做生成的那个网络要产生和真实样本一样的图像,总该是真正记住了某些东西了吧?

更加有趣的,生成对抗网络中一些现象, 和人的记忆过程有对应关系。 展开写可能又收不住了, 我们有机会再聊。 这里说说最近生成对抗网络中的所谓突破性进展, 在引入了来源于概率分布测度的Wasserstein距离后,对抗式学习的训练迈出了一大步。 顾险峰老师在他的公众号里用统计理论和微分几何来解释这个问题,有题为:看穿机器学习的黑箱系列文章,强烈推荐阅读。

讲了这么一大套枯燥的东西之后, 最后我们说点好玩的, 最近有两篇来源于用深度网络做生成的文章, 一篇用来补洞,High-Resolution Image In-painting using Multi-Scale Neural Patch Synthesis. 还有一篇讲像素到像素转换的Image-to-Image Translation with Conditional Adversarial Networks。 有人用这篇文章的思路做了个网站http://affinelayer.com/pixsrv/index.html。 利用简单的轮廓边缘来生成实际图像,比如猫,建筑,鞋子,包之类的。 这个因为有趣,出发了流行,被各种玩坏。从能够形成像模像样的大量细节来看, 网络确实记住了一些东西, 而从生成的各种怪物来看, 语义仍然是个很大的问题。 任重且道远。

 

 

美食家之道

春节过完已经一周了, 体重仍然伴随着年味的余韵不断增长。作为一个中年胖子, 本来其实不是像各位女士一样那么在意体型。但是当笨重的肚子已经开始影响灵活和速度时,就不得不琢磨一下少吃点食物。然而,美食的诱惑是生物基本的欲望之一,不可压抑太过,这样会不平衡。为了补偿少吃进肚子的东西, 今天我们来想象一下自己在吃美食,也就是做个美食家。

美食家是在吃的道路上掌握专业技能的人。所谓什么什么家,一般说法是来源于专家。也有人说应对是大家, 那是专家中更有名望的一小撮人。后者的定义对应人群数量太小,所以自竖靶子的人可以慨叹世风日下,人心不古, 说相声也也成了艺术家云云。如果同意相声也是艺术,那说相声够专业的称之为艺术家也没什么。同样, 吃的专业就可以叫美食家, 并不一定要是全国顶尖的那几个会吃东西的人。绕了一大圈说了一大通废话,是怕可能有人看不过眼来乱骂。 本质上,大家都是吃货。

之前的文章里写过几篇跟吃相关的内容,比如美食之道, 比如茶与咖啡。 春节闲谈-说说年饭​还顺带提了提广东美食家江太史家的事情。今天我们来谈谈,怎麼吃的更专业。如何从吃货演变称吃货中的战斗机, 也就是美食家, 其实还是一个吃货。

按照中国的传统思维, 当美食家首先要有丰富的吃货经历, 尝遍天下美味,方可开始点评。其次要能亲自动手,所谓旁观者未必清,一定要自己做过才能明白各种厨房高手做事的道理。最后还得归纳掌握原材料的各种特点, 最起码要能分辨好赖,进了市场不会乱物迷人眼,可以一眼扫过分辨明晰,直奔本场最佳之物,应季当时应景。

但是源于西方的科学的思路就不大一样。 科学要从小处着手,通过实验重复,来演绎归纳总结出各种规律,并在此基础上构建理论。中国的大师要有天分,要有足够的经历,更重要的是要有名师指点,名厨交流,因此很难培养,也许运气好才能出几个。 西方科学只要理论一经建立 ,就可以有系统规范化的训练过程,基本上沿着路径,只要被选上的都可以练成。专家可以批量生产。这是中西的不同。 从以中国一定要跟西方学才行。但是真正的大师还得要回到东方才能练成,因为吃也是一个复杂系统。

西方有许多巨型食品公司,通过现代工业化手段生产供应食品。每个公司都会培养训练一批人,有所谓的食品实验室,来研究食材的挑选,加工的过程,味道的选择和把握。这些人可以讲出一片土豆淀粉的含量,油炸过程中焦糖化,脱水等各种化学物理变化。还知道如何用糖,盐,或者柠檬酸来调味。直到可以大致准确的定位目标人群,预测产品的销量,并且依照市场反馈修正推出新品。这些在实验室里操弄仪器试管的人就是西方的美食家,或者美食专家。

有个笑话是说这类忙忙碌碌的专家,最后也不会吃上一口他们自己弄出来的东西,所以他们做出来的东西是灾难。这不是事实。学会吃,特别是如何品尝食物, 对他们来说也是第一步。

从大家相对熟悉的饮品品尝过程。可以简单解释一下。 很多人知道红酒,咖啡都有对应的专家可以评价或者打分。餐桌上喝过红酒的人,总会碰到有些比较懂得人介绍品酒的过程和仪式,然后大家似模似样的模仿一下。如果品尝红酒,或者咖啡,背后都是一样的道理, 就是充分利用你的感官来感受眼前这杯液体(固体,混合物)。

我们都知道人有五感,眼,耳,鼻,舌,触。在品尝食物的时候,这五种感官同时发挥作用。按照对最终结果影响大小的顺序,依次应当是鼻(嗅觉),舌(味觉),口腔(触觉),眼(视觉),耳(听觉)

先说嗅觉,这是品尝美食的重中之重,很多人奇怪,用嘴巴吃东西,为什么说鼻子更重要? 因为嗅觉其实远比味觉要丰富,而嗅觉神经到大脑的通路也最直接。嗅觉来源于鼻腔细胞里的蛋白质大分子捕捉特定的化学分子产生的电化学反应。细胞本来就是一个化学工厂,所以干这种事情非常擅长,相比之下机器要做这种事情就麻烦的多。所以五感里面嗅觉恐怕是最难靠人工来做的。

鼻腔细胞里的蛋白质大分子能够捕获各种特定的化学分子结构。比如通常脂类小分子是比较香的,高中化学就学过乙酸乙酯合成实验,醋和酒弄在一起变成了水果的香味。醋和酒本来有各自有浓烈的味道,这个转化让人觉得非常奇妙。 鱼类海鲜里大多有醛类,胺类闻上去很腥,做饭的时候会用葱,姜,蒜,内含有醇,烯,酚,醚等小分子,还有一些特有大蒜素之类的复杂分子,通过酯化反应,缩醛反应等化学反应,和溶解挥发等物理过程来去腥。是不是回忆起了很多高中有机化学名词?

如果不喜欢,大可以忽略这些乱七八糟的化学和物理。我们需要知道,同样一个东西在嘴巴外和嘴巴里对鼻腔的刺激产生的感觉是完全不同的。 大家都知道鼻腔和口腔在内部是联通的,所以吃东西,在鼻子凑过去闻之前是前香,到嘴巴里面,做个深呼吸,让嘴巴感受一下, 是后香。 一杯高级的红酒,这两种感受都要复杂才好。中国的茅台据说有数千种香味物质,比最好的红酒还复杂。

为什么这样, 其实可以用生物进化环境适应来解释。 比如腐败的东西会释放氮类化合物,这中东西闻起来就臭。闻过氨水的都知道那股子尿酸味。排泄物同理, 都是阻止你把这些有害无益的东西吃进肚子。这里就不展开了。

嗅觉之后,影响对食物感受的是味觉。为什么说味觉没有嗅觉重要, 是因为味觉相对来说比较简单。味觉来源于舌头上的味蕾,一些小突起, 有些人味觉发达,味蕾多,有些人味觉不发达,味蕾少。味蕾多的人对食物的感受更丰富,然而相伴的坏处就是特别挑食。这在食物匮乏的年代实际上是一种竞争劣势,这也不吃,那也不吃,只好饿死。你可以找个镜子观察一下自己的舌头,数一数味蕾。找个打孔装订的纸片,撕下带孔的一小片,放在嘴里, 数数一个孔里(直径大约6mm)有多少个味蕾, 15个以下是少的,40个以上是多的。如果有100个,那你不当美食家就太可惜了。

味觉因为简单,知道的人比较多,甜,酸,苦,咸,鲜。一共就五种,鲜是最后才发现的。 甜是糖。酸就是酸。 苦一般是各种生物碱,不爱吃苦是因为这些东西大多有毒。咸是盐,鲜是氨基酸化合物,新鲜肉类里很丰富。 味觉产生的好恶仍然可以用环境适应来解释。糖是热量的来源, 所以基本上人人天生爱吃糖。我们的祖先大致上应当是生存在一个少盐的环境里。猴子没事就互相理毛捡身上的盐粒吃。盐是古代社会最重要的贸易物资之一。农业社会里靠盐的贸易影响控制蛮族。甚至因为争夺盐会引发战争。所以重口味的比清淡口味的人多。在现代社会富足时代,一般人基本上都吃进去远超体内所需量的盐。

味觉的有趣之处在于这几种口味并不单独作用,而是互相影响, 甜,咸,鲜,搭配得当一定差不到哪里去,有时候点缀一点点酸和苦妙趣更多。在酒和咖啡的品尝里,这叫平衡,也就是甜酸苦咸鲜构成了某种精美的比例(这要通过训练才能体会)。对其它食物来说也是同样的道理。

味觉之下是触觉,也就是所谓的口感(mouthfeel),这包括口腔的触感,牙齿咬碎食物的反馈力,和舌头搅拌的感受。我们常说的脆,爽滑,涩都是触感。通常脂肪是一种好东西,尤其是动物脂肪,那种摩擦很小半流动状态的口感,是很多美食追求的东西。水的触感太简单,是不大好的, 我们说一个液体类的食物象水一样,通常是说这玩意不怎么样。触感最佳的代表物是鹅肝, 鹅肝是脂肪肝,其中脂肪和固体混合的恰到好处,吃到嘴里就是上佳的美味。

还要专门说一下辣,辣也是一种触感,其实是痛感。 所以小孩子天生都不喜欢辣, 嘴巴里面其实是疼。那又为什么大家都说辣上瘾?没错,辣会上瘾,因为来源于大脑的机制,因为辣引发的疼痛,大脑产生了内啡肽,一种神经递质,可以理解为安慰剂,让你不那么难受。鸦片,吗啡也可以止痛,作用机理大致相同。应当可以理解为啥吃辣上瘾了吧。顺带提一下,其实跑步什么的也上瘾。而且其实不是所有的痛都能上瘾, 缓慢释放的才可以。

以上三种直接感官说完,轮到视觉。视觉看上去和吃东西没有什么关系,其实很有关系, 有一种所谓黑暗晚餐, 是年轻人搞出来的玩乐项目,就是在伸手不见五指的的地方吃东西。 因为看不到,你事先不知道吃到嘴里是什么, 这样会很有意思。一些食物带来的感受会因此而不同,还会有很多混乱。 有兴致可以自己尝试一下, 注意不管是怎么遮眼睛,一定要事先不知道吃什么才可以。所以吃自己做的东西不行。同样一杯酒,因为颜色不同,喝的人感受也不同。因为吃东西的时候眼睛在先,知道这是什么东西,或者单凭颜色,大脑里已经回忆起了一些关联感受,有所谓预设立场,结合真正吃的过程引发的直观感受才形成了复杂的对食物的总体感觉。

最后听觉看起来更加没有关联。但是吃东西的过程中会产生各种声音。受过训练,所谓有教养的人会尽量弄出更小的声音。所以不能说听跟吃无关。听觉其实可以制造一种吃东西的氛围,影响大脑里的情绪系统。 吃不同的东西时候,听到不同的音乐,一样可以影响人的主观感受,以及对食物的判断。大脑天生就要把各种感官融合在一起才可以形成一个完整的情境,并随之存入记忆。

所以我们又回到了中餐的道理。 各种食物的要素都要混在在一起,够复杂,够微妙,引发人不同层次的感官感觉,丰富的情绪和情感,以至延伸到回忆和思考。才是真正的美食。 能体味到这些内容的,才是真正的美食家。 最后的极致,就是道。体悟美食,也可以悟。

谢谢观赏,全文完!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

蚁群,蜂群和鸽群,说说群体智慧

眨眼功夫, 春节假期结束, 今天是正月十五元宵节。按照中国的传统,过了今天,年也就算过完了。过年头几天还在写文章,后来就开始偷懒了。果然人的本性还是懒,这一偷懒就一发不可收拾,已经十几天没动笔了。 今天强迫自己必须写点啥, 就来说说看上去比较简单,也容易讨论的群体智慧吧。

前几年有一本很热的书,IT届网红K.K写的失控。各种IT媒体,科普公众号都推荐过。估计很多人也都买回家了。但是这本书挺厚的,不知道有多少人能认真读完?这并不是报怨。现实情况是现代社会提供了各种用来分散注意力的文化消费品,特别是手机的存在,让人集中注意力把一本厚书从头读到尾这样的事情发生的概率大幅度的减小。所以这些都是正常现象。 我们的意识需要给自己的行为找出各种“合理”的借口,才有助于保持平衡,快乐的心态。

k.k在这失控本书里谈过很多关于群体智慧的内容, 特别是有关蚁群和蜂群的。 单个的蚂蚁,或者蜜蜂其实都很蠢。表现为行为方式基本属于随机游走,但是一群蚂蚁,或者一群蜜蜂在一起就可以搞出复杂,庞大的工程。 这集中体现在它们的巢上。

喜欢研究神秘现象的人,都知道英国麦田怪圈。 这种麦田里倒伏麦子的圈是怎么形成的众说纷纭。甚至有人说是外星人干的。 不信神秘主义的人说是英国农民为了吸引旅游者自己干的。 他们可能略微高估了英国农民的智商。也许在事件被媒体炒红以后会有各种模仿者,甚至全部后来的麦圈都是人为的,那确实是为了吸引旅游者。但是事情的一开始, 能想到在麦田里做个圈来吸引媒体, 恐怕属于疯子的行为。因为从现象推导不出结果。 我个人猜测,这种倒伏现象应当归功于某种动物的行为, 不是蚂蚁就是老鼠。 因为圈子长的很圆, 是单个动物行为的可能性不大, 应当是一群xx干的。这个猜测在南非荒漠的怪圈上得到了验证。 世界各地的沙地和荒漠上都有类似的怪圈, 应当没有人无聊到去这种地方人为制造奇迹,那也出不了名。 最新的比较公认的解释是这些怪圈应当归功于白蚁,和它们造就的白蚁巢。

白蚁巢可以被称作自然的奇迹之一。 荒漠上的巨型白蚁巢可以直径2-3米,高达10米。考虑到白蚁身长不过1厘米左右, 如果按照普通人160厘米的身高, 等比例放大后白蚁巢相当于人类搭建了高达1600米的建筑。这个高度是现代人搭建的最高建筑,迪拜的三星大厦的两倍。

盖楼并不是堆土不倒那么简单,那只是第一步。 更重要的是要设计合理的结构, 包括行走的通道, 物资输运的通道以及合理有效的通风等等。要优化好各种流,对有计算机帮助的现代建筑设计师都是很麻烦的事。然而白蚁做的很好, 研究过蚁巢结构的人发现其内部的各种结构都是优化过的,非常的合理。

同样,蜂巢也是自然的奇迹之一, 很多人都知道蜂巢的结构是在节省材料的同时提供最大容积的最优多边形几何结构。所有蜂巢底面菱形的张角都是109度28分。 蜜蜂一定不懂几何计算。为何全世界的蜂巢结构都惊人的一致? 这就涉及到本文的题目, 集群智慧。

构成一个集群智慧需要如下几个基本条件。

  1. 每个个体都有基本的“智能”, 初始状态可以是随机游走,但是保有基本的记忆,可以依据历史输入来局部寻优。
  2. 个体和个体之间有有效的信息交互方式。特别是两者共同的行为会被加强。类似hebb学习规则。研究蚁群行为的人Pierre-Paul Grassé 发明了一个专有名词叫Stigmergy,意思是 通过激励做出共同努力。
  3. 群体中包含有足够数量的个体。

满足以上规则的群体就可以做出各种复杂行为,好似具有智能。明眼人已经看出, 这其实就是一个神经网络。

具体到蚂蚁和蜜蜂, 它们传递信息的手段不同。 蚂蚁靠化学信息媒介,和两个蚂蚁之间的拍拍打打, 因为蚂蚁不会飞(白蚁会飞,但主要还是爬)。蜜蜂除了在二维空间里爬行,主要都是在三维空间里飞。所以蜜蜂传递信息靠在空间里跳舞,比如8字舞。三维空间的好处是可以直接一对多。 有效信息扩散的效率更高。 对能够形成群体智慧的所需要的最小个体数量来说,蜜蜂的蜂群比蚂蚁的蚁群要少。

以上的讨论是从计算的观点出发。换一种角度, 我们可以认为蜜蜂和蚂蚁的群体构成了复杂系统。 也就是从单个的个体行为推断不出整体行为。 一旦群体数量超过某个点,就是见证奇迹的时刻。无序变成了有序,这在复杂系统里叫涌现。

最后我们来说说鸽子。 老北京人都很熟悉鸽子带着鸽哨在天上飞来飞去的场景,但是现在养鸽子的人少了,这种场景不多见,最常见很多鸽子的地方是一些公共广场。鸽子在广场上经常呼啦啦一大片飞起来,在天上绕几圈,最后又落下来。 这看上去很简单。 但是研究无人机的同学们一定不同意。

最近无人机很出风头,比如今年春晚毛阿敏同学的节目满城烟花上有零度的无人机伴飞,一开始是20架,最后有50架。而被称作美国春晚超级碗比赛中场表演, lady gaga唱歌的时候也有无人机伴飞,现场有300架。这是intel给做的, 无人机最表演的最后还不忘做广告,构成了intel字符。 为此intel有个专门的部门,雇佣科学家来干这个,从一开始的10架,到50架,到现在的据说最多可以飞500架。花了两年时间,也有很大的人力投入。 零度给春晚表演提供技术支持,看后来的媒体报道说有个团队花了3个月时间。中国飞50架,美国飞500架,看似有差距, 其实并不是美国人更聪明或者技术更先进, 而是专注程度,花费的资源和时间的差别。希望零度的团队能保持下来继续专注于此。

Intel费了牛劲,出动了一群科学家,搞了两年的世界顶尖水平才能飞500架。 广场上轻松就有上千只鸽子飞来飞去,而且不会撞到一起,可见这件事并不象看起那么简单。与intel和零度非无人机的集中控制方式不一样, 鸽子的群体完全是自组织的。

一开始人们把蚁群和蜂群的概念套用在鸽群上,认为鸽子飞来飞去也是每个鸽子通过分布式投票决定的。最新的研究表明, 因为鸽子是高等动物。 所以鸽子的群体比蚁群要复杂。 鸽子飞来飞去确实有投票的因素,但是鸽群中存在着等级,有带头人, 带头人的投票权比一般鸽子要大很多。

Nature在2010年有一篇文章讲这个。文章题目是分层群组动态系统(Hierarchical group dynamics in pigeon flocks)。研究人员在十几只鸽子的腿上绑上了gps,记录鸽子的飞行轨迹。通过各种计算模拟最后得出结论。 每个鸽子都可以参与抉择,也就是鸽子讲民主, 但是有些鸽子是带头人, 也就是有些鸽子比别的鸽子更民主。整个鸽群有个层次结构,最后还是听带头人的时候比较多。

这种从十几只鸽子上推导出来的原理切不可滥用。如果自以为能由此推断人类的组织,那就要坏事。 因为复杂系统之所以叫复杂系统,其表现之一就是看上去差不多的东西,细究起来完全不同。稍有不慎,要么系统蜕化为简单正反馈的震荡,要么变成完全混乱的随机游走。所以一定要小心又小心。

BTW: http://gpolo.github.io/birdflocking/ 有一个鸟群动态的网页模拟器, 感兴趣的可以去玩一玩。通过设置网页左上的选择项,用鼠标随处乱点就可以加鸟或者障碍物,再试着调节网页上方的参数, 看看有什么变化?

今天是元宵节, 借机留个思考题, 元宵节要吃元宵,吃元宵要先煮元宵,煮元宵这个过程能构成一个复杂系统吗?  如果能,前提条件是什么?

谢谢观赏, 祝大家节日快乐,开心吃元宵!