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。
- 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。
- 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。
- 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!