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机器之心 第二章 机器智能：超越人类智能的那一天正在迫近
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要了解21世纪，还有另一个重要的问题摆在我们面前：一种智能体是否能创造出另一种比其自身更智能的智能体？
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首先，我们来看看创造了人类的智能过程：进化。
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进化好比一位大师级的程序设计师，它成果丰硕，设计出几百万个物种，这些物种变化多端，独特精妙。这还只是在地球上的成果。这些软件程序都被记录下来，如电子数据般记录在一种独特分子构成的化学结构中，这种结构名为脱氧核糖核酸，即DNA。1953年，DNA结构由美国生物学家J· D·沃森和英国生物学家F·H·C·克里克首次提出：DNA是由两条脱氧多聚核苷酸长链反向平行盘绕构成的双螺旋结构，1不同核苷酸沿着这两条长链排成序列，都带有少量的遗传信息，这些“只读”信息长期以来控制着生命体的万千变化。
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在DNA分子中，糖磷酸构成螺旋梯型长链骨架，其中包含数百万级“台阶”，每一级“台阶”都有一组核苷酸字母组成的密码，这些字母来源于4种碱基组成的“碱基对”（即A–T,T–A,C–G,G–C[1]）。人类DNA分子链长度惊人，若完全展开可长达6英尺[2]，但因其结构呈盘绕状，所以实际长度仅为1/2 500英寸[3]（约0.01毫米）。
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DNA密码的复制过程根据不同机制完成：有机分子“酶”负责拆分每个碱基对，再将拆开的碱基重组，最后将两条相同的DNA分子链结合起来，其他细小的化学物质负责检查碱基对的完整性，确保复制正确无误。此化学信息转化过程的出错概率微乎其微，10亿次复制中仅有可能出现一次。除此之外，数据系统中冗余码和纠错码的存在更是大大降低了出错概率。但也不排除有漏网之鱼，它们多会造成单个细胞的缺陷。早期胚胎中的错误会导致新生有机体的先天性缺陷。然而，若这种缺陷长期演变为优势，那此类密码便会在有机体及其后代的发育过程中保留下来，成为新的密码信息。
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DNA遗传密码控制着有机体内每个细胞构成的细枝末节，包括细胞形态与发育，还决定着细胞组成器官的方式。在转录过程中，特定的酶通过生成蛋白质转录DNA信息，其中包括每个细胞（乃至整个有机体）的结构、活性及智力。2
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DNA复制这一过程看似非常复杂，其实极其简单。地球上存在着数百万种生命形式，从最简单的原始细菌到复杂的人类，其错综繁复的基因数据库却仅由4个碱基对组合构成。“小型记录器”核糖体分子从仅有的20种氨基酸中读取密码并复制蛋白质。地球生物体中丰富多样的功能机制都根据这一有效密码运作，如肌细胞的同步伸缩、血液中复杂的生化相互作用、大脑的结构与机能等。
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这一基因信息处理装置证明了有机生物体内纳米工程（以原子为单位制造机器）的存在，因为生命机体的运转发生在原子层面。几十个原子组成的微小分子就能转码解码、转录信息、探测错误和纠正错误。所以，有机体实际上是由一个个原子构成的氨基酸分子链构造而成的。
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以上便是我们对推动地球生命进化程序硬件的了解，而我们对其软件的解密工作仍处于起步阶段。进化这位编程师虽富于创造，有时却也草率马虎。它只留给我们一套低级的目标代码（即上亿比特的编码数据），却未提供更高级的源代码（即用人类能理解的语言表示的代码），没有任何解释说明，没有“帮助”文件，没有可查文档，也没有用户手册。在人类基因组计划中，我们正逐步记下60亿比特的人类基因密码，也试着找出数千个其他物种的基因密码。3但是基因组密码的逆向工程（即解密其工作原理）费力耗时，我们才刚刚起步。不过研究基因组密码的同时，我们也对疾病、发育、衰老有了新的认识，能够对进化过程中不完善的发明进行纠正和完善。
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除了缺乏过程记录，进化还是个效率非常低下的程序设计师。据现下估计，97%的基因密码不做运算，也就是说，大部分密码序列不能生产蛋白质，看上去毫无用处。真正活跃工作的密码仅为23兆字节，这比微软文字处理软件占用的空间量还要小。此外，基因密码还冗杂重复。比如，基因中有个毫无意义的序列Alu，由300个核苷酸字母组成，在人类基因组中重复出现了30万次，占人体基因程序的比例超过3%。
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按照进化理论来看，基因的编程改变是随机发生的，人们通常根据整个有机体的存活率及再生能力来判断其保留价值。但基因程序控制的遗传特性不仅限于被“试验”的那一个，还包括数百万其他特性。适者生存的自然选择方法看起来很残酷，每次只能保证一个或至多几个特性发生积极变化。绝大多数改变会让事情变得更糟，所以这种基因随机编程的机制通常根本不会奏效。
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人类编写程序的惯常方法与上述机制恰好相反，我们会有目的地进行程序变更设计，可以同时对程序进行多重变更，其中每一项变更的效用都经过独立测试，而不是对该程序的总生存期做一个概括评价。若我们尝试用有机体的自我进化模式来改进人类电脑程序，那这些程序必会因为不断增强的随机性而崩溃。
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在一次性改进一处特性的情况下，进化能设计出极其精细的眼部结构实在不可思议。因此，一些观察家一直笃定地认为，这类错综复杂的设计不可能通过进化常用的“增量细化、逐步求精”的方法实现。眼睛或心脏这类复杂部位的设计必须一次成型才行。
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如眼睛这般复杂的结构设计固然需要同时兼顾许多方面，但这一点与“逐步求精”的理念并不冲突。人类在胎儿阶段似乎就开始经历进化过程，这个阶段究竟是否是人类亚种形成的必经阶段，这个问题迄今为止尚未达成广泛共识。尽管如此，医学界大多数人士认为个体发生学（一门研究胚胎发育的学科）包括了种系发生学（一门研究特征相似的物种群体进化的学科，如生物分类中的“门”）。人类的发育如鱼卵般在子宫内成形，如两栖动物般发育，又如哺乳动物般长大，等等。虽然大家对种系发生学观点不一，但从进化史中不难发现，人眼等完整复杂结构的设计的确经历过中间阶段。尽管进化每次只能集中解决一个问题，最终也一定能够创造出结构缜密、异乎寻常的设计。
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但这种增量细化的方法也有劣势：无法轻松进行一次性的再设计。比如，哺乳动物的神经元运行速度十分缓慢，而进化对这个问题仍未有改进。但人类自有其应对方法，我们会在第六章中对此做详细探讨。
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进化之进化
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进化这位编程大师在进化过程中，自然也有自我改进的途径，其中一种就是以DNA为基础进行编码，由此衍生出其他途径。一些如眼睛形状的设计元素以特定的方式组成难以更改的密码，从而降低变异发生的可能性。以DNA为基础的编码中还包括了探测错误和纠正错误的机制，将发生变化的概率降到最低。如此一来，重要特性的完整性便得到了保证。由于重要特征发生变异的后果不堪设想，所以对它们的重重加密这一优势在进化过程中才能世代留传。而其他设计元素（如视网膜中感光视杆细胞和视锥细胞的数量及布局）在编码中的加密程度便没那么高了。事实上，我们可以从进化的历史记录中发现，视网膜皮层确实变化不小，而眼球形状却基本未有调整。也就是说，进化方式本身也在改变。根据加速回报定律，进化方式的改变是符合发展规律的，这是进化过程中自我提升的重要体现。
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通过模拟进化过程，我们更加确信进化以“增量细化、逐步求精”的方法绝对有能力制造出精妙绝伦的结构。美国生态学家4托马斯·雷设计的生命进化模拟软件Network Tierra就是很好的参照样例。雷创造的“生物”就是软件中的模拟有机体，每个有机体都有“细胞”充当DNA基因密码。在模拟环境中，各有机体互相竞争，抢夺有限的空间与能源。
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雷介绍说，这一人造世界的特殊之处在于，这些“生物”在互联网上自由控制150台电脑，如零星小岛组成群岛般构成了一个整体。这项研究目的之一在于探究5.7亿年前的寒武纪中，地球上的生物如何能呈现如此丰富的多样性。雷观察到这些“生物”从简单的单细胞逐步演化为复杂的多细胞有机体，多样性不断增强。他不禁感叹道：“亲眼观察到进化过程太刺激了！”雷还指出，这个世界中已发现了类似寄生虫的生物，也出现了免疫系统的概念，甚至还有了原始社交活动。但雷的模拟世界存在一定的局限性，其中公认的一点便是缺乏环境复杂性。若要深化此项研究，需要一个混沌程度合适的环境，使其更贴近真实世界，从而在推进进化的过程中起到关键作用。
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模拟进化过程在实际生活中的运用之一便是电脑的进化算法。数百万电脑程序在模拟进化的过程中互相竞争，不断进化并激发潜在智能解决实际问题。但由于智能进化系统的性能不佳，借鉴透镜聚光的原理，我们需要集中并放大其中的几项。在第四章中，我们会对此做详细讨论。
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进化的智商
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首先，让我们给进化点个赞。它创造了不计其数的设计，个个外形美妙，结构复杂，形态典雅，令人叹为观止，工作效率也是没的说。更有美学理论家将“美”定义为与自然进化之美相似的状态。进化创造了拥有睿智大脑的人类，人类又以自己的智慧创造了智能技术。
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