蚂蚁森林浇水没有福卡 蚂蚁没有老大(1)



无论是生物链中较低等的蚂蚁、蜜蜂、鸽子还是与人类相比没有思想的北美驯鹿,智慧群体的组成要素——分散化控制,针对本地信息行动,简单的经验法则——加在一起,就构成了一套应对复杂情况的精明策略。

我曾以为蚂蚁做什么事都心中有数。那些列队爬过我家厨房台面的小家伙看起来是那么信心十足。于是我猜它们早就定好了计划,知道要去哪儿,要做什么。不然的话,蚂蚁又怎能做出组织行军路线,建造复杂蚁穴,发动大规模突袭等等奇妙行为呢?

  然而,我想错了。

  单个蚂蚁并非是聪明的小工程师,建筑师或武士,当决定下一步怎么做时,作为个体的大多数蚂蚁根本毫无头绪。

  那么,该怎么解释蚁群所完成的繁复而庞大的工程呢?

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 蚂蚁森林浇水没有福卡 蚂蚁没有老大(1)
  在1.4亿年的进化中,它们到底学到了什么?

  这里实际提出了一个根本性的问题:个体的简单行动怎样组合成为群体的复杂行为?

蚁群的智慧

  斯坦福大学的生物学家德博拉8226;M8226;戈登提出,蚂蚁在组成群体后就拥有了群体智慧的来源构建,这样一来蚁群可以解决对单个蚂蚁来说不可思议的事。

  “蚂蚁并不精明,”戈登说,“精明的是蚁群。”一个蚁群能够解决的问题,是单只蚂蚁不可能办得到的,例如找到通往最佳食物来源的最短路径、保卫领土不被入侵。个别的蚂蚁可能是一个个小笨瓜,一旦形成群体,却能对环境做出迅速有效的反应,靠的就是“群体智慧”。

  这种智慧的来源,引出了自然界的一个根本问题:单独的简单行动如何综合成群体的复杂行为?几百只蜜蜂怎么对蜂巢的重大问题做决定?是什么因素让鲱鱼群的动作配合得天衣无缝,能够瞬间同时改变方向?这些动物并不明白整个大局,但每一只都对群体的成功有贡献。它们的集体能力,让最了解这些动物的生物学家都惊叹不已。不过,在过去这几十年间,研究人员已经有了一些有趣的见解。

  拿蚁群来说,蚁群运作的原则之一就是没有谁是“老大”。没有蚂蚁将军在指挥蚂蚁战士,没有蚂蚁经理在命令蚂蚁员工;蚁后只负责产卵,并不担任领导角色。就算是一个有50万只蚂蚁的蚁群,在没有任何管理的情况下仍能运作得很好。蚁群依赖的是个体间数不清的互动,每一只都依靠简单的法则行事。

  以分配工作为例,在戈登研究红收获蚁的美国亚利桑那州沙漠,有一个蚁群每天早上会计算要派多少只工蚁出去觅食。数量视情况而定:觅食蚁最近是否在哪里发现了大量的美味种子?有的话,就得多派些蚂蚁去把它搬回来;昨夜的暴风雨打坏了蚁窝?那么就要多留些修缮工蚁来帮忙修补。一只蚂蚁有可能今天是修缮蚁窝的,明天是收集垃圾的,如果没有谁是主管,蚁群要怎么做这些安排呢?

  蚂蚁靠接触和气味来沟通。当一只蚂蚁碰上另一只蚂蚁时,它会上前嗅闻,以了解对方是否为自己人,之前在哪里工作(在蚁窝外工作的蚂蚁,气味跟待在窝里的蚂蚁不一样)。通常觅食蚁每天都会等到清晨外出的巡逻蚁返回,再离开蚁窝。巡逻蚁进入蚁窝时,会跟觅食蚁碰一下触角。

  “觅食蚁和巡逻蚁的碰触是一种刺激,告诉觅食蚁该外出了,”戈登说,“不过觅食蚁需要和几只巡逻蚁碰触,每次间隔不超过10秒,之后才会出去。”

  为了看看这是怎么运作的,一天早上,戈登和她的研究搭档麦可8226;格林把刚离巢的巡逻蚁捉起来,等了半个小时,再以固定的时间间隔把玻璃珠丢进蚁窝入口,模拟蚂蚁回巢。珠子有的涂了巡逻蚁的气味,有的涂了修缮蚁的气味,有的没有气味。结果,只有涂了巡逻蚁气味的珠子会刺激觅食蚁离巢。

  “觅食蚁没找到食物不会回巢,”戈登说,“食物愈少,觅食蚁花在找食物和回巢上的时间愈久;食物愈多,回巢也愈快。所以没有谁在决定今天是不是觅食的好日子,是集体在决定。”

  这就是群体智慧的道理:简单的动物遵循简单的规则,每个个体根据局部资讯来行事,没有一只蚂蚁知道整体的情形。在牛津和普林斯顿大学任教的生物学家伊恩8226;库赞说:“再复杂的行为,也能用相当简单的互动来协调。”

  从这个美妙的理论出发,人们解决了很多头痛的问题。休斯顿的“美国液化气公司”在美国大概有100个厂址,生产工业及医用气体,并使用管道、火车和卡车将气体运往6000个地点,由于某些地区电价变动,问题的复杂性又加深了一层。于是公司求助于一家人工智能公司“纽泰克方案”。

  研究人员从阿根廷蚁身上找到了答案:这种蚂蚁有一种神奇的信息素,把食物带回巢穴的蚂蚁会沿途留下一些信息素轨迹,某条路径来往的蚂蚁越多,证明这条路越便捷。信息素虽然取代了触角,但其实质仍是交流信息。通过信息的共享轻而易举地得出群体的最佳决策,即使没有某个老大指挥,蚂蚁们也知道该怎样做。

  公司效法蚂蚁,开发了一种派出数十亿‘软件蚂蚁’的程序,查找信息素轨迹最强的路线让卡车行驶。既然蚂蚁早已演化出寻找最佳路线的方法,为什么不照着做呢?研究人员把所有的信息集中起来,对每一种因素进行组合考量,在反复的模拟中得到最优化的方案,然后派卡车司机到交货价格最低的厂址提货。表面上看来路程远得不合常理,然而成本大大缩减了。对卡车司机来说,不选择离客户最近的厂址出发送货又费力又愚蠢,不过公司却在看到收益后大大惊喜了一番。

  在英国和法国,电话公司通过编写信息程序,在转换站存入虚拟信息素,加快了电话在网络中的接通速度,正像蚂蚁为同伴留下信号,指明最佳路径一样。  

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