淺談生物教學與計算機教學之展望未來

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摘要：將生物特性與計算機結合，通過計算機模擬生物特性，實現生物特有功能，達到仿生、智能的效果，這是計算機發展的一個方向。

關鍵詞：計算機計算機免疫學人工智能行為主義

一、計算機是什么？

計算機曾被稱為智力工具，因為它可以完成需要腦力勞動的任務，擅長諸如快速計算、對大型列表排序以及在大量信息庫中搜索等工作；人類自己也可以做這些事情，但是相比之下，計算機干起來要快得多、精確得多。在1940年以前出版的字典里，計算機被定義為“執行計算任務的人”。機器也能執行計算任務，但他們被稱為計算器。馮•諾依曼在一個報告中對計算機部件明確給出定義，并描述了它們的功能?；诖耍覀兛梢园延嬎銠C定義為一個能輸入、處理、存儲數據，并產生輸出的設備。計算機的出現，給人們的生活帶來日新月異的變化。計算機并沒有單純地停留在一些我們理解意義上的算術計算，數據的處理在不斷發展，同時學科之間的相互影響，相互交叉，更加凸現了計算機的地位。

二、計算機免疫學

生物免疫系統具有良好的多樣性、耐受性、免疫記憶、分布式并行處理、自組織、自學習、自適應和魯棒性等特點。這些特性，引起了人們的關注。由生物免疫系統對外界抗原的有效防止和處理，讓人聯系到對計算機病毒的防治、網絡入侵檢測等領域。人體免疫有三道防線。第一道是皮膚和粘膜。負責抵擋病原體的入侵。第二道是吞噬細胞。負責監視著細菌的入侵。一旦病原體進入機體，吞噬細胞就會游向它，并將其吞入細胞，再釋放出溶解酶溶解、消化病原體；最終達到消滅病原體的目的。而第三道防線，則是人的特異性免疫。特異性免疫的過程中不僅會產生大量的T細胞、B細胞，同時還會產生記憶細胞，將病原體的特征記憶下來，當有著相同特征的病原體再次入侵的時候，就會在最短的時間內，將病原體消滅掉。

計算機病毒與生物病毒極為相似。如果計算機在正常程序控制下運行，不運行帶病毒的程序，這臺計算機總是可靠的。如果我們能在惡意程序運行前就發現它并抓出來，那么就達到了病毒防治的目的。這讓人不禁聯想到人體的免疫系統。設想，通過某些算法來實現這樣一種反病毒程序，首先它可以將所有普遍的異常程序排出，暫不執行，當將附于其上的病毒清除后再運行，進入第二道防線之后進行“特異性免疫”，將特殊的有異于正常程序的病毒排除。這大大提高了對病毒防治的有效程度。但是問題的關鍵似乎就便成了“識別”的難題！因為我們知道：計算機病毒有著隱蔽性。如果我們能夠很高效地模擬人體免疫細胞的工作，能夠盡量多的識別“異己”，就能更好的進行計算機病毒的防治。

三、人工智能（ArtificialIntelligence）

“人工智能”一詞第一次出現是在1956年美國Dartmouth夏季會議上。它宣告了人工智能科學的誕生。

3.1什么是人工智能？

筆者理解，人工智能是通過計算機處理各種數據來模擬人的大腦進行各種活動，包括思維，學習等。應該說人工智能是充分發掘人的特質才能，通過與計算機的結合，來模擬實現更為強大的功能的一項科學技術。

3.2人工智能發展研究的過程

人工智能的主要學派有下面三家：

符號主義：其原理主要為物理符號系統假設和有限合理性原理。

連接主義：其原理主要為神經網絡及神經網絡間的連接機制與學習算法。

行為主義：其原理為控制論及感知-動作型控制系統。

不同的學派對人工智能的發展都有著重大的貢獻。在這里，筆者談談行為主義。

Wiener說：“我們正研究這樣一種自動機器，它不僅通過能量流動和新陳代謝，而且通過信息流動和傳遞信號，引起動作流動，并和外界有效地聯系起來。自動機器接受信息的裝置相當于人和動物的感覺器官；相當于動作器官的可以是電動機或其他不同性質的工具。自動機器接受到的信息不一定立即使用，可以儲存起來以備未來之需，這與記憶相似。自動機器運轉時，其操作規則會依歷史數據產生變化，這就像是學習的過程。”

我們正是將人的這些特質特性通過計算機算法的模擬，使機器也具有一部分這樣的能力，從而使機器能夠最大限度、最大能力地幫助人類，實現功能。

3.3形形色色的機器生命

1977年，Winston在《人工智能》一書中寫到：“不難想象以今天的標準來看計算機在未來世界中的應用，很像科學幻想。農業中，計算機將進行剪枝，收割，控制蟲害。采礦業中，計算機將在對人類來說過于危險的條件下工作，它將在海底發掘錳。在醫院里，計算機將幫助診斷、監護病人，處理治療和管理床位……”事實上，今天的機器生命甚至更能干，更聰明。電子千足蟲能在火星上翻山越嶺，勘探火星的地質構造。機器蛇能深入南極上千米深的冰裂縫，研究冰裂縫的成因走向。微型機器人能夠進入人體，幫助醫生為病人診斷或治療疾病，甚至給病人做手術。機器鷹和機器昆蟲能更加隱秘的偵察敵情。機器工兵能高效率地探測和排除地雷……機器生命能做的真是舉不勝舉。公務員之家

四、展望未來

人工智能高速度的發展，計算機技術更有效地將生物技術、仿生技術、微電子技術等相結合，創造出更多的機器生命為人類服務。這是每個人所期望的未來生活。同時，我們必須有一定的準則來約束這種發展。正如有人所擔憂的：是不是有一天人類將被機器人統治？1942年，著名科學家Asimov在《Runaround》，提出了如今已成為共識的機器人學三定律：定律一，機器人不能傷害人類；定律二，機器人必須服從人的命令，除非這與定律一項違背；定律三，機器人必須維護自身的存在，除非這與定律一、二項違背。

科學技術的發展必須符合一定的法律、道德、倫理的要求，這是一種健康的、有利于人類的科技。生物的特質特性將被充分的發掘，將這些特質通過計算機技術進行模擬，為人類所應用，盲人可以重見五彩的世界，聾人可以重聽動聽的音符，這些都不再是幻想。完全可以通過計算機模擬人類的感覺、語言、運動系統，設計創造出替代品。未來將是一個更加智能更加和諧的世界！

參考文獻：

[1]阮曉鋼.機器生命的秘密[M].北京郵電大學出版社.

[2][美]JuneJamrichParsonsDanOja,龔波等譯.計算機文化[M].

[3]李濤.計算機免疫學[M].電子工業出版社.