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人工免疫系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展與問(wèn)題
陸軍航空兵學(xué)院 信息技術(shù)教研室 徐剛 魏琴 2014/4/1 10:28:54
（接上頁(yè)）的智能涌現(xiàn)、免疫學(xué)習(xí)理論、免疫記憶理論、免疫認(rèn)知理論、免疫模式識(shí)別理論、免疫細(xì)胞社會(huì)學(xué)理論、免疫復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與通訊理論等方面的深層次理論闡述。只有對(duì)每種免疫機(jī)理有了更深入的理論認(rèn)識(shí)，才能為工程應(yīng)用，比如算法設(shè)計(jì)提供保障，而且，新機(jī)理的發(fā)現(xiàn)必將催化新方法的產(chǎn)生。未來(lái)人工免疫系統(tǒng)理論研究可能通過(guò)與計(jì)算免疫學(xué)的結(jié)合方面取得突破，以計(jì)算機(jī)仿真免疫系統(tǒng)研究為手段，從生物學(xué)基礎(chǔ)方面(在細(xì)胞、分子甚至基因?qū)哟?提出和建立人工免疫系統(tǒng)理論基礎(chǔ)。或者面向不同的應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)展各自的理論基礎(chǔ)，比如面向優(yōu)化的免疫計(jì)算理論、面向數(shù)據(jù)挖掘的免疫挖掘理論、面向控制的免疫控制理論等等。基于免疫系統(tǒng)的計(jì)算理論將有助于突破馮氏結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的局限，提出新的計(jì)算模式和方法，在網(wǎng)絡(luò)通信、人機(jī)接口、人工生命等諸多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用價(jià)值。
三 人工免疫系統(tǒng)應(yīng)用
人工免疫系統(tǒng)的研究范圍和應(yīng)用領(lǐng)域還應(yīng)不斷擴(kuò)大。人工免疫系統(tǒng)是不同于其他自然計(jì)算分支的研究領(lǐng)域。此外，進(jìn)一步拓寬人工免疫系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，除了解決諸如網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)挖掘、圖像處理、模式識(shí)別、故障診斷、噪聲耐受、自適應(yīng)控制、分布式控制、協(xié)調(diào)控制、預(yù)測(cè)控制、機(jī)器學(xué)習(xí)、搜索和優(yōu)化、進(jìn)化設(shè)計(jì)、疾病預(yù)測(cè)與診斷等領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題以外，基于免疫系統(tǒng)機(jī)制，不僅可以設(shè)計(jì)出新的免疫計(jì)算方法，而且可以利用免疫機(jī)制開發(fā)設(shè)計(jì)故障診斷系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)安全系統(tǒng)、物理安全系統(tǒng)、自然災(zāi)害預(yù)報(bào)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境預(yù)測(cè)系統(tǒng)、流行病監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、并行計(jì)算系統(tǒng)、免疫控制系統(tǒng)，也可以開發(fā)出基于免疫系統(tǒng)計(jì)算機(jī)制的免疫計(jì)算機(jī)，類似DNA計(jì)算機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)等等�？梢酝瓿苫蚪鉀Q人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法不善于解決的問(wèn)題，在經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)，甚至農(nóng)業(yè)、教育等方面都可以不斷應(yīng)用。基于免疫系統(tǒng)的硬件和軟件會(huì)隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展，比如用于藥物和醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的虛擬免疫系統(tǒng)、具有自我恢復(fù)機(jī)制的智能硬件系統(tǒng)等。
四 人工免疫系統(tǒng)未來(lái)面臨的問(wèn)題
面對(duì)人工免疫系統(tǒng)的未來(lái)，似乎更多的是未知的問(wèn)題。這也是人工免疫系統(tǒng)的生命力所在。作者認(rèn)為，未來(lái)人工免疫系統(tǒng)主要面臨以下問(wèn)題或挑戰(zhàn) 。
1)跨學(xué)科合作。人類社會(huì)各個(gè)學(xué)科本來(lái)沒(méi)有嚴(yán)格的界限，現(xiàn)代社會(huì)分工導(dǎo)致學(xué)科的出現(xiàn)，而人類社會(huì)的發(fā)展促使人們重新走向多科學(xué)互相融合的道路。人工免疫系統(tǒng)也不例外，尤其需要計(jì)算機(jī)科學(xué)和免疫學(xué)以及數(shù)學(xué)等多學(xué)科之間的合作。相對(duì)于模糊在數(shù)學(xué)上的完整體系，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)完整的幾種類型，進(jìn)化計(jì)算的基本數(shù)學(xué)理論，人工免疫系統(tǒng)在理論層次是很弱的，應(yīng)用的數(shù)學(xué)方法也非常有限。需要對(duì)這些系統(tǒng)的更深入理解，以在研究中突破，而不是重新開發(fā)舊技術(shù)，這需要數(shù)學(xué)應(yīng)用上的突破。必須指出的是，目前多數(shù)人工免疫系統(tǒng)所依據(jù)的免疫學(xué)理論及對(duì)免疫系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)基本停留在經(jīng)典免疫學(xué)的水平，從自己非己識(shí)別到免疫系統(tǒng)認(rèn)知，都是免疫學(xué)領(lǐng)域比較經(jīng)典和成熟的理論，而多數(shù)人工免疫系統(tǒng)研究人員對(duì)現(xiàn)代免疫學(xué)的發(fā)展基本上一無(wú)所知。這個(gè)突現(xiàn)研究領(lǐng)域的成熟需要對(duì)免疫系統(tǒng)性質(zhì)詳細(xì)和深入地理解和研究，也需要與免疫學(xué)專家合作。國(guó)外這種合作一直非常普遍，國(guó)內(nèi)還需要加強(qiáng)溝通和合作。
2)從人工免疫系統(tǒng)角度看，免疫學(xué)對(duì)人工免疫系統(tǒng)的影響方面有許多問(wèn)題值得探討。通過(guò)觀察現(xiàn)在的人工免疫系統(tǒng)的應(yīng)用研究狀態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)，只有在現(xiàn)有免疫學(xué)理論和免疫系統(tǒng)機(jī)制基礎(chǔ)上，積極尋求新的免疫機(jī)制和理論，突出免疫學(xué)理論的本質(zhì)，才可能獲得對(duì)人工免疫系統(tǒng)有用的啟發(fā)思想和過(guò)程。比如除了已經(jīng)得到應(yīng)用的免疫學(xué)理論，未來(lái)還有那些免疫機(jī)制和免疫學(xué)理論可以應(yīng)用?免疫系統(tǒng)的信息處理機(jī)制，免疫網(wǎng)絡(luò)本身的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題對(duì)所建立的人工免疫系統(tǒng)產(chǎn)生什么影響?現(xiàn)有的免疫網(wǎng)絡(luò)、克隆選擇機(jī)制是有缺陷的，對(duì)人工免疫系統(tǒng)的性能的影響如何評(píng)估?對(duì)于一般目的的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用，如識(shí)別和分類，能通過(guò)觀察選擇和識(shí)別期間的計(jì)算軌跡以獲得有用信息嗎?如何利用模型決定免疫系統(tǒng)的哪些機(jī)制對(duì)正確的人工系統(tǒng)魯棒功能是必要的，哪些機(jī)制是不必要的?
3)自然免疫系統(tǒng)是極其復(fù)雜的，還有許多理解不透的生物機(jī)制。從免疫學(xué)研究角度看，下面這些問(wèn)題值得進(jìn)一步思索：免疫學(xué)理論是否都適用于解決實(shí)際問(wèn)題，如何利用實(shí)際的免疫系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算?免疫系統(tǒng)和其他生物系統(tǒng)工作受基本物理層次影響的程度有多大?免疫應(yīng)答都能在基本物理層次上實(shí)現(xiàn)嗎?能夠利用免疫系統(tǒng)的計(jì)算約束來(lái)對(duì)付一些疾病嗎?如何建立真正的控制人類免疫系統(tǒng)的自治系統(tǒng)?如何利用模型決定免疫系統(tǒng)哪部分對(duì)人工系統(tǒng)功能是必要的，哪部分是不必要的，只是特殊的物理實(shí)現(xiàn)?哪部分僅僅是可能發(fā)生的進(jìn)化的方面?這些問(wèn)題需要免疫信息學(xué)、免疫網(wǎng)格、電子學(xué)、生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、納米、分子操作技術(shù)等結(jié)合起來(lái)才能解決。
4)免疫系統(tǒng)群體涌現(xiàn)智能。免疫識(shí)別和效應(yīng)是由分布在生物機(jī)體內(nèi)部的大量免疫細(xì)胞與抗原通過(guò)相互作用實(shí)（未完，下一頁(yè)）
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