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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)）現(xiàn)的，其中涉及到了免疫細(xì)胞問(wèn)的協(xié)調(diào)、協(xié)作等問(wèn)題。整體任務(wù)的完成是由局部單元協(xié)同作用的結(jié)果，這些特性在許多人工免疫系統(tǒng)模型中得到了具體體現(xiàn)。人工免疫系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和記憶機(jī)制是在局部單元協(xié)作下產(chǎn)生的系統(tǒng)智能涌現(xiàn)，這與其他涌現(xiàn)計(jì)算方法是十分相似的。由于大多數(shù)模型只是抽取了免疫系統(tǒng)中的部分機(jī)理，對(duì)于構(gòu)成免疫系統(tǒng)自適應(yīng)特性的吞噬細(xì)胞、T細(xì)胞、細(xì)胞因子等未加以考慮，因此當(dāng)環(huán)境突然改變時(shí)系統(tǒng)缺乏自適應(yīng)性。所以要進(jìn)一步地研究免疫系統(tǒng)的仿生隱喻機(jī)制、免疫的記憶、學(xué)習(xí)與智能涌現(xiàn)模型的數(shù)學(xué)或計(jì)算模型。
5)人工免疫系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。人工免疫系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)是理論基礎(chǔ)，多數(shù)人工免疫系統(tǒng)工作集中在簡(jiǎn)單的隱喻抽象和直接應(yīng)用上。盡管開(kāi)發(fā)了人工免疫系統(tǒng)框架，但是缺乏有意義的形式和理論支撐。人工免疫系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到許多問(wèn)題領(lǐng)域，但是需要做更多的努力去理解人工免疫系統(tǒng)的本質(zhì)，找到最適合的應(yīng)用。對(duì)于這點(diǎn)，理論上尋求更深刻的理解是必要的。從目前的狀況看，建立統(tǒng)一的人工免疫系統(tǒng)理論基礎(chǔ)是比較困難的，因此可以從應(yīng)用領(lǐng)域人手，結(jié)合具體問(wèn)題開(kāi)展理論研究。比如免疫優(yōu)化算法，它是對(duì)計(jì)算智能方法的有意補(bǔ)充，豐富了自然計(jì)算這一領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容。國(guó)內(nèi)外在這方面已經(jīng)取得許多進(jìn)展，這方面的理論可能最先取得突破，但不應(yīng)局限于模仿進(jìn)化算法來(lái)研究免疫算法。如何用免疫啟發(fā)的計(jì)算建立比實(shí)際更好的系統(tǒng)，免疫計(jì)算的極限在哪里?與其他計(jì)算智能相比，它的適應(yīng)條件是什么?這些問(wèn)題需要結(jié)合具體應(yīng)用深入探討。今后的理論研究也主要是在免疫工程應(yīng)用方面有突破，但不會(huì)很快出現(xiàn)統(tǒng)一各類面向問(wèn)題的應(yīng)用基礎(chǔ)理論描述，結(jié)合具體問(wèn)題的理論研究將是主要突破點(diǎn)。
6)許多現(xiàn)代生物計(jì)算方法面對(duì)13益復(fù)雜的問(wèn)題已經(jīng)顯示出其缺陷。今天，生物計(jì)算概念趨于直接利用生物成分實(shí)現(xiàn)計(jì)算，比如DNA分子、光感蛋白質(zhì)、生物高聚物等，用于解決不同的計(jì)算問(wèn)題，如旅行商、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿真、移動(dòng)機(jī)器人控制等。但現(xiàn)有技術(shù)的效率與運(yùn)行并融合復(fù)雜信息的自然系統(tǒng)的效率相差很遠(yuǎn)。對(duì)于如何建立生物免疫分子系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)智能控制機(jī)制，并超越當(dāng)前的方法，如何建立基于真正的生物免疫分子過(guò)程的表達(dá)模型，幫助人們更深刻地認(rèn)識(shí)它們等問(wèn)題，還沒(méi)有明確答案。人工免疫系統(tǒng)的研究也存在同樣問(wèn)題。
7)如何利用控制論、信息論、系統(tǒng)論、博弈論、復(fù)雜系統(tǒng)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、自組織甚至物理學(xué)、生物學(xué)、計(jì)算機(jī)、人工智能等理論結(jié)合納米、微電子、微機(jī)電系統(tǒng)相結(jié)合產(chǎn)生新方法、新技術(shù)，用于解決復(fù)雜的工程問(wèn)題。比如對(duì)于免疫系統(tǒng)分子信息處理機(jī)制，如何用量化模型描述，并抽取其中的機(jī)制用于通信、保密、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)絡(luò)、環(huán)境保護(hù)、環(huán)境探測(cè)、地球生態(tài)系統(tǒng)等領(lǐng)域。免疫系統(tǒng)的虛擬實(shí)現(xiàn)以及免疫系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)等都是非常誘人的方向。
上述問(wèn)題是該領(lǐng)域今后若干年都要面對(duì)的重要問(wèn)題。顯然，隨著更多傳統(tǒng)軟件工程技術(shù)和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的建立，這些問(wèn)題研究將不斷取得進(jìn)展。
五 結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)來(lái)自不同學(xué)科領(lǐng)域的研究人員多年的努力，人工免疫系統(tǒng)日趨成熟。已經(jīng)有許多文獻(xiàn)、著作闡述該領(lǐng)域的工作。作為這些思想的綜合和繼續(xù)，本文討論了與人工免疫系統(tǒng)有關(guān)的一系列問(wèn)題，包括免疫學(xué)本身的進(jìn)展，研究人員如何從免疫學(xué)獲得啟發(fā)等等。并通過(guò)綜合分析現(xiàn)有人工免疫系統(tǒng)典型應(yīng)用，反映其研究狀態(tài)，積極尋求新的、甚至矛盾的思想和理論，使人工免疫系統(tǒng)在思辨和爭(zhēng)論中獲得新動(dòng)力并不斷前行。近幾年，國(guó)內(nèi)、外在人工免疫系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展較快，尤其在優(yōu)化、計(jì)算機(jī)安全等領(lǐng)域取得了進(jìn)一步成果，但仍有許多基礎(chǔ)性問(wèn)題亟待來(lái)自各方面的專家合作研究、解決。作者將人工免疫系統(tǒng)十余年的發(fā)展進(jìn)行了全面的概括和總結(jié)，目的是能夠從紛繁復(fù)雜的發(fā)展現(xiàn)狀中清理出明晰的方向。任何一個(gè)學(xué)科或方向在發(fā)展階段必然有這樣那樣的困難和問(wèn)題出現(xiàn)。及時(shí)總結(jié)發(fā)展中的問(wèn)題，有助于人們更加清楚地看到該領(lǐng)域的發(fā)展前途，從而充滿信心地迎接挑戰(zhàn)。
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