浅谈生物教学与计算机教学之展望未来

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摘要：将生物特性与计算机结合，通过计算机模拟生物特性，实现生物特有功能，达到仿生、智能的效果，这是计算机发展的一个方向。

关键词：计算机计算机免疫学人工智能行为主义

一、计算机是什么？

计算机曾被称为智力工具，因为它可以完成需要脑力劳动的任务，擅长诸如快速计算、对大型列表排序以及在大量信息库中搜索等工作；人类自己也可以做这些事情，但是相比之下，计算机干起来要快得多、精确得多。在1940年以前出版的字典里，计算机被定义为“执行计算任务的人”。机器也能执行计算任务，但他们被称为计算器。冯•诺依曼在一个报告中对计算机部件明确给出定义，并描述了它们的功能。基于此，我们可以把计算机定义为一个能输入、处理、存储数据，并产生输出的设备。计算机的出现，给人们的生活带来日新月异的变化。计算机并没有单纯地停留在一些我们理解意义上的算术计算，数据的处理在不断发展，同时学科之间的相互影响，相互交叉，更加凸现了计算机的地位。

二、计算机免疫学

生物免疫系统具有良好的多样性、耐受性、免疫记忆、分布式并行处理、自组织、自学习、自适应和鲁棒性等特点。这些特性，引起了人们的关注。由生物免疫系统对外界抗原的有效防止和处理，让人联系到对计算机病毒的防治、网络入侵检测等领域。人体免疫有三道防线。第一道是皮肤和粘膜。负责抵挡病原体的入侵。第二道是吞噬细胞。负责监视着细菌的入侵。一旦病原体进入机体，吞噬细胞就会游向它，并将其吞入细胞，再释放出溶解酶溶解、消化病原体；最终达到消灭病原体的目的。而第三道防线，则是人的特异性免疫。特异性免疫的过程中不仅会产生大量的T细胞、B细胞，同时还会产生记忆细胞，将病原体的特征记忆下来，当有着相同特征的病原体再次入侵的时候，就会在最短的时间内，将病原体消灭掉。

计算机病毒与生物病毒极为相似。如果计算机在正常程序控制下运行，不运行带病毒的程序，这台计算机总是可靠的。如果我们能在恶意程序运行前就发现它并抓出来，那么就达到了病毒防治的目的。这让人不禁联想到人体的免疫系统。设想，通过某些算法来实现这样一种反病毒程序，首先它可以将所有普遍的异常程序排出，暂不执行，当将附于其上的病毒清除后再运行，进入第二道防线之后进行“特异性免疫”，将特殊的有异于正常程序的病毒排除。这大大提高了对病毒防治的有效程度。但是问题的关键似乎就便成了“识别”的难题！因为我们知道：计算机病毒有着隐蔽性。如果我们能够很高效地模拟人体免疫细胞的工作，能够尽量多的识别“异己”，就能更好的进行计算机病毒的防治。

三、人工智能（ArtificialIntelligence）

“人工智能”一词第一次出现是在1956年美国Dartmouth夏季会议上。它宣告了人工智能科学的诞生。

3.1什么是人工智能？

笔者理解，人工智能是通过计算机处理各种数据来模拟人的大脑进行各种活动，包括思维，学习等。应该说人工智能是充分发掘人的特质才能，通过与计算机的结合，来模拟实现更为强大的功能的一项科学技术。

3.2人工智能发展研究的过程

人工智能的主要学派有下面三家：

符号主义：其原理主要为物理符号系统假设和有限合理性原理。

连接主义：其原理主要为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法。

行为主义：其原理为控制论及感知-动作型控制系统。

不同的学派对人工智能的发展都有着重大的贡献。在这里，笔者谈谈行为主义。

Wiener说：“我们正研究这样一种自动机器，它不仅通过能量流动和新陈代谢，而且通过信息流动和传递信号，引起动作流动，并和外界有效地联系起来。自动机器接受信息的装置相当于人和动物的感觉器官；相当于动作器官的可以是电动机或其他不同性质的工具。自动机器接受到的信息不一定立即使用，可以储存起来以备未来之需，这与记忆相似。自动机器运转时，其操作规则会依历史数据产生变化，这就像是学习的过程。”

我们正是将人的这些特质特性通过计算机算法的模拟，使机器也具有一部分这样的能力，从而使机器能够最大限度、最大能力地帮助人类，实现功能。

3.3形形色色的机器生命

1977年，Winston在《人工智能》一书中写到：“不难想象以今天的标准来看计算机在未来世界中的应用，很像科学幻想。农业中，计算机将进行剪枝，收割，控制虫害。采矿业中，计算机将在对人类来说过于危险的条件下工作，它将在海底发掘锰。在医院里，计算机将帮助诊断、监护病人，处理治疗和管理床位……”事实上，今天的机器生命甚至更能干，更聪明。电子千足虫能在火星上翻山越岭，勘探火星的地质构造。机器蛇能深入南极上千米深的冰裂缝，研究冰裂缝的成因走向。微型机器人能够进入人体，帮助医生为病人诊断或治疗疾病，甚至给病人做手术。机器鹰和机器昆虫能更加隐秘的侦察敌情。机器工兵能高效率地探测和排除地雷……机器生命能做的真是举不胜举。公务员之家

四、展望未来

人工智能高速度的发展，计算机技术更有效地将生物技术、仿生技术、微电子技术等相结合，创造出更多的机器生命为人类服务。这是每个人所期望的未来生活。同时，我们必须有一定的准则来约束这种发展。正如有人所担忧的：是不是有一天人类将被机器人统治？1942年，著名科学家Asimov在《Runaround》，提出了如今已成为共识的机器人学三定律：定律一，机器人不能伤害人类；定律二，机器人必须服从人的命令，除非这与定律一项违背；定律三，机器人必须维护自身的存在，除非这与定律一、二项违背。

科学技术的发展必须符合一定的法律、道德、伦理的要求，这是一种健康的、有利于人类的科技。生物的特质特性将被充分的发掘，将这些特质通过计算机技术进行模拟，为人类所应用，盲人可以重见五彩的世界，聋人可以重听动听的音符，这些都不再是幻想。完全可以通过计算机模拟人类的感觉、语言、运动系统，设计创造出替代品。未来将是一个更加智能更加和谐的世界！

参考文献：

[1]阮晓钢.机器生命的秘密[M].北京邮电大学出版社.

[2][美]JuneJamrichParsonsDanOja,龚波等译.计算机文化[M].

[3]李涛.计算机免疫学[M].电子工业出版社.