复杂 复杂 9.1分

免疫系统和蚁群工作方式及其优势

李先生98年
2018-04-07 11:44:33

去年自己一直在思考一个问题,生物和非生物之间的界线是什么,低等生物如草履虫有没有意识,生命的本质是什么,太阳这样的低熵体算不算生命,带着这些问题,在图书馆整理书架的时候,发现了这本书。书的封底介绍吸引了自己,蚂蚁在组成群体时为何会表现出如此的精密性和具有目的性,数以亿计的神经元是如何产生出像意识这样极度复杂的事物。寒假期间读了一下这本书。下面谈一谈我在这本书中印象较深的几个点。

1.免疫系统、蚁群是如何工作的——分散探测与集中行动的互动

免疫系统(淋巴细胞)工作的原理:淋巴细胞的工作原理也就是细胞识别抗原的过程。我们身体中所有细胞上都有称为受体的分子,受体可以与特定分子相匹配。同样每个淋巴细胞表面覆盖相同的受体,可以匹配相应结构的病原体分子,也就是抗原。淋巴细胞主要有两种,其中B细胞用来产生抗体攻击病毒和细菌,T细胞用来杀死入侵者并且可以调节其他细胞的反应。当某个具有特定受体的B细胞识别出入侵抗原后,T细胞就会激活B

免疫系统面临的问题:淋巴细胞不知道哪种类型的病原体会入侵身体,也就不可能预先产生大量相应受体的淋巴细胞来应对入侵,而

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去年自己一直在思考一个问题,生物和非生物之间的界线是什么,低等生物如草履虫有没有意识,生命的本质是什么,太阳这样的低熵体算不算生命,带着这些问题,在图书馆整理书架的时候,发现了这本书。书的封底介绍吸引了自己,蚂蚁在组成群体时为何会表现出如此的精密性和具有目的性,数以亿计的神经元是如何产生出像意识这样极度复杂的事物。寒假期间读了一下这本书。下面谈一谈我在这本书中印象较深的几个点。

1.免疫系统、蚁群是如何工作的——分散探测与集中行动的互动

免疫系统(淋巴细胞)工作的原理:淋巴细胞的工作原理也就是细胞识别抗原的过程。我们身体中所有细胞上都有称为受体的分子,受体可以与特定分子相匹配。同样每个淋巴细胞表面覆盖相同的受体,可以匹配相应结构的病原体分子,也就是抗原。淋巴细胞主要有两种,其中B细胞用来产生抗体攻击病毒和细菌,T细胞用来杀死入侵者并且可以调节其他细胞的反应。当某个具有特定受体的B细胞识别出入侵抗原后,T细胞就会激活B

免疫系统面临的问题:淋巴细胞不知道哪种类型的病原体会入侵身体,也就不可能预先产生大量相应受体的淋巴细胞来应对入侵,而且外界有大量不同种类的病原体,身体内也不可能储存那么多的淋巴细胞来应对每一种可能。免疫系统是如何克服这个问题的?

免疫系统解决问题的方式:身体内每天会产生不同类型的淋巴细胞(大面积分散有限资源)。如果某一类型淋巴细胞受体与病原体能够大体上匹配(粗略发现目标),且结合数量超过某一阈值,T细胞就会激活B细胞(进行标记),这时,B细胞释放抗体,抗体与抗原结合使其失效。另一方面,受到激活的B细胞会会被输送到淋巴结并在其中大量复制,通过复制过程中DNA的重组过程,后代会产生变异,受体形状也会相应改变,如果某一后代与病原体的结合比母细胞更紧密(第一次微调),同样也会被送到淋巴结,进行大量复制。通过这个过程的不断循环,后代中与病原体的结合越来越紧密(第n次微调),最终消灭病原体。

蚁群搜寻食物的过程:蚁群中蚂蚁在搜寻食物过程中首先会分散开随机朝某一方向进行搜索(大面积分散有限资源),当某一只蚂蚁发现食物后(粗略发现目标),就会返回蚁穴,并在沿途留下信息素(进行标记),当其他的蚂蚁发现信息素后,就会沿着信息素走,若其找到了那堆食物,就会返回蚁穴,沿途留下信息素,这样原先的信息素就会得到加强(第一次微调),但如果找不到食物,信息素就会消失。随后的蚂蚁重复这一过程,信息素会原来越强(第n次微调),最终蚁群将食物运回巢穴。

从以上两个例子中我们可以看出一个套路,1.大面积分散资源。2粗略发现目标。3.进行标记。4.对资源分配进行第一次微调。5.对资源分配第n次微调。这种系统的主要特点是微粒化结构,这种结构有一个优势是可以进行“并行级差扫描”,也就是上述免疫系统和蚁群搜寻食物的过程,其主要思想是1.对所有可能的路径同时进行探测。2.某项探测所获得的资源依赖于其当时的成效。

从总体来说,微粒化系统具有两方面优势,一是处理信息的效率高,由于基本成分的微粒化,系统能够根据获得的信息连续地调整资源的分配;如果基本成分粗粒化,就有可能在没有绩效的路径上浪费资源。二是有很好的冗余度,由于大量个体的统计特性给系统提供信息,即使有个体不能正常工作,也不影响系统的正常运行;高冗余度也使得系统能分配少量资源对其他路径进行采样。

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