现代若干科学前沿的计算主义哲学蕴意

现代若干科学前沿的计算主义哲学蕴意2011-06-15 09：43 P.M.现代若干科学前沿的计算主义哲学蕴意

李建会王德胜

(北京师范大学哲学系北京100875)

提要：现代生命科学(人类基因组序列的测定及其进一步工作以及DNA计算机的研究等)、生命科学与计算机交叉的新兴学科人工生命、认知科学与计算机交叉的学科人工智能等的新进展向我们表明，我们可以从一个全新的视角，即计算的视角看我们的世界："自然界这本大书是用算法语言写的！""宇宙是一个巨大的计算系统！"

关键词：算法，计算，DNA计算机，人工生命，人工智能

一、引言

我们已进入了21世纪！在世纪之交的2000年，科学界的两大成就引起世人的广泛关注，这就是人类基因组序列的测定和可进行自我设计与进化的进化机器人的出现(Lipson&Pollack 2000)。人类基因组序列的测定曾产生广泛的社会反响，进化机器人的出现也引起不小的震动，尽管由于对前者的过分关注影响了一些人对后者的关注。人类基因组研究的是一般生物学的内容，而进化机器人的出现则是一门新兴的计算机与生物学交叉的前沿学科人工生命的突破。这两个研究领域虽然形式完全不同，但它们的目标都是试图理解生命的本质。两个领域实际上都是从20世纪80年代后期开始进行的。经过10多年的研究，两个领域又在同一时间取得较大的突破。这对生命科学意味着什么呢?

基因组是生命的信息库和程序库。生命的生长、发育、分化、免疫反应等特征表面上看是一系列生物化学反应在时间和空间上的精巧匹配的结果，但本质上是包含在基因组中的生命信息和程序的表达和执行的表现。所有的生命信息和程序都以不同的形式记载在A、G、T、C四种碱基书写的一维DNA序列中。人类基因组计划的目的就是要解开这四字天书。2000年6月26日科学家公布人类基因组"工作框架图"，标志着我们已成功地测出了人类23对染色体上的碱基序列。半年多之后，即2001年2月12日科学家们又公布了人类基因组图谱及初步分析结果。结果表明，人类基因组由31.647亿个碱基对组成，共有3万至3.5万个基因，比线虫多1万个，比果蝇多2万个，远小于原先10万个基因的估计。另外，科学家还发现与蛋白质合成有关的基因只占整个基因组的2%。人类在成功地发现这四字天书的全文时，又陷入新的迷茫：生物的基因与计算机的程序类似，为什么人类的染色体中有那么多的冗余DNA?决定人类的性状的DNA序列或基因到底有多少?它们是怎样组合的?它们怎样相互作用产生出各种复杂的生命现象?因此，新的千年，生命科学将进入到以破译基因信息为主要内容的后基因组时代。在后基因组时代，计算将成为生命科学的一个重要内容。人类基因组的序列数据，如果用大城市电话号码薄的形式编辑出来出版，大约需要每册1000页总计200册这样的容量才能容纳下来。如果一个人每天24小时不停地阅读这套书，需要26年的时间才能读完一遍。这套书是A、T、G、C四个字母的排列，除了在不同染色体间可以分段外，全部是没有任何间隔或者标点的连续字符串。想要通过肉眼阅读并从中发现规律将是非常困难的。如此巨大的数据必须借助计算机技术来存储和分析。尽管基于计算机的信息学已经取得了长足的进展，但要把如此巨大的人类基因组信息组织起来供全人类分享使用，一般的信息技术还不具备这样的能力。生物信息学、基因组语言学和计算生物学就是在这样的背景下产生的新兴学科。它们利用计算机和新的数学分析方法，分析生物基因组的序列数据，寻找生物生长和发育规律。

人工生命虽然没有考虑现实的以碳为基础的生命的运作问题，但它一开时就从计算的视角来思考生命的本质问题。人工生命把生命的本质看作是一种形式，这种形式可以通过程序或算法表现出来。所以，在人工生命看来，生命的本质实际上就是一种算法。这种算法的运行就表现出生命。人工生命的很多研究就是通过计算机编程的方法揭示生命的本质的。

基因组和人工生命研究从不同的方面探讨着同一个问题，即生命的本质问题。两个领域的研究和突破说明，信息、算法和计算等概念已经成为理解生命本质的重要概念。

二、计算与生命的本质

"计算"是一个无人不知无人不晓的数学概念。然而，正如爱因斯坦所说，一个概念愈是普遍，愈是频繁地进入人们的视野，我们要想理解它们的意义也愈困难。因此，虽然人类很早就学会了加、减、乘、除等的运算，但直到20世纪30年代以前，还没有什么人能真正说清楚计算的本质是什么。从20世纪30年代开始，由于哥德尔(Kurt G?del)、邱奇(A.Church)和图灵(Alan Turing)等人的工作，人们终于对计算的本质有了清楚的理解，由此形成了一个专门的数学分支：递归论和可计算性理论，并因此导致计算机科学的诞生。

那么，什么是计算呢?简单地说，计算就是符号串的变换。从一个已知的符号串