李 劲， 肖人彬

(华中科技大学自动化学院，武汉 430074)

涌现计算综述

李 劲， 肖人彬

(华中科技大学自动化学院，武汉 430074)

从涌现现象入手，介绍了涌现计算的基本原理和特点；接着介绍了一种重要的涌现计算模型—元胞自动机，并阐明了涌现计算与群集智能的关系；然后探讨了涌现计算中待求解问题的涌现计算模型映射、自组织现象和同步现象等涌现计算中的若干关键问题；最后从工程涌现计算和社会涌现计算两个方面综述了涌现计算在自动设计，工程优化，交通管理、智能控制、信息处理等工程领域及其在公共管理、市场、经济和军事等社会领域的应用。

涌现计算；群集智能；元胞自动机

0 引言

在自然系统、社会系统以及许多人工系统中普遍存在着涌现现象。所谓涌现，是指由大量相对简单的单元(agent)构成的系统，在agent之间的局部相互作用下，会在整体上出现一些在局部观察不到的新的属性、规律或者模式。自然界中的很多物理现象，如大量气体分子共同作用产生气体压力，大量光子作用形成干涉或衍射图样，受激幅射产生激光等都可以视为一种涌现现象；在人类和动物社会系统中，蚂蚁的觅食、筑巢等行为，蜂群的花蜜采集行为，鸟群觅食和飞行行为，人类的交往合作行为等都是涌现现象；而在互联网、交通网、物流网络、经济系统等人工系统中也存在各种涌现现象。

人们构建了许多模型来模拟自然界中的涌现现象，如元胞自动机[1]、人工神经网络、人工生命模型，遗传算法、蚁群算法、蜂群算法、人工免疫算法等。……