为什么要带着地球一起走-聊聊流浪地球背后的“群体智慧”
“流浪地球”作为一部优秀的科幻同人电影，借用了大刘原小说中的一个气势恢宏的脑洞，但由于电影表达形式的限制，导致了其无法表达原著的科学内涵。本文蹭这个热点，来介绍一下为什么要在危机的时候，带着地球一起上路，顺便讲一讲群体智能。最后再谈一谈这个电影本身反映出的社会问题。
小说中讲述人们在面临太阳老化吞噬地球的灾变时，选择一是飞船派，但这一派面临的问题是“小的生态系统，不管多么精确，是经不起时间的风浪的。“书中讲述了一个中学生的自然课的设计作业，”生态球中除了这几样东西外，还有一些看不见的细菌，它们在密封的玻璃球中相互依赖、相互作用。小虾以海藻为食，从水中摄取氧气，然后排出含有机物质的粪便和二氧化碳废气，细菌将这些东西分解成无机物质和二氧化碳，然后海藻利用了这些无机物质与人造阳光进行光合作用，制造营养物质，进行生长和繁殖，同时放出氧气供小虾呼吸。生态球的实验，按照计算机中严格的数学模型，对球中每一样生物进行了基因设计，使他们的新陈代谢正好达到平衡。他坚信，球中的生命世界会长期活下去，直到小虾寿命的终点。“但是生态球的实验很快就失败了，生态球中的生态系统很快就失去了生机。
当我看到这一段的时候，想到的是蝴蝶效应。对于一个混沌系统来说，起初任何一点微小的误差，都会导致系统的走向和最初预测越差越远。为什么会有蝴蝶效应，由于系统中存在着正反馈，每一轮的迭代，都在放大着最初的错误，但为什么不能设计出一个包含负反馈的系统了，要理解这个原因，需要了解动力学中的Bifurcation这个概念。
Bifurcation标志系统的动力学性质就发生彻底的变化。好比两个人在一条路上走着走着，突然到了岔路口，从此南辕北辙。
图中的小球一开始在谷底，处于稳定平衡。这个谷就代表系统的参数，当参数固定，山谷的形状就是确定的。当我们改变参数，山谷的形状发生变化，谷底逐步被拉平，而最后隆起出一个小山。在这个过程里，中心点的稳定性丧失，小球将面临一次全新的选择，是向左还是向右？ 这个谷底变成小山的过程就叫Bifurcation，而谷和丘的临界点，就是Bifurcation Point。
从此图可见，Bifurcation的本质是系统反馈性质的变化。当小球在谷底，一个负反馈保证它不离开（稳），而当谷底逐步变平突起的过程，负反馈演化成离开谷底的正反馈。Bifurcation Point上的小球对于扰动非常敏感，一个随机的扰动都可以被放大（正反馈的作用），使它向左或向右，从而带来蝴蝶效应。
而对于一个微小的生态球来说，即使在设计时考虑了负反馈，但由于生命在每一个层次上，都充满了随机性，即使时两个基因完全和生活环境相同的双胞胎，也会长的不尽相同。统计学中的大数定律告诉你只有在足够多的实验后，才可以保证实际出现的情况离理论预期足够接近。回到为什么书中要带着地球一起走的逻辑上，答案是只有带着地球，才会有足够多的备份，通过冗余来保证整个生态系统不会由于随机扰动进入Bifurcation Point，而一直处在稳定平衡的谷底。
延申来看，一个系统处在不同的尺度，将会具有不同的性质。文明的延续需要创新，而创新需要不断的试错，一个更大尺度的生态系统，会带来的（边际成本递减的）规模效应，以及更多样化的探索。下图展示了从地球诞生以来，使得地球发生彻底改变的诸多创新，例如多细胞生物的出现，爬行类动物的出现等，可以看到，即使在坐标轴指数变化后，图中的点越靠越近，这种超线性的趋势说明了只有复杂的系统，才能够孕育出下一个突破性创新。
来自17年的科普书《Scale》，作者Geoffrey West
回答了为什么要带着地球一起走，看电影时我想到的下一个问题是，为什么人类无法预测出地球的轨道将被木星吸引。这个问题的回答，你可以用三体问题无法解出来解释，将太阳和木星当成三体星球的俩个太阳，但考虑到太阳和木星的质量之比差距几个数量级，因此这并不是一个合理的解释。而动力学中的洛伦兹吸引子，则可以解释为什么会出现轨道的不稳定性。
前面讲述的是初始值会使得系统最终落到那个点不可预测，而洛伦兹吸引子则是说系统最终都会走向定点，但其中的路径不可预测。在三维非线性系统。物体被整个曲面吸引，不知道往哪里去了。 即使它被紧闭在这个曲面上，它也可以具备无数的轨道（面上的曲线）。 轨道变得复杂不可预测。
上图为为洛伦兹吸引子，由洛伦兹方程确定的三维系统具有两个吸引中心（定点），系统围绕两个定点旋转，形成极为复杂不可捉摸的轨道，形如扇扇翅膀的蝴蝶。
接下来要说是“流浪地球”中的AI，电影中，为什么飞船上的AI那么先进，地球上还没有实现无人驾驶？这是我看电影中一直在想的问题。而我的答案是飞船上环境固定，而地面上环境是随时都在变化的。按照片中的设定，地球发动机的能量是山上的石头，人们要做的事用最少的能源，将最多的石头运到发动机那里，而这正是计算机科学中最著名的旅行商问题。
给定一组城市和每对城市之间的距离，求访问每座城市一次并回到起始城市的最短回路。
在旅行商问题中，对于一个N个点的问题，要找到最优解，需要N的阶乘次运算，这是超越指数级的复杂性增加，经过了几十年的探索，人们对于如何求解旅行商问题的近似解，已有了数百种做法，而和流浪地球电影相关的，是蚁群算法。从名字就可以看出，算法模拟了蚂蚁搬运食物回巢的过程，由程序模拟一群蚂蚁中的每一个，每只蚂蚁按照相对简单的固定规则，但整个蚁群却呈现出智能。算法中的蚂蚁会在自己走过的路径留下“信息素”，走过的路径越短，信息素的浓度就越高，而这条路上已有的“信息素”越多，这条路就越有可能被选择。由于正反馈的存在，系统表现的可以利用之前探索得出的捷径，而由于信息素会随着时间消散，又使得系统不会始终停留在过去的记忆中，从而使得其能够更多的探索全新的可能，以避免陷入局部最优。
蚁群算法属于粒子群算法的一个分支，类似的还有蜂群算法，鸟群算法等。而粒子群算法又属于进化算法下的子类，不同于模拟物竞天择的遗传算法，粒子群算法中没有遗传，突变和交叉（crossover），理解于实现起来都更简单。而在流浪地球的电影中，为何需要由人类驾驶运送地球发动机燃料的卡车，则是要人来当作蚁群算法中的蚂蚁，通过涌现出的群体智能，来解决旅行商问题。这也应和了那句一直出现的台词“道路千万条，安全第一条”，第一次听到这句话，觉得是搞笑，都世界末日了，怎么还有心思玩七十迈飙车，怎么还会有千万条路，等到最后一次听到这句台词，我会心一笑，这些卡车司机的工资，肯定是按照当天运了多少货物计件算的，经济的激励能让人调动全部的智慧，能够关注更多算法模拟中被忽略的特征，从而使得由真实的人组成的“蚁群”，要表现的比程序模拟的蚁群更好，这才是为什么地面上没有出现无人驾驶的原因，也是为什么要每次都强调行车安全的原因。
聊完了比较硬的科普，终于可以轻松下来，说说这个电影本身。这是一部特效优于剧情的片子，但剧情的细节，别具中国特色。片头的地下城里的违规赌场，以及中学里老师提问的口气，仿佛来自五线某个县城，但却被安置在了北京，这让那些从北上广回家的年轻人感到异样的熟悉，又照顾了二三线城市人的观影体验。如果是好莱坞来拍，肯定不会都世界末日了，还出现兔女郎的，一定是孤胆英雄为了真爱不顾一切赢的美人归顺便拯救世界。还是中国人拍的片子现实，不涂脂抹粉，直面人性，压抑的环境下才需要释放，比如美国的胡佛大坝，带来了雄激素爆棚的建筑工人，最终开启了赌城拉斯维加斯。
不过这让我进一步的思考，在三体小说的第二部，人类就曾经有过为了一个目标孤注一掷的经历，但那一次带来的是大萧条，而在流浪地球中，却没有看到地下城由于环境的艰苦而崩溃，而这其中的差异，就在于三体中的抗争是没有希望，而流浪地球中则不是。片中说希望是像钻石一样珍贵的东西，这句话真应和了片中Moss的那句台词，让人类永远保持理性是一种奢望。钻石本来是一个营销骗局，是没有多少价值，本该很廉价的一块石头，但人们却说希望如钻石一样珍贵，这是多么的不理性啊，但正是这份不理性，使得人类有了继续前进的动力。
片中最具中国特色的一幕，莫过于众人一起推一个巨大的铁柱子，没有机关巧计，而是靠着最原始的方法，用群体的力量，来弥补机器的缺位。只是这次推的人变成了全世界各国的人民。而且片中有一处容易被人遗忘的设定，就是地球政府在Moss推演出地球无法逃离木星引力的时候，任然组织了全球性的救援，这也是西方同类电影中不会出现的，西方电影的设定时政府会将情况告诉群众，大部分人绝望，主角最初也是绝望的，之后由一个类似基督式导师的引导，找回自己，最终唤醒民众，拯救世界。西方的电影无法想象政府能够将这么大的一个秘密瞒这么久，而中国人却觉得这很正常。但正是由于全球飞蛾扑火式的救援，才使得片中拯救个人的英雄成为可能，这也体现了中国特有的智慧，一个人是能够改变历史，但那是建立在千万人之前的牺牲上的。正所谓长者的那句话“一个人的命运,当然要看个人奋斗,同时也要结合历史进程。“
吸引子2019-02-06 15:05:39
人类理性中的非理性之花，说明人类心中的价值观，而不是机械式的追求最优策略，不仅仅是外在的物质，还有内在的不断变化的需求，共同演绎着人创造的历史！
α Lyr2019-02-06 09:29:41
有幸拜读好文是我的荣幸！
周星宇 中交路景2019-02-06 20:12:33
做许多事都要留有足够多的冗余，十个手指捡田螺，十拿九稳。斤斤计较的人更不容易成功是指系统太过“精密”，即使陷入局部的成功，也无法持续的获得更大的进步。
某男2019-02-06 11:33:41
所谓“同人志”，指和“商业志”对应的由非商业粉丝团体出版的无授权非盈利性质的作品。与是否改编无关。文中属于误用词汇。
海角的云2019-02-07 09:22:46
是不是想说:‘一将功成万骨枯’啊
荢宙嘸敵趫级妸嬡溏2019-02-06 12:34:29
真正的粉丝都直奔评论区
吉劼2019-02-07 18:36:28
穿着科幻外衣的主旋律电影。
五年后2019-02-06 13:42:08
写的好，我的公众号（蚂蚁爱吐槽）也写了关于流浪地球的解读，多向巡洋舰学习
杨波2019-02-06 10:23:26
理工科的能写出这样深邃意境的文章，太牛了！[强]
山青水秀2019-02-06 19:20:45
四部全部看完，我对西游伏妖篇，西游降魔篇，美人鱼没感觉，但这部《》新喜剧之王《》比《》喜剧之王《》更胜一筹，片中反映了无名者的卑微与大牌的高傲，美与丑的人生，骗子与诚实的交替，到领悟了各自的人生，谦虚与努力，剧情笑中有泪，泪中有感，比流浪地球不止强一点，但流浪地球正宗的卖情怀，中国第一部科幻片，比飞驰人生强二点，比疯狂的外星人强三点，好不好，四部一起看完后，大家用不偏不斜的良心去感受吧。周星驰最大的吃亏就是不会商业运作，缺乏联合根深蒂固的影视公司与这个互联网加娱乐的联合，这部《新喜剧之王》被豆瓣影评为6分多一点，所以，只能对这个水深的互联网娱乐用＂佩服‘’来形容！
袁海峰2019-02-06 13:23:31
人推人地这样推铁柱子，真的可行吗？
某男2019-02-06 11:17:52
同人电影？不是商业授权的？
作者
没有按照原著拍
振威2019-02-14 09:59:40
感谢作者又让我学习到了新知识，但是这个AI和无人驾驶这段论证实在写得强行鬼扯了。[流汗]
施飞2019-02-11 10:03:53
共同建造一万台推进器很能说明这电影的含义
wert2019-02-08 00:13:29
我想问个问题，ai可以打星际争霸2。那可以打炉石传说超过人类吗？
跳跳姐姐2019-02-06 23:34:56
同人电影是什么意思。
作者
错误的解释
宇智波能猫2019-02-06 22:09:06
这个片子拍的好，西方那个国家上映不得？让导演和全球影业各路大佬谈笑风生