[讀書筆記] 群的智慧 - The Smart Swarm

此書並非談論團結力量大這種陳腔濫調，而是從看似雜亂無章的動物行為中快速收歛成簡單的結果

出版社：天下遠見
作者：Peter Miller

類別：動物行為、人類行為、決策管理
首版日期：2010.09.24

定價：320 NT
推薦度：5顆星

Smart Swarm 智群

本書從研究角度介紹數種具有智群效應的昆蟲飛鳥，它們個我的存在是如何影響群體運作，進而將這智群觀念套用到人類社會與企業管理。我們又該如何借鏡這經過百萬年演化後的智慧呢？底下將以條列式簡述本書的重點。

智群應用：製造流程最佳化、電信與網路的最佳化路徑、航空業困局、情治單位監控、股市預測
智群限制：常常忽略有用資訊、未整理出所有可能而快速做出決定、須具備多元性

[螞蟻] 自我組織
    1. 蟻群天生能巧妙的將一個大問題分成幾千個小問題來各個擊破
    2. 螞蟻記憶力只有10秒
    3. 螞蟻是根據遇到的其他螞蟻或當時環境來決定該做什麼
            - 多重互動
            - 分散式處理
    4. 豋場角色：切葉蟻、紅收獲蟻、阿根廷黑蟻


值得介紹的是阿根廷蟻，它們使用費洛蒙強化法來選出最佳食物搬運的路徑。這理論可以在研究網路路由的論文中發現其蹤跡，但我是直到讀完這本書才真正了解運作概念以及應用方式。原理是每隻螞蟻在搜尋食物的過程中都會持續釋放費洛蒙，並且會根據前方的費洛蒙濃度來機率選擇循序相同的路徑前進或是另闢新路。越多螞蟻經過同樣的路徑會提高路徑上的費洛蒙濃度；相反地，久未經過的路徑其費洛蒙濃度則會隨著時間消散。所有遵守上述規則的螞蟻都不知道自己選擇的路徑是好或壞，可是透過這機制總是能收斂出最佳解。原因是越短的覓食路徑，螞蟻往返的時間越短，累積的費洛蒙濃度越高，越容易被其他螞蟻選擇相同路徑，這又再再提高此路徑的費洛蒙濃度。如此正向強化與削弱錯誤的作用便可造就一個分散無階級卻仍保持效率的運作模式。


經典的業務員問題 ─ 如果業務需求必須前往10個不同的國家，怎樣的順序(10!=360萬種組合)是最短的移動距離？
方法：透過電腦將大量虛擬螞蟻均勻撒在這10國，讓這些螞蟻遵循內建的規則走完9國再度返回出發地，這樣完成第一輪移動，接下來再執行第二輪的時候就會發現平均返回出發地的時間已大幅減少。因為第一輪所產生的費洛蒙資訊能初步突顯那些較佳的路徑，搭配費洛蒙揮發機制，較差路徑上的費洛蒙已經不太容易影響第二輪螞蟻的判斷，因此第二輪的螞蟻只需專注在從這些較佳的路徑中再次挑選出更優的路徑。找尋最佳解過程的收斂速度會隨螞蟻的數量而增加，單單這點就可以證明"數大便是美" (先唸前兩字再唸後三字)。


螞蟻結論：處理不可預期的情境時，較佳的作法就是在策略目標和隨機實驗之間找到平衡


[蜜蜂] 善用知識多元性
    1. 覓食蜂可靠著8字形擺尾舞蹈與太陽夾角來表示花叢方向，藉由舞蹈的圈數表示距離
    2. 偵查蜂發現理想的新窩地點後返回舊居所跳的舞蹈類似覓食蜂，只是舞蹈圈數與激烈程度可解讀成推薦度
    3. 尚未出發的偵查蜂可根據已經發現新窩的偵查蜂其推薦程度來決定是否前往探勘，或是自行搜索新居
    4. 前往推薦地的蜜蜂會以自己的觀點提出自己的推薦度 (一樣靠跳舞)，越多人贊同的地點越易吸引其他蜜蜂親自到訪。而跳累的偵查蜂會停止舞蹈，若無其他偵查蜂跳著贊同舞蹈的話，此地點很快就會被淡忘。這亦是消退機制
    5. 贊同的偵查蜂數量超過門檻時，蜂群便立即動身，整個選巢過程約2~5小時


上述規則就是蜜蜂構成多元性的方法，透過多元性可以快速找出較佳的解決方案。假設有兩處居住地A、B，A比B更適合作為新居選擇，但分別前往A地與B地的兩隻蜜蜂因為沒造訪另一處，因此分別給予的分數不一定是A>B。可是如果讓前往兩地的蜜蜂數量增加為各三隻，就很有機會得到下列分數 {A1、A2、A3}={45、30、15}；{B1、B2、B3}={40、25、10}。雖然B1>A2，但如果數量夠多且基準相同(皆認定舊窩值30分)，A地分數總平均還是可以獲勝。這就是多元性的重要。


蜜蜂結論：決定=資訊+錯誤，每個個體所產生的錯誤在群體中彼此抵消，各自所獲得的資訊碎片將可指出正確的方向

[白蟻] 間接的協同合作

級聯(cascade)效應：起初的事件增加某些事件發生機率，而這些事件觸發後又如漣漪般誘發更多事件，最後漫延整個系統。又稱為連鎖效應

    1. 自然演化的智群系統皆存在一些自我療癒的機制，以防止級聯效應所造成的種族毀滅
    2. 白蟻築巢規則是將自己手上的沙礫放入別人所放置的沙礫或眾多沙粒所組成的小土堆上，這行為稱為激發行動 ─ 藉已完成的表現刺激他人行動
    3. 由此可發現白蟻的合作方式是間接的，無須面對面，如同P2P網路應用或維基百科一般。這種合作模式無須等待所有人到齊或是等待他人完成某特定工作，大家只要專注將手中的工作完成，便可和其他人的成果拼湊在一起。如此有效率的互動方式便可稱為間接的協同合作

白蟻結論：透過去中心化的間接協同合作，可以讓問題剛產生的時候便有人立即著手而無需傳回中心(或高層)造成處理延遲，擴散成級聯效應。另一方面，此合作方式雖不適合使用在強調組織化的企業，但極適用在強調資訊分享的應用上，部落格以及維基百科就是很好的例子

[魚與飛鳥] 適應性的模仿

    1. 鳥群與魚群可以精確的同時行動，合成一體
    2. 群體中的個體藉著彼此密切注意並透過快速的行動複製以實現群體同步
    3. 使用程式來模擬魚或飛鳥的最簡單方式就是設定個體與個體之間有三種作用力：
        a. 排斥力 ─ 為了避免與同伴間的碰撞，需要排斥力保持距離
        b. 吸引力 ─ 保持身處群體之中，透過吸引力來維持群體中的位置或順序
        c. 同向作用力 ─ 共同行動時，強化群體的移動方向或決斷。例如群體往前移動時，讓自己的速度及方向與群體一致，甚至提供一些作用力以提供群體移動的動能
    4. 電影魔戒中的每位虛擬士兵 (人類、半獸人、強獸人、鬼魂等...) 便是透過這三種基本作用力加上攻擊目標 (優先條件) 來決定戰場上的移動方式，搭配一些隨機參數就能營造每一次運算結果都不相同的進攻場面
    5. 集體警覺是自然界群體合作的最明顯好處。因為動作的快速模仿與擴散，每個個體僅需花費少許的對外注意力，只要有任一個體發現威脅，便立即與群體一起反應，這代表群體中的動物可以花更多時間休息或進食
    6. 個體間模仿還可以發展出某種集體記憶，即便當初取得資訊的個體已經離開群體，群體還是能夠保留這項資訊

鳥與飛鳥結論：在生物性的模仿本能下，就算沒有主動發出訊息，資訊也能夠非常快速的在群體中傳播

[蝗蟲] 群體的黑暗面

    1. 當螞蟻專注費洛蒙的追隨而陷入無止境的迴圈路徑，費洛蒙的強化功能將帶領整隊螞蟻邁向死亡

    2. 蚱蜢與蝗蟲間的轉變 ─ 數量過多、密度過高所造成的

競食壓力下而產生顏色與性格的轉換

    3. 金融海嘯是恐慌的企業與群眾陷入只求自我保護的瘋狂狀態所造成的

    4. 不論是投機泡沫興起或是金融危機出現時，獨立、多元、個人判斷，全都消失了

蝗蟲結論：當所有人都開始只依賴群體的智慧，也就沒有人能真正對群體的智慧作出貢獻