人工生命(AL:Artificial life)是通过人工模拟生命系统，来研究生命的领域。人工生命的概念，包括两个方面内容：1）、属于计算机科学领域的虚拟生命系统，涉及计算机软件工程与人工智能技术，以及2）、基因工程技术人工改造生物的工程生物系统，涉及合成生物学技术。 AL是首先由计算机科学家Christopher Langton在1987年在Los Alamos National Laboratory召开的"生成以及模拟生命系统的国际会议"上提出。

虽然人工生命(AL)领域与人工智慧(AI)领域的确有明显的重叠区，但他们有截然不同的初衷和演生史。以研究是否以及如何实现模拟智能的人工智能研究，早在计算机诞生后的初期就已经兴起，然而以试图澄清emergent behaviors的本质的人工生命的研究者们，可以说一直不知其他人在做类似的工作而孤军作战，直到80年代末，这个领域才正式的诞生。

人工生命（artificial life）的概念，主要是指属于计算机科学领域的虚拟生命系统，涉及计算机软件工程与人工智能技术，人造生命是特指基因工程技术人工改造生物，90年代未中科院曾邦哲提出人工生物系统（artificial biosystem）的工程生物系统概念来整合计算机领域和遗传工程领域的两个概念，涉及合成生物学和系统生物工程技术。

人工生命(Artificial life，简称Alife)是在 20 世纪80 年代后期兴起的一门新兴学科。人工生命的概念是由美国圣达菲研究所的 Langton C G 教授在1987年提出来的，并把它定义为“研究具有自然生命系统行为特征的人造系统” .关于人工生命尚无统一的定义，不同学科背景的学者对它有着不同的理解。人工生命科学的著名学者Boden 认为：“人工生命用信息概念和计算机建模来研究一般的生命和地球上特有的生命”；而 Ray T则认为“人工生命用非生命的元素去建构生命现象以了解生物学，而不是把自然的生物体分解成各个单元，它是一种综合性方法而不是还原的方法”。

人工生命的思想萌芽可以追溯到20 世纪 40 年代和 50 年代约翰·冯·诺依曼的细胞自动机(Cellular automata)。冯·诺伊曼试图撇开生命具体的生物学结构，用数学和逻辑形式的方法来揭示生命最本质的方面，并将自我繁衍的本质特征应用于人造系统，他意识到任何能够进行自我繁殖的遗传物质，无论是天然的还是人工的，都应具有两个不同的基本功能：一个是在繁衍下一代过程中能够运行的算法，它相当于计算机的程序；另一个是能够复制和传到下一代的描述，它相当于被加工的数据，冯·诺伊曼提出了细胞自动机的设想，并且证明了确实有一种能够自我繁殖的细胞自动机存在。这表明如果把自我繁衍看成是生命独有的特征，则机器也能够做到。同时，人工智慧之父艾伦·麦席森·图灵在1952 年发表了一篇蕴意深刻的论形态发生的数学论文，提出了人工生命的一些萌芽思想。

但由于当时计算机的计算能力有限，约翰·冯·诺依曼和图灵关于人工生命的研究受到了限制，没有引起足够的重视。1970年康韦(John Conway)编写了“生命游戏”程序，它使细胞自动机产生无法预测的延伸、变形和停止等复杂的模式，这一特点吸引了大批学者，其中包括 Langton C G，他认为不应将目光于已知形式的生命，如果人造系统具有繁衍、进化、生存、死亡等生命特征，它也应该看作是一种生命形式。1987 年, Langton C G 组织发起了首届人工生命学术会议，吸引了众多领域科学家广泛参与，从此人工生命作为一门学科正式诞生了。

人工生命是指用计算机和精密机械等生成或构造表现自然生命系统行为特点的仿真系统或模型系统。自然生命系统的行为特点表现为自组织、自修复、自复制的基本性质，以及形成这些性质的饺子动力学、环境适应和进化。

美国圣菲研究所非线性研究组的兰顿(C.G.Langton)于1987年提出人工生命(artificiallife)。人工生命的独立研究领域的地位已被国际学术界所承认。在1994年创刊并在世界著名学府麻省理工学院出版的国际刊物ArtificialLife，是该研究领域内的权威刊物。

20世纪60年代，人们破译了遗传密码，70年代遗传工程有了重大突破，80年代人类又计划测定人类基因组的碱基序列。很自然，生物学研究接下来的一个重要目标就是用人工的方法创造出生命。这就是80年代末90年代初在国际上兴起的一股探索用非有机化合物质创造新的生命形式的研究热潮。这种拟议中的新的生命形式被称为“人工生命”。人工生命概念一提出，立刻得到世界各地学者的热烈响应，吸引了众多学者参与到这一新兴的研究领域中。人工生命的研究进展一度成为《科学》（Science）杂志和\u003c科学美国人\u003e杂志报道的热点。人工生命不仅对传统生物学提出了挑战，而且也对我们最根本的社会、道德、哲学等的观点提出了挑战。

兰顿关于“饺子的边缘”和人工生命的想法得到了美国洛斯阿拉莫斯非线性研究中心的多伊恩·法默（J.DoyneFarmer）的赞赏，在他的支持下，兰顿筹备并主持了1987年9月的第一次国际人工生命会议。会议得到了广泛的反响，150多名来自世界各地从事相关研究的学者、科学记者参加了会议。这次会议的成功召开标志着人工生命这个崭新的研究领域的正式诞生。提交的会议论文经过严格的同行评议，以《人工生命》为题出版。兰顿把参加人工生命研讨会的人们的思想提炼成该书的前言和长达47页的概论，在这些文字中，他为人工生命的主要思想撰写了一份清晰的宣言。

人工生命的主要思想主要包括以下一些观念：

（1）人工生命所用的研究方法是集成的方法。人工生命不是用分析的方法，即不是用分析解剖现有生命的物种、生物体、器官、细胞、细胞器的方法来理解生命，而是用综合集成的方法，即在人工系统中将简单的零部件组合在一起使之产生似生命的行为的方法来研究生命。传统的生物学研究一直强调根据生命的最小部分分析生命并解释它们，而人工生命研究试图在计算机或其它媒介中合成似生命的过程和行为。

（2）人工生命是关于一切可能生命形式的生物学。人工生命并不特别关心我们知道的地球上的特殊的以水和碳为基础的生命，这种生命是“如吾所识的生命”(life-as-we-know-it)，是传统的生物学的主题。人工生命研究的则是“如其所能的生命”(life-as-信息技术could-be)。因为生物学仅仅是建立在一种实例，即地球上的生命的基础上的，因此它在经验上太受限制而无助于创立真正普遍的理论。这里，一种新的思路就是人工生命。我们像我们这样出现，并不是必然的，这仅仅是因为原先地球上存在的那些物质和进化的结果。然而，进化可能建立在更普遍的规律之上，但这些规律我们可能还没有认识到。所以，今天的生物学仅仅是实际生命的生物学。我们只有在“生命如其所能”的广泛内容中考察“生命如吾所识”，才会真正理解生物的本质。因此，生物学必须成为任何可能生命形式的生物学。

（3）生命的本质在于形式而不在于具体的物质。不管实际的生命还是可能的生命都不由它们所构成的具体物质决定。生命当然离不开物质，但是生命的本质并不在于具体的物质。生命是一个过程，恰恰是这一过程的形式而不是物质才是生命的本质。人们因此可以忽略物质，从它当中抽象出控制生命的逻辑。如果我们能够在另外一种物质中获得相同的逻辑，我们就可以创造出不同材料的另外一种生命。因此，生命在根本上与具体的媒质无关。

（4）人工生命中的“人工”是指它的组成部分，即硅片、计算规则等是人工的，但它们的行为并不是人工的。晶圆、计算规则等是由人设计和规定的，人工生命展示的行为则是人工生命自己产生的。

（5）自下而上的建构。人工生命的合成的实现，最好的方法是通过以计算机为基础的被称为“自下而上编程”的信息处理原则来进行：在底层定义许多小的单元和几条关系到它们内部的、完全是局部的相互作用的简单规则，从这种相互作用中产生出连贯的“全体”行为，这种行为不是根据特殊规则预先编好的。自下而上的编程与人工智能（AI）中主导的编程原则是完全不同的。在人工智能中，人们试图根据从上到下的编程手段建构智力机器：总体的行为是先验地通过把它分解成严格定义的子序列编程的，子序列依次又被分成子程序、子子程序……直到程序自己的机器语言。人工生命中的自下而上的方法则相反，它模仿或模拟自然中自我组织的过程，力图从简单的局部控制出发，让行为从底层突现出来。按兰顿的说法，生命也许确实是某种生化机器，但要启动这台机器，不是把生命注入这台机器，而是将这台机器的各个部分组织起来，让它们产生互动，从而使其具有“生命”。

（6）并行处理。经典的计算机信息处理过程是接续发生的，在人工智能中可以发现类似的“一个时间单元一个逻辑步骤”的思维；而在人工生命中，信息处理原则是基于发生在实际生命中的大量并行处理过程的。在实际生命中，大脑的神经细胞彼此并行工作，不用等待它们的相邻细胞“完成工作”；在一个鸟群中，是很多鸟的个体在飞行方向上的小的变化给予鸟群动态特征的。

（7）突现是人工生命的突出特征。人工生命并不像人们在设计汽车或机器人那样在平庸的意义上是预先设计好的。人工生命最有趣的例子是展示出“突现”的行为。“突现”一词用来指称在复杂的（非线性的）形态中许多相对简单单元彼此相互作用时产生出来的引人注目的整体特性。在人工生命中，系统的表现型不能从它的基因型中推倒出来。这里，基因型是指系统运作的简单规则，比如，康韦“生命”游戏中的两个规则；表现型是指系统的整体突现行为，比如“滑翔机”在生命格子中沿对角线方向往下扭动。用计算机的语言来说，正是自下而上的方法，允许在上层水平突现出新的不可预言的现象，这种现象对生命系统来说是关键的。

（8）真正“活的”人工生命总有一天会诞生。在兰顿的人工生命“宣言”中，顿虽然非常谨慎地避免宣称人工生命研究人员所研究的实体“真正”是活的，但是，如果生命真的只是组织问题，那么组织完善的实体，无论它是由什么做的，都应当是活的。因此，兰顿确信，“真正的”人工生命总有一天会诞生，而且会很快地诞生。

人工生命是借助计算机以及其他非生物媒介，实现一个具有生物系统具有的特征的过程或系统。这些可实现的生物系统具有的特征包括：

繁殖可以通过数据结构在可判定条件下的翻倍实现。同样，个体的死亡，可以通过数据结构在可判定条件下的删除实现；有性繁殖，可通过组合两个个体的数据结构特性的数据结构生成的方式实现。

进化可通过模拟突变，以及通过设定对其繁殖能力与存活能力的自然选择的选择压力实现。

信息交换与处理能力模拟的个体与模拟的外界环境之间的信息交换，以及模拟的个体之间的信息交换-即模拟社会系统。

决策能力通过人工模拟脑实现，可以以人工神经网络或其他人工智能结构实现。

强人工生命:主张"生命系统的演化过程，是一个可以从任何特殊媒介物中抽象出来的过程。"(John Von Neumann). Notably, Tom Ray 在Tierra模拟试验中第一次展示了，进化过程在有着抢占计算机存储空间之争的计算机程序的某种群体中极易发生。

弱人工生命：认为通过不基于碳"生命过程"的生成是不可能的。他们的研究不是去模拟这一过程，而是试图去理解单个的现象。通常通过agent based model进行研究，它通常可提供最简的可能结论，就是：我们不知道自然界中的什么生成了这种现象，但是通过模拟也许可以找到复杂生物现象的原理。

自从1987年兰顿提出人工生命的概念以来，人工生命研究已走过了13年的历程。人工生命的独立研究领域的地位已被国际学术界所承认。在1994年创刊并在世界著名学府麻省理工学院出版的国际刊物《人工生命》（ArtificialLife），是该研究领域内的权威刊物。网络上的人工生命资源非常丰富，人工生命的网上园地Zooland曾在《科学》杂志上得到专门的报道。

人工生命学术界举办了7次里程碑式的国际学术会议，这几次人工生命会议构成了该学科发展轨迹在时间维上的重要坐标点。

人工生命的这7次学术会议简要评述如下：

（1）“人工生命——关于生命系统合成与模拟的跨学科研讨会”。本次会议于1987年9月在美国新墨西哥州的罗斯洛斯阿拉莫斯举行。这次会议一般被简称为“ALIFEⅠ”。本次会议的论文集共收录了24篇论文，内容主要分布在：人工生命研究的理论、生命现象的仿真、细胞自动机（简称CA）、遗传算法、进化仿真等5个方面，兰顿发表了题为“人工生命”的开拓性论文，他在文中提出了人工生命的概念，并讨论了它作为一门新兴的研究领域或学科存在的意义。兰顿被公认为人工生命研究的创立者。这次会议标志着人工生命研究领域的诞生。

（2）“人工生命Ⅱ——人工生命研讨会”。本次会议于1990年2月在美国新墨西哥州的圣菲举行），简称ALIFEⅡ。该会议论文集共收录了31篇论文，内容分为概貌、自组织、进化动力学、开发、学习与进化、计算、哲学与突现、未来等8部分。其中兰顿的“混沌边缘的生命”、约翰·科赞（JohnKoza）的“遗传进化和计算机程序的共进化”属于经典之作。

（3）“人工生命Ⅲ——人工生命研讨会”，1992年6月在美国新墨西哥的圣菲举行，简称为ALIFEⅢ。本次会议的论文集共收录了26篇论文，内容除涉及遗传算法、进化仿真、突现行为、适应度概貌图、群体动力学和混沌机制等人工生命经典内容之外，还讨论了机器人规划应用问题。科赞的“人工生命：自我复制的自发突现与进化的自改进计算机程序”堪称杰作，从遗传编程算法方面探讨了在人工生命研究中关键的突现机理。

（4）“人工生命IV——第四届国际生命系统合成与模拟研讨会”，1994年7月在美国麻省理工学院举行，简称为ALIFEIV。本次会议的论文集共收录了56篇论文，内容分为特邀报告、长文和短文3个部分，它复盖了协同进化、遗传映射、进化与其它方法（如神经网络等）的综合、AL算法、关于混沌边缘和分岔的研究、AL建模、学习能力、进化动力学、细胞自动机、脱氧核糖核酸非均衡学说研究、人工生命在字符识别、机器人等方面的应用等较为广泛的内容。

（5）“人工生命Ⅴ——第五届国际生命系统合成与模拟研讨会”，1996年5月16-18，在日本古城奈良市举行，来自世界各地的500多名学者参加了会议。这是人工生命首次在亚洲召开的国际会议。人工生命概念刚提出，就引起日本学者的关注，第一次人工生命国际会议就有日本学者参加。这次会议在日本的召开，标志着日本成为亚洲人工生命研究的中心。

（6）“人工生命VI——第六届国际人工生命研讨会”，1998年6月26-29在美国洛杉矶加利福尼亚大学举行。这次会议的主题是“生命和计算：变化着的边界”。本次会议收到大约100篇提交的论文，其中39篇作为完整论文在这次会议的论文集中得到介绍。有9篇论文被认为是人工生命的新的高质量工作。这次会议主要的论文涉及的是计算的分子和细胞生物学。会议提供了许多新的关于发育过程、细胞分化机理和免疫反应模型制造的新见解。这些论文把人工生命扩展到令人兴奋的新方向。

（7）“人工生命Ⅶ——回顾过去，展望未来”,于2000年8月1-6日在美国波特兰的里德学院举行。本次会议的主题是：“回顾过去，展望未来”。具体讨论的问题有以下几个方面：生命的起源、自组织和自复制问题，包括人工化学进化、自催化系统、虚拟新陈代谢等；发育和分化问题，包括人工的和自然的形态发生，多细胞分化与生物进化，基因调节网络等；进化和适应动力学问题，包括人工进化生态学，可进化性及其对生物组织的影响，进化计算等；机器人和智能主体，包括进化机器人，自主适应机器人和软件智能体等；通讯、协作和集体行为，包括突现集体行为，通讯和协作的进化，语言系统、社会系统、经济系统和社会-技术系统等；人工生命技术和方法的应用，包括工业和商业的应用，可进化硬件、自修复硬件和分子计算，金融和经济学，计算机游戏，医疗应用，教育应用等；认识论和方法论基础问题，包括人工生命的本体论、认识论以及伦理和社会影响等。

人工生命的研究可使我们更好地理解涌现特征，个体在低级组织中的集合，通过我们的相互作用，常可产生特征。该特征不仅仅是个体的重叠，而且是总体上新的出现特征。这样的现象可见于自然界的所有领域，但在生命系统中更为明显。生命本身确实有涌现性质，当总体分解为它们的组成部分时，相互作用所产生的涌现性质将全部消失。归约科学，它的研究方法今天看来是最严肃的学术研究，其中大部分是分析的方法。归约科学在各个领域都已取得很大成功。但自然的很多特性都被忽略，这并不是因为这些特性是无趣的或不重要的，相反，人们研究这些特性，但缺乏适当的工具和有效的方法来研究，人工生命领域的研究必须是综合的，把所有的因素综合考虑以创造生命形式，而不是肢解。

有很多方法使得新的特性可能涌现，人工生命将会成为研究生物的一个特别有用的工具。对于研究像条件这样的抽象课题，可以支持有关生命问题的研究。

按照人工生命的组织机构，人工生命的内容大致可以分成两类：

(1)构成生物体的内部系统，包括脑、神经系统、内分泌系统、免疫系统、遗传系统、酶系统、代谢系统等。

(2)在生物体及其群体中表现的外部系统。

生物群体中环境适应系统和遗传进化系统从生物体的内部和外部系统所得到的各种信息，构成人工生命研究的方法，主要有两类：

(1)模型法。根据内部和外部系统所表现的生命行为，建造信息模型。

(2)工作原理法。生命行为所显示的自律分散和非线性的行为，它的工作原理是混沌和分形，据此研究它的机理。

这个领域需要运用很多计算机程序与计算机模拟, 包括进化算法evolutionary computation (evolutionary algorithms (EA),遗传算法 genetic algorithms (GA), 遗传编程genetic programming (GP), 群体智慧swarm intelligence (SI), 蚁群优化ant 菌落 optimization (ACO)) 人工化学合成artificial chemistries (AC), 智能体agent-based models, and 细胞自动机cellular automata (CA).这些领域通常被视作AL的亚领域，这些领域的论题以及其他一些暂时未归于其他领域的相关技术问题，在他们独立门户之前，也是在AL的会议上讨论的。

在很多如语言学、物理学、数学、哲学、计算机科学、生物学、人类学以及社会学等学科中，有争议的非常规的计算性以及理论性的尝试也可以在这里被讨论。这是一个曾在历史上有争议的领域，John Maynard Smith在1995年曾批判部分AL工作为"脱离事实的科学",，此外AL也没有广泛的得到生物家们的注意。然而，如今AL相关论文在被广泛阅读的科学Science 和 自然Nature 上的发表，证明这一领域的技术，至少作为研究进化的一个方法，正在被主流接受。被模拟的生命系统特性和能力，决策能力通过人工模拟脑实现，可以以人工神经网络或其他人工智能结构实现。

备受争议的基因组研究先锋克莱格·文特和他的研究团队日前制造出了一个细菌的基因组，并将其植入一个细胞内。至此，他们创造了世界上首个人工合成的生命结构。

这项成果被认为具有里程碑式的意义，将会为设计有机化合物铺平道路。在未来，有机物可能不是通过进化而改变，而是通过人工合成的方式被制造出来。

共有20名科学家参与了这项备受争议的实验，前后耗时长达10年，实验的花费约为4000万美元。有一位学者表示，这项实验是“生物学上的决定性时刻”。

基因组研究先锋、美国遗传学家克莱格·文特是实验的领导者之一。他说，这项成就就像昭示新时代的曙光一样，在未来，科学家可以制造新的生命造福人类，可以制造生物燃料的细菌将会成为首当其冲的“人工生命”。

该研究团队如今计划使用人工合成有机物来制造出生命存活所需要的基因。通过这个方法，可以将新的基因加入现有生物中，创造出新的微生物，从而制造有用的化合物、减少污染物，或是制造疫苗所需要的蛋白质。

文特和他的科研团队此次制造的新生命使用的是一个现有的会导致山羊乳腺炎的细菌，但这个细菌的细胞内核是一个完全由化学物品人工合成的基因组。

这个新生命的脱氧核糖核酸中被写入了四个“水印”，以此表明其人工合成的身份，并使得科学家可以追溯它的后代。

“当我们发现带有‘水印’的细胞开始启动繁殖，我们欣喜若狂，”文特说，“它是一个活生生的物种，是我们这个星球上生命中的一部分。”

这项研究将会在刊登在今天的《科学》杂志网络版中。文特对《科学》杂志表示，“这是科学界和哲学界中的重要时刻，它改变了我对生命以及生命如何工作的看法。”

人工生命研究的基础理论是细胞自动机理论、形态形成理论、混沌理论、遗传理论、信息复杂性理论等。在细胞自动机中，被改变的结构是整个有限自动机格阵。在这种情况下，局部规则组是传递函数，在格阵中的每个自动机是同构的。所考虑修改的局部上下文是当时邻近的自动机的状态。自动机的传递函数构造一种简单的、离散的空间/时间范围的局部物理成分。要修改的范围里采用局部物理成分对其结构的“细胞”重复修改。这样，尽管物理结构本身每次并不发展，但是状态在变化。当系统的规模低于临界规模，则自复制装置不可避免地只能制造比自已更小型、更简单的子孙；一旦系统超过临界规模，则不仅可以自复制，而且有可能制造出比自已更复杂的子孙，即具有进化的可能性。

典型的形态形成理论是1968年林德迈伊（Lindenmayer）提出的L-系统。L-系统由一组符号串的重写规则组成，它与诺姆·乔姆斯基(Chomsky)形式语法有密切关系。在下面“X→Y”表示结构中当出现X时用字符串Y代替。因为字符X可以出现在规则的右边和左边，这组规则可以被递归地应用来重写新的结构。它是从生命行为中的形态形成侧面来说明其形态形成和发生行为。