18、自然启发计算：人工免疫系统在复杂问题分析与诊断中的应用

自然启发计算：人工免疫系统在复杂问题分析与诊断中的应用

1. 引言

自人类诞生以来，自然一直令人敬畏。尽管人类是地球上最聪明的物种，但始终从周围环境中汲取灵感。自古以来，人类就观察自然，不仅试图理解它，还想复制它。如今，我们面临的数据驱动问题愈发复杂，现有计算方法在分析和提取信息时既耗时又昂贵。因此，需要基于智能的计算方法，能够快速且经济高效地处理大量数据。

受自然启发，自然启发计算应运而生。它开发了各种算法、程序和硬件，复制了自然的物理、生物或化学等方面。这些算法旨在使自主实体能够操作计算系统，当问题出现时，系统会自我调整以提供最佳解决方案。

自然的生物方面是最快速和最多样化的。生物启发算法（BIA）受生物因素影响而发展，它在解决复杂问题，特别是具有多种约束、多个解决方案且难以确定最佳方案的问题时非常有效。BIA 能够学习、适应和进化，模仿生物体的特性，有助于应对现代社会的复杂挑战。

一些著名的生物启发算法包括神经网络（NN）、蚁群算法、蜂群算法和入侵杂草算法等。其中，人工免疫系统（AIS）是最知名和广泛使用的计算系统之一，它受生物体（尤其是人类）免疫系统的启发。免疫系统保护宿主免受病原体侵害，其各种细胞在防御中发挥不同作用，免疫概念、途径和机制是 AIS 的基石。

2. 自然启发计算

自然启发计算（NIC）是一门跨学科科学，将计算机科学与化学、物理、数学、生物学和工程等领域的研究相结合。它用于开发能够解决问题、合成模式、行为和生物体的算法、硬件和软件。在自然科学中，NIC 是一类元启发式算法，模仿或受某些自然现象的启发。

最近，许多自然启发计算范式已经发展起来，主要分为三类：
- 基