从小确幸到行大运

演化论是达尔文在1859年的《物种起源》中提出的。他说所有的生物在繁殖时，都会产生微小的随机的遗传变异，带有这些变异的个体会发展出不同的能力差异。在自然选择中，某些能力差异会增加了个体的生存繁殖能力，从而导致这些个体的后代更多，反则反之。这样，那些有利于个体的遗传变异得到保留，而那些没有变异或者有不利变异的个体的后代数量则减少甚至消失。

变异会增加生物在各个层次的多样性，这些层面包括种群、个体性状甚至身体的分子构成。

这些变异逐渐累积，如果达到了生物个体间生殖隔离的程度，则导致新物种的产生。

达尔文的学说用一个统一的过程解释了几乎一切物种的产生。这个过程简洁有力，使得它像是一段程序。是的，它就是一个算法。如果我们了解软件编程的话，我们可以认为达尔文的学说是简单的公式：

对具有表现功能的数据结构进行有随机性误差的复制。通过筛选，一些复制品能更好地适应环境。

如果让我用一句话解释演化论，我会说：

演化就是逐渐积攒的小确幸，最后变成了行大运。

想象我们在玩电脑游戏，比如我喜欢的《文明》系列游戏。我自诩能玩最高的天神级的难度，但其实水平挺烂的，往往几回合下来就要亡国了。怎么办？用大家都知道的办法，存档和读档呗。在几乎每一次获得了些许进展的时候，比如踩到了一个好的村庄，干掉了一个难缠的野蛮人据点，或者攻克了一座敌方城池之后，我马上按下F5按键，快捷存档，然后继续。如果后面进展不顺，我按下F8读档，重新来过。经过这样的SL大法，我也可以偶然通关天神难度了，如此简单。

演化算法也类似的，生物个体在每一次繁殖时，都相当于将其祖祖辈辈积攒的好运气存了档，存在自己的基因中，然后以此为起点，开始新的一局。

当电脑往磁盘上写入存档时，偶然会发生微小错误，比如某个字符写错了，这称之为突变。可以认为，在新的一次读档后，我们有可能发现角色的属性有点点不一样了。为了方便讨论，我们将突变定义为是最小的变化，它只指一个字符的数据差别。

这些突变也许给角色某些微小的增强，比如移动更快视野更广，也许会损失角色属性，比如降低了生命值，有时候甚至坏档直接读不出来了。

我越是玩到后来，读档的次数越多，这越是表明我依靠了前面很多次存档不断积攒的运气。当某天我终于通关了最高难度时，这些积攒的小运气已经帮助我完成了一次看似不可能完成的任务。

大自然母亲也是这样。不同的是，她玩的是无限游戏，不用通关，但是这积攒运气的过程一样的。

这么多的存档，都曾经被读档后继续运行，直到再次存档。有的直到现在都还在继续，这就是我们现在地球上活着的所有生物个体。

如果我们从现在的这份存档出发，回溯到上一份存档，再回溯到它的上一份存档，如此反复，我们就会找到我们的各个祖先。从他们那儿到我们这里的这条线索，就是遗传。

然而，还是有大部分存档被抛弃，从此那条线索就中断了。为什么这些存档被废弃？因为进展不顺利，要么角色属性不强，要么运气不好，遇到了怪物打不过，或者踩到了坑，总之来不及存档角色就挂了，这类存档成了死档。在达尔文学说中，这个过程称之为 自然选择。

自然选择是大自然塑造生命的关键力量。变异是遗传字符的随机组合，是无方向的盲目偶然性。但是通过自然选择，这些随机组合中大部分被废弃了，留下了那些具有适应性的，或者仅仅是运气好的变异。这个过程使得生物能够适应环境。

我们在大自然中看到了许多工程奇迹，比如雄鹰的眼睛、人类的大脑、蝙蝠的耳朵等等。很难相信，一个算法会达到如此成就。但是，生命从40亿年前开始经过了亿万个世代，如果你用几十亿次存档读档来玩一个游戏，又有什么不可能呢？

演化算法的威力在于，它是迭代的、累积的、分布的，这简直是软件工程中敏捷开发的最佳实践。它将艰巨任务拆解分散在广阔时空中，由无数个进程同时运行，千头万绪，齐头并进。

尽管如此，演化算法始终都只是一组前后相继的机械步骤，不用借助任何外在的智能，用盲目的偶然来推进，以自然选择来校验。这是科学，是彻底的唯物主义。

这里头的关键在于，存在一种数据结构，它能通过编码控制角色的属性，又能被复制和重构，这就是我们大家都熟知的基因了。

自然选择作用在随机性的基因突变上促使生物的进化，简单又合理。但是，仅仅凭自然选择这个单方向的作用力，就真的能够造就生物界如此纷繁复杂的多样性和复杂性吗？

大家的怀疑没错，这个问题需要一个更形象的模型来阐述。在继续前进之前，我们先补课，了解一下基因的概念。