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32 篇博文 含有标签「码农札记」

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训练一个黑白棋模型

· 阅读需 7 分钟

之前用 LabVIEW 编写了一个黑白棋程序,作为学习 XControl 的示例。那个程序基本完整,但是缺少一个 AI 自动走子的功能。最近抽空尝试训练了一个网络模型,添加到了演示程序中。

所有AI下棋的思路都是非常类似的:根据当前的盘面,给每个可以落子的位置打分,选取分数最高的那个走法。这里的关键就是设计一个最为合理的打分算法。

黑白棋最终判定胜负的标准是看谁的子多,所以最符合直觉的打分方法是:在一个位置落子后,把己方的棋子数目作为这个位置的分数。这个算法有个缺陷,就是当前棋子数最多的走法不见得就能保证将来也棋子数最多。

解决这个缺陷的思路有两条:其一是,不要为当前这一步打分,而是向后预测几步。比如,把双方各下三步棋(也就是总够六步)后的所有可能出现的局面都列出来,然后看那个局面得分最高。考虑的步数越深,棋力也就越高,极端情况,如果预测的足够深,甚至可以找到必胜的下法。这个方法的缺点是预算量非常高,增加预测的深度,计算量会指数级增加。可以通过剪枝做一些优化,但效果有限。

第二条思路是采用更复杂的打分算法,如果只考虑棋子数量还不够好,那么就也同时考虑落子的位置,稳定的棋子的个数,周围空间的个数等等。在这众多的因素中哪些更重要,如何分配权重,对于我这种非专业棋手来说是很难做选择的。不过这部分可以利用机器学习算法,让电脑自己找到最优解。

当然以上两条思路可以结合使用:先找到一个最优的打分算法,再尽量预测到更深的步数。

我尝试训练了一个基于神经网路的打分模型。

我采用的是一个只有一层隐藏层,64节点的全链接神经网络。单隐藏层64节点的神经网络对于解决黑白棋来说,有点太小了。我也不能确定多大才合适,但估计至少也应该采用一个七八层的CNN,才能达到不错的效果。不过,我的目标不是最好的效果,而是只要试验一下可行性。并且,我需要把训练好的模型移植到 LabVIEW 代码上,复杂模型移植起来太麻烦。所以我选择了这个最简单的模型。

模型的输入数据是当前棋盘状态(每个位置棋子的颜色)和一个准备落子的位置,模型输出一个实数表示得分。

训练模型的大致思路是:让模型分别持黑子和白子,自己跟自己下棋,并且记录下每一步的走法。最终胜利一方所有走过的位置都获得正标签,失败一方所有走过的位置都是负标签。用这些标签训练模型,然后重复以上过程。

在训练模型的过程中,我遇到了一些以前从未考虑过的问题。比如,采用何种激活函数。我开始采用的 ReLU 函数,但模型始终无法被训练到预期效果。调试后发现,是 ReLU 的神经元坏死造成的。ReLU 在输入值小于零时,梯度永远为0,这个神经元很可能再也不会被任何数据激活了。这对于目前常见的有着几万乃至几百亿节点的大规模模型来说,根本不是问题。但是对于一个本来就没几个节点的小型模型来说,损失神经元是非常致命的。我把激活函数换成 Sigmoid 之后,效果就好了很多。

我训练模型的方法效率非常低下。在下棋过程中,大多数的步骤可能都不是太重要,不论走这还是走那,对最终结果影响都不大。关键的就那么少数几步,可以决定输赢。但是在训练时候,我也不知道每一步的权重应该有多大,只能假设所有步数都是一样的权重。那些垃圾步不但占用资源,也会影响训练结果。

模型训练好之后,我把它移植到了之前编写好的 LabVIEW 黑白棋 VI 中。棋力算不上很好,但至少是明显优于随机落子。等我空闲的时候,看看还能不能进一步优化下。

程序在: https://github.com/ruanqizhen/labview_book/tree/main/code/%E7%95%8C%E9%9D%A2%E8%AE%BE%E8%AE%A1/Xcontrol/Othello

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DALL·E 绘图

· 阅读需 1 分钟

申请到了 DALL·E 的账号,赶紧玩了几下。DALL·E 是个人工智能绘图程序,可以根据输入的文字绘制图片。它的水平肯定比不上经过训练的画师,但是对于我这种没有绘图能力的人来说,可能会有些帮助,比如,以后制作文档时,也许可以让它帮忙绘制一些插图。

我先画了一幅程序猿自画像: (Photo of a chimpanzee sitting in front of a computer and programming)

儿子也画了一幅自己喜欢的图画: (Cartoon of apples, peaches, grapes and many kinds of fruits growing on one tree under a clear sky with the moon shining on the background)

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优化旧照片

· 阅读需 5 分钟

最近测试了一些翻新旧照片的算法,主要是试着把模糊的小照片翻新成清晰的大照片。据说淘宝上有很多人做这个生意,主要是靠手工来修复的。网络少也有不少PS修复旧照片的教程。不过我不会使用PS,所以只能依靠算法了。修复旧照的人工智能的算法也是有一些的,但目前来说,人工智能算法的修复效果在总体上还是比不了人工修复的,但某些情况下表现也还不错。

第1步 选照片

首先找一张老照片:

要想效果好,照片一定要找上图这样的:大头照,而且只有少量折痕和磨损。我也测试了一些质量更差的照片(人脸所占像素太小,有大片磨损等),人工智能对于它们目前还还无能为力。

第2步 去网纹

很多老照片都不是光滑的,像纸上有排列规则的凸点,扫描之后的图片上就会有网纹。上图的旧照片上可以明显看到这些网纹。我找的几个人工智能程序都是解决特定问题的,无法很好的处理这些网纹,所以先要人工去除这些网纹。网上搜了一下,没有专门去除网纹的程序,只有PS相关的教程。PS是收费软件,我也没有。好在有一些免费的图像处理软件可以替代PS。我用了GIMP(GNU Image Manipulation Program)加上FFT插件。FFT是快速傅里叶变换的缩写,用于把时域信号转换为频域信号。

上图经过傅立叶变换,在频域上的图像如下(灰度图部分):

由于原照片里的网纹是规则的(有固定频率),频域图会在一些特定的频段里出现高能量区域,也就是上图用红圈圈出来的部分。我只画了三个圈,但其它那些亮点(除了中心低频区域外),都是网纹造成的,只要把这些亮点全部涂黑,再做反傅立叶变换,新生成的图片就是被去除了网纹的照片了。

第3步 上色

GitHub上最受欢迎的黑白照片上色程序是这个:https://github.com/jantic/DeOldify

我试了一下,效果只能说马马虎虎,上了色的照片看上去还是像旧照片,只是把原来的纯黑白色调中加入一点肉色,一看就不是真的彩色照片。

如果会PS的,肯定还是PS效果好。

第4步 清晰化

我在GitHub上找到了两个照片变清晰的软件,一个是微软的 https://github.com/microsoft/Bringing-Old-Photos-Back-to-Life

一个是腾讯的 https://github.com/TencentARC/GFPGAN

两个软件各有千秋,比如微软的可以修复裂痕,但腾讯的可以放大照片。具体那个效果更好,要针对不同情况测试一下。

这两个软件都是侧重于对人头像进行优化,对其它区域的优化会差一些,所以经过它们优化的照片常常是人脸非常清晰,但衣服还是模糊的。再有它们对于眼镜的处理都不太好。常把眼镜当成皱纹;或者把眼镜上的反光当作眼睛来处理。有时候生成的照片非常诡异吓人。

另外,它们也没法处理太小的人像,或是有缺损的人像。

处理后的效果

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重新制作了书籍网页

· 阅读需 3 分钟

最近学习了 React,并借助 Docusaurus 重新制作了书籍网页:https://lv.qizhen.xyz/

实际上,Docusaurus 已经帮我做了绝大部分工作,React 技能几乎没派上用场,毕竟书籍的格式还是比较简单固定的,不需要非常炫酷的界面。

之前我使用 Docsify 制作网页,对其简洁的界面和实用的功能一直很满意。然而,Docsify 的最大问题在于它采用客户端渲染,导致搜索引擎无法有效爬取页面内容。在墙外,Google 几乎垄断了搜索市场,但它对客户端渲染页面的支持并不理想。国内的搜索市场竞争虽然激烈,但各大引擎在这方面表现得比 Google 更差。因此,为了提高网页的可见性和 SEO 效果,我决定寻找更适合服务端渲染的工具,最终选择了 Docusaurus。

Docusaurus 确实比 Docsify 更复杂,入门门槛也稍高。Docsify 专注于文档页面,而 Docusaurus 除了文档,还支持个人主页和博客等多种内容形式。因此,Docusaurus 的配置和插件系统更为复杂,但灵活性也更高。Docusaurus 支持服务端渲染,生成静态 HTML 页面,这使得 Google 可以顺利爬取我的网页内容。尽管国内搜索引擎目前依然无效,但问题可能出在我的域名未通过工信部认证,而非 Docusaurus 本身的限制。与 Docsify 的“所见即所得”不同,Docusaurus 需要经过 build 步骤才能生成最终页面,这对初学者来说可能有些不习惯。此外,作为较新的工具,Docusaurus 的中文资料相对较少,但社区活跃,更新速度快。

尽管学习曲线略陡,但 Docusaurus 的整体体验非常令人满意。特别是在 SEO、功能扩展和界面设计上,Docusaurus 显示出强大的潜力和灵活性。

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制作电子书网站的一点想法

· 阅读需 6 分钟

初次尝试搭建电子书网站时,由于缺乏经验,许多技术问题都是在实践中逐步暴露的。先大致总结一下。

最开始弄的时候,没有借助任何工具,直接就开始搭网页了。当然底层的库用的还是别人写好的,比如最主要的部分,把Markdown格式文档(MD)转换成HTML格式用的是marked.js。上层的代码也并非完全从头开始写, 我也参考了别人的代码。不用工具,自己写的最大好处是让我学习了很多以前不会的技能。以前是没做过网站前端开发的,Javascript也没用过。现在能做个简单网页了。

但是学习过后,发现如果把网页功能完善起来,全自己开发太费时间了。而且继续花时间对我学习的帮助也没有之前那么大了。于是我还是用了工具把网页从新做了一边。最著名的工具大概是 gitbook-cli,一个GitBook发布的旧版本的开源工具。这个工具是在线下把Markdown格式文档转换成HTML格式文档的。更新一个页面的流程大约是这样:找到需要更新的MD文档,修改保存,运行gitbook-cli,生成HTML文档,把生成的HTML文档上传至GitHub。步骤有点繁琐,不是我想要的。而且gitbook-cli有四五年没更新了吧,直接下载后不做点配置都根本运行不起来了。所以放弃了。

后来是用的Docsify重新生成了网站。Docsify还是很简单易用的,不过bug也是很多。有一些bug我直接在本地修改了,但有一些是我没法改的,比如最简单的,它对于HTML tag中图片的路径解析跟别人都不一样,比如:<img src="images/image192.png">。它用绝对路径来解析,而其它MD转换工具全部用的相对路径。这个问题我估计Docsify自己也没法改了。不过我现在还有临时解决办法,先将就着用一段时间吧。Docsify生成的网站最大的问题还是没办法被搜索引擎检索,当然也可以说这是搜索引擎不够强大,但是我也没法改变搜索引擎,只能再改进自己的网页了。

Docsify和我最开始写的网页原理完全相同,都是在客户端做渲染,服务器并没有给客户端发送任何HTML格式内容,而现在的搜索引擎只认HTML,它们是不会运行渲染程序的。所以也就没法抓到任何内容。要想被搜索引擎认识,还是得有HTML文件才行。有些网站是可以帮我们做这件事的,比如GitBook。我在GitBook上也生成了一份电子书,https://labview.qizhen.xyz/ 。在GitBook上做电子书网页,基本没有任何可以配置的东西,所有的网页都长一个模样。这也不是设么大问题,但它无法提供留言功能,还是非常不爽的,我就喜欢看留言。GitBook收费版可能有留言功能,不过穷人并没有尝试付费版。

穷人也不是完全没办法,我们开可以利用GitHub Actions这个免费功能来实现HTML文档的自动生成和部署。GitHub Pages默认就集成了一个Action流程,它可以在每次用户更新 MD 文件之后就调用Jekyll这个工具,为更新的MD文档生成HTML文档在部署到服务器上。只不过GitHub Pages默认的工具对生成的网站有一定格式限制,比较适合做博客,不适合发布书籍。其实可以不用它默认的工具,而是利用GitHub Actions调用一个更适合电子书的转换工具,在MD文件更新后做自动转换和部署。近期我还不会尝试这件事,因为React这个东西我才学了一半,业余时间就那么一点,先抓紧时间学完React再去建新网页。至于转换工具,我会去使用 Docusaurus,因为它使用React写的,正好让我学完了可以实践一下。

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放在GitHub上的书还没法被检索

· 阅读需 3 分钟

我把书的原稿开源后放到了 GitHub 上,并制作了一个页面方便阅读。制作的网页是一个单页面应用,也就是说书中的所有内容都在同一个页面中:https://lv.qizhen.xyz/。别看每个章节的地址栏都会显示不同的 URL,比如:https://lv.qizhen.xyz/#docs/structure_condition,实际上 # 号后面的部分只是同一页面的不同参数而已。

浏览器展示的内容是 HTML 格式,但 GitHub 的网站并没有存储 HTML 格式的文档。所有文档都以 Markdown(.md)格式保存。GitHub 的网站不会动态地将 Markdown 格式的文件渲染为 HTML 再传给读者的浏览器,而是直接发送 Markdown 数据。最终由浏览器端运行的一段 JavaScript 程序将 Markdown 数据渲染成 HTML。

GitHub 的服务器似乎不支持后台渲染。做成前台渲染的单页面应用对用户体验会更友好,比如页面切换速度较快,还可以动态改变背景配色等。但这种做法对搜索引擎并不友好。

搜索引擎在检索网站时存在两大问题:

  1. 它不会尝试访问 URL 中的不同参数,也就是说只会检索 https://lv.qizhen.xyz/ 这个主页;
  2. 搜索引擎的爬虫不会运行 JavaScript,因此即便是主页的内容,它也无法看到。

总之,搜索引擎无法读取书中的任何内容,这也就意味着用户不可能通过搜索引擎找到它。

目前我还没有解决这个问题的方案。不过,在 GitHub 上搭建博客有很多其他方法,有些工具可以生成静态 HTML 页面,这种方式应该不会有类似的问题。等有时间再尝试其他工具吧。

此外,GitHub 自带的搜索功能对于中文书籍几乎没有用。它按“词”进行搜索,但 GitHub 定义的“词”是两个空格或符号之间的字符串。对于代码或英文文档来说,这种方式非常适合。然而,由于中文词语之间没有空格,GitHub 搜索中文时只能整句匹配。只有当文章中的某句内容与搜索内容完全一致时,搜索结果才会显示出来。

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最近使用国内网站的麻烦

· 阅读需 6 分钟

都是实名认证弄出来的麻烦,看这趋势,以后国内外的网络世界恐怕要彻底分离了。

前一阵子,我买了一个域名 https://www.qizhen.xyz/ 。为什么选择 .xyz 后缀呢?因为便宜!穷人也想要个独立域名,所以只能降低要求。随后,我把家里的电脑配置成了一台服务器。要让别人能访问我的服务器,需要使用内网穿透软件。考虑到墙内的限制,首选当然是国内的软件。我试用了“花生壳”等几款较为知名的软件,功能做得不错。不过,这些软件需要手机认证,这还算好,我请国内的亲戚帮忙认证,虽然麻烦,但总算通过了。

但接下来的问题就更麻烦了:一是客户端不允许国外 IP 登录;二是使用的域名必须是工信部注册的。我尝试通过腾讯云办理工信部备案,结果发现实名认证更加严格。不仅需要打开微信小程序进行实时视频认证,还会检测我的 IP 地址。因为我的 IP 位于国外,认证直接失败了。

好吧,这难不倒软件工程师。我转而尝试自己搭建 FRP 服务实现内网穿透。在腾讯云上购买了一台国内最便宜的服务器。但接着发现一个新问题:根本无法连上服务器!起初我以为是配置出错,后来才意识到是墙的原因 - 服务器 IP 和我的 IP 之间根本无法互通。原本以为墙只是阻挡特定网站,没想到国内运营商可能为了省事,干脆直接封禁了一整段 IP 地址。或许换其他云服务商会好些,但我选择腾讯云是因为它支持微信登录,即便我的微信是美国账号,这确实方便了不少。无奈之下,我只能改用腾讯云在美国的服务器。这台服务器的 IP 地址能被国内外用户访问,问题总算勉强解决了。

政策带来的限制虽麻烦,但产品如果足够好,总能找到替代方案。然而,如果产品质量也很差,那就真的无路可走了。新浪的产品就是这样。前些天看到一则新闻,说近几年新浪微博的收入大幅增长。我不禁感到惊讶:还有人用微博吗?

曾几何时,新浪是我每天必登录的网站,也是获取新闻的重要来源。新浪的博客、微博都曾风靡一时。然而,随着产品质量不断下降,身边的朋友也逐渐远离这个平台。我自己曾尝试过使用新浪博客,但它的用户体验极差,尤其是敏感词问题。经常是我费尽心力写了一篇技术文章,发布时却被提示“包含敏感词,无法发布”。然而,系统根本不告诉你哪些是敏感词,导致完全无从修改。

后来,我果断放弃了新浪,改用 WordPress 作为博客平台。虽然牺牲了国内用户的访问便利,但总比被发不出文章强得多。而且,现在看来,幸好当初没坚持使用新浪博客,因为我现在已经完全无法登陆新浪了。如今,登录新浪博客时需要手机验证,但无论是国内手机号还是国外手机号,我都无法通过验证。大概还是因为我的 IP 地址位于国外吧。

虽然我无法使用新浪微博了,但却意外发现我的微博账号似乎被一个机器人接管了!它正在自动关注其他账号并转发内容,大约每小时关注一个陌生账号,并不断转发一些毫无意义的内容。我查看了一下以前几个好友的微博账号,发现他们大多已经很久未登录,有几个也被类似的机器人控制着,重复着自动关注和转发的任务。

现在,我总算明白了新浪微博的“活跃用户”数据是从哪里来的。令人唏嘘,曾经的新浪居然堕落到如此地步。

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终于把所有章节都放好了

· 阅读需 4 分钟

https://lv.qizhen.xyz/

花了好几天时间,其中一天我甚至请了假专门来整理。虽然目前仍然存在一些排版上的问题,但这些只能慢慢修改完善了。

Markdown 格式在某些功能上还是有局限性的,尤其是处理表格时。最大的问题是它不支持无表头的表格。将 Word 文档转换为 Markdown 格式时,大部分表格不得不直接使用 HTML 标签。这虽然在显示上没有问题,但编辑起来却相当麻烦——满眼都是标签,想要找到需要的内容变得异常困难。

在这里要特别感谢 lhb5883 网友,他最初建议我使用 GitHub 搭建博客。这才让我发现,原来 GitHub 既没有被墙(希望我不是乌鸦嘴),也确实是最适合托管开源项目的平台。唯一让我担心的是,LabVIEW 用户中可能有很多人不熟悉 GitHub 的使用方法。

这堵“墙”给我造成了许多麻烦,更糟的是,它似乎还在变得越来越高。有些人可能认为这堵墙只是为了圈住里面的人,但实际上它是双向的。我在国外访问国内网站也越来越困难了。例如,我已经完全无法使用新浪博客了。最开始还能浏览页面但无法查看评论,后来甚至连正文加载都不正常了。而现在,登录还必须每次通过国内手机接收验证码。

目前,国内用户量较大的网站几乎都要求手机注册和验证。这意味着,我无法再正常使用大多数常用网站。如果只是注册时需要手机号,我还能请国内的亲戚帮忙,但有些网站每次登录都要手机验证,这就彻底把国外用户挡在门外了。

这次把书开源的过程中,我学到了一些网页构建的知识。在此之前,我几乎没有任何网页开发经验。不过,对于是否将博客也迁移到 GitHub,我仍有些犹豫。原因是旧博客的内容非常多,包括大量的图片、链接以及留言等,这些迁移起来的工作量可能远远超过一本书。我还需要进一步研究是否有更高效的迁移方案,争取找到更简单的做法。

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不可解问题

· 阅读需 6 分钟

最近阅读了一篇关于算法的文章,其中提到了一个有趣的话题 - 不可解问题。这让我产生了很多思考,并试图梳理一下这个领域的核心概念和相关问题。

不可解问题的本质是它们无法通过任何算法解决。更具体地说,无论我们多么聪明地设计程序,都无法在有限时间内为这些问题得出明确答案。这类问题往往与“无限性”或“逻辑不完备性”密切相关。

不可解问题的分类

根据我的理解,不可解问题大致可以分为以下几类:

1. 由无限性导致的不可解问题

这类问题的本质在于问题的规模或维度是无限的,因此无法在有限时间内穷尽所有可能的答案。

示例

  • 打印出所有的整数:
    如果试图设计一个算法来“打印出所有整数”,会发现这是不可能完成的任务。因为整数的集合是无限的,无论算法运行多久,都无法穷尽所有的整数。

  • 停机问题(Halting Problem):
    阿兰·图灵提出的停机问题是计算理论中的经典不可解问题。它描述的是:对于任意一段程序代码,无法设计一个通用算法来判断它是否会在有限时间内停止运行。
    这是由于程序的行为可能涉及无限递归或复杂的条件分支,导致算法无法预见所有可能性。图灵通过“对角线论证法”严格证明了停机问题的不可解性。

2. 逻辑系统的不完备性

这类不可解问题源于数学或逻辑体系的局限性。某些问题无法在现有公理体系下被证明或否定,因此在当前框架下它们是“不可解”的。

示例

  • 哥德尔不完备定理:
    哥德尔证明了在任何足够强的公理化数学体系中,都存在既无法证明也无法否定的陈述。这意味着某些数学问题无法在该体系内被解决,除非扩展公理体系。

  • 哥德巴赫猜想:
    哥德巴赫猜想(“任何大于2的偶数都可以表示为两个素数之和”)尚未被证明或证伪。因此,它可能属于暂时不可解的问题。
    如果有一天数学家发现,现有公理体系无法涵盖哥德巴赫猜想的证明,可能会将它作为新公理加入数学体系,使其成为“可解”的问题。

不可解问题的意义

不可解问题不仅是理论上的障碍,也是计算机科学和数学发展的驱动力。它们促使我们深入思考算法的边界、公理体系的完备性,以及问题求解的本质。

1. 揭示计算的局限性

停机问题和其他类似的不可解问题让我们意识到,不是所有问题都能用算法解决。这为计算理论奠定了基础,并促使研究者探索可解问题与不可解问题之间的边界。

2. 推动逻辑与数学的发展

逻辑体系中的不可解问题,例如哥德尔不完备定理,揭示了数学体系的局限性。这一发现激发了数学家不断完善和扩展公理体系,并推动了领域的进一步发展。

3. 实际启发:问题的分层解决

虽然某些问题在理论上不可解,但它们的某些特定子集可能是可解的。例如,在停机问题中,特定条件下的程序(如无递归的程序)可以通过分析得出是否会停机。

我的思考

不可解问题并非“绝望”的代名词,而是帮助我们认识到问题复杂性和解决方式多样性的一个起点。在实际工作中,我们并不总是追求绝对的解,而是希望找到高效、实用的近似解法。这种思路也体现在人工智能和机器学习等领域:虽然可能无法设计一个算法解决所有问题,但我们可以为大部分问题找到足够好的解决方案。

与此同时,我也好奇:是否还有其他类型的不可解问题?例如,能否定义与随机性或量子现象相关的全新不可解问题?

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对计算机病毒的免疫

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最近看到新闻,今年诺贝尔医学奖授予了三位在免疫系统研究领域作出杰出贡献的科学家。这几天正好在照顾生病的豆豆,免疫系统的工作机制自然引起了我的关注。作为一名软件工程师,我的思绪最终转到了计算机病毒防御上,并尝试将人类免疫系统的原理与计算机的安全防护进行类比。

人类免疫系统的启发

人类免疫系统的防御机制分为两大类:

  1. 固有免疫(Innate Immunity)
    固有免疫是人体的第一道防线。它对所有外来病原体采取通用的应对方式,例如通过释放白细胞、触发炎症反应来试图消灭入侵者。这种机制反应迅速,但缺乏针对性,无法针对特定病原体采取定制化的措施。

  2. 适应性免疫(Adaptive Immunity)
    如果固有免疫无法有效清除病原体,适应性免疫会启动。免疫系统会分析病原体的特征(如抗原),并生成专门的抗体以精确攻击这些病原体。这种机制尽管反应速度较慢,但高度针对性,且具有记忆功能,可以在下一次病原体入侵时更快速有效地应对。

这套分工明确的免疫体系为计算机病毒防御提供了有趣的启发。

当前的杀毒软件机制

目前的杀毒软件可以类比为计算机的“适应性免疫系统”。其主要工作方式是:

  1. 特征码匹配
    人工分析病毒样本的特征,提取病毒的“特征码”(类似于抗原信息)。杀毒软件通过更新病毒库识别这些特征,并对匹配的程序或文件进行清理。

  2. 行为监控
    通过分析程序运行时的行为特征,判断其是否符合病毒的典型模式。例如,未经授权的文件修改、异常网络请求等行为可能触发防护机制。

然而,这种防御方式仍高度依赖人类的介入,例如病毒样本分析和特征库更新。一旦病毒变种快速传播或以全新方式攻击(如零日漏洞利用),传统杀毒软件的响应会明显滞后。

未来的病毒防御方向

我设想未来的防病毒软件可能会更接近人类的免疫系统,朝以下两个方向发展:

1. 计算机的“固有免疫”

类似于人类免疫系统的固有免疫,杀毒软件可以通过更通用的规则和机制来应对潜在威胁,而不必提前了解病毒的具体特征。例如:

  • 异常检测: 利用机器学习和大数据分析建立程序的“正常行为基线”。当某个程序偏离这些基线时,触发警报或强制卸载。
  • 资源隔离: 对未知程序或文件进行沙盒化处理,限制其访问敏感资源,避免病毒蔓延。
  • 快速响应: 在检测到恶意行为后,自动采取措施,如终止进程、隔离文件或恢复系统状态。

2. 计算机的“适应性免疫”

更进一步的目标是让杀毒软件具备自主学习能力,从被感染的系统中自动提取病毒特征并生成防御策略。具体包括:

  • 动态病毒特征提取: 利用人工智能技术,分析病毒代码和行为模式,生成实时防御规则。
  • 自动化反制: 开发“数字抗体”,在系统层面针对特定病毒实施封锁、隔离或反向追踪。
  • 分布式学习网络: 类似于 ThreatFire 的社区防御理念,杀毒软件之间共享病毒情报,实现更快速的全球范围联防。

挑战与思考

尽管这种免疫式防御机制充满前景,但也面临一系列挑战:

  1. 误报与误杀
    固有免疫的通用策略可能导致误报,尤其是对合法但非传统行为的程序。如何在效率与准确性之间取得平衡,是关键问题。

  2. 计算性能需求
    更复杂的行为分析和自主学习算法可能对计算资源提出更高要求,如何在性能与防护能力之间找到最佳平衡是技术上的挑战。

  3. 对抗性威胁
    随着防御技术的进步,病毒也会进化。例如,利用加密、伪装等技术逃避检测。未来的防御机制必须在对抗中不断提升。

总结

将计算机防病毒机制与人类免疫系统类比,揭示了一条具有潜力的发展路径:构建兼具“固有免疫”和“适应性免疫”能力的综合防护体系。这种体系不仅能快速响应已知威胁,还能自主识别和应对未知威胁。

计算机免疫技术的未来充满可能,随着人工智能和分布式网络技术的进步,我们也许能够迎来一个真正“智能免疫”的时代。到那时,计算机将不再被动依赖人类,而是主动为自己的安全保驾护航。

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