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동물생态학자, 계산생명과학자 및 동물-환경 결합, 뉴洽성, 그리고 지구시스템 안정성을 연구하는 다스케일 모델에 관심 있는 Active Inference 연구자들
생태계 시스템은 자유 에너지가 스케일별로 최소화되는 자기 조직적 추론 머신으로, 이는 포그래머부터 생물권까지입니다.
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환경 시스템 — 종사군, 생물학적 군체, 환경 그리고 전체 생태계 자체 —은 상호작용하는 하위 시스템들이 시간 동안 안정적인 마크로 상태를 유지하면서 경계를 통해 물질과 에너지를 교환되는 구조를 가지고 있다. 이 구조는 자유 에너지 원칙을 기반으로 하는 마르코프 맨틀과 베이지안 메카니즘의 형식화와 매우 유사하다. 이러한 이유로 "변동 생태학"이라는 연구 프로그램이 나타나고 있으며, 동물과 그 환경을 결합된 추론 시스템으로 모델링하는 것을 목표로 하고 있다. 여기서는 이 문헌은 이론과 시뮬레이션보다 현장 데이터에 중점을 둔다: 이 페이지는 개념적 기반, 연구자들이 사용하고 있는 모델 패턴, 도구의 범위 그리고 아직도 해당 분야가 닫아야 하는 실험적 틈을 조망한다.
자유 에너지 원칙은 근사 동적 시스템을 유지하면서 생성 모델에 대한 감각 상태의 잔해를 최소화하여 무역 자유 에너지를 줄이는 상위 경계로의 자유 에너지의 상한으로 설명합니다. 생태학적 시스템이 모든 스케일에서 이 원칙을 충족한다: 동물, 종사자 및 생태계는 특성 분포를 유지하고 변화에 대한 자기 조직 패턴을 보여줍니다. 그들의 빈도(생산량, 자원 수준, 기후 변수)를 가진 환경입니다. Ramstead와 colleagues가 "변동 생태학"이라는 용어를 사용하여 이 원리를 포착했으며, 동물은 자신의 종사자에 대한 생성 모델을 파라미터화하는 추론 머신이며, 종사자는 그 자체 시스템의 '외부 상태'로 환경이 스스로 적응합니다. 생태학적 병렬성(종사자 내에서, 총계 내에서, 생태계 내에서, 생물권 내에서)은 직접적으로 맥락을 매핑하며, 이 시스템의 자체 다수 스케일 구조는 원칙이 비유적인 편향보다 자연스러운 것입니다.
콘크리트 모델링 패턴은 코퍼스 내에서 반복된다: 환경 변수의 생성 모델 (자원 상태, 포식자 신호, 개발 환경), 정책 선택을 위한 기대 자유 에너지에 대한 타협으로 가치를 매길 것과 epistemic(확신 감소) 가치로 가치를 매길 것 사이에서 가치 매김, 그리고 느린 변수 (기후, 유전)가 빠른 변수 (행동, 형질)을 제약하는 고대화된 형태. Constant와 동료들은 개발적 니체 생성을 시간 평균 자유 에너지에 대한 느린 경사 흐름으로 정의하고, 생물이 임시 구조나 부모 보호 환경 등을 수정하여 선호 개발 경로를 안정화시키는 방법을 설명한다. Bruineberg, Rietveld 및 Parr는 이를 악동과 동료 간의 자유 에너지 측정으로 확장하고 "적합"이라는 개념에 대한 카ognitional 생물학의 이론을 적용하여 포식자-피상자의 동작에서 활성 인ference를 사용하며, 포식자는 잠재적으로 놀라움을 생성함으로써 이익을 얻고 피상자는 경계감과 환경 선택을 통해 이를 최소화한다. Heins와 동료들의 PNAS 논문은 "surprise"의 최소화를 통해 집단 행동이 나타나는 결과가 가장 완전히 개발되었으며, 이러한 행동 규칙이 없음에도 불구하고 연속 시간적 인자는 자유 에너지 기능을 최소화하려고 시도하는 개인적인 free energy 매김을 최소화하여 군집 동작과 학교 동작을 재현한다. 가장 큰 스케일에서, Rubin, Parr, Da Costa 및 Friston은 biosphere의 카본 쌍극과 대사율을 지구 시스템의 플래이트 백 블랭크로 모델링하고, 지구 시스템의 안정성과 기후 조절을 생물학적 시스템이 자유 에너지 기능을 최소화하는 것으로 설명한다.
pymdp Python 패키지는 여기서 설명한 여러 생태적 응용 패턴을 기반으로 한 (패치 선택, 이산 환경 선택, 간소화된 포징 게임)에서 활동적인 인ference와 관련이 있으며, SPM/MATLAB 템플릿 스크립트 및 Heins et al의 공개 GitHub 코드는 연속 시간 동적 집단 행동 시뮬레이션을 위한 시작 지점으로 제공합니다. Albarracin, Hipolito 및 동료들은 일반 공동 자원 관리 모델을 활동적인 인ference로 구축하여 생태학적 응용 프로그램의 템플릿을 제시하였으나 현재 인간 행동에 초점을 맞추고 있는 상황입니다. An '환경 중심적 활동적인 인ference' 논문 preprint은 환경의 시각에서 마르코브 백그라운드를 정의하는 방향으로 연구가 진행되고 있으며, 생태학 모델링과 관련이 있지만 아직 널리 사용 가능한 코드는 없습니다. Active Inference Institute는 이 연구 프로그램의 인스턴스적 중심지로 이 보고서에서 인용된 기관이며, 2021년대략 동안 활동적인 인ference 실험실을 운영하여 인 silico 및 로봇ics 작업과 생태학 및 지구 시스템 안정성에 대한 논의를 포함하는 라이브 스트리밍 및 토론을 제공하였습니다. 이 institute는 생태학적 및 진화적 동적인 정보를 기반으로 한 지식 백그라운드 항목을 관리합니다.
보고서는 경험적이고 데이터 기반의 응용 프로그램이 이론적과 시뮬레이션 문헌에 비해 희희한 것으로 나타나고 있음을 명시합니다. 실제 행동이나 환경 데이터를 사용하여 활동적인 인ference 예측을 비교하는 거의 없는 공개된 실험이 있습니다 (최적화 모델, 강화 학습). 두 번째 개방형 문제는 생물체에서부터 생태계와 생태계 전체로 확장하는 것을 일관되게 하며 각 레벨에서 '내부 상태'가 무엇을 포함해야 하는지에 대한 임의적인 선택 없이 (보고서는 불명확하게 생태계를 단일_agent로 모델링하거나, 서로 상호 작용하는 agent들의 동적만 인ference-like으로 보이는 집단으로 모델링할 것인지)입니다. 세 번째는 해석적인 문제에 관한 것입니다. '신념'이라는 용어를 식물, 미생물 군집 또는 생태계 전체로 확장하면 지각적 주장이 과장될 수 있으며, 보고서는 비지능 시스템에 대한 철학적 결속을 유지하지 않고 활동적인 인ference를 모델링의 편의성으로만 취급하는 것이 좋다고 recommends합니다. 마지막으로, 보고서는 사회-생태 관리 모델이 '선호 상태'를 인코딩함으로써 가치 판단에 대한 성장 versus 생물다양성 간의 차이를 포함하면 나타내는 구체적인 방법론적 틈새 (소규모 분리된 MDPs로 확장하는 소프트웨어, 잡음 있는 생태 시계열에서 자유 에너지 프록시를 추정하는 기술)와 가치 판단에 대한 질문을 제기합니다.
Karl J. Friston (2010). 자유에너지 원칙: 하나의 뇌 이론? Nature Reviews Neuroscience. DOI: 10.1038/nrn2787. Christopher L. Buckley, Chang Sub Kim, Simon McGregor, Anil K. Seth (2017). 자유에너지 원칙을 통합한 행동과 인식: 수학적 리뷰. Journal of Mathematical Psychology. DOI: 10.1016/j.jmp.2017.09.004. Giovanni Pezzulo, Francesco Rigoli, Karl J. Friston (2017). 활동적인 추론, 자기 조절 및 적응적 행동 제어: Progress in Neurobiology. DOI: 10.1016/j.pneurobio.2017.08.001. Maxwell J. D. Ramstead, Karl J. Friston, Axel Constant, Lancelot Da Costa, Casper Hesp, Beren Millidge, Alexander Tschantz (2023). Bayesian Mechanics: 신념의 물리학. arXiv.
주요 표면
콘stan트와 함께자는 개발적 니크 콘스트럭션을 모델링하여 시간 평균 자유 에너지에 대한 느린_gradient 흐름으로, 생물체는 like 낙타 또는 부모 보호 환경을 수정하여 선호하는 개발 경로를 안정화시키는 것입니다.
루빈, 파르,다코타 및 프리스턴은 지구 시스템의 카본 사이클을 대기권 맨발로 모델링하여 생태계가 기후를 생명적 호환성 범위 내에서 유지하기 위해 자유 에너지 함수를 최소화하고 있다는 지지를 설명합니다.
보고서는 경험적이고 데이터 기반의 생태학적 응용이 아직 이론과 시뮬레이션 문헌보다 적다는 점을 명확히 하고 있으며, 비지성 시스템에 대한 신념 언어는 모델링 메타포일 뿐 아니라 정착된 체계론적인 주장이 아니라는 점도 명확합니다.
관련 자료
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Audience: Developer
Project repository for multiagent Active Inference modeling work.
Audience: Developer
Geospatial modeling repository connected to ecological and bioregional applications.
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