大脑的自由能假说-兼论认知科学与机器学习

来源：许铁 混沌巡洋舰

什么是物理里的自由能法则？ 一句话说就是： 任何处于平衡状态的自组织系统均趋于自由能极小的状态。

自由能是什么？ 自由能的物理公司E-TS极为简洁，E是能量 ，S是熵。 统计物理说， 与外界具备能量交换的系统（一杯放在桌上的热水，底下放着一块冰糖）处于平衡状态下，则自由能最小（水温下降，冰糖扩散）， 指的是一个能量尽可能小熵尽可能大的状态。 当水温下降到室温， 冰糖均匀扩算， 此时水分子和外界环境的整体所能够取得的微观状态数最多， 也就是最大概然状态，或者说稳态。

刚刚好，生物系统也可以被一个形式类型自由能最小的定律结合。表现在认知系统，就是学习过程！ 你读过之后就会立刻发现它和机器学习的联系。

大脑的自由能最小定律说， 学习的状态就是使得 1，通过不断调整行为得到符合大脑预期的感知状态（Accuracy） 2， 大脑内部的状态能够更加准确的匹配外部世界的变化 ，不至于出现没有预期到的状况（Divergence）。

学习的目的就是让那么内部状态的模型更准确（预测精准），另一方面让行为决策获取更多对生存有利的证据。 如果模型的预测不正确， 则行为决策无法得到正确的结果。

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