何華燦

(西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院)

2014年3月科學(xué)出版社出版了北京郵電大學(xué)教授鐘義信的最新專(zhuān)著《高等人工智能原理》[1]，該書(shū)有5篇10章共538千字。第1篇探討智能科學(xué)中的科學(xué)觀(第1章)和方法論(第2章)，第2篇闡述全信息理論(第3章)和知識(shí)生態(tài)理論(第4章)，第3篇論述智能科學(xué)的研究模型和信息轉(zhuǎn)換原理(第5～6章)，第4篇分析高等人工智能理論與現(xiàn)行人工智能理論的關(guān)系(第7～9章)，第5篇討論高等人工智能原理的典型應(yīng)用(第10章)。書(shū)的讀者對(duì)象群主要是廣大人工智能科學(xué)工作者、博士生、碩士生和本科高年級(jí)學(xué)生。該書(shū)在人工智能的基本觀念、基本方法、基本模型、基本理論等方面都有重大突破，形成了一個(gè)全新的人工智能理論體系，與當(dāng)今國(guó)內(nèi)外普遍流行的人工智能理論體系相比有全面提升[2－5]，用“高等人工智能原理”命名恰如其分。該書(shū)不僅能使讀者全面了解人工智能的基本原理和方法，而且能啟迪思維，引導(dǎo)讀者步入自主創(chuàng)新之路，具有承前啟后，繼往開(kāi)來(lái)的特殊作用。

1 該書(shū)的寫(xiě)作背景

1.1 時(shí)代背景

自20世紀(jì)中葉以來(lái)，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的普及，人類(lèi)已從“能源時(shí)代”進(jìn)入到“信息時(shí)代”。世界各國(guó)先后在社會(huì)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、社會(huì)管理和社會(huì)生活中普遍實(shí)現(xiàn)了信息互聯(lián)互通和信息處理的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化，這標(biāo)志著信息化社會(huì)的初級(jí)階段已基本完成，信息化社會(huì)的智能化階段已開(kāi)始。所謂“智能化”就是指在整個(gè)社會(huì)活動(dòng)中普遍地采用智能科學(xué)技術(shù)，用智能機(jī)器(人)代替人去完成各種低層次的繁瑣工作及危險(xiǎn)操作。于是各行各業(yè)的智能化呼聲此起彼伏，響徹世界各地。然而，現(xiàn)有的人工智能科學(xué)技術(shù)脫胎于能源時(shí)代形成的“確定性世界觀”，其中的“還原論”科學(xué)觀，“分而治之”的方法論，“各自為戰(zhàn)”的智能研究模型，“互不聯(lián)通”的研究學(xué)派等等，這一切都必須在“智能化”的時(shí)代需求面前做出根本性改變!因?yàn)槿四X的智能活動(dòng)過(guò)程不是一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程，而是一個(gè)發(fā)生在復(fù)雜性系統(tǒng)中的非線性演化過(guò)程，不確定性是其本質(zhì)特征，它需要在“不確定性世界觀”下才能被準(zhǔn)確地把握和描述。

2006年是國(guó)際人工智能學(xué)科誕生的50周年，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)在北京舉辦了隆重的“國(guó)際人工智能學(xué)術(shù)大會(huì)”，來(lái)自五大洲近30個(gè)國(guó)家和地區(qū)的同行專(zhuān)家出席了會(huì)議。在會(huì)議的“發(fā)展戰(zhàn)略”論壇上，時(shí)任中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)的鐘義信教授代表會(huì)議主辦方做了主題發(fā)言，他明確指出，當(dāng)前人工智能研究存在三大問(wèn)題:

1)符號(hào)主義、連接主義和行為主義三大學(xué)派互不聯(lián)通，相互對(duì)立。

2)在智能研究中忽視了對(duì)情感與意識(shí)的研究。

3)在智能科學(xué)研究中缺乏與認(rèn)知科學(xué)研究的互動(dòng)。

于是他在大會(huì)上發(fā)出了3項(xiàng)呼吁:

1)在學(xué)術(shù)上實(shí)現(xiàn)符號(hào)主義、連接主義和行為主義三大學(xué)派的聯(lián)通以形成合力。

2)把意識(shí)、情感、智能作為統(tǒng)一的三位一體進(jìn)行全面研究。

3)加強(qiáng)智能科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)的聯(lián)合研究。

這3項(xiàng)呼吁的核心思想就是呼吁國(guó)際人工智能學(xué)術(shù)界擺脫源自“確定性世界觀”的“還原論”科學(xué)觀和“分而治之”方法論的束縛。因?yàn)檎沁@些科學(xué)觀和方法論把人工智能的研究分裂成了互不聯(lián)通的“三大學(xué)派”。只有擺脫了“還原論”和“分而治之”的束縛之后，才有可能使人工智能研究走上基于“不確定性世界觀”的發(fā)展新軌道。鐘義信教授的這3項(xiàng)呼吁立即在會(huì)議上獲得了模糊數(shù)學(xué)創(chuàng)始人L.A.Zadeh和國(guó)內(nèi)外許多與會(huì)者的高度贊同，他們認(rèn)為這實(shí)際上是“未來(lái)50年人工智能研究的學(xué)術(shù)綱領(lǐng)”。

1.2 個(gè)人學(xué)術(shù)背景

實(shí)際上，在2006年國(guó)際會(huì)議之前，鐘義信教授已經(jīng)在上述3個(gè)方面進(jìn)行了大量的研究工作，會(huì)議之后又進(jìn)一步進(jìn)行了深化和拓展，系統(tǒng)地積累了豐碩的研究成果。例如:

1)他在1965—1988期間完成了把Shannon的“信息論”[6]拓展成為“全信息理論”的研究，出版了《信息科學(xué)原理》[7]，闡明了機(jī)器獲取信息能力的一般機(jī)理。

盡管“信息”概念的提出是Shannon對(duì)信息時(shí)代的第一個(gè)偉大貢獻(xiàn)，鐘教授在研究Shannon信息論時(shí)發(fā)現(xiàn)，這里的所謂“信息”是根據(jù)通信工程的特殊需要，只考慮了信息的形式因素(信號(hào)波形)，沒(méi)有考慮信息的內(nèi)容和價(jià)值因素;只考慮了隨機(jī)型(統(tǒng)計(jì)型)信息，沒(méi)有考慮非統(tǒng)計(jì)型信息。這種信息論根本不能滿(mǎn)足其他信息領(lǐng)域、特別是智能科學(xué)領(lǐng)域的要求。他根據(jù)整個(gè)信息科學(xué)特別是智能科學(xué)的全局需要，指出“本體論信息”只是事物本身呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式。而“認(rèn)識(shí)論信息”才是認(rèn)識(shí)主體從本體論信息中感知的事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式，它包括形式(語(yǔ)法信息)、含義(語(yǔ)義信息)和效用(語(yǔ)用信息)3個(gè)相互關(guān)聯(lián)的方面。這種把語(yǔ)法、語(yǔ)義和語(yǔ)用信息看成是三位一體的認(rèn)識(shí)論信息稱(chēng)為“全信息”，Shannon的信息僅是全信息中的統(tǒng)計(jì)型語(yǔ)法信息。

2)他在1988—2000年期間創(chuàng)建了“知識(shí)理論”的基本體系[8]，闡明了機(jī)器獲取和提煉知識(shí)能力的一般機(jī)理。

1970年代由A.Feigenbaum等建立了“知識(shí)工程”[9]，關(guān)注了人工智能系統(tǒng)中基于專(zhuān)家知識(shí)的推理問(wèn)題。1990年代由R.Agrawal等建立了“知識(shí)發(fā)現(xiàn)”[10]，關(guān)注了針對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。但是這兩種原理都立足于某種特殊背景，且兩者不能互相聯(lián)通，不是一般性的知識(shí)理論。鐘教授研究發(fā)現(xiàn)，知識(shí)與認(rèn)識(shí)論信息相通，人腦獲取信息、知識(shí)和智能的過(guò)程是一個(gè)非線性的生態(tài)演化過(guò)程，其“外生態(tài)規(guī)律”是一個(gè)不斷提升的信息轉(zhuǎn)換序列:認(rèn)識(shí)論信息—知識(shí)—智能。其“內(nèi)生態(tài)規(guī)律”是一個(gè)不斷完善的無(wú)限循環(huán)過(guò)程:本能知識(shí)—經(jīng)驗(yàn)知識(shí)—規(guī)范知識(shí)—常識(shí)知識(shí)—規(guī)范知識(shí)—經(jīng)驗(yàn)知識(shí)—常識(shí)知識(shí)…。

3)他在2000－2007年期間建立了基于機(jī)制主義的“智能理論”[11]，闡明了機(jī)器生成智能策略和智能行為的一般機(jī)理。

在此之前，人工智能中已經(jīng)形成了三大學(xué)派:基于智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模擬的連接主義學(xué)派，基于智能系統(tǒng)功能模擬的符號(hào)主義學(xué)派，基于智能系統(tǒng)行為模擬的行為主義學(xué)派。它們?cè)谌斯ぶ悄苤腥愣α?，未能形成一個(gè)統(tǒng)一的人工智能理論體系。鐘教授提出了基于全信息理論和信息—知識(shí)—智能轉(zhuǎn)換的機(jī)制模擬方法，他把機(jī)制模擬與知識(shí)內(nèi)生態(tài)學(xué)結(jié)合，發(fā)現(xiàn)基于結(jié)構(gòu)模擬的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、基于功能模擬的物理符號(hào)系統(tǒng)、基于行為模擬的感知—?jiǎng)幼飨到y(tǒng)分別是機(jī)制模擬系統(tǒng)的A、B、C型，從而統(tǒng)一了結(jié)構(gòu)、功能、行為模擬學(xué)派。他把機(jī)制模擬方法應(yīng)用于基礎(chǔ)意識(shí)與情感研究，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)意識(shí)、情感、理智分別是基于K1、K2、K3型知識(shí)的信息轉(zhuǎn)換產(chǎn)物，建立了“意識(shí)—情感—理智三位一體”的“高等人工智能理論”。

4)他在2007－2013年期間提出了信息轉(zhuǎn)換的方法論[12]，揭示了賦予機(jī)器“認(rèn)知和行事”、“情感與理智交互”及“人機(jī)合作”能力的奧秘，并論述了“知行機(jī)器的能力和局限”。

在建立了全信息理論、知識(shí)理論和智能理論之后，怎樣把它們集成為一個(gè)統(tǒng)一的整體，這就是方法論的挑戰(zhàn)。幾百年來(lái)，“分解分析，各個(gè)擊破，直接綜合”一直是人們解決物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域復(fù)雜問(wèn)題的有效方法論。使學(xué)科不斷分化，理論不斷深入，促進(jìn)了近代科學(xué)的發(fā)展和繁榮。這種方法論體現(xiàn)了物質(zhì)科學(xué)的科學(xué)觀:物質(zhì)觀、結(jié)構(gòu)觀、還原論。面對(duì)信息科學(xué)的研究，“分而治之”方法論不再能夠有效解決問(wèn)題。這是因?yàn)椋胺侄沃钡慕Y(jié)果丟掉了在復(fù)雜性系統(tǒng)中扮演創(chuàng)生者的“涌現(xiàn)效應(yīng)”，使各子系統(tǒng)之間相互聯(lián)系和相互作用的信息全部消失，而這些信息正是復(fù)雜信息系統(tǒng)的生命線，因而各個(gè)擊破之后的結(jié)果根本無(wú)法復(fù)原成原來(lái)系統(tǒng)的作用。所以信息科學(xué)特別是智能科學(xué)需要的科學(xué)觀是:“信息觀，系統(tǒng)觀，生態(tài)觀，主客互動(dòng)創(chuàng)學(xué)觀”。體現(xiàn)上述科學(xué)觀的信息科學(xué)方法論是:“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生”。

可見(jiàn)，《高等人工智能原理》不是通常授課老師為講授人工智能課程而編寫(xiě)的普通教材，它不僅囊括了國(guó)內(nèi)外人工智能研究的基本原理和方法，而且凝聚了鐘義信教授自己數(shù)十年來(lái)自主研究的許多成果和心得。他把人工智能研究從簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)的科學(xué)觀和方法論的禁錮中解放出來(lái)，站在復(fù)雜性系統(tǒng)的科學(xué)觀和方法論的高度，全局把握了人工智能學(xué)科發(fā)展的大方向，所以這是一部能夠承前啟后，繼往開(kāi)來(lái)的具有深遠(yuǎn)影響的學(xué)術(shù)專(zhuān)著。

2 該書(shū)的主要?jiǎng)?chuàng)新

2.1 科學(xué)觀和方法論的創(chuàng)新

自從300多年前人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入能源時(shí)代以來(lái)，已經(jīng)形成了一個(gè)龐大的物質(zhì)科學(xué)理論體系。能源時(shí)代主要使用的工具系統(tǒng)是工具機(jī)和能源機(jī)，物質(zhì)科學(xué)的主要研究對(duì)象是物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外在性能，以及簡(jiǎn)單機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的傳動(dòng)方式和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律。因此，物質(zhì)科學(xué)所運(yùn)用的科學(xué)觀是“物質(zhì)觀”、“結(jié)構(gòu)觀”、“機(jī)械觀”、“還原論”，由此所形成的方法論是“分而治之，分析綜合”。應(yīng)該承認(rèn)，物質(zhì)科學(xué)的科學(xué)觀和方法論是對(duì)古代“籠而統(tǒng)之”的科學(xué)觀和“抽象思辨”方法論的一次否定和創(chuàng)新，在近代300多年的科學(xué)研究中發(fā)揮了巨大的指導(dǎo)作用，為科學(xué)的發(fā)展和繁榮做出了歷史性貢獻(xiàn)。

在信息時(shí)代，這一切發(fā)生了根本性變化，信息科學(xué)(特別是其中的智能科學(xué))涉及的是復(fù)雜性系統(tǒng)中的信息處理過(guò)程和智能活動(dòng)過(guò)程，其變化規(guī)律已與簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律完全不同。信息科學(xué)研究的對(duì)象是信息，研究的目的是理解通過(guò)什么樣的信息處理過(guò)程能夠生成有用的知識(shí)和解決問(wèn)題的策略。其中，信息所描述的是現(xiàn)象，知識(shí)所描述的是規(guī)律，而解決問(wèn)題的策略所描述的是系統(tǒng)的智能行為。智能系統(tǒng)的重要功能是能夠根據(jù)行為的效果反饋進(jìn)行學(xué)習(xí)，吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，改進(jìn)自己的行為，不斷演化提高?？梢?jiàn)，這是一個(gè)發(fā)生在復(fù)雜性系統(tǒng)中的典型的生態(tài)活動(dòng)過(guò)程，具有生態(tài)系統(tǒng)中必不可少的各種生態(tài)變化規(guī)律和涌現(xiàn)效應(yīng)?？茖W(xué)研究對(duì)象不同了，研究的觀念和方法當(dāng)然也要發(fā)生變化。因此，信息科學(xué)的研究不應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)單地沿用近代物質(zhì)科學(xué)的科學(xué)觀和方法論。

鐘義信教授根據(jù)信息的特點(diǎn)，提出信息科學(xué)和智能科學(xué)的科學(xué)觀是“信息觀”、“系統(tǒng)觀”、“生態(tài)觀”和“主客互動(dòng)創(chuàng)學(xué)觀”，與此相應(yīng)的方法論則是“信息—知識(shí)—智能轉(zhuǎn)換”方法，也可以表述為“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生”方法。“信息轉(zhuǎn)換”是手段，“智能創(chuàng)生”是目的?！稗D(zhuǎn)換創(chuàng)生”的特點(diǎn)是“生長(zhǎng)”。“信息轉(zhuǎn)換”的結(jié)果不但不丟失信息，而且可以通過(guò)主客互動(dòng)和學(xué)習(xí)增加求解問(wèn)題所需要的知識(shí)，“創(chuàng)生”出解決問(wèn)題的策略。

2.2 信息—知識(shí)—智能的三位一體

信息是整個(gè)信息科學(xué)和智能科學(xué)最基礎(chǔ)、最根本的概念。鐘教授闡明并遵循了符合“信息觀、系統(tǒng)觀、生態(tài)觀”的科學(xué)觀和“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生”的方法論要求的“信息”概念，這就是“形式因素(語(yǔ)法信息)、內(nèi)容因素(語(yǔ)義信息)、價(jià)值因素(語(yǔ)用信息)”三位一體的認(rèn)識(shí)論信息，即“全信息”。這里的“全”就是指“形式、內(nèi)容、價(jià)值”的三位一體，符合“信息的系統(tǒng)觀”。同時(shí)，他堅(jiān)持了“信息、知識(shí)、智能(策略)”三位一體的“全過(guò)程”，而不是僅僅孤立、靜止地研究信息而不考慮知識(shí)和智能(策略)。這也是信息的“系統(tǒng)觀”和“生態(tài)觀”所要求的。

現(xiàn)有人工智能研究沒(méi)有理解信息科學(xué)的“信息觀、系統(tǒng)觀、生態(tài)觀、主客互動(dòng)創(chuàng)學(xué)觀”和“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生”方法論，所以它存在嚴(yán)重的局限性?！陡叩热斯ぶ悄茉怼肪褪沁\(yùn)用信息科學(xué)的科學(xué)觀和方法論來(lái)突破現(xiàn)有人工智能研究局限性的一個(gè)成功的嘗試。

3.2 智能的三位一體研究模型

《高等人工智能原理》的研究模型如圖1所示。模型中的本體論信息是“外部世界各種事物所呈現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式”，它與認(rèn)識(shí)主體無(wú)關(guān);認(rèn)識(shí)主體所獲的認(rèn)識(shí)論信息就是“形式、內(nèi)容、價(jià)值”三位一體的全信息。整個(gè)信息運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程包含了:由本體論信息到認(rèn)識(shí)論信息的轉(zhuǎn)換、由認(rèn)識(shí)論信息到知識(shí)的轉(zhuǎn)換、由認(rèn)識(shí)論信息、知識(shí)和目的到智能策略的轉(zhuǎn)換以及由智能策略到智能行為的轉(zhuǎn)換?？梢?jiàn)，模型如實(shí)地體現(xiàn)了以“信息觀、系統(tǒng)觀、生態(tài)觀”和“主客互動(dòng)創(chuàng)學(xué)觀”為標(biāo)志的科學(xué)觀和以“信息轉(zhuǎn)換與智能創(chuàng)生”為特征的方法論。

圖1 序列量子神經(jīng)元模型Fig.1 Sequence-base quantum on model

雖然模型所表現(xiàn)的過(guò)程看起來(lái)很完美，但是，由于現(xiàn)實(shí)世界存在的復(fù)雜性和非理想性因素，按照模型顯示的過(guò)程和方法所得到的效果不可能完全理想。于是，模型中效果檢驗(yàn)所得到的誤差(也是一種信息)必須反饋到整個(gè)系統(tǒng)的輸入端。針對(duì)這個(gè)誤差，系統(tǒng)通過(guò)學(xué)習(xí)補(bǔ)充信息、完善知識(shí)、優(yōu)化策略，改善效果。這種“反饋—學(xué)習(xí)—優(yōu)化”的過(guò)程可能需要進(jìn)行多次，每次都使效果得到一定的改善，直至滿(mǎn)意為止。

圖1所示的《高等人工智能原理》的研究模型，充分顯示了它的完整性、真實(shí)性和合理性。相比之下，目前學(xué)術(shù)界所采用的人工智能研究模型，大體上只相當(dāng)于圖1模型中的“理智”模塊，沒(méi)有“基礎(chǔ)意識(shí)”也沒(méi)有“情感”，當(dāng)然也沒(méi)有“綜合決策”;而且，它們所應(yīng)用的信息也基本上是Shannon信息。

讀者在書(shū)中可以具體看到，利用圖1所示的基本模型，可以退化為基于結(jié)構(gòu)模擬的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(A型)、基于功能模擬的物理符號(hào)系統(tǒng)(B型)、基于行為模擬的感知—?jiǎng)幼飨到y(tǒng)(C型)，從而可以統(tǒng)一結(jié)構(gòu)主義、功能主義和行為主義三大學(xué)派。利用圖1所示的基本模型，還可以演變成意識(shí)型(K1知識(shí)支持)、情感型(K2知識(shí)支持)和理智型(K3知識(shí)支持)的信息轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，建立“意識(shí)—情感—理智三位一體”的“高等人工智能理論體系”。

3 結(jié)束語(yǔ)

從以上的介紹可以看出，《高等人工智能原理》的最大貢獻(xiàn)是徹底改變了傳統(tǒng)人工智能原理中“能源時(shí)代”印記——用簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)中的“確定性世界觀”、“還原論”的科學(xué)觀念和“分析綜合”的方法論來(lái)研究智能科學(xué)問(wèn)題。第一次自覺(jué)地運(yùn)用復(fù)雜性系統(tǒng)中的“不確定性世界觀”、“生態(tài)演化”的科學(xué)觀和綜合平衡和涌現(xiàn)相結(jié)合的方法論來(lái)研究智能科學(xué)問(wèn)題。這是一個(gè)偉大的轉(zhuǎn)變，具有里程碑意義。

當(dāng)然，《高等人工智能原理》的出版只是一個(gè)良好的開(kāi)端，其開(kāi)辟的大方向完全正確，但要建立起一個(gè)系統(tǒng)完整的高等人工智能理論體系來(lái)，切實(shí)解決好諸如從信息—知識(shí)—智能的轉(zhuǎn)換全過(guò)程中的具體邏輯規(guī)律問(wèn)題，智能系統(tǒng)內(nèi)部的多目標(biāo)之間的協(xié)調(diào)、智能系統(tǒng)與外部環(huán)境之間的協(xié)調(diào)，出現(xiàn)某種涌現(xiàn)結(jié)果的條件和時(shí)機(jī)的把握等等，還有許多深入細(xì)致的研究工作要做，這些都需要我們整個(gè)人工智能學(xué)術(shù)界的共同努力。

[1]鐘義信.高等人工智能原理—觀念—方法—模型—理論[M].北京:科學(xué)出版社，2014:1-416.

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