■文/王飛躍 張 俊 王 曉

知識自動化是實現(xiàn)借助機器擴展人類智能之意圖的核心科技之一，從工業(yè)化到智能化的必由之路。

第五次工業(yè)革命與新軸心時代

當(dāng)代西方最有影響力的科學(xué)哲學(xué)家卡爾?波普爾認(rèn)為，現(xiàn)實是由三個世界組成的：物理、心理和人工世界。人類一直在圍繞著三個世界建立“網(wǎng)”，第一張網(wǎng)Grids 1.0就是交通網(wǎng)，第二張網(wǎng)Grids 2.0是能源網(wǎng)，第三張網(wǎng)Grids 3.0是信息網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，第四張網(wǎng)Grids 4.0是物聯(lián)網(wǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)開始了第五張網(wǎng)Grids 5.0的建設(shè)：智聯(lián)網(wǎng)。這五張網(wǎng)把三個世界整合在一起，其中交通網(wǎng)、信息網(wǎng)、智聯(lián)網(wǎng)分別是物理、心理、人工三個世界自己的主網(wǎng)，而能源網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)分別是第一和第二、第二和第三世界之間的過渡，即人類通過Grids 2.0從物理世界獲得物質(zhì)和能源，借助Grids 4.0由人工世界（或稱智理世界）取得智源和知識。

如此一來，我們就即將面臨第五次工業(yè)革命。第一次工業(yè)革命圍繞蒸汽機而進行；第二次工業(yè)革命的核心是電動機；第三次工業(yè)革命由計算機技術(shù)推動；第四次工業(yè)革命的核心是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。第二次和第四次工業(yè)革命也是過渡性的，我們已開始步入穩(wěn)定的第五次工業(yè)革命，即工業(yè)5.0的初始階段，接下來就是虛實平行的智能機所推動的時代。

這個即將來臨的新科技時代，我們將其定義為第三人工世界的“軸心時代”。德國著名哲學(xué)家卡爾?雅斯貝爾斯在1949年寫了一本在全世界深具影響的書，名為《歷史的起源與目標(biāo)》，書中提出了“軸心時代”這一概念。每個世界都應(yīng)有自己的“軸心時代”，雅斯貝爾斯只是道出了第一物理世界的“軸心時代”。第二心理世界的“軸心時代”剛剛結(jié)束，就是從文藝復(fù)興開始以愛因斯坦為代表的科學(xué)時代。第三人工世界的“軸心時代”源自庫爾特?哥德爾的不完備定理，激發(fā)了諾伯特?維納、艾倫?圖靈和馮?諾依曼等對智能和計算的新認(rèn)識，從而有了今天的人工智能和智能技術(shù)。三個世界的三個“軸心時代”，分別代表著人類在人性、理性和智性上的大覺醒，以及隨之而來在哲學(xué)、科學(xué)和技術(shù)上的大突破。

知識自動化是新時代核心需求

知識自動化，在廣義上并無精確的定義，粗略地可以定義為是一種以自動化的方式變革性地改變知識產(chǎn)生、獲取、分析、影響、實施的有效途徑。狹義的知識自動化則可視為廣義知識自動化的應(yīng)用，可以定義為基于知識的服務(wù)（Knowledge-based Services），包括基于信息的服務(wù)（Informationbased Services）、基于情報的服務(wù)（Intelligencebased Services）、基于任務(wù)的服務(wù)（Task-based Services）、基于決策的服務(wù)（Decision-based Services）。無論廣義的還是狹義的定義，知識自動化的關(guān)鍵是如何將信息、情報等與任務(wù)和決策無縫、準(zhǔn)確、及時、在線地結(jié)合起來，從而自動完成各種知識功能與知識服務(wù)。

為什么需要知識自動化？簡而言之，它是新軸心時代的必由之路。第一次工業(yè)革命對應(yīng)于機械自動化，第二次工業(yè)革命對應(yīng)于電氣、電子自動化，其本質(zhì)是物理過程的自動化，利用的是自然科學(xué)規(guī)律。第三、第四次科技革命，即信息技術(shù)革命，對應(yīng)于信息產(chǎn)生和傳播過程的自動化，其本質(zhì)是在虛擬空間里，以信息為材料，以數(shù)理邏輯為基礎(chǔ)的自動化過程。大型生產(chǎn)的ERP（企業(yè)資源規(guī)劃）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、電子商務(wù)系統(tǒng)等，都是信息過程自動化系統(tǒng)的例子。在這4次技術(shù)革命中，其共性是自動化過程中“智能”的來源都是“人”，而無論是機械、電氣、電子、計算機、網(wǎng)絡(luò)，都是作為人的某種能力的延伸，而并非人類智能本身的直接延伸。

現(xiàn)在人類社會已經(jīng)步入新軸心時代，而這次科技革命最顯著的特征就是智能科技作為人類智能的直接延伸而出現(xiàn)。這是因為知識時代，面臨物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、工程與社會復(fù)雜系統(tǒng)，社會對人類的智力提出了更加“非分”的要求，通常超過人腦信息處理帶寬，導(dǎo)致人們更需要借助知識自動化所衍生出的機器智能來“彌補”其自身智能上的不足, 進而才能去完成各種層出不窮的時變性、不定性、多樣性、復(fù)雜性。知識自動化，正是實現(xiàn)借助機器擴展人類智能之意圖的核心科技之一。

知識自動化應(yīng)用前沿領(lǐng)域

知識自動化意味著從機械化、信息化向知識化、智能化的躍進；意味著純理性的簡單系統(tǒng)分析向超越單純理性的復(fù)雜系統(tǒng)分析的躍進；意味著從以“牛頓定律”為代表的精確物質(zhì)系統(tǒng)，向以“默頓定律”為代表的自由意志系統(tǒng)的躍進。因此，可以預(yù)見，它將具有極其廣闊的革命性應(yīng)用前景。下面我們以其兩個前沿應(yīng)用領(lǐng)域作為示例。

信息物理社會系統(tǒng)（Cyber-Physical-Social Systems，CPSS）：在基于互聯(lián)網(wǎng)的信息空間（Cyberspace）中，從社會信息、社會媒體、社會網(wǎng)絡(luò)、社會計算，直到計算社會，我們已經(jīng)迅速地跨入了以社會事務(wù)信息為主體的“大數(shù)據(jù)”時代。因此，實現(xiàn)基于知識智能的社會管理是真實的、樂觀的、有據(jù)的。其解決途徑與方法，我們認(rèn)為只能蘊含在物理空間和虛擬空間Cyberspace融合的求解空間之中，即CPSS。而且關(guān)鍵在于引入社會信號，構(gòu)建專業(yè)和社會性的知識傳感網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)知和感知社會或企業(yè)等組織，通過CPSS實現(xiàn)智慧運營和管理。CPSS的知識蘊含和隱匿在海量物理和社會信號之內(nèi)，其對知識提取、分析和運用，需要處理大大超過人腦帶寬的數(shù)據(jù)和信息，因此必須借助機器智能和知識工程技術(shù)，也就是說，知識自動化將發(fā)揮核心的作用。

軟件定義的流程與系統(tǒng)：在知識時代，圍繞智能而引發(fā)的科技正以巨大的沖擊力影響著我們生活和工作的各個方面。各種“破壞性”方法、技術(shù)不斷涌現(xiàn)，具有解裂并動態(tài)重構(gòu)各種系統(tǒng)的能力。在工程領(lǐng)域，越來越多的系統(tǒng)打破常規(guī)，并通過開放的軟件定義的系統(tǒng)接口實現(xiàn)系統(tǒng)功能的靈活重構(gòu)，極大地改善了系統(tǒng)的擴展能力和靈活性。當(dāng)代軟件定義系統(tǒng)前沿的代表為軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、靈捷虛擬企業(yè)（Agile Virtual Enterprise, AVE）和社會制造（眾包）。知識自動化，是軟件定義流程與系統(tǒng)的核心，結(jié)合系統(tǒng)工程的思想，可以幫助我們構(gòu)造軟件定義系統(tǒng)整個生命周期中的各類“人工”流程，使相關(guān)的任務(wù)執(zhí)行過程可描述、可度量、可驗證，進而使實現(xiàn)各項目標(biāo)的途徑和方式明確、經(jīng)濟、可靠，為構(gòu)造知識自動化的軟件定義流程（Software-Defined Process， SDP）、軟件定義系統(tǒng)（Software-Defined Systems, SDS）打下堅實的基礎(chǔ)。

盡管知識自動化具有巨大的科技前沿應(yīng)用前景，并且在很多專業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)實際應(yīng)用，但是作為一門學(xué)科，還是具有眾多待研究的問題（包括很多基礎(chǔ)理論問題）和廣闊深邃的研究空間。

知識自動化系統(tǒng)的時變復(fù)雜性

知識自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了從復(fù)雜世界的感性雜多數(shù)據(jù)中獲取和積累知識。利用這些知識，我們能夠降低復(fù)雜大系統(tǒng)的復(fù)雜性，以達到描述、預(yù)測、控制和評估復(fù)雜大系統(tǒng)的目的。在復(fù)雜系統(tǒng)管控中，許多大的復(fù)雜過程并沒有或很難找到數(shù)值化的求解模型，而操作員卻能夠通過基于人腦的經(jīng)驗和知識進行有效的控制過程狀態(tài)研判、控制策略制定和執(zhí)行效果評估。為了使這些復(fù)雜大系統(tǒng)的分析和綜合達到系統(tǒng)化、一致性、形式化，需要考慮一類特殊的動力學(xué)系統(tǒng)，即知識動力學(xué)系統(tǒng)（Knowledge Dynamic Systems,KDS）。在KDS中，問題、情形、策略、觀察、目標(biāo)和評估使用知識來表達。而KDS正是旨在有效地直接利用知識來處理復(fù)雜大系統(tǒng)，特別是人機集成的復(fù)雜大系統(tǒng)的建模、分析和綜合理論。知識動力學(xué)可以看作是語言動力學(xué)的擴展，在理論框架上極其相似。但是，從哲學(xué)意義上，知識動力學(xué)的最終目的是試圖突破語言所設(shè)置的障礙，擴展人腦智能帶寬并實現(xiàn)真正的人機智能對話與交互。

知識的集合與空間等價表示

運用知識動力學(xué)理論，可實現(xiàn)挖掘基于知識計算的狀態(tài)模型、控制模型、輸出模型和反饋模型，從而形成知識的動態(tài)表示和分析利用。在各個復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域，進行知識化的系統(tǒng)“軟”分析、策略、決策、管控，以及人機接口中的應(yīng)用。

知識自動化系統(tǒng)不斷與外部世界進行行為互動、知識交換，不間斷地獲取海量的不同領(lǐng)域、異構(gòu)、高度并發(fā)的數(shù)據(jù)，并且該系統(tǒng)是一個動態(tài)且時變的系統(tǒng)，隨著經(jīng)驗知識的獲取和積累，不斷改變其內(nèi)部內(nèi)容、形態(tài)、方法甚至結(jié)構(gòu)。因此，我們所提出的知識自動化系統(tǒng)本身就是一個時變的動態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)，它用自身的復(fù)雜性、時變性來理解真實世界的復(fù)雜性和時變性。每個知識計算子系統(tǒng)除了前向的功能機制以外，還存在復(fù)雜的反饋機制，而管理和控制這個復(fù)雜的知識自動化系統(tǒng)的功能和反饋機制的，是類似于認(rèn)知模型的管控機制，在此我們將該管控機制稱為“知識自動化系統(tǒng)組織模型”。

作為知識自動化系統(tǒng)的“操作系統(tǒng)”，系統(tǒng)組織模型對該復(fù)雜系統(tǒng)進行管控與協(xié)調(diào)，保證優(yōu)質(zhì)知識自動化活動的順利、高效進行。對于不同目的、不同領(lǐng)域的知識自動化系統(tǒng)，需要設(shè)計不同的適合于目標(biāo)應(yīng)用的知識自動化系統(tǒng)組織模型。

知識自動化系統(tǒng)組織模型還有一項重要的工作，即實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)間的互相聯(lián)系和反饋。具體而言，不論是時空數(shù)據(jù)組織、特征化、對象提取，還是屬性提取、空間構(gòu)建、知識動力學(xué)系統(tǒng)，其過程和結(jié)果都可以作為一種知識，即“關(guān)于知識的知識”，通過反饋被知識自動化系統(tǒng)所循環(huán)處理。雖然其至今仍有爭議，但一般認(rèn)為高級知識功能，如聯(lián)想、想象、創(chuàng)造甚至是意識，都是基于這種知識系統(tǒng)內(nèi)反饋機制，這些都是在即將到來的智能時代亟須研究和解決的問題。