王飛躍 張俊

智聯(lián)網(wǎng):概念、問題和平臺(tái)

王飛躍1,2,3,4張俊1,5

本文旨在討論智聯(lián)網(wǎng)(Internet of minds,IoM)的基本概念,核心問題和關(guān)鍵平臺(tái)技術(shù).首先闡述智聯(lián)網(wǎng)概念的智能時(shí)代發(fā)展需求和科學(xué)哲學(xué)思想基礎(chǔ),然后闡述智聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的背景、定義、實(shí)質(zhì),及其實(shí)現(xiàn)協(xié)同認(rèn)知智能的目標(biāo),并舉例說明其前沿應(yīng)用領(lǐng)域,包括物理信息社會(huì)系統(tǒng)、軟件定義系統(tǒng)及流程、工業(yè)智聯(lián)網(wǎng).接下來探討智聯(lián)網(wǎng)的核心問題:知識(shí)的獲取、知識(shí)的協(xié)同表征和傳遞、以及知識(shí)的關(guān)聯(lián)和協(xié)同運(yùn)行.最后簡單描述了智聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵平臺(tái)技術(shù),包括虛實(shí)平行的平臺(tái)體系和基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈和軟件定義網(wǎng)絡(luò)的社會(huì)化通信計(jì)算平臺(tái),為分布式、自組織、自運(yùn)行的安全智聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)施.

智聯(lián)網(wǎng),知識(shí)自動(dòng)化,人工語言系統(tǒng),平行系統(tǒng),ACP方法,知識(shí)動(dòng)力學(xué),知識(shí)計(jì)算,區(qū)塊鏈,平行區(qū)塊鏈

1 新時(shí)代,新思想

卡爾·波普爾,當(dāng)代西方最有影響的科學(xué)哲學(xué)家,認(rèn)為現(xiàn)實(shí)是由三個(gè)世界組成的:物理、心理和人工世界[1].卡爾·雅斯貝思,在中華人民共和國誕生的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)》,提出了“軸心時(shí)代”這一概念,如圖1所示.我們認(rèn)為,物理、心理和人工世界,每個(gè)世界都應(yīng)有自己的“軸心時(shí)代”,雅斯貝思只是道出了第一物理世界的“軸心時(shí)代”:公元前800到200年,以中東、印度、中國、希臘–羅馬為中心的人性大覺醒和哲學(xué)大突破時(shí)代.對(duì)于其他兩個(gè)世界,第二心理世界的“軸心時(shí)代”剛剛結(jié)束,就是從文藝復(fù)興開始到愛因斯坦為代表的人類理性的大覺醒和科學(xué)的大突破的時(shí)代;第三人工世界的“軸心時(shí)代”源自哥德爾的不完備定理,激發(fā)了維納、圖靈和馮·諾依曼等對(duì)智能和計(jì)算的新認(rèn)識(shí),將是智性的大覺醒和技術(shù)的大突破,從而有了今天的人工智能和智能技術(shù).

人類一直在圍繞著三個(gè)世界建立“網(wǎng)”(Grids),第一張網(wǎng)Grids 1.0,就是交通網(wǎng);接著Grids 2.0,能源網(wǎng);Grids 3.0,信息網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng);Grids 4.0,物聯(lián)網(wǎng);現(xiàn)在即將開始第五張網(wǎng)的建設(shè):Grids 5.0,智聯(lián)網(wǎng)(Internet of minds,IoM).這五張網(wǎng),把三個(gè)世界整合在一起,其中交通、信息、智聯(lián)分別是物理、心理、虛擬三個(gè)世界自己的主網(wǎng),而能源和物聯(lián)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(或稱虛擬世界、智理世界)取得智源和知識(shí).圍繞上述五張網(wǎng),人類社會(huì)已經(jīng)進(jìn)行了一系列的工業(yè)革命.第一次工業(yè)革命的核心是蒸汽機(jī),第二次工業(yè)革命的核心是電動(dòng)機(jī),第三次工業(yè)革命的核心是計(jì)算機(jī)技術(shù),第四次工業(yè)革命的核心是網(wǎng)絡(luò),特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).我們認(rèn)為,人類已開始步入穩(wěn)定的第五次工業(yè)革命,即工業(yè)5.0之初始階段,接下來就是虛實(shí)平行的智能機(jī)所推動(dòng)的智能時(shí)代.

圖1 廣義雅斯貝思的“軸心時(shí)代”:三個(gè)世界與三個(gè)軸心時(shí)代Fig.1 Generalized Jasper′s axial ages:three worlds and three axial ages

圖2 智能社會(huì)的智能基礎(chǔ)設(shè)施Fig.2 Smart societies and intelligent infrastructure

第三軸心時(shí)代正在開啟,我們即將面臨第五次工業(yè)革命,因此必須開拓思路和重新審視并建立我們的智能技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施:智聯(lián)網(wǎng).在智能時(shí)代,智聯(lián)網(wǎng)必須在卡爾·波普爾的三個(gè)世界中整合Grid 1.0到Grid 5.0的特性和功能,形成一個(gè)合一的網(wǎng).而這樣的網(wǎng)和技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)端倪,如社會(huì)交通(Uber,MoBike),社會(huì)能源(從智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)再到社會(huì)能源),社會(huì)計(jì)算,社會(huì)制造,社會(huì)智能.而這些最新出現(xiàn)的智能技術(shù)和系統(tǒng),必將促生智能生態(tài)系統(tǒng),共享服務(wù),共享經(jīng)濟(jì),最終形成智能社會(huì).

2 智聯(lián)網(wǎng)

2.1 概念與定義

背景:為什么需要智聯(lián)網(wǎng)？簡而言之,新軸心時(shí)代核心科技的必需.在智能時(shí)代新革命中,最顯著的特征,就是智能科技作為人類和社會(huì)智能的直接延伸而出現(xiàn).此時(shí),復(fù)雜系統(tǒng),特別是社會(huì)復(fù)雜系統(tǒng)的管理與控制需要超過人腦信息處理帶寬和速度,導(dǎo)致人們更需要借助知識(shí)自動(dòng)化所衍生出的機(jī)器智能來彌補(bǔ)其自身智能上的不足,進(jìn)而才能去完成各種層出不窮的時(shí)變性、不定性、多樣性、復(fù)雜性[2].而整個(gè)社會(huì)正在涌現(xiàn)海量的、各種層次上的大數(shù)據(jù)和智能體.盡管這些智能體在數(shù)據(jù)和信息的層面上實(shí)現(xiàn)了互相連通,但是由于缺乏智能聯(lián)結(jié)機(jī)制,它們?cè)谥R(shí)層面上并未做到直接連通.智聯(lián)網(wǎng),正是實(shí)現(xiàn)借助機(jī)器智能的聯(lián)結(jié)來協(xié)同人類社會(huì)中各種紛雜智能體的核心科技.而只有在實(shí)現(xiàn)社會(huì)化的智能體知識(shí)互聯(lián)之后,人工智能技術(shù)才能夠形成真正的社會(huì)化生態(tài)系統(tǒng).

如果說互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)“虛連”或“被動(dòng)聯(lián)結(jié)”,物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是“實(shí)連”或“在線聯(lián)結(jié)”,則智聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是“真聯(lián)”或“主動(dòng)聯(lián)結(jié)”.智聯(lián)網(wǎng)是新智能時(shí)代的核心科技,毫無疑問,只有在智聯(lián)網(wǎng)建成之后才可以宣告智能時(shí)代的全面來臨.

智聯(lián)網(wǎng)定義:在這里為智聯(lián)網(wǎng)的定義做一個(gè)初步簡要的闡述:智聯(lián)網(wǎng),以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為前序基礎(chǔ)科技,在此之上以知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)為核心系統(tǒng),以知識(shí)計(jì)算為核心技術(shù),以獲取知識(shí)、表達(dá)知識(shí)、交換知識(shí)、關(guān)聯(lián)知識(shí)為關(guān)鍵任務(wù),進(jìn)而建立包含人機(jī)物在內(nèi)的智能實(shí)體之間語義層次的聯(lián)結(jié)、實(shí)現(xiàn)各智能體所擁有的知識(shí)之間的互聯(lián)互通;智聯(lián)網(wǎng)的最終目的是支撐和完成需要大規(guī)模社會(huì)化協(xié)作的、特別是在復(fù)雜系統(tǒng)中需要的知識(shí)功能和知識(shí)服務(wù).

實(shí)質(zhì):智聯(lián)網(wǎng)并非空中樓閣,智聯(lián)網(wǎng)是建立在互聯(lián)網(wǎng)(數(shù)據(jù)信息互聯(lián))和物聯(lián)網(wǎng)(感知控制互聯(lián))基礎(chǔ)上的,目標(biāo)是“知識(shí)智能互聯(lián)”的系統(tǒng).智聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是達(dá)成智能體群體之間的“協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化”和“協(xié)同認(rèn)知智能”,即以某種協(xié)同的方式進(jìn)行從原始經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的主動(dòng)采集、獲取知識(shí)、交換知識(shí)、關(guān)聯(lián)知識(shí),到知識(shí)功能,如推理、策略、決策、規(guī)劃、管控等的全自動(dòng)化過程,因此智聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是一種全新的、直接面向智能的復(fù)雜協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng).

協(xié)同認(rèn)知智能:以人體大腦以及神經(jīng)系統(tǒng)作為比喻,互聯(lián)網(wǎng)完成的是信息的互聯(lián)互通,有如遍布人體的神經(jīng)傳導(dǎo)和連接;物聯(lián)網(wǎng)完成了萬物互聯(lián)的信息采集和驅(qū)動(dòng)控制,有如負(fù)責(zé)反射的脊髓神經(jīng)系統(tǒng)、負(fù)責(zé)處理傳感信息的傳感系統(tǒng)、負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)控制人體的小腦、腦干、中腦、腦中等系統(tǒng),其功能即根據(jù)環(huán)境輸入,協(xié)調(diào)和決定控制輸出,屬于反應(yīng)智能(動(dòng)物智能).而智聯(lián)網(wǎng)追求的是認(rèn)知智能,即描述智能、預(yù)測智能、引導(dǎo)智能的合一體,完成對(duì)系統(tǒng)在知識(shí)層面的思考,自動(dòng)、自覺地完成系統(tǒng)高級(jí)知識(shí)功能,如長短期規(guī)劃、重大決策、策略制定、基于環(huán)境動(dòng)態(tài)的適應(yīng)、復(fù)雜系統(tǒng)狀態(tài)分析、復(fù)雜系統(tǒng)管控等.智聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)需要將高等(認(rèn)知)、中等(反應(yīng))、低等(反射)智能通過某種機(jī)制統(tǒng)攝到一起,類似于人體就是三種智能的統(tǒng)一體一樣,形成感知、認(rèn)知、思維、行動(dòng)一體化的大智能系統(tǒng).

更進(jìn)一步,智聯(lián)網(wǎng)智能最大的特征,是實(shí)現(xiàn)海量智能體在知識(shí)層面的直接連通,即“協(xié)同智能”;互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)與信息,實(shí)現(xiàn)的是信息的協(xié)同,物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)氖莻鞲泻凸芸氐臄?shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)的是感知和控制的協(xié)同;而智聯(lián)網(wǎng)的智能互聯(lián),交換的是知識(shí)本身,經(jīng)過充分的交互,在知識(shí)的交換中完成復(fù)雜知識(shí)系統(tǒng)的建立、配置和優(yōu)化;同時(shí)海量的智能實(shí)體,組成由知識(shí)聯(lián)結(jié)的復(fù)雜系統(tǒng),依據(jù)一定的運(yùn)行規(guī)則和機(jī)制,如同人類社會(huì)一樣,形成社會(huì)化的自組織、自運(yùn)行、自優(yōu)化、自適應(yīng)、自協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)組織.我們期待基于智聯(lián)網(wǎng)所實(shí)現(xiàn)的協(xié)同智能能夠創(chuàng)造出新的人工智能科技和應(yīng)用的范式轉(zhuǎn)移,使人類社會(huì)的智能水平能夠躍升到全新的高度,同時(shí)我們更期待在這樣一個(gè)由智能體組成的復(fù)雜系統(tǒng)中,全新的智能現(xiàn)象能夠從復(fù)雜性中涌現(xiàn)并帶來革命性的突破.

2.2 智聯(lián)網(wǎng)前沿應(yīng)用領(lǐng)域

智聯(lián)網(wǎng)意味向社會(huì)化的知識(shí)連通、智能整合的躍進(jìn);意味著從相對(duì)獨(dú)立的簡單知識(shí)系統(tǒng),向著基于知識(shí)聯(lián)結(jié)的、整合為一的復(fù)雜知識(shí)系統(tǒng)的躍進(jìn);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(jìn).因此,可以預(yù)見,智聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)標(biāo)志著新智能時(shí)代全面到來,將是未來智能技術(shù)的核心之一,具有極其廣闊的革命性應(yīng)用前景.本節(jié)簡述其的三個(gè)前沿應(yīng)用領(lǐng)域作為示例.

圖3 智聯(lián)網(wǎng)的基本概念和框架Fig.3 Concept and and Architecture of IoM

1)信息物理社會(huì)系統(tǒng)(Cyber-physical-social systems,CPSS):隨著信息和物理系統(tǒng)被進(jìn)一步融合貫通,形成了高級(jí)、復(fù)雜的信息物理系統(tǒng)(CPS).CPS理念被廣泛應(yīng)用于交通、能源、國防、制造、醫(yī)療、電力、農(nóng)業(yè)等方面.顯然,作為CPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者、制造者、管理者和使用者,人與CPS系統(tǒng)是緊密結(jié)合在一起的,需要人參與其中才能使系統(tǒng)更高效、安全、可靠地運(yùn)行.在這其中,人與信息物理系統(tǒng)之間的運(yùn)行模式有共融、協(xié)同、主導(dǎo)、輔助、監(jiān)管等,催生了信息物理社會(huì)系統(tǒng)(CPSS)的誕生和發(fā)展.中國科學(xué)家團(tuán)體已經(jīng)開展富有成果的探索,但其解決途徑與方法,我們認(rèn)為只能蘊(yùn)含在物理空間和虛擬空間Cyberspace融合的求解空間之中[3].而且關(guān)鍵在于引入能提供社會(huì)信號(hào)的智能實(shí)體,構(gòu)建專業(yè)和社會(huì)性的知識(shí)網(wǎng)絡(luò),認(rèn)知和感知社會(huì)或企業(yè)等組織,通過CPSS,實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)營和管理.CPSS的知識(shí),蘊(yùn)含和隱匿在海量物理和社會(huì)智能實(shí)體之內(nèi),對(duì)知識(shí)獲取和運(yùn)用,需要社會(huì)化的智能協(xié)作,因此必須借助智能和知識(shí)工程技術(shù),也就是說,知識(shí)自動(dòng)化和智聯(lián)網(wǎng)將在CPSS中發(fā)揮核心的作用[4?5].

2)軟件定義的流程與系統(tǒng):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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的靈活重構(gòu),使得未來工程系統(tǒng)成為智能實(shí)體的聯(lián)合體,極大地改善了系統(tǒng)的擴(kuò)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)[6]和社會(huì)制造(眾包)[7].知識(shí)自動(dòng)化和智聯(lián)網(wǎng),是軟件定義流程與系統(tǒng)的核心:結(jié)合知識(shí)表示和知識(shí)工程,聯(lián)結(jié)智能實(shí)體,構(gòu)造和支撐各類針對(duì)特定領(lǐng)域和問題的軟件定義的流程(Software-de fi ned processes,SDP)和軟件定義的系統(tǒng)(Software-de fi ned systems,SDS).通過SDP和SDS,使常識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、猜測、假定、希望、創(chuàng)新、想象等形式化和實(shí)質(zhì)化,并使其組織、過程、功能等軟件化,變?yōu)榭刹僮鳌⒖捎?jì)算、可試驗(yàn)的流程和系統(tǒng),從而能夠進(jìn)一步落實(shí)復(fù)雜知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)想、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)營、管理與控制[8].

3)工業(yè)智聯(lián)網(wǎng):從上世紀(jì)中期開始,網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)控制及其自動(dòng)化經(jīng)過了20世紀(jì)60～70年代的模擬儀表控制系統(tǒng)、80～90年代的集散控制系統(tǒng)、21世紀(jì)初的占主導(dǎo)地位的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),以及當(dāng)前正在普及應(yīng)用中的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng).網(wǎng)絡(luò)化工控系統(tǒng)總體趨勢是從簡單的本地儀控,慢慢演化到遠(yuǎn)程智能的復(fù)雜系統(tǒng)管控.當(dāng)前的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的注意力主要放在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的精確性、確定性、自適應(yīng)性、安全性等以工業(yè)用通信為中心的研發(fā)和應(yīng)用上.但是隨著智能制造的廣度和深度進(jìn)一步發(fā)展,即將出現(xiàn)“軟件定義工業(yè)”、“類工業(yè)領(lǐng)域”、“廣義工業(yè)”、“社會(huì)制造”、“社會(huì)工業(yè)”等智能大工業(yè)新形態(tài),而智聯(lián)網(wǎng)將在該發(fā)展過程中起決定性的作用.工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)的誕生,將會(huì)以極高的效率整合各種工業(yè)和社會(huì)資源、極大減小工業(yè)過程中的浪費(fèi)和消耗、極大地解放工業(yè)生產(chǎn)力,并促進(jìn)智能大工業(yè)的出現(xiàn)和高速發(fā)展.

以上只是對(duì)智聯(lián)網(wǎng)前沿應(yīng)用的舉例,在社會(huì)的各種行業(yè)和產(chǎn)業(yè)中,其應(yīng)用還包括農(nóng)業(yè)智聯(lián)網(wǎng)、能源智聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療智聯(lián)網(wǎng)、教育智聯(lián)網(wǎng)和各種社會(huì)管理和服務(wù)智聯(lián)網(wǎng)等等.如上所述,盡管智聯(lián)網(wǎng)及協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)在新智能時(shí)代具有決定性的地位,但是作為一門嶄新的學(xué)科,缺乏基礎(chǔ)理論支持,也缺乏實(shí)際應(yīng)用平臺(tái)與實(shí)踐驗(yàn)證.本文的目的,拋磚引玉,提出智聯(lián)網(wǎng)的概念和定義,論證智聯(lián)網(wǎng)的核心問題、并探索智聯(lián)網(wǎng)的可行的技術(shù)路徑.

3 智聯(lián)網(wǎng)的核心問題

智聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)為前序基礎(chǔ)科技,在其之上建立起來的全新的面向智能的語義知識(shí)網(wǎng)絡(luò).在建立起這樣的網(wǎng)絡(luò)之前,我們歸納了其必須解決的核心問題,即知識(shí)的獲取,知識(shí)的表達(dá),知識(shí)的傳遞,知識(shí)的聯(lián)結(jié)和知識(shí)的利用.需要強(qiáng)調(diào)的是,這五個(gè)核心問題并非互相孤立的,而是在邏輯上緊密相連、互相覆蓋的.知識(shí)的發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、傳遞、聯(lián)結(jié)和利用既是古老的哲學(xué)和科學(xué)命題,也是當(dāng)今智能科學(xué)的前沿研究課題.本文中并無意圖(也無可能)對(duì)這些問題做出全面的解答,而將圍繞已有學(xué)術(shù)理論對(duì)前四個(gè)問題簡要地進(jìn)行闡述.

3.1 知識(shí)的獲取

文獻(xiàn)[4]中,我們提出了一種一般化的知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)和知識(shí)計(jì)算架構(gòu),工作過程依次包括:1)構(gòu)建多尺度時(shí)空數(shù)據(jù)模型:數(shù)據(jù)模型是感性混雜的數(shù)據(jù)的抽象組織形式,用于描述和模擬現(xiàn)實(shí)世界的信息結(jié)構(gòu)及其變化[9];2)時(shí)空數(shù)據(jù)子集特征化:特征化的目的是為了讓信息從原始的數(shù)據(jù)空間轉(zhuǎn)換到特征空間,揭示數(shù)據(jù)內(nèi)在特征;3)知識(shí)對(duì)象的檢測與提取:旨在從時(shí)空數(shù)據(jù)集的某個(gè)子空間中“分割”出具有知識(shí)價(jià)值的對(duì)象;4)知識(shí)對(duì)象屬性的提取和概念的形成:人工智能通過多種知識(shí)表征,表現(xiàn)領(lǐng)域?qū)嶓w的本質(zhì)及實(shí)體間的關(guān)聯(lián);5)知識(shí)空間和知識(shí)庫構(gòu)建:利用從特征化的多尺度時(shí)空數(shù)據(jù)中提取的知識(shí)對(duì)象,以及知識(shí)對(duì)象的各種屬性,利用集合論和粒度計(jì)算理論,即可實(shí)現(xiàn)知識(shí)空間和知識(shí)庫的構(gòu)建[10?15];6)知識(shí)動(dòng)力學(xué):為知識(shí)體系和知識(shí)過程建立一個(gè)可描述的、可計(jì)算的、可數(shù)值求解的理論框架.

這里所述的知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建方法,實(shí)際上是單個(gè)智能體從復(fù)雜世界的感性混雜數(shù)據(jù)中獲取和積累知識(shí)的過程.利用這些知識(shí),以達(dá)到描述、預(yù)測、控制和評(píng)估目標(biāo)問題的目的.為了使智能分析和綜合達(dá)到系統(tǒng)化、一致性、形式化,我們提出知識(shí)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),其中,問題、情形、策略、觀察、目標(biāo)和評(píng)估使用知識(shí)來表達(dá),進(jìn)而有效地直接利用知識(shí)來處理目標(biāo)問題的建模、分析和綜合[16?19].而多個(gè)智能體的協(xié)同,則依賴下述的知識(shí)協(xié)同表征與傳遞,以及知識(shí)的聯(lián)結(jié)與協(xié)同運(yùn)行.

3.2 知識(shí)的協(xié)同表征與傳遞

我們將知識(shí)的表達(dá)與知識(shí)的傳遞合為一個(gè)主題討論,這是因?yàn)檫@兩個(gè)核心問題在邏輯上關(guān)系極為緊密.對(duì)于單個(gè)的智能體,在上一小節(jié)中建立的一般性知識(shí)自動(dòng)化過程即可完成從數(shù)據(jù)到知識(shí)的轉(zhuǎn)化.但在協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化過程中,就會(huì)產(chǎn)生新的問題:單個(gè)智能體的知識(shí)獲取是智能體內(nèi)在的過程,而知識(shí)的協(xié)同卻是一個(gè)外在的過程,需要一種可以表達(dá)知識(shí)的公共機(jī)制,從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的傳遞.該公共機(jī)制,即是廣義下的“語言”.因此,知識(shí)的表達(dá)與傳遞的核心問題就是為智聯(lián)網(wǎng)定義和建立一套語言系統(tǒng),使得不同智能實(shí)體之間、不同的智能群體之間擁有公共的知識(shí)表達(dá)機(jī)制和方式,從而使得知識(shí)的傳遞成為可能.

1)知識(shí)的表征:知識(shí)的表征是智能實(shí)體對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)、方式和內(nèi)容的系統(tǒng)性標(biāo)識(shí).知識(shí)表征的方法有多種,廣泛使用的包括:謂詞邏輯、語義網(wǎng)絡(luò)、概念圖、產(chǎn)生式系統(tǒng)、框架表示、面向?qū)ο蟊硎?、表象?jì)算模型,以及當(dāng)前被集中研究的連接主義表征等.一種知識(shí)內(nèi)容可以用單種表征形式來表述,也可用多種表征形式來聯(lián)合描述.以上節(jié)描述的一般性知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)為例,對(duì)該系統(tǒng)知識(shí)表征需要描述數(shù)據(jù)的時(shí)空模型、數(shù)據(jù)特征、對(duì)象、屬性、概念等基本知識(shí)元素,也需要描述命題、任務(wù)、功能、策略、行為、過程等高級(jí)知識(shí)過程.因此既會(huì)用到面向?qū)ο蟊硎?、框架表示、連接主義表征等偏重本體的表征來描述基本知識(shí)元素;同時(shí),又會(huì)使用謂詞邏輯、語義網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)生式系統(tǒng)、概念圖等偏重關(guān)系的表征來描述高級(jí)的知識(shí)過程.

2)協(xié)同知識(shí)表征:如上文中所述,知識(shí)的表征是單個(gè)智能體內(nèi)部的過程.詳細(xì)而言,對(duì)于知識(shí)元素(時(shí)空模型、數(shù)據(jù)特征、對(duì)象、屬性、概念等)和知識(shí)過程(命題、任務(wù)、功能、策略、行為、過程等)如何進(jìn)行“指稱”,對(duì)于一個(gè)智能實(shí)體,這是它的“內(nèi)部過程”.然而,當(dāng)把單個(gè)智能實(shí)體的概念推廣到智能實(shí)體網(wǎng)絡(luò),即智聯(lián)網(wǎng)時(shí),對(duì)于同一個(gè)知識(shí)元素或知識(shí)過程,所用相關(guān)智能實(shí)體對(duì)其的“指稱”必須統(tǒng)一.舉例而言,正如在人類語言中,對(duì)一個(gè)客觀對(duì)象,所有說同一種語言的人,在某一種特定的語境下,對(duì)該對(duì)象的“指稱”是統(tǒng)一的.智聯(lián)網(wǎng)為其中所有的智能實(shí)體統(tǒng)一是“指稱”過程,可以采用不同的手段.在人類社會(huì)中,統(tǒng)一指稱的過程大多采用的基于語言的教育和廣播過程,即通過廣播或者教育的手段解釋對(duì)象的概念和屬性,并給予其一個(gè)公共統(tǒng)一的“指稱”.智聯(lián)網(wǎng)也可以采取相類似的方法,由網(wǎng)內(nèi)一個(gè)(或一組)智能實(shí)體專門負(fù)責(zé)統(tǒng)一網(wǎng)內(nèi)知識(shí)元素及過程等對(duì)象的指稱處理的功能,包括搜集、合并、定義、賦名、教育、廣播等.在人類社會(huì)中一個(gè)相似的例子是“一體化醫(yī)學(xué)語言系統(tǒng)”(Uni fi ed Medical Language System,UMLS),又稱為統(tǒng)一醫(yī)學(xué)語言系統(tǒng),提供了對(duì)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)許多受控詞表的一部綱目式匯編,是生物醫(yī)學(xué)概念所構(gòu)成的一部廣泛全面的敘詞表和本體.目前,在很多其他專業(yè)領(lǐng)域也有相似例子,如XBRL,商務(wù)匯報(bào)語言,eXtensible Business Reporting Language.而智聯(lián)網(wǎng)需要將這個(gè)工作自動(dòng)化和智能化地實(shí)現(xiàn).

3)智聯(lián)網(wǎng)語言:基于協(xié)同知識(shí)表征和統(tǒng)一的對(duì)象指稱,即可以為智聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)用于在語義層次上交流的人工語言系統(tǒng).人工語言的作用是提供各種智能實(shí)體之間交換知識(shí)的規(guī)范方式,不同于現(xiàn)在的通信標(biāo)準(zhǔn)(面向數(shù)據(jù)傳遞和信息傳遞),這是一種以語言形式存在的高級(jí)通信標(biāo)準(zhǔn),直接面向知識(shí)傳遞.在語言的層面上,智聯(lián)網(wǎng)人工語言需要遵守如下基本規(guī)則:

?指稱和概念的一致性:上文已經(jīng)簡要解釋,不再贅述;

?知識(shí)表征的一致性:相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)(稍后闡述關(guān)聯(lián)的概念),具有一致的知識(shí)表征形式以利于聯(lián)合知識(shí)計(jì)算,如果知識(shí)表征形式不一致,必須考慮如何進(jìn)行表征轉(zhuǎn)換從而統(tǒng)一到可關(guān)聯(lián)的統(tǒng)一表征;

?文法的一致性:各個(gè)智聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)體必須遵守統(tǒng)一的文法,即統(tǒng)一的語言形式;

?通過以上各個(gè)一致性原則,即可以為智聯(lián)網(wǎng)建立一種公共的知識(shí)交換機(jī)制,也就是某種智聯(lián)網(wǎng)公共語言;

?不同智聯(lián)網(wǎng)公共語言之間如果需要進(jìn)行知識(shí)交換,則需要實(shí)施一定的“翻譯”機(jī)制.

4)智聯(lián)網(wǎng)人工語言系統(tǒng):在智聯(lián)網(wǎng)中存在著對(duì)知識(shí)有不同需求的智能實(shí)體和實(shí)體族群,有的需要知識(shí)粒度較大但是范圍很廣的知識(shí),有的需要知識(shí)粒度較小但是范圍較窄的知識(shí).人工語言所表征的知識(shí)的粒度和廣度,表征了其描述的智能系統(tǒng)的復(fù)雜度.所以對(duì)于不同領(lǐng)域、不同復(fù)雜度的智能實(shí)體,所需的描述它們的人工語言的子集也不一樣.各種不同的智能實(shí)體和智能實(shí)體族群使用的語言,構(gòu)成了智聯(lián)網(wǎng)人工語言生態(tài)式系統(tǒng).總體而言,這個(gè)人工語言系統(tǒng)有以下幾個(gè)維度.第一個(gè)維度,是在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)智能實(shí)體族群內(nèi)部的語言,一般來說粒度小、范圍窄、專業(yè)領(lǐng)域指稱多;第二個(gè)維度,智能實(shí)體族群間互聯(lián)需要的公共語言,是族群間共同自主地制定的,利于族群間知識(shí)交互的語言,一般來說粒度大、范圍廣、公共指稱多;上述的具有多維度特征的語言構(gòu)成語言系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)、領(lǐng)域間、層次間知識(shí)描述和傳播.

5)“人在回路中”的智聯(lián)網(wǎng):“人”作為社會(huì)中的智能實(shí)體,如果存在自然語言和智聯(lián)網(wǎng)的人工語言之間的“翻譯”機(jī)制,即可成為智聯(lián)網(wǎng)的一員并參與知識(shí)協(xié)同過程.“人在回路中”、“社會(huì)在回路中”的智聯(lián)網(wǎng)概念因此具有實(shí)現(xiàn)的可能性.

3.3 知識(shí)的聯(lián)結(jié)與協(xié)同運(yùn)行

在知識(shí)可以被協(xié)同表征和傳遞以后,下一個(gè)智聯(lián)網(wǎng)的核心問題就是如何將各智能實(shí)體所具有的知識(shí)聯(lián)結(jié)在一起,建立聯(lián)合的知識(shí)系統(tǒng)和知識(shí)空間,在聯(lián)合知識(shí)空間中以一定的形式完成知識(shí)功能,支撐知識(shí)服務(wù),最終實(shí)現(xiàn)協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化.

這里我們從知識(shí)動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來闡述知識(shí)聯(lián)結(jié)的定義和原理. 首先我們利用模糊邏輯簡單地為知識(shí)動(dòng)力學(xué)提供一個(gè)基本數(shù)學(xué)框架. 記為論域,映射 μA UUU →[0,1]是模糊集合A的隸屬函數(shù).該模糊集合的模糊冪集F(2U)由UUU上的所有模糊子集組成,是一個(gè)模糊超立方體IIIN=[0,1]N.利用F(2U),模糊子集可以看作一個(gè)點(diǎn)或向量 xxx ={x1,x2,···,xN} ∈ F(2U),其中xi=μA(ui).然而,立方體IIIN為普通布爾冪集2U,它由所有的2N維非模糊集的格組成.模糊超立方體實(shí)際上可以看成N維歐幾里得空間的一部分,因此,可以引入諸如兩個(gè)模糊集合之間的距離和一個(gè)模糊集合的鄰域等概念,為知識(shí)的定量研究提供新的思路.基于模糊集映射方法,我們可將模糊集合的模糊超立方體空間映射看作知識(shí)狀態(tài)的表示,其公式化描述如下.

?狀態(tài)方程:Xk+1=FFF(Xk,Φk,k),其中FFF:IIIN× III?！罿+→ IIIN

?輸出方程:Yk=HHH(Xk,k),其中HHH:IIIN×Z+→IIIΔ

?反饋控制:Φk=RRR(Yk,Vk,k),其中RRR:IIIΔ×

IIIQ×Z+→ IIIΓ

這里,Z+={0,1,···,K},Xk∈ IIIN是表示系統(tǒng)狀態(tài)的向量,Yk∈ IIIΔ是輸出,Vk∈ IIIQ是輸入,Φk∈ IIIΓ是控制,k是離散時(shí)間,FFF,HHH,RRR是模糊邏輯算子,它們各自定義了知識(shí)動(dòng)力學(xué)中的系統(tǒng)、輸出和控制映射.上面系統(tǒng)中各個(gè)變量的定義域定義為 DDDX={x1,x2,···,xN},DDDY={y1,y2,···,yΔ},DDDΦ={φ1,φ2,···,φΓ},DDDV={v1,v2,···,vQ}. 相應(yīng)的知識(shí)模糊集合定義為狀態(tài)知識(shí):XXX= Σxi∈DxμX(xi)/xi;輸出知識(shí):YYY=Σyi∈Dyμy(yi)/yi;控制知識(shí): Φ = Σφi∈DΦμΦ(φi)/φi;輸入知識(shí):VVV= Σvi∈DvμV(vi)/vi.

從知識(shí)動(dòng)力學(xué)空間的視角,各種知識(shí)對(duì)應(yīng)就是知識(shí)空間中的點(diǎn)、點(diǎn)集、點(diǎn)集所組成的圖、軌跡、軌跡簇等,而最終的空間的總體知識(shí)體現(xiàn)為一個(gè)復(fù)雜的有限知識(shí)狀態(tài)機(jī),用智聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一的形式語言所描述.而這些知識(shí),以集合論的觀點(diǎn)就是知識(shí)對(duì)象的各種集合.因此,兩個(gè)知識(shí)空間是否可能存在關(guān)聯(lián),決定于張成這兩個(gè)知識(shí)空間的知識(shí)對(duì)象是否有交集,也就是,構(gòu)成知識(shí)的知識(shí)對(duì)象集合是否有交集.

定義1.定義UUUKDS={DDDX,DDDY,DDDΦ,DDDV}是某知識(shí)動(dòng)力學(xué)空間KDS中狀態(tài)變量論域、輸入變量論域、輸出變量論域、控制變量論域的集合,并將UUUKDS稱為知識(shí)動(dòng)力學(xué)空間KDS的論域.

定義2.記UUUA和UUUB分別是知識(shí)動(dòng)力學(xué)空間A和B的論域,如果UUUA∩ UUUB/=?,則稱知識(shí)動(dòng)力學(xué)空間A和B 存在互相關(guān)聯(lián)的關(guān)系;或等效的說,總可以構(gòu)造或已經(jīng)存在一個(gè)“聯(lián)結(jié)知識(shí)”CCC,同時(shí)屬于 UUUA和 UUUB,即 CCC ?( UUUA∩ UUUB).

進(jìn)一步解釋定義2,我們可知,如果兩個(gè)知識(shí)空間是關(guān)聯(lián)的,那么它們的知識(shí)動(dòng)力學(xué)空間論域至少有一部分是交織在一起的.可能的情況包括:共有知識(shí)空間狀態(tài)的某一個(gè)子集;共享輸入、輸出、控制變量;可從一個(gè)空間觀測另外一個(gè)空間狀態(tài)、輸入、輸出、控制變量;一個(gè)空間的輸出變量是另一個(gè)空間輸入變量;一個(gè)空間的輸出變量是另一個(gè)空間的控制變量,等等.由于在同一個(gè)智聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的、張成空間A和B的對(duì)象已經(jīng)做了語義上的統(tǒng)一,定義2中所定義的“聯(lián)結(jié)知識(shí)”CCC也會(huì)有明確的語義,因此智聯(lián)網(wǎng)智能實(shí)體所對(duì)應(yīng)的知識(shí)空間A和B實(shí)現(xiàn)了語義上的聯(lián)結(jié).

智聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的協(xié)同運(yùn)行:基于知識(shí)的獲取、協(xié)同表征、傳遞和聯(lián)結(jié),智聯(lián)網(wǎng)的海量知識(shí)的協(xié)同運(yùn)行成為可能,并用以支撐知識(shí)服務(wù)、完成知識(shí)功能,實(shí)現(xiàn)知識(shí)服務(wù)和消費(fèi).為此,我們必須就知識(shí)的協(xié)同運(yùn)行方式,智聯(lián)網(wǎng)知識(shí)系統(tǒng)的時(shí)變性,和協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化過程的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行論述.

知識(shí)的協(xié)同運(yùn)行方式:知識(shí)的協(xié)同運(yùn)行取決于智聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)聯(lián)結(jié)形式.換言之,就是智聯(lián)網(wǎng)內(nèi)智能實(shí)體之間地位關(guān)系如何,何種智能實(shí)體提供何種知識(shí)、提供給誰、作何用途、知識(shí)的匯總?cè)绾芜M(jìn)行、知識(shí)服務(wù)由誰定義和發(fā)起等等.以下舉例說明智聯(lián)網(wǎng)知識(shí)系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)用的幾種模式.

1)層次型:該模式將智聯(lián)網(wǎng)總體的知識(shí)空間按樹狀層次結(jié)構(gòu)依次劃分,協(xié)同運(yùn)用知識(shí)的時(shí)候,將較小粒度知識(shí)逐步從葉節(jié)點(diǎn)向根節(jié)點(diǎn)匯總成較大粒度的知識(shí),達(dá)成協(xié)同知識(shí)運(yùn)行;

2)集中型:該模式的智聯(lián)網(wǎng)包含一個(gè)超級(jí)智能實(shí)體,其將來自所有智能實(shí)體的知識(shí)匯總,并在一個(gè)集中式的超算平臺(tái)上完成知識(shí)的中心化協(xié)同運(yùn)用;

3)分布型:該模式的智聯(lián)網(wǎng)并不依賴某個(gè)超級(jí)智能體,通過某種事先定義的分布式知識(shí)交換和處理機(jī)制,完成去中心化的知識(shí)協(xié)同運(yùn)用;

4)混合型:在一個(gè)智聯(lián)網(wǎng)內(nèi)同時(shí)兼有層次、集中、分布等幾種協(xié)同方式的模式,即混合型知識(shí)協(xié)同運(yùn)用.可以預(yù)見,在復(fù)雜智聯(lián)網(wǎng)中,混合型知識(shí)協(xié)同運(yùn)行將會(huì)是主要形態(tài).

智聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的發(fā)展性、時(shí)變性與自適應(yīng)性:由于智聯(lián)網(wǎng)中各智能實(shí)體不斷地與環(huán)境及其他實(shí)體發(fā)生信息、知識(shí)的交換,因此其內(nèi)在智能和知識(shí)也不斷發(fā)生變化,因此,以某種形式組織而成的智聯(lián)網(wǎng),必定具有發(fā)展性、時(shí)變性與自適應(yīng)性的特性,根據(jù)不斷變化的經(jīng)驗(yàn)知識(shí),其結(jié)構(gòu)、形態(tài)、功能也不斷進(jìn)行自我演化與調(diào)整.

協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化過程的標(biāo)準(zhǔn)化:智聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的獲取過程、協(xié)同表征、人工語言系統(tǒng)、聯(lián)結(jié)方式、協(xié)同運(yùn)用,應(yīng)該考慮進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,進(jìn)而產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化知識(shí)自動(dòng)化流程,區(qū)塊鏈技術(shù)及其相關(guān)方法將發(fā)揮關(guān)鍵作用.只有這樣,才能使大規(guī)模社會(huì)化智能實(shí)體聯(lián)結(jié)和知識(shí)自動(dòng)化生產(chǎn)成為可能.

圖4 智聯(lián)網(wǎng)支撐平臺(tái)與架構(gòu)示意圖Fig.4 The supporting platform and architecture diagram of IoM

4 智聯(lián)網(wǎng)的支撐平臺(tái)技術(shù)

與智聯(lián)網(wǎng)核心問題同等重要的,是智聯(lián)網(wǎng)的支撐平臺(tái)技術(shù),即在何種平臺(tái)上,智聯(lián)網(wǎng)能夠得以研究、開發(fā)、實(shí)施、運(yùn)行、管理與控制.本文中簡要討論虛實(shí)平行系統(tǒng),社會(huì)化通信計(jì)算平臺(tái),及基于區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)的分布式自組織自運(yùn)行實(shí)現(xiàn).

4.1 虛實(shí)平行系統(tǒng)

“知識(shí)”是一個(gè)虛擬的概念,在物理世界中并無實(shí)體的存在,因此,知識(shí)的產(chǎn)生和運(yùn)行是在虛擬的知識(shí)空間中進(jìn)行的.虛擬的知識(shí)空間是對(duì)物理實(shí)在空間的反映、提取、總結(jié)和升華,同時(shí),知識(shí)空間又反過來影響、誘導(dǎo)、管控它所對(duì)應(yīng)的物理實(shí)在空間.因此,知識(shí)虛擬空間和物理實(shí)在空間形成了互相糾纏、互相決定的虛實(shí)一體的合一空間.

針對(duì)這種一體化的虛實(shí)空間問題,平行系統(tǒng)理論給出了一個(gè)完整的理論框架.平行系統(tǒng)理論的特征包括數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、人工系統(tǒng)建模、和基于計(jì)算實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)分析以及虛實(shí)互動(dòng)的平行執(zhí)行機(jī)制.平行系統(tǒng)方法的核心是建立一個(gè)或者多個(gè)具有某種目的(規(guī)劃、控制、檢測、管理等)的且與實(shí)際系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的虛擬系統(tǒng),通過對(duì)虛擬系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和優(yōu)化,進(jìn)而和實(shí)際系統(tǒng)交互,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜實(shí)際系統(tǒng)的控制與管理.由平行系統(tǒng)為基本框架,衍生出了平行智能、平行學(xué)習(xí)、平行動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法等[20?23].

虛實(shí)平行系統(tǒng)的構(gòu)建、分析和管控采用基于大數(shù)據(jù)解析的計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)分析方法ACP,即基于人工系統(tǒng)(Arti fi cial societies,A)的建模方法、計(jì)算實(shí)驗(yàn)(Computational experiments,C)的系統(tǒng)分析和評(píng)估、平行執(zhí)行智能實(shí)體(Parallel execution,P)的系統(tǒng)控制管理[24?25],其具體含義如下:

1)人工系統(tǒng)(A):數(shù)據(jù)來自于智能實(shí)體,采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和語義建模,利用默頓定律,構(gòu)建信息和行為之間的反饋;通過數(shù)據(jù)挖掘,發(fā)現(xiàn)海量信息的“內(nèi)在意義”,讓數(shù)據(jù)來說話.在解決了智聯(lián)網(wǎng)核心問題,即知識(shí)獲取、知識(shí)協(xié)同表征與傳遞、知識(shí)聯(lián)結(jié)與協(xié)同運(yùn)行后,智聯(lián)網(wǎng)的虛擬知識(shí)空間(人工系統(tǒng))即宣告建立.

2)計(jì)算實(shí)驗(yàn)(C):在虛擬知識(shí)空間中,通過知識(shí)集成深度計(jì)算、知識(shí)群體廣度計(jì)算、知識(shí)歷史計(jì)算等計(jì)算技術(shù),獲得虛擬人工系統(tǒng)的各種知識(shí)模態(tài)的結(jié)果.借助于知識(shí)計(jì)算,實(shí)現(xiàn)智聯(lián)網(wǎng)內(nèi)各智能實(shí)體之間相互深度知識(shí)交互以及融合,實(shí)現(xiàn)智聯(lián)網(wǎng)智能體的知識(shí)協(xié)作,最終落實(shí)虛實(shí)系統(tǒng)的知識(shí)協(xié)同.

3)平行執(zhí)行(P):虛擬人工系統(tǒng)(知識(shí)系統(tǒng))和物理實(shí)際系統(tǒng)組成一對(duì)平行系統(tǒng),虛實(shí)互動(dòng)構(gòu)成新型反饋閉環(huán)機(jī)制;物理過程與人工知識(shí)計(jì)算過程的平行交互;通過虛實(shí)互動(dòng)進(jìn)行求解和相互管控.

基于ACP方法的平行系統(tǒng)在智聯(lián)網(wǎng)中的運(yùn)用有以下兩個(gè)主要任務(wù).

1)虛實(shí)平行系統(tǒng)的管控:目標(biāo)就是促使物理實(shí)際系統(tǒng)流程趨向人工知識(shí)流程,通過知識(shí)計(jì)算、比較、發(fā)現(xiàn)更優(yōu)化的運(yùn)行狀態(tài),引導(dǎo)物理實(shí)際系統(tǒng)逼近人工系統(tǒng),從而借助人工流程減少實(shí)際系統(tǒng)相關(guān)目標(biāo)的不確定性,化多樣為歸一,使復(fù)雜變簡單,以此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)營的智慧管控.

2)知識(shí)空間本身的認(rèn)知管控:我們可以將整個(gè)智聯(lián)網(wǎng)理解成一個(gè)巨型的協(xié)作認(rèn)知系統(tǒng),知識(shí)獲取、知識(shí)協(xié)同表征與傳遞、知識(shí)聯(lián)結(jié)與協(xié)同運(yùn)作就是這個(gè)認(rèn)知系統(tǒng)所要完成的認(rèn)知任務(wù)和要達(dá)到的認(rèn)知智能,對(duì)于這個(gè)復(fù)雜認(rèn)知系統(tǒng)的管控,將是平行系統(tǒng)在平行智能智聯(lián)網(wǎng)中運(yùn)用的另一個(gè)領(lǐng)域.

4.2 智聯(lián)網(wǎng)與社會(huì)化通信計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的映射關(guān)系

如上所述,互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是智聯(lián)網(wǎng)的前序基礎(chǔ)科技,因此也是智聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵平臺(tái),在此不再贅述.在這里需要補(bǔ)充的是,智聯(lián)網(wǎng)和社會(huì)化通信計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施之間的映射關(guān)系.

智聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu),為建立復(fù)雜而高效的多層次社會(huì)化的通信和計(jì)算系統(tǒng)提供了邏輯結(jié)構(gòu)和建設(shè)藍(lán)圖.當(dāng)前,社會(huì)化通信計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施正在從單一的遠(yuǎn)程云計(jì)算,向由云計(jì)算、邊緣計(jì)算、普適計(jì)算相結(jié)合的社會(huì)化基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)演化.而連接各種傳感、驅(qū)動(dòng)、計(jì)算設(shè)施的通信網(wǎng)絡(luò),也正從傳統(tǒng)的基于交換機(jī)、路由器等設(shè)備的被動(dòng)式“啞”網(wǎng)絡(luò),向軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)和平行網(wǎng)絡(luò)演化[26?31].計(jì)算的最重要目的,即是獲取和應(yīng)用知識(shí).因此,當(dāng)智聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)建立以后,根據(jù)知識(shí)功能的數(shù)據(jù)需求、實(shí)時(shí)性要求和知識(shí)計(jì)算量,即可以設(shè)計(jì)和建立相應(yīng)的社會(huì)化通信和計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施.

4.3 基于區(qū)塊鏈的智聯(lián)網(wǎng)的DAO實(shí)現(xiàn)

區(qū)塊鏈和平行區(qū)塊技術(shù)是一種全網(wǎng)共識(shí)共同維護(hù)且保有所有歷史交易數(shù)據(jù)的分布式數(shù)據(jù)庫.其所采用的時(shí)間戳、非對(duì)稱加密、分布式共識(shí)、可靈活編程等技術(shù)使其具備了去中心化、時(shí)間可追溯性、自治性、開放性以及信息不可篡改等特性.區(qū)塊鏈技術(shù)的基本構(gòu)架大致可以分為六層,即涵括所有基層信息數(shù)據(jù)和加密技術(shù)等的數(shù)據(jù)層、連接所有節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)傳播以及驗(yàn)證的網(wǎng)絡(luò)層、涵括各種共識(shí)算法與機(jī)制的共識(shí)層、制定獎(jiǎng)勵(lì)與懲處的激勵(lì)層、封裝算法和智能合約的合約層、以及具體化區(qū)塊鏈應(yīng)用場景的應(yīng)用層[32?33].

區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)可以真正做到在無外部監(jiān)督的情況下,以極小的運(yùn)營成本支撐大型智能實(shí)體網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行,即“分布式自治組織”(Distributed autonomous organization,DAO).DAO運(yùn)用智能合約執(zhí)行一系列公開、公平、公道的系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則,在無人管理和監(jiān)督的情況下實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行和自主進(jìn)化.結(jié)合前文提到的智聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的協(xié)同運(yùn)行方式(層次型、集中型、分布型、混合型),基于區(qū)塊鏈的DAO為物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營提供了理想的平臺(tái),從而實(shí)現(xiàn)按照一定組織規(guī)則來自動(dòng)組織智能體和開展協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化.更進(jìn)一步,通過出售或收購DAO的股權(quán),提供或者購買DAO的知識(shí)服務(wù),開放智聯(lián)網(wǎng)DAO知識(shí)服務(wù)API等種種知識(shí)消費(fèi)商業(yè)和技術(shù)創(chuàng)新,智聯(lián)網(wǎng)可以成為一種社會(huì)化的技術(shù)生態(tài)系統(tǒng).

5 總結(jié)與展望

5.1 總結(jié)

本文旨在討論智聯(lián)網(wǎng)(Internet of minds,IoM)的概念,核心問題和關(guān)鍵平臺(tái)技術(shù).本文的圍繞智聯(lián)網(wǎng)所提出的主要觀點(diǎn)和內(nèi)容歸納如下:

1)智聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的智能時(shí)代基礎(chǔ)和科學(xué)哲學(xué)思想基礎(chǔ);

2)智聯(lián)網(wǎng)的背景、概念、定義、實(shí)質(zhì),以及協(xié)同認(rèn)知智能的目標(biāo);

3)智聯(lián)網(wǎng)的前沿應(yīng)用領(lǐng)域:CPSS,軟件定義系統(tǒng)及流程,工業(yè)智聯(lián)網(wǎng);

4)智聯(lián)網(wǎng)的核心問題:a)知識(shí)的獲取:一般性知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)從感性混雜數(shù)據(jù)中獲取經(jīng)驗(yàn)知識(shí);b)知識(shí)的協(xié)同表征和傳遞:智聯(lián)網(wǎng)協(xié)同知識(shí)表征,人工語言系統(tǒng)的建立;c)知識(shí)的關(guān)聯(lián)和協(xié)同運(yùn)行:從知識(shí)動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)定義知識(shí)關(guān)聯(lián),以及基于知識(shí)關(guān)聯(lián)的知識(shí)協(xié)同運(yùn)行方式;

5)智聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵平臺(tái)技術(shù):虛實(shí)平行系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智聯(lián)網(wǎng)的管控和知識(shí)空間的管控;基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈和平行網(wǎng)絡(luò)的社會(huì)化通信計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái),為分布式、自組織、自運(yùn)行的安全智聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)施.

5.2 展望:智聯(lián)網(wǎng)和第五次工業(yè)革命

智聯(lián)網(wǎng)的建成將標(biāo)志著新智能時(shí)代的全面到來以及第五次工業(yè)革命的全面展開.回顧人類社會(huì)的工業(yè)化進(jìn)程,第一次工業(yè)革命實(shí)現(xiàn)全社會(huì)的機(jī)械化協(xié)同,第二次工業(yè)革命實(shí)現(xiàn)全社會(huì)的電氣化協(xié)同,第三、四次工業(yè)革命實(shí)現(xiàn)全社會(huì)的信息化和自動(dòng)化協(xié)同.而智聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì),即是協(xié)同知識(shí)自動(dòng)化系統(tǒng),智聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)最終將完成的是全社會(huì)的智能化協(xié)同.我們認(rèn)為,知識(shí)化和智能化協(xié)同,就是第五次工業(yè)革命追求的終極目標(biāo),達(dá)到此目標(biāo),就是新智能時(shí)代的全面到來.

每一次工業(yè)革命的完成,都伴隨著某種核心科技的社會(huì)化協(xié)同的完成,其結(jié)果都是極大地解放和提升社會(huì)生產(chǎn)力,并對(duì)社會(huì)形態(tài)帶來巨大的沖擊.第五次技術(shù)革命剛剛拉開帷幕,單個(gè)和孤立的智能技術(shù)就已經(jīng)取得了令人驚異的成績,而當(dāng)海量智能實(shí)體完成社會(huì)化知識(shí)協(xié)同的時(shí)候,其對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力的提升和對(duì)社會(huì)形態(tài)的影響,將是難以想象的.因此,應(yīng)當(dāng)盡快開展智聯(lián)網(wǎng)的研究與開發(fā),在即將到來的新智能時(shí)代中取得研究和技術(shù)上的先發(fā)優(yōu)勢,同時(shí)也在即將到來的第五次工業(yè)革命中爭取主導(dǎo)地位.

致謝

自2009年起,王飛躍教授就基于ACP的平行智能、平行網(wǎng)絡(luò)和智能網(wǎng)絡(luò)及CPSS等完成了一系列的技術(shù)報(bào)告和學(xué)術(shù)講座[34?40].本文是對(duì)這些報(bào)告的總結(jié)和深化,作者對(duì)王曉博士和袁勇博士等在此過程中的幫助和研討表示深深的感謝.

1王飛躍.新IT與新軸心時(shí)代:未來的起源與目標(biāo).探索與爭鳴,2017年第10期:23?27

2王飛躍.面向人機(jī)物一體化CPSS的控制發(fā)展:知識(shí)自動(dòng)化的挑戰(zhàn)與機(jī)遇.見:中國自動(dòng)化大會(huì)暨自動(dòng)化領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新大會(huì).長沙:中國自動(dòng)化學(xué)會(huì),2013.

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Internet of Minds:The Concept,Issues and Platforms

WANG Fei-Yue1,2,3,4ZHANG Jun1,5

This paper aims to provide a blueprint for Internet of minds(IoM),discussing its concept,issues and platforms.We begin with the social and philosophical foundations for IoM,then its background is illustrated along with its concept,de fi nition,essence and its nature of coordinative cognitive intelligence,as well as cyber-physical-social-systems(CPSS),software-de fi ned systems(SDS),and industrial IoM being the three exemplary frontier application areas.We expound the core issues of IoM,including acquisition of knowledge,coordinative representation and delivery of knowledge,and relation and coordinative operation of knowledge.We also describe IoM′s key platform technology,including real-virtual parallel platform,and social computing and communication architecture based on Internet,Internet of things,blockchain,and software-de fi ned networks,which provides the foundation of a decentralized,autonomous,self-organized,and secured IoM infrastructure and applications.

Internet of minds(IoM),knowledge automation,arti fi cial language system,parallel systems,ACP approach,knowledge dynamics,knowledge computing,blockchain,parallel blockchain

Wang Fei-Yue,Zhang Jun.Internet of minds:the concept,issues and platforms.Acta Automatica Sinica,2017,43(12):2061?2070

2017-10-10 錄用日期2017-12-01

October 10,2017;accepted December 1,2017

本文責(zé)任編委劉德榮

Recommended by Associate Editor LIU De-Rong

國家自然科學(xué)基金(61533019,71232006,61233001)資助

Supported by National Natural Science Foundation of China(61533019,71232006,61233001）

1.中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京100190 2.青島智能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 青島266109 3.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)軍事計(jì)算實(shí)驗(yàn)與平行系統(tǒng)技術(shù)中心長沙410073 4.中國科學(xué)院大學(xué)中國經(jīng)濟(jì)與社會(huì)安全研究中心 北京101408 5.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院武漢430072

1.The State Key Laboratory of Management and Control for Complex Systems,Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190 2.Qingdao Academy of Intelligent Industries,Qingdao 266109 3.Research Center of Military Computational Experiments and Parallel System,National University of Defense Technology,Changsha 410073 4.Center of China Economic and Social Security,The University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 101408 5.School of Electrical Engineering,Wuhan University,Wuhan 430072

王飛躍,張俊.智聯(lián)網(wǎng):概念、問題和平臺(tái).自動(dòng)化學(xué)報(bào),2017,43(12):2061?2070

DOI10.16383/j.aas.2017.y000006

王飛躍 中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員.國防科技大學(xué)軍事計(jì)算實(shí)驗(yàn)與平行系統(tǒng)技術(shù)研究中心主任.主要研究方向?yàn)橹悄芟到y(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)的建模、分析與控制.本文通信作者.

E-mail:feiyue.wang@ia.ac.cn

(WANG Fei-Yue Professor at The State Key Laboratory of Management and Control for ComplexSystems,InstituteofAutomation,Chinese Academy of Sciences.Director of the Research Center for Computational Experiments and Parallel Systems Technology,National University of Defense Technology.His research interest covers modeling,analysis,and control of intelligent systems and complex systems.Corresponding author of this paper.)

張 俊 武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院教授,2003年和2005年分別獲得華中科技大學(xué)電子信息與通信工程系學(xué)士與碩士學(xué)位.2008年獲得亞利桑那州立大學(xué)電氣工程博士學(xué)位.主要研究方向?yàn)橹悄芟到y(tǒng),人工智能,知識(shí)自動(dòng)化,及其在智能電力和能源系統(tǒng)中的應(yīng)用.

E-mail:jun.zhang@qaii.ac.cn(ZHANG Jun Professor at School of Electrical Engineering,Wuhan University.He received his B.E.and M.E.degrees in Electrical Engineering from Huazhong University of Science and Technology,Wuhan,China,in 2003 and 2005,respectively,and his Ph.D.in Electrical Engineering from Arizona State University,USA,in 2008.His research interest covers intelligent systems,arti fi cial intelligence,knowledge automation,and their applications in intelligent power and energy systems.)