Ref秦世引(北航)智能科學的崛起.ppt

從維納的控制論到現(xiàn)代智能科學的崛起試論現(xiàn)代智能科學技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè),秦世引北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院,引言“系統(tǒng)”是當今文化中最深邃的概念之一。人類文化所產(chǎn)生的這個分支將在相當長的一個時期內(nèi)支配著未來的文明世界。從維納的巨著控制論問世到現(xiàn)代智能科學的強力崛起，經(jīng)歷了半個世紀的發(fā)展歷程。在此期間，系統(tǒng)與控制科學一直以科學史上少有的速度迅猛向前發(fā)展。事實證明，在整個二十世紀中,系統(tǒng)與控制科學的理論和實踐對人類的生產(chǎn)活動產(chǎn)生了重大的影響。在今后還將繼續(xù)產(chǎn)生更加深遠的影響。,主要內(nèi)容1.維納控制論的歷史淵源2.從維納的控制論到錢學森的工程控制論3.歷史的經(jīng)驗值得借鑒4.“智能(Intelligence)”與“智力(Mind)”5.現(xiàn)代智能科學與技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè),1.維納控制論的歷史淵源維納在1954年出版的回顧其科學生涯的著作我是一個數(shù)學家中曾自述道：“我寧愿選擇在清華大學任客座教授的1935年作為創(chuàng)立控制論的起點”。“控制論的直系祖先是歐洲的萊布尼茨，但其哲學基礎(chǔ)和古典的中國自然哲學觀有著密切的關(guān)系?！笨刂普摰哪康脑谟趧?chuàng)造一種語言和技術(shù)，使我們能有效地研究一般的控制和通信問題，同時也要尋找一套恰當?shù)乃枷牒图夹g(shù)，以便通信和控制問題的各種特殊表現(xiàn)都能借助一定的概率加以分類。在控制和通信中，我們總是要同組織程度降低和意義模糊不清這種自然界的趨勢作斗爭，這種趨勢正是吉布斯告訴我們的熵的增長。(維納自述),1.維納控制論的歷史淵源1845年，著名的法國物理學家和數(shù)學家安培在論科學的哲學中給關(guān)于國務(wù)管理的科學取了一個名字控制論(Cybernetics)。安培企圖建立這樣一門政治科學的龐大計劃并沒有得到結(jié)果，恐怕也不會有結(jié)果。在第二次世界大戰(zhàn)期間，各國之間的戰(zhàn)爭大大促進了另一個科學部門的發(fā)展，這就是關(guān)于機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的控制與操縱的科學。維納就借用安培所創(chuàng)造的名稱“控制論”來稱呼這門新的科學。而且，這門科學對于現(xiàn)代化戰(zhàn)爭是非常重要的?？梢?，其中的諷刺意味了。,1.維納控制論的歷史淵源維納的控制論是關(guān)于怎樣把機械元件和電氣元件組合成穩(wěn)定的并且具有特定性能的系統(tǒng)的科學。這門新科學的一個非常突出的特點就是完全不考慮能量，熱量和效率等因素，可是，在其他各門自然科學中，這些因素是十分重要的?？刂普撍懻摰闹饕獑栴}是一個系統(tǒng)的各個不同部分之間的相互作用的定性性質(zhì)，以及整個系統(tǒng)的總體運動狀態(tài)。在20世紀初，PID調(diào)節(jié)概念的提出，導致了20年代在美國等國家開始采用PID調(diào)節(jié)器。20年代，布萊克首先運用反饋概念說明電子放大器輸出信號經(jīng)變換后回送到輸入端的電路原理（1927）。從而使反饋原理的研究和運用成為系統(tǒng)與控制科學中永恒的主題之一。,1.維納控制論的歷史淵源30年代，奈奎斯特，玻德等人建立了反饋放大器理論（1932）。著名的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)和玻德圖為控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計提供了有效的理論工具。因此，J.S.Albus和A.M.Meystel認為:“WeinertransformedthetheoryoffeedbackcontrolintoascienceofintelligentsystemsandcoinedthetermCybernetics.”(2001)然而,維納在控制論中把人和機器并列甚至等同的提法卻在其問世后的前些年中遭到了前蘇聯(lián)及東歐等國家的攻擊和批判,被誣為發(fā)動的偽科學和為帝國主義服務(wù)的戰(zhàn)爭工具等。,2.從維納的控制論到錢學森的工程控制論工程控制論的目的是研究“控制論”這門科學中能夠直接用在工程上設(shè)計被控系統(tǒng)與控制器的那些部分。工程控制論是一門技術(shù)科學。技術(shù)科學的目的是把工程實際中所用的許多設(shè)計原則加以整理與總結(jié)，使之成為理論，因而也就把工程實際的各個不同領(lǐng)域的共同性顯示出來，而且也有力地說明一些基本概念的重大作用。理論分析是技術(shù)科學的主要內(nèi)容，而且常常用到比較高深的數(shù)學工具。把“工程控制論”建成一門技術(shù)科學的好處是：能賦予人們更寬闊、更縝密的眼光和更系統(tǒng)的方法去觀察和處理老問題，為解決新問題開辟意想不到的新前景。,2.從維納的控制論到錢學森的工程控制論關(guān)于工程控制論的討論，應(yīng)該合理地包括科學中對于工程實踐可能有用的所有方面，尤其是不應(yīng)該僅僅由于數(shù)學的困難而逃避任何一個問題，其實，深入地考慮一下就會發(fā)覺，任何一個問題在數(shù)學上的困難常常帶有很大的人為因素。只要把問題的提法稍微加以改變，往往就可以使問題的數(shù)學困難減輕到進行研究工作的工程師所能處理的程度。錢學森的EngineeringCybernetics的出版，從根本上消除了前蘇聯(lián)和東歐一些國家對維納控制論的敵視和批判態(tài)度，并悄悄地修改了各種辭書中的詞條，肯定控制論是一門“研究信息與控制的一般規(guī)律的新興科學”。,3.歷史的經(jīng)驗值得借鑒毫無疑問，維納的控制論是劃時代的巨著。但從維納的控制論到錢學森的工程控制論，時間間隔只有6年時間，卻實現(xiàn)了由“哲學爭論”到“科學肯定”的大轉(zhuǎn)折。這正應(yīng)了中國古典哲學思想中“理先在，一成不變；道創(chuàng)生，變動不居。理規(guī)定著一切，道可完成一切”的信條。智能科學在相當程度上是屬于技術(shù)科學的范疇，在智能科學技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè)方面，應(yīng)當認真的研究并借鑒從維納的控制論到錢學森的工程控制論的創(chuàng)生經(jīng)驗，還可以從三次數(shù)學危機中借鑒處理問題的方法，緊密聯(lián)系實際，將自下而上和自上而下的思想策略相結(jié)合，構(gòu)筑并逐步完善智能科學技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè)。,4.“智能(Intelligence)”與“智力(Mind)”關(guān)于智能（intelligence）的廣義化定義（Albus&Meystel）Wedefineintelligenceastheabilityofasystemtobehaveappropriatelyinanuncertainenvironment,whereappropriatebehavioristhatwhichmaximizesthelikelihoodofsuccessinachievingthesystemsgoal.智力(mind)與智能（intelligence）的關(guān)系（Albus&Meystel）Mindwillemergefromintelligentsystems,andintelligencewillemergefromthejointfunctioningoffourfundamentalprocesses:behaviorgeneration,worldmodeling,sensoryprocessing,andvaluejudgment.Mindismorethanintelligence.Intelligenceismerelyaprerequisite,asubstrateinwhichmindmayemerge.Themindgoesbeyondsimplygeneratingappropriatebehavior.Theminddistinguishesbetweenrightandwrong,goodandevil,andsoon.Manyaspectsofmindwilleludescientificunderstandingforalongtime.Nevertheless,wepredictthatasmoreislearnedaboutthefundamentalmechanismsofintelligence,someofthedeepermysteriesofmindwillberevealed.,4.“智能(Intelligence)”與“智力(Mind)”可見，在考慮智能科學與技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè)時，不僅要涉及面向復雜系統(tǒng)的“智能（intelligence）”理論方法和工程實現(xiàn)，而且還要勇敢面對來自智力（mind）計算理論和智力的工程實現(xiàn)等方面的挑戰(zhàn)。有人樂觀地宣稱：Weareatapointinhistorywheresomeofthedeepestmysteriesarebeingrevealed.Infact,weareatthedawningofanagewheretheengineeringofmindisfeasible.However,webelievethattheengineeringofmindisanenterprisethatwillproveatleastastechnicallychallengingastheApolloprogramortheHumanGenomeproject.Acomputationaltheoryofmindmayenableustodevelopnewtooltocureorcontroltheeffectsofmentalillness.Theengineeringofmindismuchmorethanthepursuitofscientificcuriosity.Itismoreeventhanamonumentaltechnologicalchallenge.,5.智能科學與技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè)現(xiàn)階段智能科學與技術(shù)的發(fā)展狀況和當年控制論科學的創(chuàng)生情況有相似之處,一方面應(yīng)用需求甚高，發(fā)展也很迅猛；另一方面，理論基礎(chǔ)又相對很薄弱，大有理論滯后于應(yīng)用之感。所以，錢學森關(guān)于創(chuàng)立一門“工程控制論”技術(shù)科學，賦予人們以更寬廣，更縝密的眼光觀察舊問題，為解決新問題開辟新前景的論斷值得我們深思和借鑒。根據(jù)本人的研究心得和體會，認為以下幾個方面的內(nèi)容值得深入研究，其成果將豐富和發(fā)展智能科學與技術(shù)的理論體系，對于促進智能科學與技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè)大有裨益。,（1）智能科學的數(shù)學體系計算智能（從進化計算到自然計算）；（2）智力（mind）的計算理論和工程實現(xiàn)技術(shù)；（3）知識模型的變換方法和工具從規(guī)則集合到