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文檔簡介

浙江大學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 摘要 物理符號系統(tǒng)假設自2 0 世紀5 0 年代提出以來,已經有了近半個世紀的歷史。 作為認知科學發(fā)展史上較早提出的一個重要理論,在認知科學的領域中發(fā)揮了極 大的作用,被稱為“經典的 認知科學研究綱領。該理論的成功提出,吸引了大 批學者進入這一研究陣營,并在以其為核心的符號系統(tǒng)范式的指導下,取得了一 系列令人矚目的工作成果,極大的推動了認知科學的發(fā)展。隨著研究中任務域的 逐漸擴大,該理論在指導解決諸如常識知識等問題時出現(xiàn)了一些困難,近年來開 始受到了一些挑戰(zhàn)。但其生命力依然頑強,它所提倡的“符號處理”基礎假定的 合理性以及所具有的解釋力顯示了它仍然具有極高的存在價值。 本文試圖循著物理符號系統(tǒng)假設的發(fā)展歷史,對物理符號系統(tǒng)假設展開歷史 回顧與思考。論文共分4 章:第一章主要考察其歷史淵源、產生背景,回顧了歷 史中與物理符號系統(tǒng)假設關聯(lián)的人類思想和實踐,旨在說明使用符號代替思維有 其哲學思辨理由和科學實證根據。第二章主要通過閱讀、整理紐威爾和西蒙的原 著,詳盡地闡釋了物理符號系統(tǒng)的核心內容和附帶推論,并通過例舉來自人工智 能、認知心理學領域的有效證據,合理地解釋了該理論在提出后迅速獲得成功的 原因。第三章聚焦于物理符號系統(tǒng)假設的主要思想來源:亞里士多德的邏輯思想 為物理符號系統(tǒng)假設形成打下了最根本的基礎,弗雷格的人工語言為使用符號模 擬人類思維過程解除了障礙,圖靈關于計算機和智能以及腦和計算機在普適圖靈 機中的抽象數學表征的理論統(tǒng)一,是物理符號系統(tǒng)假設的先驅。這一章還描述了 該理論建立所歷經的五個階段。第四章介紹了物理符號系統(tǒng)假設提出以來的一系 列主要應用,分析了它所面臨的主要困難,并論述它所受到的攻擊和挑戰(zhàn)。 正確理解物理符號系統(tǒng)假設,有助于認知理論的深化,在認知科學史中也具 有價值。 關鍵詞:物理符號系統(tǒng),認知理論,科學史,范式,紐威爾,西蒙 浙江大學碩士學位論文 物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 a b s t r a c t p l l y s i c a ls ) ,i n b o l i cs y s t e m 咖t l l e s i sc a nb ed a t e db a c kt 0o v 盯5 0y e a l l sa g o w h i tw 嬲p r o p o s e di n1 9 5 0 s a sav i t a lt l l e o 巧i nt l l ee a l l yp 耐o do fc o 鰣t i v e s c i e n c cd e v e l o p m e n t ,p h y s i c a ls y m b o l i cs y s t e mh y p o m e s i s ,w h i c hi sr e g 礬e d 嬲 c 1 a u s s i c a lc 0 鰣t i v es c i e n c e ,h 嬲m a d eg r e a tc o 砷叵b u t i o nt 0 l i sf i e l d 1 1 1 a 1 1 k st om e l e 0 ap l 哪o fr 鼯e a r c h e r sj o i n e di i lm er e s e a r c hc l u b 1 1 1 e yg a i n e ds 耐e so f r 鋤a f k a b l e 刪e v e m e n t su n d e rm es y i 】曲0 1 i cs y s t 鋤p 砌i g m ,m ec o r ec o n t e i l to ft h e n l e o a n d l u sp a v e d 1 ew a yf o rc 0 印i t i v es c i e n c cd c v d o p m e n t w 曲t l l e b r o a d e n j n gr a i 增eo fs t u d yt 嬲k s ,t l l em e 0 巧h 嬲b 咖c h a l l e i l g e db ys o m ep r o | b l e i i l s , s u c h 嬲i i lr e s o l 訪n gc 0 刪 1 l o ns e l l s ep r o b l e m s h o w c v i ti sn 0d o u b tm a t l e r e 嬲o n a b i l i t yo fm eb a s i ch y p o l e s i s 觚dt l l ec a p a b i l i 夠o fe x p l 鋤a t i o no f 仳sm e o 巧 h a sw e l ld 鋤0 n s 跏c dc o i n p e l l i r 堪yh i g l lv a l u e t 1 1 i sm e s i sa i m st or e v i e wa n dr e n e c tt t l e1 1 i s t o 巧o fp h y s i c a ls y n l b o l i cs y s t e m h ) ,p o m e s i s t kp a p e ri sd i 、,i d e dm of 0 u rp a r t s 1 1 1 ef i r s tp a r ti sm a i n l yc 0 n s i d 耐n gi t s l l i s t o 巧a n db a c k 印u n d 孤dr e m i n d i l l gu so ft l l eh u m 肌n l o u g h t s 觚dp r a 嘶c e sr e l a t e d 、7 l ,i m p h y s i c a ls 洫b o l i cs y s t e n lh y p o m e s i si nl l i s t o 巧s 0a st 0i l l u s 缸a t et l l a tu s i n g s 燦b o l si n s t e a do ft l l i l l l 【i 1 1 9h 嬲i t so 、) l ,i lr e 嬲。邶o fs p e c u l a t i v ep h i l o s o p h ya n d s c i 鋤t i f i c 鋤叩i r i c a lr e s e 鯽c hb a s e s t h es e c o n dp a r tp r o v i d e sd e t a i l e do u t l i i l e sf o rt l l e c o r ec o n t e i l ta n di n c i d e n t a li n f a 船c e so fp h y s i c a ls y n 曲0 1 i cs y s t e mh ) ,p o t l l e s i sb y r c a d i n g 鋤dc 0 1 1 e c t i n gn e w e l l 鋤ds i m o n so r i 西n a lw o r k s b e s i d e sm a t ,w ea l s ol i s t o u te 仃e c t i v e 嘶d e l l c eo f 砌i f i c i a li n t e l l i g c e 鋤dc 0 鰣“es c i e l l c et o e x p l a i n r e a s o i l s 、) l ,:h y l em e o 巧s u c c e e d e d 嬲s o o n 弱i tw 硒b r o 時l tf o r w a r d t h e 1 i r dp a r t f o c u s e so nm a i l ls o u r c c so fp h y s i c a ls y m b o l i cs y s t 鋤h y p o t l l e s i s :觚s t o t l e s1 0 百c a l m o u 曲t sh a v em a d ea 如n d a m e m a lb 嬲i sf o rp h y s i c a ls 皿b o l i cs y s t e mh y p o t l l e s i s ; f r e g e s 枷f i c i a ll a i l g i l a g eh a su n b l o c k e dt 1 1 e0 b s t a c l e so fu s i n gs y i i l b o l st os i n m l a t e h l l m 鋤t h i i l k i i 培p r o c e s s ;t h r i n gh a si n t e g r a t e dt h em e o r i e s ,、) l ,:1 1 i c hi st h ep i o n e e ro f p h y s i c a ls 弘n b o l i cs y s t e mh ) r p o t l l e s i s 1 1 1 i sp a r ta l s od e s c r i b e s 廿l ef i v es t 印so fm e o 巧 d e v e l o p m e n t 1 1 1 ef o u r t hp 砌i n 仃d d u c e sas 耐e so fa p p l i c a t i o n s ,a 1 1 a 1 ) ,z e s 劬u b l e sa i l d i 1 1 u s n i a t e sm e o p p o n e n c ya 1 1 dc h a l l e n g e st l l eh ) ,p o m e s i s 脅n g 浙江大學碩士學位論文 物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 u n d e r s t a i l d i n gp h y s i c a ls y m b 0 1 i cs y s t e mh y p o l e s i sc 0 盯e c yc a nh e l pu sd e e p e i l m e c o i i l p r e h e l l s i o no fm ec o 咖t i v em e o r ya n da d dv a l u e st om eh i s t o 巧o fc o g m t i v e s c i e n c e k e y w o r d s :p h y s i c a ls ) i 】曲o l i cs y s t c n lc o 鰣廿v et h e o 巧 h i s t o d ,o fs c i e n c ep 枷i 是乒n n e w d ls i i 】1 0 n 浙江大學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 引言 “物理符號系統(tǒng)假設 ( p h 弘i c a ls y n 曲o l i cs y s t e mh y p o 缸l e s i s ,簡稱p s s h ) ,主 要由美國著名學者紐威爾( 又譯紐厄爾,a n e w e l l ) 和西蒙( 又譯司馬賀,h e r b e na s i m o n ) 在上世紀五十年代提出的,其在認知科學領域具有極大的影響。 認知科學作為一門研究認知的本質和規(guī)律的前沿性尖端學科,跨越心理學、 人工智能、神經科學、語言學、人類學和哲學這六大學科領域,被認為是2 0 世 紀科學標志性的新興研究門類,受到了全世界科學家的廣泛關注。熊哲宏在認 知科學導論一書中曾寫道,認知科學是指科學地研究認知過程的任何一種學科, 它包含對心、腦產生智能行為的任何嘗試。1 目前學術界對認知科學有眾多的定 義,唐孝威院士認為,這在一定程度上是由于討論的范圍不同引起的,狹義的認 知科學指對腦處理知識的過程的研究,廣義的指對智能的研究,包括人、動物和 機器的智能的研究,更廣義的指對心腦的研究。唐孝威院士指出,在認知科學的 發(fā)展的歷史上,曾經有過許多關于認知的理論,它們分別對認知過程提出不同的 觀點,這些理論中就包括物理符號系統(tǒng)假設,按唐孝威院士的看法,物理符號系 統(tǒng)假設是在認知科學發(fā)展和正式成立階段較早提出的一個重要理論。2 紐威爾和西蒙的物理符號系統(tǒng)假設具有豐富的內容,這種理論認為,認知活 動是以物理符號來表征的,認知過程是個體對這些物理符號進行計算。紐威爾和 西蒙說,腦內存在對外部世界符號( 稱為物理符號) 的表征,而認知是在離散的時 間對符號表征進行計算操作。這種認知理論實際上建立在計算機隱喻的基礎之 上:把人腦比喻成是計算機,把人的心智比喻成是計算程序,認知過程像計算機 的計算過程那樣,是對輸入的符號進行信息加工然后輸出的過程。在這個認知理 論中,基本的概念是表征和計算。他們對認知的理解基于表征和計算,認為認知 的內在信息加工等同于計算機按一定規(guī)則進行計算操作。3 簡單地來說,就是企 圖將大腦的思維過程和認知活動轉換成賦值、復制、書寫等l o 種抽象符號操作, 從而把人類思維過程表述為一般物質運動的形式,并借以在計算機上實現(xiàn)輸入、 1 熊哲宏認知科學導論武漢:華中師范大學出版社,2 0 0 2 2 4 2 5 2 唐孝威統(tǒng)一框架卜的心理學與認知理論上海:上海人民出版社,2 0 0 7 1 2 9 3 唐孝威統(tǒng)一框架下的心理學與認知理論上海:上海人民出版社,2 0 0 7 1 2 9 浙江大學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 輸出、存儲等6 種功能,通過編程來實現(xiàn)對人類認知的模擬;這種理論尚待實踐 和時間的驗證,所以創(chuàng)建者本著嚴格的科學精神,把它稱為p s s h ( 在紐威爾和西 蒙合著的作為經驗探索的計算機科學:符號和搜索和西蒙的人類的認知: 思維的信息加工理論中,作者都將它稱為p h y s i c a ls y 玎小0 1 i cs y s t 鋤h y p o t h e s i s ) , 即尚處于假設( h y p o t l l e s i s ) 階段。在我國一些文獻里,通常將這一假設直接稱為“物 理符號系統(tǒng)理論”。 物理符號系統(tǒng)假設自提出直至2 0 世紀8 0 年代中期,在認知科學領域發(fā)揮了 重要的作用,被稱為“經典的”認知科學研究綱領,受到了較高的評價。美國認 知科學家魏格曼( m w a 舯a n ) 在他的認知心理學與人工智能:認知科學的理論 和研究一書中評價物理符號系統(tǒng)假設時寫道:“縱觀大部分心理學史,一般智 能的概念主要來自心理測量技術的方法和結果。在近十多年,作為區(qū)別于智能測 量應用技術的智能科學的可能性,來自認知處理的計算理論。就理論連貫性和經 驗結果來說的這些計算理論的多數影響,是被紐威爾和西蒙所系統(tǒng)化的物理符號 系統(tǒng)假設。 4 在物理符號系統(tǒng)假設的指導下,認知科學領域中出現(xiàn)了一系列令人矚目的研 究、實踐成果,這些成果極大地推動了認知科學的發(fā)展,同時也吸引了大批學者 加入到這一研究陣營,并最終形成了以物理符號系統(tǒng)假設為核心,以西蒙和紐威 爾這些人的初創(chuàng)性研究成果為范例的“符號系統(tǒng)范式 ( s 河b 0 1 i cs y s t e m p a 瑚_ d i g ,n ) 。 2 0 世紀8 0 年代中期,隨著日本“第五代計算機 研究計劃的流產,物理符號 系統(tǒng)假設的作用和地位受到了挑戰(zhàn),并漸漸轉入低谷。但其生命力頑強,它所提 倡的“符號處理 基礎假定的合理性以及它所具有的解釋力顯示了它仍然具有極 高的存在價值。 因此,研究物理符號系統(tǒng)假設是如何起源的? 它的形成受到哪些思想的啟發(fā) 影響,經歷了哪些過程? 它的核心內容和主張是什么? 它對后來的認知科學領域 有怎樣的影響? 它自身理論的哪些局限,導致了它受到何種挑戰(zhàn)? 進一步厘清這 些問題,在認知理論中具有一定意義,在認知科學史中也具有價值。本文試圖循 著物理符號系統(tǒng)假設的發(fā)展歷史,對物理符號系統(tǒng)假設展開歷史回顧與思考,進 4 m o r t o nw a 孕m n c o g f l i t i v ep s y c h o l o g ) ,a n da n i f i c i a l1 1 1 t e l l i g e n c e :1 f 1 俄珂a n dr - e s e 鯽c hi i l c o 髓i t i v es c i e n c e w e s 呻r t ,c o 皿:p r a e g e rp u b l i s h e r s ,1 9 9 3 1 3 1 2 浙江人學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 而為認知科學的研究與討論提供歷史借鑒和啟示。 本文的研究對象在科技史學界屬于較前沿的研究領域。據前期資料搜集,國 內相關研究較少,主要有以熊哲宏教授為代表,著有認知科學導論一本,以 及發(fā)表有關于符號處理范式在認知科學中的地位和前景等文。認知科學導 論一書,全面系統(tǒng)綜合、概括、提煉認知科學自誕生以來,特別是2 0 世紀9 0 年代以來發(fā)展的新成就,并在此基礎上進一步探討制約認知科學發(fā)展的深層哲學 問題。本書對于我了解物理符號系統(tǒng)假設的產生背景、影響、應用及其自身存在 的哲學問題和面臨的挑戰(zhàn)有很大的幫助;同時,本書也為我研究物理符號系統(tǒng)假 設的思想來源方面提供了一些材料和線索。但是,該書缺少物理符號系統(tǒng)假設的 形成過程的相關研究,同時該書旨在從認知心理學的角度出發(fā)來概述整個認知科 學的發(fā)展過程,并未對物理符號系統(tǒng)假設進行系統(tǒng)的梳理和分析。關于符號處 理范式在認知科學中的地位和前景一文在概述了“符號處理范式”的理論框架 和基本原理的基礎上,就聯(lián)結主義對該范式的挑戰(zhàn)以及符號處理論者的應答與辯 護作了客觀的述評。作者主張符號處理范式仍具有較強的生命力,并不因為它受 到聯(lián)結主義的挑戰(zhàn)就會失去自身存在的價值。該文對于幫助我理解物理符號系統(tǒng) 假設的核心內容和主張有相當大的幫助;同時它部分論述了物理符號系統(tǒng)假設所 面對的聯(lián)結主義提出的挑戰(zhàn),對于進一步理解物理符號系統(tǒng)假設所存在的局限提 供了幫助和線索:最后,它也簡略地提到了物理符號系統(tǒng)假設的數學和哲學背景 是圖靈的初創(chuàng)性工作,這對于研究物理符號系統(tǒng)假設的思想來源提供了重要線 索。但除了簡略提到圖靈,該文對于物理符號系統(tǒng)假設的其他思想來源沒有過多 論述,所以要厘清來龍去脈,還需要靠研讀西蒙和紐威爾的原始文獻。 本文通過精讀西蒙和紐威爾的相關原始文獻,提出問題;閱讀研究文獻,擴 大線索;最后,進行深入研究,完善論述。旨在對物理符號系統(tǒng)假設形成一定深 度的理解,努力尋找以下5 個問題的答案: 1 、物理符號系統(tǒng)假設的思想來源是哪些? 2 、它的核心內容和主張是什么? 3 、它的形成具體經過了哪些過程? 4 、它對于認知科學有什么影響? 5 、該理論的自身局限在哪里,以至于它受到了何種挑戰(zhàn)? 3 浙江大學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 論文的創(chuàng)新點在于,從科技史、認知科學史角度出發(fā),將物理符號系統(tǒng)假設 作為研究對象提出問題,并搜集材料進行系統(tǒng)的整理和研究。首先,以新的視角 ( 人類使用符號代替人類思維) 較為全面地論述了物理符號系統(tǒng)假設形成的背景, 以便人們了解該假設背后的堅實的思想基礎;其次,著重分析了它的主要思想來 源;第三,以新的視角( 人類試圖通過編程讓計算機去模擬人類的認知過程) 去解 讀物理符號系統(tǒng)假設所產生的影響和所面臨的困境;最后,對其合法性受到的攻 擊和應用層面受到的挑戰(zhàn),給出了清楚的分析。目前,該工作在目前國內學術界 屬于起步階段,是一個具有活力的較新的研究方向。 4 浙江大學碩士學位論文 物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 第1 章物理符號系統(tǒng)假設( p s s h ) 產生背景 艾倫紐威爾( 砧l e l ln e w e l l ) 是美國科學院、工程院院土,美國人工智能 學會的發(fā)起人之一,曾任美國人工智能學會、美國認知科學學會主席,1 9 7 1 年 美國信息處理協(xié)會聯(lián)合會授予古德紀念獎,1 9 7 5 年榮獲計算機科學最高獎 圖靈獎,1 9 9 2 年榮獲美國總統(tǒng)科學獎,代表作:p l v 語言手冊、 計算機 結構、計算機與數字系統(tǒng)設計、認知的統(tǒng)一理論、s 幔:一般智 能的體系結構。 赫爾伯特a 西蒙( h e r b e n a s 油o n ) 是美國著名心理學家、管理學家,曾任卡 內基一梅隆大學計算機科學與心理學教授,美國伊利諾伊理工學院教授,1 9 7 5 年榮獲計算機科學最高獎圖靈獎,1 9 7 8 年榮獲諾貝爾經濟學獎,1 9 8 6 年榮獲 美國總統(tǒng)科學獎,代表作:管理行為、經濟學和行為科學中的決策理論、管 理決策的新科學等。他在心理學與認知理論方面也做出了突出貢獻。 物理符號系統(tǒng)假設作為認知科學領域的最為重要學術思想之一,由紐威爾、 西蒙和肖( c s h a w ) 三人于2 0 世紀5 0 年代末首次提出。要考察其產生背景,我們 就需要對人類發(fā)展歷史中與物理符號系統(tǒng)假設關聯(lián)的片段進行回顧,我們可以追 溯到古代、近代和現(xiàn)代的人類相關思想和實踐,這對了解物理符號系統(tǒng)的產生有 一定的幫助。本章主要從人類使用符號代替人類思維的角度來提出歷史材料,重 點在于展示這段歷史中,人類是如何發(fā)展用符號來替代人類思維的。這區(qū)別于以 往計算機史站在機械、存儲單元形成發(fā)展的角度來描述歷史。 本章按照時間維度提出歷史材料,包括三個部分:萌芽時期,形成時期和發(fā) 展時期,時間分界點為1 9 世紀末和2 0 世紀5 0 年代末。以1 9 世紀末為第一個時間分 界點,是根據紐威爾和西蒙在著名論文作為經驗探索的計算機科學:符號和搜 索( c o m p u t e rs c i e i l c e 嬲鋤p i r i c a l i n q u i r y :s y i l l b o l sa i l ds e a r i 鋤中曾明確提到,物 理符號系統(tǒng)假設的形成經歷了“形式邏輯”、“圖靈機與數字計算機”、“存儲 程序概念 、“表處理、“l(fā) i s p 語言”這五個階段( 相關內容將在本文第三章 詳細論述) ,并強調“形式邏輯”階段從弗雷格( g f r e g e ) 、懷特海( a n w 1 1 i t e h e a d ) 和羅素( b 。r u s s e l l ) 就形式化邏輯提出方案開始,而這個時間就是1 9 世紀末。以2 0 世紀5 0 年代末為第二個時間分界點,是因為紐威爾、西蒙和肖在2 0 世紀5 0 年代末 5 浙江大學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 首次提出物理符號系統(tǒng)假設,西蒙在1 9 8 6 年出版的人類的認知:思維的信息加 工理論一書中曾寫道:“物理符號系統(tǒng)假設提出來已經3 0 年了”5 ,也再一次 肯定了物理符號系統(tǒng)假設的提出時間為2 0 世紀5 0 年代末。 1 1 萌芽時期( 19 世紀末之前) 在古希臘的眾多學說中,我們就可以找到一些與物理符號系統(tǒng)假設有著絲絲 關聯(lián)的思想。畢達哥拉斯學派在思考世界本源的時候,就主張“思維可計算 , 他們曾提出“萬物皆數 的這一觀點,他們認為,萬物歸于數,觀念( 邏各斯) 與數、思維與數的演算是同一的,現(xiàn)在我們在物理符號系統(tǒng)假設中也可以隱約地 看到這一思想的影子。其后,古希臘思想家亞里士多德作為演繹推理理論的創(chuàng)始 人,研究了思維的形式和規(guī)律,第一個把意識的理性部分形式化,他在其主要邏 輯著作工具論中提出了一種非形式化的三段論邏輯系統(tǒng)和一些重要的邏輯規(guī) 律,允許在初始前提的條件下機械地推導出結論。公元前1 世紀伊壁鳩魯學派明 確的談到了邏輯和計算的同一性。這些思想為之后物理符號系統(tǒng)假設的形成打下 最為根本的基礎。 1 2 世紀末至1 3 世紀初年間,西班牙神學家和邏輯學家拉蒙魯爾( r a m o n l ,u 1 1 ) 在一定程度上發(fā)現(xiàn)了概念的組合式,他開始用字母即數字符號來表達概念,用 “+ 、“一 、“ 等來表示概念的運算,試圖得到一種邏輯運算,并在1 2 7 4 年創(chuàng)制了機械裝置觚m a g n a 用來向異教徒證明基督教真理。1 4 世紀,意大利著 名的藝術家、科學家達芬奇( l e o n a r d od av i n c i ) 試圖設計機械計算器,雖然最 后沒有成功,但是極大地推進了計算自動化的思想形成。 1 7 世紀,英國哲學家霍布斯( t h o b b e s ) 提出推理就如同數字計算,他在利 維坦中寫道,“當一個人進行推理時,他所做的不過是在心中將各部相加求得 一個總和,或是在心中將一個數目減去另一個數目求得一個余數。這種過程如果 是用語詞進行的,他便是在心中把各部分的名詞序列連成一個整體的名詞或從整 體及一個部分的名詞求得另一個部分的名詞?!巴评砭褪且环N計算,也就是將 5 美 司馬賀( h 棚a s i m o n ) 人類的認知:思維的信息加工理論荊其誠、張厚粲譯 北京:科學出版社,1 9 8 6 1 4 1 5 6 浙江大學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 公認為標示或表明思想的普通名詞所構成的序列相加減。 6 同時期的,被西方 哲學界稱為“理性主義之父的法國數學家、科學家和哲學家笛卡爾( r d e s c a n e s ) 提出了“思維可計算 設想。1 6 4 2 年,法國物理學家和數學家帕斯卡爾( b p a s c a l ) 制成了世界上第一臺會演算的加法器,在當時獲得了廣泛的實際應用,他認為“數 學機器得出的結果,要比動物所做出的一切更接近于思想。”7 1 7 世紀在這方面 最具成就的是德國數學家和哲學家萊布尼茲( g w l e i b l l i z ) 。1 6 7 0 年,萊布尼茲 在帕斯卡爾加法器的基礎上制造四則運算機。之前他還設想建立一種代替自然語 言的“普遍的符號語言 ,通過字母和符號進行邏輯分析和綜合,按照代數的原 則,把邏輯推理變成數學演算,他確信所有依靠推理的問題通過數字的變換演算, 就會直接促進完美答案的發(fā)現(xiàn),他說:“如果有人懷疑我的答案,我將告訴他: 先生,讓我們演算一下。這樣通過筆墨,我們就會立刻解決這個問題?!? 萊 布尼茲這種“萬能符號”和“推理計算 的思想和實踐是現(xiàn)代計算機模擬人類認 知的最早萌芽。 1 8 2 3 年,英國研究數學、計算技術和力學的科學家巴貝奇( c b a b b a g e ) 開始 制造差分機( d i f | 衙e 1 1 c ee n 百n d ,差分機可以五階差分表示來計算任何函數。隨后 巴貝奇又提出分析機( a i l a l 妒c a le i l g h l e ) 的設計,預期實現(xiàn)按序執(zhí)行、分支選擇、 循環(huán)控制功能,他的兒子在他去世后完成了分析機的主要部件,并進行了某些運 算試驗,這臺機器實際上是一臺非完全自動的博弈機,是近代智能機器的最高成 就。1 8 4 7 年至1 8 5 4 年,英國數學家喬治布爾( g b 0 0 1 e ) 致力于使“思維規(guī)律 具 有形式化和實現(xiàn)機械化的研究,最終他發(fā)明了布爾代數又稱為布爾邏輯,這既為 現(xiàn)代計算機的電路設計預備了數學工具,又為人類邏輯思維的形式化處理奠定了 基礎。 1 2 形成時期( 19 世紀末至2 0 世紀5 0 年代末) 1 8 9 7 年,德國著名的數學家、邏輯學家弗雷格發(fā)表了著作概念文字:一種 6 英 霍布斯( 1 k m 鶴ho _ b b e s ) 利維坦黎思復、黎廷弼譯北京:商務印書館,1 9 8 6 2 7 2 8 7 法 帕斯卡爾( b p a s c a l ) 思想錄何兆武譯北京:商務印書館,1 9 9 7 1 5 6 8 德 萊布尼茲( g w l e i b n i z ) 萊布尼茲自然哲學著作選祖慶年譯北京:中國社會科 學出版社,1 9 8 5 1 3 7 浙江大學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 模仿算術語言構造的純思想的形式語言,創(chuàng)立了概念語言,日常語言表達嚴密 思想的障礙在一定程度上得到了解決。同時,意大利數學家皮亞諾( g p e a n o ) 發(fā) 明了一種表意語言,以解決語言含混而致使的數學發(fā)展緩慢的問題,這種語言符 號簡單清晰,對于剖析算術、幾何的原理,辨別其基本從屬概念、定義、公理和 定理有極大的幫助,也能夠很好陳述日常語言幾乎無法表達的復雜思維過程。之 后,英國哲學家、數學家羅素初步建立了一個自足的、完全的邏輯系統(tǒng)。 1 9 2 7 年,懷特海在符號主義一書中就提出:“人的心智是符號在進行活 動,即經驗的某些成分發(fā)出意識、信念和情感,而這些活動又與經驗中的其他成 分相關聯(lián)。這里,前一種成分的集合就是符號,后一種成分的集合則構成了 符號的意義。這種將符號與它的意義相聯(lián)結的過程就是符號的所指?!?9 他的思想對于日后物理符號系統(tǒng)假設的建立有著很大的影響。1 9 3 6 年,圖靈在 論文論應用于解決問題的可計算數學中給出算法概念嚴格的數學表達,首次 產生了符號處理的概念,并開始轉向了“可改變的編碼程序 。1 9 3 7 年,他在論 文理想計算機中提出了一個獨特的設想,即著名的圖靈機理想計算機模 型,在論文中圖靈對計算理論作了精辟的論述。同年,丘奇( a q 肼c h ) 和圖靈分 別發(fā)展了丘奇一圖靈論題,該論題認為人類所能解決的所有問題都可歸結為一套 算法,機器智能與人類智能基本上是相等的。他們的工作建立了一個嚴格、精確、 適用的邏輯工具,并將它與現(xiàn)實世界的可邏輯化和符號化的思想結合起來。1 9 3 8 年德國工程師朱斯( 撕e ) 研制成了第一臺純機械結構式的累計數字計算機。這些 思想和實踐都為以后的物理符號系統(tǒng)假設的誕生奠定了基礎,從此以后人類存儲 和處理信息的方式開始發(fā)生革命性的改變。 2 0 世紀4 0 年代,隨著二戰(zhàn)的爆發(fā),戰(zhàn)爭對科學技術的需求極大地刺激了計算 機科學的發(fā)展,用計算機來模擬人類智能行為的研究開始興起,大批物理界、數 學界精英都參與到新型智能機器的研究中來。1 9 4 5 年,匈牙利數學家、博弈論的 創(chuàng)立者馮諾依曼( j o l l l l v r o n n e u m a n n ) 在關于離散變量自動電子計算機的草 案一文中提出了存儲程序的概念,并提出了相關的電子計算機模型“馮諾 依曼機 ,這一思想不但成為現(xiàn)代電子計算機的范式,更宣告了電子計算機時代 的開始。與此同時,圖靈也形成了相似的觀點,并親身參與了第一臺能完全執(zhí)行 9 車文博、朱新明、李亦菲架設人與計算機的橋梁:西蒙的認知與管理心理學武漢:湖 北教育出版社,1 9 9 9 6 3 浙江大學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 存儲程序的電子計算機模型機的設計,即“曼徹斯特機”,并于1 9 4 9 年底取得成 功。 1 9 4 8 年,美國數學家香農( c s h a i l n o n ) 發(fā)表通訊的數學理論,創(chuàng)立信息 論,該理論用數理統(tǒng)計方法來研究信息的度量、傳遞和變換規(guī)律,主要是研究通 訊和控制系統(tǒng)中普遍存在著信息傳遞的共同規(guī)律以及研究最佳解決信息的獲限、 度量、變換、儲存和傳遞等問題的基礎理論。同年,美國數學家維納( n w i e i l 神 發(fā)表了關于信息理論的創(chuàng)新性著作控制論一書,并提出控制論( 主要包括信 息論、反饋理論) 。這在歷史上可以認為是實現(xiàn)機器智能在哲學、理論及方法方 面的一次全面探討??刂普摮蔀槿藗冄芯勘容^簡單( 相對而言) 的系統(tǒng)以及系統(tǒng)運 行環(huán)境并不復雜情況下的一面旗幟。維納在反饋理論上的研究最終讓他提出了一 個論斷:所有人類智能的結果都是一種反饋的結果,通過不斷地將結果反饋給集 體而產生動作,進而產生智慧。比如,家里的抽水馬桶就是一個十分好的例子, 水之所以不會常流不斷,正是因為有一個裝置在檢測水位的變化,如果水太多了, 超過了規(guī)定的容量,水管就會自動關閉,這就實現(xiàn)了反饋,它是一種負反饋。維 納認為:“如果連我們廁所里的裝置都可以實現(xiàn)反饋了,那我們應該可以用一種 機器實現(xiàn)反饋,進而實現(xiàn)人類智力的機器形式重現(xiàn)。這種觀點和想法對于認知科 學早期的理論有著重大的影響。 1 0 西蒙曾經這樣評價:“反饋概念對心理學有 相當大的、但相對來說非特定的影響,但香農一韋弗的信息論對心理學的影響則 是清楚明確的?!? 1 1 9 5 0 年,圖靈在其論文計算機器和智能中提出了“機器能夠思維嗎”1 2 的問題,對“機器思維 進行了定義,明確地提出了計算機能夠被程序控制及可 以顯示智能行為的觀點,并對人工智能的研究提出了初步的設想。之后,米勒( g m i l l 砷在魔法般的數學7 ,加上或減去2 :我們信息處理的能力之局限的論文 中,把信息處理概念用于人類的注意和記憶研究,提出關于短時記憶容量有限的 理論。米勒提出,思維過程的信息容量,尤其是短時存儲,最好是按照有意義的 信息單位語義塊來測量,而不是照抽象的位來測量?!边@些成果,使“思維 1 0 武秀波、苗霖、吳麗娟、張輝認知科學概論北京:科學出版社,2 0 0 7 6 1 1 美 赫爾伯特a 西蒙( h e r b e na s i m o n ) 我生活的種種模式西蒙自傳曹南燕,秦 裕林譯上海:東方出版社,1 9 9 8 2 5 2 “a t u r i n g c o r n p u t i l l gm a c l l i n e wa 1 1 di i l t e l l i g c n c e m i n d 19 5 0 ( 5 9 ) 4 3 3 ”熊哲宏認知科學導論武漢:華中師范人學出版社,2 0 0 2 1 6 9 浙江大學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 可計算設想部分地成為現(xiàn)實。 19 5 6 年夏季,麥卡錫( j m c c a m l ”等人在達特茅斯( d a r t r n o u m ) 召集了人工智 能夏季研究會,會上正式使用“人工智能”( 撕t i 丘c i a l 砷d l i g e l l c e ) 一詞,這標志 著人工智能學科的正式誕生。作為認知科學重要組成部分的人工智能學科正式成 立以后,直至2 0 世紀8 0 年代初期,這門學科開始迅速發(fā)展。 1 9 5 6 年,紐威爾和其他的研究人員一起開發(fā)了人工智能的歷史上有重要地位 的“邏輯專家”( m e1 0 西c 吐l e o r i s t ) 程序,它采用書中搜索,尋找與可能答案接近 的樹的分枝進行搜索。i b m 公司研究小組進行電腦程序模擬人類學習過程的相關 研究,并開發(fā)出了具有自學習、自組織、自適應能力的西洋跳棋程序。該程序可 以模擬優(yōu)秀棋手,通過看幾步來棄棋,還能學習棋譜,在分析大約1 7 5 0 0 個不同 棋局后,可以猜測出書上所有的推薦的走步,準確率可以達4 8 。同年,西蒙完 成了編制人工智能程序的表處理技術。之后他還設計與實現(xiàn)了表處理語言i p l ( i i l f o 肌a t i o np r o c e s s 矗培1 柚9 1 1 a g e ) 。在人工智能的歷史上,i p l 是所有表處理語言 的始祖,也是最早使用遞歸子程序的語言。其基本元素是符號,并首次引進表處 理方法。i p l 最基本的數據結構是表結構,可用以代替存儲地址或有規(guī)則的數組, 這有助于將程序員從繁瑣的細節(jié)中釋放出來而在更高的水平上思考問題。i p l 的 另一特點是引進了生成器,每次產生一個值,然后掛起,等待被調用,在調用時 從被掛起的地方開始。早期的很多人工智能程序都是用表處理語言編制而成的。 1 9 5 7 年,紐威爾、西蒙和肖等人所在的心理學小組編制出了一個稱為“邏輯理論 機 l t ( m el o 舀ct h e o r y m a 出n e ) 的數學定理證明程序,當時該程序證明了羅素和 懷特海的數學原理一書第二章中的3 8 個定理( 后來在1 9 6 3 年改進后的l t 程序 證明了第二章中全部的5 2 個定理) 。后來他們又揭示了人在解題時的思維過程大 致可以歸納為三個階段:1 、先想出大致的解題計劃;2 、根據記憶中的公理、定 理和推理規(guī)則組織解題步驟;3 、進行方法和目的分析,以便發(fā)現(xiàn)問題,進而修 正解題計劃。這種思維過程不僅解數學題是如此,解決其他問題時也大致如此。 1 4 2 0 世紀5 0 年代末,紐威爾、西蒙和肖三人首次提出了物理符號系統(tǒng)假設,物理 符號系統(tǒng)假設正式誕生。 1 4 林堯瑞、郭木河人類智慧與人工智能北京:清華大學出版社,2 0 0 1 - 8 0 浙江大學碩士學位論文 物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 1 3 發(fā)展時期( 2 0 世紀5 0 年代末至2 0 世紀8 0 年代初) 物理符號系統(tǒng)假設正式提出之后,紐威爾、西蒙等人就問題表示、搜索技術 和通用啟發(fā)等一系列問題進行了探討,利用符號表示方法和邏輯推理方法,通過 計算機的啟發(fā)式編程方法,按心理學和人類認知的過程建立一些人類求解問題的 過程模型,并把它們運用于計算機程序中來解迷、博弈和檢索信息。1 9 6 0 年,紐 威爾、西蒙和肖三人又共同編寫了著名的“通用問題求解程序 g p s ( g e n e f a l p r o b l e i i ls o i v 哪,該程序可以解決十種類型不同的問題,包括簡單的智力測試、 命題演算定理的證明和機器編程等,它表明用計算機程序的確可以準確地模擬人 類的一類智能行為,這是在認知科學應用領域的一個成功。其后,他們還開展了 其他方面有關的研究工作,以實現(xiàn)模擬人類的認知過程,如人的口語學習和記憶 模型,自然語言理解程序和啟發(fā)式求解方法等。 1 9 7 2 年,紐威爾和西蒙發(fā)表了人類的問題解決一書,提出了認知的物理 符號系統(tǒng)假設,認為認知活動是以物理符號來表征的,認知過程是個體對這些物 理符號進行計算。1 5 紐威爾和西蒙在書中宣稱:“由計算機操作的二進制數串能夠表達包括現(xiàn)實 世界的任何東西,大腦和心靈與計算機一樣,都不外是一種物理符號系統(tǒng),無論 它們在結構和動力機制上有多大不同,在計算機理層次上都是具有產生、操作和 處理抽象符號的能力。 “計算機本身的活動在某些方面類似與認知過程。計算 機接受信息、處理符號,在記憶中存儲一件件事情,再檢索它們、分類輸入、識 別模式等。它們是否像人一樣地做這些事情并不重要,重要的是它們完全做到了。 計算機的出現(xiàn)提供了必要的證據,證明認知過程是實在的。 “計算機不僅是處 理數值符號,而且是處理任何一種符號的設備。因此計算機成為一種指定任意的 處理方法。這種類型的理論可以稱為信息處理理論,它們基本上是非數量的( 可 能完全不包括數目) 。雖然和經典的數學理論比起來,它們不夠精確也不夠嚴密。 1 6 1 9 5 8 年,麥卡錫在“意見采納者的系統(tǒng)中建議采用謂詞演算這種語言來 1 5 唐孝威統(tǒng)一框架下的心理學與認知理論上海:上海人民出版社,2 0 0 7 1 2 9 1 6 美 科恩( r p c o h e l l ) 、費根鮑姆( a e f e i g 饑b a u m ) 人上智能手冊( 第三卷) 周少柏、 黃汛譯北京:科學出版社,1 9 9 1 4 浙江大學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 表示和運用知識。從此,謂詞演算和一些它的變形構成了人工智能知識表示的基 礎。1 9 5 9 年麥卡錫的m i t 小組專為符號表示方法發(fā)明了一種表處理語言l i s p ,成 為了人工智能程序設計的主要語言,直至今日還被廣泛采用。與此同時,其他研 究者還給出了一系列包括象一階謂詞邏輯、產生式系統(tǒng)、語義網絡、框架表示方 法在內的知識表示方法。1 9 7 2 年,美國麻省理工學院的威諾甘德( t w i n o 伊a d ) 研 制出“自然語言理解系統(tǒng) s h e d l ,u ,這是一個在“積木世界 中進行英語對話 的自然語言理解系統(tǒng)。威諾甘德的積木系統(tǒng)把句法、語義、推理、上下文和背景 知識靈活的結合于一體,模擬一個能夠操縱桌上的一些玩具積木的機器人手臂, 用戶通過人機對話方式命令機器人放置那些積木塊,機器人系統(tǒng)能夠接受人的自 然語言指令,進行積木的堆疊操作,并能回答或者提出比較簡單的問題。系統(tǒng)通 過屏幕給出回答并顯示現(xiàn)場的響應情景。該系統(tǒng)的成功為自然語言在計算機上處 理做出了巨大貢獻。同時,法國馬塞大學c 0 1 m 蹦舭r 創(chuàng)建了p r o l o g 語言,美國 人香克( r s d l a l l k ) 提出了概念從屬理論。在符號系統(tǒng)范式下進行的相關研究開始 進入興旺時期。 1 9 6 8 年,被譽為“專家系統(tǒng)和知識工程之父 的美國著名人工智能專家費根 鮑姆( e a f e r g 朗b 舢) 設計了第一個能演示具體領域知識的專家系統(tǒng) d e n d r a l ,它可以根據所提供的化學分子式和質譜分析圖來預測有機物分子的 結構。之后,其他“專家系統(tǒng)”也相繼出現(xiàn),包括醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)、計算機結 構設計專家系統(tǒng)、符號積分與定理證明專家系統(tǒng)、鉆井數據分析專家系統(tǒng)和電話 電纜維護專家系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)的性能可以與同類專家的智能相匹敵,這是物理 符號系統(tǒng)假設當時在應用研究方面的重大進展。從g p s 誕生到專家系統(tǒng)的不斷出 現(xiàn),表明以邏輯為基礎的符號計算( 處理) 方法,無論在智能模擬上,還是在智能 系統(tǒng)的建造上都同樣能取得成功。1 9 7 7 年,費根鮑姆進一步提出了“知識工程” ( k 1 1 0 w l e d g ee n 西n e 耐n 曲的概念,這一思想成功地指導了許多智能系統(tǒng)的研制,并 被廣泛地應用于各個領域。1 7 2 0 世紀8 0 年代初期,物理符號系統(tǒng)假設正式確立,西蒙在1 9 8 0 年宣稱:“在 過去的2 5 年里,就我們對人類思維過程的理解方式而言,任何社會科學的發(fā)展都 比不上這次革命( 即所謂信息處理革命) 那么激進?!? 8 ”王振友、謝青松人工智能學科的發(fā)展山東t 程學院學報,第1 5 卷,第4 期,2 0 0 1 1 8 美 黎黑( t h l e a h e y ) 心理學史:心理學思想的主要趨勢李維譯杭州:浙江教育 1 2 浙江大學碩士學位論文物理符號系統(tǒng)假設的歷史回顧與思考 第2 章p s s h 核心內容和有效證據 1 9 7 6 年,紐威爾和西蒙在計算機協(xié)會通訊( c o m 刪m i c 撕o n so f t h ea c

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