機(jī)制主義方法與AI統(tǒng)一理論課件

知行學(xué)：AI理論的重大創(chuàng)新研究鐘義信智能科學(xué)研究中心北京郵電大學(xué)yxzhong@知行學(xué)：AI理論的重大創(chuàng)新研究鐘義信1目錄一，理論現(xiàn)狀：鼎足三分二，創(chuàng)新奧秘：方法突破三，機(jī)制主義：破竹之勢(shì)四，三分一統(tǒng)：意義深遠(yuǎn)目錄一，理論現(xiàn)狀：鼎足三分二，創(chuàng)新奧秘：方法突破三，2一，理論現(xiàn)狀：鼎足三分一，理論現(xiàn)狀：鼎足三分3傳統(tǒng)研究的一般途徑結(jié)構(gòu)行為功能傳統(tǒng)研究的一般途徑結(jié)構(gòu)行為功能4結(jié)構(gòu)主義的AI理論從結(jié)構(gòu)主義的觀點(diǎn)考察，發(fā)現(xiàn)：智能的寓所在大腦皮層，它由大量非線性神經(jīng)元互聯(lián)而成并行處理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。結(jié)構(gòu)主義的AI理論從結(jié)構(gòu)主義的觀點(diǎn)考察，發(fā)現(xiàn)：智能的寓所5結(jié)構(gòu)主義AI理論的成就與問題成就：簡化的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模式識(shí)別、故障診斷、聯(lián)想記憶、組合優(yōu)化問題求解等許多方面獲得了成功的應(yīng)用。問題：生物神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能都很復(fù)雜，完全的技術(shù)實(shí)現(xiàn)幾乎遙不可及。簡化的神經(jīng)元和簡化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，智能水平也被簡化掉了。結(jié)構(gòu)主義AI理論的成就與問題成就：簡化的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模6功能主義的AI理論從功能主義的觀點(diǎn)考察發(fā)現(xiàn)：智能系統(tǒng)可以理解為某種符號(hào)邏輯運(yùn)算系統(tǒng)，它可以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，編制聰明程序。程序庫求解問題程序調(diào)用成功？修改診斷拷貝存入備用知識(shí)NY功能主義的AI理論從功能主義的觀點(diǎn)考察發(fā)現(xiàn)：智能系統(tǒng)可以7功能主義AI理論的成就與問題成就：典型的成就是建筑在知識(shí)工程基礎(chǔ)上的專家系統(tǒng)，它們?cè)谠S多領(lǐng)域都有成功的應(yīng)用（醫(yī)療、咨詢、培訓(xùn)、預(yù)測等）問題：求解問題編程需要知識(shí)，而知識(shí)主要靠人工獲取，工作量大，而且難以“充分”，使專家系統(tǒng)太專；

符號(hào)邏輯求解問題需要邏輯推理，而現(xiàn)有邏輯能力不夠強(qiáng)大，各種邏輯缺乏溝通。功能主義AI理論的成就與問題成就：典型的成就是建筑在知識(shí)8行為主義的AI理論從行為主義的觀點(diǎn)考察發(fā)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)的最直接的方法是仿造系統(tǒng)的

“模式-動(dòng)作”關(guān)系：識(shí)別輸入模式，產(chǎn)生相關(guān)動(dòng)作；無需知識(shí)表達(dá)與推理。模式識(shí)別動(dòng)作關(guān)聯(lián)輸入模式輸出動(dòng)作成果：行走機(jī)器人（仿造“六腳蟲”）行為主義的AI理論從行為主義的觀點(diǎn)考察發(fā)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)9現(xiàn)有理論的問題問題一，結(jié)構(gòu)主義面臨“結(jié)構(gòu)復(fù)雜性”的困難；功能主義面臨“知識(shí)困難性”的困難；行為主義面臨“智能局限性”的問題。問題二，三者之間不默契，不協(xié)調(diào)，少溝通；常有“孰優(yōu)孰劣”之爭。這種情形表明：現(xiàn)有理論不到位，需要革新。現(xiàn)有理論的問題問題一，結(jié)構(gòu)主義面臨“結(jié)構(gòu)復(fù)雜性”的困難；問題10二，創(chuàng)新奧秘：方法突破二，創(chuàng)新奧秘：方法突破11方法論的分析結(jié)構(gòu)行為功能機(jī)制主義

結(jié)構(gòu)、功能、行為都只是從某一個(gè)側(cè)面觀察智能，難以完全觸及它的本質(zhì)；為了避免復(fù)雜問題環(huán)境下的新“盲人摸象”，必須重視“機(jī)制主義”。機(jī)制則要貫通智能生成的全過程，從而能夠真正揭示智能生成的本質(zhì)。

方法論的分析結(jié)構(gòu)行為功能機(jī)制主義結(jié)構(gòu)、功能、12

典型的“智力生成過程”感覺器官神經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)知效應(yīng)器官外部世界決策神經(jīng)系統(tǒng)思維器官典型的“智力生成過程”感覺器官神經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)知效應(yīng)器13人類智力的信息本質(zhì)信息獲取信息傳遞信息認(rèn)知信息執(zhí)行外部世界信息再生信息傳遞認(rèn)識(shí)論信息知識(shí)智能策略狹義智能本體論信息認(rèn)識(shí)論信息智能策略智能行為人類智力的信息本質(zhì)信息獲取信息傳遞信息認(rèn)知信息執(zhí)行外部世界信14知識(shí)創(chuàng)建知識(shí)激活認(rèn)識(shí)論信息知識(shí)智能策略認(rèn)知決策智能生成的核心機(jī)制：信息知識(shí)智能“轉(zhuǎn)換”知識(shí)創(chuàng)建知識(shí)激活認(rèn)識(shí)論知識(shí)智能認(rèn)知決策智能生成的核心機(jī)制15三，機(jī)制主義：破竹之勢(shì)三，機(jī)制主義：破竹之勢(shì)16相關(guān)理論的起始狀態(tài)知識(shí)論19481943？信息論智能論19561990相關(guān)理論的起始狀態(tài)知識(shí)論19481943？信息論智能論19517已經(jīng)積累的工作基礎(chǔ)知識(shí)理論框架全信息理論智能理論與技術(shù)198620001992“全信息理論”，見《信息科學(xué)原理》，北郵出版社，1988“知識(shí)理論框架”，中國工程科學(xué)，2000，9，p.50-64“信息-知識(shí)-智能轉(zhuǎn)換理論”，中國工程科學(xué)，2004，6，p.1-8“智能理論與技術(shù)”，郵電出版社，1992已經(jīng)積累的工作基礎(chǔ)知識(shí)理論框架全信息理論智能理論與技術(shù)19818“全信息理論”概要本體論信息：事物關(guān)于“自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式”的自述認(rèn)識(shí)論信息：主體關(guān)于事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的表述，包括這些狀態(tài)/方式的形式、含義和價(jià)值。符號(hào)客體主體語法信息符號(hào)序列序列內(nèi)容序列價(jià)值語義信息語用信息“全信息理論”概要本體論信息：事物關(guān)于“自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變19全信息的表示與計(jì)算全信息的描述參量：語法信息：符號(hào)序列（矢量）的語法結(jié)構(gòu)合法度C語義信息：符號(hào)序列（矢量）的內(nèi)容邏輯合理度T語用信息：符號(hào)序列（矢量）的效用價(jià)值滿足度U全信息的測度：單純語法信息測度

I(C,C*;R)

單純語義信息測度

I(T,T*;R)單純語用信息測度

I(U,U*;R)綜合語義信息測度

I(,*;R)綜合語用信息測度

I(,*;R)–全信息Shannon信息論是“全信息理論”的概率型性語法信息。全信息的表示與計(jì)算全信息的描述參量：語法信息：符號(hào)序列（矢量20“知識(shí)論”概要知識(shí)：主體關(guān)于“事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化規(guī)律”的表述，包括它們的形式（形態(tài)知識(shí)）、含義（內(nèi)容知識(shí)）、價(jià)值（效用知識(shí)）。知識(shí)創(chuàng)建：由信息提煉。知識(shí)的定量度量：與全信息的度量在形式上具有相似性。知識(shí)生長階段：經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，規(guī)范知識(shí)，常識(shí)知識(shí)。（知識(shí)工程、數(shù)據(jù)挖掘、知識(shí)發(fā)現(xiàn)是“知識(shí)理論”的某些部分）知識(shí)論包含三部分：基礎(chǔ)；知識(shí)創(chuàng)建；知識(shí)激活。知識(shí)激活：在目的引導(dǎo)下生成智能策略?！爸R(shí)論”概要知識(shí)：主體關(guān)于“事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化規(guī)律”21轉(zhuǎn)換算法（1）：本體論信息認(rèn)識(shí)論信息本體論信息：事物關(guān)于自身“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式”的表述認(rèn)識(shí)論信息：主體關(guān)于“事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式”的表述包括形式（語法信息）、內(nèi)容（語義信息）和價(jià)值（語用信息）的表述傳感賦權(quán)（義-效）知識(shí)庫本體論信息認(rèn)識(shí)論信息轉(zhuǎn)換算法（1）：本體論信息認(rèn)識(shí)論信息本體論信息：事物關(guān)于自22轉(zhuǎn)換算法（2）：認(rèn)識(shí)論信息知識(shí)歸納算法“歸納”算法“演繹”算法語法信息語用信息目標(biāo)形態(tài)性知識(shí)效用性知識(shí)內(nèi)容性知識(shí)知識(shí)：主體關(guān)于“事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化規(guī)律”的表述，包括狀態(tài)/規(guī)律的形式（形態(tài)性知識(shí)）、含義（內(nèi)容性知識(shí)）

和價(jià)值（效用性知識(shí)）的表述轉(zhuǎn)換算法（2）：認(rèn)識(shí)論信息知識(shí)歸納算法“歸納”算法“演繹”23轉(zhuǎn)換算法（3）：知識(shí)智能策略知識(shí)具有三種生長階段：經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，正規(guī)知識(shí)，常識(shí)知識(shí)訓(xùn)練（NN-FS-RS）演繹（ES）聯(lián)想（S-A）經(jīng)驗(yàn)知識(shí)規(guī)范知識(shí)規(guī)范知識(shí)常識(shí)知識(shí)驗(yàn)證普化信息智能策略智能策略智能策略信息信息轉(zhuǎn)換算法（3）：知識(shí)智能策略知識(shí)具有三種生長階段：經(jīng)驗(yàn)知識(shí)24機(jī)制主義方法與人工智能統(tǒng)一理論：知行學(xué)外部刺激經(jīng)驗(yàn)知識(shí)常識(shí)執(zhí)行系統(tǒng)智能行為感知系統(tǒng)NN-FS-RS-DM-KDES-KESensor-Motor驗(yàn)證普化信息智能策略知識(shí)知行機(jī)制主義方法與人工智能統(tǒng)一理論：知行學(xué)外部經(jīng)驗(yàn)知識(shí)常識(shí)執(zhí)行智25四，三分一統(tǒng)：意義深遠(yuǎn)四，三分一統(tǒng)：意義深遠(yuǎn)26結(jié)構(gòu)主義（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、功能主義（專家系統(tǒng)）和行為主義（感知-動(dòng)作）在機(jī)制主義框架下實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一。雖然還有許多問題有待進(jìn)一步深化，但基于機(jī)制主義方法的“知行學(xué)”形成了正向合力，將有力地推動(dòng)智能科學(xué)理論的深入和發(fā)展，因而意義重大。頗有意義的是，人工智能理論的這一進(jìn)展有可能反過來推動(dòng)生物智能理論的深化和發(fā)展。結(jié)構(gòu)主義（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、功能主義（專家系統(tǒng)27部分成果的初步應(yīng)用Internet信息檢索與抽取分類索引與文摘機(jī)器翻譯信息內(nèi)容安全守護(hù)

面向奧運(yùn)的個(gè)性化信息服務(wù)部分成果的初步應(yīng)用Internet信息檢索分類索引機(jī)器翻譯信28應(yīng)用性研究結(jié)果表明，理論有效（遠(yuǎn)未完善）；但是，“堅(jiān)冰已經(jīng)打破，航道已經(jīng)開通”?！澳芰哭D(zhuǎn)換定律”曾經(jīng)是工業(yè)時(shí)代科學(xué)技術(shù)的基石；而“信息-知識(shí)-智能轉(zhuǎn)換理論”則是信息時(shí)代科學(xué)技術(shù)的靈魂。

智能科學(xué)技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)最廣闊的天地，最精彩的篇章最激動(dòng)人心的前沿；現(xiàn)有理論成果只是它最初的序幕。應(yīng)用性研究結(jié)果表明，理論有效（遠(yuǎn)未完善）；但29謝謝！謝謝！30知行學(xué)：AI理論的重大創(chuàng)新研究鐘義信智能科學(xué)研究中心北京郵電大學(xué)yxzhong@知行學(xué)：AI理論的重大創(chuàng)新研究鐘義信31目錄一，理論現(xiàn)狀：鼎足三分二，創(chuàng)新奧秘：方法突破三，機(jī)制主義：破竹之勢(shì)四，三分一統(tǒng)：意義深遠(yuǎn)目錄一，理論現(xiàn)狀：鼎足三分二，創(chuàng)新奧秘：方法突破三，32一，理論現(xiàn)狀：鼎足三分一，理論現(xiàn)狀：鼎足三分33傳統(tǒng)研究的一般途徑結(jié)構(gòu)行為功能傳統(tǒng)研究的一般途徑結(jié)構(gòu)行為功能34結(jié)構(gòu)主義的AI理論從結(jié)構(gòu)主義的觀點(diǎn)考察，發(fā)現(xiàn)：智能的寓所在大腦皮層，它由大量非線性神經(jīng)元互聯(lián)而成并行處理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。結(jié)構(gòu)主義的AI理論從結(jié)構(gòu)主義的觀點(diǎn)考察，發(fā)現(xiàn)：智能的寓所35結(jié)構(gòu)主義AI理論的成就與問題成就：簡化的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模式識(shí)別、故障診斷、聯(lián)想記憶、組合優(yōu)化問題求解等許多方面獲得了成功的應(yīng)用。問題：生物神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能都很復(fù)雜，完全的技術(shù)實(shí)現(xiàn)幾乎遙不可及。簡化的神經(jīng)元和簡化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，智能水平也被簡化掉了。結(jié)構(gòu)主義AI理論的成就與問題成就：簡化的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模36功能主義的AI理論從功能主義的觀點(diǎn)考察發(fā)現(xiàn)：智能系統(tǒng)可以理解為某種符號(hào)邏輯運(yùn)算系統(tǒng)，它可以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，編制聰明程序。程序庫求解問題程序調(diào)用成功？修改診斷拷貝存入備用知識(shí)NY功能主義的AI理論從功能主義的觀點(diǎn)考察發(fā)現(xiàn)：智能系統(tǒng)可以37功能主義AI理論的成就與問題成就：典型的成就是建筑在知識(shí)工程基礎(chǔ)上的專家系統(tǒng)，它們?cè)谠S多領(lǐng)域都有成功的應(yīng)用（醫(yī)療、咨詢、培訓(xùn)、預(yù)測等）問題：求解問題編程需要知識(shí)，而知識(shí)主要靠人工獲取，工作量大，而且難以“充分”，使專家系統(tǒng)太專；

符號(hào)邏輯求解問題需要邏輯推理，而現(xiàn)有邏輯能力不夠強(qiáng)大，各種邏輯缺乏溝通。功能主義AI理論的成就與問題成就：典型的成就是建筑在知識(shí)38行為主義的AI理論從行為主義的觀點(diǎn)考察發(fā)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)的最直接的方法是仿造系統(tǒng)的

“模式-動(dòng)作”關(guān)系：識(shí)別輸入模式，產(chǎn)生相關(guān)動(dòng)作；無需知識(shí)表達(dá)與推理。模式識(shí)別動(dòng)作關(guān)聯(lián)輸入模式輸出動(dòng)作成果：行走機(jī)器人（仿造“六腳蟲”）行為主義的AI理論從行為主義的觀點(diǎn)考察發(fā)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)39現(xiàn)有理論的問題問題一，結(jié)構(gòu)主義面臨“結(jié)構(gòu)復(fù)雜性”的困難；功能主義面臨“知識(shí)困難性”的困難；行為主義面臨“智能局限性”的問題。問題二，三者之間不默契，不協(xié)調(diào)，少溝通；常有“孰優(yōu)孰劣”之爭。這種情形表明：現(xiàn)有理論不到位，需要革新。現(xiàn)有理論的問題問題一，結(jié)構(gòu)主義面臨“結(jié)構(gòu)復(fù)雜性”的困難；問題40二，創(chuàng)新奧秘：方法突破二，創(chuàng)新奧秘：方法突破41方法論的分析結(jié)構(gòu)行為功能機(jī)制主義

結(jié)構(gòu)、功能、行為都只是從某一個(gè)側(cè)面觀察智能，難以完全觸及它的本質(zhì)；為了避免復(fù)雜問題環(huán)境下的新“盲人摸象”，必須重視“機(jī)制主義”。機(jī)制則要貫通智能生成的全過程，從而能夠真正揭示智能生成的本質(zhì)。

方法論的分析結(jié)構(gòu)行為功能機(jī)制主義結(jié)構(gòu)、功能、42

典型的“智力生成過程”感覺器官神經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)知效應(yīng)器官外部世界決策神經(jīng)系統(tǒng)思維器官典型的“智力生成過程”感覺器官神經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)知效應(yīng)器43人類智力的信息本質(zhì)信息獲取信息傳遞信息認(rèn)知信息執(zhí)行外部世界信息再生信息傳遞認(rèn)識(shí)論信息知識(shí)智能策略狹義智能本體論信息認(rèn)識(shí)論信息智能策略智能行為人類智力的信息本質(zhì)信息獲取信息傳遞信息認(rèn)知信息執(zhí)行外部世界信44知識(shí)創(chuàng)建知識(shí)激活認(rèn)識(shí)論信息知識(shí)智能策略認(rèn)知決策智能生成的核心機(jī)制：信息知識(shí)智能“轉(zhuǎn)換”知識(shí)創(chuàng)建知識(shí)激活認(rèn)識(shí)論知識(shí)智能認(rèn)知決策智能生成的核心機(jī)制45三，機(jī)制主義：破竹之勢(shì)三，機(jī)制主義：破竹之勢(shì)46相關(guān)理論的起始狀態(tài)知識(shí)論19481943？信息論智能論19561990相關(guān)理論的起始狀態(tài)知識(shí)論19481943？信息論智能論19547已經(jīng)積累的工作基礎(chǔ)知識(shí)理論框架全信息理論智能理論與技術(shù)198620001992“全信息理論”，見《信息科學(xué)原理》，北郵出版社，1988“知識(shí)理論框架”，中國工程科學(xué)，2000，9，p.50-64“信息-知識(shí)-智能轉(zhuǎn)換理論”，中國工程科學(xué)，2004，6，p.1-8“智能理論與技術(shù)”，郵電出版社，1992已經(jīng)積累的工作基礎(chǔ)知識(shí)理論框架全信息理論智能理論與技術(shù)19848“全信息理論”概要本體論信息：事物關(guān)于“自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式”的自述認(rèn)識(shí)論信息：主體關(guān)于事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的表述，包括這些狀態(tài)/方式的形式、含義和價(jià)值。符號(hào)客體主體語法信息符號(hào)序列序列內(nèi)容序列價(jià)值語義信息語用信息“全信息理論”概要本體論信息：事物關(guān)于“自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變49全信息的表示與計(jì)算全信息的描述參量：語法信息：符號(hào)序列（矢量）的語法結(jié)構(gòu)合法度C語義信息：符號(hào)序列（矢量）的內(nèi)容邏輯合理度T語用信息：符號(hào)序列（矢量）的效用價(jià)值滿足度U全信息的測度：單純語法信息測度

I(C,C*;R)

單純語義信息測度

I(T,T*;R)單純語用信息測度

I(U,U*;R)綜合語義信息測度

I(,*;R)綜合語用信息測度

I(,*;R)–全信息Shannon信息論是“全信息理論”的概率型性語法信息。全信息的表示與計(jì)算全信息的描述參量：語法信息：符號(hào)序列（矢量50“知識(shí)論”概要知識(shí)：主體關(guān)于“事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化規(guī)律”的表述，包括它們的形式（形態(tài)知識(shí)）、含義（內(nèi)容知識(shí)）、價(jià)值（效用知識(shí)）。知識(shí)創(chuàng)建：由信息提煉。知識(shí)的定量度量：與全信息的度量在形式上具有相似性。知識(shí)生長階段：經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，規(guī)范知識(shí)，常識(shí)知識(shí)。（知識(shí)工程、數(shù)據(jù)挖掘、知識(shí)發(fā)現(xiàn)是“知識(shí)理論”的某些部分）知識(shí)論包含三部分：基礎(chǔ)；知識(shí)創(chuàng)建；知識(shí)激活。知識(shí)激活：在目的引導(dǎo)下生成智能策略?！爸R(shí)論”概要知識(shí)：主體關(guān)于“事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化規(guī)律”51轉(zhuǎn)換算法（1）：本體論信息認(rèn)識(shí)論信息本體論信息：事物關(guān)于自身“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式”的表述認(rèn)識(shí)論信息：主體關(guān)于“事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式”的表述包括形式（語法信息）、內(nèi)容（語義信息）和價(jià)值（語用信息）的表述傳感賦權(quán)（義-效）知識(shí)庫本體論信息認(rèn)識(shí)論信息轉(zhuǎn)換算法（1）：本體論信息認(rèn)識(shí)論信息本體論信息：事物關(guān)于自52轉(zhuǎn)換算法（2）：認(rèn)識(shí)論信息知識(shí)歸納算法“歸納”算法“演繹”算法語法信息語用信息目標(biāo)形態(tài)性知識(shí)效用性知識(shí)內(nèi)容性知識(shí)知識(shí)：主體關(guān)于“事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化規(guī)律”的表述，包括狀態(tài)/規(guī)律的形式（形態(tài)性知識(shí)）、含義（內(nèi)容性知識(shí)）

和價(jià)值（效用性知識(shí)）的表述轉(zhuǎn)換算法（2）：認(rèn)識(shí)論信息知識(shí)歸納算法“歸納”算法“演繹”53轉(zhuǎn)換算法（3）：知識(shí)智能策略知識(shí)具有三種生長階段：經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，正規(guī)知識(shí)，常識(shí)知