智能科學導論第1章(上課)

智能科學技術(shù)導論教材：

鐘義信等編著，《智能科學技術(shù)導論》，北京郵電大學出版社，2006年參考書：腦科學、認知科學、人工智能、機器人、計算機技術(shù)、控制科學等。11.1科學與技術(shù)科學(science)：關(guān)于世界本質(zhì)及其運動規(guī)律的知識體系。是指對各種事實和現(xiàn)象進行觀察、分類、歸納、演繹、分析、推理、計算和實驗，從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并對各種定量規(guī)律予以驗證和公式化的知識體系。第1章緒論2技術(shù)(Technology)：關(guān)于認識和改造自然的工藝方法體系。是指人類根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和自然科學原理改變或控制其環(huán)境的手段和活動，是人類活動的一個專門領(lǐng)域。工程(Engineering)：是指應用科學知識使自然資源最好地為人類服務的專門技術(shù)。3科學技術(shù)是怎樣發(fā)展的？了解了這些規(guī)律，就能理解科學技術(shù)為什么會發(fā)生、發(fā)生之后又會怎樣發(fā)展、科學技術(shù)發(fā)展起來又會與人類形成什么樣的關(guān)系。了解了這些規(guī)律，也就能夠懂得為什么會出現(xiàn)信息科學技術(shù)，以及信息科學技術(shù)又會向什么方向發(fā)展。整個科學技術(shù)有它發(fā)生、發(fā)展的過程和規(guī)律。

41.2科學技術(shù)發(fā)生發(fā)展規(guī)律

鐘義信提出了科學技術(shù)發(fā)生和發(fā)展的“輔人律”、“擬人律”和“共生律”這個三位一體的基本規(guī)律。

51、輔人律“輔人律”說的是科學技術(shù)的作用。人類在自然界謀求生存的長期進化過程中，總會感到自己的能力不夠，需要借助“外界的力量”來擴展自己的能力。這個“外界力量”就是工具。而制造工具的原理就是科學，制造工具的具體方法就是技術(shù)。6擴展認識和該造世界能力改進生存和發(fā)展能力人類文明進化科學發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生新的科學技術(shù)擴展認識和該造世界能力改進生存和發(fā)展能力人類文明進化產(chǎn)生新的科學技術(shù)擴展認識和改造世界能力改進生存和發(fā)展能力人類文明進化技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生新的科學技術(shù)科學技術(shù)輔人律的基本模型科學主要是擴展人們認識世界的能力，技術(shù)主要是擴展人們改造世界的能力。7可見，科學技術(shù)之所以會發(fā)生，就是因為人類需要擴展自己的能力。如果人類沒有“借助外力擴展自身能力”這個需求，科學技術(shù)是不會發(fā)生的，或者說，科學技術(shù)是沒有理由發(fā)生的。89

古代近代現(xiàn)代

支持的社會生產(chǎn)力物質(zhì)人力工具動力工具智能工具農(nóng)業(yè)時代生產(chǎn)力工業(yè)時代生產(chǎn)力信息時代生產(chǎn)力科技輔人的歷史軌跡創(chuàng)制的工具所用的資源物質(zhì)＋能量物質(zhì)＋能量＋信息加工的產(chǎn)物材料材料＋動力材料＋動力＋知識時代擴展的能力體質(zhì)體力智力9“輔人律”解釋了科學技術(shù)發(fā)生的原理，也說明了科學技術(shù)是根據(jù)人類的需求而發(fā)生的。在這個意義上說，人類的需求是主動的，科學技術(shù)的發(fā)生是被動的，是“應運而生”的。因此，科學技術(shù)沒有自己主動的要求和愿望，當然也就談不上“科學技術(shù)要超越人和統(tǒng)治人”。10所以，人們不必擔心也沒有理由相信“智能機器有朝一日會統(tǒng)治人類，淘汰人類”。只要懂得了“科學技術(shù)是輔助人類擴展自身能力”這個原理，“機器統(tǒng)治人”的神話就不攻自破了。

112、擬人律如果考察科學技術(shù)是怎么發(fā)展的這個問題，就會說到擬人律。既然科學技術(shù)的“輔人律”告訴我們：科學技術(shù)的作用是輔助人類擴展能力的，那么，科學技術(shù)的發(fā)展當然就要按照人類能力增強的方向發(fā)展，這便是“擬人律”。

12什么是“人類能力增強的方向”？

人類的能力有三類，體質(zhì)的能力、體力的能力、智力的能力，三者構(gòu)成一個逐層遞進的有機整體。體質(zhì)能力：人體本質(zhì)結(jié)構(gòu)的合理性和健壯性，是體力和智力的基礎；體力能力：人體力量的充沛性和持久性，以體質(zhì)為基礎；智力能力：人的思維和智能的聰慧性和敏捷性，以體質(zhì)和體力為基礎。13所謂“逐層遞進”是指：首先要有很好的體質(zhì)能力，這是最基礎的成分；在此基礎上就要有很強的體力能力；再進一步就要有很聰慧的智力能力。

體質(zhì)體力智力14對應3種能力擴展所需的3種資源、3種科學技術(shù)和3類工具古代近代現(xiàn)代材料科學技術(shù)能量科學技術(shù)信息科學技術(shù)人力工具動力工具智能工具農(nóng)業(yè)文明

工業(yè)文明

信息文明

增強體質(zhì)

擴展體力

擴展智力物質(zhì)資源能量資源信息資源古代表征資源表征科技表征工具表征功能表征文明時代近代現(xiàn)代表征資源15體質(zhì)能力的擴展

生物進化：人類自身生理器官功能分化和強化。這一時期人類能力發(fā)展的主要內(nèi)容是體質(zhì)能力的增強。主要通過利用外界物質(zhì)材料制造和使用工具來擴展人類自身的體質(zhì)能力。16體力能力的擴展

蒸汽機、電和內(nèi)燃機是劃時代的新的生產(chǎn)工具。人類生產(chǎn)方式從手工生產(chǎn)變成機器生產(chǎn)。從農(nóng)業(yè)社會向工業(yè)社會的成功跨越。人類開始進入工業(yè)文明發(fā)展階段。自然科學研究空前活躍：17英國物理學家焦耳發(fā)現(xiàn)了電流通過導體時產(chǎn)生熱量的規(guī)律，并測定了熱功當量；俄國化學家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了化學元素周期律；德國生理學家施萬發(fā)現(xiàn)糖和淀粉都是生命過程的結(jié)果，為食品工業(yè)奠定了理論基礎；英國博物學家達爾文出版了《物種起源》，提出了以自然選擇為基礎的進化學說；……18科學研究的新成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，使社會生產(chǎn)得到了前所未有的增長。電動機、電燈、電話、電報、電焊、電鉆…火車、輪船、汽車…尿素、尼龍、橡膠、農(nóng)藥、除草劑…各種藥品…動力工具不再需要人力驅(qū)動但還需要人來駕馭具有了比人力工具高得多的勞動生產(chǎn)率19與上一時期相比，人類不僅增強了利用物質(zhì)材料制造工具的能力，而且學會了利用各種新的能量動力資源來幫助和替代人力勞動，從而使得人類獲得了更好的認識世界和改造世界的能力。20智力能力的擴展20世紀40年代至今，計算機、原子能和空間科技飛速發(fā)展，并在電子、能源、材料三大基本技術(shù)領(lǐng)域展開，人類開始邁入信息社會。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的開發(fā)與廣泛應用，以信息技術(shù)為核心的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展起來。21信息革命，使人類消費模式從物質(zhì)消費型轉(zhuǎn)向信息消費型，是從工業(yè)社會向信息社會的轉(zhuǎn)變，人類進入了信息文明發(fā)展階段。22更先進的工具

機器人1959年德沃爾與美國發(fā)明家約瑟夫·英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。專家系統(tǒng)1965年，費根鮑姆等人研制了世界上第一個專家系統(tǒng)，可以推斷化學分子結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡個人計算機數(shù)字通信網(wǎng)絡“地球村”23科技的發(fā)展造就了人類前所未有的征服和改造自然的巨大生產(chǎn)力?，F(xiàn)代人類的能力得到了快速的發(fā)展。在體質(zhì)和體力能力得到進一步完善的同時，智力能力終于登上了歷史舞臺，開始成為人類能力發(fā)展的主要內(nèi)容。人類開始學會利用一種嶄新的資源——信息。24社會生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變規(guī)律農(nóng)業(yè)時代工業(yè)時代信息時代馬克思：隨著大工業(yè)的充分發(fā)展，勞動者不再是生產(chǎn)流程中的一個環(huán)節(jié)；而是站在生產(chǎn)流程的旁邊，對生產(chǎn)流程進行監(jiān)督與管理。人力工具傳感工具動力工具信息獲取信息傳遞信息處理知識生成策略制定策略傳遞策略執(zhí)行25考察歷史可以發(fā)現(xiàn)，整個科學技術(shù)發(fā)展的過程就是從擴展人類體質(zhì)能力（材料科學技術(shù)，大體從古代的農(nóng)業(yè)時代開始），走向擴展人類的體力能力（能量科學技術(shù)，大體從近代的工業(yè)時代開始）再走向擴展人類的智力能力（信息科學技術(shù)，大體從現(xiàn)代的信息時代開始）。

26科技進步的“序”：時代劃分的“尺”古代近代現(xiàn)代材料科學技術(shù)能量科學技術(shù)信息科學技術(shù)人力工具動力工具智能工具農(nóng)業(yè)文明

工業(yè)文明

信息文明

增強體質(zhì)

擴展體力

擴展智力物質(zhì)資源時代資源科技工具功能文明能量資源信息資源物質(zhì)-能量-信息：由相對直觀到相對抽象27可見，從增強人類的體質(zhì)能力到增強人類的體力能力再到增強人類的智力能力，這既是人類自身能力進化發(fā)展的過程，也是科學技術(shù)“輔助人類擴展能力”的發(fā)展過程，即科學技術(shù)“擬人”發(fā)展的過程。一句話，整個科學技術(shù)發(fā)展的歷史，就是一部科學技術(shù)擬人發(fā)展的歷史。

28人類文明進化科學發(fā)展產(chǎn)生新的科學技術(shù)人類文明進化產(chǎn)生新的科學技術(shù)更高的能力要求實際的能力水平人類文明進化技術(shù)進步更高的生存和發(fā)展目標差距科學技術(shù)擬人律的基本模型因素鏈：外部資源—科學技術(shù)—先進工具—能力擴展29通過“輔人律”和“擬人律”的分析就可以清楚地看出：為什么人類社會發(fā)展到現(xiàn)代（而不可能在近代，更不可能在古代）才大規(guī)模地出現(xiàn)信息科學技術(shù)，才進入信息時代。

30如果再進一步分析，按照“輔人律”和“擬人律”的規(guī)律，信息科學技術(shù)本身的發(fā)展又要沿著“從信息技術(shù)到知識技術(shù)再到智能技術(shù)”的發(fā)展方向前進。這是人類目前正在經(jīng)歷著的發(fā)展歷程，也就是信息化、知識化、智能化的歷程。

31信息科學技術(shù)：最先進的社會生產(chǎn)工具信息傳遞傳導神經(jīng)信息處理初級皮層策略傳遞傳導神經(jīng)策略執(zhí)行效應器官信息獲取感覺器官信息源外部世界知識生成聯(lián)合皮層策略制定聯(lián)合皮層認識世界改造世界323、共生律“共生律”說的是科學技術(shù)與人類之間的關(guān)系。既然科學技術(shù)是輔人的，而科學技術(shù)又是擬人的，因此，合乎邏輯的結(jié)論就必然是“人為主體、機器輔助”的人機合作共生的關(guān)系。這樣“人機共生”的結(jié)果，就是人類的能力大大增強：不但體質(zhì)能力和體力能力得到極大的增強，而且智力能力也得到越來越有效的增強。

33共生律：人類的全部能力=自身的能力+科學技術(shù)產(chǎn)物的能力工具的進化過程：是人類能力的繼承、積累、深化、拓廣、創(chuàng)造的過程。工具的換代：是在繼承基礎上的創(chuàng)新，而不是簡單的淘汰。這些所反映的就是共生律。34結(jié)論總之，科學技術(shù)發(fā)展的輔人律、擬人律、共生律三者一起，作為一個有機的整體，告訴了我們，整個科學技術(shù)是怎樣發(fā)生、怎樣發(fā)展、怎樣通過共生來擴展人類認識世界和改造世界的能力。351.4科學技術(shù)的作用勞動者勞動對象工具科學技術(shù)創(chuàng)造、制作先進工具，擴展人類能力，構(gòu)成社會生產(chǎn)力。資源擴展能力的需求對對象性質(zhì)的了解科學技術(shù)的輔人機理：生產(chǎn)力構(gòu)型36

已有的功能水平差距實踐過程科學技術(shù)

更高的功能水平

追求更高的生存目標37381、概念的界定（鐘義信提出）1.5什么是“智能科學與技術(shù)”（IST）傳感：信息獲取通信：信息傳遞計算機：信息處理控制：信息執(zhí)行自動化智能化38概括地講：智能科學技術(shù)是研究智能現(xiàn)象及其運動規(guī)律的科學技術(shù)。嚴格地講：智能科學技術(shù)是研究智能的本質(zhì)和研究擴展人類智力功能的原理和方法的科學技術(shù)。主要研究對象：智能的機理和功能，智能模擬的方法和技術(shù)。3940智能的主要表現(xiàn)主體特色核心課程復雜問題的求解能力AI人工智能、自然智能綜合勞動的作業(yè)能力Robots智能機器人、人工生命未知環(huán)境的適應能力Environment機器感知、智能規(guī)劃感知網(wǎng)絡的交互能力Internet網(wǎng)上智能、人機互動人機環(huán)境的和諧能力Human智能論、智能化社會2、“智能科學”學什么？403、智能科學的學科位置自然科學社會科學哲學數(shù)學交叉學科信息科學腦科學系統(tǒng)科學智能科學基礎學科指導學科交叉和邊緣學科總體：是自然科學與社會科學的交叉學科具體：腦科學、思維科學、邏輯學、系統(tǒng)科學、信息科學、計算機科學、控制科學等?！?14、智能科學技術(shù)的學科特點多學科交叉，多技術(shù)綜合，跨應用領(lǐng)域支撐相互推動基礎與交叉學科技術(shù)與工具智能科學的理論、方法和技術(shù)眾多應用領(lǐng)域支持42

智能科學基礎：腦科學、認知科學、計算機科學、控制科學、邏輯學、信息科學、系統(tǒng)科學、數(shù)學、物理學…

智能技術(shù)基礎：計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、自動化技術(shù)、電子技術(shù)、多媒體技術(shù)、圖像技術(shù)…智能科學技術(shù)：自然智能：人腦的本質(zhì)和機理；認知的基本原理；心理的基本過程人工智能：機器感知（機器視覺、聽覺；智能傳感；自然語言理解；模式識別）

機器思維（推理；搜索；規(guī)劃；決策）

機器學習（符號學習；連接學習；知識發(fā)現(xiàn)；數(shù)據(jù)挖掘）

機器行為（智能控制；智能制造；智能檢索；智能機器人）計算智能：神經(jīng)計算；模糊計算；進化計算；自然計算；人工生命；人工情感分布智能：多Agent；群體智能；智能網(wǎng)絡集成智能：腦-機接口（Brain-ComputerInterface,BCI）理論支撐技術(shù)支撐智能技術(shù)應用：智能機器人；專家系統(tǒng)；智能決策支持系統(tǒng)；智能檢索系統(tǒng)；智能教學系統(tǒng)；智能搜索引擎；智能游戲；智能CAD；機器博弈；自動定理證明；智能家電；智能產(chǎn)品；智能交通；智能電力；智能作戰(zhàn)；智能農(nóng)業(yè)；智件；智能產(chǎn)業(yè)…

技術(shù)應用…技術(shù)應用43

1．基因修飾技術(shù)2．未來家庭機器人3．新型電池4．人工智能技術(shù)5．超高速交通工具

6．干細胞技術(shù)7．光電信息技術(shù)8．可服用診療芯片9．感冒疫苗10．無線能量傳輸技術(shù)

2008年11月16日，在中國科協(xié)成立50周年的新聞發(fā)布會上，“五個10”系列評選結(jié)果揭曉，經(jīng)2000多萬公眾網(wǎng)上投票，評出的10項引領(lǐng)未來的科學技術(shù)如下：

中國科協(xié)網(wǎng)站：/50th/toupiao/05.html中國網(wǎng)：/tech/kx/second5.htm新浪網(wǎng)：/d/cast50/