機制主義方法與AI統(tǒng)一理論課件

知行學：AI理論的重大創(chuàng)新研究鐘義信智能科學研究中心北京郵電大學yxzhong@知行學：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，機制主義：破竹之勢四，三分一統(tǒng)：意義深遠目錄一，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)研究的一般途徑結構行為功能傳統(tǒng)研究的一般途徑結構行為功能4結構主義的AI理論從結構主義的觀點考察，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。結構主義的AI理論從結構主義的觀點考察，發(fā)現(xiàn)：智能的寓所5結構主義AI理論的成就與問題成就：簡化的人工神經(jīng)網(wǎng)絡在模式識別、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用。問題：生物神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡的結構和功能都很復雜，完全的技術實現(xiàn)幾乎遙不可及。簡化的神經(jīng)元和簡化的神經(jīng)網(wǎng)絡，智能水平也被簡化掉了。結構主義AI理論的成就與問題成就：簡化的人工神經(jīng)網(wǎng)絡在模6功能主義的AI理論從功能主義的觀點考察發(fā)現(xiàn)：智能系統(tǒng)可以理解為某種符號邏輯運算系統(tǒng)，它可以計算機為平臺，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NY功能主義的AI理論從功能主義的觀點考察發(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工程基礎上的專家系統(tǒng)，它們在許多領域都有成功的應用（醫(yī)療、咨詢、培訓、預測等）問題：求解問題編程需要知識，而知識主要靠人工獲取，工作量大，而且難以“充分”，使專家系統(tǒng)太專；

符號邏輯求解問題需要邏輯推理，而現(xiàn)有邏輯能力不夠強大，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8行為主義的AI理論從行為主義的觀點考察發(fā)現(xiàn)：實現(xiàn)智能系統(tǒng)的最直接的方法是仿造系統(tǒng)的

“模式-動作”關系：識別輸入模式，產(chǎn)生相關動作；無需知識表達與推理。模式識別動作關聯(lián)輸入模式輸出動作成果：行走機器人（仿造“六腳蟲”）行為主義的AI理論從行為主義的觀點考察發(fā)現(xiàn)：實現(xiàn)智能系統(tǒng)9現(xiàn)有理論的問題問題一，結構主義面臨“結構復雜性”的困難；功能主義面臨“知識困難性”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，結構主義面臨“結構復雜性”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方法論的分析結構行為功能機制主義

結構、功能、行為都只是從某一個側面觀察智能，難以完全觸及它的本質(zhì)；為了避免復雜問題環(huán)境下的新“盲人摸象”，必須重視“機制主義”。機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)。

方法論的分析結構行為功能機制主義結構、功能、12

典型的“智力生成過程”感覺器官神經(jīng)系統(tǒng)認知效應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)認知效應器13人類智力的信息本質(zhì)信息獲取信息傳遞信息認知信息執(zhí)行外部世界信息再生信息傳遞認識論信息知識智能策略狹義智能本體論信息認識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知信息執(zhí)行外部世界信14知識創(chuàng)建知識激活認識論信息知識智能策略認知決策智能生成的核心機制：信息知識智能“轉換”知識創(chuàng)建知識激活認識論知識智能認知決策智能生成的核心機制15三，機制主義：破竹之勢三，機制主義：破竹之勢16相關理論的起始狀態(tài)知識論19481943？信息論智能論19561990相關理論的起始狀態(tài)知識論19481943？信息論智能論19517已經(jīng)積累的工作基礎知識理論框架全信息理論智能理論與技術198620001992“全信息理論”，見《信息科學原理》，北郵出版社，1988“知識理論框架”，中國工程科學，2000，9，p.50-64“信息-知識-智能轉換理論”，中國工程科學，2004，6，p.1-8“智能理論與技術”，郵電出版社，1992已經(jīng)積累的工作基礎知識理論框架全信息理論智能理論與技術19818“全信息理論”概要本體論信息：事物關于“自身運動狀態(tài)及其變化方式”的自述認識論信息：主體關于事物運動狀態(tài)及其變化方式的表述，包括這些狀態(tài)/方式的形式、含義和價值。符號客體主體語法信息符號序列序列內(nèi)容序列價值語義信息語用信息“全信息理論”概要本體論信息：事物關于“自身運動狀態(tài)及其變19全信息的表示與計算全信息的描述參量：語法信息：符號序列（矢量）的語法結構合法度C語義信息：符號序列（矢量）的內(nèi)容邏輯合理度T語用信息：符號序列（矢量）的效用價值滿足度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。全信息的表示與計算全信息的描述參量：語法信息：符號序列（矢量20“知識論”概要知識：主體關于“事物運動狀態(tài)及其變化規(guī)律”的表述，包括它們的形式（形態(tài)知識）、含義（內(nèi)容知識）、價值（效用知識）。知識創(chuàng)建：由信息提煉。知識的定量度量：與全信息的度量在形式上具有相似性。知識生長階段：經(jīng)驗知識，規(guī)范知識，常識知識。（知識工程、數(shù)據(jù)挖掘、知識發(fā)現(xiàn)是“知識理論”的某些部分）知識論包含三部分：基礎；知識創(chuàng)建；知識激活。知識激活：在目的引導下生成智能策略?！爸R論”概要知識：主體關于“事物運動狀態(tài)及其變化規(guī)律”21轉換算法（1）：本體論信息認識論信息本體論信息：事物關于自身“運動狀態(tài)及其變化方式”的表述認識論信息：主體關于“事物運動狀態(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）和價值（語用信息）的表述傳感賦權（義-效）知識庫本體論信息認識論信息轉換算法（1）：本體論信息認識論信息本體論信息：事物關于自22轉換算法（2）：認識論信息知識歸納算法“歸納”算法“演繹”算法語法信息語用信息目標形態(tài)性知識效用性知識內(nèi)容性知識知識：主體關于“事物運動狀態(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）、含義（內(nèi)容性知識）

和價值（效用性知識）的表述轉換算法（2）：認識論信息知識歸納算法“歸納”算法“演繹”23轉換算法（3）：知識智能策略知識具有三種生長階段：經(jīng)驗知識，正規(guī)知識，常識知識訓練（NN-FS-RS）演繹（ES）聯(lián)想（S-A）經(jīng)驗知識規(guī)范知識規(guī)范知識常識知識驗證普化信息智能策略智能策略智能策略信息信息轉換算法（3）：知識智能策略知識具有三種生長階段：經(jīng)驗知識24機制主義方法與人工智能統(tǒng)一理論：知行學外部刺激經(jīng)驗知識常識執(zhí)行系統(tǒng)智能行為感知系統(tǒng)NN-FS-RS-DM-KDES-KESensor-Motor驗證普化信息智能策略知識知行機制主義方法與人工智能統(tǒng)一理論：知行學外部經(jīng)驗知識常識執(zhí)行智25四，三分一統(tǒng)：意義深遠四，三分一統(tǒng)：意義深遠26結構主義（人工神經(jīng)網(wǎng)絡）、功能主義（專家系統(tǒng)）和行為主義（感知-動作）在機制主義框架下實現(xiàn)了統(tǒng)一。雖然還有許多問題有待進一步深化，但基于機制主義方法的“知行學”形成了正向合力，將有力地推動智能科學理論的深入和發(fā)展，因而意義重大。頗有意義的是，人工智能理論的這一進展有可能反過來推動生物智能理論的深化和發(fā)展。結構主義（人工神經(jīng)網(wǎng)絡）、功能主義（專家系統(tǒng)27部分成果的初步應用Internet信息檢索與抽取分類索引與文摘機器翻譯信息內(nèi)容安全守護

面向奧運的個性化信息服務部分成果的初步應用Internet信息檢索分類索引機器翻譯信28應用性研究結果表明，理論有效（遠未完善）；但是，“堅冰已經(jīng)打破，航道已經(jīng)開通”?！澳芰哭D換定律”曾經(jīng)是工業(yè)時代科學技術的基石；而“信息-知識-智能轉換理論”則是信息時代科學技術的靈魂。

智能科學技術是現(xiàn)代科學最廣闊的天地，最精彩的篇章最激動人心的前沿；現(xiàn)有理論成果只是它最初的序幕。應用性研究結果表明，理論有效（遠未完善）；但29謝謝！謝謝！30知行學：AI理論的重大創(chuàng)新研究鐘義信智能科學研究中心北京郵電大學yxzhong@知行學：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，機制主義：破竹之勢四，三分一統(tǒng)：意義深遠目錄一，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)研究的一般途徑結構行為功能傳統(tǒng)研究的一般途徑結構行為功能34結構主義的AI理論從結構主義的觀點考察，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。結構主義的AI理論從結構主義的觀點考察，發(fā)現(xiàn)：智能的寓所35結構主義AI理論的成就與問題成就：簡化的人工神經(jīng)網(wǎng)絡在模式識別、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用。問題：生物神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡的結構和功能都很復雜，完全的技術實現(xiàn)幾乎遙不可及。簡化的神經(jīng)元和簡化的神經(jīng)網(wǎng)絡，智能水平也被簡化掉了。結構主義AI理論的成就與問題成就：簡化的人工神經(jīng)網(wǎng)絡在模36功能主義的AI理論從功能主義的觀點考察發(fā)現(xiàn)：智能系統(tǒng)可以理解為某種符號邏輯運算系統(tǒng)，它可以計算機為平臺，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NY功能主義的AI理論從功能主義的觀點考察發(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工程基礎上的專家系統(tǒng)，它們在許多領域都有成功的應用（醫(yī)療、咨詢、培訓、預測等）問題：求解問題編程需要知識，而知識主要靠人工獲取，工作量大，而且難以“充分”，使專家系統(tǒng)太專；

符號邏輯求解問題需要邏輯推理，而現(xiàn)有邏輯能力不夠強大，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38行為主義的AI理論從行為主義的觀點考察發(fā)現(xiàn)：實現(xiàn)智能系統(tǒng)的最直接的方法是仿造系統(tǒng)的

“模式-動作”關系：識別輸入模式，產(chǎn)生相關動作；無需知識表達與推理。模式識別動作關聯(lián)輸入模式輸出動作成果：行走機器人（仿造“六腳蟲”）行為主義的AI理論從行為主義的觀點考察發(fā)現(xiàn)：實現(xiàn)智能系統(tǒng)39現(xiàn)有理論的問題問題一，結構主義面臨“結構復雜性”的困難；功能主義面臨“知識困難性”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?，F(xiàn)有理論的問題問題一，結構主義面臨“結構復雜性”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方法論的分析結構行為功能機制主義

結構、功能、行為都只是從某一個側面觀察智能，難以完全觸及它的本質(zhì)；為了避免復雜問題環(huán)境下的新“盲人摸象”，必須重視“機制主義”。機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)。

方法論的分析結構行為功能機制主義結構、功能、42

典型的“智力生成過程”感覺器官神經(jīng)系統(tǒng)認知效應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)認知效應器43人類智力的信息本質(zhì)信息獲取信息傳遞信息認知信息執(zhí)行外部世界信息再生信息傳遞認識論信息知識智能策略狹義智能本體論信息認識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知信息執(zhí)行外部世界信44知識創(chuàng)建知識激活認識論信息知識智能策略認知決策智能生成的核心機制：信息知識智能“轉換”知識創(chuàng)建知識激活認識論知識智能認知決策智能生成的核心機制45三，機制主義：破竹之勢三，機制主義：破竹之勢46相關理論的起始狀態(tài)知識論19481943？信息論智能論19561990相關理論的起始狀態(tài)知識論19481943？信息論智能論19547已經(jīng)積累的工作基礎知識理論框架全信息理論智能理論與技術198620001992“全信息理論”，見《信息科學原理》，北郵出版社，1988“知識理論框架”，中國工程科學，2000，9，p.50-64“信息-知識-智能轉換理論”，中國工程科學，2004，6，p.1-8“智能理論與技術”，郵電出版社，1992已經(jīng)積累的工作基礎知識理論框架全信息理論智能理論與技術19848“全信息理論”概要本體論信息：事物關于“自身運動狀態(tài)及其變化方式”的自述認識論信息：主體關于事物運動狀態(tài)及其變化方式的表述，包括這些狀態(tài)/方式的形式、含義和價值。符號客體主體語法信息符號序列序列內(nèi)容序列價值語義信息語用信息“全信息理論”概要本體論信息：事物關于“自身運動狀態(tài)及其變49全信息的表示與計算全信息的描述參量：語法信息：符號序列（矢量）的語法結構合法度C語義信息：符號序列（矢量）的內(nèi)容邏輯合理度T語用信息：符號序列（矢量）的效用價值滿足度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。全信息的表示與計算全信息的描述參量：語法信息：符號序列（矢量50“知識論”概要知識：主體關于“事物運動狀態(tài)及其變化規(guī)律”的表述，包括它們的形式（形態(tài)知識）、含義（內(nèi)容知識）、價值（效用知識）。知識創(chuàng)建：由信息提煉。知識的定量度量：與全信息的度量在形式上具有相似性。知識生長階段：經(jīng)驗知識，規(guī)范知識，常識知識。（知識工程、數(shù)據(jù)挖掘、知識發(fā)現(xiàn)是“知識理論”的某些部分）知識論包含三部分：基礎；知識創(chuàng)建；知識激活。知識激活：在目的引導下生成智能策略。“知識論”概要知識：主體關于“事物運動狀態(tài)及其變化規(guī)律”51轉換算法（1）：本體論信息認識論信息本體論信息：事物關于自身“運動狀態(tài)及其變化方式”的表述認識論信息：主體關于“事物運動狀態(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）和價值（語用信息）的表述傳感賦權（義-效）知識庫本體論信息認識論信息轉換算法（1）：本體論信息認識論信息本體論信息：事物關于自52轉換算法（2）：認識論信息知識歸納算法“歸納”算法“演繹”算法語法信息語用信息目標形態(tài)性知識效用性知識內(nèi)容性知識知識：主體關于“事物運動狀態(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）、含義（內(nèi)容性知識）

和價值（效用性知識）的表述轉換算法（2）：認識論信息知識歸納算法“歸納”算法“演繹”53轉換算法（3）：知識智能策略知識具有三種生長階段：經(jīng)驗知識，正規(guī)知識，常識知