智能科學(xué)導(dǎo)論第1章(上課)

智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論教材：

鐘義信等編著，《智能科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論》，北京郵電大學(xué)出版社，2006年參考書：腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、人工智能、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制科學(xué)等。11.1科學(xué)與技術(shù)科學(xué)(science)：關(guān)于世界本質(zhì)及其運(yùn)動規(guī)律的知識體系。是指對各種事實(shí)和現(xiàn)象進(jìn)行觀察、分類、歸納、演繹、分析、推理、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并對各種定量規(guī)律予以驗(yàn)證和公式化的知識體系。第1章緒論2技術(shù)(Technology)：關(guān)于認(rèn)識和改造自然的工藝方法體系。是指人類根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和自然科學(xué)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(yīng)用科學(xué)知識使自然資源最好地為人類服務(wù)的專門技術(shù)。3科學(xué)技術(shù)是怎樣發(fā)展的？了解了這些規(guī)律，就能理解科學(xué)技術(shù)為什么會發(fā)生、發(fā)生之后又會怎樣發(fā)展、科學(xué)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(xué)技術(shù)，以及信息科學(xué)技術(shù)又會向什么方向發(fā)展。整個科學(xué)技術(shù)有它發(fā)生、發(fā)展的過程和規(guī)律。

41.2科學(xué)技術(shù)發(fā)生發(fā)展規(guī)律

鐘義信提出了科學(xué)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(xué)技術(shù)的作用。人類在自然界謀求生存的長期進(jìn)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(kuò)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(xué)，制造工具的具體方法就是技術(shù)。6擴(kuò)展認(rèn)識和該造世界能力改進(jìn)生存和發(fā)展能力人類文明進(jìn)化科學(xué)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生新的科學(xué)技術(shù)擴(kuò)展認(rèn)識和該造世界能力改進(jìn)生存和發(fā)展能力人類文明進(jìn)化產(chǎn)生新的科學(xué)技術(shù)擴(kuò)展認(rèn)識和改造世界能力改進(jìn)生存和發(fā)展能力人類文明進(jìn)化技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生新的科學(xué)技術(shù)科學(xué)技術(shù)輔人律的基本模型科學(xué)主要是擴(kuò)展人們認(rèn)識世界的能力，技術(shù)主要是擴(kuò)展人們改造世界的能力。7可見，科學(xué)技術(shù)之所以會發(fā)生，就是因?yàn)槿祟愋枰獢U(kuò)展自己的能力。如果人類沒有“借助外力擴(kuò)展自身能力”這個需求，科學(xué)技術(shù)是不會發(fā)生的，或者說，科學(xué)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(shí)代生產(chǎn)力工業(yè)時(shí)代生產(chǎn)力信息時(shí)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(shí)代擴(kuò)展的能力體質(zhì)體力智力9“輔人律”解釋了科學(xué)技術(shù)發(fā)生的原理，也說明了科學(xué)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(xué)技術(shù)的發(fā)生是被動的，是“應(yīng)運(yùn)而生”的。因此，科學(xué)技術(shù)沒有自己主動的要求和愿望，當(dāng)然也就談不上“科學(xué)技術(shù)要超越人和統(tǒng)治人”。10所以，人們不必?fù)?dān)心也沒有理由相信“智能機(jī)器有朝一日會統(tǒng)治人類，淘汰人類”。只要懂得了“科學(xué)技術(shù)是輔助人類擴(kuò)展自身能力”這個原理，“機(jī)器統(tǒng)治人”的神話就不攻自破了。

112、擬人律如果考察科學(xué)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(xué)技術(shù)的“輔人律”告訴我們：科學(xué)技術(shù)的作用是輔助人類擴(kuò)展能力的，那么，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展當(dāng)然就要按照人類能力增強(qiáng)的方向發(fā)展，這便是“擬人律”。

12什么是“人類能力增強(qiáng)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(jìn)的有機(jī)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(chǔ)；體力能力：人體力量的充沛性和持久性，以體質(zhì)為基礎(chǔ)；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(chǔ)。13所謂“逐層遞進(jìn)”是指：首先要有很好的體質(zhì)能力，這是最基礎(chǔ)的成分；在此基礎(chǔ)上就要有很強(qiáng)的體力能力；再進(jìn)一步就要有很聰慧的智力能力。

體質(zhì)體力智力14對應(yīng)3種能力擴(kuò)展所需的3種資源、3種科學(xué)技術(shù)和3類工具古代近代現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)能量科學(xué)技術(shù)信息科學(xué)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(qiáng)體質(zhì)

擴(kuò)展體力

擴(kuò)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(shí)代近代現(xiàn)代表征資源15體質(zhì)能力的擴(kuò)展

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

蒸汽機(jī)、電和內(nèi)燃機(jī)是劃時(shí)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(jī)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(jìn)入工業(yè)文明發(fā)展階段。自然科學(xué)研究空前活躍：17英國物理學(xué)家焦耳發(fā)現(xiàn)了電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱量的規(guī)律，并測定了熱功當(dāng)量；俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素周期律；德國生理學(xué)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(chǔ)；英國博物學(xué)家達(dá)爾文出版了《物種起源》，提出了以自然選擇為基礎(chǔ)的進(jìn)化學(xué)說；……18科學(xué)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(jī)、電燈、電話、電報(bào)、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(shí)期相比，人類不僅增強(qiáng)了利用物質(zhì)材料制造工具的能力，而且學(xué)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(rèn)識世界和改造世界的能力。20智力能力的擴(kuò)展20世紀(jì)40年代至今，計(jì)算機(jī)、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(yīng)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(fèi)模式從物質(zhì)消費(fèi)型轉(zhuǎn)向信息消費(fèi)型，是從工業(yè)社會向信息社會的轉(zhuǎn)變，人類進(jìn)入了信息文明發(fā)展階段。22更先進(jìn)的工具

機(jī)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(jī)器人。專家系統(tǒng)1965年，費(fèi)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(xué)分子結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)個人計(jì)算機(jī)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)“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(jìn)一步完善的同時(shí)，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(xué)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(shí)代工業(yè)時(shí)代信息時(shí)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(jìn)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(xué)技術(shù)發(fā)展的過程就是從擴(kuò)展人類體質(zhì)能力（材料科學(xué)技術(shù)，大體從古代的農(nóng)業(yè)時(shí)代開始），走向擴(kuò)展人類的體力能力（能量科學(xué)技術(shù)，大體從近代的工業(yè)時(shí)代開始）再走向擴(kuò)展人類的智力能力（信息科學(xué)技術(shù)，大體從現(xiàn)代的信息時(shí)代開始）。

26科技進(jìn)步的“序”：時(shí)代劃分的“尺”古代近代現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)能量科學(xué)技術(shù)信息科學(xué)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(qiáng)體質(zhì)

擴(kuò)展體力

擴(kuò)展智力物質(zhì)資源時(shí)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(qiáng)人類的體質(zhì)能力到增強(qiáng)人類的體力能力再到增強(qiáng)人類的智力能力，這既是人類自身能力進(jìn)化發(fā)展的過程，也是科學(xué)技術(shù)“輔助人類擴(kuò)展能力”的發(fā)展過程，即科學(xué)技術(shù)“擬人”發(fā)展的過程。一句話，整個科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史，就是一部科學(xué)技術(shù)擬人發(fā)展的歷史。

28人類文明進(jìn)化科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生新的科學(xué)技術(shù)人類文明進(jìn)化產(chǎn)生新的科學(xué)技術(shù)更高的能力要求實(shí)際的能力水平人類文明進(jìn)化技術(shù)進(jìn)步更高的生存和發(fā)展目標(biāo)差距科學(xué)技術(shù)擬人律的基本模型因素鏈：外部資源—科學(xué)技術(shù)—先進(jìn)工具—能力擴(kuò)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(xué)技術(shù)，才進(jìn)入信息時(shí)代。

30如果再進(jìn)一步分析，按照“輔人律”和“擬人律”的規(guī)律，信息科學(xué)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(jìn)。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(xué)技術(shù)：最先進(jìn)的社會生產(chǎn)工具信息傳遞傳導(dǎo)神經(jīng)信息處理初級皮層策略傳遞傳導(dǎo)神經(jīng)策略執(zhí)行效應(yīng)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(rèn)識世界改造世界323、共生律“共生律”說的是科學(xué)技術(shù)與人類之間的關(guān)系。既然科學(xué)技術(shù)是輔人的，而科學(xué)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(jī)器輔助”的人機(jī)合作共生的關(guān)系。這樣“人機(jī)共生”的結(jié)果，就是人類的能力大大增強(qiáng)：不但體質(zhì)能力和體力能力得到極大的增強(qiáng)，而且智力能力也得到越來越有效的增強(qiáng)。

33共生律：人類的全部能力=自身的能力+科學(xué)技術(shù)產(chǎn)物的能力工具的進(jìn)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(chǔ)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(xué)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(jī)的整體，告訴了我們，整個科學(xué)技術(shù)是怎樣發(fā)生、怎樣發(fā)展、怎樣通過共生來擴(kuò)展人類認(rèn)識世界和改造世界的能力。351.4科學(xué)技術(shù)的作用勞動者勞動對象工具科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造、制作先進(jìn)工具，擴(kuò)展人類能力，構(gòu)成社會生產(chǎn)力。資源擴(kuò)展能力的需求對對象性質(zhì)的了解科學(xué)技術(shù)的輔人機(jī)理：生產(chǎn)力構(gòu)型36

已有的功能水平差距實(shí)踐過程科學(xué)技術(shù)

更高的功能水平

追求更高的生存目標(biāo)37381、概念的界定（鐘義信提出）1.5什么是“智能科學(xué)與技術(shù)”（IST）傳感：信息獲取通信：信息傳遞計(jì)算機(jī)：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(xué)技術(shù)是研究智能現(xiàn)象及其運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)技術(shù)。嚴(yán)格地講：智能科學(xué)技術(shù)是研究智能的本質(zhì)和研究擴(kuò)展人類智力功能的原理和方法的科學(xué)技術(shù)。主要研究對象：智能的機(jī)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(fù)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(jī)器人、人工生命未知環(huán)境的適應(yīng)能力Environment機(jī)器感知、智能規(guī)劃感知網(wǎng)絡(luò)的交互能力Internet網(wǎng)上智能、人機(jī)互動人機(jī)環(huán)境的和諧能力Human智能論、智能化社會2、“智能科學(xué)”學(xué)什么？403、智能科學(xué)的學(xué)科位置自然科學(xué)社會科學(xué)哲學(xué)數(shù)學(xué)交叉學(xué)科信息科學(xué)腦科學(xué)系統(tǒng)科學(xué)智能科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科指導(dǎo)學(xué)科交叉和邊緣學(xué)科總體：是自然科學(xué)與社會科學(xué)的交叉學(xué)科具體：腦科學(xué)、思維科學(xué)、邏輯學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制科學(xué)等?！?14、智能科學(xué)技術(shù)的學(xué)科特點(diǎn)多學(xué)科交叉，多技術(shù)綜合，跨應(yīng)用領(lǐng)域支撐相互推動基礎(chǔ)與交叉學(xué)科技術(shù)與工具智能科學(xué)的理論、方法和技術(shù)眾多應(yīng)用領(lǐng)域支持42

智能科學(xué)基礎(chǔ)：腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制科學(xué)、邏輯學(xué)、信息科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)…

智能技術(shù)基礎(chǔ)：計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)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(xué)技術(shù)：自然智能：人腦的本質(zhì)和機(jī)理；認(rèn)知的基本原理；心理的基本過程人工智能：機(jī)器感知（機(jī)器視覺、聽覺；智能傳感；自然語言理解；模式識別）

機(jī)器思維（推理；搜索；規(guī)劃；決策）

機(jī)器學(xué)習(xí)（符號學(xué)習(xí)；連接學(xué)習(xí)；知識發(fā)現(xiàn)；數(shù)據(jù)挖掘）

機(jī)器行為（智能控制；智能制造；智能檢索；智能機(jī)器人）計(jì)算智能：神經(jīng)計(jì)算；模糊計(jì)算；進(jìn)化計(jì)算；自然計(jì)算；人工生命；人工情感分布智能：多Agent；群體智能；智能網(wǎng)絡(luò)集成智能：腦-機(jī)接口（Brain-ComputerInterface,BCI）理論支撐技術(shù)支撐智能技術(shù)應(yīng)用：智能機(jī)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(xué)系統(tǒng)；智能搜索引擎；智能游戲；智能CAD；機(jī)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(yīng)用…技術(shù)應(yīng)用43

1．基因修飾技術(shù)2．未來家庭機(jī)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(xì)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(xiàng)引領(lǐng)未來的科學(xué)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/