機制主義方法與ai統(tǒng)一理論-智能科學

1、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@ieee.org,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,一，理論現(xiàn)狀：鼎足三分,傳統(tǒng)研究的一般途徑,結構,行為,功能,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。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

2、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,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

3、 簡化掉了。,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,程序調用,,成功？,修改,診斷,,,,,拷貝,,,存入備用,知識,,N,Y,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、

4、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。,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，產生相關動作；無需知識

5、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”）,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，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

6、新。,二，創(chuàng)新奧秘：方法突破,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；,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。,,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,人類智力的信息本質,,信息獲取,信息傳遞,信息

7、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,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”,三，機制主義：破竹之勢,相關理論的起始狀態(tài),,,知識論,1948,1943,？,信息論,智能論,,,,,,1956,1990,,,已經(jīng)積累的工作基礎,,知識理論框架,全信息理

8、論,智能理論與技術,,,1986,2000,1992,“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,,“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，

9、 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,序列內容,序列價值,語義信息,語用信息,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）的語法結構合法度C語義信息：符號序列（矢量）的內容邏輯合理度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

10、)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。,“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

11、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。,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）、內容（語義信

12、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（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（內容性知識）

13、 和價值（效用性知識）的表述,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,,,,,,,,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),

14、NN-FS-RS-DM-KD,ES -KE,Sensor-Motor,驗證,普化,,,,,信息,智能策略,知識,,,,知,行,四，三分一統(tǒng)：意義深遠,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

15、推動生物智能理論的深化和發(fā)展。,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,信息內容安全守護,面向奧運的個性化信息服務,,,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”。,“能量轉換定律”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