人工智能研究纲领的基本问题和发展趋势

人工智能研究纲领的基本问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 和发展趋势 南京航空航天大学 硕士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 人工智能研究纲领的基本问题和发展趋势 姓名:陈庆霞 申请 关于撤销行政处分的申请关于工程延期监理费的申请报告关于减免管理费的申请关于减租申请书的范文关于解除警告处分的申请 学位级别:硕士 专业:科学技术哲学 指导教师:张怀明 20090301 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 本论文主要阐述了人工智能诞生的动因、人工智能研究纲领的成就和问题,并探讨了人工智 能研究纲领的出路。人工智能诞生的动因中有来自社会的需求、技术的支持还有一个不可或缺 的因素就是众多学科的理论支持。正是基于这些动因,人工智能的研究在短短几十年中取得了 巨大成就,但是,人工智能的研究也因其研究纲领自身的缺陷而裹足不前,符号主义、联结主 义和行为主义都遇到了自身无法克服的困难:符号主义主要体现在机器翻译 不完善、人的基本 常识问题表现的不足等;联结主义主要体现在知识获取在技术上的困难等;行为主义主要体现 在模拟人类心智方面的局限、对人类心智的隐形认知把握能力不足等。为了克服传统研究纲领 的缺陷,人工智能研究纲领必须要有所突破。 本论文通过对人工智能研究纲领所经历的发展历程中取得的成就和问题系统的论述,对符号 主义、联结主义和行为主义研究纲领在内容、特征、目的等方面进行了比较,并对人工智能研 究纲领遇到的问题进行反思,从本体论语义学方面进行试解,主要目的是引出了人工智能研究 纲领的语境出路,提出了语境分析是人工智能研究纲领发展的新趋势。语境分析方法是语形、 语义、语用分析方法的集合,它是语境论最核心的研究方法。语境分析方法在人工智能研究中 具有重要的意义:集合了分析和综合方法的优点;有利于解决传统研究纲领中遇到的一些难题; 有利于消解不必要的争端。同时,本文论证了把语境分析作为人工智能新的研究纲领,在理论 上得到了历史学派的支持,其中库恩的范式理论和费耶阿本德多元主义方法论在理论上给与了 有力的支持,最后,本文简要介绍了语境分析在其他学科研究中的应用。 关键词:人工智能,语境分析,研究纲领,符号主义,联结主义,行为主义I 人工智能研究纲领的基本问题和发展趋势 ABSTRACT The thesis describes the origin motives of the artificial intelligence, and the Artificial Intelligence Research Program achievements and problems, and it also explores a new way of the Artificial Intelligence Research Program. The origin of the artificial intelligence is due to the community requirements, technical support, and multiple science theories support is also an indispensable factorIt is precisely because of these motives, the artificial intelligence research has achieved great success in a short period of decades. These Research Programs achieve great success. But the Artificial Intelligence Research can’t move forward due to the shortcomings of those Research Programs: Symbolism is mainly imperfect on the knowledge of the basic problems in machine translation; Connectionism has the difficulties in acquisition of knowledge via the technical methods, and so on; Behaviorism has the limitations to simulate human mental, and the limitations in the human mind to grasp the invisible cognitive ability, and so on. In order to overcome these shortcomings of the traditional Artificial Intelligence Research Programs, it’s necessary to make a breakthrough in the Artificial Intelligence Research ProgramThe main purpose of this paper is to deliver the major achievements and problems in the research of the Artificial Intelligence Research Programs, and it also compares the symbols, program contents, features, purposes of different Artificial Intelligence Research Programs, and so on. The thesis reflects the problems and difficulties of the traditional Artificial Intelligence. From ontological semantics aspects analysis, the thesis gets the conclusion that context analysis is the new way and the trend of Artificial Intelligence Research Program development. Context analysis is the collection of the semantic, pragmatic analysis, and it is the core research method of context theory. Context analysis in the study of artificial intelligence is of great significance: It integrates both the advantages of collection and analysis approaches; It will help to solve some of the problems encountered in the traditional Artificial Intelligence Research Programs; It’s in favor of the resolution of unnecessary disputes. At the same time, this thesis demonstrates the context analysis of artificial intelligence as a new research program, and it also proves that context analysis as a new trend of Artificial Intelligence Research Program gets the support of the Kuhn's paradigm and Feyerabend’s pluralism methodologyFinally, a brief introduction of the context implementation in other’s research domains is introduced Key Words:Artificial Intelligence, The Analysis of the Context, Research Program, Symbolism, Connectionism, BehaviorismII南京航空航天大学硕士学位论文 图目录 图 4.1 语境结构图26 图 4.2 语境条件下的语义解释模式. 30 V 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名: 日 期:南京航空航天大学硕士学位论文 第一章 绪论 1.1 研究目的和意义 人工智能是一门交叉学科,主要涉及到心理学、物理学、逻辑学、语言学、计算机学科和 哲学等,自 1956年在美国的达特茅斯会议提出这一名词之后,人工智能研究进展可以用“飞速” 来形容,现在人工智能在许多学科领域得到广泛应用,已经形成了一个独立的系统。人工智能 的历史只不过几十年,其取得的成就和坎坷经历同样引起人们的关注,特别是传统的研究纲领 曾一度陷入困境,由于是人工智能研究主要是模拟人的大脑,人的智能的发展不是短时间内的, 是经过很多年的进化的成果,同时人具有社会性,而机器人不具有社会性等等。人工智能学派 观点曾一度受到了哲学家们的批评,威尔森说: “在研究各种独立的人类智 能方面,人工智能 项目可以说是其中的最杰出代表,有些成果是非常令人吃惊的,但这些研究的对象是过于具体 化的功能,所以没法从它们中总结出规律性,另一个问题是它们不会直接从周围环境中汲取所 需,而只能坐在那儿,直到人们给它信号,然后也仅仅是复制这些信号而全然不知它的意义。” 因此,人工智能研究要想有所进展,就要在研究方法上有所创新,着重研究传统的人工智能研 究方法或纲领,总结其研究成果和问题所在,有必要提出一种新研究纲领在理论上给人工智能 研究提供一定的参考价值。 人工智能作为一门交叉学科现如今在全球引起了广泛关注。人工智能在机器学习、专家系 统、知识工程、智能信息检索和人工生命等多方面开展系统地研究,并取得了显著的成果。随 着科技的飞快发展,作为一个尖端领域的计算机科学,在经济和科技发展中起着越来越重要的 作用,人工智能的研究水平能代表一个国家的科技发展水平,诸如美国和日本就是人工智能研 究大国,因此,从现实意义上,人工智能研究就显得很重要。 本文从人工智能的历史发展线索以及人工智能研究的三个基本纲领:符号主 义、联结主义 和行为主义入手,分析人工智能在经历了符号主义到行为主义转变的过程中各自的优点和不足。 试从语境的视角来看人工智能研究纲领的问题,把语境分析方法作为人工智能的重要方法之一。 因为语境分析在很多学科特别是交叉学科中的优点越来越突出,针对一些边缘学科,特别是人 工智能这门学科来说更显得尤其重要。库恩的范式理论和费耶阿本德的多元方法论强调了一种 理论和方法不可能一直占主导地位,这说明了一个道理就是:作为普遍性 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的一元主义方法 论都有其一定的适用范围和内在的局限性,当科学的事实与理论相矛盾时,我们不能完全抛弃 原有的理论和方法,而是发展更多合理的理论和方法,费耶阿本德的多元方法论提醒我们对于 人工智能的发展并不能只靠一种方法,而是吸收多种方法优点,需要其他学科理论知识的支持。 1 人工智能研究纲领的基本问题和发展趋势 因此,针对传统的研究方法在人工智能研究中面临着困境,有必要讨论一种新的研究方法,把 语境分析作为人工智能研究重要的纲领,整合传统方法的优点,探索一条人 工智能研究的新路。 1.2 国内外研究现状 从国内来对人工智能的研究现状来看,在我国人工智能研究起步比较晚,具体时间是在 1982 年,那时候人工智能还属于一个新的领域,理论方面表现的明显不足,人工智能研究方法一般 是跟随外国的研究成果来进行的。如今,我国人工智能研究已经进入从学习国外到自主研究为 主的时期,主要有北京师范大学教授刘晓力倡导的“超越传统的算法主义”的强纲领。她在《认 知科学研究纲领的困境与走向》一文中谈到“认知可计算主义”研究纲领,她认为传统的研究 纲领在“图灵机算法可计算”的概念之上,有其不可克服的内在局限,应当倡导一种以“认知 是算法不可完全的”理念为基础的新的研究纲领。王黔玲在《论人工智能研究纲领的转变》一 文中提出了“物理符号系统”假设转向“生命符号系统”假设,倡导由符号主义研究纲领转向 生命符号主义的研究纲领。有的学者倡导准全系统观的研究纲领,还有的倡导新联结主义研究 纲领等等。 从国外来对人工智能的研究来看,诸如冯?诺伊曼、西蒙、纽厄尔、维纳和布 鲁克斯等。 冯?诺伊曼、图灵、纽厄尔A. Newell和西蒙等倡导符号主义研究纲领,冯?诺伊曼和图灵在 《关于离散变量自动电子计算机的草案》一文中提出并解决了在数字计算机内部的存储器中如 何存放并自动运行程序的问题。而图灵则在发表于 1950年的《计算机和智力》一文中提出了人 工智能首先是一个关于软件和信息编码的问题。他们两人的工作奠定了关于人工智能符号主义 研究纲领的基础。到了 1976年,纽厄尔和西蒙在《计算机协会通讯》上发表了著名论文《作为 经验探索的计算机科学符号和搜索》,两人在论文中从符号语义的观点出发,对人工智能的本 质进行了深入分析。纽厄尔和西蒙提出的这一假设是具有里程碑的意义的,从理论上正式做出 了关于计算机和人类智能之间的逻辑关联的解释,第一次系统地回答了两者的等价性问题,使 “物理符号系统假设”成为了人工智能研究的主流纲领和基本范式。1943年,生理学家麦卡洛 克和数理逻辑学家皮茨开创了脑模型,用电子装置模仿人脑的结构和功能,开创了人工智能联 结主义的研究纲领。维纳和布鲁克斯倡导了行为主义研究纲领,有的专家以 冯?诺伊曼思想为 基础来创造“人工生命”的研究纲领。 总之,从以上搜集的材料来看,学者和专家们对人工智能的研究不少是集中在对人工智能 的纲领上,但是从国内外的研究现状可以看出把语境分析作为人工智能的研究方法很少涉及, 还有待于进一步搜集。 2南京航空航天大学硕士学位论文 1.3研究的框架 首先,本文人工智能的发展历史入手,阐述了人工智能发展的过程,其次,分析了人工智 能诞生的背景,然后从研究纲领出发,叙述了人工智能研究纲领的历史、阐述人工智能研究问 题和成果,比较了它们之间的优点和不足,对人工智能的问题进行反思,最后,从语境视角来 看这些问题,提出了自己的观点:人工智能应该从多视角来研究,在原有的方法的基础上,把 语境分析方法作为人工智能研究未来重要的研究纲领,重视学科的多元的特征。 1.4研究方法 本文采取分析方法以及逻辑和历史相统一的方法,总结和归纳人工智能三个基本研究方法 的主要问题和特点,用语境的视角来考察这些问题,运用了比较方法,对符号主义、行为主义 和联结主义的特征、研究目的和特征等进行了比较。另外,还用到了多学科交叉的研究方法, 由于人工智研究纲领涉及到学科范围比较广,因此,需要运用多学科交叉的方法对其展开研究。 1.5本文的创新点 1 对人工智能研究的基本纲领进行语境分析、比较评述; 2 通过对符号主义、联结主义和行为主义成就和缺陷进行论述,可以看出传统纲领在人工 智能研究中的重要性,人工智能研究不但要继承这些纲领的优点而且要在原有的研究纲 领上有所创新; 3 从本体语义学试解人工智能的传统研究纲领在知识获取上的困难,从而得出人工智能研 究纲领的语境出路的启示; 4 从历史主义解释语境论视角,发现历史主义学派的观点在解释人工智能这样的交叉学科 具有指导性意义,从而可以看出语境分析作为未来人工智能研究方法的合理性,并给予 了有力的理论依据; 5 提出把语境分析作为人工智能一种新的研究方法,有利于推动人工智能研 究推向进一步 的发展,具有一定的理论和现实的意义。 3 人工智能研究纲领的基本问题和发展趋势 第二章 人工智研究纲领的发展历程 2.1人工智能概念阐述 2.1.1人工智能的定义人工智能Artificial Intelligence简称 AI,又称机器智能Machine Intelligence,是计算机、逻 辑学等交叉形成的一门学科。其基本目标就是使机器表现出类似人类的智慧,使机器具有类似 人类的智能行为,使机器思维Making Machine“Think”。人工智能研究研究领域主要有专家 系统、模式识别、自然语言理解、自动定理证明、模式识别、机器人学、博弈、机器学习、自 动程序设计、智能决定支持系统和人工神经网络。 虽然人工智能科学家从不同方面对人工智能进行了各种描述,但至今都没有一个准确的定 义,很多专家和学者从人工智能不同侧面来理解,给出了不同的定义。斯坦福大学人工智能研 究中心的尼尔森教授在《人工智能》一书中是这样定义人工智能的,他说:“人工智能是关于 知识的科学??怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。”美国麻 省理工学院的斯 坦?温斯顿在《人工智能》教科书中写道:“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人 才能做的智能的工作。”我国学者蔡自兴在《人工智能及其应用》中,比较狭义的定义了人工 智能:定义一:能够在各类环境中自主地或交换地执行各种拟人任务的机器,叫智能机器。定 义二:人工智能学科是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。它的近期 主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能,并开发相关理论和技术。定义三: 人工智能能力是智能机器所执行的通常与人类智能有关的功能,如判断、推理、证明、识别、 感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。 2.1.2科学界关于人工智能存在的多种看法 科学界的学者们对人工智能存在多种看法,这些看法可以归纳为以下几种观点:技术观、 模拟观、建模观和理论观。 技术观认为,机器能做到人通过智能才能完成的行为,这时的机器就有了人类的智能。技 术观追求人工智能的工程目标,即智能机的实现。技术观只关心智能机的外部具备的功能,忽 视了智能机的工作过程。 模拟观则通过计算机程序来模拟人脑在完成同一任务时的内部状态和过程,强调充分了解 人脑的活动机制,才能让机器模拟人的智能,通过数学模型的理论和方法来建立人脑的模型。 4南京航空航天大学硕士学位论文 建模观认为,通过对人脑输入输出信号的观察,即对人脑外部行为的观察,建立人脑的数学 模型,这种模型与人脑在外部行为上的相似性能使机器表现出智能。理论注重理解形成或产生 智能的规律。 理论观强调人工智能的科学目标,即 Winston所阐述的人工智能的中心目标,通过建立使智 能的实现成为可能的原理。 总之,这些观点从不同角度来提出人工智能实现的观点,但是它们都是围绕着怎样使机器 能够具有变成和人脑一样聪明的“大脑”,充分体现了人工智能的边缘学科的特点,人工智能 需要结合多学科的知识才能实现,不仅仅需要充分的多学科的相关的理论作为基底,理论的实 现更需要技术上的支持,人工智能正是要结合多学科理论的知识,多种不同角度的方法才有今 天的研究成果。 2.1.3人工智能发展史简述 2.1.3.1人工智能的诞生 很久以来,人类一直努力地在探索人类自身智能以及思维的秘密,从古希腊时期的柏拉图 到亚里斯多德,他们都从逻辑为主导的思想理论来研究人类大脑思维思维过程以及有关的智能 活动。在人类研究思维的过程中,尽管曾试图制造人工机器人来模仿人的大脑,但是对于人的 大脑的思维活动却了解甚少,这就导致了人们在对人工智能的研究上走了很多弯路,再加上科 学研究的物理设备缺乏,人工智能的研究在一段时期一直裹足不前,直到 20世纪 50年一个很 重要的学科??人工智能诞生了,1956年夏季,在美国达特茅斯Dartmouth大学的研讨会上, 科学界几位著名的专家:明斯基、西蒙和麦卡锡等提出了“人工智能”这一术语,从此,人工 智能以崭新的面容登上了历史舞台,人类对大脑的研究有了比较系统的理论支持,从而开始了 真正意义上的人工智能研究。现如今人工智能已经成为了专家和学者研究的论题,从人工智能 诞生到现在,在经历的短短几十年里已经取得了丰硕的成果,离不开很多专 家和学者努力,其 中主要的代表有图灵、明斯基、冯?诺伊曼、西蒙、纽厄尔、维纳和布鲁克斯等,他们从不同 学科的领域对人工智能进行探讨,这些领域主要包括:哲学、心理学、生物学、数学等,采取 了不同研究方法和线路,形成了几个主要的学派,诸如:符号主义、行为主义和联结主义等, 提出了人工智能研究的不同的途径和理论,这些理论推动了人工智能向纵深发展,并取得了显 著成效,从而使得人工智能研究生机勃勃,并预示着人工智能前途光辉灿烂。 2.1.3.2 人工智能研究的历史回顾 人工智能研究经历以下主要几个阶段: 20世纪 50年代到 60年代早期的兴起和冷落阶段, 人工智能概念首次提出后,取得了一些 成就,人工智能研究对象主要是以机器定理证明、跳棋程序、问题求解等。但是,因为机器翻 译不完善和消解法推理能力的限制,从而使得人工智能研究一度陷入了低谷。这一时期人工智 5 人工智能研究纲领的基本问题和发展趋势 能的研究的基本特点是太注重问题解决的途径而忽视了知识的重要性。因而,智能研究要从整 体上来把握,结合相关的知识来解决相关问题。 20世纪 60年代末到 70年代,专家分别提出了出各种新的知识表示技术, DENDRAL系统, 这个系统的出现标志着一个新的领域的诞生,它就是专家系统。这些专家系统包括 MYCIN疾 病诊断、治疗系统、HERRSAY-II语音理解系统和 PROSPECTIOR探索系统,这些专家系统的 开发和研究能够把人工智能的理论成果应用到实际,提高了人们的生活水平,从而推动人工智 能研究进入的高潮。 20世纪 80年代时期,随着第五代计算机在日本的研制加上神经网络的飞速发展,人工智能 研究进入黄金时代。这个时期人工智能研究主要是以知识工程、自然语言处理、计算机视觉和 机器人学为研究对象,1987 年,在美国召开了第一次神经网络国际会议,宣告了新学科??神 经网络的诞生。 20世纪 90年代,人工智能研究又一次出现了新的高潮。互联网技术的发展,使原来在单个 智能主体的人工智能研究转向分布式研究,不仅能够做到单一目标分布问题求解,而且能够做 到多智能主题的多目标问题的求解。这种趋势能带动人工智能走向实用化, 从而使人工智能的 研究成果能够广泛应用于人们的实际生活中,人类相信未来的计算机将会向网络化、智能化方 向发展。 2.2人工智能诞生的背景 人类一直在科学的长河中不断探索,从动物以及人类自身得到的启发,带来了很多文明成 果,飞机的研制成功来自对鸟的飞行的灵感,而飞机的出现只不过是科学理论运用到实际的成 就之一。热力学理论带来了蒸汽机和内燃机诞生,牛顿物理学理论解释了太阳系的运动规律, 这些科学理论推动着人类不断走向文明,也正是对于人类自身的灵感加上众多科学背景的知识 推动下,带来了人工智能这门新的学科诞生了。 2.2.1人工智能诞生的思想渊源 人工智能的诞生的思想归功于人类长期以来对智能研究知识的积累。人工智能虽然诞生于 20世纪 50年代,但是它的诞生并不是一蹴而就的,而是人类对智能研究长期的积累的结果。 人类对“用机器模拟人类智能”的思想可以追到公元前四世纪的亚里士多德时代。在人类的生 命世界里,智能总是给人的带来了很多奇妙的复杂的印象。远古时代众多仁 人志士和专家学者 对智能进行深刻的思考和大胆的探索,其中有古希腊的柏拉图、毕达哥拉斯、亚里斯多德等, 6南京航空航天大学硕士学位论文 还有中国古代的公孙龙、墨子、荀子等都对智能学做出了突出的贡献。 2.2.1.1源自于古希腊哲学思想 古希腊哲学家们的哲学思想开启了人类文明的先河,其中著名的哲学家有苏格拉底、柏拉 图、毕达哥拉斯、亚里士多德、留基伯和德谟克利特等,他们的思想和理论对世界文明做出了 重要的贡献,对哲学和自然科学也产生深远的影响。 古今中外有关人类“用机器模拟人类智能”的思想人可以追溯到古希腊,恩格斯在《自然 辩证法》一书中曾这样写道:“在希腊哲学的多种多样形式中,差不多都可以找到以后各种世 界观的胚胎、萌芽。因此,如果理论自然科学要追溯到自己今天的一般原理发生和发展的历史, 它也始终回不到希腊人那里去。”早在古希腊时期诞生了逻辑学。毕达哥拉斯坚持认为,世间 万物都是由数组成的。勃克斯提出的逻辑机器哲学,他的思想是对毕达哥拉斯主义“万物皆数” 观点的发挥,他把人类比成数,在《计算与认知》一书中写了他对数的看法: “我们每个人都 有自己的毕达哥拉斯数,它是一个包括先天的遗传程序和后天的遗传因素与环境间的相互作用 这样两部分的数串。换言之,每个人都有能够实现自己的一切自然功能的机器人替身。”亚里斯多德对逻辑学的研究为人工智能的诞生奠定了理论源泉。他的《工具论》奠定了逻 辑科学基础,在《工具论》中的《分析后篇》举出了著名的三段论用于推理,为推理机械化和 形式逻辑打下了坚实的基础,下面的是他的三段论的一个例子: 如果所有的阔叶植物都是落叶的,(大前提) 并且所有的葡萄树都是阔叶植物,(小前提) 则所有的葡萄树都是落叶的。 结论 ) 在《分析后篇》中他认为,要通过推理获得知识,要以已知的知识为前提,科学证明需要有公理、 设定定义与前提,认为一切知识都要经过证明。亚里士多德的科学证明理论对数学和自然科学 的发展产生了深远的影响。 2.2.1.2 古代中国对智能研究的贡献 在中国,最初的智能工具产生在约公元前 3500年的中国算盘,那时候先秦诸子百家对思维 逻辑进行了研究。语言是思维的主要表现,智能学的研究需要对语言进行分析和研究。在我国 古代春秋战国时期,由于当时的政治和文化需求,就开始研究名词和其代表 事物的关系,“辩 术”也就是思辨的规律,“辩术”促进了当时名辩思想的发展,也即逻辑思维的发展。我国古 代的公孙龙、墨子、荀子等对逻辑思维都做出了贡献。 1 公孙龙对逻辑思维学的贡献 他有五篇著作是《白马论》、《指物论》、《通辨论》、 《名实论》和《坚白论》,在《白马论》中“白马非马”的辨术至今都是值得人们探讨的话题, 他的“白马非马”有名的论据“白马不同于马”、“白马之“白”与马是可分离的”、“白与 7 人工智能研究纲领的基本问题和发展趋势 马是不同的概念”等,尽管很多人认为是一种诡辩,但是这种辨术是一种思辨,推动了我国古 代逻辑思维的发展。2 墨子对逻辑学的贡献 战国时期墨家墨子也曾对逻辑概念进行研究,在《墨子》中的《小 取》描述道的:“夫辨者,将以明是非之分,审治乱之纪,明同异之处,察明实之理??以类 取,以类于。有诸已不非诸人,无诸已不求诸人。” (3)荀子也对逻辑学的发展做出了重要贡献。他的《荀子》共有 32篇,其中的代表作《解 蔽》阐述的认识论学说,《正名》包含了荀子诸多的逻辑思想。荀子是这样 给“名”(概念)、 “辞”(命题)和“辩说”(论说)下的定义:“名也者,所以期累实也。辞也者,兼异实之 名以论一意也。辩说也者,不异实名以喻动静之道”。 2.2.1.3对于大脑的发现是人类对智能的研究的又一次突破。 在古希腊的对人脑做出了很多研究,早在公元前 6世纪的希腊哲学家和生理学家阿尔克梅 翁发现大脑部有很多连接物,大脑和很多连接物(现在是称为神经系统)相连接,并断言,大 脑是感受并产生思维器官。 在古代,我国古代诸子百家曾对产生智能的器官进行探索和猜测,孟子和荀子认为产生思维 的器官是“心”。孟子曾说:“心之官则思”,荀子在《荀子?天论》中写道:“耳、目、口、 鼻、形,能各有接而不能相能也,夫是之谓天官。心居中虚,以治五官,夫是之谓天君。”现 在看来古代先哲对于人的器官在发挥思维的功能猜测是不对的,但是在在两千年前就提出这样 的思想具有重要的意义,它是我国对智能产生的研究的一个重要起点。我国对于智能的研究经 历了很长的历史时期,人们都认为产生思维的器官是“心”,直到公元 12时期金代才有了新的 认识,在金朝时期,医学家张洁古认为人脑在从感官到获得认识的过程中,大脑起着关键的作 用。这是我国对智能探索的一个转折点,真正意义上找到了产生思维的器官是大脑这一重大科 学的发现。 2.2.2 人工智能诞生的科学理论支持 在人工智能研究的发展历程中,很多科学理论为人工智能研究提供了支持。 2.2.2.1海森堡的不确定理论 不确定理论又称“测不准原理”是德国物理学家海森堡于 1927年提出的,海森堡对于测不准原 理是这样定义的:对任何物体进行测量,并且它的动量的不确定量是?p,同时对它的 x位置就 不能知道的比不确定量?xh/?p更精确。任何时刻的位置不确定量和动量不确定量的乘积都 必须大于普朗克常量。即:?x?h/?p或?p?h/?x。该原理表明:一个微观粒子的某些物理 量不能同时具有确定的数值。在人类社会以及整个客观世界中存在着许多不确定因素,这些不 8南京航空航天大学硕士学位论文 确定因素表现为模糊性和随机性,其中复杂的系统演化和人类智能的进化都有随机因素,这种 量子力学的不确定性给予我们的很多重要的启示,复杂的网络、人类思维变 异和进化都体现了 不确定性,海森堡的不确定理论是物理学的重大发现,同时具有重要的意义就是在机器在模仿 人类智能的不确定性方面提供宝贵的思想理论依据。 2.2.2.2歌德尔的不完备理论 歌德尔的不完备理论论证自然科学的不确定性的结果是:所有的公理化形式系统都是不完 备的,这就是说数学的能力不完美的、有限的,它的缺陷就是不能证实其相容性,不能证明所 有的论题真和假,都可能有不相兼容的东西,具有相互矛盾性。歌德尔的不完备理论不仅仅在 数学上带来极大的影响,而且其中一些整数函数是无法计算的观点为图灵的研究提供了思想材 料,启发了图灵对于机器模仿思维的研究,为图灵机的研究奠定了理论基础。 2.2.2.3图灵:智能的本质1950年,自然哲学家、人工智能开拓者图灵在《思想》杂志上发表了一篇论文《机器能思 维吗?》,在文章中他提出了著名的“图灵实验”,针对“机器能不能思维?”给与了巧妙的 回答。他设计了一种由 3个人参加的“模仿游戏”。其中一个人是询问者,他单独在一个房间 里与其他两个人分别通过电传打字机联系,他可以向这两人提各种问题。图灵设想:如果在这 个游戏中用一台机器代替一个被询问者,情况会怎样?这种“模仿游戏”后来被称为“图灵测试”。 图灵给出了“机器思维”的行为主义定义,并且对人工智能的研究提出初步的设想。他建议不 要关心机器能不能思维,而是要看机器能否通过智能行为的测验,他针对一些哲学家的“机器 不能思维”给予强有力的反驳,他倡导要关心机器对人类的行为模拟而不是关心这个模拟是“真 实的”还是“模拟的”,关心如何创造模拟人类行为的算法或程序。在取得了一系列成就以后, 他进一步得出了结论是:直觉是可以计算和操作的思想,并认为机器是能模拟人类心灵活动的。 2.2.2.4 维纳控制论:动物和机器中控制和通信的科学 20世纪中期,诺伯特?维纳的控制论带动了整个控制理论根本变革,该理论是用统一的观 点研究动物和机器,成为人工智能研究的一个重要的理论基础。维纳的《控制论》中基本思想 是:“用统一的观点讨论控制、通信与计算机,指出了计算机与神经系统工作机理的相似性; 找出它们的内在联系;控制论建立在统计的理论基础上,分析了控制系统中信息流的统计性质, 将自动控制的研究提高到一个新阶段,为生物学、物理学、和化学的研究开 辟了一条新途径; [1] 还首次提出以计算机为中心的自动化工厂的思想。” 维纳将机器与生物的控制和通讯机制进 行类比,抽象出它们的共同特征。在《控制论》中他指出:“就其控制行为而言,所有的人工 系统都模仿生物系统,但没有任何一种生物系统模仿人工系统。”维纳对于生物神经系统及其 信息处理机制的观点,引起了人们对生物神经系统进行模仿研究的兴趣。维纳在《控制论》中 9 人工智能研究纲领的基本问题和发展趋势 写道:“能够做计算系统所做工作的人和动物的神经系统,它们的工作单元动作起来就像继电 器。这个事实值得我们注意,这些工作单元就是所谓的神经元或神经细胞。”1948年诞生的维 纳控制论对人工智能研究产生的影响是把过去的传统的模拟发展到功能模拟, 这是人工智能研 究的一个新的历史阶段,这个转变的重大意义就是使得机器代替人类智能的部分智能变成了可 能,使得人工智能研究途径转向了功能模拟,带动人工智能向纵深发展。在维纳的思想的带动 下 20世纪五十年代兴起了基于开关网的神经系统模拟研究。 Simon和 Newell称,用计算机程 序实现的人对弱结构化问题的求解搜索方法为弱方法,这是继承了维纳控制论思想的精华。 总之,推动智能学发展的科学理论还有很多,有心理学的、语言学生物学等,从正是这些 众多学科的力量的集合,才能推动智能学从理论到实践的发展。人工智能在外部有科学理论的 支持,其内部也在不断进步着,尽管其内部发展有着不平衡性,也正是这些问题才带来诸多的 解决途径,这些途径有的是从物理方面,有的是从生物和心理方面的等等。 2.2.3 人工智能诞生的社会动因 人们对知识的渴望是人工智能诞生的又一动因。科学和技术是促进发展的主要因素,随着 社会的科学和技术的发展,人类社会趋向于信息爆炸社会,所谓信息爆炸就是指一段时间信息 的巨量生产和高速传播,也是人们对当代社会大量出现并加速增长的各种信息现象的一种形象 化描述。而事实就是我们今天的时代已经是全球信息爆炸的时代,据新华网关于“美国研究揭 [2] 示全球‘信息爆炸’现状” 的研究结果证明了:加利福亚大学伯亚利分校研 究人员发现,仅 过去 3年中,全球生产出的信息量就翻了一番。美国的弗里蒙德?里德在 1944年发表的著作《学 者和未来的科研图书管》中提到了“信息爆炸”,他统计出美国科研图书管每 16年就增长一倍, 并以耶鲁大学图书馆为例来验证他研究成果,他推测到 1938该馆藏书能增加到 260万部左右, 通过调查发现耶鲁大学的实际藏书为 274.8万部,表明了实际调查结果和理论上的“标准增长” 很接近。美国科技史专家德里斯?普莱斯在他的名著《巴比伦以来的科学》一书中,对知识量 的增长进行了推算,得出了知识量是按指数增长规律来增长的,他这样解释到:如果把 1950 [7] 年的科学知识量计算为 2倍,那么 1900年就增长到 4倍,1950年就增长到 8倍。 关于“信息爆炸”还有很多著作,例如 1982年丹尼?贝尔出版的《后工业社会的到来》、 约翰?奈斯比特的 1983年出版的《大趋势:改变我们生活的十个新趋向》,1980年阿尔温?托 夫勒出版的《第三次浪潮》,1975年美国的阿尔温?托夫勒就向世界疾呼“第三次浪潮”到来, 接踵而来的是经济的高速增长、能源市场的繁荣及信息资源大增等,他在 1980年出版的具有影 响力的著作《第三次浪潮》,在美国知识界几乎是人手一册,在书中托夫勒通过列举了大量的 事实来证明信息时代对人类的影响,对人类社会进行划分,对新技术革命的展望以及对未来标 10南京航空航天大学硕士学位论文 准化发展前景和信息化社会社会特征进行了论述和推测。现如今经济的增长带来了全球一体化 的进程加快,20 年来的大量实践证明,随着全球经济一体化进程的不断加快,标准化已经冲破 国界,成为人类共同的行动准则,只要有人类活动的地方就有标准化在发挥作用,标准化无论 [3] 在深度方面还是广度方面,都得到了有史以来最蓬勃的发展。 如今网络资源给人们之间交流 和沟通同时,也给信息流通提供了快捷的通道,人们可以足不出户就能了解外面的世界,这说 明科学和技术技带动了信息的增长,同时,信息增长也为科学研究提供了很大的便利,如果没 有信息的流通,那么科学研究着就很难及时地把握最新动态,导致重复研究而浪费精力。 因此,在信息剧增的社会里,人们如果要收集和处理大量的信息,对大量复杂的信息进行 存储和收集是社会急需解决的问题,随着电脑的发明这些问题得到了一些缓解,但是电脑的能 量是有限的,不能容纳巨大的信息流,所以人们自然会想到,能否制造一种可以容纳很大信息 容量机器,并且这种机器还能具有和人类相似的智慧,帮助人们减轻信息爆炸时代带来的繁重 的劳动,所以对智能机器的研制就在信息爆炸的时代自然就会提出来了。 11 人工智能研究纲领的基本问题和发展趋势 第三章 人工智能三大研究纲领的成就和问题 3.1 人工智能研究纲领的历史回顾 3.1.1 符号主义的历史回顾 符号主义大概经历了几个阶段:1955-1965年的知识表达和搜索阶段,这一阶段的主要任 务是借助离散符号系统的功能实现知识的获取、表达和处理,从而揭示计算机如何能借用称为 “意义?目标分析”的通用启发技术解决特定领域的问题。第二阶段是(1965?1975)建构微 型世界阶段。试图建构一个嵌入机器的“微型世界”,这种微型世界是对真实世界特征的极大 简化。第三阶段是寻求极小常识知识集合的阶段,是 1975至今,从尽量少的 知识集合出发,试 图通过借助经典和非经典的演绎推理的形式实现对整个知识体系的把握来演绎出整个知识系 统。 最早的人工智能研究是起源于心理学,以逻辑为基础对智能研究,其中包括符号表达、启 发式编程和辑推理等。冯?诺依曼和图灵是符号主义研究纲领的的奠基人,他们试图通过符号 化编程来实现人工智能,冯?诺依曼在《关于离散变量自动电子计算机的草案》中提出了在计 算机的存储器如何存放自动运行程序,并自动运行程序的问题,解决了计算机如何工作的问题。 1950年图灵在《思想》上发表了一篇论文《计算机和智力》,即后来改名名《机器能思维吗?》 中提出了人工智能是解决软件和信息编码的问题,他在文章中建议:不要问:“机器是否能思 维”,而是要关心机器能否通过行为测验,他又提出了著名的图灵测验,其思想是:判断一台 计算机能否具有智能的“模拟游戏”(测试方法),解决了人工智能如何在计算机中得到实现 的问题。他们的工作奠定了关于人工智能符号主义研究,从 20世纪 50年代开始的人工智能研 究一般都是建立在图灵机的研究基础之上。但是真正的符号主义研究纲领的形成是在 1976年纽 厄尔A? Newell和西蒙H?A? Simon在《计算机协会通讯》上发表了著名论文《作为经验探 索的计算机科学:符号和搜索》,他们认为:“它是复合型的,因为任何单个的基本事物都不 能说明智能的全部表现。正如不存在能通过自己的特殊性质表示生命实质的‘生命原理’一样, [4] 也不存在任何‘智能原理’”。 计算机具有存储和处理符号的能力,“对于这些表达式、符 [4] 号和对象的结构而言,有两个核心的观念:指称和解释。” “我们这里的目标并不是从外部 世界做出理解。我们要考察这门科学指人工智能,作者的一个方面??通过经验探索而形成 [4] 的新的基本理解” 。“由纽厄尔和西蒙提出的这一假设是具有里程碑的意义的,它从理论上 正式做出了关于计算机和人类智能之间的逻辑关联的解释,第一次系统地回答了两者的等价性 12南京航空航天大学硕士学位论文 [5] 问题,使‘物理符号系统假设’成为了人工智能研究的主流纲领和基本范式。” 3.1.2联结主义的历史回顾 20世纪 40年达人工神经网络的诞生。联结主义受到心理学的启发,1943美国心理学家麦 卡洛克和数理逻辑学家皮茨提出了神经元的数学模型 M-P,完成有限的逻辑运算,标志着神经 网络研究诞生。 20世纪 40到 50年代中期人工神经网络发展阶段。 1944年心理学家 Hebb提出了著名的 Hebb 规则,用来改变神经元之间的强度,为各种神经网模型产生了很大的影响,1957年计算科学家 研制了最早的神经网络模型??感知器,这是把理论运用到实际的成功的例子,感知器的研制 成功形成了人工神经网络的第一次热潮。 20世纪 60年代人工智能研究陷入低谷。1969年 Minsky 和 Papert在《Percepton》指出: 神经网络只能用于线性问题的求解,而不能解决一些简单的非线性问题。他们对于感知器的结 论是悲观的,甚至认为它无科学价值可言。这个论断给予人工神经网络很大的打击,由于 Minsky 在学术界的地位和影响,使人工神经网络这一领域的研究陷入低潮。20世纪 70年代到 80年代的再一次发展高潮。20世纪 80年代认知科学发生了一场“人工 神经网络革命”,认知科学的“联结主义”研究范式诞生,联结主义范式是基于对人类认知机 制的另一种不同的理解,认为一切人类认知活动完全可归结为大脑神经元的作用。由于线路微 型化的物理极限,计算机遇到了一些常识和经验问题,这给线性理论为基础来模拟视觉听觉的 人工智能专家遇到了困难,这迫使人们放弃冯?诺依曼的原理,开始寻求新的途径。到了 80 年代,由于光学技术、超导技术和 VLSI给人工网络研究提供了重要的技术支持,为人工神经 网络实现在硬件上提供了技术上的可能性。随着人工神经网络渗透到各个领域,并在智能控制、 非线性性优化、机器人等方面取得很大的进展,从而带动人工神经网络研究进入了高潮。 3.1.3 行为主义的历史回顾 行为主义思想最初起源于控制论,20世纪 60-70年代人工智能的研究主要是面对规则的系 统和逻辑推理的方法,20世纪 90年代开始进入了人工生命和模拟进化计算的研究,试图通过 用计算机生成自然生命系统行为的仿真系统,了解现实世界中的生命和生命 过程。其理论是建 立在细胞自动机理论、形态形成理论、非线性科学理论和遗传理论之上,通过认知主体在感知 刺激后,并通过自适应、自学习、自组织方式产生适当的行为响应,研制出具有自学习、自适 应、自组织特性的智能控制系统。“当 1990年托马斯?雷(Tomas Ray)意外发现他所设计的复 杂程序梯尔拉(Tierra)在机器上演化出了一个丰富多彩的电子生态系统时,他看到了从人工有 13 人工智能研究纲领的基本问题和发展趋势 机体最基本的结构中涌现出一种令人吃惊的复杂性,行为主义倡导者认为这是进化的威力。他 们认为,进化过程完全可以独立于特殊的物质基质,可能简单地发生在为了争夺存储空间的计 算机程序的某种聚合中,就像在早期环境中以碳为基础的有机体在竞争中发生的进化过程那 [6] 样。” 在人工智能专家的努力下 2000年研制出具有一定自行设计与进化功能的机器人,但是 这种自适应性和自学习与人相差深远,行为主义倡导者明斯基 1990年也不得不承认,“人脑在 进化过程中形成了许多用以解决不同问题的高度特异性的结构,认知和智能 活动不