机制主义方法与AI统一理论课件

知行学：AI理论的重大创新研究钟义信智能科学研究中心北京邮电大学yxzhong@知行学：AI理论的重大创新研究钟义信1目录一，理论现状：鼎足三分二，创新奥秘：方法突破三，机制主义：破竹之势四，三分一统：意义深远目录一，理论现状：鼎足三分二，创新奥秘：方法突破三，2一，理论现状：鼎足三分一，理论现状：鼎足三分3传统研究的一般途径结构行为功能传统研究的一般途径结构行为功能4结构主义的AI理论从结构主义的观点考察，发现：智能的寓所在大脑皮层，它由大量非线性神经元互联而成并行处理的神经网络。结构主义的AI理论从结构主义的观点考察，发现：智能的寓所5结构主义AI理论的成就与问题成就：简化的人工神经网络在模式识别、故障诊断、联想记忆、组合优化问题求解等许多方面获得了成功的应用。问题：生物神经元和神经网络的结构和功能都很复杂，完全的技术实现几乎遥不可及。简化的神经元和简化的神经网络，智能水平也被简化掉了。结构主义AI理论的成就与问题成就：简化的人工神经网络在模6功能主义的AI理论从功能主义的观点考察发现：智能系统可以理解为某种符号逻辑运算系统，它可以计算机为平台，编制聪明程序。程序库求解问题程序调用成功？修改诊断拷贝存入备用知识NY功能主义的AI理论从功能主义的观点考察发现：智能系统可以7功能主义AI理论的成就与问题成就：典型的成就是建筑在知识工程基础上的专家系统，它们在许多领域都有成功的应用（医疗、咨询、培训、预测等）问题：求解问题编程需要知识，而知识主要靠人工获取，工作量大，而且难以“充分”，使专家系统太专；

符号逻辑求解问题需要逻辑推理，而现有逻辑能力不够强大，各种逻辑缺乏沟通。功能主义AI理论的成就与问题成就：典型的成就是建筑在知识8行为主义的AI理论从行为主义的观点考察发现：实现智能系统的最直接的方法是仿造系统的

“模式-动作”关系：识别输入模式，产生相关动作；无需知识表达与推理。模式识别动作关联输入模式输出动作成果：行走机器人（仿造“六脚虫”）行为主义的AI理论从行为主义的观点考察发现：实现智能系统9现有理论的问题问题一，结构主义面临“结构复杂性”的困难；功能主义面临“知识困难性”的困难；行为主义面临“智能局限性”的问题。问题二，三者之间不默契，不协调，少沟通；常有“孰优孰劣”之争。这种情形表明：现有理论不到位，需要革新。现有理论的问题问题一，结构主义面临“结构复杂性”的困难；问题10二，创新奥秘：方法突破二，创新奥秘：方法突破11方法论的分析结构行为功能机制主义

结构、功能、行为都只是从某一个侧面观察智能，难以完全触及它的本质；为了避免复杂问题环境下的新“盲人摸象”，必须重视“机制主义”。机制则要贯通智能生成的全过程，从而能够真正揭示智能生成的本质。

方法论的分析结构行为功能机制主义结构、功能、12

典型的“智力生成过程”感觉器官神经系统认知效应器官外部世界决策神经系统思维器官典型的“智力生成过程”感觉器官神经系统认知效应器13人类智力的信息本质信息获取信息传递信息认知信息执行外部世界信息再生信息传递认识论信息知识智能策略狭义智能本体论信息认识论信息智能策略智能行为人类智力的信息本质信息获取信息传递信息认知信息执行外部世界信14知识创建知识激活认识论信息知识智能策略认知决策智能生成的核心机制：信息知识智能“转换”知识创建知识激活认识论知识智能认知决策智能生成的核心机制15三，机制主义：破竹之势三，机制主义：破竹之势16相关理论的起始状态知识论19481943？信息论智能论19561990相关理论的起始状态知识论19481943？信息论智能论19517已经积累的工作基础知识理论框架全信息理论智能理论与技术198620001992“全信息理论”，见《信息科学原理》，北邮出版社，1988“知识理论框架”，中国工程科学，2000，9，p.50-64“信息-知识-智能转换理论”，中国工程科学，2004，6，p.1-8“智能理论与技术”，邮电出版社，1992已经积累的工作基础知识理论框架全信息理论智能理论与技术19818“全信息理论”概要本体论信息：事物关于“自身运动状态及其变化方式”的自述认识论信息：主体关于事物运动状态及其变化方式的表述，包括这些状态/方式的形式、含义和价值。符号客体主体语法信息符号序列序列内容序列价值语义信息语用信息“全信息理论”概要本体论信息：事物关于“自身运动状态及其变19全信息的表示与计算全信息的描述参量：语法信息：符号序列（矢量）的语法结构合法度C语义信息：符号序列（矢量）的内容逻辑合理度T语用信息：符号序列（矢量）的效用价值满足度U全信息的测度：单纯语法信息测度

I(C,C*;R)

单纯语义信息测度

I(T,T*;R)单纯语用信息测度

I(U,U*;R)综合语义信息测度

I(,*;R)综合语用信息测度

I(,*;R)–全信息Shannon信息论是“全信息理论”的概率型性语法信息。全信息的表示与计算全信息的描述参量：语法信息：符号序列（矢量20“知识论”概要知识：主体关于“事物运动状态及其变化规律”的表述，包括它们的形式（形态知识）、含义（内容知识）、价值（效用知识）。知识创建：由信息提炼。知识的定量度量：与全信息的度量在形式上具有相似性。知识生长阶段：经验知识，规范知识，常识知识。（知识工程、数据挖掘、知识发现是“知识理论”的某些部分）知识论包含三部分：基础；知识创建；知识激活。知识激活：在目的引导下生成智能策略。“知识论”概要知识：主体关于“事物运动状态及其变化规律”21转换算法（1）：本体论信息认识论信息本体论信息：事物关于自身“运动状态及其变化方式”的表述认识论信息：主体关于“事物运动状态及其变化方式”的表述包括形式（语法信息）、内容（语义信息）和价值（语用信息）的表述传感赋权（义-效）知识库本体论信息认识论信息转换算法（1）：本体论信息认识论信息本体论信息：事物关于自22转换算法（2）：认识论信息知识归纳算法“归纳”算法“演绎”算法语法信息语用信息目标形态性知识效用性知识内容性知识知识：主体关于“事物运动状态及其变化规律”的表述，包括状态/规律的形式（形态性知识）、含义（内容性知识）

和价值（效用性知识）的表述转换算法（2）：认识论信息知识归纳算法“归纳”算法“演绎”23转换算法（3）：知识智能策略知识具有三种生长阶段：经验知识，正规知识，常识知识训练（NN-FS-RS）演绎（ES）联想（S-A）经验知识规范知识规范知识常识知识验证普化信息智能策略智能策略智能策略信息信息转换算法（3）：知识智能策略知识具有三种生长阶段：经验知识24机制主义方法与人工智能统一理论：知行学外部刺激经验知识常识执行系统智能行为感知系统NN-FS-RS-DM-KDES-KESensor-Motor验证普化信息智能策略知识知行机制主义方法与人工智能统一理论：知行学外部经验知识常识执行智25四，三分一统：意义深远四，三分一统：意义深远26结构主义（人工神经网络）、功能主义（专家系统）和行为主义（感知-动作）在机制主义框架下实现了统一。虽然还有许多问题有待进一步深化，但基于机制主义方法的“知行学”形成了正向合力，将有力地推动智能科学理论的深入和发展，因而意义重大。颇有意义的是，人工智能理论的这一进展有可能反过来推动生物智能理论的深化和发展。结构主义（人工神经网络）、功能主义（专家系统27部分成果的初步应用Internet信息检索与抽取分类索引与文摘机器翻译信息内容安全守护

面向奥运的个性化信息服务部分成果的初步应用Internet信息检索分类索引机器翻译信28应用性研究结果表明，理论有效（远未完善）；但是，“坚冰已经打破，航道已经开通”。“能量转换定律”曾经是工业时代科学技术的基石；而“信息-知识-智能转换理论”则是信息时代科学技术的灵魂。

智能科学技术是现代科学最广阔的天地，最精彩的篇章最激动人心的前沿；现有理论成果只是它最初的序幕。应用性研究结果表明，理论有效（远未完善）；但29谢谢！谢谢！30知行学：AI理论的重大创新研究钟义信智能科学研究中心北京邮电大学yxzhong@知行学：AI理论的重大创新研究钟义信31目录一，理论现状：鼎足三分二，创新奥秘：方法突破三，机制主义：破竹之势四，三分一统：意义深远目录一，理论现状：鼎足三分二，创新奥秘：方法突破三，32一，理论现状：鼎足三分一，理论现状：鼎足三分33传统研究的一般途径结构行为功能传统研究的一般途径结构行为功能34结构主义的AI理论从结构主义的观点考察，发现：智能的寓所在大脑皮层，它由大量非线性神经元互联而成并行处理的神经网络。结构主义的AI理论从结构主义的观点考察，发现：智能的寓所35结构主义AI理论的成就与问题成就：简化的人工神经网络在模式识别、故障诊断、联想记忆、组合优化问题求解等许多方面获得了成功的应用。问题：生物神经元和神经网络的结构和功能都很复杂，完全的技术实现几乎遥不可及。简化的神经元和简化的神经网络，智能水平也被简化掉了。结构主义AI理论的成就与问题成就：简化的人工神经网络在模36功能主义的AI理论从功能主义的观点考察发现：智能系统可以理解为某种符号逻辑运算系统，它可以计算机为平台，编制聪明程序。程序库求解问题程序调用成功？修改诊断拷贝存入备用知识NY功能主义的AI理论从功能主义的观点考察发现：智能系统可以37功能主义AI理论的成就与问题成就：典型的成就是建筑在知识工程基础上的专家系统，它们在许多领域都有成功的应用（医疗、咨询、培训、预测等）问题：求解问题编程需要知识，而知识主要靠人工获取，工作量大，而且难以“充分”，使专家系统太专；

符号逻辑求解问题需要逻辑推理，而现有逻辑能力不够强大，各种逻辑缺乏沟通。功能主义AI理论的成就与问题成就：典型的成就是建筑在知识38行为主义的AI理论从行为主义的观点考察发现：实现智能系统的最直接的方法是仿造系统的

“模式-动作”关系：识别输入模式，产生相关动作；无需知识表达与推理。模式识别动作关联输入模式输出动作成果：行走机器人（仿造“六脚虫”）行为主义的AI理论从行为主义的观点考察发现：实现智能系统39现有理论的问题问题一，结构主义面临“结构复杂性”的困难；功能主义面临“知识困难性”的困难；行为主义面临“智能局限性”的问题。问题二，三者之间不默契，不协调，少沟通；常有“孰优孰劣”之争。这种情形表明：现有理论不到位，需要革新。现有理论的问题问题一，结构主义面临“结构复杂性”的困难；问题40二，创新奥秘：方法突破二，创新奥秘：方法突破41方法论的分析结构行为功能机制主义

结构、功能、行为都只是从某一个侧面观察智能，难以完全触及它的本质；为了避免复杂问题环境下的新“盲人摸象”，必须重视“机制主义”。机制则要贯通智能生成的全过程，从而能够真正揭示智能生成的本质。

方法论的分析结构行为功能机制主义结构、功能、42

典型的“智力生成过程”感觉器官神经系统认知效应器官外部世界决策神经系统思维器官典型的“智力生成过程”感觉器官神经系统认知效应器43人类智力的信息本质信息获取信息传递信息认知信息执行外部世界信息再生信息传递认识论信息知识智能策略狭义智能本体论信息认识论信息智能策略智能行为人类智力的信息本质信息获取信息传递信息认知信息执行外部世界信44知识创建知识激活认识论信息知识智能策略认知决策智能生成的核心机制：信息知识智能“转换”知识创建知识激活认识论知识智能认知决策智能生成的核心机制45三，机制主义：破竹之势三，机制主义：破竹之势46相关理论的起始状态知识论19481943？信息论智能论19561990相关理论的起始状态知识论19481943？信息论智能论19547已经积累的工作基础知识理论框架全信息理论智能理论与技术198620001992“全信息理论”，见《信息科学原理》，北邮出版社，1988“知识理论框架”，中国工程科学，2000，9，p.50-64“信息-知识-智能转换理论”，中国工程科学，2004，6，p.1-8“智能理论与技术”，邮电出版社，1992已经积累的工作基础知识理论框架全信息理论智能理论与技术19848“全信息理论”概要本体论信息：事物关于“自身运动状态及其变化方式”的自述认识论信息：主体关于事物运动状态及其变化方式的表述，包括这些状态/方式的形式、含义和价值。符号客体主体语法信息符号序列序列内容序列价值语义信息语用信息“全信息理论”概要本体论信息：事物关于“自身运动状态及其变49全信息的表示与计算全信息的描述参量：语法信息：符号序列（矢量）的语法结构合法度C语义信息：符号序列（矢量）的内容逻辑合理度T语用信息：符号序列（矢量）的效用价值满足度U全信息的测度：单纯语法信息测度

I(C,C*;R)

单纯语义信息测度

I(T,T*;R)单纯语用信息测度

I(U,U*;R)综合语义信息测度

I(,*;R)综合语用信息测度

I(,*;R)–全信息Shannon信息论是“全信息理论”的概率型性语法信息。全信息的表示与计算全信息的描述参量：语法信息：符号序列（矢量50“知识论”概要知识：主体关于“事物运动状态及其变化规律”的表述，包括它们的形式（形态知识）、含义（内容知识）、价值（效用知识）。知识创建：由信息提炼。知识的定量度量：与全信息的度量在形式上具有相似性。知识生长阶段：经验知识，规范知识，常识知识。（知识工程、数据挖掘、知识发现是“知识理论”的某些部分）知识论包含三部分：基础；知识创建；知识激活。知识激活：在目的引导下生成智能策略。“知识论”概要知识：主体关于“事物运动状态及其变化规律”51转换算法（1）：本体论信息认识论信息本体论信息：事物关于自身“运动状态及其变化方式”的表述认识论信息：主体关于“事物运动状态及其变化方式”的表述包括形式（语法信息）、内容（语义信息）和价值（语用信息）的表述传感赋权（义-效）知识库本体论信息认识论信息转换算法（1）：本体论信息认识论信息本体论信息：事物关于自52转换算法（2）：认识论信息知识归纳算法“归纳”算法“演绎”算法语法信息语用信息目标形态性知识效用性知识内容性知识知识：主体关于“事物运动状态及其变化规律”的表述，包括状态/规律的形式（形态性知识）、含义（内容性知识）

和价值（效用性知识）的表述转换算法（2）：认识论信息知识归纳算法“归纳”算法“演绎”53转换算法（3）：知识智能策略知识具有三种生长阶段：经验知识，正规知识，常识知