Ref秦世引(北航)智能科學(xué)的崛起.ppt

從維納的控制論到現(xiàn)代智能科學(xué)的崛起試論現(xiàn)代智能科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè),秦世引北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院,引言“系統(tǒng)”是當(dāng)今文化中最深邃的概念之一。人類文化所產(chǎn)生的這個(gè)分支將在相當(dāng)長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)期內(nèi)支配著未來(lái)的文明世界。從維納的巨著控制論問(wèn)世到現(xiàn)代智能科學(xué)的強(qiáng)力崛起，經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程。在此期間，系統(tǒng)與控制科學(xué)一直以科學(xué)史上少有的速度迅猛向前發(fā)展。事實(shí)證明，在整個(gè)二十世紀(jì)中,系統(tǒng)與控制科學(xué)的理論和實(shí)踐對(duì)人類的生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生了重大的影響。在今后還將繼續(xù)產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。,主要內(nèi)容1.維納控制論的歷史淵源2.從維納的控制論到錢(qián)學(xué)森的工程控制論3.歷史的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒4.“智能(Intelligence)”與“智力(Mind)”5.現(xiàn)代智能科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè),1.維納控制論的歷史淵源維納在1954年出版的回顧其科學(xué)生涯的著作我是一個(gè)數(shù)學(xué)家中曾自述道：“我寧愿選擇在清華大學(xué)任客座教授的1935年作為創(chuàng)立控制論的起點(diǎn)”?！翱刂普摰闹毕底嫦仁菤W洲的萊布尼茨，但其哲學(xué)基礎(chǔ)和古典的中國(guó)自然哲學(xué)觀有著密切的關(guān)系?！笨刂普摰哪康脑谟趧?chuàng)造一種語(yǔ)言和技術(shù)，使我們能有效地研究一般的控制和通信問(wèn)題，同時(shí)也要尋找一套恰當(dāng)?shù)乃枷牒图夹g(shù)，以便通信和控制問(wèn)題的各種特殊表現(xiàn)都能借助一定的概率加以分類。在控制和通信中，我們總是要同組織程度降低和意義模糊不清這種自然界的趨勢(shì)作斗爭(zhēng)，這種趨勢(shì)正是吉布斯告訴我們的熵的增長(zhǎng)。(維納自述),1.維納控制論的歷史淵源1845年，著名的法國(guó)物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家安培在論科學(xué)的哲學(xué)中給關(guān)于國(guó)務(wù)管理的科學(xué)取了一個(gè)名字控制論(Cybernetics)。安培企圖建立這樣一門(mén)政治科學(xué)的龐大計(jì)劃并沒(méi)有得到結(jié)果，恐怕也不會(huì)有結(jié)果。在第二次世界大戰(zhàn)期間，各國(guó)之間的戰(zhàn)爭(zhēng)大大促進(jìn)了另一個(gè)科學(xué)部門(mén)的發(fā)展，這就是關(guān)于機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的控制與操縱的科學(xué)。維納就借用安培所創(chuàng)造的名稱“控制論”來(lái)稱呼這門(mén)新的科學(xué)。而且，這門(mén)科學(xué)對(duì)于現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)是非常重要的?？梢?jiàn)，其中的諷刺意味了。,1.維納控制論的歷史淵源維納的控制論是關(guān)于怎樣把機(jī)械元件和電氣元件組合成穩(wěn)定的并且具有特定性能的系統(tǒng)的科學(xué)。這門(mén)新科學(xué)的一個(gè)非常突出的特點(diǎn)就是完全不考慮能量，熱量和效率等因素，可是，在其他各門(mén)自然科學(xué)中，這些因素是十分重要的。控制論所討論的主要問(wèn)題是一個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)不同部分之間的相互作用的定性性質(zhì)，以及整個(gè)系統(tǒng)的總體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在20世紀(jì)初，PID調(diào)節(jié)概念的提出，導(dǎo)致了20年代在美國(guó)等國(guó)家開(kāi)始采用PID調(diào)節(jié)器。20年代，布萊克首先運(yùn)用反饋概念說(shuō)明電子放大器輸出信號(hào)經(jīng)變換后回送到輸入端的電路原理（1927）。從而使反饋原理的研究和運(yùn)用成為系統(tǒng)與控制科學(xué)中永恒的主題之一。,1.維納控制論的歷史淵源30年代，奈奎斯特，玻德等人建立了反饋放大器理論（1932）。著名的奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)和玻德圖為控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)提供了有效的理論工具。因此，J.S.Albus和A.M.Meystel認(rèn)為:“WeinertransformedthetheoryoffeedbackcontrolintoascienceofintelligentsystemsandcoinedthetermCybernetics.”(2001)然而,維納在控制論中把人和機(jī)器并列甚至等同的提法卻在其問(wèn)世后的前些年中遭到了前蘇聯(lián)及東歐等國(guó)家的攻擊和批判,被誣為發(fā)動(dòng)的偽科學(xué)和為帝國(guó)主義服務(wù)的戰(zhàn)爭(zhēng)工具等。,2.從維納的控制論到錢(qián)學(xué)森的工程控制論工程控制論的目的是研究“控制論”這門(mén)科學(xué)中能夠直接用在工程上設(shè)計(jì)被控系統(tǒng)與控制器的那些部分。工程控制論是一門(mén)技術(shù)科學(xué)。技術(shù)科學(xué)的目的是把工程實(shí)際中所用的許多設(shè)計(jì)原則加以整理與總結(jié)，使之成為理論，因而也就把工程實(shí)際的各個(gè)不同領(lǐng)域的共同性顯示出來(lái)，而且也有力地說(shuō)明一些基本概念的重大作用。理論分析是技術(shù)科學(xué)的主要內(nèi)容，而且常常用到比較高深的數(shù)學(xué)工具。把“工程控制論”建成一門(mén)技術(shù)科學(xué)的好處是：能賦予人們更寬闊、更縝密的眼光和更系統(tǒng)的方法去觀察和處理老問(wèn)題，為解決新問(wèn)題開(kāi)辟意想不到的新前景。,2.從維納的控制論到錢(qián)學(xué)森的工程控制論關(guān)于工程控制論的討論，應(yīng)該合理地包括科學(xué)中對(duì)于工程實(shí)踐可能有用的所有方面，尤其是不應(yīng)該僅僅由于數(shù)學(xué)的困難而逃避任何一個(gè)問(wèn)題，其實(shí)，深入地考慮一下就會(huì)發(fā)覺(jué)，任何一個(gè)問(wèn)題在數(shù)學(xué)上的困難常常帶有很大的人為因素。只要把問(wèn)題的提法稍微加以改變，往往就可以使問(wèn)題的數(shù)學(xué)困難減輕到進(jìn)行研究工作的工程師所能處理的程度。錢(qián)學(xué)森的EngineeringCybernetics的出版，從根本上消除了前蘇聯(lián)和東歐一些國(guó)家對(duì)維納控制論的敵視和批判態(tài)度，并悄悄地修改了各種辭書(shū)中的詞條，肯定控制論是一門(mén)“研究信息與控制的一般規(guī)律的新興科學(xué)”。,3.歷史的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒毫無(wú)疑問(wèn)，維納的控制論是劃時(shí)代的巨著。但從維納的控制論到錢(qián)學(xué)森的工程控制論，時(shí)間間隔只有6年時(shí)間，卻實(shí)現(xiàn)了由“哲學(xué)爭(zhēng)論”到“科學(xué)肯定”的大轉(zhuǎn)折。這正應(yīng)了中國(guó)古典哲學(xué)思想中“理先在，一成不變；道創(chuàng)生，變動(dòng)不居。理規(guī)定著一切，道可完成一切”的信條。智能科學(xué)在相當(dāng)程度上是屬于技術(shù)科學(xué)的范疇，在智能科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè)方面，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真的研究并借鑒從維納的控制論到錢(qián)學(xué)森的工程控制論的創(chuàng)生經(jīng)驗(yàn)，還可以從三次數(shù)學(xué)危機(jī)中借鑒處理問(wèn)題的方法，緊密聯(lián)系實(shí)際，將自下而上和自上而下的思想策略相結(jié)合，構(gòu)筑并逐步完善智能科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè)。,4.“智能(Intelligence)”與“智力(Mind)”關(guān)于智能（intelligence）的廣義化定義（Albus&Meystel）Wedefineintelligenceastheabilityofasystemtobehaveappropriatelyinanuncertainenvironment,whereappropriatebehavioristhatwhichmaximizesthelikelihoodofsuccessinachievingthesystemsgoal.智力(mind)與智能（intelligence）的關(guān)系（Albus&Meystel）Mindwillemergefromintelligentsystems,andintelligencewillemergefromthejointfunctioningoffourfundamentalprocesses:behaviorgeneration,worldmodeling,sensoryprocessing,andvaluejudgment.Mindismorethanintelligence.Intelligenceismerelyaprerequisite,asubstrateinwhichmindmayemerge.Themindgoesbeyondsimplygeneratingappropriatebehavior.Theminddistinguishesbetweenrightandwrong,goodandevil,andsoon.Manyaspectsofmindwilleludescientificunderstandingforalongtime.Nevertheless,wepredictthatasmoreislearnedaboutthefundamentalmechanismsofintelligence,someofthedeepermysteriesofmindwillberevealed.,4.“智能(Intelligence)”與“智力(Mind)”可見(jiàn)，在考慮智能科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè)時(shí)，不僅要涉及面向復(fù)雜系統(tǒng)的“智能（intelligence）”理論方法和工程實(shí)現(xiàn)，而且還要勇敢面對(duì)來(lái)自智力（mind）計(jì)算理論和智力的工程實(shí)現(xiàn)等方面的挑戰(zhàn)。有人樂(lè)觀地宣稱：Weareatapointinhistorywheresomeofthedeepestmysteriesarebeingrevealed.Infact,weareatthedawningofanagewheretheengineeringofmindisfeasible.However,webelievethattheengineeringofmindisanenterprisethatwillproveatleastastechnicallychallengingastheApolloprogramortheHumanGenomeproject.Acomputationaltheoryofmindmayenableustodevelopnewtooltocureorcontroltheeffectsofmentalillness.Theengineeringofmindismuchmorethanthepursuitofscientificcuriosity.Itismoreeventhanamonumentaltechnologicalchallenge.,5.智能科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè)現(xiàn)階段智能科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和當(dāng)年控制論科學(xué)的創(chuàng)生情況有相似之處,一方面應(yīng)用需求甚高，發(fā)展也很迅猛；另一方面，理論基礎(chǔ)又相對(duì)很薄弱，大有理論滯后于應(yīng)用之感。所以，錢(qián)學(xué)森關(guān)于創(chuàng)立一門(mén)“工程控制論”技術(shù)科學(xué)，賦予人們以更寬廣，更縝密的眼光觀察舊問(wèn)題，為解決新問(wèn)題開(kāi)辟新前景的論斷值得我們深思和借鑒。根據(jù)本人的研究心得和體會(huì)，認(rèn)為以下幾個(gè)方面的內(nèi)容值得深入研究，其成果將豐富和發(fā)展智能科學(xué)與技術(shù)的理論體系，對(duì)于促進(jìn)智能科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)理論建設(shè)大有裨益。,（1）智能科學(xué)的數(shù)學(xué)體系計(jì)算智能（從進(jìn)化計(jì)算到自然計(jì)算）；（2）智力（mind）的計(jì)算理論和工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)；（3）知識(shí)模型的變換方法和工具從規(guī)則集合到