計算科學思想

計算科學思想

(8)趙海上海交通大學計算機科學與工程系2010

zhaohai@1人工智能的哲學2典型問題人工智能自提出之日起就與哲學相關計算機或機器人是否能夠成為認識的主體？如果承認計算機有智慧，這種智慧能夠超越人類嗎？

3符號（邏輯）學派的觀點心靈和數字計算機都是物理符號系統(tǒng)。1983年，紐厄爾：數字計算機的工作范圍決定了計算機是操作數字的機器。擁護此觀點的人認為，重要的事情是每一件東西都可以經編碼成為數字，指令也不例外。反之，人工智能科學家們把計算機看作操作符號的機器。他們認為，重要的是每件東西都可以經編碼成為符號，數字也不例外。這種看待計算機的方式成為看待心靈的方式的基礎。紐厄爾和西蒙假設道：人類大腦和數字計算機盡管在結構和機制上全然不同，但是在某一抽象層次上具有共同的功能描述。在這一層次上，人類大腦和恰當編程的數字計算機可被看作同一類裝置的兩個不同的特例，這一裝置通過用形式規(guī)則操作符號來生成智能行為。紐厄爾和西蒙將其假設的來源追溯到弗雷格、羅素和懷特海，然而弗雷格及其追隨者們自身無疑也繼承了一個悠遠的、原子論的理性主義傳統(tǒng)。

4理性主義（Rationalism）歐洲理性主義是建立在承認人的推理可以作為知識來源的理論基礎上上的一種哲學方法。一般認為隨著笛卡爾的理論而產生，17-18世紀間主要在歐洲大陸上得以傳播。同時代相對的另一種哲學方法被稱為不列顛經驗主義，它認為人類的想法來源於經驗，所以知識可能除了數學以外主要來源於經驗。這里主要關注的是人類的知識來源以及證實我們所知的一種手段。理性主義者及經驗主義者的區(qū)別在當時并沒有被哲學家予以區(qū)分。事實上，有時兩者之間的區(qū)分并不像人們所說的那么顯著。三位主要的理性主義者都認同經驗科學的重要性，并且他們在研究方法及形而上學的理論上更接近笛卡爾而不是斯賓諾莎（Spinoza)和萊布尼茲（Leibnitz).盡管這種區(qū)分在著書立作時很有必要，對哲學本身不是非常有用。5回顧：理性主義（Rationalism）典型的理性主義者認為，人類首先本能地掌握一些基本原則，如幾何法則，隨後可以依據這些推理出其馀知識。最典型的持這種觀點的是BaruchSpinoza及GottfriedLeibniz，在他們試圖解決由笛卡爾提出的認知及形而上學問題的過程中，他們使理性主義的基本方法得以發(fā)展。Spinoza及Leibniz都認為原則上所有知識（包括科學知識）可以通過單純的推理得到，另一方面他們也承認現(xiàn)實中除了數學之外人類不能做到單純用推理得到別的知識。6理性主義（Rationalism）笛卡爾的理論相對來說更接近柏拉圖，他認為只有一些永恆真理（包括數學以及科學的認知及形而上學基礎）可以單純靠推理得到，其馀的知識需要藉助生活經驗以及必要的科學手段。更準確地說笛卡爾是一位重視形而上學的理性主義者，是一位重視科學的經驗主義者?？档拢↖mmanuelKant）開始時是一位理性主義者,但是經過休謨（DavidHume）的「將他從沉睡中喚醒」的著作的熏陶，他成了理性主義者以及經驗主義者的綜合體?，F(xiàn)在「理性主義者」表達一種人類行為應該由理性所支配的觀點（這種觀點被歐洲理性主義者以及類似的經驗主義者所認同）。7分析哲學分析哲學是一個哲學流派。以語言分析作為哲學方法的現(xiàn)代西方哲學流派或思潮。方法大致可以劃分為兩種類型：一種是人工語言的分析方法，另一種是日常語言的分析方法。在分析哲學家看來，二千多年來，科學取得了扎扎實實的進步，而哲學幾乎在原地循環(huán)，哲學的落后和科學的進步形成鮮明的對照。主要包括邏輯經驗主義和日常語言學派（見日常語言哲學），也包括批判理性主義以及20世紀60年代以后出現(xiàn)的不屬于這些支派的分析哲學家。分析哲學在20世紀30年代以來的英美哲學中，一直居于主導地位。8分析哲學的興起分析哲學的基本思想最初見于19世紀末德國哲學家、邏輯學家G.弗雷格(FriedrichLudwigGottlobFrege,1848–1925)的著作中，正式形成于20世紀初的英國。它繼承了D.休謨的唯心主義經驗論和A.孔德、E.馬赫等人的實證主義傳統(tǒng)，是在當時興起的數理邏輯的基礎上發(fā)展起來的。它的出現(xiàn)是對當時在英國哲學中居于主導地位的新黑格爾主義的一種反抗。其創(chuàng)始人除弗雷格外，主要有英國的伯特蘭·阿瑟·威廉·羅素、G.E.摩爾、L.維特根斯坦(LudwigWittgenstein，1889-1951)等人。弗雷格是現(xiàn)代數理邏輯的主要創(chuàng)始人，也是分析哲學的奠基者。他以分析哲學的貢獻主要在于，他所始創(chuàng)的數理邏輯成為大多數分析哲學家的主要研究手段，他在語言哲學方面的觀點對后來的分析哲學也有很大影響。此外，他對羅素、維特根斯坦和分析哲學的另一主要代表人物R.卡爾納普等還直接發(fā)生過影響。9邏輯經驗主義學派分析哲學中的邏輯經驗主義學派，又名邏輯實證主義或新實證主義，它形成于20世紀20年代中葉的奧地利，其核心是M.石里克所創(chuàng)立的維也納學派，主要成員有卡爾納普、O.紐拉特、H.漢恩等。H.賴興巴赫為首的德國經驗哲學協(xié)會，波蘭的A.塔斯基等邏輯學家組成的華沙學派，英國的A.J.艾耶爾、北歐的凱拉等人的觀點和理論。從20年代中葉到30年代中葉，是邏輯經驗主義在歐洲流傳的全盛時期。10邏輯經驗主義學派觀點

①把哲學的任務歸結為對知識進行邏輯分析，特別是對科學語言進行邏輯分析。②堅持分析命題和綜合命題的區(qū)分，強調形而上學的命題既不是分析命題,又不是綜合命題,而是毫無認識意義的偽命題，并由此提出“通過對語言的邏輯分析以消滅形而上學”的口號。但在40年代以后，這種反形而上學傾向逐漸減弱。③強調一切綜合命題都以經驗為基礎，提出“可證實性原則”，認為綜合命題只有在原則上可能被經驗所證實或證偽的情況下，才具有認識意義。后來由于這一原則受到批駁，又代之以比較緩和的“可檢驗性原則”或“可確認性原則”。④主張物理語言是科學的普遍語言，并由此提出以物理語言為基礎,把一切經驗科學還原為物理科學,實現(xiàn)“科學統(tǒng)一”。11日常語言學派分析哲學中的日常語言學派形成于20世紀30～40年代的英國。它包括以J.T.D.威斯頓為代表的劍橋學派和其后以G.賴爾、J.奧斯汀、P.F.斯特勞森等人為代表的牛津學派。日常語言學派觀點①認為日常語言本身是完善的，哲學混亂之所以產生，是由于哲學家們背離了日常語言的正確用法，通過研究日常語言的用法，就能澄清或“醫(yī)治”哲學中的混亂，因此沒有必要建立人工語言系統(tǒng)。②認為形而上學命題雖荒謬，但帶有啟發(fā)性，哲學家的任務是通過研究荒謬的形而上學命題了解概念系統(tǒng)的結構。③強調對日常語言進行語義分析，主張研究日常語言本身及用法，仔細分析與認識有關的某些具體詞匯。12符號（邏輯）學派的觀點紐厄爾和西蒙將其假設的來源追溯到弗雷格、羅素和懷特海，然而弗雷格及其追隨者們自身無疑也繼承了一個悠遠的、原子論的理性主義傳統(tǒng)。笛卡兒(RenéDescartes，1596年3月31日－1650年2月11日)已做過這樣的假定：所有的理解都是由形成和操作恰當的表述方式組成的，這些表述方式可以經分析成為本原元素，一切現(xiàn)象都可以理解為這些簡單元素的復雜結合形式。維特根斯坦在他的《邏輯哲學論》中闡述了心靈與實體關系的這種語法的、表述的觀點的純理論形式。他把世界定義為邏輯上獨立的原子事實的總和，事實轉而也可以徹底地分析為本原客體。他主張，這些事實，以及他們的組分和他們的邏輯關系都在心靈中得到表述。

13符號（邏輯）學派的觀點人工智能就是試圖找到主體中的這些本原元素和邏輯關系，該主體映射出構成世界的本原客體和他們之間的關系。紐厄爾和西蒙的物理符號系統(tǒng)事實上是把維特根斯坦的看法（它本身就是經典的理性主義哲學的頂點）轉換成經驗主義的主張，并依此形成研究綱領。但是他們對常識知識問題的忽視造成了符號信息加工的麻煩。

這一思想把我們帶回到哲學傳統(tǒng)。支持符號信息加工的，不僅是笛卡兒和他的傳人們，而且是整個西方哲學。根據海德格爾的說法，傳統(tǒng)哲學得以確定，從一開始就是因其關注世界中的事實而“忽略”世界本身。也就是說，哲學從一開始就系統(tǒng)地忽視或扭曲了人類活動的日常語境。此外，從蘇格拉底經由柏拉圖、笛卡兒、萊布尼茲和康德一直傳至常規(guī)AI的這一哲學傳統(tǒng)的分支，認為對某一領域的理解的理論是理所當然的。理論是根據抽象的原理（包括定律、規(guī)則、程序等）對客觀的、對語境無關的元素（簡單物、原素、特征、屬性、因素、數據點、線索等）之間的關系進行系統(tǒng)的闡述的。

14聯(lián)結論主義觀點聯(lián)結論主義把自己看作理想化、整體論的神經科學

聯(lián)結機制認為人類的認知不是簡單的符號運算，而是網絡整體結構活動的結果，網絡是時間動態(tài)系統(tǒng)，由類似于神經元的大量處理元素相互聯(lián)結在一起，每個單元都有不同的活性，即可以興奮和抑制其它單元，也可以受其它單元的興奮和抑制。認知過程就在于網絡從初始狀態(tài)到最后完成的穩(wěn)定狀態(tài)，而這個動態(tài)過程被看作是認知能力。

15聯(lián)結論主義觀點聯(lián)結機制推論：突觸是神經沖動從這個細胞跳到那個細胞的聯(lián)結點，這些突觸上的變化是學習和記憶的基礎。如感官的視覺沖動會以加強沿途所有突觸的方式在網絡上留下痕跡。差不多的情形同樣會發(fā)生在由耳進入的聽覺神經系統(tǒng)、或大腦內其它腦際活動。結果是隨意啟動的網絡會迅速將自己組織起來。通過某種正反饋，經驗被積累，強健的、經常被使用的突觸會變的更強健，而弱小，不經常使用的突觸會萎縮。被經常使用的突觸最后強健到一定程度后，記憶就被鎖定了。這些記憶反過來又會布滿整個大腦，每一個突觸都與一個復雜的突觸結構模式相對應，這些突觸結構模式包含了成千上萬個神經元這種描述被稱為“聯(lián)結論或聯(lián)結機制”。

鑒于以上推論，聯(lián)結機制認為人的思維基元是神經元，而不是符號；人的認知過程是權值的自組織而不是符號操作過程。因而認為人工智能應著重于結構模擬而不是功能模擬，既模擬人的生理神經結構。

16行為主義方法--控制論學派的哲學之爭控制論的哲學爭論中，主要集中在信息的本質與機器思維兩個問題上。這涉及哲學的基本問題，即精神與物質、意識與存在的問題。諸如提出信息究竟是物質還是精神，或者是與這兩者并列的“第三種東西”？這涉及唯物主義和唯心主義兩個基本哲學派別的劃分。信息的唯物主義觀點解釋和分析。一方面，信息離不開物質載體，但它本身不是物質，而是物質的結構、狀態(tài)和屬性的表征，是物質系統(tǒng)序性的標志。把信息歸結為物質的觀點是不能成立的。另一方面，信息是處于各個不同發(fā)展階段的物質系統(tǒng)的組織程度，只有最高級的物質系統(tǒng)的信息才體現(xiàn)出主觀性。把全部信息都概括為精神的觀點也是站不住腳的。第三種觀點認為信息既非物質又非精神，而是與物質和精神并列的“第三種東西”，并斷言信息概念消滅了唯物主義與唯心主義的根本對立，這種觀點值得商榷。信息概念有助于揭示從無感覺物質到有感覺物質的過渡，揭示從物理反映到意識反映的不同水平，從而更確鑿地闡明意識從物質派生的過程，而決不會消除唯物主義與唯心主義的對立。信息概念具有重大的哲學意義。人們從認識質量和能量到認識信息是人類認識史上的一次巨大飛躍。

17心腦計算由人腦表現(xiàn)出來的心智現(xiàn)象不僅表現(xiàn)在智的方面，而且還體現(xiàn)在情和意的方面，因此隨著研究工作的不斷深入和拓展，人工智能已不再停留在于智能的實現(xiàn)方面的研究，而是同樣也在情感和意識方面開始了“仿造”腦的研究歷程，形成了心腦計算的新方向。心腦計算研究的情感計算、人工意識和類腦智能等新問題，往往都涉及到突破經典邏輯算法的問題，需要新的計算方法的支持。特別對于意識和情感而言，積極依靠經典計算的方法顯然遠遠不夠。正因為如此，幾乎與心腦計算研究同步發(fā)展起來的基因計算、量子計算和集群計算等非經典計算也就成了心腦計算研究的重要方法論基礎。參考文獻周昌樂，心腦計算舉要，清華大學出版社，2003

18信息哲學19信息哲學當代信息哲學創(chuàng)始人是牛津大學哲學家弗洛里迪（LucianoFloridi）。1996年弗洛里迪提出“信息哲學”的概念，并在《哲學與計算導論》闡述了信息哲學的研究對象與任務。2002年，西方哲學界權威性期刊《元哲學》又發(fā)表了論文“什么是信息哲學？”（Floridi2002），其中對信息哲學這門新興的、具有交叉科學性質的哲學學科進行了詳盡的論證。基本論點是：信息哲學代表了一個獨立的探究領域（獨特的話題）；為傳統(tǒng)的和新的哲學話題提供了創(chuàng)新的手段（原創(chuàng)性的方法論）；能與其他哲學分支并立，為信息世界和信息社會的概念基礎提供系統(tǒng)論證（新的理論）。這是哲學界第一篇系統(tǒng)地分析信息哲學性質的綱領性文章。20分析哲學走向衰落盛行于英美的分析哲學在20世紀最后25年走向衰落。主要是因為它的批判功能遭到了拋棄，致使科學主義在許多哲學分支成為主導力量，其結果便是“哲學再次被普遍地看作是科學的延伸?！保℉acker2001），也就是說，哲學漸漸變成科學的附庸，甚至成了科學的“婢女”和“小工”。然而，正如維特根斯坦所指出的，哲學或者在科學之上，像科學的女皇（這個時代科學家認為已經一去不返了），或者位于科學之下，為科學廓清道路、奠定基礎。無論是在科學之上或是在科學之下，“哲學都不是與科學比肩的學問?！保╓ittgenstein1997）實際上，世界以及對世界的科學描述越復雜，哲學的話語水平也就必須越基本，只有這樣才能使哲學自身保持一種超越、批判和反思的地位，這才是哲學的理由。

21分析哲學走向衰落：信息哲學興起哲學對信息技術的反思主要基于兩條路徑一條是批判性的，即對技術的哲學反思，這主要始于歐陸的人文學者，尤其是現(xiàn)象學、存在主義、法蘭克福學派以及后現(xiàn)代主義的哲學反思，都是非常具有深度的。同時在社會認識論、媒體理論以及應用倫理學諸多方面，也取得了相當的研究成果。另一條則屬于建設性的，即沿著形式科學提出的哲學問題向前推進。譬如說，邏輯學家圖靈提出人工智能問題，在哲學領域中綻放出眾多奇葩，在語言哲學、心智哲學、解釋學和形而上學等諸多學科都能見到人工智能的身影。數學家維納提出的關于信息的本質問題，則對傳統(tǒng)哲學提出了挑戰(zhàn)。逐漸地“信息”便成為哲學的一個獨特話題，信息理論的哲學方法（IPM）的廣泛采用在哲學領域逐步獨立，它的理論成果不僅具有學術價值而且還為信息社會提供了系統(tǒng)性論證。

22信息哲學的獨立信息哲學形成獨立的研究綱領，卻是上個世紀90年代后期的事情。美國哲學會哲學與計算機分會（AmericanPhilosophicalAssociation-PhilosophyandComputers,APA-PAC）所組織三次大的活動功不可沒。第一次是1985年該會促成的計算機倫理學；第二次是始于90年代中期美國的“計算機如何改變哲學”的全國性哲學普查；第三次則是2002年推出“什么是信息哲學？”這篇宣言。所有這三次大的活動，均得到西方權威性哲學刊物《元哲學》的全力配合，分別出版題為了《計算機倫理學》（1985）、《數字鳳凰--計算機如何改變哲學？》（1998）以及《賽博哲學--哲學與計算機交匯》（2002）的專刊。而美國哲學會哲學與計算機分會的兩任會長拜納姆（T.W.Bynum）和穆爾（J.H.Moor）則對這三次大的活動起了積極和直接的推動作用。

23信息哲學發(fā)展的第一階段圖靈于30年代便開始發(fā)表關于人工智能的文章。在以后的50年中，信息論、控制論、系統(tǒng)論、人工智能、計算科學、復雜性理論以及信息與通信技術等，相繼引起哲學界的關注，尤其是人工智能。信息的科學研究為其成為哲學中一個獨立探索的領域奠定了基礎。這期間也不乏一些力作問世，如1978年斯洛曼（A.Sloman）在他的《哲學的計算機革命》宣布了新的以人工智能為基礎的哲學范式。他大膽預測：“數年內倘若還有哲學家依然不熟悉人工智能的主要進展，那么他們因其不稱職而受到指責，便是公道的。在心智哲學、認識論、美學、科學哲學、語言哲學、倫理學、形而上學和哲學其他主要領域中從事教學工作而不討論人工智能的相關方面，就好比在授予物理學學位的課程中不包括量子力學那樣不負責任。”（Sloman1978）然而，直到20世紀80年代之前，學術界卻未能提出一種成熟的，具有創(chuàng)新意義和影響力的研究綱領。24信息哲學發(fā)展的第二階段信息社會迎來了歷史上最快的技術增長。此前沒有任何一代人曾經暴露在如此異常的技術力量的加速度之下。信息和計算機網絡資源利用占有絕對的地位，其現(xiàn)實性便是相應的社會變革和倫理責任。在主導科學和社會生活及未來的所有因素中，信息與計算機科學和信息與通信技術是最具戰(zhàn)略意義的，信息成為社會生產與交往的重要的資源。即便如此，信息哲學依然被視為跨學科的（transdisciplinary）而非交叉科學的（interdisciplinary）。哲學界和科學界對其發(fā)展尚未做好準備；而文化和社會背景也同樣。信息哲學只有在兩個領域之間搖擺不定。一方面產生許多有意義的成果，但僅限于一些研究專業(yè)，如人工智能哲學、計算機倫理學等。另一方面，則作為方法論被其他領域所吸納。這兩方面的趨勢為促使信息哲學成為獨立的研究領域做出了進一步的貢獻。25信息哲學發(fā)展的第三階段20世紀80年代末，信息作為哲學的一個基本概念開始得到哲學界的承認，如國際著名的哲學家達米特（M.Dummett）在其《分析哲學起源》中，贊同信息是比知識更基本的概念的觀點。1982年，美國《時代周刊》將個人計算機評為1982年的“年度人物”。1985年，美國哲學會創(chuàng)建了哲學與計算機分會。同年美國主辦的權威哲學期刊《元哲學》出版了題為《計算機與倫理學》的專號。1986年，首次由計算與哲學協(xié)會（AssociationofComputingandPhilosophy,CAP，即目前國際計算與哲學協(xié)會（IACAP）的前身）出資贊助的年會在克利夫蘭州立大學召開。20世紀80年代中期，哲學界已經完全意識到信息哲學所探討的問題的重要意義，同時也確認其方法論和理論的價值。信息的概念、方法、技術和理論已經成為強大的“解釋學裝置”。它們形成了一種元科學，具有統(tǒng)一的語言，在包括哲學在內的所有學術領域暢通無阻。1998年，《元哲學》出版了《數字鳳凰-計算機如何改變哲學》專刊，這是美國哲學會哲學與計算機分會的在1997年完成的哲學普查總結。其中首次確認信息哲學的涌現(xiàn)是哲學的一股新生力量，改變了哲學家理解那些諸如心智、意識、經驗、推理、知識等諸多哲學基礎和概念的方式。26信息哲學是什么根據弗洛里迪的意見，信息哲學涉及兩個方面，即（a）信息的本質研究和及其基本原理，包括它的動力學、利用和科學的批判性研究，（b）信息理論和計算方法論對哲學問題的詳細闡述和應用。定義的前半部分即追問“信息的本質是什么？”這是一個新領域的首要標志。信息哲學不同于數據通信的定量理論（信息論）的研究。從整體上看，它的任務不是要發(fā)展關于一種科學的統(tǒng)一理論，而是一個整合的理論體系，目的是分析、評價和解釋信息的各種原理和概念，信息的動力學和利用。特別關注的是來自不同應用背景和與其他主要哲學概念，諸如存在、知識、意義等相關系統(tǒng)的問題。定義中“信息的動力學”指的是（i）信息環(huán)境的構成和模式，包括其系統(tǒng)的性質、交互的形式，內部的演化等；（ii）信息的生命周期，即各階段信息的形式和功能的活動，從信息發(fā)生的初始到它最后的利用和可能的消失；（iii）計算，一方面指圖靈機意義下的算法處理，一方面指更廣意義下的信息處理。定義的第二部分表明信息哲學不僅是一個新的領域，而且還提供了一種創(chuàng)新的方法論。對信息的概念本質及其動力學和利用的研究，則由信息與計算科學和信息與通信技術所提供的方法論和理論得以繼續(xù)。這一視角也同樣影響了其他哲學話題。信息的理論和計算方法、概念、工具和技術已經開發(fā)出來了，而且在許多哲學領域得到了應用，這些應用下面還要談到。

27“信息轉向”信息哲學強調信息的基礎性地位，弗洛里迪甚至提出信息哲學將成為未來的“第一哲學”（philosophiaprima）的口號。(Floridi2002)縱觀西方哲學的發(fā)展軌跡，可以清楚看出哲學研究背景的幾次大的轉向。先是17世紀的科學革命使哲學家將其注意力從可知客體的本質轉移到客體與認知主體之間的知識關系，因此從形而上學轉向認識論，即從探討“存在”轉向“知識”。接下來則是“語言轉向”，其顯著特征和重要結果是將傳統(tǒng)哲學的存在論和認識論研究均放到語言的層面上進行考察，即從探討“知識”轉向“意義”企圖通過分析語言達到對世界的認識。信息技術革命則預示著哲學研究背景的再次轉向，即從“意義”轉向“信息”這一更為基礎的分析概念，將人類理解帶向更基本的層面。28“信息轉向”信息社會的發(fā)展以及信息圈（infosphere）的出現(xiàn)，已經使信息上升為一個基本概念，與諸如“存在”、“知識”、“意義”等基本概念同等重要。20世紀80年代初，英國哲學家埃文思（G.Evans）便提出，知覺經驗先于概念內容，概念內容是基于知覺經驗的判斷，但是知覺經驗僅僅是一個信息狀態(tài)，只具有非概念內容。埃文思的觀點得到哲學家達米特的贊同，他在《分析哲學起源》中評論道：“……有一個比知識更天然和更基礎的概念……這個概念便是信息。信息由知覺傳遞，由記憶儲存，盡管也通過語言傳遞。在恰當地達到知識之前有必要集中在這個概念上。例如，獲得信息無必要理解使其具體化的論點；信息流的運作層面要比知識的獲取和傳播更為基本?！?9“信息轉向”信息革命的成功極大地影響了哲學，在形而上學、認識論、邏輯學和倫理學等哲學的主要領域均取得了突破性進展。計算機不僅改變了哲學家的職業(yè)活動，如研究、合作以及教學等，更為重要的是，還對哲學的一些基本概念產生了極大的影響，如心智、意識、推理、邏輯、知識、真理等等。美國哲學家丹內特（D.C.Dennett）甚至提出：“信息的概念有助于最終將心、物和意義統(tǒng)一在某個單一理論中?！保―ennett1987）也就是說，信息的概念有可能將波普爾的“三個世界”統(tǒng)一在一個理論之內。這一觀點也可以從信息哲學主張的研究綱領看出來，因為信息哲學的核心目標便是尋求統(tǒng)一信息理論（UnifiedTheoryofInformation，UTI）。30認知科學31認知科學：起源“認知科學”（CognitiveScience）一詞于1973年由希金斯（HughChristopherLonguet-Higgins，1923-2004）開始使用。來自他對于Lighthill報告的評論。20世紀70年代后期逐漸開始流行。1975年，“斯隆基金會”（AlfredP.SloanFoundation，位于紐約的私人科研資助機構）開始對認知科學的跨學科研究計劃給予支持，該基金會的資助一直持續(xù)至今，對這門新學科的制度化起了重要作用。斯隆基金會組織了第一次認知科學會議并確立研究方案，在推動認知科學方面起了重要作用。但是，認知科學尚未成熟，作為一個獨立的學科，也尚未得到足夠的統(tǒng)一和整合。對于什么是認知科學，也還存在著很大的分歧。32認知科學：定義1978年10月1日，“認知科學現(xiàn)狀委員會”遞交斯隆基金會的報告把認知科學定義為“關于智能實體與它們的環(huán)境相互作用的原理的研究”。然后，該報告作者們沿著兩個方向展開這一定義。第一個是外延的：列舉了人認知科學的分支領域以及它們之間的交叉聯(lián)系。列舉的分支領域有計算機科學、心理學、哲學、語言學、人類學和神經科學。第二種展開是內涵的，指出共同的研究目標是“發(fā)現(xiàn)心智的表征和計算能力以及它們在人腦中的結構和功能表示”。以上對認知科學的界定集中體現(xiàn)了“符號處理”或“信息處理”范式，但隨著20世紀80年代中期聯(lián)結主義重新崛起之后，關于認知科學的定義也就出現(xiàn)了及其微妙的變化。符號主義和聯(lián)結主義二者的爭執(zhí)主要影響到的認知科學定義的內涵，而對其外延卻沒有什么影響。33認知科學的范圍對認知科學范圍的了解，還可以從認知科學的內容上來看，到目前為止認知科學所涉及的主要內容，有感知覺（包括模式識別）、注意、記憶、語言、思維與表象、意識等。這似乎都是心理學家們所關注的問題，但其實也同樣是哲學家、語言學家、計算機科學家、神經生理學家、人類學家們所關心的內容。只是不同專業(yè)背景的研究者，對這些同一個問題，所采取的具體研究方法不同罷了。我國學者李伯約（重慶大學心理學教授）指出，人工智能、認知心理學和心理語言學是認知科學的核心學科，神經科學、人類學和哲學是認知科學的外圍學科。34認知系統(tǒng)的復雜性由于認知系統(tǒng)的復雜性，對它要進行多維度的研究，認知科學需要運用多門學科所使用的工具和方法，從完整的意義上對認知系統(tǒng)進行全方位的綜合研究?？梢哉f，認知科學迄今為止所取得的成就，是與其跨學科的研究方法緊密聯(lián)系在一起的。但是跨學科的研究方法，也給認知科學帶來了不少問題和挑戰(zhàn)。35研究意義：仿生學？認知科學是研究人類感知和思維信息處理過程的科學，包括從感覺的輸入到復雜問題求解，從人類個體到人類社會的智能活動，以及人類智能和機器智能的性質。認知科學是現(xiàn)代心理學、信息科學、神經科學、數學、科學語言學、人類學乃至自然哲學等學科交叉發(fā)展的結果。認知科學的興起和發(fā)展標志著對以人類為中心的認知和智能活動的研究已進入到新的階段。認知科學的研究將使人類自我了解和自我控制，把人的知識和智能提高到空前未有的高度。生命現(xiàn)象錯綜復雜，許多問題還沒有得到很好的說明，而能從中學習的內容也是大量的、多方面的。如何從中提煉出最重要的、關鍵性的問題和相應的技術，這是許多科學家長期來追求的目標。36知覺信息知覺信息的表達是知覺研究的基本問題，是研究其它各個層次認知過程的基礎。知覺過程是從那里開始的？外在物理世界的那些變量具有心理學的知覺意義？作為知覺的計算模型計算的對象是什么？這些圍繞知覺信息表達的問題是建立任何知覺和跟知覺有關的學說和理論模型，無論是人類的還是計算機的，都必須首先回答的問題。知覺信息表達的研究可以有不同層次的問題，包括諸如知覺組織的問題、知覺學習的問題、知覺動態(tài)記憶的問題、以及面孔識別的問題等。從計算理論層次、腦的知識表達層次和計算機實現(xiàn)層次上，把認知神經科學實驗研究和計算機視覺研究結合起來，將對上述科學問題提出嶄新的理論（或思想）和解決的方法。37學習學習是基本的認知活動，是經驗與知識的積累過程，也是對外部事物前后關聯(lián)地把握和理解的過程，以便改善系統(tǒng)行為的性能。學習的神經生物學基礎是神經細胞之間的聯(lián)系結構突觸的可塑性變化，已成為當代神經科學中一個十分活躍的研究領域。突觸可塑性條件即在突觸前纖維與相聯(lián)的突后細胞同時興奮時，突觸的連接加強。1949年，加拿大心理學家Hebb提出了Hebb學習規(guī)則，他設想在學習過程中有關的突觸發(fā)生變化，導致突觸連接的增強和傳遞效能的提高。Hebb學習規(guī)則成為連接學習的基礎。神經網絡是由具有適應性的簡單單元組成的廣泛并行互連的網絡。Kohonen提出自組織映射網絡。Haken根據協(xié)同形成結構，競爭促進發(fā)展的規(guī)律，將協(xié)同的非線性動力理論與神經網絡有機結合，提出了協(xié)同聯(lián)想記憶網絡。Amari提出用微分流形和統(tǒng)計推理來研究神經網絡。在Amari理論的基礎上史忠植等提出了一種神經場模型，由場組織模型和場效應模型構成。38感知學習感知學習是發(fā)生在感知水平上的學習，主要研究如何從低級的傳感器輸入的原始數據獲取相關的抽象數據。感知學習主要考慮通過視覺和聽覺的學習，研究從非結構與半結構信息到結構信息變換方法，圖像的語義描述及其快速提取技術，感知學習中的注意機制與元認知等。39認知學習理論認知學習理論認為在人的行為背后都有一個相應的思維過程，行為的變化是可觀察的，并且通過行為的變化也可以推斷出學習者內心活動。Ausubel提出有意義學習理論（又稱同化理論），其核心思想是獲得新信息主要取決于認知結構中已有的有關觀念；意義學習是通過新信息與學習者認知結構中已有的概念相互作用才得以發(fā)生；由于這種相互作用的結果，導致了新舊知識意義的同化。Gagne提出的信息加工學習理論則將學習過程類比成計算機的信息加工過程，學習結構由感受登記器、短時記憶、長時記憶、控制器、輸出系統(tǒng)組成，認知過程可分為選擇性接收、監(jiān)控、調節(jié)、復述、重構。在這個信息加工過程中，非常關鍵部分是執(zhí)行控制和期望。執(zhí)行控制是指已有的學習經驗對當前學習過程的影響，期望是指動機系統(tǒng)對學習過程的影響，整個學習過程都在這兩個部分的作用下進行。

40內省學習和內隱學習內省學習是一種自我反思、自我觀察、自我認識的學習過程。在領域知識和范例庫的支持下，系統(tǒng)能夠自動進行機器學習算法的選擇和規(guī)劃，更好進行海量信息的知識發(fā)現(xiàn)。內隱學習就是無意識獲得刺激環(huán)境復雜知識的過程。在內隱學習中，人們并沒有意識到或者陳述出控制他們行為的規(guī)則是什么，但卻學會了這種規(guī)則。在80年代中期之后，內隱學習成了心理學界、尤其是學習和認知心理領域最熱門和最受關注的課題，成了將對認知心理學的發(fā)展產生深遠影響的最重要課題之一。內隱學習具有以下三個特點：內隱知識能自動地產生，無需有意識地去發(fā)現(xiàn)任務操作的外顯規(guī)則；內隱學習具有概括性，很容易概括到不同的符號集合；內隱學習具有無意識性，內隱獲得的知識一般不能用語言系統(tǒng)表達出來。41語言學習人類進化過程中，語言的使用使大腦兩半球功能分化。語言半球的出現(xiàn)使人類明顯有別于其他靈長類。研究表明，人腦左半球同串行的、時序的、邏輯分析的信息處理有關，而右半腦同并行的、形象的、非時序的信息處理有關。語言是以語音為外殼、以詞匯為材料、以語法為規(guī)則而構成的體系。語言通常分為口語和文字兩類?？谡Z的表現(xiàn)形式為聲音，文字的表現(xiàn)形式為形象。口語遠較文字古老，個人學習語言也是先學口語，后學文字。

42語言系統(tǒng)語言是最復雜、最有系統(tǒng)、而應用又最廣的符號系統(tǒng)。語言符號不僅表示具體的事物、狀態(tài)或動作，而且也表示抽象的概念。漢語以其獨特的詞法和句法體系、文字系統(tǒng)和語音聲調系統(tǒng)而顯著區(qū)別于印歐語言，具有音、形、義緊密結合的獨特風格。概念是反映事物的特有屬性的思維形態(tài)，概念與語詞有密切的聯(lián)系。概念的產生和存在，必須依附于語詞。語詞所以能夠表示其它事物，就是由于人們頭腦中有相應的概念。所以，語詞是概念的語言形式，概念是語詞的思想內容。43漢語的認知心理學從神經、認知和計算三個層次上研究漢語，給予我們開啟智能之門極好的機遇。漢語的認知心理學研究已有多年歷史，取得了世界一流的研究成果。但這些研究多側重于漢字與詞匯，對更高層次的句法和語句加工尚需深入探討。對整個言語鏈的研究還不夠系統(tǒng)，特別是對腦的語言加工機制知之不多。在智能系統(tǒng)領域，我國對漢語計算機信息處理極為重視，曾投入大量資金，支持計算語言學、機器翻譯和自然語言理解系統(tǒng)的研究和開發(fā)，取得了一大批重要成果。但就整體而言，語言信息的智能處理存在許多懸而未決的問題，其解決必須需要以認知科學的研究為基礎，以新的理論為指導才有可能取得突破。44新的語言信息處理模型1991年Mayeux和Kandel在Wernicke-Geschwind模型基礎上提出新的語言信息處理模型。聽覺輸入的語言信息由聽皮層傳至角回，然后至Wernicke區(qū)，再傳到Broca區(qū)。視覺輸入的語言信息直接從視覺聯(lián)合皮層傳至Broca區(qū)。對一個詞的視知覺與聽知覺是由感覺模式不同的通路相互獨立地處理的。這些通路各自獨立地到達Broca區(qū)，以及與語言含義和語言表達相關的更高級區(qū)域。大腦中語言處理通路的每一步工作機理都有待深入研究。45語言的大腦分區(qū)1861年，法國醫(yī)生PaulBroca（1824-1880）描述了一個有語言問題的患者，這個患者只能說一個詞：“tan”。該患者死后，在其大腦左前葉皮層的部分區(qū)域發(fā)現(xiàn)了腦損傷。他通過對15例大腦病變患者的檢查發(fā)現(xiàn),大腦左半球額葉損傷是言語喪失的原因。其所著的《我們用大腦左半球說話》一書確立了大腦皮層的定位學說。自此，大腦左半球額下回后部被定名為具有言語運動功能的Broca區(qū),或稱為“humanarchitectronicarea44”。?，F(xiàn)在，Petrides等人發(fā)現(xiàn)，猴子也有一個這樣的區(qū)域，它與面部肌肉組織有關。該區(qū)域可能是控制下巴的動作和其他動作的，包括與交流有關的動作。1874年，德國神經學家CarlWernicke(1848-1904)通過病體解剖發(fā)現(xiàn)，大腦左半球顳上回病變患者有嚴重的理解障礙，既無法理解別人的話，也聽不懂自己說的內容，其語言表現(xiàn)為語量大、流利但不能達意。此后的研究進一步顯示，影響言語感覺/理解功能的區(qū)域包括大腦半球后部的顳葉、頂葉比較廣的區(qū)域，該區(qū)域被定名為Wernicke區(qū)。

46計算語言學？用數學方法研究語言，尋找語言結構的形式、模型和公式，使語言的語法規(guī)則能象數學符號和公式一樣具有系統(tǒng)化、形式化的特點，可以用來生成無限的句子。美國著名語言學家Chomsky于1956提出了語言的形式文法，為語言信息處理建立了理論基礎。1996年，Yip和Sussman提出在語音學規(guī)則中使用雙向約束傳播機理，可以解釋神經水平的聽覺信號怎樣對應思維層次的符號。47記憶記憶是人腦對過去經驗中發(fā)生過的事物的反映，是新獲得行為的保持。由于記憶，人才能保持過去的反映，使當前的反映在以前反映的基礎上進行，使反映更全面、更深入。有了記憶，人才能積累經驗，擴大經驗。

48記憶類型人類記憶有三種類型：感覺記憶、短時記憶和長時記憶。刺激作用停止后，它的影響并不立刻消失，可以形成后象。視覺后象最為明顯。后象可以說是最直接、最原始的記憶。后象只能存在很短的時間，如最鮮明的視覺后象也不過持續(xù)幾十秒鐘，這就是感覺記憶。短時記億的時間間隔比感覺記憶的要長些。但是，存儲材料的時間也只有一分鐘左右，或者甚至更短些。長時記憶是指保持時間在一分鐘以上信息存儲。人類的記憶可以分為過程記憶和命題記憶。過程記憶是保持有關操作的技能，主要由知覺運動技能和認知技能組成。命題記憶是存儲用符號表示的知識，反映事物的實質。命題記憶更進一步分為情景記憶和語義記憶。前者是存儲個人發(fā)生的事件和經驗的記憶形式。后者是存儲個人理解的事件的本質的知識，即記憶關于世界的知識。49工作記憶1974年，Baddeley和Hitch在模擬短時記憶障礙的實驗基礎上提出了工作記憶的三系統(tǒng)概念，用“工作記憶”代替了原來“短時記憶”的概念。Baddeley認為工作記憶指的是一種系統(tǒng)，它為復雜的任務比如言語理解、學習和推理等提供臨時的儲存空間和加工時所必需的信息，工作記憶系統(tǒng)能同時儲存和加工信息，這和短時記憶概念僅強調儲存功能是不同的。工作記憶分成三個子成分，分別是中樞執(zhí)行系統(tǒng)、視空初步加工系統(tǒng)和語音環(huán)路。大量行為研究和神經心理學上的許多證據表明了三個子成分的存在，有關工作記憶的結構和作用形式的認識也在不斷地豐富和完善。工作記憶與語言理解能力、注意及推理等聯(lián)系緊密。50注意50年代中期以來，隨著認知心理學的興起，人們重新認識注意在人類大腦信息加工中的重要性，提出了若干注意模型。其中有代表性的是注意的過濾模型和衰減模型，它們屬于知覺選擇模型。這兩種模型把注意機制定位于信息加工的知覺階段，在識別之前實現(xiàn)信息選擇。與知覺選擇模型形成對照的是反應選擇模型，它認為注意的作用不是選擇刺激，而是選擇對刺激的反應。該模型認為，所有的信息都可以進入高級處理階段，但只有最重要的信息才會引起中樞系統(tǒng)的反應。這兩類模型的側重點不同，知覺選擇模型強調集中注意，而反應選擇模型則注重分配注意。兩者爭論的焦點是注意機制在信息加工中的位置。注意的中樞能量模型就是在這一背景下產生的。該模型的理論基礎是信息系統(tǒng)的有限加工能力。它避開了注意機制在信息加工中的位置這個難題，使知覺選擇模型和反應選擇模型的實驗結果在形式上得到了統(tǒng)一；但缺點是沒有揭示注意所涉及的信息加工過程。

注意51注意的生理學證據隨著腦成像技術和神經生理研究的迅速發(fā)展，使得把注意網絡從其他信息處理系統(tǒng)中分離出來的努力成為現(xiàn)實。利用正電子斷層掃描（PET）和功能磁共振成像（fMRI）技術，可以較精確地測量在完成特定的注意任務時大腦各區(qū)域腦血流的變化（rCBF）