钟义信 知行学：AI理论的重大创新研究

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

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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

一，理论现状：鼎足三分

传统研究的一般途径


结构


行为


功能

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 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。

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


N


Y

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。

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”）

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。

二，创新奥秘：方法突破

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。

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

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

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61614;知识61614;智能 “转换”

三，机制主义：破竹之势

相关理论的起始状态


知识论


1948


1943


？


信息论


智能论


1956


1990

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


1986


2000


1992


“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

“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(61544;, 61544;*;R)

综合语用信息测度 I(61560;, 61560;*;R) – 全信息


Shannon信息论是“全信息理论”的概率型性语法信息。

“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。

转换算法（1）：本体论信息61614;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（2）：认识论信息61614;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（3）：知识61614;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

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-KD


ES -KE


Sensor-Motor


验证


普化


信息


智能

策略


知识


知


行

四，三分一统：意义深远

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。

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

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。

谢谢！