人工智能的成長(zhǎng),一方面有待認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的突破和研究方法論的進(jìn)步;另一方面需要切實(shí)應(yīng)用的反哺以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題繼而反思。本選題在簡(jiǎn)要介紹人工智能的歷史與現(xiàn)狀、思維科學(xué)的基本思想與觀念的基礎(chǔ)上,強(qiáng)調(diào)知識(shí)工程、尤其是經(jīng)驗(yàn)及其隱性知識(shí)在智能模擬中的獨(dú)特作用和重要意義,以書法創(chuàng)作的形象思維模擬和進(jìn)入應(yīng)用的計(jì)算機(jī)輔助心電圖分析這兩種“心跡”的計(jì)算為實(shí)例,闡述思維過(guò)程模擬、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)挖掘、關(guān)鍵特征提取的思路、方法和技術(shù),據(jù)此融合規(guī)則推理和統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)算法并獲得有效結(jié)果。最后,進(jìn)一步拓展視野,描述科學(xué)技術(shù)與藝術(shù)的互相關(guān)聯(lián)和影響,指出普遍缺失的辯證思維的重要性,簡(jiǎn)述計(jì)算的困境及其可能策略。
人工智能的成長(zhǎng),一方面有待認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的突破和研究方法論的進(jìn)步;另一方面需要切實(shí)應(yīng)用的反哺以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題繼而反思。本書在這方面進(jìn)行了嘗試,以書法創(chuàng)作的形象思維模擬和進(jìn)入應(yīng)用的計(jì)算機(jī)輔助心電圖分析這兩種“心跡”的計(jì)算為實(shí)例,闡述思維過(guò)程模擬、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)挖掘等。
馬克思在其中學(xué)畢業(yè)前夕所撰寫的《青年在選擇職業(yè)時(shí)的考慮》一文中寫道:“在選擇職業(yè)時(shí),我們應(yīng)當(dāng)遵循的主要指針是人類的幸福和我們自身的完美。 不應(yīng)認(rèn)為,這兩種利益是敵對(duì)的,互相沖突的,一種利益必須消滅另一種的。 人類的天性本來(lái)就是這樣的: 人們只有為同時(shí)代的人的完美,為他們的幸福而工作,才能使自己也達(dá)到完美!保2]
“人類的幸福”內(nèi)涵寬廣、意義多樣,理解有別、古今存異,根本而言,健康當(dāng)是幸福的基礎(chǔ),緣此才有蓬勃生命的延續(xù)、豐富生活的體會(huì)、充實(shí)人生的追求;“自身的完美”涉及身、心兩者,若缺失健康則完美無(wú)從談起。 心,除了中央位置以外,還有兩種含義,一是心臟,二指意識(shí)功能,或者說(shuō)分別是生理和心理兩者。 前者的經(jīng)典之作如《心臟運(yùn)動(dòng)論》。 [3]后者又包括兩個(gè)方面:一是心靈,即精神表現(xiàn),通俗之作是《心的簡(jiǎn)史》; [4]二是心智,有時(shí)候是智能的另一種表述,也是拙稿討論的主要對(duì)象。
當(dāng)今社會(huì),心腦血管疾病已是威脅人類健康的頭號(hào)殺手,最佳的應(yīng)對(duì)措施是“治未病”,其次則是及時(shí)診治,計(jì)算機(jī)、信息化可以提高效率、提升速度,而智能信息處理則可提供更實(shí)時(shí)和更具針對(duì)性的服務(wù)。
檢查心臟的基本手段是心電圖(electrocardiogram,ECG),那是用專門的儀器記錄與心臟每一心動(dòng)周期的收縮和舒張所產(chǎn)生的電生理活動(dòng)的時(shí)間序列相應(yīng)的體征,是心的活動(dòng),也是物理、生理意義上的“心跡”,心電圖是健康檢查的一種手段。 相對(duì)于此,展現(xiàn)人們文化修養(yǎng)和精神風(fēng)貌的書法則可透露出人的喜怒哀樂(lè),表達(dá)感情和心緒,可以說(shuō)是精神、心理層面的“心跡”,書法是益于健康的一種途徑。 同時(shí),筆者關(guān)注隱性知識(shí),即難以言表的經(jīng)驗(yàn),因而拙著可謂“一心三意”。
唐代書法家孫過(guò)庭在其書法理論經(jīng)典之作《書譜序》中說(shuō)的“智巧”謂人的智能與書寫技巧,而“心手”當(dāng)指大腦與手。 [1]如《孟子· 告子上》之十五云:“耳目之官不思,而蔽于物。 物交物,則引之而已矣。 心之官則思,思則得之,不思則不得也!保1]其中“心”為臟腑之心,實(shí)際上思考的器官是腦,即“心智”之心, [67]與平常所說(shuō)的“心曠神怡”“心猿意馬”“稱心如意”“心有靈犀一點(diǎn)通”中的“心”一樣。
孫過(guò)庭還說(shuō):“……神怡務(wù)閑,一合也……心遺體留,一乖也……”“……睹跡明心者焉……”“貴使文約理贍,跡顯心通……”“寫《樂(lè)毅》則情多佛郁;書《畫贊》則意涉瑰奇;《黃庭經(jīng)》則怡懌虛無(wú);《太史箴》又縱橫爭(zhēng)折;暨乎《蘭亭》興集,思逸神超,私門誡誓,情拘志慘!薄胺瞧湫拈e手敏,難以兼通者焉!倍际钦f(shuō)書法創(chuàng)作與心情、情緒有關(guān)。 唐代另一書法理論家張懷瓘在《書斷序》中說(shuō):“……技由心付……心不能授之于手,手不能受之于心。 雖自己而可求,終杳茫而無(wú)獲,又可怪矣!保8]同是唐代書法理論家的韓方明在《授筆要說(shuō)》中指出“然意在筆先,筆居心后……”[9]都是指心與手的呼應(yīng)。在我們的生活中、語(yǔ)境里,心電圖和書法都是與大眾相關(guān)的話題,拙著介紹以它們?yōu)楸尘芭c對(duì)象的人工智能研發(fā)的階段性結(jié)果。 其中,計(jì)算機(jī)輔助心電圖分析面向社會(huì)的實(shí)際需求,已逐步進(jìn)入應(yīng)用。 機(jī)器書法創(chuàng)作模擬則緣于研究興趣,本意只是探索藝術(shù)思維的機(jī)器模擬的可能性,就審美本身而言,筆者不認(rèn)為其結(jié)果可與經(jīng)典之作媲美,雖然后文我們會(huì)看到計(jì)算機(jī)輸出的有些結(jié)果尚不算“丑”。
據(jù)此出發(fā),以后的各章將涉及三個(gè)方面: 人工智能背景、思維科學(xué)基礎(chǔ)與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)闡述,即第1至3章;計(jì)算機(jī)輔助心電圖分析和機(jī)器書法創(chuàng)作模擬工作介紹,分別是第4、5章;以及由前述討論引出的科技與藝術(shù)話題以及人工智能一般問(wèn)題,也就是第6章。 結(jié)語(yǔ)是關(guān)于計(jì)算在智能模擬中遇到的困境的粗略分析。 拙著研究與開(kāi)發(fā)并重、科技與人文交融,每章前有筆者的古代名碑帖集聯(lián),然而所介紹的內(nèi)容自然是初步的,諸多挑戰(zhàn)有待我們以新的視角和方法論去迎接。 以下是主要章節(jié)引述。
第1章: 人工智能萬(wàn)水千山。 新興學(xué)科得以形成,當(dāng)有其脈絡(luò)和源頭,而不是孤立的過(guò)程;傳統(tǒng)學(xué)科的發(fā)展背后,有著具體的軌跡。 它們既是人類知識(shí)的積淀,也是學(xué)科本身的“前車之鑒”,歷史的回顧則有助于我們洞察過(guò)去、立足當(dāng)今從而把握未來(lái)。 本章簡(jiǎn)要分析人工智能一開(kāi)始的樂(lè)觀預(yù)言,介紹若干里程碑工作和基本結(jié)論。
第2章: 思維過(guò)程撲朔迷離。 形象思維本是原始思維、藝術(shù)思維、兒童思維等領(lǐng)域的話題,與科學(xué)的基礎(chǔ),即抽象思維或邏輯思維似乎“道不同”。但作為思維的一種形式,形象思維是最早體現(xiàn)又難以言明的,若要進(jìn)行思維模擬,就不能“不相為謀”。 本章涉及日常思維、錢學(xué)森先生倡導(dǎo)的思維科學(xué)體系及其辯證思維等方面。
第3章: 經(jīng)驗(yàn)知識(shí)舉足輕重。 表面上看經(jīng)驗(yàn)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)技術(shù)不相干,實(shí)際上人工智能技術(shù)離不開(kāi)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)與表達(dá),知識(shí)的獲取過(guò)程、表達(dá)方式及其推理與經(jīng)驗(yàn)整理密不可分,邏輯推理與經(jīng)驗(yàn)既不同又關(guān)聯(lián)。本章闡述顯式知識(shí)與隱性知識(shí)、知識(shí)工程與領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)等方面的基本觀念與應(yīng)用價(jià)值,生活中學(xué)習(xí)能力與常識(shí)積累互相關(guān)聯(lián),機(jī)器學(xué)習(xí)也一樣。
第4章: 心電圖譜見(jiàn)微知著。 計(jì)算機(jī)輔助心電圖分析的程度影響著醫(yī)生的服務(wù)效率和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的服務(wù)質(zhì)量,其實(shí)際應(yīng)用不盡人意,諸如現(xiàn)有的算法特點(diǎn)與醫(yī)生腦中的診斷思維過(guò)程是否一致、心電圖特征集是否是疾病分類的充要條件等問(wèn)題制約著大量理論方法的可用性。 本章強(qiáng)調(diào)醫(yī)生思維過(guò)程模擬、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)挖掘和形態(tài)特征刻畫等對(duì)計(jì)算機(jī)輔助分析的意義。
第5章: 機(jī)器書法浮光掠影。 用計(jì)算機(jī)模擬文字書寫并非新鮮之舉,數(shù)十年間,國(guó)外有針對(duì)英文字母的變形開(kāi)展的工作,我國(guó)也有若干課題組的研究見(jiàn)諸文獻(xiàn),通常是毛筆物理特性甚至草書“飛白”的隨機(jī)效果的模擬,多數(shù)并非出自思維模擬的目的。 本章從創(chuàng)作實(shí)踐出發(fā)介紹機(jī)器書法創(chuàng)作的初步工作的特點(diǎn)、方法、效果,及其教學(xué)應(yīng)用設(shè)想。
第6章: 科技藝術(shù)若即若離。 科學(xué)崇尚真理,藝術(shù)追求唯美,本是人類文明發(fā)展歷程的兩條道路,從本質(zhì)、手段到表現(xiàn)均有它們自身的方式,但并非是平行線,而是既有交叉又有互相的影響。 由計(jì)算機(jī)模擬書法藝術(shù)創(chuàng)作的探索,可拓展到科技與藝術(shù)關(guān)系問(wèn)題。 本章敘述科學(xué)大家關(guān)于藝術(shù)的思想與論述、藝術(shù)中似是而非的觀點(diǎn),它們并非“風(fēng)馬牛不相及”。其中的核心是經(jīng)驗(yàn)中的隱性知識(shí)。 本著歸納方法、探究本質(zhì)的目標(biāo),以形象思維與抽象思維并重、人和機(jī)器交互、整體論與還原論結(jié)合、經(jīng)驗(yàn)與邏輯相滲透為基本思想,融合規(guī)則推理與深度學(xué)習(xí),關(guān)注整體思維特征把握和隱性知識(shí)挖掘,筆者曾在拙著《人工智能哲學(xué)》中給出過(guò)如下基本內(nèi)容及其
關(guān)系①。
人工智能涉及目標(biāo)(object)、方法論(methodology)、進(jìn)程(progress)、依據(jù)(fundamental)和瓶頸(bottleneck)問(wèn)題:
PhiloAI !df{O, M, P, F, B}
、 董軍. 人工智能哲學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社,2011: 3 4.
目標(biāo)是模擬(simulation)智能和理解(understanding)智能:
O !df{SI, UI}
前者的核心是思維(thinking)模擬:
SI !df{TS, …}
思維包括抽象(abstract)思維、形象(imagery)思維和創(chuàng)造(creative)思維,辯證(dialectic)思維是它們的結(jié)合與綜合:
DT !df{AT,IT, CT}
方法論是以辯證思維為基礎(chǔ)的整體(synthesis)思維、人(human)和機(jī)器(computer)的交互:
M !df{ST, H∪C}
進(jìn)程則是從智能模擬(intelligencesimulation) 經(jīng)思維模式(thinkingpattern)到認(rèn)知模型(cognition model)的遞進(jìn)。 相應(yīng)外延逐步擴(kuò)大:
P !df{IS, TP, CM}
ISTPCM
依據(jù)是唯物論(materialism)和辯證法(dialectics):
F !dfMa∩Di
瓶頸是學(xué)習(xí)(learn)和知識(shí)(knowledge):
B !df{Le, Kn}
有關(guān)知識(shí)的主要方面是操作(operation)和內(nèi)容(content):
Kn !df{Op, Co}
操作包括獲取(acquisition)、表達(dá)(express)和推理(reasoning):
Op !df{Ac, Ex, Re}
內(nèi)容包括領(lǐng)域(domain)知識(shí)和常識(shí)(common):
Co !df{DK, CK}
領(lǐng)域知識(shí)包括顯式(explicit)知識(shí)和隱性(implicit)知識(shí)。 隱性知識(shí)主要與經(jīng)驗(yàn)有關(guān),即
DK !df{EK,IK}
經(jīng)驗(yàn)包括書本信息,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以及專家尚未或難以表達(dá)、經(jīng)過(guò)啟發(fā)和討論給出的內(nèi)容。 知識(shí)是主觀世界的東西,它只有相對(duì)的真理性;形式化之后的知識(shí)又有如何在一定的上下文語(yǔ)境中加以解釋的問(wèn)題。 這些給人工智能系統(tǒng)中的邏輯問(wèn)題帶來(lái)了更大的復(fù)雜性。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)(experience)的知識(shí)精化(refinement)指去除冗余信息、給出新的特征、確定數(shù)值區(qū)間等:
IK !dfrefin{Exp}
“心跡的計(jì)算”的關(guān)鍵就是關(guān)于隱性知識(shí)的建模,也就是隱性知識(shí)的人工智能途徑。 “心跡”是內(nèi)心寫照、本性流露,計(jì)算的原意則是根據(jù)已知數(shù)通過(guò)數(shù)學(xué)方法求未知數(shù)的智力活動(dòng)。 隨著計(jì)算機(jī)的普及及其大規(guī)模的應(yīng)用,計(jì)算逐漸變得“無(wú)處不在”,計(jì)算的對(duì)象和內(nèi)容也日 益豐富,遠(yuǎn)不限于數(shù)字計(jì)算本身,盡管計(jì)算機(jī)內(nèi)部還是二進(jìn)制的數(shù)字表示。 無(wú)論針對(duì)“心”的心臟之意及其生理活動(dòng),還是心靈之意以及心理活動(dòng),均為拙著中的“心跡”一詞的外延,無(wú)非一種是物質(zhì)的,一種是意識(shí)的。
黃庭堅(jiān)有《欸乃歌二章戲王穉川》的詩(shī):
從師學(xué)道魚(yú)千里,蓋世成功黍一炊。
日日倚門人不見(jiàn),看盡林烏反哺兒。
科藝互彰,“心”“心”相印,以“思”(思維)之計(jì)算(模擬)為中心拋磚引玉,不知“得”之與否? 祈望方家指謬。
參考文獻(xiàn)
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董軍,男,1964年11月出生于江蘇省蘇州市,1997年獲浙江大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位,2002年破格任華東師范大學(xué)教授,現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員,博士生導(dǎo)師(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、廈門大學(xué))。曾于工業(yè)界工作近9年。主要研究興趣為人工智能及其在健康監(jiān)護(hù)、傳統(tǒng)文化中的應(yīng)用。先后出版人工智能相關(guān)專著3部,在IEEE Intelligent Systems、《中國(guó)科學(xué)》等刊物和會(huì)議上發(fā)表論文90余篇,入選中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”、江蘇省“雙創(chuàng)人才計(jì)劃”等5個(gè)人才計(jì)劃或獎(jiǎng)勵(lì)。