馮·諾伊曼的科技哲學(xué)思想及其對(duì)人工智能研究的啟示

1、馮-諾伊曼的科技哲學(xué)思想及其對(duì)人工智能研究的啟示摘 要 馮諾伊曼的科技哲學(xué)思想主要體現(xiàn)在他的自動(dòng)機(jī)理論中。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器智 能的自動(dòng)化，馮諾伊曼探究自動(dòng)機(jī)理論背后的邏輯，把生物目的性思想用于人工自動(dòng)機(jī), 主張把邏輯學(xué)、生物學(xué)和復(fù)雜性科學(xué)多學(xué)科有機(jī)結(jié)合起來(lái)。他的思想對(duì)當(dāng)代人工智能的研 究具有重要啟示意義：開(kāi)啟了人工智能生物學(xué)研究方向，為人工智能的研究提供了 “自下而 上的研究方法，為人工智能的研究提供了復(fù)雜性科學(xué)研究視野。關(guān)鍵詞 馮諾伊曼；自動(dòng)機(jī);人工智能“計(jì)算機(jī)之父”馮諾伊曼是20世紀(jì)最杰出的數(shù)學(xué)家之一，在20世紀(jì)4050年代，他深入地研 究了自動(dòng)機(jī)（理論計(jì)算機(jī)）理論，提出了計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)以及

2、多個(gè)自動(dòng)機(jī)模型，他的自動(dòng)機(jī)理論中 蘊(yùn)藏著豐富的科學(xué)哲學(xué)思想。在人工智能發(fā)展方興未艾的今天，人工智能需要復(fù)雜性科學(xué)視野，在 對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)生物目的性機(jī)制研究，探求新的邏輯理論以突破研究的瓶頸，馮諾伊曼 科學(xué)哲學(xué)思想對(duì)當(dāng)代人工智能的研究具有重要的方法論啟示意義。一、馮諾伊曼的科學(xué)哲學(xué)思想馮諾伊曼的自動(dòng)機(jī)理論中科學(xué)哲學(xué)思想，主要表現(xiàn)在畢達(dá)哥拉斯主義的數(shù)學(xué)邏輯理性、現(xiàn)代 生物目的論思想以及復(fù)雜性科學(xué)方法論等方面。(-)探求自動(dòng)機(jī)背后的邏輯馮諾伊曼的自動(dòng)機(jī)理論中體現(xiàn)了畢達(dá)哥拉斯主義的特點(diǎn):追求自動(dòng)機(jī)背后的數(shù)學(xué)、邏輯基礎(chǔ)。 為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)人類智能的模擬，馮諾伊曼對(duì)自動(dòng)機(jī)的研究，不僅研究自動(dòng)機(jī)構(gòu)

3、造問(wèn)題，而且非 常關(guān)注邏輯問(wèn)題,注重理論的形式化與抽象化。1944年在研究第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC時(shí)，馮諾伊曼是第一個(gè)從邏輯的角度來(lái)研究計(jì)算機(jī) 結(jié)構(gòu)的人,他指出了第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的缺陷是沒(méi)有找到恰當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)邏輯理論作為基礎(chǔ)。1943年麥卡 洛克和皮茨神經(jīng)活動(dòng)中思想內(nèi)在性的邏輯演算一文發(fā)表后，馮諾伊曼以其敏銳的目光看到了將 人腦傳播存儲(chǔ)信息過(guò)程數(shù)學(xué)定律化的潛在可能性，他認(rèn)為麥卡洛克、皮茨的神經(jīng)模型以及圖林對(duì)通 用計(jì)算機(jī)的思考都與數(shù)理邏輯相關(guān)，由此得出這樣的結(jié)論:一臺(tái)自動(dòng)機(jī)所能做的事情可以用邏輯語(yǔ) 言來(lái)描述,能用邏輯語(yǔ)言進(jìn)行嚴(yán)格描述的也可以由自動(dòng)機(jī)來(lái)完成。在1945年馮諾伊曼發(fā)表電子 離散變量自動(dòng)計(jì)

4、算機(jī)(EDVAC)中，非常清楚地介紹了設(shè)計(jì)電子計(jì)算機(jī)背后的原理及其邏輯基礎(chǔ)。 “我們將嘗試不僅從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)，而且從工程師和邏輯學(xué)家(即真正適合設(shè)計(jì)科學(xué)工具的人)的觀點(diǎn) 來(lái)探討(大規(guī)模計(jì)算)機(jī)器”。1946年七八月間，馮諾伊曼在EDVAC基礎(chǔ)上又提出了電子計(jì)算 機(jī)邏輯設(shè)計(jì)初探，這兩篇報(bào)告從邏輯的角度高屋建瓴地提出了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ)，其綜合設(shè)計(jì) 和計(jì)算機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)的構(gòu)想使計(jì)算機(jī)整個(gè)運(yùn)算過(guò)程自動(dòng)化，使電子計(jì)算機(jī)的高速度智能計(jì)算得以在工 程上實(shí)現(xiàn)。馮諾伊曼的朋友兼合作者烏拉姆曾對(duì)他做出這樣的評(píng)價(jià)，“計(jì)算機(jī)源出于科學(xué)發(fā)展和 技術(shù)發(fā)展的匯合點(diǎn)。一方面是在數(shù)理邏輯、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)形式系統(tǒng)詳盡研究等方面的工作

5、。在這些 領(lǐng)域，馮諾伊曼起著舉足輕重的作用”。除了電子計(jì)算機(jī)的邏輯模型，馮諾伊曼后來(lái)還設(shè)計(jì)了五個(gè)自動(dòng)機(jī)模型，即動(dòng)力自動(dòng)機(jī)模型(kinematic model)、元胞自動(dòng)機(jī)模型(cellular model)、興奮一閾值一疲勞模型(excitation - threshhold - fatigue model)、連續(xù)自動(dòng)機(jī)模型(continuous model)以及概率自動(dòng)機(jī)模型(probabilistic model) o這些模 型都試圖尋找生命的繁殖與進(jìn)化的數(shù)學(xué)和邏輯規(guī)則，讓人工自動(dòng)機(jī)具有生命的這兩個(gè)特征。馮諾伊曼非常強(qiáng)調(diào)數(shù)理邏輯在自動(dòng)機(jī)理論中的重要作用，常把自己關(guān)于自動(dòng)機(jī)的理論稱為 “自動(dòng)

6、機(jī)的邏輯理論”，并且研究了自動(dòng)機(jī)的數(shù)理邏輯和概率邏輯。注重生物目的論思想的研究與應(yīng)用“目的”這一概念,是哲學(xué)家和自然科學(xué)家長(zhǎng)期爭(zhēng)論的問(wèn)題。目的論是“用目的或目的因來(lái)解釋 世界的哲學(xué)學(xué)說(shuō)，在如何解釋世界的事物和現(xiàn)象以及它們之間的關(guān)系上，目的論認(rèn)為某種觀念的目 的是預(yù)先規(guī)定事物、現(xiàn)象存在和發(fā)展以及它們之間關(guān)系的原因和根據(jù)。目的論的根本點(diǎn)是把自然過(guò) 程擬人化，把目的這個(gè)只為人的活動(dòng)所固有的因素強(qiáng)加給自然界。”20世紀(jì)40年代控制論和系統(tǒng) 論建立，表明目的性可以通過(guò)系統(tǒng)與環(huán)境的反饋相互作用機(jī)制得以實(shí)現(xiàn)，使得曾經(jīng)被科學(xué)研究排斥 的目的論哲學(xué)重新回到科學(xué)家的視野。馮諾伊曼主張把生物目的論思想融入自動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

7、,他認(rèn)為生物自動(dòng)機(jī)能做到的，比如自我繁 殖和進(jìn)化等,人工自動(dòng)機(jī)也應(yīng)能夠做到。為了把生物系統(tǒng)的目的性機(jī)制用于計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，馮諾 伊曼對(duì)生物目的論做了大量研究,把自然自動(dòng)機(jī)（包括神經(jīng)系統(tǒng)、自繁殖和自修復(fù)系統(tǒng)、有機(jī)體的進(jìn) 化和適應(yīng)方面等）與人工自動(dòng)機(jī)（數(shù)字計(jì)算機(jī)、用于通訊和信息傳遞的人造系統(tǒng)等）做比較，開(kāi)創(chuàng)了 生物目的性自動(dòng)機(jī)研究的先河。為了弄清生物的目的性如何實(shí)現(xiàn)，馮諾伊曼對(duì)生物信息過(guò)程（biological information process）做 了長(zhǎng)期的研究，他認(rèn)為圖靈機(jī)與麥卡洛克-皮茨的結(jié)論太概括,并沒(méi)有告訴我們神經(jīng)機(jī)制的工作原 理,所以需要研究生物處理信息的過(guò)程與反饋機(jī)制。從1944年

8、接觸到第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)他就開(kāi)始 閱讀神經(jīng)生理學(xué)方面的文獻(xiàn)，并與生物學(xué)學(xué)術(shù)界接觸，參與這個(gè)主題的跨學(xué)科的學(xué)術(shù)會(huì)議。烏拉姆 在一位數(shù)學(xué)家的經(jīng)歷中曾這樣寫(xiě)道“約翰尼（馮諾伊曼的昵稱）關(guān)于生物體和自動(dòng)機(jī)未來(lái)理論 的設(shè)想有其淵源,但他的較具體的想法，是在他搞電子計(jì)算機(jī)以后才逐漸產(chǎn)生出來(lái)的。我認(rèn)為他推 進(jìn)電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的動(dòng)機(jī)之一,是出于他對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)和腦組織本身運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制的強(qiáng)烈愛(ài)好?！?944年末，馮諾伊曼與哈佛計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室主任艾肯（Howar Aiken）以及羅伯特維納建立“目 的論學(xué)社（teleology society ”?！澳康恼撌茄芯啃袨榈哪康?，我們大多數(shù)人的興趣似乎一方面是致力 于研究這些目的如何

9、由人和動(dòng)物的行為實(shí)現(xiàn)，另一方面是目的如何被機(jī)械與電子設(shè)備模仿”。 1944年至1955年馮諾伊曼主要研究生物系統(tǒng)與自動(dòng)機(jī)的相似性和類比問(wèn)題，在這個(gè)時(shí)期，他認(rèn)識(shí) 到不僅在技術(shù)系統(tǒng)中，而且在生物系統(tǒng)中也存在反饋機(jī)制。馮諾伊曼非常重視計(jì)算機(jī)“邏輯控制”的研究，在晚年的時(shí)候他曾預(yù)言:在將來(lái)，科學(xué)將會(huì)更 關(guān)注控制、程序、信息過(guò)程、信息、組織和系統(tǒng)等方面的研究，而他對(duì)數(shù)字計(jì)算機(jī)的研究目標(biāo)就是為了 通過(guò)計(jì)算機(jī)研究這些內(nèi)容，他的自動(dòng)機(jī)理論就是研究自然自動(dòng)機(jī)和人造自動(dòng)機(jī)控制、信息與邏輯方 面的問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)與人腦第二部分人腦的導(dǎo)言中,他這樣寫(xiě)道，現(xiàn)在，我們可能轉(zhuǎn)入另一項(xiàng) 比較,即與人類神經(jīng)系統(tǒng)的比較。我將討論兩

10、類自動(dòng)機(jī)之間的相似與不相似之點(diǎn)。找出它們相類 似的要素,將引向我們所熟悉的領(lǐng)域。同時(shí),還有若干不相類似的要素。這些相異之處，不僅在于大 小尺寸和速度等比較明顯的方面，而且存在于更深入、更根本的方面，包含:功能和控制原理,總體的 組織原理等等，我們的主要目的，是探討后一方面”。馮諾伊曼的計(jì)算機(jī)理論是在現(xiàn)代目的論發(fā)展的進(jìn)程中產(chǎn)生的，他不僅注意到計(jì)算機(jī)與生物之 間的相似性與差異性，還把大腦神經(jīng)系統(tǒng)的工作機(jī)制應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、自動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造，從而建立 了一種目的論自動(dòng)機(jī)理論。控制論提出者維納曾認(rèn)為，機(jī)器要表現(xiàn)出與有機(jī)體相似的目的與功能,必須探索有機(jī)體的生理反饋機(jī)制,從而使機(jī)器可以模仿有機(jī)體的結(jié)構(gòu)來(lái)建立

11、一套反饋機(jī)制，“目的性 行為可以用反饋來(lái)代替，這樣就可以突破生命與非生命的界限,把目的性行為這個(gè)生物所特有的概 念賦予機(jī)器”。通過(guò)把目的性賦予于無(wú)生命的機(jī)器，就為自動(dòng)控制裝置模擬人的目的性行為找到 可行的機(jī)制和方法。而馮諾伊曼計(jì)算機(jī)程序控制系統(tǒng)正式這一思想的體現(xiàn)。馮諾伊曼支持控 制程序的研究還表現(xiàn)在他對(duì)維納工作的評(píng)論。在1949年9月4日給維納的信中，他這樣寫(xiě)道，“我 希望我毋需告訴你我頭腦中的控制論的涵義,對(duì)于你在通訊理論上的工作，我們已經(jīng)討論多次，我 希望將來(lái)我們對(duì)它進(jìn)行更多的討論。我已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表我的贊同意見(jiàn)。很少有兩個(gè)人百分之百贊 同一件事,但我認(rèn)為我們?cè)谶@個(gè)主題上是完全贊同的”。馮諾伊

12、曼在對(duì)生物信息過(guò)程的長(zhǎng)期探究中,通過(guò)對(duì)自然自動(dòng)機(jī)與人工自動(dòng)機(jī)相似性與差異性 的比較研究，成功地把生物目的性機(jī)制應(yīng)用于人工自動(dòng)札馮諾伊曼計(jì)算機(jī)”是具有儲(chǔ)存信息與 控制系統(tǒng)的機(jī)器,是模擬人的目的性行為最有代表性的機(jī)器，是人的目的性行為在機(jī)器上的成功實(shí) 現(xiàn)。馮諾伊曼自繁殖自動(dòng)機(jī)理論中構(gòu)建的動(dòng)力自動(dòng)機(jī)系統(tǒng)體現(xiàn)了亞里士多德“程序目的論”思想， 而元胞自繁殖自動(dòng)機(jī)理論與實(shí)際的生物系統(tǒng)非常類似，注重生物目的性自動(dòng)機(jī)的算法實(shí)現(xiàn),模擬了 包括人在內(nèi)的生物系統(tǒng)的推理功能。重視對(duì)“復(fù)雜性”的研究馮諾伊曼在對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行研究時(shí),都非常重視對(duì)“復(fù)雜性(complexity) # 研究,他希望能建立復(fù)雜系

13、統(tǒng)的邏輯組織理論,并認(rèn)為只有先找到這樣的理論基礎(chǔ)，才能建造出可靠 性強(qiáng)、能自我繁殖、進(jìn)化的自動(dòng)機(jī)。馮諾伊曼對(duì)復(fù)雜自動(dòng)機(jī)理論的研究集中體現(xiàn)于五篇演講稿中，在&通用計(jì)算機(jī)(Computer in General)中，他描述了一般的復(fù)雜自動(dòng)機(jī)，在開(kāi)篇說(shuō)道，“我將討論自動(dòng)機(jī)一極復(fù)雜自動(dòng)機(jī)的行為 以及由于高度復(fù)雜引起的典型困難。我將簡(jiǎn)要討論人工自動(dòng)機(jī)與有機(jī)體之間的合理的類比,有機(jī)體 在一定的功能上是自然自動(dòng)機(jī)。我們必須考慮它們之間的相似性與不同點(diǎn)這些不同點(diǎn)就是真 正的原理”。在&控制與信息嚴(yán)格理論(Rigorous Theories of Control and Information)、信息的概率 理

14、論(Statistical Theories of Information)介紹了自動(dòng)機(jī)理論的邏輯與概率理論，高復(fù)雜性和極高復(fù) 雜性的作用對(duì)計(jì)算機(jī)與人類神經(jīng)系統(tǒng)的復(fù)雜性和效率做了直接比較，對(duì)細(xì)胞與真空的模擬性質(zhì)與 數(shù)字化性質(zhì)做了比較，他認(rèn)為數(shù)字方法在復(fù)雜狀態(tài)下比模擬方法更有技數(shù)字化機(jī)制對(duì)于復(fù)雜性 功能似乎是必需的，純模擬機(jī)制不適于復(fù)雜狀態(tài)。模擬方法處理復(fù)雜狀態(tài)是把它分成部分,然后單 獨(dú)對(duì)部分進(jìn)行處理。”在&復(fù)雜自動(dòng)機(jī)問(wèn)題的重新評(píng)估一等級(jí)與進(jìn)化問(wèn)題(Re - evaluation of theProblem of Complicated Automata(Problems of Hierarch

15、y and Evolution)中提出了復(fù)雜性最高的自繁殖 自動(dòng)機(jī)的動(dòng)力模型。給出了 “復(fù)雜”(complication)的直覺(jué)定義并推測(cè)了它的退化特征，討論了自動(dòng) 機(jī)與它們的“要素”部分，列舉并定義了這些要素部分,討論了自動(dòng)機(jī)的合成以及自我繁殖問(wèn)題。馮諾伊曼認(rèn)為，人是一種獨(dú)特的自然自動(dòng)機(jī)，在構(gòu)造上比任何一臺(tái)人工自動(dòng)機(jī)更復(fù)雜。由于 這種復(fù)雜性,人類對(duì)自身邏輯的了解比建造的計(jì)算機(jī)的邏輯設(shè)計(jì)了解還少。馮諾伊曼認(rèn)為自動(dòng)機(jī) 理論的主要問(wèn)題是圍繞復(fù)雜性概念的,這個(gè)概念需要嚴(yán)格的定義。自動(dòng)機(jī)理論應(yīng)該把復(fù)雜自動(dòng)機(jī)邏 輯組織與它們的行為相聯(lián)系。這樣的理論將能使我們改進(jìn)人工自動(dòng)機(jī)的邏輯設(shè)計(jì)。可以使自動(dòng)機(jī) 完成由

16、人類完成的更難、更高級(jí)的功能和人類不能完成的一些其他功能。在復(fù)雜系統(tǒng)中尤其重要的 是可靠性問(wèn)題。馮諾伊曼推測(cè)出極度復(fù)雜的系統(tǒng)需要新的原理,他認(rèn)為在某個(gè)水平下，復(fù)雜性退 化，自繁殖不可能發(fā)生。在一個(gè)簡(jiǎn)單自動(dòng)機(jī)里，整個(gè)自動(dòng)機(jī)行為的符號(hào)描述比對(duì)自動(dòng)機(jī)自身的描述 更簡(jiǎn)單，但在復(fù)雜自動(dòng)機(jī)情況下，對(duì)自動(dòng)機(jī)的描述比對(duì)其行為的符號(hào)描述更簡(jiǎn)單。!馮諾伊曼還通過(guò)復(fù)雜性自動(dòng)機(jī)與熱力學(xué)理論、信息論之間的相關(guān)性描述了復(fù)雜性的特征，實(shí) 際上馮諾伊曼的自動(dòng)機(jī)理論始終貫穿著對(duì)“復(fù)雜性”的研究，在提出自動(dòng)機(jī)原理的過(guò)程中,他通過(guò) 對(duì)人腦和電腦的比較使我們認(rèn)識(shí)了思維的復(fù)雜性，通過(guò)研究機(jī)器是否能像生物那樣具有自繁殖能 力,使我們了解

17、了生命系統(tǒng)的復(fù)雜性。在20世紀(jì)40年代早期,計(jì)算系統(tǒng)的復(fù)雜性還沒(méi)有被清楚地 認(rèn)識(shí)。大多數(shù)早期計(jì)算機(jī)研究者的眼光沒(méi)有超出元件設(shè)計(jì)、硬件工程的細(xì)節(jié)。馮諾伊曼對(duì)計(jì)算機(jī) 的發(fā)展產(chǎn)生重大影響的原因之一是他對(duì)計(jì)算系統(tǒng)復(fù)雜性的認(rèn)識(shí)以及從不同方面對(duì)復(fù)雜性的 貢獻(xiàn)。二、人工智能的發(fā)展人工智能成為一門(mén)獨(dú)立研究的學(xué)科要追溯到1956年的達(dá)特茅斯會(huì)議。該會(huì)議由美國(guó)約翰麥 卡錫(John Mccathy)和馬文明斯基(Marvin Minsky)發(fā)起,為期兩個(gè)多月。這次會(huì)議對(duì)于人工智能 的目標(biāo)設(shè)想是“制造一臺(tái)機(jī)器，該機(jī)器可以模擬學(xué)習(xí)或智能的所有方面”。明斯基提出“人工智能 是一門(mén)科學(xué)，是使機(jī)器做那些人需要智能來(lái)做的事情

18、”。人工智能在研究如何讓機(jī)器具有人的智 能的過(guò)程中形成了三大流派，即符號(hào)主義、連接主義和行為主義。達(dá)特茅斯參會(huì)者赫伯特西蒙和艾倫紐厄爾創(chuàng)立了符號(hào)主義的流派，該流派的哲學(xué)思路被稱 為“物理符號(hào)系統(tǒng)假說(shuō)”，即“智能是對(duì)符號(hào)的操作”。符號(hào)主義早期在機(jī)器證明和知識(shí)表示上取得了耀眼的成就。在達(dá)特茅斯會(huì)議上,赫伯特西蒙和艾倫紐厄爾介紹了一個(gè)叫“邏輯理論家”的程 序，能夠證明羅素與懷特海合著的數(shù)學(xué)原理這部現(xiàn)代邏輯著作中命題邏輯中的一個(gè)子集。1959 年中國(guó)的邏輯學(xué)家王浩在一臺(tái)機(jī)器上證明了數(shù)學(xué)原理中一階邏輯的所有定理。繼機(jī)器證明后，符 號(hào)主義在專家系統(tǒng)和知識(shí)工程方面取得了重要成就，但沿著這條路就可以實(shí)現(xiàn)全部智

19、能嗎？沿著這 個(gè)思路進(jìn)行研制的日本第五代智能機(jī)最后以失敗而告終，表明符號(hào)主義遇到了發(fā)展的瓶頸。連接主義的觀點(diǎn)認(rèn)為“大腦是一切智能的基礎(chǔ)，試圖通過(guò)研究大腦神經(jīng)元和連接機(jī)制在機(jī)器上 進(jìn)行相應(yīng)的模擬”。連接主義的研究是基于1943年神經(jīng)生理學(xué)家沃倫麥卡洛克和邏輯學(xué)家沃 爾特皮茨聯(lián)合發(fā)表神經(jīng)活動(dòng)中內(nèi)在思想的邏輯演算提出的模擬人類神經(jīng)元細(xì)胞結(jié)構(gòu)的一個(gè)模 型。1951年明斯基和迪安艾德蒙茲合作設(shè)計(jì)了 “隨機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬強(qiáng)化計(jì)算器”。1958年心理學(xué) 家弗蘭克羅森布拉特(Flank Rosenblatt)基于麥卡洛克和皮茨模型提出了感知機(jī)模型，是一個(gè)可以 根據(jù)樣例數(shù)據(jù)來(lái)學(xué)習(xí)、對(duì)新的數(shù)據(jù)做分類預(yù)測(cè)的模型。受感

20、知機(jī)的啟發(fā),20世紀(jì)60年代有很多計(jì)算 機(jī)工程師和數(shù)學(xué)家投入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究。1969年明斯基和西蒙派帕特(Seymour Papert)出版感 知機(jī):計(jì)算機(jī)幾何學(xué)導(dǎo)論，證明感知機(jī)只能解決線性可分問(wèn)題而實(shí)現(xiàn)多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不太可能，導(dǎo)致 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究在十多年之內(nèi)一度陷入低潮，直到1986年杰弗里辛頓(Jeoffrey Hinton)與羅納德 威廉姆斯(Ronald Williams)發(fā)表通過(guò)反向傳播算法實(shí)現(xiàn)表征學(xué)習(xí)提出反向傳播算法，倡導(dǎo)深層神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提出深度學(xué)習(xí)。2004年辛普森研究團(tuán)隊(duì)研究出了一批更高效的深度學(xué)習(xí)算法使深度學(xué)習(xí)成 為了人工智能的主流研究方向，它的成功使連接主義成為目前一條重要人工

21、智能實(shí)現(xiàn)路線?，F(xiàn)在深 度學(xué)習(xí)掀起了人工智能的新高潮，在自然語(yǔ)言處理、機(jī)器翻譯、語(yǔ)音合成、無(wú)人駕駛和人臉識(shí)別等方 面取得了巨大的成就，但連接主義也面臨著極大的挑戰(zhàn)，因?yàn)槿藗儸F(xiàn)在還沒(méi)有完全弄清楚人腦智能 產(chǎn)生的機(jī)制,難以實(shí)現(xiàn)完全的連接主義。行為主義流派認(rèn)為智能取決于人的感知和行動(dòng)。只需要將智能行為表現(xiàn)出來(lái)，不需要知識(shí)表征 和推理，這個(gè)學(xué)派的早期的代表是Brooks的六腳爬行機(jī)器人。沿著行為主義的路線，美國(guó)波士頓動(dòng) 力公司做出了人形機(jī)器人可以做后翻動(dòng)作、大狗機(jī)器人可以負(fù)重前行，但這些機(jī)器人模擬人類行動(dòng) 技能上面臨很大挑戰(zhàn)。美國(guó)哲學(xué)家普特南(H. Hilary Putnan)也提出了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn),認(rèn)為

22、完美的偽 裝者可以根據(jù)外在的需求進(jìn)行表演，在需要他哭的時(shí)候可以放聲大哭，需要他笑的時(shí)候，他可以開(kāi)心 大笑。斯巴達(dá)人無(wú)論使內(nèi)心激動(dòng)還是平靜，其外貌總是冷若冰霜。完美的偽裝者和斯巴達(dá)人的外部 表情和內(nèi)心沒(méi)有聯(lián)系，外在的行為何以是智能的表現(xiàn)？因此很多人認(rèn)為行為主義的實(shí)現(xiàn)不能等同于 人的智能。綜上所述，人工智能的三大流派都取得了很大進(jìn)展，但又都面臨著巨大挑戰(zhàn)。三、馮諾伊曼的科學(xué)哲學(xué)思想對(duì)人工智能研究的啟示在人工智能的發(fā)展中，馮諾伊曼的科學(xué)哲學(xué)思想有著重要的方法論啟示意義。馮諾伊曼不 僅闡述了制造計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)邏輯規(guī)則，而且把邏輯學(xué)與生物學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái),把機(jī)器與人的神經(jīng)系 統(tǒng)作了比較，注重生物目的性人工自

23、動(dòng)機(jī)的算法實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器的自動(dòng)控制過(guò)程，模擬人的目的性 行為，還研究了復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué),用元胞自動(dòng)機(jī)向我們展示了復(fù)雜性的涌現(xiàn)，這對(duì)人工智能的研究具有 以下啟示意義。(-)探求人工智能新的邏輯理論符號(hào)主義在發(fā)展的過(guò)程中面臨著的三大問(wèn)題:一是概念組合爆炸問(wèn)題，即一個(gè)人掌握的基本概 念有幾萬(wàn)個(gè)基本概念，基本概念形成的組合概念是無(wú)窮的，二是綜合命題悖論問(wèn)題，即兩個(gè)合邏輯的 命題組合起來(lái)難以判斷真假，三是現(xiàn)實(shí)知識(shí)難以用有限的邏輯符號(hào)全部表達(dá)的問(wèn)題，這三個(gè)問(wèn)題用 現(xiàn)有的邏輯理論是無(wú)法解決的。在人工智能發(fā)展過(guò)程中，美國(guó)科學(xué)家戴維布里奇曼在21世紀(jì)初 在制腦者這部著作中曾這樣寫(xiě)道“傳統(tǒng)的人工智能研究，即希望開(kāi)發(fā)

24、出能夠以高度有序、按部就 班的方式進(jìn)行思考的電腦系統(tǒng)，已經(jīng)在幾乎所有曾經(jīng)看來(lái)大有可為的領(lǐng)域止步不前近四十年光 景里人工智能領(lǐng)并沒(méi)有什么實(shí)質(zhì)性的突破”。!馮諾伊曼認(rèn)為人類智能的本質(zhì)是邏輯的抽象，人工自動(dòng)機(jī)的本質(zhì)是讓自動(dòng)機(jī)行使邏輯功能, 而電路等設(shè)備只是輔助邏輯功能的實(shí)現(xiàn)。在研究的過(guò)程中他指出了現(xiàn)有的數(shù)理邏輯對(duì)研制自動(dòng)機(jī) 來(lái)說(shuō)是不夠的，沒(méi)有找到合適的邏輯理論是我們研究自動(dòng)機(jī)的障礙之一。也正是因?yàn)樗业搅擞?jì)算 機(jī)背后的邏輯理論，才成功地設(shè)計(jì)了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的完整邏輯結(jié)構(gòu)，使第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的計(jì)算智 能成功得以實(shí)現(xiàn)。第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)成功也更使他認(rèn)識(shí)到數(shù)理邏輯與人工自動(dòng)機(jī)的緊密 關(guān)系。為了探求復(fù)雜自

25、動(dòng)機(jī)背后的邏輯理論，馮諾伊曼指出我們不僅要用數(shù)理邏輯的知識(shí)指引自動(dòng) 機(jī)的研究，也需要用自動(dòng)機(jī)的邏輯理論來(lái)看待數(shù)理邏輯,先尋找自動(dòng)機(jī)的邏輯后再轉(zhuǎn)化為數(shù)理邏輯 的符號(hào)，再在機(jī)器上實(shí)現(xiàn)。因此，他對(duì)自動(dòng)機(jī)的邏輯理論做了大量探討,把自動(dòng)機(jī)的邏輯與現(xiàn)有數(shù)理 邏輯的特點(diǎn)做了比較，指出了現(xiàn)有邏輯用于自動(dòng)機(jī)邏輯研究的不足之處以及造成的后果。由于數(shù)理 邏輯不考慮計(jì)算的復(fù)雜性，只考慮在有限步驟類完成計(jì)算，這就導(dǎo)致了復(fù)雜的智能計(jì)算在現(xiàn)有的數(shù) 理邏輯中不可能完備的進(jìn)行,這也是符號(hào)主義所面臨的問(wèn)題。由于數(shù)理邏輯是確定的,是綜合的，而 自動(dòng)機(jī)的邏輯是概率的、分析的，這也使得數(shù)理邏輯不能成為自動(dòng)機(jī)理論中合適的邏輯理論。馮諾伊

26、曼不僅指出現(xiàn)有數(shù)理邏輯的研究是不夠的,還指出我們需要進(jìn)一步研究生物自動(dòng)機(jī), 尤其是人的神經(jīng)系統(tǒng)的內(nèi)在邏輯，他認(rèn)為新的自動(dòng)機(jī)邏輯理論與概率理論、熱力學(xué)和信息理論有著 緊密的聯(lián)系,我們需要從這些理論中獲得啟示。（二）開(kāi)啟人工智能生物目的性自動(dòng)機(jī)研究方向美國(guó)當(dāng)代科學(xué)哲學(xué)家休伯特德雷福斯曾說(shuō)對(duì)于人工智能而言，進(jìn)化的模擬遠(yuǎn)比神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 模擬更有前途”。!為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以從馮諾伊曼的生物目的性自動(dòng)機(jī)理論中得到 啟示。馮諾伊曼開(kāi)創(chuàng)了人工自動(dòng)機(jī)與自然自動(dòng)機(jī)的比較研究，對(duì)我們了解自然系統(tǒng)（自然自動(dòng)機(jī)）、 了解模擬與數(shù)字計(jì)算機(jī)（人工自動(dòng)機(jī)）貢獻(xiàn)了最基本的方法。馮諾伊曼十分重視自然自動(dòng)機(jī)與人 工自動(dòng)機(jī)的比

27、較，并認(rèn)為這兩者之間會(huì)相互促進(jìn)彼此的研究。1947年3月在目的論學(xué)社第三次會(huì)議 上,他比較了生物與人工信息過(guò)程系統(tǒng)中的反饋與記憶系統(tǒng)。1955年8月，馮諾伊曼與威斯康星 （Wisconsin）大學(xué)基因?qū)W家Joshua Lederberg通信，Joshua Lederberg認(rèn)為馮諾伊曼的自繁殖模型在 解釋生物繁殖上是充分的。同年,他與生理學(xué)家C. M. William接觸,William與Graham Weddell于 1952（1954年在牛津大學(xué)進(jìn)行一項(xiàng)關(guān)于兔子耳毛的研究課題，他們的工作揭示的信息機(jī)制與馮諾 伊曼為改進(jìn)計(jì)算機(jī)可靠性的多方面的技術(shù)非常相似。馮諾伊曼發(fā)現(xiàn)自然自動(dòng)機(jī)是一個(gè)混合系統(tǒng)

28、,既包含模擬過(guò)程又包含數(shù)字過(guò)程?；蚴菙?shù)字式 的;酶是模擬式的，模擬一種控制功能，控制功能是模擬的。在自然自動(dòng)機(jī)知識(shí)的影響下，馮諾伊 曼提出了一個(gè)模擬式（數(shù)字式的復(fù)合計(jì)算機(jī)模式，這是一個(gè)把研究自然系統(tǒng)的結(jié)果用于人工系統(tǒng)設(shè) 計(jì)的很好的例子，這種遠(yuǎn)見(jiàn)是難能可貴的，它為后來(lái)的非數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展指明了方向。馮諾伊曼在構(gòu)造計(jì)算機(jī)的通用理論時(shí)，在比較人工自動(dòng)機(jī)和自然有機(jī)體這些相異且相關(guān)的系 統(tǒng)中，找到了涵蓋這兩者的理論，這種自動(dòng)機(jī)理論包括人工系統(tǒng)和自然系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組織和原則，語(yǔ) 言和信息在系統(tǒng)中的作用以及系統(tǒng)的編程和控制。他認(rèn)為自然自動(dòng)機(jī)和人工自動(dòng)機(jī)這種比較研究 可以互相影響，互相促進(jìn)，既幫助我們理解大腦

29、神經(jīng)系統(tǒng)的工作機(jī)制，又可把生物機(jī)制應(yīng)用于計(jì)算 機(jī),改善計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)。如在1945年EDVAC報(bào)告中，他先探討了麥卡洛克與皮茨1943年發(fā)表的 神經(jīng)活動(dòng)內(nèi)在概念的邏輯演算，然后對(duì)人類神經(jīng)系統(tǒng)與電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行類比:他把人的神經(jīng)系統(tǒng) 中主管聯(lián)想的神經(jīng)元類比成計(jì)算機(jī)的中央處理器,把感知、運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元類比成計(jì)算機(jī)的輸入與輸 出裝置，把神經(jīng)系統(tǒng)的興奮和抑制以邏輯上“全或無(wú)”的方式表現(xiàn)出來(lái),與電子線路中二進(jìn)制開(kāi)關(guān)對(duì) 應(yīng)。馮諾伊曼的計(jì)算機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)，可以說(shuō)是神經(jīng)系統(tǒng)中某些功能機(jī)制的模擬。馮諾伊曼從現(xiàn)代邏輯的成果出發(fā),模擬了包括人在內(nèi)的生物系統(tǒng)的推理功能、自繁殖功能，他 還從基因的角度對(duì)自動(dòng)機(jī)的進(jìn)化問(wèn)題進(jìn)行了探討

30、，“自繁殖的自動(dòng)機(jī)越往后發(fā)展，就越有可能會(huì)改變 其遺傳基因,具有進(jìn)化機(jī)制”?？梢哉f(shuō)，馮諾伊曼開(kāi)啟了對(duì)生物目的性自動(dòng)機(jī)的研究,是生物目的性自動(dòng)機(jī)理論的開(kāi)創(chuàng)者，對(duì) 人工智能開(kāi)啟生物學(xué)研究方向具有重要啟示意義。馮諾伊曼的生物目的性自動(dòng)機(jī)理論經(jīng)他的同 事勃克斯（Burks）介紹推廣以后，勃克斯的博士生約翰霍蘭德（John Holland）受到啟發(fā)，提出了一套獨(dú)特的遺傳算法，并建立了人工智能領(lǐng)域的遺傳學(xué)派。（三）為人工智能提供復(fù)雜性科學(xué)研究方法馮諾伊曼非常重視復(fù)雜性研究，為了創(chuàng)建更可靠、復(fù)雜性更高、能夠自繁殖的自動(dòng)機(jī)探討了 “復(fù)雜性”問(wèn)題，并用元胞自動(dòng)機(jī)呈現(xiàn)了復(fù)雜性的涌現(xiàn)圖景?！瓣U明復(fù)雜性和復(fù)雜化概念應(yīng)

31、當(dāng)是20世 紀(jì)科學(xué)的任務(wù)，就像19世紀(jì)的熵和能量概念一樣”，他的愿望在20世紀(jì)并沒(méi)有實(shí)現(xiàn),但他超前的眼 光對(duì)人工智能的研究有極大的啟迪作用。馮諾伊曼對(duì)復(fù)雜性做了大量的研究,提出了 “邏輯深度、“數(shù)值方法”等研究復(fù)雜性的概念和 方法，他的元胞自動(dòng)機(jī)理論的構(gòu)建的方法，與傳統(tǒng)邏輯構(gòu)建方法不一樣，為人工智能的研究提供了新 方法。傳統(tǒng)的人工智能流派之一符號(hào)主義以符號(hào)處理為基礎(chǔ)，把人的智能符號(hào)化、程序化，使用的是 “自上向下”的方法，即“根據(jù)從上端到下端的編程程序手段來(lái)建構(gòu)智力機(jī)器:首先把總體的行為分 解成嚴(yán)格定義的子程序進(jìn)行編程，子程序又分解成子程序、子子程序一直分解到程序本身的機(jī) 器語(yǔ)言”。馮諾伊曼的元胞自動(dòng)機(jī)中復(fù)雜性的呈現(xiàn)采用的是“自下而上”的方法，即“先定義許多小的單 元以及幾條關(guān)系到它們內(nèi)部的、局部的相互作用的簡(jiǎn)單規(guī)則，從這些相互作用中產(chǎn)生出連貫的整 體行為，這種行為并不是預(yù)先編好的，而是通過(guò)模擬或模仿自然界中自我組織的過(guò)程