知识结构的工程技术模拟介绍

第二节　知识结构的工程技术模拟

利用工程技术和科学技术为手段，把存在于内脑的知识结构，复制成电脑的知识库或专家系统；如果在功能上可以表现出学者专家的思维能力，那就证明，人类关于知识结构的认识是正确的。

知识结构是思维科学的一个分支系统，西方学者把思维科学叫做认知科学。它们都是研究知识的理解、形成和发展的科学。它是通过组建模型对脑进行功能模拟，逐步实现人的智力模型综合，这是认知科学的一大特点。目前，认知科学、思维科学尚处于经验科学阶段，远没有形成一套严整的科学理论。人类对于自身内脑知识结构的认识也是处于猜测性的探索认识阶段，仍没有超出经验科学范畴；但是，它却很快进入实践领域，成为电子计算机工程的重要理论基础，并在工程实践中得到应用和验证。知识工程创立者费根鲍姆认为，知识处理机（KIPS）将引起世界革命。

通过组建模型对脑进行功能模拟，开始于20世纪中期。电子计算机的发明和信息论的创立，启发了人们用信息加工的观点来研究思维活动，利用电子计算机作为实验手段来模拟人的思维活动，现代化工具的使用标志着实验研究新时期的到来。1956年，美国心理学家纽威尔、肖、西蒙三人设计出来L·T·（logic　theorist，意即逻辑理论家的程序）模拟了人用逻辑证明定理时的思维规律，成功地证明了罗素的名著《数学原理》第二章的38个定理，由此证明了计算机思维，电脑确实具有人脑的一些思维功能。

70年代以来，计算机由数据处理（计算）发展到信息处理（逻辑推理）引起了信息革命；到80年代又从信息处理进入了知识处理，它标志着人脑中的知识结构可以物化成机器的专家系统。如果说这是第五次信息革命，那么，它同前四次信息革命具有本质的区别。因为语言的产生、文字的创造、印刷术的发明、电讯广播的使用，在本质上这四次信息革命都是信息的交换和传播，不存在信息的增殖和创造。目前，人工智能的发展已形成一个新的领域——知识工程，知识可以从设计到生产，完全由人工进行控制，通过计算机进行制造，甚至还可以创造出新的知识，这就是用智能软件建立的专家系统，模拟出专家型知识结构的某些功能，包括获取知识的方法，运用知识解决具体问题的方法，等等。

例如，DENDRAL系统可以根据质谱数据来识别化合物的分子结构，经过有关方面鉴定它已达到化学博士水平。超DENDRAL系统可以利用有关质谱断裂和分子结构之间关系的大量资料，进行归纳推理，形成新的概念，提出质谱断裂的新理论，并在美国化学学会的期刊上发表，这项化学成果已经得到化学家的承认。

机器不仅能够模拟常规思维，而且还能模拟一些创造性思维，彻底改变了认为机器不可能有创造性的传统看法。虽然目前关于人类的创造性思维还是一个微观机制尚不十分清楚的领域，由于创造性思维功能已能通过科学技术手段再现出来，从而也就打破了创造性思维神秘化的传统认识。从生产自动化发展到生产智能化，从经营管理到设计制造，均可以由智能机器一体化完成。下个世纪，不仅工厂智能化，办公室和家庭乃至整个社会都将智能化，既有人的智力，又有机器的人工智力。如果说，教育和学习是第一次智力开发，工作实践是第二次智力开发；那么，运用知识工程来建立专家系统这种人工智能，就是智力的第三次开发。(www.xing528.com)

据推测，知识工程在下个世纪很可能发展为思维工程。它将以思维科学、人工科学、人工智能、心理学和现代脑科学为理论基础，通过生物工程、基因工程为手段，来研制出仿脑思维机，不仅能模拟形式逻辑范围的思维功能，甚至还可以模拟辩证逻辑的思维功能。有人大胆地预测，将来的超微型思维机可以植入人类大脑皮质中，形成脑机共生体，出现复合型智能，进入人机共同思考的新时代，将会由信息革命、智能革命发展到思维革命。

上面的推测是否有现实性呢？只要我们考察一下现实社会中的创造发明家，就可以得出肯定的结论。统计地考察，历史上有过重大发明创造的人，并不都非常出奇，有些方面他们也很平凡；他们往往很聪明，但却不是绝顶的聪明；他们都受过教育，占有比较系统的知识，但却不一定都是十分有学问的知识渊博者。这说明他们在知识结构和智力结构上都存在着许多个体差异，可是他们都有一个不可缺少的共性，这就是坚定的意志和对事业的深厚感情。这都属于非智力因素是居于精神世界中的最高调控地位，只要人类制造出智能机、思维机，人类的意志就可以始终居于最高调控地位，来操纵没有自我意志的机器，去忘我地工作，去实现人的预期目的。

由此可见，人工智能、知识工程它们模拟的仅仅是人脑的一个部分，无论如何发展也没有超出人的智力系统，即知识结构和智力结构；而凌驾于智力系统之上的却是意志和情感等非智力因素，这却是机器无法办到的！也许到下个世纪生物工程、基因工程进入实践领域以后，可以透露出模拟非智力系统功能的信息。

人脑的专家系统与电脑的专家系统有本质的区别。人脑的专家系统即人的智力系统，它有两个层次：其一是先天的智力结构，它以潜在的形式来源于生物基因的信息传递。如，潜在的理解力（逻辑思维能力），潜在的创造力（灵感思维能力）和潜在的记忆力等。这些潜在的智力都有待于后天实践中去开发。其二是后天的知识结构，它完全是在后天实践中获得的知识进行建构的结果，这个建构过程同时又是智力的开发过程。人的各种潜在能力完全依赖于后天实践过程中利用知识作为开发工具，开发到什么程度，理解力、想象力、创造力和记忆力就发展什么程度。而电脑的专家系统根本不存在先天的潜能力，只存在显能力，人工智能所表现出的理解力、想象力和创造力完全是记忆力的产物，是存储知识的结构重组。

记忆存储知识的结构重组，包括具体科学知识和思维方法知识的交叉组合。由于知识是高层次的系统化的信息，其内涵十分复杂，知识结构所发生的结构重组，远远不是教学意义的排列组合仅限于有限范围，而是无限范围、无穷子项、无法计数的组合方式。创造性思维所设计出来的新思维程序，是数学无法计算出来的一种知识内涵的结构重组；特别是设计思维程序的思维方法，即使要计算知识在外延上的结构重组也是难于穷尽的，因而就产生了创造性思维神秘到令人无法思议的程度。如果认为，人的创造力在没有进行开发的时候，它仅仅是种潜在的能力，有与没有一样不能显示出区别来；那么，就容易理解人的创造力和人工智能的创造力为什么会有功能相似，其原因很可能都来源于它们的结构相似，即都是知识的某种结构重组。

总而言之，电脑与人脑在功能的相似，应该推测出两者在结构上的相似。要证实这个问题需要生物技术的发展，突破口可能在形象思维上。思维科学虽然是新兴科学，却与古老的自然科学和社会科学具有并列鼎立之势。1979年国外认知科学正式诞生，1980年中国开始创立思维科学。思维科学同自然科学和社会科学一样也可大致划分为三个组成部分：基础科学、技术科学、应用科学。目前看来它的基础科学主要研究抽象思维、形象思维和灵感思维问题。由于社会思维学也看作是思维科学的基础，而不当作一门应用科学，因此，知识结构问题就有可能成为社会思维学的一个分支学科，而不单纯当作一门应用学科。只是目前理论界的兴趣尚未落到知识结构问题上，并不等于知识结构问题不具有基础学科的地位。正如18世纪对于热机的研究，当时只认为热机问题是一个工业技术问题，万万没有想到它成了分子物理学（热力学）的突破口，当热力学第一定律和第二定律确立以后，热力学竟跃居于同古典力学并列的基础物理学科。因此，可能不无理由的设想：既然知识结构问题受到社会实用部门的广泛重视，确认它有重大的实用价值，在社会实践需要的推动下，知识结构的研究是否也可能成为揭示人类思维奥秘的突破口呢？至少在目前武断地去作出否定答案还为时尚早。钱学森同志曾一再寄希望于形象思维可能成为探索人类思维奥秘的突破口。