本节书摘来自异步社区《W社会智能与综合集成系统》一书中的第1章1.6节 智慧涌现，作者戴汝为 , 李耀东 , 李秋丹,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

1.6 智慧涌现
社会智能与综合集成系统
美国科学家Wiener在1948年发表的《控制论》开创了系统科学和交叉科学的先河。钱学森以火箭为应用背景，以《控制论》的思想开拓自动控制领域，1954年出版《工程控制论》。《工程控制论》出版50年来不断发展起来的《生物控制论》、《经济控制论》和《社会控制论》等科学技术，显示多科学交叉研究的方向涌现为一个世纪的科学技术发展趋势和特性之一。该特性为现在认知科学和复杂性研究的崛起，而进一步得到证实。

认知科学在1973年定名于希哥丝，20年后在美国科学基金委员会组织的认知科学家教育大会上才形成比较一致的看法：“它是研究人类的认知和智力的本质和规律的前沿科学”。这门科学研究的范畴包括知觉、注意、记忆、动作、语言、判断、想、意识乃至情感动机在内的各个层面的认知活动。认知科学是在心理科学、计算机科学、神经科学、科学语言学、比较人学和其他基础学科交界面上涌现出来的高度跨学科的新兴科学。认知科学这样大跨度的多学科交叉结合，在科学史上还是首次，也充分体现出现在科学跨学科发展的必然趋势。

在认知科学近30年的发展中，从对关于认知和智力的本质的研究基础，到对计算机发展的应用技术都产生巨大的刺激和推动作用。这样从研究基础到应用的研究，直到形成产业的周期是这样短促，令人吃惊，另外现场认知走进科学殿堂，作为人们和环境的交互作用并且由这个促进发展人文和科学技术交融和对人自己不断完善的追求。现在认知科学成为现在科学四个基础之一。

思维科学研究基于第五次产业革命的来临、信息时代和研究新型智能的计算机的需要。1991年5月在钱学森的建议下，智能的计算机系统专家组在北京航空航天大学举行“形象思维探讨班”，研讨深入开展形象思维问题。思维科学一个方面为智能的计算机和发展人—机结合智能的系统提供理论根据，同时逐步丰富，并且对形象思维的泛化和大脑的思维能力是不断发展的进行了精辟的论述。把从定性到定量的综合集成法作为思维科学中间的层次，而从定性到定量的综合集成研讨厅体系是思维科学的一项应用技术，从而为思维的智慧研究和应用指明了方向。

为了实践形象思维是思维科学的突破口，研究形象思维，就要研究中国古代哲学精华，从中国传统文化中吸取营养。我们对中国古代的宇宙整体观、洪范九畴、配应想、老子和庄子的著作中体会形象思维并且从综合集成的观点分析认知过程。我们进一步感受到，中国传统文化之所以具有深厚的生命力，除宇宙整体观和社会和谐的人文主义精神外，就是它们的各种思维和意象学说。于是试图应用形象思维和整体观来论述中医的人天观和阴阳、五行学说，结合的综合集成思想了解辨证施治和四诊、八纲，然后从开放的复杂巨系统的观点理解中医理论，为它们的发扬光大奠定基础。进一步我们应用计算机进行形象思维也即计算机模式识别的研究：围棋，这起源于中国，倾倒日本、韩国的艺术，是形象思维、整体的观念、逻辑技巧和博弈的高级境界；对联，为中国历代文人墨客所好，具有鲜明的民族文化、文字锤炼和风俗习惯的深厚底蕴。对围棋和对联这两种艺术，我们进行计算机识别，导致模拟和生成，这也是一种应用计算机智能的模拟民族化的尝试吧。

我们专注于模式识别技术，原因是它广泛应用于现在的生活和生产中，成为现代生活的重要信息产品，同时模式识别是智能化的主要方向，它凝固在各种载体和程序中，因而具有研究发展的广阔的前景。Simon认为：“大部分直感都是识别行为，也许更加确切的说法应该是识别乃是直感的中心操作。也就是说，直感实质上乃是通过从新的问题情境中识别出一个和原来有熟悉块相类似的模式，并且调用和那个熟悉块互相联系的信息，解决新的问题过程。”这正是形象思维过程。我们首先从认知记忆出发，从启发式等几个方面加以引申，对形象思维进行模式识别的探讨并且从形象思维映射人识别模式思维方式，然后以人们的模式识别特性，探讨形象思维和计算机模式识别。值得尤其指出的是，我们把形象思维和抽象思维两者有机结合，提出语义模式识别、句法模式识别。所以首先对句法模式识别从短语结构语言、有限状态语言和有限状态自动机对句法进行具体分析，然后以属性文法、图形论述语言的扩大进行模式的语义、句法的论述，从而形成有机结合的语义模式识别、句法模式识别。进一步应用人工神经网络技术，这样就组成基于人工神经网络的语义模式识别、句法模式识别方法。以手写汉字识别中的子结构检测为例子，论述有教师学习和机器智能的模式识别的重要意义。这种识别方法和近来提出的并行紧致集成方法，在汉字识别领域是具有拓广意义的进步，它为以后解决识别率的瓶颈，走向实际应用和产业化奠定了基础（戴汝为，1994）。

作者从1992年承担国家攀登计划中思维科学前沿领域中若干个重大问题的研究中第C项：思维和智能的模拟的课题研究。跟踪国际流行的一些认知理论并且对具有集成特色的认知统一理论进行跟踪和了解。正如在许多新兴的科学一样充满着发现、验证、矛盾和争论，在我们进行认知统一理论的文献中，给我们留下深刻的印象是，Simon以及与他共事20多年的Newell和曾经就学于Simon后来开展研究现场认知的Clancey等人之间存在学术争论，正是这种充满科学精神的争论，激活新学术观点的成长，使得认知科学随时代一起发展。认知统一理论见证了Simon和Newell两位科学家的友谊和就不同观点的争论。认知统一理论是应用论述认知体系的结构形式。体系的结构是认知机制的集合，是实现符号系统的固定结构。体系的结构是认知统一理论的中心，而SOAR则是机器智能在认知领域的研究集成，被看作认知统一理论模型。它实际上是解决问题的通用程序，它结合有关专门知识，作为一组规则在解决问题时进行指导。所以是一个能够从经验和可以解释的思维基本机理中进行学习的计算机程序。这为认知问题的研究提供一个重要的侧面，也为从思维角度研究认知得到启发。

当我们对认知和思维，把西方流行理论和中国传统思想结合起来考察时，能够感受到它们之间的外化、彼此渗透，甚至是两种表象的同金币，所以必须去探究它们之间的固有联系。作为认知过程，载体是思维活动，思维过程和结果形成知识，恰好是认知科学和机器智能首先对思维过程和知识进行定量的论述。无论复杂的程度怎么和知识体系对应，它既包括抽象思维又包括形象思维，所以是意象系统，这和中国传统文化确有相承之处。尤其是现场认知的发展，把思维扩大到行为，把个体扩大到社会，在和社会环境的交互、重新构建和内化后，这种认知是和创造思维互相联系的。把意象系统凝固在思维过程中形成概念系统。概念系统是针对具体事物来说的：从物理中的超导和薛定锷测不准定律；从复杂性研究到开放的复杂巨系统，所以概念系统发生改变，但主要是它们的结构。构造一个结构，从先验的判断、猜测改变成经验性数据测量是很关键的，即综合集成。它是一个逐次升级、认识飞跃的过程。回过头来，概念系统正是由两个方面组成的，即比较定性的意和比较定量的象，两者是互相补充、改变和作用的。作为认知的现场联系，从社会问题来检验这种观点，我们发现社会学方法也在经历着从整体分析到个体分析的改变，也就是说，这种从定性到定量的综合集成法，正在向社会、向哲学研究延伸……我们是在为认知和思维研究的结合，进行传统文化和现在科学方法的相得益彰的研究付出努力！

20世纪是人类历史上政治、经济、文化剧烈改变的年代，人文、科学技术彼此融合，计算机网络无处不在。信息成为继物质、能量以后的新的要求，科学交叉发展，复杂性这个新世纪的学科傲然崛起。认知科学走向现场，成为现在科学的基础之一。中国科学家以钱学森为首提炼出开放的复杂巨系统和从定性到定量的综合集成法，认为复杂性是这个系统的动力学特性，从而把系统学、思维学和复杂性科学有机地整合，尤其在处理开放的复杂巨系统方法论方面，更是走在国际前沿。钱学森无不自豪地说：“Simon和圣菲研究所（Santa Fe Institute）的那些人提出的复杂的系统和复杂性，我们以前已经向你们说过，他们没有具体提供解决问题的方法！我们比他们高一层次，原因在于：（1）区别复杂的系统和开放的复杂巨系统，复杂的系统可以应用《控制论》和计算机解决；（2）开放的复杂巨系统只有应用从定性到定量的综合集成法。”

如认知科学旨在建立机器智能的理论基础，那么我们首先来审视机器智能50年发展的辉煌却充满争论的历史。自1956年达特茅斯大学的大会上接受麦卡锡建议的“机器智能”这个术语。机器智能在20世纪50年代至20世纪70年代取得鼓舞人心的成果，20世纪80年代对人工神经网络又体现出非凡的热情。虽然知识型系统成为20世纪70年代至20世纪80年代机器智能专家的自豪的成果，但是这种智能自动化的目的被证明难以实现，自1991年开始的现场机器智能的潮流，冲击着传统机器智能的领域，形成为现场交互的现场认知。

回忆机器智能发展历史中的经验，之所以步履维艰的原因在于研究方法论上的局限。正因为这样，我们开始就把研究的方法定位于人—机交互，扩大为机器智能，在研究实践中从智能的系统创建，到从定性到定量的综合集成研讨厅体系形成智慧涌现，实现着人—机共创的过程。人—机共创智慧涌现，是信息时代、网络空间智能发展的特性。科学的脚步昭示着：对智能的研究，同样需要理论基础和方法论。于是在认知科学和思维科学理论基础上根据智能的研究实践中认识，作者在1994年提出智能的科学和工程这门学科领域的构思。到现在有关智能模拟的研究已经有着很大的发展。对人—机结合的智能系统已经有实践成果并且已经成为处理复杂问题和支持宏观经济决策的可以操作的平台，步入实际应用阶段。

智能的科学作为人们研究智慧的科学，可以认为是智能的模拟开始、达到智慧涌现；层次逐步升级不可以穷尽的过程。同时在人—机关系的道路上，经历着人—机交互的互相帮助；到人—机共存于一个智能的系统；达到人—机共创，成为智慧涌现的动力和平台。作为和思维科学相同的课题和攀登计划项目，我们从智能的模拟开始，首先对大脑中信息存储方式进行分析和构思，把大脑中信息存储分成感觉表象、形象源和语言三类，并且在模拟中搜索出各自对应的信息存储。对这些信息的不同处理方式则对应于不同的思维方式，从而建立一种宏观思维的模型，也可以说是认知结构模型。这使得我们可以从整体、宏观的角度来把握、分析思维现象和本质以及认知过程。我们应用思维科学观点和思维模型对数学的一些基础问题进行探讨，从而可以从理性上认识单纯的抽象思维和逻辑方法的局限性，这也正是认知过程中需要解决的问题。进一步我们还应用这种思想对智能的模拟发展和在发展中碰到的问题进行了分析，对以后智能的模拟发展方向进行了一些展望。可以看到，在智能的模拟上也体现出思维科学和智能的科学在发展道路上的互相弥补和相得益彰。

钱学森在从定性到定量的综合集成法基础上进一步提炼出从定性到定量的综合集成研讨厅体系理论框架，成为处理复杂的问题实践形式。但是从定性到定量的综合集成研讨厅体系应该是一种什么样的智能系统，以及怎么组成这种体系则需要进行具体研究。我们首先必须从可操作性出发，然后构建后的从定性到定量的综合集成研讨厅体系应该具有创造性；为构建从定性到定量的综合集成研讨厅体系这种智能的系统，我们对国际上流行的各种智能系统做了分析研究，得出开放的巨型智能的系统方案，对结构和处理方法进行探讨。这些成果集中体现在1995年出版的《智能的系统的综合集成》一书中。同时构建的从定性到定量的综合集成研讨厅体系必然涉及知识工程，所以在知识型系统分类、获得的知识和处理方面进行研究并且应用人工神经网络技术建立几种实际应用知识型系统。在这个基础上我们借鉴机器智能成果，在复杂问题的求得出解上，应用三元组的构思，对复杂问题的求得解，应用的从定性到定量的综合集成法求得概念系统的结构这一理论范式，从而在机器智能和信息技术基础上实现从定性到定量的综合集成研讨厅体系实践框架的建立。

因为理论研究和技术准备比较充分，作者相继出版了主编的《智能自动化丛书》一书和刊出一系列相关的研究成果。自1999年我们得以承担自然科学重大基金项目支持宏观经济决策的从定性到定量的综合集成研讨厅体系。通过5年的努力，进行总体设计、分部设计、平台开发、典型服务、系统集成等阶段，解决集体智慧涌现有向属性图，建立在线组织研讨集体思维和有效互动对话模型，完成广义专家和信息协作系统，完成多智能体的平台，很大子模块软件系统的开发，终于建成基于信息技术和网络技术的从定性到定量的综合集成研讨厅体系。实现智能空间无处不在的智慧涌现。上面系统曾经于2003年9月在维也纳国际应用的系统分析研究所（IIASA）复杂系统的模型建立研究探讨班上进行介绍、演示，引起各国专家的很大关注，认为在解决复杂系统的问题时具有比较强的可操作性；进一步对这具有中国原来创特色的从定性到定量的综合集成研讨厅体系具有一定的认识和理解。在2005年1月举行的和这个系统有关的基金项目验收会上，评审专家也一致认为这个系统已经基本达到可以操作程度，并将其评定为优级。现在这个系统的一些版本已经在经济、地理和国防系统中结合实际得以应用。

到此我们看到一个清楚的发展脉络，从思维科学的兴起，结合传统文化对形象思维进行计算机模式识别的研究，发展形象思维和抽象思维结合语义模式识别、句法模式识别，在手写汉字上取得突破性的发展。跟踪国际认知科学和适应系统的复杂性研究的崛起，我们建立智能的科学，开展智能的模拟研究。借鉴国际智能的系统研究和机器智能成功的应用，具体化从定性到定量的综合集成研讨厅体系实践框架；在完成智能技术、网络技术、系统软件的开发以后成功构建从定性到定量的综合集成研讨厅体系，实现社会思维、智慧涌现，达到无处不在的智界。通过中国两代科学家的努力，为落实科学发展观支持科学决策的可操作平台在许多领域中得以应用并不断完善。

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