从维纳的《控制论》到现代智能科学的崛起 ——试论现代智能科学技术的基础理论建设

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1 从维纳的《控制论》到现代智能科学的崛起 ——试论现代智能科学技术的基础理论建设
从维纳的《控制论》到现代智能科学的崛起 ——试论现代智能科学技术的基础理论建设 秦世引 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院 Tel ;

2 引言 文化所产生的这个分支将在相当长的一个时期内 支配着未来的文明世界。 从维纳的巨著《控制论》问世到现代智能科
“系统”是当今文化中最深邃的概念之一。人类 文化所产生的这个分支将在相当长的一个时期内 支配着未来的文明世界。 从维纳的巨著《控制论》问世到现代智能科 学的强力崛起，经历了半个世纪的发展历程。在 此期间，系统与控制科学一直以科学史上少有的 速度迅猛向前发展。 事实证明，在整个二十世纪中,系统与控制科学 的理论和实践对人类的生产活动产生了重大的影 响。在今后还将继续产生更加深远的影响。

3 主要内容 1. 维纳《控制论》的历史渊源 2. 从维纳的《控制论》到钱学森的《工程控制论》 3. 历史的经验值得借鉴
4. “智能(Intelligence)”与“智力(Mind)” 5. 现代智能科学与技术的基础理论建设

4 1. 维纳《控制论》的历史渊源 ● 维纳在1954年出版的回顾其科学生涯的著作《我是一个数学家》中曾自述道：“我宁愿选择在清华大学任客座教授的1935年作为创立控制论的起点”。 ● “控制论的直系祖先是欧洲的莱布尼茨，但其哲学基础和古典的中国自然哲学观有着密切的关系。” ● 控制论的目的在于创造一种语言和技术，使我们能有效地研究一般的控制和通信问题，同时也要寻找一套恰当的思想和技术，以便通信和控制问题的各种特殊表现都能借助一定的概率加以分类。在控制和通信中，我们总是要同组织程度降低和意义模糊不清这种自然界的趋势作斗争，这种趋势正是吉布斯告诉我们的熵的增长。(维纳自述)

5 1. 维纳《控制论》的历史渊源 ● 年，著名的法国物理学家和数学家安培 在《论科学的哲学》中给关于国务管理的科学取了一个名字——控制论(Cybernetics)。安培企图建立这样一门政治科学的庞大计划并没有得到结果，恐怕也不会有结果。 ● 在第二次世界大战期间，各国之间的战争大大促进了另一个科学部门的发展，这就是关于机械系统和电气系统的控制与操纵的科学。维纳就借用安培所创造的名称“控制论”来称呼这门新的科学。而且，这门科学对于现代化战争是非常重要的。可见，其中的讽刺意味了。

6 1. 维纳《控制论》的历史渊源 ● 维纳的《控制论》是关于怎样把机械元件和电气元件组合成稳定的并且具有特定性能的系统的科学。这门新科学的一个非常突出的特点就是完全不考虑能量，热量和效率等因素，可是，在其他各门自然科学中，这些因素是十分重要的。 ● 控制论所讨论的主要问题是一个系统的各个不同部分 之间的相互作用的定性性质，以及整个系统的总体运 动状态。 ● 在20世纪初，PID调节概念的提出，导致了20年代在美 国等国家开始采用PID调节器。 20年代，布莱克首先运用反馈概念说明电子放大器输出信号经变换后回送到输入端的电路原理（1927）。从而使反馈原理的研究和运用成为系统与控制科学中永恒的主题之一。

7 “Weiner transformed the theory of feedback control into
1. 维纳《控制论》的历史渊源 ● 30年代，奈奎斯特，玻德等人建立了反馈放大器理论（1932）。著名的奈奎斯特稳定判据和玻德图为控制系统的分析与设计提供了有效的理论工具。 ● 因此，J. S. Albus 和A. M. Meystel认为: “Weiner transformed the theory of feedback control into a science of intelligent systems and coined the term Cybernetics.”(2001) ● 然而,维纳在《控制论》中把人和机器并列甚至等同的提法却在其问世后的前些年中遭到了前苏联及东欧等国家的攻击和批判,被诬为发动的伪科学和为帝国主义服务的战争工具等。

8 2. 从维纳的《控制论》到钱学森的《工程控制论》
● 《工程控制论》的目的是研究“控制论”这门科学中能够直接用在工程上设计被控系统与控制器的那些部分。 ● 工程控制论是一门技术科学。技术科学的目的是把工程实际中所用的许多设计原则加以整理与总结，使之成为理论，因而也就把工程实际的各个不同领域的共同性显示出来，而且也有力地说明一些基本概念的重大作用。理论分析是技术科学的主要内容，而且常常用到比较高深的数学工具。 ● 把“工程控制论”建成一门技术科学的好处是：能赋予人们更宽阔、更缜密的眼光和更系统的方法去观察和处理老问题，为解决新问题开辟意想不到的新前景。

9 2. 从维纳的《控制论》到钱学森的《工程控制论》
● 关于工程控制论的讨论，应该合理地包括科学中对于工程实践可能有用的所有方面，尤其是不应该仅仅由于数学的困难而逃避任何一个问题，其实，深入地考虑一下就会发觉，任何一个问题在数学上的困难常常带有很大的人为因素。只要把问题的提法稍微加以改变，往往就可以使问题的数学困难减轻到进行研究工作的工程师所能处理的程度。 ● 钱学森的《Engineering Cybernetics》的出版，从根本上消除了前苏联和东欧一些国家对维纳《控制论》的敌视和批判态度，并悄悄地修改了各种辞书中的词条，肯定控制论是一门“研究信息与控制的一般规律的新兴科学”。

10 3. 历史的经验值得借鉴 毫无疑问，维纳的《控制论》是划时代的巨著。但从维纳的《控制论》到钱学森的《工程控制论》，时间间隔只有6年时间，却实现了由“哲学争论”到“科学肯定”的大转折。这正应了中国古典哲学思想中“理先在，一成不变；道创生，变动不居。理规定着一切，道可完成一切”的信条。 智能科学在相当程度上是属于技术科学的范畴，在智能科学技术的基础理论建设方面，应当认真的研究并借鉴从维纳的《控制论》到钱学森的《工程控制论》 的创生经验，还可以从三次数学危机中借鉴处理问题的方法，紧密联系实际，将自下而上和自上而下的思想策略相结合，构筑并逐步完善智能科学技术的基础理论建设。

11 4. “智能(Intelligence)”与“智力(Mind)”
●关于智能（intelligence）的广义化定义（Albus & Meystel） We define intelligence as the ability of a system to behave appropriately in an uncertain environment, where appropriate behavior is that which maximizes the likelihood of success in achieving the system’s goal. ●智力(mind)与智能（intelligence）的关系（Albus &Meystel） Mind will emerge from intelligent systems, and intelligence will emerge from the joint functioning of four fundamental processes: behavior generation, world modeling, sensory processing, and value judgment. Mind is more than intelligence. Intelligence is merely a prerequisite, a substrate in which mind may emerge. The mind goes beyond simply generating appropriate behavior. The mind distinguishes between right and wrong, good and evil …, and so on. Many aspects of mind will elude scientific understanding for a long time. Nevertheless, we predict that as more is learned about the fundamental mechanisms of intelligence, some of the deeper mysteries of mind will be revealed.

12 4. “智能(Intelligence)”与“智力(Mind)”
可见，在考虑智能科学与技术的基础理论建设时，不 仅要涉及面向复杂系统的“智能（intelligence）”理论方法 和工程实现，而且还要勇敢面对来自智力（mind）计算 理论和智力的工程实现等方面的挑战。 有人乐观地宣称： We are at a point in history where some of the deepest mysteries are being revealed. In fact, we are at the dawning of an age where the engineering of mind is feasible. However, we believe that the engineering of mind is an enterprise that will prove at least as technically challenging as the Apollo program or the Human Genome project. A computational theory of mind may enable us to develop new tool to cure or control the effects of mental illness. The engineering of mind is much more than the pursuit of scientific curiosity. It is more even than a monumental technological challenge.

13 5. 智能科学与技术的基础理论建设 现阶段智能科学与技术的发展状况和当年控制论科学 的创生情况有相似之处,一方面应用需求甚高，发展也很
迅猛；另一方面，理论基础又相对很薄弱，大有理论滞 后于应用之感。所以，钱学森关于创立一门“工程控制论” 技术科学，赋予人们以更宽广，更缜密的眼光观察旧问 题，为解决新问题开辟新前景的论断值得我们深思和借 鉴。根据本人的研究心得和体会，认为以下几个方面的 内容值得深入研究，其成果将丰富和发展智能科学与技 术的理论体系，对于促进智能科学与技术的基础理论建 设大有裨益。

14 （1）智能科学的数学体系 计算智能（从进化计算到自然计算）； （2）智力（mind）的计算理论和工程实现技术； （3）知识模型的变换方法和工具 从规则集合到神经网络； （4）多类模型条件下的智能化综合集成与优化决策方法； （5）多模式反馈机制的优化协调策略和算法； 以负反馈实现系统的运动状态镇定，以正反馈促进 系统的进化与发展。 （6）自下而上的涌现（emergence）机制和自上而下的浸没(贯彻)机制（immergence）； （7）信息融合与机器学习（尤其是小样本学习）； （8）智能预报（可公度性方法）； （9）不确定性问题的智能化建模与推理。 (10) 实时智能系统的协调与优化 。

15 敬请各位专家 批评指正 谢谢！