第1期 李德毅：网络时代人工智能研究与发展 ·3 实验和实证中去.其中，视觉认知计算、听觉认知计 好，集团也好，都是场空间中相互作用的客体或者对 算以及视听觉相互作用的认知计算，是一个很重要 象，仅仅是粒度不同而已 的切入点.国家自然科学基金委正在酝酿十一五” 以从关系数据库中发现知识为例，不妨将发现 期间实行视听觉认知计算的重大计划 知识的背景看作是一个具有M维属性的N条记录构 13重视和物理学的交叉研究 成的逻辑数据库，即M维论域空间中的N个客体表 人类在对客观世界的认识过程中，已经取得的最 示的数据分布.每一个客体看作是论域空间的一个 集中最突出的惊人成就，当属物理学.如分子物理 点电荷或质点，位于场内的所有其他客体都将受到 学、原子物理学、粒子物理学，还有天文学的大爆炸理 该客体的某种作用力.这样一来，在整个论域空间就 论，大陆漂移说和进化论等，迄今为止，物理学家已经 会形成一个场，所谓数据库中的知识发现，就是在发 发现，自然界存在万有引力、电磁力、强作用力和弱作现状态空间从不同粒度上研究这些客体之间通过场 用力相互作用，分别存在于不同尺度的物理现象中， 发生的相互作用和关系，模拟人类知识发现中的抽 形成所谓的层次.人们对物质结构的认识，一方面去 象过程 探索大尺度的目标，包括行星、星球、银河系等，另一 只有用不同尺度分析、理解自然界、人类社会和 方面积极探索微观世界，发现物质更小的构成单元， 人的思维活动，才能更清楚看清问题的本质.借鉴物 从分子、原子深入到原子核、再到中子、质子，进一步 理学中的粒度来反映发现知识的粒度或概念的尺 又深入到夸克层次.用更统一的理论去覆盖这4种相 度，是认知物理学的又一个重要内容.应用它来研究 互作用，是物理学大家孜孜不倦的追求 人类自身的认知机理，研究数据、概念、规则、知识之 诺贝尔物理学奖获得者李政道曾说：科学，不 间的不确定的层次结构.人的认知过程有感觉、知 管天文、物理、生物、化学，对自然界的现象，进行新 觉、表象、概念抽象等不同层次.层次和客体的粒度 的准确的抽象，科学家抽象的叙述越简单，应用越广 相关，知识的层次和概念的粒度相关，无论是发现哪 泛，科学创造也就越深刻”如此精辟的结论，启发 一类知识，如果对于原始较低粒度的概念进行提升， 了一个深刻的问题：21世纪物理学的发展依然是简 就可以发现更普遍、更概括的知识，这就是正在兴起 化归纳 的粒度计算 当今，人工智能研究中一个十分活跃的分 人类智能的一个公认特点，是人们能够从极不 支数据挖掘，追溯到早期是以演绎为主的专家 相同的粒度上观察和分析同一问题，不仅能够在同 系统的潮流而动，期望能够通过对数据的分析、清 一粒度世界里进行问题求解，而且能够很快地从一 洗、整合挖掘、模拟人的认知和思维活动，发现新的 个粒度世界跳到另一个粒度世界，往返自如，甚至具 知识，这种抽象的过程，本质上也是简化归纳 有同时处理不同粒度世界的能力，这正是人类问题 那么，对人脑自身的认识是否可以借鉴对客观 求解的强有力表现.而人类的认知和思维的过程，实 世界的认知呢？21世纪认知和思维科学发展的一 际上对应着不同粒度表述的概念在不同尺度之间的 个重要方向，就是把现代物理学中对客观世界的认 转化过程，即从一种相对稳定的发现状态向另一种 知理论成果引伸到对主观世界的认知中来，这就是 相对稳定的发现状态的过渡.如何形式化描述人类 我们孜孜所求的方向，不妨称之为认知物理学 认知过程中从数据到概念，从概念到规则的发现状 物理学在对客观世界的认识中，场论起到了关 态转换，以及知识由细粒度到粗粒度的逐步归纳简 键的作用.借鉴物理学中场的思想，我们将物质粒子 约的过程，也是人工智能研究中的基础问题.我们借 间的相互作用及其场描述方法引入抽象的认知空 鉴物理空间的多视图、多尺度、多层次等特点，借用 间.按照认知物理学的思路，人自身的认知和思维过物理学中状态空间转换的思想，形成了知识发现状 程，从数据到信息，从信息到知识，如果也用场的思 态空间转换的框架，空间中的每个状态代表一个相 想来形式化表示，就可以建立一个认知场，来描述数 对稳定的知识形态，而认知过程则对应着从一个状 据之间的相互作用，可视化人的认知、记忆、思维等 态空间到另一个状态空间的转换，数据场成为发现 过程.论域空间中的数据也好，概念也好，语言值也 状态空间转换的重要工具 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved http://www.cnki.net实验和实证中去. 其中 ,视觉认知计算、听觉认知计 算以及视听觉相互作用的认知计算 ,是一个很重要 的切入点. 国家自然科学基金委正在酝酿“十一五 ” 期间实行“视听觉认知计算 ”的重大计划. 1. 3 重视和物理学的交叉研究 人类在对客观世界的认识过程中 ,已经取得的最 集中、最突出的惊人成就 ,当属物理学. 如分子物理 学、原子物理学、粒子物理学 ,还有天文学的大爆炸理 论 ,大陆漂移说和进化论等. 迄今为止 ,物理学家已经 发现 ,自然界存在万有引力、电磁力、强作用力和弱作 用力相互作用 ,分别存在于不同尺度的物理现象中 , 形成所谓的层次. 人们对物质结构的认识 ,一方面去 探索大尺度的目标 ,包括行星、星球、银河系等 ,另一 方面积极探索微观世界 ,发现物质更小的构成单元 , 从分子、原子深入到原子核、再到中子、质子 ,进一步 又深入到夸克层次. 用更统一的理论去覆盖这 4种相 互作用 ,是物理学大家孜孜不倦的追求. 诺贝尔物理学奖获得者李政道曾说 :“科学 ,不 管天文、物理、生物、化学 ,对自然界的现象 ,进行新 的准确的抽象 ,科学家抽象的叙述越简单 ,应用越广 泛 ,科学创造也就越深刻 ”. 如此精辟的结论 ,启发 了一个深刻的问题 : 21世纪物理学的发展依然是简 化归纳. 当今 , 人工 智能研究 中一个十 分活跃 的分 支 ———数据挖掘 ,追溯到早期是以演绎为主的专家 系统的潮流而动 ,期望能够通过对数据的分析、清 洗、整合、挖掘、模拟人的认知和思维活动 ,发现新的 知识 ,这种抽象的过程 ,本质上也是简化归纳. 那么 ,对人脑自身的认识是否可以借鉴对客观 世界的认知呢 ? 21世纪认知和思维科学发展的一 个重要方向 ,就是把现代物理学中对客观世界的认 知理论成果引伸到对主观世界的认知中来 ,这就是 我们孜孜所求的方向 ,不妨称之为认知物理学. 物理学在对客观世界的认识中 ,场论起到了关 键的作用. 借鉴物理学中场的思想 ,我们将物质粒子 间的相互作用及其场描述方法引入抽象的认知空 间. 按照认知物理学的思路 ,人自身的认知和思维过 程 ,从数据到信息 ,从信息到知识 ,如果也用场的思 想来形式化表示 ,就可以建立一个认知场 ,来描述数 据之间的相互作用 ,可视化人的认知、记忆、思维等 过程. 论域空间中的数据也好 ,概念也好 ,语言值也 好 ,集团也好 ,都是场空间中相互作用的客体或者对 象 ,仅仅是粒度不同而已. 以从关系数据库中发现知识为例 , 不妨将发现 知识的背景看作是一个具有 M维属性的 N条记录构 成的逻辑数据库 ,即 M 维论域空间中的 N 个客体表 示的数据分布. 每一个客体看作是论域空间的一个 点电荷或质点 ,位于场内的所有其他客体都将受到 该客体的某种作用力. 这样一来 ,在整个论域空间就 会形成一个场 ,所谓数据库中的知识发现 ,就是在发 现状态空间从不同粒度上研究这些客体之间通过场 发生的相互作用和关系 ,模拟人类知识发现中的抽 象过程. 只有用不同尺度分析、理解自然界、人类社会和 人的思维活动 ,才能更清楚看清问题的本质. 借鉴物 理学中的粒度来反映发现知识的粒度或概念的尺 度 ,是认知物理学的又一个重要内容. 应用它来研究 人类自身的认知机理 ,研究数据、概念、规则、知识之 间的不确定的层次结构. 人的认知过程有感觉、知 觉、表象、概念、抽象等不同层次. 层次和客体的粒度 相关 ,知识的层次和概念的粒度相关 ,无论是发现哪 一类知识 ,如果对于原始较低粒度的概念进行提升 , 就可以发现更普遍、更概括的知识 ,这就是正在兴起 的粒度计算. 人类智能的一个公认特点 ,是人们能够从极不 相同的粒度上观察和分析同一问题 ,不仅能够在同 一粒度世界里进行问题求解 ,而且能够很快地从一 个粒度世界跳到另一个粒度世界 ,往返自如 ,甚至具 有同时处理不同粒度世界的能力 ,这正是人类问题 求解的强有力表现. 而人类的认知和思维的过程 ,实 际上对应着不同粒度表述的概念在不同尺度之间的 转化过程 ,即从一种相对稳定的发现状态向另一种 相对稳定的发现状态的过渡. 如何形式化描述人类 认知过程中从数据到概念 ,从概念到规则的发现状 态转换 ,以及知识由细粒度到粗粒度的逐步归纳简 约的过程 ,也是人工智能研究中的基础问题. 我们借 鉴物理空间的多视图、多尺度、多层次等特点 ,借用 物理学中状态空间转换的思想 ,形成了知识发现状 态空间转换的框架 ,空间中的每个状态代表一个相 对稳定的知识形态 ,而认知过程则对应着从一个状 态空间到另一个状态空间的转换 ,数据场成为发现 状态空间转换的重要工具. 第 1期 李德毅 :网络时代人工智能研究与发展 ·3· © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net