智能科学导论第1章(上课)

智能科学技术导论教材：

钟义信等编著，《智能科学技术导论》，北京邮电大学出版社，2006年参考书：脑科学、认知科学、人工智能、机器人、计算机技术、控制科学等。11.1科学与技术科学(science)：关于世界本质及其运动规律的知识体系。是指对各种事实和现象进行观察、分类、归纳、演绎、分析、推理、计算和实验，从而发现规律，并对各种定量规律予以验证和公式化的知识体系。第1章绪论2技术(Technology)：关于认识和改造自然的工艺方法体系。是指人类根据生产实践经验和自然科学原理改变或控制其环境的手段和活动，是人类活动的一个专门领域。工程(Engineering)：是指应用科学知识使自然资源最好地为人类服务的专门技术。3科学技术是怎样发展的？了解了这些规律，就能理解科学技术为什么会发生、发生之后又会怎样发展、科学技术发展起来又会与人类形成什么样的关系。了解了这些规律，也就能够懂得为什么会出现信息科学技术，以及信息科学技术又会向什么方向发展。整个科学技术有它发生、发展的过程和规律。

41.2科学技术发生发展规律

钟义信提出了科学技术发生和发展的“辅人律”、“拟人律”和“共生律”这个三位一体的基本规律。

51、辅人律“辅人律”说的是科学技术的作用。人类在自然界谋求生存的长期进化过程中，总会感到自己的能力不够，需要借助“外界的力量”来扩展自己的能力。这个“外界力量”就是工具。而制造工具的原理就是科学，制造工具的具体方法就是技术。6扩展认识和该造世界能力改进生存和发展能力人类文明进化科学发现产生新的科学技术扩展认识和该造世界能力改进生存和发展能力人类文明进化产生新的科学技术扩展认识和改造世界能力改进生存和发展能力人类文明进化技术创新产生新的科学技术科学技术辅人律的基本模型科学主要是扩展人们认识世界的能力，技术主要是扩展人们改造世界的能力。7可见，科学技术之所以会发生，就是因为人类需要扩展自己的能力。如果人类没有“借助外力扩展自身能力”这个需求，科学技术是不会发生的，或者说，科学技术是没有理由发生的。89

古代近代现代

支持的社会生产力物质人力工具动力工具智能工具农业时代生产力工业时代生产力信息时代生产力科技辅人的历史轨迹创制的工具所用的资源物质＋能量物质＋能量＋信息加工的产物材料材料＋动力材料＋动力＋知识时代扩展的能力体质体力智力9“辅人律”解释了科学技术发生的原理，也说明了科学技术是根据人类的需求而发生的。在这个意义上说，人类的需求是主动的，科学技术的发生是被动的，是“应运而生”的。因此，科学技术没有自己主动的要求和愿望，当然也就谈不上“科学技术要超越人和统治人”。10所以，人们不必担心也没有理由相信“智能机器有朝一日会统治人类，淘汰人类”。只要懂得了“科学技术是辅助人类扩展自身能力”这个原理，“机器统治人”的神话就不攻自破了。

112、拟人律如果考察科学技术是怎么发展的这个问题，就会说到拟人律。既然科学技术的“辅人律”告诉我们：科学技术的作用是辅助人类扩展能力的，那么，科学技术的发展当然就要按照人类能力增强的方向发展，这便是“拟人律”。

12什么是“人类能力增强的方向”？

人类的能力有三类，体质的能力、体力的能力、智力的能力，三者构成一个逐层递进的有机整体。体质能力：人体本质结构的合理性和健壮性，是体力和智力的基础；体力能力：人体力量的充沛性和持久性，以体质为基础；智力能力：人的思维和智能的聪慧性和敏捷性，以体质和体力为基础。13所谓“逐层递进”是指：首先要有很好的体质能力，这是最基础的成分；在此基础上就要有很强的体力能力；再进一步就要有很聪慧的智力能力。

体质体力智力14对应3种能力扩展所需的3种资源、3种科学技术和3类工具古代近代现代材料科学技术能量科学技术信息科学技术人力工具动力工具智能工具农业文明

工业文明

信息文明

增强体质

扩展体力

扩展智力物质资源能量资源信息资源古代表征资源表征科技表征工具表征功能表征文明时代近代现代表征资源15体质能力的扩展

生物进化：人类自身生理器官功能分化和强化。这一时期人类能力发展的主要内容是体质能力的增强。主要通过利用外界物质材料制造和使用工具来扩展人类自身的体质能力。16体力能力的扩展

蒸汽机、电和内燃机是划时代的新的生产工具。人类生产方式从手工生产变成机器生产。从农业社会向工业社会的成功跨越。人类开始进入工业文明发展阶段。自然科学研究空前活跃：17英国物理学家焦耳发现了电流通过导体时产生热量的规律，并测定了热功当量；俄国化学家门捷列夫发现了化学元素周期律；德国生理学家施万发现糖和淀粉都是生命过程的结果，为食品工业奠定了理论基础；英国博物学家达尔文出版了《物种起源》，提出了以自然选择为基础的进化学说；……18科学研究的新成果迅速转化为生产力，使社会生产得到了前所未有的增长。电动机、电灯、电话、电报、电焊、电钻…火车、轮船、汽车…尿素、尼龙、橡胶、农药、除草剂…各种药品…动力工具不再需要人力驱动但还需要人来驾驭具有了比人力工具高得多的劳动生产率19与上一时期相比，人类不仅增强了利用物质材料制造工具的能力，而且学会了利用各种新的能量动力资源来帮助和替代人力劳动，从而使得人类获得了更好的认识世界和改造世界的能力。20智力能力的扩展20世纪40年代至今，计算机、原子能和空间科技飞速发展，并在电子、能源、材料三大基本技术领域展开，人类开始迈入信息社会。随着现代信息技术的开发与广泛应用，以信息技术为核心的高新技术产业迅猛发展起来。21信息革命，使人类消费模式从物质消费型转向信息消费型，是从工业社会向信息社会的转变，人类进入了信息文明发展阶段。22更先进的工具

机器人1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人。专家系统1965年，费根鲍姆等人研制了世界上第一个专家系统，可以推断化学分子结构。网络个人计算机数字通信网络“地球村”23科技的发展造就了人类前所未有的征服和改造自然的巨大生产力。现代人类的能力得到了快速的发展。在体质和体力能力得到进一步完善的同时，智力能力终于登上了历史舞台，开始成为人类能力发展的主要内容。人类开始学会利用一种崭新的资源——信息。24社会生产方式的转变规律农业时代工业时代信息时代马克思：随着大工业的充分发展，劳动者不再是生产流程中的一个环节；而是站在生产流程的旁边，对生产流程进行监督与管理。人力工具传感工具动力工具信息获取信息传递信息处理知识生成策略制定策略传递策略执行25考察历史可以发现，整个科学技术发展的过程就是从扩展人类体质能力（材料科学技术，大体从古代的农业时代开始），走向扩展人类的体力能力（能量科学技术，大体从近代的工业时代开始）再走向扩展人类的智力能力（信息科学技术，大体从现代的信息时代开始）。

26科技进步的“序”：时代划分的“尺”古代近代现代材料科学技术能量科学技术信息科学技术人力工具动力工具智能工具农业文明

工业文明

信息文明

增强体质

扩展体力

扩展智力物质资源时代资源科技工具功能文明能量资源信息资源物质-能量-信息：由相对直观到相对抽象27可见，从增强人类的体质能力到增强人类的体力能力再到增强人类的智力能力，这既是人类自身能力进化发展的过程，也是科学技术“辅助人类扩展能力”的发展过程，即科学技术“拟人”发展的过程。一句话，整个科学技术发展的历史，就是一部科学技术拟人发展的历史。

28人类文明进化科学发展产生新的科学技术人类文明进化产生新的科学技术更高的能力要求实际的能力水平人类文明进化技术进步更高的生存和发展目标差距科学技术拟人律的基本模型因素链：外部资源—科学技术—先进工具—能力扩展29通过“辅人律”和“拟人律”的分析就可以清楚地看出：为什么人类社会发展到现代（而不可能在近代，更不可能在古代）才大规模地出现信息科学技术，才进入信息时代。

30如果再进一步分析，按照“辅人律”和“拟人律”的规律，信息科学技术本身的发展又要沿着“从信息技术到知识技术再到智能技术”的发展方向前进。这是人类目前正在经历着的发展历程，也就是信息化、知识化、智能化的历程。

31信息科学技术：最先进的社会生产工具信息传递传导神经信息处理初级皮层策略传递传导神经策略执行效应器官信息获取感觉器官信息源外部世界知识生成联合皮层策略制定联合皮层认识世界改造世界323、共生律“共生律”说的是科学技术与人类之间的关系。既然科学技术是辅人的，而科学技术又是拟人的，因此，合乎逻辑的结论就必然是“人为主体、机器辅助”的人机合作共生的关系。这样“人机共生”的结果，就是人类的能力大大增强：不但体质能力和体力能力得到极大的增强，而且智力能力也得到越来越有效的增强。

33共生律：人类的全部能力=自身的能力+科学技术产物的能力工具的进化过程：是人类能力的继承、积累、深化、拓广、创造的过程。工具的换代：是在继承基础上的创新，而不是简单的淘汰。这些所反映的就是共生律。34结论总之，科学技术发展的辅人律、拟人律、共生律三者一起，作为一个有机的整体，告诉了我们，整个科学技术是怎样发生、怎样发展、怎样通过共生来扩展人类认识世界和改造世界的能力。351.4科学技术的作用劳动者劳动对象工具科学技术创造、制作先进工具，扩展人类能力，构成社会生产力。资源扩展能力的需求对对象性质的了解科学技术的辅人机理：生产力构型36

已有的功能水平差距实践过程科学技术

更高的功能水平

追求更高的生存目标37381、概念的界定（钟义信提出）1.5什么是“智能科学与技术”（IST）传感：信息获取通信：信息传递计算机：信息处理控制：信息执行自动化智能化38概括地讲：智能科学技术是研究智能现象及其运动规律的科学技术。严格地讲：智能科学技术是研究智能的本质和研究扩展人类智力功能的原理和方法的科学技术。主要研究对象：智能的机理和功能，智能模拟的方法和技术。3940智能的主要表现主体特色核心课程复杂问题的求解能力AI人工智能、自然智能综合劳动的作业能力Robots智能机器人、人工生命未知环境的适应能力Environment机器感知、智能规划感知网络的交互能力Internet网上智能、人机互动人机环境的和谐能力Human智能论、智能化社会2、“智能科学”学什么？403、智能科学的学科位置自然科学社会科学哲学数学交叉学科信息科学脑科学系统科学智能科学基础学科指导学科交叉和边缘学科总体：是自然科学与社会科学的交叉学科具体：脑科学、思维科学、逻辑学、系统科学、信息科学、计算机科学、控制科学等。…414、智能科学技术的学科特点多学科交叉，多技术综合，跨应用领域支撑相互推动基础与交叉学科技术与工具智能科学的理论、方法和技术众多应用领域支持42

智能科学基础：脑科学、认知科学、计算机科学、控制科学、逻辑学、信息科学、系统科学、数学、物理学…

智能技术基础：计算机技术、通信技术、网络技术、自动化技术、电子技术、多媒体技术、图像技术…智能科学技术：自然智能：人脑的本质和机理；认知的基本原理；心理的基本过程人工智能：机器感知（机器视觉、听觉；智能传感；自然语言理解；模式识别）

机器思维（推理；搜索；规划；决策）

机器学习（符号学习；连接学习；知识发现；数据挖掘）

机器行为（智能控制；智能制造；智能检索；智能机器人）计算智能：神经计算；模糊计算；进化计算；自然计算；人工生命；人工情感分布智能：多Agent；群体智能；智能网络集成智能：脑-机接口（Brain-ComputerInterface,BCI）理论支撑技术支撑智能技术应用：智能机器人；专家系统；智能决策支持系统；智能检索系统；智能教学系统；智能搜索引擎；智能游戏；智能CAD；机器博弈；自动定理证明；智能家电；智能产品；智能交通；智能电力；智能作战；智能农业；智件；智能产业…

技术应用…技术应用43

1．基因修饰技术2．未来家庭机器人3．新型电池4．人工智能技术5．超高速交通工具

6．干细胞技术7．光电信息技术8．可服用诊疗芯片9．感冒疫苗10．无线能量传输技术

2008年11月16日，在中国科协成立50周年的新闻发布会上，“五个10”系列评选结果揭晓，经2000多万公众网上投票，评出的10项引领未来的科学技术如下：

中国科协网站：/50th/toupiao/05.html中国网：/tech/kx/second5.htm新浪网：/d/cast50/