智能的基本原理

作者:劉逸川(武漢大學計算機學院)

本文已於近日向《自然辯證法研究》投稿

摘要:從智能的新定義——“做出確定性選擇的能力”出發,可以推導出智能的宏觀定義——“高效利用資源達到某種目的的能力”。智能之所以能夠高效利用資源是因爲智能能夠充分發揮事物的特性,而事物是通過與其他事物聯繫而體現特性的,因此智能其實是在使事物充分地與其他事物聯繫起來。

關鍵詞:智能 確定性選擇 特性 聯繫 湧現

1 前言

目前,人工智能取得了巨大的進步,但是我們對智能的原理仍然缺乏統一、深刻的理解。本文重新定義了智能:做出確定性選擇的能力,以此爲基礎推導和闡明智能的基本原理。

2 智能的定義

智能是做出確定性選擇的能力。一切事物都有自身的特性,都能做出確定性選擇(如原子選擇和什麼原子結合),因此一切事物都有智能。只要做出確定性選擇,無論對錯都是智能,因爲錯誤也是一種確定性選擇。首先只有當事物處在特定環境中、面對特定目的時才能區分對錯,其次事物導致錯誤只是因爲其智能程度較低,不存在絕對的錯誤,任何一個事物給出的結果都是有意義的。

設想一臺判斷對錯的機器,無論輸入什麼都輸出對,因爲它做出了確定性選擇所以具有智能。雖然幾乎沒有價值,但這只是因爲其智能程度較低或者沒有充分體現,不代表不是智能。完全沒有智能的情況是絕對隨機,是宇宙中不存在的,也是我們無法想象的,可以想像的隨機程度是:不確定有無輸出也不確定輸出的對錯。即使這樣也不是絕對隨機,因爲這只是某個方面的隨機,機器的其他方面(如物理特性)仍然是確定的。

3 智能的層次

雖然一切事物都有智能,但是智能的層次是有差異的。最低層次的智能是物質的智能,即物質根據自身性質做出選擇的能力。更高層次的智能是由低層次智能組合產生的,組合是指智能之間產生聯繫。組合同樣不分對錯,低層次智能無論怎樣組合都會產生超越自身層次的智能。高層次智能由低層次智能組成卻能夠完成後者難以完成的一些任務,是因爲量變導致了質變,也就是產生了湧現現象。湧現是理解智能原理的關鍵,後文將詳細分析。

4 智能的程度

智能的程度與環境有關,同樣的智能在不同環境中表現出的智能程度可能差別巨大,根本原因在於智能所需要達到的目的不一樣。因此,判斷智能程度的準則爲:對於達到相同的目的而言,所需要的資源越少則智能程度越高。資源是指一切事物,包括物質、能量、信息、時間等。由此可以給出智能的宏觀定義:智能是高效利用資源實現某種目的的能力。智能都是高效的,即使最低層次的智能與絕對隨機相比也是高效的。

低層次智能(也就是資源自身)能夠完成高層次智能所完成的任何事,只是效率極低,需要消耗大量的資源,高層次智能存在的意義是提高效率。

5 智能如何提高效率

資源不可能憑空產生也不可能憑空改變自身的特性,因此智能提高效率的根本方法是使得資源儘可能充分地體現自身的特性,從而儘可能充分地發揮出作用。“智能不分對錯而只有程度的區別”的意義就在於此,每種智能都有自身的作用,但是自然狀態下沒有處在最適合自身的位置,從而不能充分發揮出自身的作用,甚至起到了阻礙其他智能發揮作用的作用,因此表現爲智能程度的差異。當然,智能的發展過程是複雜的,有時候阻礙一些智能發揮作用反而能夠更好地發展,但是總體趨勢是不變的。充分和不充分體現事物的特性都是確定性選擇,爲什麼不充分的智能程度更低?因爲不充分和事物自身是矛盾的,事物之所以存在是因爲事物不是絕對隨機,即具有自身的特性,而不充分體現自身的特性就離絕對隨機越來越接近。

事物只有通過與其他事物聯繫才能體現自身特性,事物體現自身特性的過程也就是產生聯繫的過程,聯繫越緊密則特性體現得越充分。因此智能充分體現事物特性的過程也就是使得事物充分聯繫起來的過程。智能通過很多種方法做到這一點,包括但不限於以下幾類:

5.1 智能找到捷徑

智能提高效率的前提條件是資源具有被高效利用的潛能,這種潛能體現爲資源是有規律可循的。規律使得達到目的存在捷徑,例如計算相同數字相加的結果,乘法比加法快捷。所有的知識都是捷徑,智能的一個常見定義——“運用知識解決問題的能力”體現的正是通過捷徑提高效率的方法。“具有規律”是資源的特性,智能在發現和利用規律的同時也是在體現資源的這種特性。

捷徑本質上是低層次智能狀態下被阻礙的連接。一個典型例子是互聯網,即使沒有互聯網,世界上的一切也是互相聯繫的,存在一張無形的網,但是這個網的侷限性很強,例如信息的傳播速度很慢、聯繫不夠緊密等等。互聯網加強和創造了很多連接,使得信息更快速傳播,更加有利於體現各種事物的特性。

一些學者認爲智能的本質是預測,也就是找到通向未來的捷徑。推理能力在很大程度上是智能的核心,也是捷徑的體現,例如智能能夠通過推理提高精確度,舉例來說,用導彈攻擊目標,如果計算不準確,那麼就需要很多彈藥以保證殺傷目標,但是如果計算準確,彈藥就不需要很多。

5.2 智能使資源發揮出多種作用

智能不能憑空增加資源,所以高效利用資源必然需要使得資源重複使用,也就是使資源與更多資源產生連接,使其發揮出更多的作用。資源本身就具有這樣的潛能,智能只是將其發揮出來。

任何一個高效的系統中的組成成分幾乎都是具有多種作用的,例如一臺機器中的齒輪既承接之前的齒輪又驅動之後的齒輪,這個齒輪發揮了至少兩種作用,如果它在零件庫中就無法發揮出這麼多作用。智能的作用是爲資源找到能夠體現其多種作用的位置。

5.3 智能解決矛盾

由於低層次智能的侷限性,資源體現自身特性的過程是存在矛盾的,智能的意義是協調這些矛盾。例如,一些事物在一定時期不適應環境,本應該被淘汰,但是長期來看是重要的,應該保留。由於智能具有預見性,能夠將未來與現在聯繫起來,所以將會維持這樣的事物的存在。

6 智能的內部原理

提高效率是智能的外部作用,下面分析智能內部的原理。智能內部也是高效利用資源的體現,我們面對的核心問題是:智能內部的低層次智能如何通過高效組合產生高層次智能。正如前文所述,湧現是解決這個問題的關鍵。

湧現是指由多個部分組成的整體出現各部分都沒有的新性質的現象,即“整體大於部分之和”。任何兩個低層次智能只要存在聯繫就被認爲組成了一個整體,只是整體程度有差異。假設有六塊木板,這些木板只要放在一起(也可以用別的方式聯繫在一起),無論如何組合,產生的作用就會大於這六塊木板單獨的作用相加,即產生了更高層次的智能。這是因爲,事物通過與其他事物聯繫來體現自身特性,而聯繫是相互,即事物在體現自身特性的同時也幫助與自身聯繫的事物體現了特性,而後者體現特性又反過來使得前者更加體現特性,不斷循環反覆,得到無限加強,從而超越了事物本身的層次。這就是湧現的本質。

不同的組合方式會導致整體的特性不同,也就是產生了不同的智能,那麼如何判斷這些智能的程度呢?就內部而言,我們知道組合方式越充分體現了事物的特性則越高效,從而智能程度越高;但是同樣需要從外部考慮環境和目的,例如把木板胡亂地堆放在一起似乎沒有把木板做出盒子更加體現木板的特性,但是如果在戰爭中以此作爲一個虛假目標(例如模擬掩體)迷惑敵人,可能比盒子的作用更大,從而更加智能。

因此,判斷整體的智能程度需要從內部和外部同時考慮。事實上,之所以需要考慮外部是因爲我們的發展階段的侷限性:目前不一定是越充分體現事物的特性越智能,而是還需要考慮其他事物的特性是否體現,不能爲了一個事物而過於抑制其他事物。只有當智能發展到最高階段時,越充分體現特性才一定是越智能的。

7 結束語

總結智能的原理是困難的,因爲我們面對的智能太多樣化、太複雜,需要具備極強的洞察力和歸納能力,而且在一定程度上也是在總結世界的統一規律。本文提出了一些新觀點,但是對智能原理還需要更深入的研究。

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