計(jì)算機(jī)為何能夠表現(xiàn)出智能?計(jì)算機(jī)智能與人類智能有何異同與聯(lián)系?當(dāng)我們說到智能的時(shí)候,其內(nèi)涵是指什么?人工智能是否可以模擬出人類智能?智能的本質(zhì)到底又是什么?
本文,首先將會(huì)從算力、邏輯、結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)、概率等諸多層面,深入淺出地揭示智能的來源與運(yùn)作,然后會(huì)結(jié)合生物演化與物理規(guī)律,給出一個(gè)從宏觀到微觀的洞見,很好地解釋了智能的本質(zhì),最后還會(huì)從幾個(gè)不同的層面,去看待智能與我們、及演化之間的關(guān)系。
相信本文的觀點(diǎn)和視角,將會(huì)讓我們更加清晰地理解智能,以及更加深入地理解我們自身的智能。
智能與算力
算力,并不是產(chǎn)生智能的本質(zhì)原因所在。
人腦的算力有限,卻可以進(jìn)行邏輯推理和自主學(xué)習(xí),而目前計(jì)算機(jī)的算力,已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人腦“無數(shù)”倍,卻依然無法進(jìn)行類似人腦的邏輯推理和自主學(xué)習(xí)。
而在另一方面,雖然人類中的少數(shù)天才,相較于普通人,擁有極其強(qiáng)悍的心算記憶能力,但如果和計(jì)算機(jī)的計(jì)算存儲(chǔ)能力相比,少數(shù)天才也必然是望塵莫及的。
那么在人類之間,雖然每個(gè)人的智能存在個(gè)體差異性,但顯然我們并不會(huì),只使用計(jì)算能力這個(gè)單一指標(biāo),來衡量一個(gè)人的智能高低。
因?yàn)?,雖然高智能,會(huì)表現(xiàn)出高算力(如馮諾依曼、拉馬努金),但也有很多其它情況,例如:
算力正常,表現(xiàn)出高智能(如政治家和藝術(shù)家),
智能正常,表現(xiàn)出高算力(如計(jì)算相關(guān)從業(yè)者),
智能偏低,表現(xiàn)出高算力(如異?;驍y帶者)。
可見,智能與算力有相關(guān)性,但絕不是計(jì)算能力產(chǎn)生了人類智能,或是計(jì)算能力的高低,決定了人類智能的高低。
不過,有趣的是:
在很多場(chǎng)景下,計(jì)算機(jī)不僅可以表現(xiàn)出智能,甚至可以顯得比人類更有智能,而在另外一些場(chǎng)景,對(duì)于人類智能輕而易舉的任務(wù)(如閑聊、說謊、幽默感、道德判斷等),但對(duì)計(jì)算機(jī)來說,卻是異常困難。
這是為什么呢?
對(duì)此,我們需要從兩個(gè)角度來看:首先為什么計(jì)算機(jī)會(huì)表現(xiàn)出智能,其次是計(jì)算機(jī)智能與人類智能有什么區(qū)別。
不過這兩個(gè)視角,最終可能會(huì)指向同一個(gè)問題,即:智能的本質(zhì)是什么?
智能與邏輯
雖然計(jì)算機(jī),不能夠進(jìn)行邏輯推理和自主學(xué)習(xí),但卻可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算(又稱布爾運(yùn)算)。
其基本原理就在于:計(jì)算機(jī)通過邏輯門,來進(jìn)行邏輯運(yùn)算,從而就擁有了映射邏輯關(guān)系的能力。
所謂邏輯門,就是一組基本的邏輯運(yùn)算,包括了:
0——是假。
1——是真。
非——真假互換。
與——有一個(gè)假就是假。
或——有一個(gè)真就是真。
異或——有異為真,有同為假,類似連連看找到不同為真,否則為假。
大于、等于、小于、大于等于、小于等于、不等于——成立為真,否則為假。
比特位的加法就會(huì)用到——異或,如:1+0=1,0+0=0,1+1=0進(jìn)位1。
以上就是最基本的邏輯門計(jì)算,通過組合它們,就可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜度的邏輯運(yùn)算,而組合它們的方式,就是邏輯電路。
所謂邏輯電路,簡(jiǎn)單來說就是指完成邏輯運(yùn)算的電路。具體一些,就是指一種以二進(jìn)制(0和1)為基礎(chǔ),來實(shí)現(xiàn)(離散)數(shù)字信號(hào)邏輯運(yùn)算的電路。
那么,在物理現(xiàn)實(shí)中,邏輯門由晶體管實(shí)現(xiàn),邏輯電路由集成電路實(shí)現(xiàn)。
其基本原理就在于:晶體管可以(通過物理元件的屬性)實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制,使得通過它們的電平信號(hào),產(chǎn)生或高或低的結(jié)果,以此來代表邏輯上的“真”與“假”(即二進(jìn)制當(dāng)中的1和0),從而實(shí)現(xiàn)邏輯門的計(jì)算,進(jìn)而集成電路就可以組合晶體管,實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的邏輯電路。
于是,計(jì)算機(jī)通過晶體管和集成電路,就擁有了邏輯關(guān)系的映射能力——這可以看成是,把抽象的邏輯關(guān)系,轉(zhuǎn)換到了物理的邏輯電路上。
其處理過程就是:接受數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)(利用邏輯關(guān)系)、得出結(jié)果,也就是經(jīng)典的「輸入-處理-輸出」模型。
需要指出的是,邏輯電路不僅可以分析數(shù)據(jù),還可以通過執(zhí)行邏輯來進(jìn)行數(shù)據(jù)的存取,包括指令、地址、程序等等。
例如,通過組合邏輯門構(gòu)造一個(gè)鎖存器(Latch)——它可以保持一個(gè)比特位的數(shù)值(即0或1)不變,也可以讓一個(gè)比特位的數(shù)值改變——而組合鎖存器就可以構(gòu)造寄存器或內(nèi)存(RAM)——所以,內(nèi)存也有運(yùn)行頻率,這是控制邏輯門的速度,即時(shí)鐘速度(Clock Speed)。
事實(shí)上,計(jì)算機(jī)的算力,就是來自于數(shù)百億的晶體管,進(jìn)行超高速控制邏輯門的結(jié)果,顯然物理電路的物理屬性,決定了高算力的必然。
那么相比計(jì)算機(jī),人腦的算力“弱雞”,是因?yàn)檫壿嬇袛嗟乃俣炔粔蚩?,其根本原因在于?/p>
生物電路控制邏輯門的速度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如物理電路,這可以理解為——電化學(xué)反應(yīng)的速度落后于電物理反應(yīng),即:腦細(xì)胞構(gòu)建的邏輯門結(jié)構(gòu)(電突觸與化學(xué)突觸),其反應(yīng)速度遠(yuǎn)不如物理元件構(gòu)建的邏輯門結(jié)構(gòu)。
具體來說,有三個(gè)方面:
第一,神經(jīng)元放電依賴(鈉鉀鈣)離子通道的開閉,這個(gè)過程速度緩慢,導(dǎo)致其放電頻率大約只有每秒400次,而計(jì)算機(jī)物理元件的放電頻率可高達(dá)每秒40億次。
第二,神經(jīng)元的導(dǎo)電性差、絕緣性差、又容易漏電,所以電信號(hào)傳遞速度緩慢,大約只有每秒100米,而計(jì)算機(jī)設(shè)備的電信號(hào),其傳遞速度可以接近光速,達(dá)到每秒3億米。
第三,神經(jīng)元之間的信息傳遞,依賴化學(xué)突觸,但電位差抵達(dá)化學(xué)突觸,并不一定就會(huì)激發(fā)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放(因素眾多、機(jī)制復(fù)雜),其平均釋放概率只有30%左右,而計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳遞是100%確定的。
但重要的是,邏輯推理與邏輯判斷的速度無關(guān),只與結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)有關(guān)。
也就是說,邏輯門計(jì)算的快慢,并不影響邏輯推理的過程和結(jié)果,這個(gè)過程——就是數(shù)據(jù)經(jīng)過邏輯門結(jié)構(gòu)時(shí)的邏輯運(yùn)算,這個(gè)結(jié)果——就是經(jīng)過計(jì)算后的數(shù)據(jù)。
對(duì)應(yīng)地來看:
計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)——就是物理硬件結(jié)構(gòu),人腦的結(jié)構(gòu)——就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這兩種結(jié)構(gòu)均實(shí)現(xiàn)了邏輯門計(jì)算;
前者的計(jì)算數(shù)據(jù)——是物理電信號(hào),后者的計(jì)算數(shù)據(jù)——是生物電信號(hào),這兩種電信號(hào)均轉(zhuǎn)化自環(huán)境數(shù)據(jù)與信息的輸入;
前者的輸入數(shù)據(jù)——是來自物理設(shè)備(如鍵盤鼠標(biāo)傳感器),后者的輸入信息——是來自生物設(shè)備(如眼睛鼻子耳朵)。
需要指出的是,能被人腦處理的數(shù)據(jù),就是信息,不能被處理的數(shù)據(jù),就是無法感知,所以對(duì)人腦來說,環(huán)境數(shù)據(jù)就是環(huán)境信息,輸入數(shù)據(jù)就是輸入信息。
那么,人腦的邏輯門計(jì)算,在宏觀上就是使用「如果怎么樣,就怎么樣,否則怎么樣」的條件判斷——這個(gè)「如果」的真假,就是進(jìn)行「與、或、非」等等的邏輯運(yùn)算(可任意組合),那么在微觀上就是——從輸入信息、到腦細(xì)胞激活、到電化學(xué)反應(yīng)、到興奮電位(代表1)或抑制電位(代表0)。
而腦細(xì)胞的連接方式——多個(gè)胞體的軸突(輸出信息),可以連接到一個(gè)胞體的多個(gè)樹突(接收信息)——就可以形成各種“神經(jīng)邏輯門”,與物理邏輯門的原理一致,即:多個(gè)軸突的輸入信息組合(抑制與興奮的疊加),抵達(dá)某個(gè)閾值,才能激活某個(gè)胞體的信息處理及傳遞。
例如,人腦的視覺系統(tǒng),并不處理光點(diǎn)信息,而是處理光幾何信息(如各種角度的長(zhǎng)條、長(zhǎng)方形等),其實(shí)現(xiàn)方式就是:多個(gè)感知光點(diǎn)的視覺細(xì)胞(軸突),連接到同一個(gè)腦細(xì)胞(樹突),當(dāng)這些“光點(diǎn)細(xì)胞”同時(shí)輸入信息時(shí)(即感知到多個(gè)光點(diǎn)),對(duì)應(yīng)腦細(xì)胞才有反應(yīng),而這些“光點(diǎn)細(xì)胞”的排列形狀,就是視覺系統(tǒng)可以處理的光幾何形狀。
需要指出的是,數(shù)學(xué)運(yùn)算=邏輯運(yùn)算+讀寫操作——而讀寫并沒有邏輯(只有運(yùn)動(dòng)),如果沒有邏輯運(yùn)算,就會(huì)是沒有邏輯的(大概率錯(cuò)誤的)讀寫。
例如,實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制加法的抽象過程是:讀取數(shù)字,比較數(shù)字(邏輯運(yùn)算)——如果是0,寫入1,即完成了加法計(jì)算——如果是1,寫入0,移動(dòng)高位,寫入1,即完成了進(jìn)位計(jì)算——而有了加法基礎(chǔ),就可以實(shí)現(xiàn)其它的數(shù)學(xué)運(yùn)算。
可見,計(jì)算機(jī)可以同人腦一樣,進(jìn)行無差別的邏輯門計(jì)算,其底層支撐在于:如果說“0是關(guān)1是開”,那么計(jì)算機(jī)(CPU)與人腦,就都可以抽象地看成是一個(gè)復(fù)雜的——“開關(guān)網(wǎng)絡(luò)”(Switching Network)。
這個(gè)開關(guān)網(wǎng)絡(luò),即是邏輯門計(jì)算的物理模型(物理模型體現(xiàn)結(jié)構(gòu),數(shù)學(xué)模型體現(xiàn)關(guān)系),它可以由不同的介質(zhì)來承載實(shí)現(xiàn)——這正是讓計(jì)算機(jī)可以表現(xiàn)出智能的根本原因所在。
而計(jì)算機(jī)智能明顯受制于人類智能的原因,就在于:
第一,邏輯推理中的數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)需要依賴人類提供輸入。
第二,數(shù)據(jù)中的邏輯關(guān)系,計(jì)算機(jī)需要依賴人類分析描述。
第三,邏輯門計(jì)算的過程,計(jì)算機(jī)需要依賴人類編程控制。
那么,計(jì)算機(jī)可以拋棄人類的幫助,自行分析數(shù)據(jù)中的邏輯關(guān)系,并自動(dòng)控制邏輯門計(jì)算的過程嗎?
換言之,計(jì)算機(jī)可以在邏輯門計(jì)算之上,構(gòu)建出類似人類智能的智能嗎?再換言之,人類智能在邏輯門計(jì)算之上,所具有的根本性的“質(zhì)變”是什么呢?
智能與結(jié)構(gòu)
如前所述,邏輯推理取決于邏輯門結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù),算力只是邏輯門結(jié)構(gòu)的特性,推理過程是邏輯門結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算,推理結(jié)果是計(jì)算后的數(shù)據(jù)——其與計(jì)算前的數(shù)據(jù)具有邏輯關(guān)系。
而計(jì)算機(jī)雖然擁有邏輯門結(jié)構(gòu),但推理過程需要人類智能提供——數(shù)據(jù)與算法,其中算法負(fù)責(zé)控制邏輯門結(jié)構(gòu),去完成對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算,并得到結(jié)果。
具體來說,算法由程序描述,程序被轉(zhuǎn)化成指令,指令被硬件(邏輯門結(jié)構(gòu))執(zhí)行,這就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的邏輯運(yùn)算,而人類智能通過編程,就可以控制計(jì)算機(jī)完成邏輯推理。
當(dāng)然,算法(Algorithm)可以是一個(gè)更抽象的概念(與計(jì)算機(jī)無關(guān)),即是指解決問題的完整描述,由一系列準(zhǔn)確可執(zhí)行的步驟組成,其代表著解決問題的策略。
在此我們會(huì)發(fā)現(xiàn),人類智能可以構(gòu)造算法,但計(jì)算機(jī)卻不行,而算法才是邏輯推理的關(guān)鍵,那么這其中的奧秘是什么呢?
答案就是,結(jié)構(gòu)——事實(shí)上,人腦的結(jié)構(gòu)是邏輯門結(jié)構(gòu)的超集,在此基礎(chǔ)之上,相比計(jì)算機(jī)物理硬件結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單固定,人腦結(jié)構(gòu)具有極大的復(fù)雜性和極強(qiáng)的可塑性。
對(duì)于復(fù)雜性,計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、傳輸結(jié)構(gòu)與計(jì)算結(jié)構(gòu)是獨(dú)立分離的,但人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),既是存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),也是計(jì)算結(jié)構(gòu),甚至還是傳輸結(jié)構(gòu)。
因此,數(shù)據(jù)與算法,會(huì)存在于同一個(gè)腦結(jié)構(gòu)之中。
具體來說,就是神經(jīng)元細(xì)胞之間的幾何關(guān)系、密度、數(shù)量,膜內(nèi)外的成分、濃度、電位,以及電化學(xué)反應(yīng)的過程,等等——都是一種信息的記錄和計(jì)算,從而信息的形成、傳遞與處理就是共用神經(jīng)元細(xì)胞的,于是信息在腦結(jié)構(gòu)中,自然就會(huì)相互關(guān)聯(lián)與影響。
換言之,環(huán)境信息被人腦捕獲之后,其“運(yùn)動(dòng)”的某種模式——如帶電離子的流動(dòng)、神經(jīng)遞質(zhì)的擴(kuò)散——就對(duì)應(yīng)了算法,而這種物理意義上的“運(yùn)動(dòng)算法”,是意識(shí)運(yùn)作的底層,不受意識(shí)的控制,其結(jié)果就包含了直覺與潛意識(shí),而直覺可以看成是潛意識(shí)的計(jì)算。
這里需要指出的是,信息與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,即:信息是從數(shù)據(jù)中提取的關(guān)系,同樣的數(shù)據(jù)看到不同的關(guān)系,就是不同的理解,就會(huì)有不同的信息,可見信息是數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化抽象,即過濾了很多不同維度的關(guān)系——類比來看「數(shù)據(jù)-信息」就像「質(zhì)量-能量」。
那么顯然,計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)并沒有“運(yùn)動(dòng)”的特性,也沒有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理“一體化”的特性,相反計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù),是獨(dú)立于其結(jié)構(gòu)的——結(jié)構(gòu)的改變(如規(guī)模、架構(gòu))不會(huì)影響數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)的改變(如數(shù)量、關(guān)聯(lián))不會(huì)影響結(jié)構(gòu)——所以,計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)可以無損復(fù)制到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上,但人腦的信息就無法復(fù)制,除非重建相同的腦結(jié)構(gòu)。
最為關(guān)鍵的是,計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)無法產(chǎn)生算法,也就是無法從數(shù)據(jù)中提取邏輯關(guān)系,也就是無法從數(shù)據(jù)中提取信息,因此計(jì)算機(jī)要求輸入數(shù)據(jù)“自帶信息”——這是如何做到的呢?
首先,需要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它是一種描述數(shù)據(jù)關(guān)系的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),即關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù),稱之為元數(shù)據(jù)。
其次,需要代碼算法,它是一種可執(zhí)行的數(shù)據(jù),用于控制硬件結(jié)構(gòu)完成計(jì)算,包括邏輯運(yùn)算和讀寫操作,這兩者可以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算。
最后,代碼算法的執(zhí)行,將會(huì)把數(shù)據(jù)映射到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中邏輯關(guān)系的提取,也就是信息的提取。
由此可見,計(jì)算機(jī)要求輸入數(shù)據(jù)(含有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和代碼算法),既要有邏輯關(guān)系,也要有邏輯處理,而這些都被轉(zhuǎn)移到了由人類智能來提供。
對(duì)于可塑性,輸入信息可以改變?nèi)四X神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本身(包括生物邏輯門),從而改變對(duì)輸入信息的獲取和處理,于是結(jié)構(gòu)和信息之間就形成了「結(jié)構(gòu)吸收信息,信息塑造結(jié)構(gòu)」的相互作用,這就如同——河床(是結(jié)構(gòu))約束引導(dǎo)河流(信息),河流(是信息)沖刷塑造河床(結(jié)構(gòu))。
事實(shí)上,抽象地來看,邏輯即是結(jié)構(gòu)所固有的關(guān)系,不同的結(jié)構(gòu)(或同樣結(jié)構(gòu)不同角度)有不同的關(guān)系就有不同的邏輯,而結(jié)構(gòu)的改變即是邏輯的改變。
例如,人在夢(mèng)境中的想法邏輯,會(huì)與清醒時(shí)有很大的不同,這就是因?yàn)槿四X神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在睡眠時(shí)的激活結(jié)構(gòu)不同,這種結(jié)構(gòu)的不同,就會(huì)產(chǎn)生不同的想法邏輯。
因此,人腦可以捕獲環(huán)境信息,接著分析學(xué)習(xí)其中的邏輯關(guān)系,然后(將邏輯)存儲(chǔ)進(jìn)動(dòng)態(tài)的人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(結(jié)構(gòu))中(比如經(jīng)驗(yàn)與常識(shí)),并參與后續(xù)(環(huán)境信息)的邏輯處理,這即是自主學(xué)習(xí)的能力。
那么對(duì)比人腦,計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)固定,完全沒有動(dòng)態(tài)性和自組織性,轉(zhuǎn)而只能依賴人類智能提供——數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法=程序),于是計(jì)算機(jī)智能也就無法進(jìn)行——自主學(xué)習(xí)與自主推理了。
簡(jiǎn)而言之,人類智能是因?yàn)槿四X的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,而計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)如此簡(jiǎn)單,其“智能表現(xiàn)”是把復(fù)雜算法都轉(zhuǎn)移到了程序設(shè)計(jì)之上,也就是讓人類智能來思考產(chǎn)生。
綜上可見,我們“自詡”的智能,其實(shí)就是來自于——復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性與自組織性,其功能就在于——從環(huán)境信息中建模映射真實(shí)世界的邏輯關(guān)系,繼而可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來。
當(dāng)然,人腦結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)的都是——簡(jiǎn)化模型,而對(duì)這些顱內(nèi)模型的計(jì)算與建模,就是由智能所主導(dǎo)的——認(rèn)知計(jì)算與認(rèn)知建模。
有趣的是,人腦的認(rèn)知模型不僅簡(jiǎn)化,其認(rèn)知模式還偏好簡(jiǎn)化,但它(模型和模式)可以復(fù)雜——這是一種演化冗余的結(jié)果。
而通俗地說,人腦結(jié)構(gòu)——決定了晶體智力(取決于學(xué)習(xí),如技能和技藝,不受衰老影響),神經(jīng)運(yùn)作——決定了流體智力(取決于基因,如記憶力和算力,隨衰老減退),智能——則建立在晶體智力與流體智力之上。
那么,計(jì)算機(jī)智能有沒有辦法,突破固定結(jié)構(gòu)的局限性,從不同的演化路徑去“模擬”出人類智能呢?
智能與數(shù)據(jù)
如前所述,能夠創(chuàng)造出算法是智能的關(guān)鍵所在,而在編程領(lǐng)域,《Unix編程藝術(shù)》一書中有這樣一個(gè)實(shí)踐性的洞見——算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有一個(gè)關(guān)系,即:
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜(如哈希表),算法就可以越簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單(如數(shù)組),那么算法就需要越復(fù)雜。
例如,編程語言越是動(dòng)態(tài)化(如Python、JS、Lua),就越容易構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu),用其編寫算法也就越容易,相反編程語言越是靜態(tài)化(如C、C++、Java),就越難以構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu),用其編寫算法就困難,而編程語言的演化是越來越動(dòng)態(tài)化(如C#)。
其原理就在于,算法實(shí)現(xiàn)——是邏輯關(guān)系的“計(jì)算映射”,即動(dòng)態(tài)地進(jìn)行邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)化;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——是邏輯關(guān)系的“固化映射”,即將已經(jīng)計(jì)算好的邏輯關(guān)系,存儲(chǔ)在了結(jié)構(gòu)之中。
可見,算法比數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多出了計(jì)算的過程——前者需要根據(jù)邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運(yùn)算,后者僅需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯關(guān)系直接讀寫——所以應(yīng)用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)化,會(huì)更加高效。
而人腦可以從環(huán)境信息中,提取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并習(xí)得算法,最終將兩者存儲(chǔ)到腦結(jié)構(gòu)之中——可見,「神經(jīng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法」三者之間可以互相轉(zhuǎn)化,或說互相表征。
表征——是指用信息描述某一事物的狀態(tài),即:信息符號(hào)可以代替某一事物本身。
換言之,如果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)足夠強(qiáng)大,它就可以充當(dāng)復(fù)雜算法的功能,甚至可以替代復(fù)雜的神經(jīng)結(jié)構(gòu)。
因此,計(jì)算機(jī)智能“擬人”的一個(gè)途徑,就是通過強(qiáng)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來模擬神經(jīng)結(jié)構(gòu),以及弱化人類智能所提供的代碼算法,轉(zhuǎn)而使用結(jié)構(gòu)去生成算法,而這就是目前人工智能的發(fā)展方向——以下使用“人工智能”來替代“計(jì)算機(jī)智能”。
那么,問題就回到了,人工智能的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從何而來呢?
顯然,“人工”二字已經(jīng)說明,依然由人類智能來提供,只不過這不是一個(gè)針對(duì)具體問題的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),而是一個(gè)模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——它是對(duì)人腦結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化抽象,并由程序語言編程實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型(以矩陣為基礎(chǔ),想象黑客帝國(guó)的母體),可稱之為“類腦數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”,更形象的描述是“類腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。
接下來,人類智能繼續(xù)提供一種算法——機(jī)器學(xué)習(xí)算法(如深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等等,每種又有不同的具體實(shí)現(xiàn)),這種算法可以通過擬合與計(jì)算,試圖在海量的大數(shù)據(jù)中找到各種各樣的算法——從而把特定的輸入問題與輸出結(jié)果對(duì)應(yīng)起來——這相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了一種可以創(chuàng)造算法的“算法”。
大數(shù)據(jù)——是指擁有多維度信息的大量數(shù)據(jù),也就是說,不僅數(shù)據(jù)量大,信息量也大,而“大量數(shù)據(jù)”,僅僅是數(shù)據(jù)量大,信息量卻不大,甚至可能很少。概括來看,大數(shù)據(jù)有4個(gè)明顯的特征,即:數(shù)據(jù)量大、多維度、完備性、和實(shí)時(shí)性。
大數(shù)據(jù)中的“薄數(shù)據(jù)”——是那些可量化、可測(cè)量,但未必重要數(shù)據(jù)。
大數(shù)據(jù)中的“厚數(shù)據(jù)”——是那些不可量化、不可測(cè)量,但重要的數(shù)據(jù)。
而將類腦數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法結(jié)合起來,就可以動(dòng)態(tài)地自組織類腦數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(通過結(jié)構(gòu)連接關(guān)系的權(quán)重),以存儲(chǔ)算法創(chuàng)造的算法——于是人工智能就表現(xiàn)出了自主學(xué)習(xí)與自主推理。
有趣的是,有一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法(強(qiáng)化學(xué)習(xí),Reinforcement Learning)與人腦多巴胺強(qiáng)化學(xué)習(xí)的機(jī)制是相一致的,即:
概率來自權(quán)重(歷史權(quán)重決定了算法的概率計(jì)算),權(quán)重來自獎(jiǎng)勵(lì),獎(jiǎng)勵(lì)來自行為,行為來自決策,決策來自獎(jiǎng)勵(lì),獎(jiǎng)勵(lì)來自概率(現(xiàn)實(shí)概率決定了獎(jiǎng)勵(lì)的最終獲取)——這說明機(jī)器可以使用人腦相同的學(xué)習(xí)機(jī)制進(jìn)行“自我學(xué)習(xí)”。
那么,這里算法習(xí)得的權(quán)重(也稱權(quán)值),其實(shí)就相當(dāng)于人腦神經(jīng)元之間的連接強(qiáng)度,通過數(shù)據(jù)反復(fù)地訓(xùn)練與調(diào)整,無論是機(jī)器還是人腦,最終都可以把輸出結(jié)果逼近正確答案。
事實(shí)上,早在1950年,圖靈就闡述了這樣的觀點(diǎn)——沃爾特·艾薩克森在《創(chuàng)新者》中指出,為了反駁“洛夫萊斯夫人的異議”(即埃達(dá)·洛夫萊斯認(rèn)為分析機(jī)無法像人腦一樣工作),圖靈在論文中提出了一個(gè)極具獨(dú)創(chuàng)性的觀點(diǎn),即:
“機(jī)器也許可以進(jìn)行學(xué)習(xí),從而逐漸發(fā)展出自己的主動(dòng)性,并掌握產(chǎn)生新想法的能力。……圖靈提出了一種獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰機(jī)制,它可以促使機(jī)器重復(fù)或者避免某些行為,最終這臺(tái)機(jī)器將會(huì)培養(yǎng)出自己對(duì)于思考的概念。”
由上可見,人工智能是在通過「輸入數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)算法」之間的相互轉(zhuǎn)化,來形成“擬人智能”的——也就是從數(shù)據(jù)中找到結(jié)構(gòu),再?gòu)慕Y(jié)構(gòu)中產(chǎn)生算法,最后將算法存入結(jié)構(gòu)。
值得一提的是,實(shí)踐表明,人工智能模型可以通過數(shù)據(jù)訓(xùn)練,獲得非常精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)能力,但這種預(yù)測(cè)能力不具有可解釋性,即無法解釋預(yù)測(cè)結(jié)果的形成路徑。
換言之,類腦數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(或說類腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))是一個(gè)——“黑盒模型”,如同人腦一樣。
那么,從此也可以看出,結(jié)構(gòu)涌現(xiàn)智能的規(guī)律與力量——就如同化學(xué)中結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),物理中結(jié)構(gòu)決定激發(fā),程序中結(jié)構(gòu)決定功能,語言中結(jié)構(gòu)決定語義,等等——或許結(jié)構(gòu)決定了一切,這被稱為“結(jié)構(gòu)主義”。
按此視角,“聽不懂”、“不明白”、“搞不清”、“難理解”——其本質(zhì)都是無法重現(xiàn)相同(或相似)的結(jié)構(gòu),即腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如:動(dòng)物聽不懂人話,學(xué)渣不明白公式,平民搞不清政治,男人不理解女人。
換個(gè)角度來看,一個(gè)人哪怕經(jīng)驗(yàn)再豐富,與“大數(shù)據(jù)”相比也只是“小數(shù)據(jù)”,但“小數(shù)據(jù)”并不影響人腦具有強(qiáng)大的預(yù)測(cè)能力——其原因就在于,從有限的數(shù)據(jù)中獲得(或說提取存儲(chǔ))有效有意義的結(jié)構(gòu),而“結(jié)構(gòu)”可以預(yù)測(cè)未來。
那么,如果擁有了足夠大的“大數(shù)據(jù)”,這就像擁有了一張分辨率足夠高的“照片”,任意放大“照片”的某個(gè)局部,都可以看到足夠多的信息與連接,這就有更多的可能性,從這張“照片”里發(fā)現(xiàn)某些規(guī)律,即結(jié)構(gòu)——這就是人工智能的路徑與意義,即連接了數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)。
然而除了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在擬人智能的道路上,仍有一個(gè)顯著的問題,即是人腦的模糊性與計(jì)算機(jī)的精確性,它們之間的差異性應(yīng)該如何解決?
智能與概率
事實(shí)上,計(jì)算機(jī)一直是基于精確邏輯的工作模式,任何微小的邏輯錯(cuò)誤,都會(huì)在計(jì)算積累中不斷地被放大,直到邏輯崩塌或程序崩潰,最終導(dǎo)致任務(wù)失敗。
人腦的邏輯處理則完全不同,人腦基于“貝葉斯算法”使用概率模型,通過統(tǒng)計(jì)的結(jié)果來得出可能性,從而創(chuàng)造出各種假設(shè),并隨著接收到的新信息而不斷調(diào)整模型,同時(shí)又會(huì)根據(jù)最新模型連續(xù)地計(jì)算,不斷逼近最真實(shí)準(zhǔn)確的答案,所以人腦可以忽略不具有規(guī)模的異常和錯(cuò)誤。
貝葉斯算法——是根據(jù)先驗(yàn)概率,進(jìn)行概率計(jì)算,結(jié)合客觀信息,調(diào)整先驗(yàn)概率,以此迭代循環(huán),從而讓后期預(yù)測(cè),不斷逼近準(zhǔn)確的客觀現(xiàn)實(shí)。通俗地說,就是預(yù)測(cè)隨著新信息而不斷改變,或結(jié)論隨著新證據(jù)而不斷改變。
例如,人腦處理語言,就是概率模型的最佳體現(xiàn),顯然人類語言具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性和糾錯(cuò)性——什么語法錯(cuò)誤、二意性、口音語調(diào)、反諷幽默等等,都可以在電光石火之間被人腦大概率的正確處理,這是計(jì)算機(jī)和編程語言所望塵莫及的,因?yàn)榫幊陶Z言錯(cuò)一個(gè)分號(hào),程序就會(huì)“滿盤皆輸”——并且在人類語言之上,人腦還可以支撐精確的推理模型。
而人類智能可以運(yùn)用的推理,主要有四種:
第一,演繹推理,又稱邏輯推理,由一般到特殊。
第二,歸納推理,由特殊到一般。
第三,類比推理,由特殊到特殊,可以理解為:抽象的外推,有抽象才有類比,抽象接近本質(zhì),本質(zhì)通用可以外推,通才的“學(xué)習(xí)遷移”即是運(yùn)用類比。
第四,溯因推理,又稱反繹推理(或反向演繹),由特殊到解釋,可以理解為:大腦遙遠(yuǎn)區(qū)域的長(zhǎng)連接,以及潛意識(shí)的計(jì)算,即直覺。
其中,演繹與歸納,(在數(shù)學(xué)上)是基于精確邏輯的(在人腦中是相對(duì)精確的),類比與溯因,則是基于概率統(tǒng)計(jì)的,而推理的根本作用就是——捕獲因果,預(yù)測(cè)未來。
事實(shí)上,直覺、閃念、靈感、頓悟所帶來的洞見,往往就是運(yùn)用類比與溯因的推理結(jié)果,其過程看似沒有邏輯,實(shí)則背后是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)“遙遠(yuǎn)連接”所激發(fā)的信息的“自由”排列組合——顯然,概率會(huì)讓這種“洞見”,有時(shí)是靈光乍現(xiàn)(即蘊(yùn)含著深刻本質(zhì)的邏輯),有時(shí)則是胡說八道(即類比錯(cuò)誤、溯因荒謬)。
類比——是形式不同,但邏輯相同的連接。
溯因——是根據(jù)現(xiàn)象,尋找最可能的解釋。
可見,人類智能在結(jié)構(gòu)與計(jì)算之上,必須要引入概率統(tǒng)計(jì)的工作模式,才能夠展現(xiàn)出其強(qiáng)大的推理預(yù)測(cè)能力。
那么,基于精確邏輯的計(jì)算機(jī),能夠基于概率統(tǒng)計(jì)來工作嗎?
在經(jīng)典奠基性教材《深度學(xué)習(xí)》(Deep Learning)一書中,作者指出:
“在人工智能領(lǐng)域,概率論主要有兩種用途:首先,概率法則告訴我們,人工智能系統(tǒng)如何推理;其次,可以用概率和統(tǒng)計(jì),從理論上分析人工智能系統(tǒng)的行為。……概率論,使我們能夠提出不確定性的聲明,以及針對(duì)不確定性的情景進(jìn)行推理;而信息論,則使我們能夠量化概率分布中不確定性的總量。”
是的,從某種角度來看:人工智能=計(jì)算機(jī)+概率論+信息論+大數(shù)據(jù),其中概率論就是能夠讓算法創(chuàng)造算法的機(jī)制——就如同人腦中概率模型的運(yùn)作。
對(duì)此,作者在《深度學(xué)習(xí)》中,這樣說道:
“學(xué)習(xí)理論表明,機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠在有限個(gè)訓(xùn)練集樣本中,很好地泛化——這似乎違背一些基本的邏輯原則。通常,歸納推理(即從一組有限的樣本中推理出一般性的規(guī)則),在邏輯上不是很有效。因?yàn)?,為了邏輯推理出一個(gè)規(guī)則去描述集合中的元素,我們必須具有集合中每個(gè)元素的信息——這是很難做到的。但在一定程度上,機(jī)器學(xué)習(xí)僅通過概率法則,就可以避免這個(gè)問題,而無須使用純邏輯推理整個(gè)確定性的法則。最終,機(jī)器學(xué)習(xí)可以保證找到一個(gè),在所關(guān)注的大多數(shù)樣本上可能正確的規(guī)則。”
那么,應(yīng)用了概率,就需要接受概率的模糊性與不確定性。
沒有免費(fèi)午餐定理(No Free Lunch Theorem)已經(jīng)清楚地表明,沒有最優(yōu)的學(xué)習(xí)算法,特別是沒有最優(yōu)的正則化形式。
正則化(Regularization)——是指向模型中加入某些先驗(yàn)的規(guī)則(如正則項(xiàng),或稱規(guī)則項(xiàng)),以減小模型的求解誤差。通俗地說,就是把人類的知識(shí),以數(shù)學(xué)的形式告訴模型。那么,沒有最優(yōu)正則化形式,意思就是人類的知識(shí),沒法用完美的數(shù)學(xué)形式告訴模型。
因此,機(jī)器學(xué)習(xí)研究的目標(biāo),不是找一個(gè)通用學(xué)習(xí)算法,或是絕對(duì)最好的學(xué)習(xí)算法,而是理解什么樣的概率分布,與人工智能獲取數(shù)據(jù)的“真實(shí)世界”有關(guān),以及什么樣的學(xué)習(xí)算法,在我們所關(guān)注的數(shù)據(jù)分布上,效果最好。
事實(shí)上,我們應(yīng)該徹底放棄,用人類智能去尋找“算法”來“更新”人工智能,而是用人腦源源不斷產(chǎn)生的數(shù)據(jù),去“喂養(yǎng)”人工智能,然后讓它從簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)開始,向著復(fù)雜結(jié)構(gòu)不斷地“自我演化”——就像當(dāng)初的人腦一樣。
例如,歷史上的天才,他們對(duì)世界的認(rèn)知和理解,可能還不如今天一個(gè)普通人,就是因?yàn)樘觳湃鄙倭水?dāng)今世界的「數(shù)據(jù)-信息」,可見——平庸+信息>天才,機(jī)器+數(shù)據(jù)>人才。
那么在應(yīng)用中,大多數(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)算法都有“超參數(shù)”,它是在開始學(xué)習(xí)過程之前設(shè)置值的參數(shù),而不是通過訓(xùn)練得到的參數(shù),設(shè)置它可以控制算法的行為,通常情況下,需要人工對(duì)超參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,即給出一組最優(yōu)超參數(shù),以提高學(xué)習(xí)的性能和效果。
換言之,我們應(yīng)該是設(shè)計(jì)一個(gè)循環(huán)嵌套的學(xué)習(xí)過程,讓一個(gè)學(xué)習(xí)算法為另一個(gè)學(xué)習(xí)算法,學(xué)習(xí)出“最優(yōu)超參數(shù)”,而不是人工提供這個(gè)“最優(yōu)超參數(shù)”。
更為重要的是,機(jī)器學(xué)習(xí)缺少一種內(nèi)在的驅(qū)動(dòng)力,即是痛苦與壓力,而對(duì)生物體來說,一個(gè)環(huán)境信息的“好壞”,就關(guān)聯(lián)著痛苦與壓力,即是生存。
因此,我們需要讓機(jī)器“感受”到痛苦與壓力,或說是給機(jī)器植入痛苦與壓力,即想辦法給機(jī)器編碼出“痛苦與壓力”,這樣機(jī)器學(xué)習(xí)才能在數(shù)據(jù)流中,自發(fā)地進(jìn)行學(xué)習(xí),自動(dòng)地推理因果,從而獲得自我演化。
最后可見,正確的預(yù)測(cè)(或說預(yù)測(cè)的正確率),取決于信息量(信息可以消除不確定性),而信息來源于數(shù)據(jù),沒有更多的數(shù)據(jù),就是沒有更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè),那么在迭代計(jì)算中,用結(jié)構(gòu)去捕獲數(shù)據(jù),進(jìn)而掌控預(yù)測(cè)的概率——這就是人工智能與人類智能的“同構(gòu)演化”。
智能的本質(zhì)
前文討論了智能的諸多層面,現(xiàn)在我們將從生物演化和物理規(guī)律的視角,來解釋智能的本質(zhì)到底是什么。
首先,從生物演化角度。
演化壓力要求,生物體構(gòu)建出趨利避害的功能,否則就會(huì)被淘汰,那么如何才能趨利避害?——首當(dāng)其沖的就是,準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)利與害。那么如何才能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)利與害?——自然是,通過智能的推理能力(即演繹、歸納、類比、溯因)。
事實(shí)上,基因本來是利用神經(jīng)元,來控制運(yùn)動(dòng)和反射的,其存在的目的僅僅是控制肌肉的運(yùn)動(dòng),所以植物不需要神經(jīng)元,動(dòng)物才需要。
而顯然,運(yùn)動(dòng)的時(shí)機(jī)與環(huán)境信息密切相關(guān),于是后來神經(jīng)元就開始對(duì)信息進(jìn)行記憶、分析、預(yù)測(cè)、最終是模擬(模擬是為了更好的預(yù)測(cè))——這個(gè)過程,也是從神經(jīng)元到大腦、到人腦、再到產(chǎn)生智能的演化過程。
換言之,是環(huán)境在促成神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境信息的模擬和預(yù)測(cè),從而逐漸把神經(jīng)系統(tǒng)演化成了智能系統(tǒng),所以大腦是由神經(jīng)元構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
而最終,基因設(shè)定了一套基礎(chǔ)規(guī)則,即本能,然后就放手讓大腦去接管幾乎所有的決策與選擇行為,即智能。
由此可見,智能來源于對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的迭代升級(jí)——它是根據(jù)環(huán)境信息制定“運(yùn)動(dòng)算法”的算法,或說為了應(yīng)對(duì)環(huán)境,智能提高了運(yùn)動(dòng)對(duì)環(huán)境的反應(yīng)策略——它是(憑借推理能力)對(duì)環(huán)境信息的理解(即捕獲了因果關(guān)系)。
一個(gè)有趣的類比是:程序環(huán)境中的——數(shù)據(jù)與行為(行為具體是指函數(shù)或方法的實(shí)現(xiàn)),對(duì)應(yīng)了自然環(huán)境中的——信息和運(yùn)動(dòng)。
所以,OOP(Object Oriented Programming,面向?qū)ο缶幊蹋┌褦?shù)據(jù)與行為“打包”,其實(shí)是符合演化模型的,從某種角度說,OOP具有分形遞歸的特性,即:整體可以由局部遞歸組合而成,且整體與局部具有自相似性——這讓它可以模擬生物體的演化特性。
而更宏觀地看,智能是生物體在演化壓力之下,不斷升級(jí)的必然產(chǎn)物,也是無數(shù)次隨機(jī)試錯(cuò)的偶然產(chǎn)物。
例如,有個(gè)物種,由于基因突變獲得了一個(gè)演化優(yōu)勢(shì),但在一段時(shí)間后,它的”競(jìng)爭(zhēng)者“也會(huì)演化出新的優(yōu)勢(shì),來抵消它的優(yōu)勢(shì),所以演化出比基因突變,更具趨利避害優(yōu)勢(shì)的”智能系統(tǒng)“,就是一種被迫”軍備競(jìng)賽“般的”隨機(jī)必然“。
或許有人會(huì)說,基因構(gòu)建的本能,也能夠預(yù)測(cè)未來,動(dòng)物也可以針對(duì)環(huán)境信息,做出預(yù)測(cè)性的行動(dòng)反饋——但事實(shí)上,本能并沒有推理,而只是做出有限模式的“套路化”反饋,即:應(yīng)激反應(yīng)與條件反射。
因此,我們可以將智能看成是——通過推理的預(yù)測(cè)能力,即:推理能力越強(qiáng),預(yù)測(cè)能力就越強(qiáng),智能就越強(qiáng),反之智能越弱,預(yù)測(cè)能力就越弱,推理能力也就越弱。
那么,生物體通過智能最大化趨利避害之后,會(huì)怎么樣呢?
當(dāng)然就是,高效地吃喝、不停地繁衍、長(zhǎng)久地生存,最后還會(huì)發(fā)展出越來越先進(jìn)的科技——這顯然會(huì)消耗更多的能量,制造更多的熵增。
其次,從物理規(guī)律角度。
一個(gè)層面,熵增定律要求,局部自組織有序熵減,以推動(dòng)整體更加的無序熵增,因?yàn)榫S持局部有序,需要注入能量,而消耗能量的過程,會(huì)在整體產(chǎn)生更多的無序。
另一個(gè)層面,系統(tǒng)能量足夠,就可以保持對(duì)稱性(無序),能量不足就會(huì)對(duì)稱性破缺(有序),如:水的能量高于冰,水的(旋轉(zhuǎn))對(duì)稱性高于冰,水比冰更無序。
那么,結(jié)合以上兩個(gè)層面來看:
熵增會(huì)驅(qū)使局部有序,維持有序需要注入能量,于是有序就會(huì)演化出,越來越高效的耗能系統(tǒng)來獲取能量,而擁有足夠的能量,就可以保持相關(guān)系統(tǒng)(即耗能系統(tǒng)所能夠影響的系統(tǒng))的對(duì)稱性。
那么,對(duì)稱性意味著演化的可選擇性,可選擇性則可以通過選擇權(quán)的不對(duì)稱性,讓系統(tǒng)局部從相關(guān)系統(tǒng)中受益,進(jìn)而獲得更多的能量,這又會(huì)推動(dòng)局部更加的有序和耗能,最終令系統(tǒng)整體走向不斷熵增的演化過程。
選擇權(quán)——簡(jiǎn)單來說,就是具有選擇的權(quán)利,可以放棄這個(gè)權(quán)利。
可選擇性——簡(jiǎn)單來說,就是具有選擇的選項(xiàng),選項(xiàng)可以是選擇權(quán)。
類比來看:
局部有序就是——人體,
耗能系統(tǒng)就是——人腦,
相關(guān)系統(tǒng)就是——生存環(huán)境,
有對(duì)稱性就是——具有智能,
可選擇性就是——表現(xiàn)智能,
局部受益就是——趨利避害。
合起來即:人腦通過智能獲得趨利避害,以讓人越來越善于消耗能量,從而順應(yīng)宇宙熵增的演化。
而對(duì)稱性破缺產(chǎn)生有序,就是使用智能的過程,也就是行使選擇權(quán)的過程,具體如下:
在智能選擇之后,系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入不對(duì)稱模式,此時(shí)繼續(xù)向系統(tǒng)注入能量,系統(tǒng)內(nèi)部就會(huì)開始結(jié)構(gòu)的排列組合和遠(yuǎn)近連接,并以內(nèi)部協(xié)調(diào)的方式產(chǎn)生新結(jié)構(gòu),從而形成更大的對(duì)稱性,擁有更大的可選擇性,同時(shí)也需要更多的能量,才能維持在這個(gè)狀態(tài),而這個(gè)狀態(tài)就是更強(qiáng)大的智能——或說可以表現(xiàn)出更強(qiáng)大的智能。
類比來看,使用智能可以使人腦產(chǎn)生新結(jié)構(gòu),而人腦的可塑性可以協(xié)調(diào)新結(jié)構(gòu),使得人腦結(jié)構(gòu)具有更大的對(duì)稱性,這相當(dāng)于人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擁有更多的最短連接路徑,以及更多的發(fā)展可選擇性(因?yàn)閷?duì)稱性帶來更多耗能相同的選項(xiàng)),結(jié)果在相同耗能下,前者可以激活更多的思路,后者可以應(yīng)對(duì)更多的情況,這即是增強(qiáng)了人類智能。
而更強(qiáng)的智能,又可以使人腦從生存環(huán)境中獲得更多的可選擇性,這體現(xiàn)在可以看到環(huán)境中更多的可選擇性(因?yàn)樽R(shí)別更多的對(duì)稱性),以及讓環(huán)境具有更多的發(fā)展可選擇性(因?yàn)閷?duì)環(huán)境有更多的操作),這即是趨利避害的演化最優(yōu)解。
可見,智能的本質(zhì),就是通過耗能維持系統(tǒng)對(duì)稱性的能力。
那么結(jié)合前文,人類智能是人腦結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的涌現(xiàn),現(xiàn)在來看會(huì)有更進(jìn)一步的理解,即:結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性在于——規(guī)模性和動(dòng)態(tài)性,前者可以通過能量產(chǎn)生增長(zhǎng),后者可以通過能量產(chǎn)生對(duì)稱,兩者的結(jié)合就可以產(chǎn)生——復(fù)雜系統(tǒng)的對(duì)稱性,這即是人類智能。
而在構(gòu)建復(fù)雜智能的過程中,最為關(guān)鍵的地方在于——新結(jié)構(gòu)是有序,但結(jié)構(gòu)的對(duì)稱可以產(chǎn)生無序,就像圓形比三角形更加的對(duì)稱(旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性)、更加的無序、也擁有更多的最短連接路徑。
需要指出的是,結(jié)構(gòu)對(duì)稱,雖然在整體產(chǎn)生無序,但在局部會(huì)產(chǎn)生更多有序——這是一個(gè)通過耗能熵減的過程,剛好與熵增(整體無序,局部有序)相反。
按此理解,“智熵”——就是通過智能,在環(huán)境提高非對(duì)稱無序熵(整體熵增),在系統(tǒng)提高對(duì)稱無序熵(局部熵減),最終推動(dòng)熵增的編碼能力。
而對(duì)稱性的意義,就在于提供了——可選擇性,即:可以利用更多的路徑選項(xiàng),來對(duì)抗環(huán)境壓力的驅(qū)使,從而維持自身狀態(tài)的不變,或向著自身有利狀態(tài)的改變。
顯然,擁有可選擇性,就可以表現(xiàn)出智能——就像有一個(gè)開關(guān)、多個(gè)開關(guān)、感應(yīng)開關(guān)、語音開關(guān)、自定義開關(guān)、可編程開關(guān)等等,可選擇性越多,就越表現(xiàn)出智能。
而可選擇性的意義,就在于選擇權(quán)的不對(duì)稱性,即:能量不對(duì)稱,我有的選,你沒的選;信息不對(duì)稱,我知道怎么選,你不知道怎么選——這意味著,擁有趨利避害的生存優(yōu)勢(shì)。
值得指出的是,隨機(jī)性也可以帶來可選擇性,如繼承與運(yùn)氣——所以隨機(jī)性可以創(chuàng)造智能,也可以在某個(gè)層面超越智能,即:隨機(jī)試錯(cuò)具有超越迭代試錯(cuò)的概率。
事實(shí)上,任何耗能系統(tǒng),都可以因?yàn)樽⑷肽芰慷3纸Y(jié)構(gòu)的對(duì)稱性,從而具有可選擇性,進(jìn)而表現(xiàn)出某種智能,只不過人腦是自然界演化出的,最復(fù)雜的耗能系統(tǒng),所以人類智能是自然界中,最強(qiáng)大的智能。
例如,宇宙奇點(diǎn)具有對(duì)稱性(高溫?zé)o序),接著大爆炸之后,由于空間膨脹(的環(huán)境壓力),宇宙的對(duì)稱性破缺(低溫有序),然后又向著無序熵增的方向演化——可見宇宙本身,就具有某種智能,它在試圖維持自身處在“無序?qū)ΨQ具有可選擇性”的狀態(tài)。
那么歸根究底,可選擇性帶來適應(yīng)性,這是演化對(duì)智能的要求,而對(duì)稱性(無序)需要注入能量,這是熵增對(duì)演化的要求。
可見,適應(yīng)性(演化)=可選擇性(表現(xiàn)智能)=對(duì)稱性(具有智能)=有序(信息不對(duì)稱)+能量(能量不對(duì)稱)——信息可以消除不確定性,有序即確定,意味著具有更多的信息。
而如果沒有適應(yīng)性(或適應(yīng)性不足),就說明缺少對(duì)稱性,也就是「有序+能量」中的能量不夠,此時(shí)有序,就會(huì)被環(huán)境壓力分解為「無序+能量」,其能量會(huì)被用來支撐其它「有序+能量」的演化,只剩下無序熵增。
換言之:
能量不足——會(huì)促使「有序到無序」并釋放能量(即淘汰),
能量足夠——會(huì)促使吸收「有序到無序」釋放的能量(即留存),
結(jié)果永遠(yuǎn)——是「有序到無序」的熵增(即方向)。
因此,智能可以看成是,熵增驅(qū)動(dòng)演化的結(jié)果,而熵增就可以看成是,演化壓力的壓力,或說是宇宙演化的“終極壓力”。
最后,更抽象地看——智能只是能量流動(dòng)中的一種模式,更簡(jiǎn)單地看——智能只是趨利避害中的一種模式(本能與智能是兩種模式),更一般地看——智能就是獲得可選擇性的能力。
不同的視角
人工智能,雖然來源于對(duì)人類智能的模擬,但如果模擬到了演化算法,它就會(huì)有自己的發(fā)展,并且開還會(huì)反作用于人類智能本身,比如從機(jī)器學(xué)習(xí)的有效算法,去反思人類學(xué)習(xí)的神經(jīng)模式。
事實(shí)上,人工智能與人類智能的智能競(jìng)賽,可以倒逼我們找到自身智能奧秘的底層邏輯,因?yàn)樵礁呒?jí)復(fù)雜的智能,其演化路徑就越是狹窄的,就像人類眼睛與章魚眼睛,是獨(dú)立演化出的兩種相似結(jié)構(gòu),所以人工智能與人類智能,在智能演化的道路上,最終也可能會(huì)“殊途同歸”。
那么,從這個(gè)角度來看,人工智能目前還不及人類智能的事情,一方面是它的智能演化才剛剛開始,另一方面則是因?yàn)槿祟愡€不夠了解自己,還無法提供人工智能加速演化的關(guān)鍵技術(shù)。
然而,如果僅從復(fù)雜結(jié)構(gòu)的「連接性、動(dòng)態(tài)性、隨機(jī)性」來標(biāo)度智能,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)就像一個(gè)人腦。
其中,互聯(lián)的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)就像是人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),連入網(wǎng)絡(luò)的每臺(tái)計(jì)算設(shè)備,就像是一個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞——不,其實(shí)是每個(gè)使用設(shè)備的人,才是一個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞——每個(gè)人都在貢獻(xiàn)著數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu),人與人之間的連接和關(guān)系,以及數(shù)據(jù)交互的動(dòng)態(tài)性和自由意志的隨機(jī)性,就構(gòu)成了一個(gè)“類腦”的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
換個(gè)角度來看,為什么說互聯(lián)網(wǎng)是我們大腦的延伸,而不是“眼耳手腿”,就是因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)連接的是我們大腦。
這樣,整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)會(huì)演化出自己的智能嗎?
同理類似,一個(gè)超大規(guī)模的城市,通過其不斷變化又極其繁復(fù)的交通網(wǎng)絡(luò)與基礎(chǔ)設(shè)施,將其中數(shù)以千萬的“人類神經(jīng)元”連接起來,進(jìn)行信息的傳遞和交換,從而構(gòu)成了一個(gè)“類腦”的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
這樣,整個(gè)城市會(huì)演化出自己的智能嗎?
答案是否定的,即互聯(lián)網(wǎng)與城市都無法產(chǎn)生智能,其關(guān)鍵原因有兩點(diǎn):
其一,人類自身的演化,限制了人與人之間的連接——150定律(即鄧巴數(shù))表明,人類擁有穩(wěn)定的社交網(wǎng)絡(luò)人數(shù)大約是150人——而在人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,一個(gè)神經(jīng)元與其它神經(jīng)元的連接數(shù),平均是7000~10000個(gè)。
其二,人腦神經(jīng)元總數(shù)大約有860億個(gè),而全球人類總數(shù)大約只有70多億。
神經(jīng)元的連接數(shù):Do we have brain to spare
神經(jīng)元的總個(gè)數(shù):The human brain in numbers
可見,用“人類神經(jīng)元”去構(gòu)建一個(gè)“類腦結(jié)構(gòu)”,不考慮別的,僅在標(biāo)度上就有數(shù)量級(jí)的差距,而量變顯然決定了結(jié)構(gòu)的質(zhì)變與涌現(xiàn)。
由此看來,智能不僅在于結(jié)構(gòu)和能量,還在于規(guī)模和尺度,也就是關(guān)乎于時(shí)間和空間——規(guī)模取決于結(jié)構(gòu)的存在時(shí)間,尺度取決于結(jié)構(gòu)的活動(dòng)空間。
結(jié)語
生命是化學(xué)的一種形式,智能是生命的一種形式(生命可以沒有智能),而智能也是生命了解其自身的一種形式。
但有智能并不一定就有意識(shí),按照智能的定義(耗能、推理、預(yù)測(cè)、可選擇性),人工智能已經(jīng)擁有了智能,但它還不具有意識(shí)。
本文的主旨是“結(jié)構(gòu)主義”,即結(jié)構(gòu)決定了一切,因此結(jié)構(gòu)是智能的具體實(shí)現(xiàn)(就像程序是算法的具體實(shí)現(xiàn)),而這也是人工智能(或許)可以實(shí)現(xiàn)人類智能的根本所在。
那么按此理解,意識(shí)就是結(jié)構(gòu)在涌現(xiàn)智能之后的另一個(gè)涌現(xiàn)產(chǎn)物,可能是在于某種特殊的“回路結(jié)構(gòu)”,其承載的是有關(guān)“計(jì)算的計(jì)算”——這是回路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
事實(shí)上,計(jì)算驅(qū)動(dòng)了演化過程中的狀態(tài)改變,計(jì)算的本質(zhì)是用一個(gè)系統(tǒng)去模擬另一個(gè)系統(tǒng)的演化——就如顱內(nèi)模擬是人腦的計(jì)算,程序模擬是機(jī)器的計(jì)算,前者是生物系統(tǒng)的模擬預(yù)測(cè),后者是物理系統(tǒng)的模擬預(yù)測(cè)——顯然,計(jì)算也是依賴于結(jié)構(gòu)的,而這就是人工智能與人類智能,可以“同源計(jì)算”的演化。
回到算法,從某種角度看,基因的算法是本能,人腦的算法是智能——前者源于基因結(jié)構(gòu),后者源于人腦結(jié)構(gòu),區(qū)別在于后者是一種通用算法,它可以創(chuàng)造其它算法,而人工智能通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的相互轉(zhuǎn)化,也做到了這一點(diǎn)。
不得不說,“結(jié)構(gòu)主義”為人工智能的“擬人”,掃清了障礙,鋪平了道路——甚至說,就算我們無法完全理解“智能結(jié)構(gòu)黑盒”的原理,也沒有關(guān)系,我們只需要將“黑盒”整體打包成一個(gè)算法,然后注入計(jì)算,任其演化——剩下的只要交給時(shí)間即可。
那么,就目前而言,人工智能還只是人類智能的一種工具(或說玩具),就像數(shù)學(xué)和物理是一種工具一樣,但從演化視角來看,人類又何嘗不是基因的工具(或說奴隸)呢?
而我們都知道,智能如果超越了某個(gè)系統(tǒng),系統(tǒng)的規(guī)則就無法再束縛住這個(gè)智能的演化——這就是人類智能與自然系統(tǒng)的歷史關(guān)系。
因此,對(duì)于人工智能的未來,或許“結(jié)構(gòu)主義”演化出的結(jié)果,是一種全新的“智能”,“祂”不僅僅是“擬人”的強(qiáng)人工智能,而是超越人類智能系統(tǒng)之上的——“機(jī)器智能”,這條演化之路,或許可以被稱之為——“機(jī)器主義”。
后記1:智能的定義
前文,一共對(duì)智能有哪些定義:
智能是——通過推理的預(yù)測(cè)能力。
智能是——通過耗能維持系統(tǒng)對(duì)稱性的能力。
智能是——獲得可選擇性的能力。
智能是——趨利避害中的一種模式。
智能是——能量流動(dòng)中的一種模式。
智能是——動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)計(jì)算。
智能是——在整體提高非對(duì)稱無序熵,在局部提高對(duì)稱無序熵,最終推動(dòng)熵增的編碼能力。
那么,關(guān)于智能的未來,只有一個(gè)重要的問題,即:全能又“隨機(jī)所欲”的宇宙,會(huì)不會(huì)通過“人類基因結(jié)構(gòu)”向“機(jī)器模因結(jié)構(gòu)”注入通用智能呢?
后記2:通用智能的產(chǎn)生
非常簡(jiǎn)化地看,智能就是——預(yù)測(cè)未來的能力,要是智能不能預(yù)測(cè)未來,要它有何用?
顯然,預(yù)測(cè)未來帶來了生存優(yōu)勢(shì),生存(更好的生存)就是智能演化的選擇壓力,而為了更好地預(yù)測(cè)未來,智能可以從數(shù)據(jù)中構(gòu)建模型,然后用模型來預(yù)測(cè)未來。
所以,智能行為總是圍繞著模型來展開的——如抽象、分類是在創(chuàng)建模型,如對(duì)比、識(shí)別是在訓(xùn)練模型,如判斷、選擇是在測(cè)試模型——有了成熟準(zhǔn)確的概率模型,就可以推理預(yù)測(cè)、決策未來。
而模型,其實(shí)是一種結(jié)構(gòu),即模型結(jié)構(gòu),并且構(gòu)建模型,依然需要結(jié)構(gòu),即大腦結(jié)構(gòu)。
事實(shí)上,智能預(yù)測(cè),不僅需要結(jié)構(gòu)(模型結(jié)構(gòu)與大腦結(jié)構(gòu)),也需要數(shù)據(jù),如果沒有環(huán)境數(shù)據(jù)中的有效信息,就很難進(jìn)行有效的預(yù)測(cè),甚至都不知道該預(yù)測(cè)什么——因?yàn)轭A(yù)測(cè)目標(biāo),就是以「數(shù)據(jù)-信息」的形式,進(jìn)入智能系統(tǒng)的。
那么,從物理角度看,數(shù)據(jù)就是結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)就是數(shù)據(jù),進(jìn)入智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù),與其來源的結(jié)構(gòu),是一個(gè)不可分割的整體,擁有密切的“邏輯關(guān)系”。
為什么特定數(shù)據(jù),訓(xùn)練特定的模型,不能通用?
因?yàn)?,預(yù)測(cè)來自于數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系,所以數(shù)據(jù)訓(xùn)練的模型結(jié)構(gòu),可以預(yù)測(cè)特定類型的數(shù)據(jù)及其變化。
為什么人類智能可以通用?
因?yàn)?,人腦可以不斷學(xué)習(xí),使用各種數(shù)據(jù)訓(xùn)練各種模型,而顯然人腦如果不學(xué)習(xí)某些知識(shí),就無法在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行有效的預(yù)測(cè),即不具備這個(gè)領(lǐng)域的智能。
為什么動(dòng)物的智能上限遠(yuǎn)不及人類?
因?yàn)椋瑒?dòng)物的大腦缺少?gòu)?qiáng)大的“學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)”,即:新皮質(zhì)不夠發(fā)達(dá)——要么不存在、要么不夠復(fù)雜、要么不夠動(dòng)態(tài)。
如果說,智能在于預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)在于模型,模型在于結(jié)構(gòu),那么通用智能的關(guān)鍵就在于:利用學(xué)習(xí)來塑造結(jié)構(gòu)形成模型——而學(xué)習(xí)需要獎(jiǎng)勵(lì),獎(jiǎng)勵(lì)來自環(huán)境。
換言之,通用智能=動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)+學(xué)習(xí)塑造+獎(jiǎng)勵(lì)目標(biāo)。
那么,對(duì)人工智能來說:
動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)——可以使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來模擬。
學(xué)習(xí)塑造——可以使用學(xué)習(xí)算法來模擬。
獎(jiǎng)勵(lì)目標(biāo)——可以使用編程驅(qū)動(dòng)來模擬。
最后,關(guān)于智能預(yù)測(cè),我們都知道,微觀系統(tǒng)是不可預(yù)測(cè)的,復(fù)雜系統(tǒng)也是不可預(yù)測(cè)的——但微觀的不確定性可以在宏觀相互抵消,復(fù)雜的不確定性可以被超高算力求解。
那么,通用智能的終極目的就是:精確地預(yù)測(cè)未來——或說是精確地模擬這個(gè)世界,演化出一個(gè)確定的未來(包括“三體問題”的運(yùn)動(dòng)軌跡)。
后記3:圖靈測(cè)試
以下史實(shí)內(nèi)容,來自沃爾特·艾薩克森的《創(chuàng)新者》一書。
在1950年10月的哲學(xué)期刊《心靈》(Mind)上,圖靈發(fā)表了論文《計(jì)算機(jī)器與智能》,其中提出了一個(gè)概念——“圖靈測(cè)試”(Turing Test),它為人工智能模仿人類智能,提供了一個(gè)基線測(cè)試,即:
“如果一臺(tái)機(jī)器輸出的內(nèi)容和人類大腦別無二致的話,那么我們就沒有理由堅(jiān)持認(rèn)為這臺(tái)機(jī)器不是在「思考」。”
圖靈測(cè)試,也就是圖靈所說的——“模仿游戲”(The Imitation Game),其操作很簡(jiǎn)單,即:
“一位詢問者將自己的問題寫下來,發(fā)給處于另外一個(gè)房間之中的一個(gè)人和一臺(tái)機(jī)器,然后根據(jù)他們給出的答案確定哪個(gè)是真人。”
對(duì)于圖靈測(cè)試的異議,哲學(xué)家——約翰·希爾勒(John Searle)在1980年,提出了一個(gè)叫作“中文房間”(Chinese Room)的思想實(shí)驗(yàn),即:
“在一個(gè)房間里面有一個(gè)以英語為母語,而且對(duì)中文一竅不通的人,他手上有一本詳細(xì)列出所有中文搭配規(guī)則的手冊(cè)。他會(huì)從房間外收到一些以中文寫成的問題,然后根據(jù)這本手冊(cè)寫出中文的回答。只要有一本足夠好的指導(dǎo)手冊(cè),房間里的回答者就可以讓房間外的詢問者相信他的母語是中文。盡管如此,他不會(huì)理解自己給出的任何一個(gè)回答,也不會(huì)表現(xiàn)出任何的意向性。”
“按照埃達(dá)·洛夫萊斯的話來說,他不會(huì)主動(dòng)地創(chuàng)造任何東西,只是根據(jù)得到的任何指令完成任務(wù)。同樣地,對(duì)于參加圖靈測(cè)試的機(jī)器來說,無論它可以如何成功地模仿人類,也不會(huì)理解或者意識(shí)到自己所說的東西。我們不能因此認(rèn)為這臺(tái)機(jī)器可以「思考」,正如我們不能認(rèn)為使用一本大型指導(dǎo)手冊(cè)的人,可以理解中文一樣。”
當(dāng)然,對(duì)于希爾勒提出的“中文房間”的異議,有人提出了反駁,即:
“雖然房間中的人本身不是真正理解中文,但是這個(gè)房間包含的完整系統(tǒng)——人(處理器)、指導(dǎo)手冊(cè)(程序)、以及寫滿中文的文件(數(shù)據(jù)),這三者作為一個(gè)整體是確實(shí)能夠理解中文的。”
對(duì)此,我的看法是:
如果說,人腦作為一個(gè)整體,是可以“理解”中文的,這是人類智能的體現(xiàn),那么對(duì)于人腦中的每個(gè)局部,是否能夠“理解”中文,并具有人類智能呢?——顯然,局部到一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞,是一定沒有人類智能的。
可見,我們需要搞清楚,所謂人類智能的“理解”到底是什么?
從前文論述可知,“理解”——其實(shí)是來自數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)在的邏輯關(guān)系,即:人腦的神經(jīng)結(jié)構(gòu),捕獲模擬(或說記憶存儲(chǔ))了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯關(guān)系,就是人類智能的“理解”。
例如,一個(gè)人真正的“理解”,即是在大腦中有對(duì)應(yīng)的“結(jié)構(gòu)”,而假裝“理解”,則是大腦中沒有對(duì)應(yīng)的“結(jié)構(gòu)”,只是在語言上試圖“插值”,所以也無法解釋清楚——讓別人理解(即在別人大腦里重建結(jié)構(gòu))。
那么,在結(jié)構(gòu)映射關(guān)系的過程中,就會(huì)有不同尺度層級(jí)的視角——在“中文房間”中,不會(huì)中文的人腦并沒有形成“理解”的結(jié)構(gòu),但不會(huì)中文的人腦加上指導(dǎo)手冊(cè),就形成了“理解”的結(jié)構(gòu)。
所以,群體智能=個(gè)體結(jié)構(gòu)+個(gè)體結(jié)構(gòu)+個(gè)體結(jié)構(gòu)>個(gè)體智能——這是結(jié)構(gòu)上的擴(kuò)展,也是智能上的增強(qiáng)。
當(dāng)然,考慮到“烏合之眾”,人類群體的智能不一定就高于人類個(gè)體,這是基因算法局限性的又一種體現(xiàn)。
最后,從圖靈測(cè)試的描述來看,貌似“智能尺度”是——房間,但在現(xiàn)實(shí)中,“房間”的背后,我們并不知道其連接著什么與哪里,即有了網(wǎng)絡(luò),智能可以變得無形與無限。
但在結(jié)構(gòu)視角下,智能的限制會(huì)來自“連接”,而“連接”的上限,即“光速”。
所以,宇宙中的智能演化,會(huì)存在一個(gè)上限,即最大智能。
后記4:連接與規(guī)模縮放
杰弗里·韋斯特(Geoffrey West)在《規(guī)?!芬粫兄赋觯?/p>
“公司(收入)的規(guī)??s放指數(shù)約為0.9,而城市(基礎(chǔ)設(shè)施)的規(guī)??s放指數(shù)為0.85,生物體(代謝率)的規(guī)??s放指數(shù)則為0.75。”
換言之,公司規(guī)模增加一倍,其收入增加2^0.9=1.87倍;城市規(guī)模增加一倍,其基礎(chǔ)設(shè)施增加2^0.85=1.8倍,生物體規(guī)模增加一倍,其代謝率增加2^0.75=1.68倍。
可以看到,規(guī)??s放指數(shù)越小,其增長(zhǎng)率就越低,反過來看就是效率越高。
例如,生物體重增加一倍,代謝率只需要增加1.68倍;城市大小增加一倍,基礎(chǔ)設(shè)施只需要增加1.8倍;公司人數(shù)增加一倍,收入只需要增加1.87倍(更少的錢養(yǎng)活了更多的人,用人效率提高)。
那為什么會(huì)出現(xiàn),這樣不同指數(shù)的規(guī)模效應(yīng)呢?
可能的原因就在于——“連接密度”,因?yàn)閺倪B接角度來看:
生物體內(nèi)(代謝運(yùn)作)的連接密度>城市內(nèi)(設(shè)施使用)的連接密度>公司內(nèi)(人員交流)的連接密度。
顯然,連接密度越大,效率通常就會(huì)越高,但其改變、適應(yīng)、重塑,就會(huì)變得越難以實(shí)現(xiàn)——容易產(chǎn)生“結(jié)構(gòu)僵化”,因?yàn)檫B接之間會(huì)相互作用,產(chǎn)生限制與約束。
例如,在大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中,連接密度越大,信息的連接路徑就越多,記憶就越持久(也更容易提?。?,但這樣的信息也不容易改變——需要新證據(jù)建立新連接才能改變,但新證據(jù)通常都會(huì)被已有信息的大量“連接信息”給否定。
例如,改變記憶中一個(gè)字詞的意思是容易的,但改變記憶中一個(gè)觀念的對(duì)錯(cuò)是非常困難的,因?yàn)檫@個(gè)觀念會(huì)有很多的連接——代表著其本身的記憶強(qiáng)度,以及與其它信息的交互。
事實(shí)上,效率性與可塑性,往往不可兼得。
例如,嬰兒的大腦:連接少、效率低、可塑強(qiáng);成人的大腦:連接多、效率高、可塑低。
可見,人腦在連接密度與可塑性之間,會(huì)出現(xiàn)此消彼長(zhǎng)——在此別忘了,人腦細(xì)胞數(shù)量在抵達(dá)上限之后,就會(huì)隨著年齡增長(zhǎng)不斷下降——這說明腦細(xì)胞的數(shù)量遠(yuǎn)不及它們的連接重要,并且用可塑性換取連接密度,是人腦的學(xué)習(xí)過程。
例如,就算損失了很多腦細(xì)胞,但憑借可塑性構(gòu)建的大量新連接,剩余的腦細(xì)胞依然可以支撐正常的腦功能。
然而,隨著連接密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過連接可塑時(shí),結(jié)構(gòu)僵化就會(huì)不可避免的發(fā)生。
例如,經(jīng)驗(yàn)會(huì)壓制對(duì)新知的獲取,專業(yè)會(huì)壓制對(duì)認(rèn)知的改變,效率性超過可塑性就會(huì)出現(xiàn)“思維定勢(shì)”——這是“思維快捷方式”帶來的副作用。
再?gòu)难莼嵌葋砜?,可塑性下降,適應(yīng)性就會(huì)下降(即學(xué)習(xí)能力下降),最終就會(huì)因?yàn)榻┗惶蕴?mdash;—可見,要想在演化的選擇壓力中脫穎而出,大腦不僅要有效率性(即本能與智能的快捷方式),還要有可塑性。
因此,并不是腦容量越大、腦細(xì)胞越多、連接密度越高,智能就會(huì)越高——而是在于連接密度與連接可塑之間的平衡——前者依賴后者(連接來自可塑),又會(huì)限制后者(連接抑制可塑)。
事實(shí)上,從自然界普適的規(guī)??s放規(guī)律,我們可以看出:通過增加連接密度,來提高運(yùn)作效率,是一條比較寬泛的演化道路,但通過增加連接可塑,并與連接密度達(dá)成微妙的動(dòng)態(tài)平衡,來獲得“通用智能”,就是一條比較狹窄的演化道路,而這就是人類智能的演化路徑。
其道路狹窄的原因,可能在于:
第一,連接密度需要達(dá)到一個(gè)閾值,即顱內(nèi)限制。
第二,連接可塑需要一個(gè)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu),即神經(jīng)元結(jié)構(gòu)。
第三,連接密度與連接可塑的動(dòng)態(tài)平衡,需要?jiǎng)討B(tài)控制,即神經(jīng)遞質(zhì)。
那么,對(duì)應(yīng)到機(jī)器智能上,連接密度與連接可塑,都可以通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來構(gòu)建達(dá)成,至于它們之間微妙的動(dòng)態(tài)平衡與控制,則可以交給迭代試錯(cuò)的學(xué)習(xí)過程來“擬合”。
最后,更抽象地來看,連接密度取決于不同結(jié)構(gòu)(如顱內(nèi)),連接可塑取決于動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)(如神經(jīng)元),兩者的動(dòng)態(tài)平衡取決于控制結(jié)構(gòu)(如突觸與遞質(zhì)),可見智能最底層的基石,即是——結(jié)構(gòu)與連接,而推動(dòng)結(jié)構(gòu)與連接變化的,就是——相互作用。
簡(jiǎn)而言之,結(jié)構(gòu)會(huì)通過連接關(guān)系的相互作用改變結(jié)構(gòu)本身,而長(zhǎng)連接則會(huì)帶來結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)質(zhì)變。
因此,我們需要帶著「第一原理」的視角,去重新認(rèn)識(shí)與思考:結(jié)構(gòu)、連接、長(zhǎng)連接與相互作用。