不确定性原理-人工智能的哲学基础

不确定性原理

——人工智能的哲学基础

作者：孙二林

电邮：sun2lin@https://www.360docs.net/doc/a61611283.html,

日期：2008年6月30日

文章编号：NNK2008-6-不确定性原理.doc

讨论组：https://www.360docs.net/doc/a61611283.html,/group/neural-network-knowledgebase

目录

不确定性原理 (1)

目录 (2)

前言 (3)

〇、概念图 (6)

一、不确定性原理 (10)

二、上帝掷骰子 (11)

三、宇宙坐标系 (20)

四、转化炉 (31)

五、进化网络 (42)

六、生命 (51)

七、人类 (58)

八、顶点 (66)

九、人工智能 (74)

前言

科学大体可以分为三层，从下往上依次是：基础科学、应用科学、前沿科学。

人工智能（及其近亲人工生命、机器人学）属于前沿科学的范畴，相对于已经发展了几百年的成熟的基础科学和应用科学，人工智能仅有几十年历史，尚处于起步阶段，远未形成坚实的基础和完整的架构。

研究人工智能，应该从哪里入手？这是个问题。

它牵扯到另外一个问题：人工智能到底是什么？

人工智能是一台计算机吗？

是，又不仅仅是。

人工智能是一段程序吗？

是，又不仅仅是。

显然，如果只了解计算机和程序，那最多也就能组装一台电脑、编写一段代码，跟人工智能还差得太远。

人工智能，不仅仅是一台机器，不仅仅是一段代码，甚至不仅仅是一个数学模型。

人工智能之父图灵所创建的图灵机，准确地说是计算机的数学模型，它是实现人工智能的工具和基础，而不是人工智能本身；它是实现人工智能的必要条件，而不是充分条件。计算机已经出现半个多世纪了，已经非常普及，但几乎所有人都不会认同：它就是人工智能。

我们对人工智能的理解，还远未达到可以进行数学建模的程度。在不能说清楚人工智能到底是个什么东西之前，就开始建模甚至编程，未免太过草率。

科学，是一座庄严宏伟的大厦。这座大厦建得越高，承载它的地基就需要挖得越深。

当科学大厦搭建到人工智能这一前所未有的高度时，无疑，它的地基也需要挖掘到前所未有的深度。

人工智能的下一层是什么？

计算机科学、生命科学、语言学。

计算机科学、生命科学、语言学的下一层是什么？

数学、物理学、逻辑学。

数学、物理学、逻辑学就是科学大厦的最底层了吗？

是的。

科学大厦再往下是什么？

基石。

科学的基石是什么？

哲学。

是的，哲学。如果我们要在人工智能的方向上走得更远，就必须对哲学有着更深刻的理解。

不懂哲学？

错，我们每个人都懂哲学。“人死不能复生”，“世界是由原子组成的”，这就是哲学。

一般来说，中国的研究人员（包括职业的和业余的）容易犯两个错误：

第一，搞科学的瞧不起搞哲学的。

第二，搞哲学的不懂科学。

其实呢，哲学与科学的关系如同基石与大厦的关系一样，只懂哲学不懂科学就没有高度，只懂科学不懂哲学就没有深度。

历史上的科学巨匠如牛顿、爱因斯坦、图灵、玻尔，他们都对哲学有着超凡的理解力。同样，历史上的著名哲学家如康德、黑格尔，他们也直接推动了科学的进步。有的伟人既是哲学家又是科学家，例如：亚里士多德、罗素、莱布尼兹、笛卡儿（我思故我在）。

在西方，哲学与科学本来就是一体。比如爱因斯坦，从小就生活在西方哲学头脑的人群中（普通人群可能没有科学头脑，但不可能没有哲学头脑），十几岁就熟读几何、微积分以及《纯粹理性批判》等大多数科学家一辈子都没读过的哲学巨著，他二十几岁能发表相对论，那不是没有关系的。

西方哲学和科学在向中国传输的过程中，被中国人有意识地一分为二、去粗取精、去

伪存真、“去其糟粕、取其精华”了。精华无疑是指科学，而糟粕，就是那倒霉的哲学了。

所以，中国科学家往往只看到了地面以上的宏伟建筑，却看不到地面下的哲学基础。

中国人把西方哲学和科学一分为二断章取义，也不是完全没有道理的。因为中国有五千年连绵不绝的辉煌文明史，形成了自己的一套完整、强大的传统哲学。不管你是否特意上了传统哲学课，它都会由你的父母、师长、书籍乃至生活习惯潜移默化地灌输给你。传统哲学的存在，使得西方哲学难以生根，只能以外来哲学的身份存在。

中国人脑子里有一种特殊的中式哲学，这是坏事，也是好事。如果它阻碍了对西方哲学的吸收，那就是坏事（对科学而言）；如果它能够宽容地接纳西方哲学，并与之和谐共存，那就是好事。

与现代科学技术日新月异的发展速度相比，哲学的发展是缓慢的，具有一定的保守性，但这并不等于它不发展。事实上，每一次里程碑式的科学进步——特别是基础科学的重大进步，都是与哲学发展相互促进的。

那么，最近的基础科学的重大进步是什么呢？

应该是量子力学，还有后来的混沌。量子力学，终结了经典物理学，并揭开了现代物理学的序幕。它和混沌一起，彻底颠覆了传统宇宙观，沉重打击了统治科学哲学数百年之久的机械决定论。

量子力学也好，混沌也罢，它们有一个共同的基本原理：不确定性原理。

量子力学中的不确定性原理的表述是：粒子的速度的不确定性乘以粒子的位置的不确定性，其值大于或等于普朗克常数。或者说：任意两个不对易的物理量不能同时被精确的测量。通俗讲就是薛定谔猫：箱子中关着一只猫，如果我们不去观察，箱子里的猫的死活就不确定；只有打开箱子看一眼，猫的死活才会在这一瞬间确定下来。

混沌中的不确定性原理的表述是：只有几个因素的简单确定性系统也会产生随机性的行为，这种随机性是一种基本的性质，搜集更多的信息并不能取消随机性。初始条件的十分微小的变化，经过不断的放大，对其未来状态会造成极其巨大的差别。通俗讲就是蝴蝶效应：一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀，可以导致一个月后德克萨斯州的一场龙卷风。

为什么量子力学和混沌都会建立在名称相同表述不同的“不确定性原理”之上？这仅仅是偶然，还是有着深刻哲学含义的必然？

如果说不确定性原理有着深刻的哲学含义，那么这种哲学到底是什么？

如果我们能够掌握这种奇怪的哲学，那么能否给人工智能的研究注入一丝活力呢？

本文的目的，就是试图从不确定性原理入手，更新我们的哲学思想，以期为人工智能的研究提供帮助。

〇、概念图

一、不确定性原理

本文论述的主题是哲学中的不确定性原理，该原理的基础是哲学中的矛盾论和实践论，以及现代物理学中的不确定性原理。

哲学中的矛盾论是指：世界是对立统一的。请注意：这里的矛盾是辩证法的矛盾，不等同于逻辑上的矛盾。

哲学中的实践论是指：实践和认知是对立统一的。

现代物理学中的不确定性原理是指：不确定性是事物的本质属性。

矛盾论加上不确定性原理可以推出：既然有不确定性，那么必定也有确定性，二者是对立统一的。由此得出哲学中的不确定性原理：

1．宇宙是由不确定性和确定性构成的矛盾体，

2．不确定性转化为确定性，

3．确定性限制不确定性。

不确定性原理共3句话，既相互补充又相互独立，每一句都可以推出一个基本概念。

先看第1句：宇宙是由不确定性和确定性构成的矛盾体。确定性是什么？确定性就是重复性。确定的必然是重复的，重复的必然是确定的。重复的对立面是什么？变异，变异是不确定性的体现。重复和变异又构成一对矛盾体。重复和变异，既可以看成一种性质，又可以看成一种方法。所以，第1句导出的概念是：宇宙是用重复和变异的方法建成的。

再看第2句：不确定性转化为确定性。不确定性转化为确定性，但没说确定性转化为不确定性，也就是说：这种转化是单向的。因此，第2句导出的概念是：时间序列。

最后看第3句：确定性限制不确定性。确定性限制不确定性意味着什么？意味着宇宙有限。在什么方面是有限的？在所有方面都是有限的，因为所有方面都是由不确定性和确定性构成的。

所以，不确定性原理导出以下3个推论：

1．宇宙是用重复和变异的方法建成的，

2．宇宙沿着单向的时间方向发展，

3．宇宙是有限的。

二、上帝掷骰子

第一章的论述有些拗口难懂，我们要问：不确定性到底是什么？

不确定性，简单来说就是“概率”。不确定性转化为确定性的过程，就是“掷骰子”的过程。也就是说，整个宇宙其实是上帝掷骰子掷出来的。我们可以用掷骰子的小实验来模拟宇宙的形成：

上帝有一个骰子，骰子的六个面用1，2，3，4，5，6代替。

上帝第1次掷骰子时，这是一个不确定性转化为确定性的过程。掷出每个数的概率都一样，都是1/6，约等于0.17。上帝掷出了骰子，结果是3。

上帝第2次掷骰子时，也是一个不确定性转化为确定性的过程。这一次，掷出每个数的概率还是1/6吗？非也，非也！如果第2次掷出每个数的概率还是1/6，那就与第1次掷骰子的概率一样了，这与第1次掷骰子的“不确定性转化为确定性”是矛盾的。也就是说，第1个“不确定性转化为确定性”的过程已经发生了，它已经不是不确定性的，而是确定性的了，它已经给整个宇宙造成了永恒而深刻的影响。如果第2次的骰子概率与第1次骰子概率相同，就违反了第1个“不确定性转化为确定性”的过程。

所以，第2次掷骰子的概率必然与第1次不同，不可能是（0.17，0.17，0.17，0.17，

0.17，0.17）。

那么，第2次掷骰子的概率可能是（1，0，0，0，0，0）或者（0，0，1，0，0，0）吗？也不可能，因为如果这样的话第2次掷骰子的结果在投掷之前就已经是确定了的，与第2个“不确定性转化为确定性”相矛盾。

第1次掷骰子所造成的“确定性”到底是什么？就是“3”。

第2次掷骰子的概率，必然与“3”有关。也就是说，第2次投出3的概率，可能比1/6大一些，也可能比1/6小一些。

第2次掷骰子的概率分布，本身又是一个概率分布！

那么，如何确定第2次掷骰子的概率？

很简单，再掷一个骰子。

上帝在第1次掷骰子并得到结果3以后，在第2次掷骰子之前，掷了另外一个骰子，这个骰子不同于第一个六面体骰子，它的范围是从-1到+1的实数，不包含-1、0、+1。上帝掷这个骰子后得到一个结果，比如说，0.5。

也就是说，在第2次不确定性转化为确定性的过程中，需要掷2个不同的骰子，一个用于确定以前的过程对这次过程的影响程度，据此确定这次不确定性转化为确定性的概率分布；另一个用于依据概率分布把不确定性转化为确定性。为方便起见，我们把“确定以前的过程对这次过程的影响程度”的骰子称为认知骰子，简称小骰子；把“不确定性转化为确定性的骰子”称为实践骰子，简称大骰子。

这样，在第2次不确定性转化为确定性的过程中，上帝其实是掷了一小一大两个骰子，结果是：（0.5，5）。其含义是：上帝先投出小骰子，得到第1次掷大骰子对第2次掷大骰子的影响程度，是0.5，它定出了第2次掷大骰子的概率分布，比如（0.16，0.16，0.20，0.16，0.16，0.16）。有了概率分布，上帝投出了大骰子，得到了结果5。

这个0.5其实就是第1次结果3对第2次结果的影响权重，有了它，上帝在第2次不确定性转化为确定性之前，就能定出掷大骰子的概率。第1次结果3的权重大于0时，它对第2次出现结果3的影响是正面的，即像（0.16，0.16，0.20，0.16，0.16，0.16）这样，结果3的概率比别的数高；第2次结果3的权重小于0时，它对第2次出现结果3的影响是负面的，即像（0.18，0.18，0.10，0.18，0.18，0.18）这样，结果3的概率比别的数低。

还有一个问题：每次掷大骰子之前，上帝要掷几次小骰子，来定大骰子的概率分布？

答案是：很多次。

上帝在第2次掷大骰子时，需要掷一次小骰子来对第1次的大骰子进行认知；上帝在第3次掷大骰子时，也需要掷一次小骰子来对第1次的大骰子进行认知，当然还需要掷一次小骰子对第2次的大骰子进行认知。如此这般，第N次掷大骰子时，至少需要掷N-1个小骰子，以定出以前的各次大骰子的权重。

现实世界中，这样的例子不胜枚举。比如，对于同一个斯大林，不同时期的评价却有很大的反复。斯大林在世时，被苏联人民尊称为“最高统帅”、“慈父”；斯大林去世不久，继任者赫鲁晓夫就骂他是“暴君”、“刽子手”；勃列日涅夫把赫鲁晓夫赶下台后，给斯大林“平了反”；戈尔巴乔夫-叶利钦时期，又重新掀起了批判斯大林的“新浪潮”；普京振兴了俄罗斯，斯大林又被称为“苏联最成功的领导人”。

宇宙就是这么神奇。上帝需要掷许多次大骰子来确定宇宙演化的方向，对每一次大骰子掷出的结果，还需要掷许多次小骰子来加以认知。

或许你会反问：照你说宇宙岂不是成了主观的吗？

是的，宇宙既是客观的，又是主观的。

在经典物理学里面，宇宙处于被观测的地位，是被观测者；宇宙中的系统也处于被观测的地位，也是被观测者。

经典物理学

宇宙= 被观测者

系统= 被观测者

在以不确定性原理为基础的现代物理学里面，宇宙既是被观测者，又是观测者；宇宙中的系统也既包括被观测者，又包括观测者。

现代物理学

宇宙= 观测者+被观测者

系统= 观测者+被观测者

被观测者简称客观，观测者简称主观。经典物理学和现代物理学中的宇宙和系统可以表示为：

经典物理学

宇宙= 客观

系统= 客观

现代物理学

宇宙= 主观+客观

系统= 主观+客观

所以，以现代物理学的眼光来看，宇宙既是客观的又是主观的，客观与主观没有先后主次之分，它们都是在大爆炸时与宇宙同步产生的。不是因为人类的存在所以产生了主观，而是因为宇宙是主观的所以产生了人类。

小骰子，也就是认知骰子，是主观的来源，所以又称为主观骰子；大骰子，也就是实践骰子，是客观的来源，所以又称为客观骰子。

继续进行“上帝掷骰子”实验。上帝掷了第1次大骰子得到结果3，掷了第2次大骰子得到结果5，现在，他准备掷第3次大骰子。

在掷第3次大骰子之前，他至少要掷2次小骰子，一次用于确定第1次大骰子对第3次大骰子的影响，一次用于确定第2次大骰子对第3次大骰子的影响。

还有没有别的东西会对第3次大骰子产生影响？

还有。

因为：除了第1次大骰子的结果3、第2次大骰子的结果5是确定的以外，还有一个是确定的，这就是：“第1次大骰子的结果3、第2次大骰子的结果5”！也就是说，第1次大骰子的结果3和第2次大骰子的结果5共同构成了一个确定性的结果，这个结果也将影响第3次掷大骰子的概率分布。

所以，还需要掷一个小骰子，用于确定“第1次大骰子的结果3、第2次大骰子的结果5”对第3次掷大骰子的影响。这就是下图中的小骰子D。

“第1次大骰子的结果3、第2次大骰子的结果5”，既不同于“第1次大骰子的结果3”，也不同于“第2次大骰子的结果5”。它是什么？它是结构。

反过来，“第1次大骰子的结果3”、“第2次大骰子的结果5”，它们也是结构，只不过它们是由1次大骰子构成的结构，而“第1次大骰子的结果3、第2次大骰子的结果5”是由两次大骰子构成的结构。

上帝掷出了骰子，得到了结果3。

上帝掷了3次大骰子，得到了3个由一次大骰子构成的结构、2个由两次大骰子构成的结构、1个由3次大骰子构成的结构。

结构不是一个个孤立出现的，它们必然是成套出现的。没有单个的粒子、没有单个的人、也没有单个的单词。因此必须在成套的结构中研究结构。

成套的结构，称之为结构方案。

从下图中可以看出，时间序列是一个数列，大骰子值也是一个数列，那么这两个数列有什么本质的区别吗？

重复。

时间序列和大骰子值的本质区别就是重复：大骰子值会重复，而时间序列永不重复。

或者说，时间序列是唯一的，大骰子值不唯一。

与大骰子一样，时间序列也可以看成一套由大小结构组合起来的结构方案。与大骰子不一样的是，时间序列的结构方案中，无论大结构还是小结构，都没有重复。而大骰子结构，也就是通常意义的结构中，无论大结构还是小结构，都是有重复的。

正是时间序列的唯一性，才保证了结构方案的重复性。没有时间序列的唯一，也就无所谓结构方案的重复。所以：时间是结构方案的基础。

在上帝掷骰子实验中，我们把大骰子预先设定为包含6种可能性的六面体骰子。现在我们知道，大的结构可以分解为小的结构，骰子本身也是结构。6个数中的任意一个数字，都可以分解为由0、1组成的二进制数字，因此可以用二进制骰子来代替六面体骰子。

实际上，任何一种大骰子都可以转化为二进制骰子，二进制骰子可以代替任何一种大骰子。

二进制骰子，是最基本的“大骰子”。

大骰子可以分解为最基本的二进制骰子，小骰子能否分解为最基本的骰子呢？

小骰子不能分解，小骰子还是从-1到+1的实数，不包含-1、0、+1。只不过我们对它有了新的认识。当小骰子值大于0时，它意味着正重复，即前面的大骰子值对后面出现重复的大骰子值的可能性的影响是正面的；当小骰子值小于0时，它意味着反重复，即前面的大骰子值对后面出现重复的大骰子值的可能性的影响是反面的；当小骰子值接近0时，它意味着不重复，即前面大骰子对后面大骰子的影响可以忽略。

也就是说，重复的概念，是直接蕴含在不确定性原理中的。不确定性转化为确定性以

认知骰子

●

>0 = 正重复 ●

<0 = 反重复 ● ≈0 = 不重复

实践骰子 = 二进制骰子

后，就不是不确定的而是确定的了，它将对以后的不确定性转化为确定性的概率分布产生“不确定的”“确定性的”影响。由前面的不确定性转化而来的确定性，对后面的不确定性转化为确定性的概率分布的影响，就是通过不确定地“重复自己”来实现的。

世界是矛盾的，有重复就必然有它的对立面：变异。

前面所论述的重复其实已经包含了变异。小骰子的取值范围介于-1和+1之间，不包含-1、0、+1。这意味着：

1.小骰子把前面的大骰子重复（或反重复）到后面的大骰子；

2.小骰子不是把前面的大骰子完全重复（或完全反重复）到后面的大骰子。

重复而不完全重复，反重复而不完全反重复，这就是变异。

所以：结构的本质是重复变异，结构方案的本质是重复变异方案。

上帝掷出的骰子，构成一个由大骰子和小骰子组成的网络，其中大骰子是节点，小骰子是连线。

每一个节点（大骰子），都有有限条连线（小骰子）指向它，并发出有限条连线（小骰子）指向别的节点（大骰子）。指向大骰子的小骰子影响到该大骰子的概率分布，大骰子发出的小骰子影响到别的大骰子的概率分布。

三、宇宙坐标系

在第二章中，我们用上帝掷骰子的虚拟实验理解了不确定性原理。现在，我们要根据不确定性原理，建立一套结构方案：宇宙坐标系。

坐标系包含4种基本要素：维、界限、节点（大骰子）、连线（小骰子）。

想象一下，宇宙是一头巨兽，维是巨兽的骨架，界限是巨兽的皮肤和隔膜，节点和连线是巨兽的血肉。

坐标系至少有3

个维，依次是：时间维、深度维、广度维。时间维有起点，深度维和广度维有上限和下限。维用实线箭头表示，界限用虚线表示。

节点的取值范围是0和1，连线的取值范围是从-1到+1，不包括-1、0、+1。过去的节点和连线是确定的，将来的节点和连线是不确定的。

如下图所示：

下面具体分析这个坐标系。

在第一章里面，根据不确定性原理已经推出了第1个维：时间。时间维是其它维的基础。宇宙有限因此时间有界，即时间有起点和终点。起点是确定的，终点是不确定的。时间起点就是原初宇宙。原初宇宙含有大量的不确定性和极少量的确定性，这极少量的确定性构成了整个宇宙发展的框架和基础。

仅有时间维是不够的，因为时间不能重复。时间能把不确定性转化为确定性，但不能凝聚确定性。而确定性是必须凝聚的，否则就不成其为确定性了。时间不能凝聚确定性，导致其不能被显式地观察，即不能在某一时刻观察。这又与宇宙由观察者和被观察者组成相矛

宇宙坐标系

现在 过去 将来