浅谈自然辩证法对计算机科学研究的意义

浅谈自然辩证法对计算机科学研究

的意义

【摘要】辩证唯物主义自然观是对自然界本来面目的理解，是辩证唯物主义世界观的一部分，而科学研究则是主观认识与科学对象相互作用的结果。作为计算机科学研究主体的人总是在某种思想丶理论指导制约下，按照一定的理论框架有选择地进行信息材料获取，组织观察、调查、实验及分析综合等研究活动，探索某种客体运动。变化的规律呢。因此计算机科学研究工作者只有坚持以辩证唯物主义哲学观、自然观为指导，并在实践的基础上，正确的运用一些逻辑思维的方法，才能在计算机科学的研究中有所作为。

【关键字】辩证唯物主义自然观计算机科学作用

【引言】自然辩证法作为辩证唯物主义哲学的分支学科, 是把自然界、自然科学技术研究的普遍方法和自然科学技术的整体作为自己的研究对象,它主要是研究自然界的本质及其发展的普遍规律,研究人类认识自然和改造自然的一般方法,研究自然科学技

术的本质及其发展的普遍规律。

一、自然辩证法简介。

自然辩证法，是马克思主义对于自然界和科学技术发展的一

般以及人类认识自然改造自然的一般方法的科学，是辩证唯物主义的自然观、科学技术观、科学技术方法论[1]。它以人与自然的关系作为贯彻其研究全过程的中心线索，总结了自然界发展的总规律，人与自然相互作用的规律，科学技术发展的一般规律，科学技术研究的方法。马克思主义自然辩证法主要分为自然论、科学与科学方法论、技术与技术方法论和科学技术与社会四个部分。

在自然观上，自然辩证法克服了传统的自然观认识上的直观、思辨上的局限以及近代自然观的形而上学与机械论，对自然界的根本看法和观点作出了即唯物又辨证的回答。

在科学认识论和方法论方面，马克思和恩格斯克服了先验论的形而上学和唯理论的唯心主义倾向，将归纳法和演绎法辨证的结合[2]。第一次将社会实践放到认识论和方法论的首要地位，强调了实践的重要作用，从方法论的高度阐明了科学研究的一般方法。

在科学技术观方面，马克思和恩格斯深刻的揭示了科技自身发展的内在逻辑，并且把科技的发展作为一种社会现象来考察。社会的需求，特别是经济的、生产的需求推动科技的发展；而科技的发展又推动了社会历史的前进。从而，把辨正唯物主义和历史唯物主义贯串于对科技的认识之中。

二、计算机科学的基本特征。

一门学科要成为真正意义上的科学, 必须满足以下几

个条件: (1)有客观的研究对象; (2) 有科学的研究方法; (3)有系统的科学理论。

科学有一条基本的要求, 就是科学的研究对象它必须

是可以证明的, 当然证明的过程必须是科学的,符合逻辑的。比如电子、原子、光子，都是不可见的,但是我们可以通过

科学实验来证明它的存在。计算机科学是研究计算机系统结构、程序系统（即软件）、人工智能以及计算本身的性质和

问题的一门学科。

科学的研究方法指的是其研究过程是可以操作的、可以重复的、可以验证的，而且这些方法必然遵循数学的规则和逻辑学的规则, 并且将数学和逻辑学作为研究推演中最为

重要的基本法则。计算机科学的研究方法多种多样，以软件工程为例，研究的方法主要有需求分析，规约，设计，编程，系统集成，测试，文档生成，维护。然而，每种方法都采用严格的数学语言，具有精确的数学语义，这在计算机科学中被称为形式化方法[3]。

最后,要有科学理论。科学的理论是用来解释对象背后

的深层规律。科学理论反映了人类对自然界本质规律的认识, 它借助于一系列概念、判断和推理,有时还运用形式化的语

言表达出来。科学理论是实践检验过的系统知识。没有科学理论的学科就不是科学。计算机科学的主要理论包括计算理论、计算几何学、并行计算问题、程序设计语言理论及人工

智能等。

科学的理论有以下三个基本特征:

首先是内容上的客观真理性, 并且理论本身具有可证伪性。理论总是相对的, 不仅在时间上是相对的,而且在解释的范围上也是相对的。也就是说，总有一天现在的理论要被修正或彻底推翻，而且理论总是在一定的范围内有效，超出了适用的范围，真理也就不再是真理了。以公钥密码学为例，公钥密码学是建立在各类复杂的数学问题上的，如大数的质因子分解或椭圆取消问题等。在经典计算机体系内，这些难题是无法解决的，这也构成了公钥密码的安全基础。然而量子计算却对这些数学问题构成了致命的威胁。在量子计算领域，RSA、ECC这些密码算法不再安全，从而导致了量子密码学的产生和发展。

其次是结构上的逻辑完备性。要有可操作性、可重复性和可验证性。一段正确的代码一定有稳定的鲁棒性；相同的输入会产生相同的输出；对于同一段程序来说，只要输入不变，不仅输出不变，而且每一步运算、每一次循环的结果都不会发生变化。

第三是功能上的科学预见性。理论可以用来预测事物发展的可能性。在计算机科学领域，摩尔定律是最著名的预见性理论。摩尔定律由英特尔的创始人戈登.摩尔提出，其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约

每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这个理论于1965年提出，半导体集成电路经过近40年的飞速发展，证明了这一理论的正确性[4]。

三、计算机科学的科学理论。

科学理论是关于对象领域本质及规律性的条理化、系统化了的理论知识体系。是被实践证实了的科学假说，其内容是人们借助抽象思维把握的关于事物本质和规律性的知识，其逻辑形式是概念、判断、推理及由此而组成的理论体系。

建立科学理论体系有多种方法，其中从抽象上升到具体的方法、公理化方法、逻辑和历史相统一的方法是几种常用的方法。由于计算机科学的特殊性，从抽象上升到具体是形成计算机科学理论的主要方法。

例如，软件工程理论体系的建立过程是：第一步从感性现象（作坊式的软件生产与计算机硬件飞速发展的矛盾）中入手，抽象出模型化方法，如瀑布模型、快速模型和风险分析模型等；第二步寻找概念和定律之间的内在联系，如引入模块化编程和面向对象编程的概念，为各种语法不尽相同的编程语言架起了桥梁；第三步，统一的界面和编码风格，使程序的设计从个人的技术表演转变为工厂化的流水作业。

从软件工程理论建立的过程看，构成逻辑起点的概念开始是比较简单、抽象和贫乏的，随着逻辑的展开，概念的规定越来越复杂、具体和丰富，最后把软件制作各个环节的联

系在思维中完整地复制出来，即把事物作为整体在思维中再现出来，这种从抽象上升到具体的过程充分体现了自然辩证法的科学理论体系的构造过程。

四、计算机科学中的自然辩证法原理

1.计算机科学的产生体现了科学问题源于社会需要同生产

技术手段不能满足这种需要的矛盾的原理。

人类生活在世界上有多种多样的社会需要，当现有的生产技术手段或科学理论不能满足某些社会需要时，就产生了尖锐的矛盾。大量的科学问题就源于这些矛盾。

计算机科学的产生源于人类对高速度、高精度计算的需要和当时计算速度及精度低下的矛盾。一般认为，现代计算机产生于1946年。在第二次世界大战期间，对导弹的研发需求非常紧迫。在研制过程中，急需要有一种能迅速计算的工具，以便对导弹的飞行进行控制。在它偏离人所预测的轨道时，把它拉回到轨道上来。正是这种需求，促使产生了能在1／10秒或1／100秒的时间内计算出导弹运行轨迹同预定轨道的偏差的电子计算机。

2.计算机科学本身体现了各门学科的交叉性。

自然辩证法告诉我们，当今科技的发展越来越呈现出分化和综合的特点。随着当代科学技术的发展，不同学科之间的相互渗透、交叉和综合已成为当今科技发展的一个重要趋势。许多科学上的重大发现和国计民生中的重大社会问题的

解决，常常涉及不同学科的相互交叉和渗透。如今身处知识经济时代，人类面临的许多重大科技、经济、社会问题，诸如人口、资源、环境等，单靠任何一门学科都很难应付，只有综合运用自然科学和人文社会科学的知识以及先进的技术手段，才能形成解决难题的最佳方案。

就计算机科学而言，在二十世纪最后的三十年间，取得了大量里程碑式的科学业绩，得到了惊人的发展。从被认为仅是一门编程的技术，扩展到包含系统结构、软件理论、应用技术、信息安全等的一门独立学科，并与电子工程、物理、数学、生物、经济、语言等其他学科交叉产生了许多新的学科，形成了诸如人工智能、电子商务、计算机图形学、量子通信、生物信息学等等。

学科的交叉、渗透、融合和创新，是科学综合和分化趋势的重要特征，也是学科发展的必然趋势。21世纪是以创造为特征的时代，时代需要那些具有创造力的超越型人才。因此，大力发展交叉学科，培养出具备多方面的学识修养、广阔的科学视野、能把握各学科间内在联系的高层次复合型人才，是一项具有挑战力的重要课题。

3.计算机软件的开发体现了自然辩证法的系统科学方法的

原则。

系统科学是把对象作为组织性、复杂性系统从整体上探索其存在方式和运动变化规律的学问，是对系统本质的正确

反映和真理性认识，是一个知识体系。

系统科学方法即按照系统科学的观点和理论，把研究对象视为系统来解决认识和实践中的各种问题的方法。运用系统科学方法遵循的原则主要有：整体性原则；动态性原则；最优化原则；模块化原则。

在软件开发过程中，整体化原则是重要的原则。在需求分析阶段，有自顶向下和自底向上两种分析的方法，这两种方法各有优缺点，要综合的运用这两种方法[5]。这是自然辩证法中提到的分析和综合的逻辑方法，以及要辨证的使用这两种方法。

其次，动态性原则也得到了充分的体现。在软件开发过程中，从需求分析到软件测试，都有从后一步到前一步的反馈。并且，通过这样的反馈，可以使软件的开发变成一个动态的过程，而不是一成不变的[6]。

再次，面向对象的软件开发方法就是充分的利用了模块化的概念[7]。在面向对象的程序设计中大量使用的类的概念就是一种模块化的应用。它极大的提高了程序的复用程度和可维护性。

五、自然辩证法与计算机科学的相互关系。

1.计算机科学的发展离不开自然辩证法的指导。

计算机科学与自然辩证法有着紧密的联系。我国著名科学家钱学森将学科类别分为四个层次，从高到底分别为：哲

学层次、科学层次、技术层次和应用层次。显然自然辩证法属于哲学层次，主要研究宏观问题；而计算机科学属于科学层次，研究微观的算法、程序及实际的硬件设备。但两者研究的问题有着紧密的联系，是一般和特殊的关系。计算机从本质上讲是人的思维规律和机器相结合的产物，那么对思维规律的研究和对机器的研究是不可分割的。如1988年度图灵奖的获得者提出了当前计算机领域内研究的12个重大问题，其中就有哲学层次的问题。这就说明，研究计算机科学与研究自然辩证法不可分割。

2. 自然辩证法与计算机科学相互作用，相互促进，共同发展。

当一个计算机专家去研究分析一个计算机问题的时候，不可避免的要思考它哲学层次的问题，同时依据哲学的思维方式去解决问题；哲学层次问题的解决，也需要从自然科学的研究中去总结、归纳，同时很多自然辩证法的问题，在自然科学中得到了解决。在这方面，图灵可以说即是计算机学界的大师，也在哲学上有很高的造诣。在哲学层次上，对于计算机能不能思维，会不会有意识这个问题，图灵提出了一个检验方法：现有一个人和一台机器，如果对于我们出的任何问题，人写一个答案，机器打印一个答案，如果分辨不出是人的还是机器的答案，就说明机器是可以思维的，这就是著名的“图灵检验法”[4]。现在计算机还是做不到这一点。对于有些问题需要推理论证，总是可以找出计算机回答的规

律，这与人脑思维是有区别的。这是自然科学对于哲学层次问题的研究。自然辩证法对自然科学研究是有很大的指导作用的。比如机器能不能思维这个问题，对应于这个问题，科学层次上在研究人工智能，如果说自然辩证法已经明白了机器和人脑思维的差异，那么对于人工智能的研究方向就有指导意义。

【结语】用科学的逻辑思维方法认识事物才会清楚的了解其过去、现在和未来,计算机科学的发展同样遵循着科学技术发展的一般

规律,以自然辩证法的观点来分析计算机科学,有助于我们更加

深入地了解其现状，预见其发展趋势,有了自然辩证法这把开启

科学认识大门的钥匙,我们将总结过去、把握现在、放眼未来,

正确地选择计算机科学发展的方向,更好的学习、利用和发展计

算机科学。

参考文献

1.恩格斯. 自然辩证法 [M ].于光远，编译.北京: 人民出版社,

1984 .

2.孙毅霖自然科学与科学技术概论上海交通大学出版社

2009

3.周立凯.自然辩证法和计算机语言发展[J].科技信

息,2007(17).

4.计算机发展史 [M] .上海科学技术出版社, 2002.

5.磊哲数据库发展新技术 [M] .1999.

6.蔡希尧软件发展与社会进步 [M] .2000.

7.沈杨.软件工程中的自然辩证法[J].中国科技信

息,2005(16).