物理符號系統假説

由著名的認知科學家紐威爾和西蒙提出的關於認知科學基礎的假説，其內容是：“物理符號系統是普遍的智能行為的充分必要條件。”在這裏，“必要”意味着任何體現了智能的系統都可以被視為一個物理符號系統；“充分”則指任何具有足夠尺度的物理符號系統都可以經適當組織之後展現出智能；“物理”一詞表明該系統從根本上遵從物理學定律，可以由物質材料構成的系統來實現，不限於人類創造並使用的符號系統。一個物理符號系統包含兩個主要的部分：由符號組合成的符號結構和在這些結構上進行運作的一系列過程。前者指涉某種對象，可以以這種或那種方式被對象影響或影響對象本身；後者則包括創建、修改、複製和銷燬符號結構的各種過程。各種運作過程作用於由符號組成的符號結構，使系統展現出智能行為。 ^[1] 

紐威爾和西蒙曾在《作為經驗探索的計算機科學符號和搜索》一文中提到,物理符號系統假設的建立經歷了“形式邏輯”、“圖靈機與數字計算機”、“存儲程序概念”、“表處理”、“語言”這五個階段。

1、“形式邏輯”階段,紐威爾和西蒙也將它稱作“形式符號處理階段”。由於傳統邏輯存在一些自身無法克服的缺陷,從近代開始,一些邏輯學家試圖建立一門新的邏輯科學。萊布尼茨曾提出建立“普遍的符號語言”和“一般數學”的邏輯思想,建立一種代替自然語言的“普遍的符號語言”,並將推理的一般規則換作計算的規則,以修正傳統邏輯的用自然語言表述的不精確性這一缺陷。他的“普遍的符號語言”即一種符號系統,一種通行於全人類的人工語言。

2、“圖靈機與數字計算機”階段。圖靈機可以處理各種由邏輯符號組成的東西,例如用文字書寫的文件、數學表達式等。這種機器可以用通用邏輯運算器組裝成專用的、算術運算所需要的數值運算器叩。也就是説,這種圖靈機主要是一種邏輯符號處理機,也可以做數值計算。這個理論模型具有重要的實際意義。圖靈證明,只有圖靈機能解決的計算問題,實際計算機才能解決如果某計算問題圖靈機不能解決,則實際計算機也無法解決。

3、“存儲程序概念”階段。1945年,匈牙利數學家、博弈論的創立者馮·諾依曼在《關於離散變量自動電子計算機的草案》一文中提出了存儲程序的概念,並提出了相關的電子計算機模型—“馮·諾依曼機”。從此,計算機程序作為數據的同時,也可以作為數據來運作。存儲存續概念的出現,使得計算機可以對系統擁有的數據作出解釋得以實現。這樣它在圖靈機的基礎上,完成了物理符號系統假設理論中的解釋原理的另一半。

4、“表處理”階段。1956年,紐威爾和西蒙首次提出併成功應用了鏈表作為基本的數據結構,完成了編制人工智能程序的表處理技術。在計算機科學的發展中,表處理同時表現為三件事情它是計算機真正的動態存儲結構的創建,改變了之前計算機只有固定結構的情況。它在替代和改變內容操作之外,增加了建立和修正結構的操作。它證明了“計算機是由一組數據類型和一組對這些數據類型來説是恰當的操作組成的”這一基本抽象方式。使得計算機系統能夠不受硬件限制,運行任何一種對應用來説是恰當的數據類型。表處理產生了一個指稱模型定義符號處理。表處理概念的出現使得物理符號系統假設中的指稱原理得以實現。紐威爾和西蒙曾這樣評價“以抽象方式出現的表處理概念的形成開創了一個新天地,在這裏,指稱和動態符號結構定義出許多特徵。”

5、“語言”階段。隨着表處理方面不斷髮展的經驗累積,年麥卡錫的小組專為符號表示方法發明了一種表處理語言,成為了人工智能程序設計的主要語言。語言完成了對動作的抽象,是將表結構從它們具體機器內的潛入狀態中取出,創建了一個新的帶有表達式的形式系統。 ^[2] 

“物理符號系統假説”集中體現了傳統認知科學與人工智能對認知和智能現象的基本看法，即對認知和智能現象的分析可以在“符號”層面來進行。符號系統可以由各種不同的物理方式來實現，但作為一個認知的或智能的系統，其本質在於符號結構本身以及在符號結構上進行運作的過程。這種觀點在20世紀80年代後受到了聯結主義和認知神經科學等多方面的挑戰。 ^[1] 

首先人腦是極其複雜的,它能夠解決的問題可以説無所不包,雖然其中的某些問題可以被形式化,但是很多問題往往無法被形式化,比如常識問題、人類語言、人類情感等其次,即使是己經被形式化的問題,要找出一個可以實現的算法也是極其困難的,比如組合爆炸難題。正如鮑亨斯基所説的“要牢牢記住形式系統總是抽象的,決不可把它與實在劃等號。因此,決不應該把形式化方法當作惟一的方法,相反應結合其他方法一起使用形式化方法。 ^[2]