诺伯特·维纳舵手和辩士
2020-08-01
诺伯特·维纳(Norbert Wiener,1894—1964),美国应用数学家,在电子工程方面贡献良多,随机过程和噪声信号处理先驱,提出“控制论”一词
在互联网时代,大数据、人工智能、虚拟现实可能重组社会的体制、生产和生活形态,当然还会影响教育,目前火热的未来教育、智慧校园、少儿编程等热词,就是明证。
实际上,“人工智能”已诞生六十多年了。冯·诺依曼、诺伯特·维纳等天才头脑,早就开始思索人机关系、控制论等问题了。这是对当前社会中人文精神丧失,科学被技术异化的超前思考。
维纳的思想是:“所有的社会学都要求对通信有所理解。”他引进长时机构的概念,指出形成长时语言,控制通信手段,是社会中稳态因素中最有效和最重要的。他指出控制应该委托给长时机构,如教会、大学、科学院等,而委托给短视的、谋利润的短时机构则十分有害。
人工智能能不能
AI这个英文缩写词在全社会的辨识度正在普及,至少,只要是教师,没有人不知道它就是人工智能(Artificial Intelligence)的缩写。
AI发展迅猛,已经进入人们的日常生活,而且一年一个样。人人都有了紧迫感,怕追赶不上人工智能的脚步。AI教育以创新的名义大张旗鼓,少儿编程的门槛年龄越来越小,家长们被告知,等这些孩子长大,他们将从事现在这个世界上没有的工作。如果不从娃娃抓起,到时候他们将没有工作!
当然也有泼冷水的,有个笑话说相对于人工智能可能带来的大面积失业,人工智能从业人员最先面临失业问题。少儿编程也不过就是抓住家长争先恐后的心理,内容其实就是让孩子玩游戏而已,为什么少儿编程营销时声称越早让孩子接触越好呢?因为再大一点他们就不喜欢那么弱智的游戏啦!
AlphaGo横扫人类棋坛,似乎代表了人工智能的最顶尖水平。在大数据时代来临的背景下,互联网、人工智能、虚拟现实可能重组社会的体制、生产和生活形态。但对大多数人来说,除了不明觉厉,很少有人知道,“人工智能”诞生已经六十多年了:1956年夏天,来自数学、心理学、神经学、电脑科学、电气工程等领域的数十名学者,在美国新罕布什尔州汉诺威市达特茅斯学院,开会讨论如何用电脑的符号运算类比人的智慧,根据会议召集者麦卡锡的建议,正式把这一学科领域命名为“人工智能”。
今天我们已经想当然地认为人工智能就是程序员的事情,殊不知,这一领域一开始是数学家和生理学家的研究领域:1948年,美国应用数学家诺伯特·维纳提出“控制论”,专著《控制论》有一个副标题——“或关于在动物和机器中控制和通信的科学”,这是什么意思?简单讲,动物和机器对外界刺激的反应和反馈,导致其行为的改变;低层次的反馈是达到目的的行动,高层次的反馈,其外界刺激的参数随着输出结果变化而不断地调整,这就是学习机制。
没有学习机制就没有“人工智能”。但是,动物和机器,以AlphaGo为例,它对人喂给它的全世界棋局数据得到的“记忆”,和人们通过实践(反馈学习)来获得的骑自行车、游泳技能一样,是“非陈述性记忆”,不能用语言来描述它,甚至主体都不知道自己“为何知道”。
维纳“控制论”的提出,使得学习所依靠的反馈机制被发现,促使智能研究的这一“行为主义”的模式转向“符号主义”的模式。“符号主义”重新定义了“智能”,早期“控制论”的另一位代表人物艾什比认为智力是进行正确(合适)选择的能力,选择的过程是通过“可陈述性记忆”来实现的,其中有理性加工、传递和社会化的进程,选择的过程一旦实现自动化,才可以说是有智能的。
遗憾的是,AlphaGo是“行为主义”的产物,经过维纳的理论,智能有了更为深入也较为准确的定义,人工智能的研究从此起步。而今天大张旗鼓的人工智能,实际上忽略了当年对“行为主义”的批评,回到了控制论刚兴起时的状态,这是对智能认识的倒退。高大上的AlphaGo,能不能从“下棋行为自动机”,演化为真的“棋王”呢,这必须从维纳身上去寻找答案。
AlphaGo横扫人类棋坛,震惊世人。但距离“人工智能”诞生已经过了六十多年
什么是控制论
“控制论”从中文字面上看是一个纯技术术语,但其实这只是翻译问题。当初数学家维纳和通信、控制、统计力学等领域的科学家,认识到这些领域中一系列核心问题之间本质上的统一。但关于这些问题的文献缺乏统一,没有任何共同术语,甚至没有一个称呼这个领域的简单名称,对研究工作造成了极大障碍。他们被迫创造一个新的希腊术语来填补这个缺口,最终选定了Cybernetics这个词,它最早被柏拉图使用,在希腊文中的原意接近于“掌舵人”和“辩士的修辞术”。
这个词一方面满足了这一领域的综合性,另一方面在科学领域也有所继承。麦克斯维尔1968年发表了一篇关于调速器的文章,调速器(governor)一词是从同一个希腊词汇讹误引申而来的。维纳的“控制论”的核心是反馈,而船舶的操舵机,以及辩论中要看听众的鼓掌、喝彩,都是反馈机构的一种最早而且最发达的形式。
这样一来,原来属于不同学科的问题,在一门新学科——控制论的名义下统一了起来。从此观点出发,控制论的对象,源于自然、社会、生物、人、工程、技术等等,但又从这些对象中高度抽象出来,是一个复杂系统。
控制论是一个包罗万象的学科群,1974年,苏联出版的两大卷《控制论》百科全书,显示出控制论所涉及的学科之广博——计算机科学、信息科学、通信理论、控制理论、人工智能理论、一般系统论、机器人学、神经科学与脑科学、认知科学、行为科学。这些还只是控制论的核心部分,它还与其他学科交叉形成生物控制论、工程控制论、经济控制论……
一部关于钱学森的影视剧里有这样一个桥段:1956年,毛主席让钱学森在国宴上坐在自己身边,一开始钱学森不苟言笑显得拘谨,主席说,学森呐,我正在研究你的工程控制论,用来指导国家经济建设。学森同志顿时舒展眉头露出了笑容……
维纳注定不只是一位普通的科学家,而是一位百科全书式的人物,他融会贯通了数学、哲学、科学和工程等诸多领域的知识,才整合出这样一个庞大的领域。维纳通过数学理解世界,也能理解任何哪怕极为困难的学科。值得一提的是,20世纪那几位开拓信息时代的先驱,许多人除了拥有非凡的数学头脑之外,还横跨多个领域。冯·诺依曼精通历史,维纳精通哲学。通过他们对世界的认识,我们进入了信息时代。
2005年出版的维纳的传记中,第一句话就是“He is the father of the information age”(他是信息时代之父,没有之一),两个定冠词the,说明两个唯一性。但在我们心目中,信息时代发展几十年,著名的是冯·诺依曼、香农、图灵、比尔·盖茨乃至马云,维纳显得如此隐秘。
这说明,从控制论到人工智能再到信息时代,一切不是我们认为的那么简单。
1956年国宴上,毛泽东对钱学森说他正在研究对方关于工程控制论的著作
维纳非常仰慕博学天才莱布尼茨,而控制论的哲学思想,据说也源自莱氏
神童不要随便造
维纳的生平材料,在他的两本自传《昔日神童》(1953)和《我是一个数学家》(1956)中有详细介绍。他的文笔充满自我审视和哲思,比如讲到自己的童年,马上联系到心理学家弗洛伊德的理论。
1894年诺伯特·维纳出生于美国密苏里河畔的一个小城哥伦比亚,父亲是从俄国迁居到美国的爱尔兰犹太人,通过自学成为哈佛大学第一个斯拉夫语教授和语言学家。对于自己八分之七的犹太血统,维纳认为犹太人是许多种族混合而成的,到他父亲和他这一代,又被吸收到美国社会这个混合体中。他对犹太民族主义不以为然,因为认为犹太人比犹太复国主义等运动要历史悠久得多。他甚至说:“即使新成立的国家以色列倒台……犹太人仍然能很好地继续存在下去。”
维纳的父亲一手打造了他这个神童,方法是用家里五花八门、无所不包的藏书刺激小维纳的好奇心和求知欲。维纳三岁半就可以阅读了,四五岁开始读科学读物《自然史》,小学教育满足不了维纳,父亲为他制订严格的教育计划,核心是数学和语言,九岁读初三,第二年年初就跳到高一。在一次演讲比赛中,他写了名为“无知论”的哲学论文,用以论证一切知识都是不完全的。
12岁维纳上大学了,为了低调和避免被过分宣传,父亲没让他上哈佛大学,而是进塔夫茨学院主修数学,并在二年级时选修了哲学和心理学课程,研读17世纪的大哲学家斯宾诺莎和莱布尼茨。维纳仰慕莱布尼茨是最后一位百科全书式的博学天才,实际上控制论的哲学思想也源自于他。大学最后一年,维纳的兴趣又集中到生物学上,毕业后他坚持进入哈佛大学攻读生物学博士学位。
神童的轨迹就总是长风破浪的吗?那只是我们平庸者的想象。维纳在生物学上遭受了挫折,他的实验做得很差,简直毫无希望。父亲建议他转学哲学,他于是阅读了大量哲学文献,还学会了古典时期英国的文风,他还将多种欧洲语言的哲学论文翻译成英文文摘,了解了当时世界上流行的哲学思潮。
他还没有放弃数学,但复变函数论在此时已经让他心有余而力不足。这个天才没有学会在人生这个阶段应该具备的自立能力,父亲的安排总是太多,他也不懂不同学科间的平衡技巧,感到自己要被压垮了。但在16—18岁这失意而不快的两年,在父亲和别人看来却是他成功的两年。
1913年夏天,维纳和父亲一起去欧洲求学,他师从罗素,学习两门课程:一门是哲学家罗素的哲学课逻辑原子论,另一门是作为数学家的罗素的《数学原理》。罗素还建议维纳读爱因斯坦1905年发表的三篇著名论文:狭义相对论、光量子论和布朗运动相关理论。
晚年时,维纳总结自己作为神童求学过程中的失败,他认为自己在实验、电子理论等方面的理解困难和基础数学的根基不牢,是自己非科班出身的一大缺陷。
厚积薄发,清华任教
1915年,维纳因欧战爆发回到美国,21岁的他开始担任哈佛大学哲学系助教。看起来该是头顶光环,春风得意了吧?不然。一个广博的天才总是容易被人怀疑是半瓶子醋,这时期他对任何一个专业领域都感到前途渺茫,只好又由父亲替他做出决定,由哲学转向数学。他开始担任缅因大学数学系讲师,但却对付不了那些与他年纪相仿的学生。
22岁时,他试着证四色定理、费马大定理和黎曼猜想,但以他不文不理的数学知识,结果可想而知。美国参战了,他甚至想去参军,但从小大量阅读造成的视力问题构成了障碍。退而求其次,他甚至想去工厂找个工作。父亲安排他去《美国百科全书》当撰稿人,没想到他却喜欢上了这份工作,一方面他终于脱离父亲自力更生了,另一方他初步享受到了跨学科的畅快感。
心态转好,维纳结缘了不同于过去所学的经典数学的代表20世纪初开辟现代数学新方向的数理著作:积分方程、奥斯古德的《函数论讲义》、勒贝格的《积分论》、弗雷歇的《抽象空间论》等,他说“这是我平生第一次对现代数学有真正的了解。”
1919年,已经25岁的维纳终于在麻省理工数学系安顿下来,这一呆就是40年。他35岁升为副教授,三年之后升为正教授。漫长的履历并无多少耀眼之处,“所以动心忍性”,“衡于虑,而后作。”但其中一年,他远渡重洋到清华大学数学系、电机系任教。
维纳早年在哈佛大学就与赵元任相识,赵元任除了是清华国学院四大导师之一,同时也是一名数学家。清华大学当时的电机系主任顾毓琇,和维纳也有关系。维纳到清华后,和曾经的学生李郁荣合作研究并设计出了性能良好的电子滤波器,后来将它变成统计力学问题。
返美之后,因为国家的需要,维纳投入防空火炮的火力控制研究,解决了这个纯军事问题。同时,他与合作者发现通信理论和神经生理学之间的密切关系,写出了著名论文《行为、目的和目的性》,实际上是控制论思想的一个导引。
认识论与哲学基础
1943年,维纳结识了控制论的另外两位先驱麦卡洛克和皮兹,把他们邀请到麻省理工做同事。此时战火正酣,维纳在完成国家交给的军事任务的同时,清醒地意识到战后自动化社会的途径。在战争期间的几项工作,成为了维纳控制论的四个来源:计算机设计、防空火炮自动控制装置理论、通信和信息理论、神经生理学理论。至此,维纳的控制论思想已然成熟了。
《控制论》在1948年以英文和法文同时出版。维纳最先表现出对未来自动化社会中人的关心。1950年,他的《人有人的用处》出版,这本书单从书名看不出什么学术、理论味道,全书没有一个公式,解决了对非专业人士的传播问题。此时二战结束,科学登上了前台。维纳和一些成为鹰派的科学同仁不同,他反对战争,毕竟,“人有人的用处”,有什么问题非要用上“消灭人”的手段呢?
在中文里,控制论(cybernetics)容易和控制理论(control theory)发生混淆。后者只是数学的一个分支,对象是比较具体而实际的问题,如蒸汽机自动调节、温度自动控制、导弹自动制导。而控制论是一门跨学科的学科群,与其说是一门学科,不如说是一种科学的哲学理论,或者从一种新的角度来观察世界的系统观点和方法。
维纳明确提出控制论的四个原则,比如智能性原则,就说明不仅在人类社会,而且在其他生物群体乃至无生命物体世界中,仍有信息及通信问题,而控制论的本质正是通信问题。这些原则可以上溯到整个文明史或早或晚、或东方或西方的年代,只有维纳才能以大哲的广博知识和深刻思想把它们纳入一个蓬勃发展的领域。
维纳的哲学基础是目的论,在科学界,这是异端,但他的观点在今天得到了验证,充满预见性:在大多数国家还没有解决工业化、机械化、电气化问题的时候,维纳已经清楚预见到建立在“信息”“通信”“控制”“反馈”等概念和技术上的“自动化”;他提出研究生命科学、心理科学乃至社会科学的前瞻性问题,直指“生命是什么”这样的问题;他的最终目标是实现所谓“智能机”问题,如前文所述,现在被称作“人工智能”的很多应用,其实同最简单的“智能机”尚有一道鸿沟。
在维纳对社会的分析中,他提出的第二次工业革命都还没有完成:第一次工业革命的核心主要是体力或体能的放大,“机器是人手的延长”;可是代表第二次工业革命的“人脑的延长”,目前还只体现在,电脑部分代替人脑的最初级的工作。
维纳的教育观
那为什么“人工智能”“AI”在今天充斥着我们的生活,仿佛社会已经进入了人类自动化的共产主义阶段呢?维纳认为这种名不符实的根源在于教育——
我们是处在教育形式大大挤掉教育内容的时代里,是处在教育内容正日益淡薄的年代里;
我们的大学偏爱和独创精神相反的模仿性,偏爱庸俗、肤浅,可以大量复制而非新生有利的东西,偏爱无益的精确性,眼光短浅和方法的局限性而非普遍存在而又到处可以看到的新颖和优美。
维纳常引用爱因斯坦的话“上帝精妙,但不怀恶意”,说明自然科学并没有通信困难,但社会科学包括教育,则有相当大的困难,这种“可陈述性知识”在陈述阶段就遭到通信堵塞,隐瞒、保密、歪曲,就像许多历史一样。
维纳的思想是:“所有的社会学都要求对通信有所理解。”他引进长时机构的概念,指出形成长时语言,控制通信手段,是社会中稳态因素中最有效和最重要的。他指出控制应该委托给长时机构,如教会、大学、科学院等,而委托给短视的、谋利润的短时机构则是十分有害的。
今天我们已经看惯了这种害处而习以为常。维纳指出,社会能维持稳定,必须有人们可以信赖的长时机构。从这个角度,“风物长宜放眼量”“民无信不立”正可以代表他的思想——如果大学及科学院都名声扫地,专家沦为“砖家”,社会维持稳态就很困难。然而信赖需要很长时间才能建立,而谋利者往往用很短的时间就破坏了它。
维纳在《控制论》中提出和老子一样的“小国寡民”政策,但他说明这种政策不适合1000万人口的中等国家,更不适合1亿人口以上的大国,更谈不上我们这样的泱泱大国。
正因如此,今天,人脑并没有变得更聪明,社会也没有变得更有序。维纳的控制论提出一些和宗教有关的问题:上帝按照自己的形象创造人,那么人也按照自己的形象(行为方面的)创造了计算机和机器人。问题在于,能否让某一种机器能按它自己的原型复制自己?维纳的答案是肯定的。
但目前我们只走到这一步:两台AlphaGo都只是仿生学的,它们可以互相沟通,或许人类不知道它们在讲什么,但它们并没有“自我”和“对象”意识。和人类本身比起来,“人工智能”仅仅是能通过反馈学习的神经网络自动机,并不具备创造和使用符号的能力,也就是不具备主体的自由。
智人起源于20—30万年前,会使用语言,具有与现代人相同的主体自由,从此人类社会告别古文明,进入一种有不死文化传统可继承的社会,高级宗教和道德起源了,不死的文化价值系统得以产生,比如公元前8—5世纪全球轴心文明的形成。
当前AI滥大街的同时,现代社会对以上不死文化的继承缺位,社会中人文精神丧失,科学被技术异化,我们亟待引进维纳的教育理念。