智能科學與技術的知識體系：語義分析的結論

李冠宇　黃映輝

摘要：本文從分析“智能”、“Intelligence”、“科學”、“技術”的語義入手，首先界定了“人類智能”、“人工智能”、“智能科學與技術”概念的內涵，進而構建了“智能科學與技術”的知識體系，繼之導出了“智能科學與技術”專業教育的課程體系。本文的討論取得了若干頗有新意的研究結論：真正與英文的Intelligence對應的是中文的“智”；“智能”是“智的能力”的簡稱；“智能”應該是“能智”；智能科學與技術的知識體系由兩個理論和四種技術構成，據此決定了智能科學與技術專業教育應該設置的六門主干課程。

關鍵詞：智能；智能科學與技術；語義分析；知識體系；課程體系

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

1引言

“智能科學與技術”專業教育意指將“智能科學與技術的知識體系”傳授給本科生或研究生。構建智能科學與技術的知識體系通常有兩種途徑：(1)經驗歸納法，從社會實踐和科學研究已經獲得的知識集合中選擇出若干，認為這些知識應該歸屬于“智能科學與技術”，且將其結構化與系統化。(2)概念演繹法。追問“智能科學與技術”的確切含義為何，由此聯想其涉及的主要方面，概念推演形成的軌跡即是知識體系。兩種方法的結論應是一致的。就實際操作而言，前者的主要環節是“選擇知識”和“搭建體系”，而“選擇什么”和“搭建成何樣”就與研究者的偏好相關，常出現觀點相左的情形；后者的主要環節是“明確語義”和“語義延伸”，能被稱為概念的東西總是成熟的，即已有大量的先前研究，對此人們的分歧較少，而從概念出發的語義延伸又是遵循演繹邏輯的，由此而得的知識體系就易被公認。

本文的研究采用概念演繹法，具體的討論依層次遞進展開，首先明確“智能科學與技術”的中文語義，其次討論該語義涉及的關鍵概念之內涵，進而合成這些關鍵概念的具體內容，繼之概括“智能科學與技術的知識體系”，最后設計“智能科學與技術專業教育的課程體系”。

2“智能科學與技術”的語義

盡管有邏輯上的先后，“科學”與“技術”通常被認為是并列的兩種人類文化活動。“智能科學與技術”就應被分為“智能科學”與“智能技術”。

智能是某種行為主體所具有的能力和所表現的行為。這種具有智能的行為主體目前(也許永遠)只有兩類：生物(其中主要是人類)和機器。若以人類代表生物，智能就有兩種表現形態，人類智能(human intelligence)和人工智能(artificial intelligence)，后者是對前者的模仿與延展。

科學是為了獲得所考察對象的知識體系，技術則是依據某種原理設計制造各種人工系統。由此，“人類智能科學”、“人工智能科學”、“人工智能技術”是無歧義的，而“人類智能技術”就不成立(確切地說，是間接地通過“人工智能技術”的方式表現出來)。

基于上述分析，“智能科學與技術”的語義由三部分構成，“關于人類智能的科學”、“關于人工智能的科學”和“應用人工智能的技術”。根據慣常的教育與研究分工，前者是心理科學領域的重點所在，后二者則是信息科學領域的前沿方向。目前國內所開辦的“智能科學與技術”專業教育大多屬于理工科本科，其側重所在自然是“人工智能”。

支撐著“智能科學與技術”及其三部分構成的關鍵概念是“智能”、“科學”與“技術”，對其進行深入剖析有助于推演出“智能科學與技術的知識體系”。

3關鍵概念的剖析

3.1“智”對應于Intelligence

漢語中的“智”是“知”的后起字，而“知”是“出于口者疾如矢也”，意指認識的事物可以脫口而出。“知”添加了“曰”即為“智”，再清楚不過，“智，知而道出也”。智，就是人們日常口語中的“知道”。

英語中的Intelligence源于拉丁語的動詞intellegere，意思是to understand。而intellegere是inter(interl與legere(to choose)的合成詞，故它所表達的是“在推理基礎上的理解”。

可見，漢語的“智”關注知識(識，知也。《說文》)及其共享；英文的Intelligence則強調知識及其可靠來源。有所差異并不妨礙將不同文化系統中的這兩個概念對應起來。

3.2“智”的派生詞

盡管語義十分貼切，卻不可將Intelligence直接漢譯為“智”。在現代漢語中，單字形式的名詞一般不用于表達抽象概念，因為單音節的高頻率使用在言語交流中難以通暢順口。通常都是采用雙字形式的名詞。“智”需要再添加一字。處理的辦法無非兩類，同義重復或附加意義。前者生成的是“智慧”，后者得到的是“智能”和“智力”。

智慧之“慧”，一方面與“智”同義(知或謂之慧。《方言》)，另一方面又與佛教名詞“般若”(Praina)相連，在中國的文化傳統中，佛是高深至上的，這樣，智慧的真理性就毋庸置疑。作為漢語詞匯的“智慧”固定下來之后，除了與英文的Intelligence相對應，還與英文的wisdom(wise“聰明的”+dom“性質或狀態”)相一致。更重要的是，wisdom就是希臘語的sophy，由此構成了philosophia(英文philosophy)。“智慧”連接著中國的佛教(與中國哲學相通)和西方的哲學。智慧是哲學層面的。

“智能”和“智力”都是“智的能力”的簡稱。推敲其中的意味饒是有趣。作為物理學概念的“能”和“力”，二者是一種源流關系，因而在漢語的習慣中，“能”更本質，“力”則外顯，暗含著有高下之分。這樣，智能有“智能人”、“智能機器”、“智能科學”等，智力則是“智力游戲”、“智力玩具”、“智力商數”等。層次的感覺是明顯的。智能和智力是科學層面的。

“智”的派生詞最常用的有三個：智慧、智能和智力，它們均可英譯為Intelligence，但在漢語中分別屬于三個層次，即哲學領域、科學領域(較高層次)和科學領域(較低層次)。

3.3關鍵概念的文化比較

將與“智”相關的中文概念和與Intelligence相關的英文概念進行對比，可看出中西方文化的相通與差異，有助于更深刻明晰地理解“智能”的語義。表1是基于英語概念的文化比較。從中可見，“智能”較高于“智力”在西方文化中表現為對現在分詞的偏愛。

表2是基于漢語概念的文化比較。英語的Intelligence可以籠統地表示漢語的“智、智慧、智能、智力”。現限定“構建智能科學與技術的知識體系”是一項科學研究(即不考慮“智慧”)，再用“智能”作為“智能”和“智力”的統稱，這樣，“智能”就成為將要繼續討論的唯一概念。

3.4智能之“能”

前已闡明，智能就是“智的能力”。這種能力究竟為何，學者們曾有過大量的討論。其中一種通俗簡潔的表述

是，智能包括四種能力：感知和理解的能力、思維與演繹的能力、學習與積累的能力、適應環境的能力。

3.5科學及智能科學

漢語中的“科學”，本義是“劃分等級之學”，反映出在古代能將事物合理地區別開來已經是了不起的學問了。英語中的science源于拉丁語動詞scire(to know)的現在分詞sciens，意思是knowledge。人類想要知道什么?客觀事物的規律也。科學是人類的一種有目的的活動，首先認知科學事實，進而上升為科學規律，最后組織成科學理論。將之套用于“智能”，智能科學就是，認知智能事實、歸納智能規律、總結智能理論。

3.6技術及智能技術

漢語中，“技，巧也《說文》”，“術，道也《廣雅》”，技術，取巧之道也，即效率方法。英語中的technology源于希臘語technologia，包括techne(craft)和logia(saying)，直譯為漢語應是“手藝學”。技術也是人類的一種有目的的活動，首先創造和發展實用的手段、技能和方法，然后應用它們去設計與制造人工系統。將之套用于“智能”，智能技術就是，設計人工智能系統的手段、技能和方法。

4“智能”的內涵

4.1“智能”應為“能智”

智，知而道出也。智能，能智而能道出也。“智能”應為“能智”，這樣更形象也更深刻。Intelligence是“在推理基礎上的理解”。那么，在“智能”的中西方兩種文化的表述中所提及的“知”、“日”、“推理”、“理解”的對象是什么?就是知識。知識是智能的主線，智能是圍繞著知識的主體活動，圖1示意了這種關系。

“能智”之知，分為“感知”和“深知”兩個層面。如圖1所示，智能主體對存在于自然界之現象進行感知，繼而進行推理使其上升為深知(理解)，隨之道出(日)，最后將知識應用于適從自然界與改造自然界。

4.2智能：知識為主線的三個環節

圖1是基于語言的分析，通俗易懂，接近于人的常識。為便于學術研究，需將其整理為更簡明規范的理論模型。智能就是“能智”，是智能主體所從事的一種活動過程，如圖2所示。

由圖2可見，智能作為智能主體的自覺性活動，依序展開為三個主要環節：(1)知識獲取。智能主體通過兩種途徑從外部獲取知識，直接地從自然界感知和間接地從人類已有的知識積累中共享；(2)知識推理。智能主體選用合適的推理方法，將從外部獲取的現有知識提煉上升為新知識；(3)知識應用。智能主體利用新知識解決其(或幫助解決其他主體)面臨的實際問題，具體形式有二，制訂解決問題的方案和執行解決問題的動作。

在智能的三個主要環節中，知識推理處于中心地位，而且完全是智能主體內部的活動，可以說，知識推理是智能的關鍵所在。知識是智能的主線(見圖1)，推理是智能的關鍵(見圖2)，簡潔不乏深刻的表述是：智能=知識+推理。

智能主體目前只有兩類：以人類為代表的生物和機器。這樣，基于圖2所示的模型就可以分別討論人類智能和人工智能的實質與特征。

4.3人類智能：自然語言知識+人腦推理

當圖2中的智能主體為人類時，就可得到人類智能的模型表示(見圖3)。在人類智能中，知識總是用自然語言(其中主要是文字)表示的，推理是人腦的功能，所以，人類智能的標志是：自然語言知識+人腦推理。

如圖3所示，人類智能的知識獲取，有兩種基本形式：通過人的感官從自然界中直接感知；通過信息檢索(閱讀或計算機輔助查找)從人類已有的知識積累(通常以書籍、數據庫、網絡的形式存在)中間接獲取。人類智能的知識推理，是將現有知識上升為新知識的人腦推理。人類智能的知識應用，表現為兩種形式的對外輸出，基于新知識制訂的解決實際問題的方案(既可用于指導推理者自己進行勞動以直接解決實際問題，也可提供給其他人應用)：執行解決問題方案的勞動(因為任何實際問題只有人類親自動手才能獲得解決)。

基于圖3所示模型，人類智能的內容主要有五個：感官感知、信息檢索、人腦推理、實際問題解決方案、實際問題解決方案的執行。

4.4人工智能：機器語言知識+機器推理

人工智能是對人類智能的模仿和延伸。將圖2中的智能主體設為機器，并參照圖3的分析過程與結論，就可得人工智能的模型表示(見圖4)。在人類智能中，知識用自然語言表示，人們學會知識表示是通過長期的家庭生活的口授、語言環境的熏陶、學校教育的滲透而逐漸在不知不覺中完成的，是一個自然漸進過程。對人工智能而言，知識表示卻成為必須專門解決的首要問題。機器語言的發明和應用其表示知識是人工智能的重要內容。這樣，人工智能的內容就有四個方面：知識表示、知識獲取、知識推理、知識應用(人類智能也應如此，只是知識表示的問題不很突出而已)。人工智能的主要特征是：機器語言知識+機器推理。

如圖4所示，人工智能的知識獲取，有兩種基本形式：通過機器感知從自然界中直接獲取數據或信息：通過知識發現(包括信息檢索、數據挖掘等)從已有數據庫、信息庫和知識庫中獲取。人工智能的知識推理，是將現有知識上升為新知識的機器推理。人工智能的知識應用，是以提供人工智能系統的方式輔助人類解決其實際遇到的復雜問題，該人工智能系統有兩種主要形式，即專家系統(包括信息管理系統、專家系統、決策支持系統)和機器人，前者輔助人類決策解決復雜問題的方案，后者則幫助人類執行解決復雜問題的動作。

從圖4所示模型可見，人工智能的內容主要有五個：機器感知、知識發現、機器推理、專家系統、機器人。

5智能科學與技術的知識體系

現將以上對各關鍵概念進行語義分析所得的結論集成起來，以構成智能科學與技術的知識體系。集成的具體過程如下所述。

(1)智能科學與技術的構成。第2節的分析已指出，智能科學與技術包括關于人類智能的科學、關于人工智能的科學、應用人工智能的技術。

(2)關于人類智能的科學。圖3示意了人類智能的五個內容，即感官感知、信息檢索、人腦推理、實際問題解決方案、實際問題解決方案的執行。“信息檢索、人腦推理、實際問題解決方案”毋庸置疑是人腦的功能和活動。“感官感知”盡管依賴于人的感官，但“感知”卻完全是心理現象即人腦在起作用。“實際問題解決方案的執行”一定是在人腦支配下的人的肢體的動作序列。概而言之，關于人類智能的科學就是腦科學。

(3)關于人工智能的科學。第3，5節說明，科學的對象是客觀事實，科學的成果是理論。圖4所示模型聲稱，人工智能的內容由機器感知、知識發現、機器推理、專家系統、機器人構成。在這五個部分中，涉及客觀事實的有機器感知、知識發現、機器推理。“感知”和“發現”都是生命體對自然界的認識活動，前者是后者的前端，或前者

被包含于后者之中。在人工智能中將二者分開，緣于它們的對象不同，前者針對的是自然界，后者則面向人類已有的知識積累。“推理”是生命體存在的基本前提。所以，關于人工智能的科學只有兩個分支：機器感知／發現理論(派生于人的認識論)和機器推理理論(基于人腦推理理論的討論)。

(4)應用人工智能的技術。第3.6節說明，技術就是應用手段、技能和方法設計與制造人工系統。圖4模型所示意要設計與制造的人工系統只有專家系統和機器人。所以，應用人工智能的技術主要有兩個：專家系統技術和機器人技術。

(5)基于現狀的人工智能科學與人工智能技術的內容調整。前面將“機器感知”和“知識發現”歸于科學范疇，其根據就是因為它們均是客觀存在。然而，現在的“機器感知”還非常簡單，對于諸如表情、語氣等稍微復雜的客觀現象就無能為力：“知識發現”也主要依賴于基于語法的關鍵詞匹配，而對于如何有效地理解語義特別是語用還差得很遠。鑒于如此現狀，將“機器感知”和“知識發現”歸于技術更合適一些。

(6)智能科學與技術的知識體系。集成上述的觀點可得圖5所示的知識體系。理論是概念、原理的體系(《辭海》)，本身就是知識體系。技術包括手段、技能和方法，也是知識或知識指導下的操作。所以，智能科學與技術的知識體系由兩個理論和四種技術構成。

圖5的表示是粗線條的。正是因為它沒有將與“智能”有關的科學理論和技術方法全部羅列出來，才有了一個簡潔的框架，以便在此基礎上進一步細分和添加，最終形成一個系統的圖景。

6“智能科學與技術”專業教育的課程體系

“智能科學與技術”專業教育的使命就是將圖5所示的知識體系教授給本科生或研究生。學校教育總是以課程方式進行的。智能科學與技術的知識體系必須轉化為課程體系。基于圖5所示模型、兼顧目前大學課程設置的現狀、特別是參照國內學者的研究成果和國內率先開辦智能科學與技術專業的大學的探索性經驗，提出“智能科學與技術專業教育的課程體系”的一種方案，見表3。

如表3所示，“智能科學與技術”專業的課程設置對應于智能科學與技術知識體系的主要內容(見圖5)，共六門主干課程：

(1)“腦與認知科學”。包括“腦科學”與“認知科學”。

(2)“機器學習”。推理是學習過程中所采用的主要方法，機器學習包含機器推理，在一般意義上可以認為二者同義。目前講授機器學習的大學課程主要有：“機器學習”、“模式識別”(是實現機器學習的一種方法)、“計算智能”。后者包括“模糊計算”、“神經計算”、“進化計算”，講授一些具有前沿性的理論與方法。

(3)“機器感知”。包括“機器視覺”模仿人類的視覺、“計算機語音技術”模仿人類的聽覺、“自然語言理解”模仿人類對語言與文字的理解。

(4)“知識發現”。包括“信息檢索”和“數據挖掘”，前者在數據庫中進行關鍵字匹配、在萬維網上進行關鍵字匹配、在語義網上進行語義匹配以獲取所需要的信息，后者將信息組織到數據倉庫中以便尋求信息之間的規律性關聯即獲得知識。

(5)“專家系統”。該課程所講授的內容包括管理信息系統、專家系統、決策支持系統、多Agent系統。它們是人工智能為人類提供的實用型信息產品。

(6)“機器人”。利用機器來獲得身心的解放與擴展是人類的夢想和永遠的追求。擬人機器的設計與制造涉及諸多學科，在大學的專業教育中只能講授一些基礎概念。

可以將整個“智能科學與技術的知識體系”看作是一個對知識進行“輸入一加工一輸出”的結構。由表3可見，與知識輸入有關的是“機器感知技術”和“知識發現技術”；與知識加工有關的是“腦科學理論”和“機器推理理論”；與知識輸出有關的是“專家系統技術”和“機器人技術”。在智能科學與技術學科中，分工專門研究知識輸入、知識加工、知識輸出，就構成了其三個主要的研究方向：知識處理、智能理論與方法、智能系統與應用(如表3所示)。

7結論

(1)智能科學與技術是人類智能科學、人工智能科學和人工智能技術的總稱。技術的標志是用于設計與制造人工系統，因而“人類智能技術”并不直接存在。

(2)“智能”是“智的能力”的統稱。中文的“智”之本義是“知而道出”，與英文的Intelligence(本義“推理基礎上的理解”)盡管側重不同，仍被認為語義相等。現代漢語不習慣單字形式的概念，“智”便有了三個常用派生名詞“智慧”、“智能”和“智力”。前者屬于哲學概念：后二者屬于科學對象，是“智的能力”的兩種不同簡稱，亦有層次高下之分。在科學領域，“智能”通常涵蓋“智能”和“智力”。

(3)智能科學是指，認知智能事實、歸納智能規律、總結智能理論。

(4)智能技術是指，設計與制造人工智能系統的手段、技能和方法。

(5)智能(intelligence)應該是“能智”。即能知、能日、能推理、能理解、能應用。

(6)智能是以知識為主線的三個環節的序貫過程。智能表現為知識在知識獲取、知識推理、知識應用三類活動中的定向流動和逐級提升。

(7)智能首先遇到的問題是知識表示。人類智能的知識表示是在文化傳承中自然實現的，而人工智能的知識表示則依賴于專門的人為規定。這樣，智能的內容就有四個部分：知識表示、知識獲取、知識推理、知識應用。

(8)智能最簡明最本質的定義是：知識+推理。人類智能的特征是，知識用自然語言表示、推理在人腦中進行；人工智能的特征是，知識用機器語言表示、推理用機器實現。

(9)人類智能的內容主要有五個：感官感知、信息檢索、人腦推理、實際問題解決方案、實際問題解決方案的執行。

(10)人工智能是對人類智能的模仿與延伸，其主要內容也相應有五個：機器感知、知識發現、機器推理、專家系統、機器人。

(11)智能科學與技術的知識體系由兩個理論和四種技術構成。智能科學與技術的知識體系涉及關于人類智能的科學、關于人工智能的科學、應用人工智能的技術，具體有腦科學理論、機器推理理論、機器感知技術、知識發現技術、專家系統技術、機器人技術。

(12)“智能科學與技術”專業教育的課程設置的依據是智能科學與技術的知識體系。應該設置六門主干課程，即“腦科學與認知科學”、“機器學習”、“機器感知”、“知識發現”、“專家系統”、“機器人”。根據教學內容的多寡和側重視點的不同，還需要逐級分解(詳見表3)。例如，“知識發現”被劃分為“信息檢索”和“數據挖掘”，與前者關聯的是“數據庫”、“萬維網”和“語義網”，而后者的支撐基礎則是“數據倉庫”。

(13)智能科學與技術學科可以分為三個研究方向。將智能科學與技術的知識體系的六個內容分為三組，可將其作為智能科學與技術學科的一級研究方向：智能理論與方法、知識處理、智能系統與應用。