計(jì)算主義質(zhì)疑

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隨著數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，計(jì)算的觀念越來越顯示其在各個(gè)領(lǐng)域的威力，從計(jì)算的角度審視世界，也已經(jīng)成為我們?cè)跀?shù)字化時(shí)代生存的一種特殊的思維方式，人工智能的成果更激發(fā)了一些認(rèn)知科學(xué)家、人工智能專家和哲學(xué)家的樂觀主義立場(chǎng)，致使有人主張一種建立在還原論哲學(xué)基礎(chǔ)上的計(jì)算主義，或者更確切地講，是算法主義（Algorithmism）強(qiáng)綱領(lǐng)，認(rèn)為從物理世界、生命過程直到人類心智都是算法可計(jì)算的（Computable），甚至整個(gè)宇宙完全是由算法（Algorithm）支配的。這其中有對(duì)計(jì)算、算法和可計(jì)算概念的泛化，對(duì)于計(jì)算的功能和局限缺少較為客觀的估計(jì)，而且這種哲學(xué)信念與所提供的證據(jù)的確鑿程度顯然不成比例。我們對(duì)于在一種隱喻的意義上使用“計(jì)算”一詞的計(jì)算主義不予討論，但是如果把計(jì)算局限于“圖靈機(jī)算法可計(jì)算”的科學(xué)概念上使用，計(jì)算主義是可質(zhì)疑的。同時(shí)，我們也主張，如果可以超越傳統(tǒng)的“算法”概念，充分借鑒生物學(xué)、物理學(xué)和復(fù)雜性科學(xué)的研究成果，人類計(jì)算的疆域可以進(jìn)一步拓展。

一.計(jì)算、算法和可計(jì)算性

廣義的計(jì)算應(yīng)當(dāng)包括計(jì)算理論層、算法層以及實(shí)現(xiàn)層三個(gè)層次的理論（N.J.Nilsson，1998），其中，計(jì)算理論層是要確定采用什么樣的計(jì)算理論去解決問題；算法層是尋求為實(shí)現(xiàn)計(jì)算理論所采用的算法；實(shí)現(xiàn)層是給出算法的可執(zhí)行程序或硬件可實(shí)現(xiàn)的具體算法。顯然，計(jì)算理論層最為根本，也最為困難。同時(shí)，即使解決了計(jì)算理論層和算法層的問題，也未必能解決實(shí)現(xiàn)層的問題，因?yàn)檫€存在一個(gè)計(jì)算復(fù)雜性的問題。計(jì)算主義強(qiáng)綱領(lǐng)事實(shí)上是在“存在算法”的意義上，斷言物理世界、生命過程以及認(rèn)知是“可計(jì)算的”。其中的“算法”概念是指20世紀(jì)30年代，哥德爾（K.Gödel）、丘奇（A.Church）、克林尼（S.C.Kleene）、圖靈（A.Turing）等數(shù)學(xué)家對(duì)于直觀的“能行可計(jì)算”概念嚴(yán)格的數(shù)學(xué)刻畫，而與此概念相聯(lián)的丘奇-圖靈論題就應(yīng)當(dāng)是計(jì)算主義的基本工作假說。事實(shí)上，恰是由于算法和圖靈機(jī)概念的引進(jìn)，哥德爾不完全性定理有了圖靈機(jī)語境下的版本。而且，通過建立在算法概念之上的可計(jì)算性理論，人們很快證明了一系列數(shù)學(xué)命題的不可判定性和一系列數(shù)學(xué)問題的算法不可解性。而且，在自動(dòng)機(jī)理論和數(shù)學(xué)世界中，已經(jīng)證明存在不可計(jì)算數(shù)那么多的不可計(jì)算對(duì)象。我們認(rèn)為，對(duì)于探討計(jì)算主義是否合理的問題，算法概念和哥德爾不完全性定理是最重要的理論基礎(chǔ)之一。下面我們依次討論計(jì)算主義強(qiáng)綱領(lǐng)下各種論斷的可質(zhì)疑之點(diǎn)。

二.物理世界是可計(jì)算的嗎？

在計(jì)算主義的強(qiáng)綱領(lǐng)下，“物理世界是可計(jì)算的”無疑是一個(gè)基本的信念。當(dāng)今這種信念的典型形式是多奇（D.Deutsch）1985年提出的“物理版本的丘奇-圖靈論題”：“任何有限可實(shí)現(xiàn)的物理系統(tǒng)，總能為一臺(tái)通用模擬機(jī)器以有限方式的操作完美地模擬”（D.Deutsch,1985：97）。多奇認(rèn)為，算法或計(jì)算這樣的純粹抽象的數(shù)學(xué)概念本身完全是物理定律的體現(xiàn)，計(jì)算系統(tǒng)不外是自然定律的一個(gè)自然結(jié)果，而且通用計(jì)算機(jī)的概念很可能就是自然規(guī)律的內(nèi)在要求。進(jìn)一步推而廣之，物理可計(jì)算主義的一個(gè)強(qiáng)硬命題是“宇宙是一臺(tái)巨型計(jì)算機(jī)”（王浩，1993:104）。

我們認(rèn)為，要考察物理世界是否可計(jì)算的問題，需要考慮物理過程、物理定律和我們的觀察三個(gè)基本因素的相互作用問題，而且我們最為關(guān)注的是，用可計(jì)算的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，物理理論能否足夠完全地描述實(shí)在的物理世界，特別是能否描述在偶然性和隨機(jī)性中顯示出的物理世界的規(guī)律性。

物理學(xué)家是通過物理定律來理解物理過程的，而成熟的物理理論是使用數(shù)學(xué)語言陳述的。真實(shí)物理世界的對(duì)象由時(shí)間、位置等這樣的直接可觀察量、或者由它們導(dǎo)出的能量這一類的量組成。因此，我們可以考慮像行星的可觀察位置和蛋白質(zhì)的可觀測(cè)構(gòu)型、以及大腦的可觀察結(jié)構(gòu)這樣的事物。但是，即使用最高精度的儀器，我們?nèi)匀徊荒芊直嬖S多更精細(xì)的數(shù)量差別，只能得到有限精確度的數(shù)值，這表明，我們對(duì)物理過程觀察的準(zhǔn)確度是有限的。恰如哥德爾所言“物理定律就其可觀測(cè)后果而言，是只有有限精度的”（WangHao，1974：.326）。同時(shí)，由于“觀察滲透理論”的影響，我們的觀察必定忽略或舍棄了許多我們不得不忽略和舍棄的因素，我們的物理理論永遠(yuǎn)是真實(shí)物理世界的一種簡(jiǎn)化和理想化。

當(dāng)我們將數(shù)學(xué)應(yīng)用于物理學(xué)理論時(shí)，一個(gè)最重要的手段是借助數(shù)學(xué)中的各種有效算法和可計(jì)算結(jié)構(gòu)，自從康托爾（G.Cantor）之后，人們認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)中的可計(jì)數(shù)的數(shù)僅僅是實(shí)數(shù)的非常小的部分，圖靈-丘奇論題之后，人們知道算法可計(jì)算函數(shù)也僅僅是函數(shù)中非常小的部分。當(dāng)然，在數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家中已成為不爭(zhēng)結(jié)論的是，在描述物理過程時(shí)，任何不可計(jì)算的數(shù)和不可計(jì)算函數(shù)都可以在一定的有效性的要求下，用可計(jì)算數(shù)和可計(jì)算函數(shù)作具有一定精度的逼近。密爾本（G.L.Milburn）認(rèn)為，“理論物理是借助數(shù)學(xué)給出觀察數(shù)據(jù)的，這些數(shù)據(jù)正是可借助通用計(jì)算機(jī)的算法得到的。因此，無論是經(jīng)典的，還是量子的物理系統(tǒng)都可以以任意高的精度模擬”（密爾本，1999：115）。

但是，我們顯然沒有充足的理由就此作出“真實(shí)的物理世界就是可計(jì)算的”斷言。真實(shí)的包含著巨大隨機(jī)性的物理世界與計(jì)算機(jī)可模擬的理想化的世界畢竟有著巨大差異，圖靈機(jī)可產(chǎn)生的可計(jì)算性結(jié)構(gòu)僅僅是真實(shí)世界結(jié)構(gòu)的一部分。

盡管帶有機(jī)外信息源的圖靈機(jī)早已把圖靈的整數(shù)計(jì)算法推廣到了以實(shí)數(shù)為輸入、輸出的情形，普艾爾（Pour-El）和里查斯（J.IanRichards）也已經(jīng)探討了數(shù)學(xué)中的連續(xù)量和物理過程中的可計(jì)算性結(jié)構(gòu)問題，討論了函數(shù)空間和測(cè)度空間的可計(jì)算性結(jié)構(gòu)（M.B.Pour-El&J.I.Richards，1989）。彭羅斯（R.Penrose）也認(rèn)為，在經(jīng)典物理理論中，很難看到任何重大的“不可計(jì)算”的因素。但是，我們?nèi)匀徊荒芘懦承┪锢砝碚摼哂胁豢捎?jì)算性，例如，普艾爾和里查斯證明了，物理場(chǎng)論中的波動(dòng)方程有一種特解，使時(shí)間1的輸出不可能由時(shí)間0的輸入計(jì)算，或者說，波動(dòng)方程中存在一類看似有些“古怪”的可計(jì)算的初始數(shù)據(jù)，使得在以后的可計(jì)算時(shí)刻被決定的場(chǎng)的值實(shí)際上是不可計(jì)算的（彭羅斯，1994：214-215）。

宇宙是一個(gè)處在不斷演化過程中包含著巨大復(fù)雜性的系統(tǒng)。沒有先驗(yàn)的理由使我們相信，物理世界的任何過程都一定是基于算法式規(guī)則的，如果自然界中的確存在不可計(jì)算的過程——例如，像王浩和卡斯蒂（J.L.Casti）所指出的，某一級(jí)別的地震可能在某些構(gòu)成不可計(jì)算系列的時(shí)點(diǎn)或時(shí)段發(fā)生，海浪在海岸的翻涌和大氣在大氣層中的運(yùn)動(dòng)等物理過程，很可能就是不可計(jì)算的——我們就永遠(yuǎn)找不到精確計(jì)算它們的算法，永遠(yuǎn)不可能在計(jì)算機(jī)中看到整個(gè)真實(shí)世界的面貌，物理世界與可計(jì)算的世界并非是同構(gòu)的。物理理論的目的是盡可能完全地記錄我們對(duì)物理世界的經(jīng)驗(yàn)，但物理理論并不能包括我們經(jīng)驗(yàn)的全部。這其中一個(gè)重要的原因是，我們對(duì)物理對(duì)象和物理過程的經(jīng)驗(yàn)都是有限的，而不可計(jì)算性涉及的是無窮的系列。恰如王浩所言，“我們觀測(cè)的有限精度似乎在物理世界和物理理論之間附加了一層罩紗，使得物理世界中可能存在的不可計(jì)算元素?zé)o法在物理理論中顯現(xiàn)”（WangHao，1993：111-112）。這里，我非常贊同圣菲研究所的統(tǒng)計(jì)學(xué)家萊恩（D.Lane）強(qiáng)調(diào)的，經(jīng)驗(yàn)世界與該經(jīng)驗(yàn)的理論之間有著重要區(qū)別的思想。我也贊同卡斯蒂強(qiáng)調(diào)的，應(yīng)當(dāng)區(qū)分物理世界、數(shù)學(xué)世界和計(jì)算世界的思想（卡斯蒂，1998：198-201）?？捎?jì)算的世界僅僅是我們所能精確理解的世界的一小部分，世界恐怕是我們的算法概念所不能窮盡的。至少，某些量子過程和一些具有高度復(fù)雜性的物理系統(tǒng)是不能由算法產(chǎn)生的。1993年邁爾弗德（W.C.Myrvold）也作出斷言，“在量子力學(xué)中企圖由可計(jì)算的初始狀態(tài)產(chǎn)生不可計(jì)算結(jié)果的簡(jiǎn)單算法是注定要失敗的，因?yàn)椋孔恿W(xué)中存在的不可計(jì)算的結(jié)果不可能由可計(jì)算的初始數(shù)據(jù)產(chǎn)生”（轉(zhuǎn)引自WangHao，1993：111）。況且，量子計(jì)算機(jī)也沒有完全解決物理定律的可逆性與計(jì)算程序的不可逆性的矛盾，我們?nèi)绾螖喽ā拔锢硎澜缡强捎?jì)算的”？

三.生命過程是可計(jì)算的嗎？

相信宇宙是一部巨型計(jì)算機(jī)的人們認(rèn)為，生命本身是最具特色的一類計(jì)算機(jī)，因?yàn)樯^程是可計(jì)算的。自沃森（J.Wotson）、克里克（F.H.C.Crick）以后，我們已經(jīng)接受了“生命的本質(zhì)是DNA”的結(jié)論。但是我們能夠由此出發(fā)，得出“生命的本質(zhì)是信息”，因而“生命的本質(zhì)是計(jì)算”嗎？一些計(jì)算主義者作出如上推論，更主要的依據(jù)是近年來人工生命的研究進(jìn)展。我們不妨考察一下這種論斷的可信程度。

如果在現(xiàn)代意義上使用計(jì)算概念，生命過程的可計(jì)算主義思想事實(shí)上可追溯到1960年代馮•諾意曼（J.vonNeumann）的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)理論。馮•諾意曼當(dāng)時(shí)認(rèn)為，生命的本質(zhì)就是自我復(fù)制，而細(xì)胞自動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)這種復(fù)制機(jī)制，因此可以用細(xì)胞自動(dòng)機(jī)理解生命的本質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，從60年代斯塔勒（Stahl）的“細(xì)胞活動(dòng)模型”，到科拉德（Conrad）等人的“人工世界”概念，從蘭頓（C.Langton）的“硅基生命”形式，到道金斯（R.Dawkins）和皮克奧弗（C.Pickover）的“人工生物形態(tài)”理論，直到90年代，采用霍蘭（J.Holland）的遺傳算法，建基在細(xì)胞自動(dòng)機(jī)理論、形態(tài)形成理論、非線性科學(xué)理論之上，生命計(jì)算主義的倡導(dǎo)者們?nèi)孢M(jìn)入人工生命領(lǐng)域的工作（閻平凡等，2002：357），這一切都是試圖用計(jì)算機(jī)生成的虛擬生命系統(tǒng)了解真實(shí)世界中的生命過程。在他們看來，生命是系統(tǒng)內(nèi)各不同組成部分的一系列功能的有機(jī)化，這些功能的各方面特性能夠在計(jì)算機(jī)上以不同方式創(chuàng)造，最重要的是生物的自適應(yīng)性、自組織性造就了自身，而不在于是不是由有機(jī)分子組成。當(dāng)托馬斯•雷（TomasRay）的梯爾拉（Tierra）程序在機(jī)器上不僅能自我復(fù)制，而且還能“演化”出新的結(jié)構(gòu)并構(gòu)成一個(gè)豐富多彩的“電子生態(tài)系統(tǒng)”時(shí)，人們認(rèn)為，進(jìn)化過程本身完全可以獨(dú)立于特殊的物質(zhì)基質(zhì)，簡(jiǎn)單發(fā)生在為了爭(zhēng)奪存儲(chǔ)空間的計(jì)算機(jī)程序的某種聚合中，生命完全可以通過計(jì)算獲得。

對(duì)于“硅基生命”是否可以看作“活的生命”，人工生命是否具有生命的某些特征，例如自我復(fù)制的特征問題，我們暫時(shí)不予討論，我們關(guān)注的是，計(jì)算主義者把生命的本質(zhì)看作計(jì)算，把生命過程看成可計(jì)算的觀點(diǎn)其理由是否充分。

我們認(rèn)為，能夠在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)某種復(fù)制過程，甚至能夠在計(jì)算機(jī)中看到某種“演化”的特性，以及能夠?qū)崿F(xiàn)某些人工生命的“進(jìn)化”過程，與能夠真正“演化”或“進(jìn)化”出所有自然生命顯然是兩回事。因?yàn)橐勒湛捎?jì)算性理論中的“遞歸定理”，機(jī)器程序復(fù)制自身并不是困難之事，遞歸定理已經(jīng)指出，圖靈機(jī)有能力得到自己的描述，然后還能以自己的描述作為輸入進(jìn)行計(jì)算，即機(jī)器完全有自再生的能力（計(jì)算機(jī)病毒即是遞歸定理可以描述的一種邏輯結(jié)構(gòu)）。如果生命的本質(zhì)僅僅是自我復(fù)制，當(dāng)初馮•諾意曼設(shè)想的“從細(xì)胞自動(dòng)機(jī)可以獲得生命本質(zhì)”的思想并無不妥。但是，今天我們?cè)缫阎溃毡檎J(rèn)可的生命的幾大本質(zhì)特征是：（1）自我繁殖的能力；（2）與環(huán)境相互作用的能力；（3）與其他有機(jī)體以特定的方式相互作用和相互交流的能力。而計(jì)算主義者并沒有指出，圖靈算法如何可以窮盡后面兩種類型的本質(zhì)，事實(shí)上，已經(jīng)證明，目前最先進(jìn)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型欠缺的正是與環(huán)境相互作用的機(jī)制，難以建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中間語言與外部環(huán)境語言之間的溝通渠道。這也恰是目前人工生命研究者最感棘手的問題（特瑞•波素馬特爾，1999：200）。

而依我們的理解，這里關(guān)鍵的問題在于，承認(rèn)硅基生命具有生命的某些特征，并不意味著承諾計(jì)算可以窮盡生命的所有本質(zhì)，也不意味著承諾通過能行程序可以實(shí)現(xiàn)所有的生命過程。這里“窮盡”和“所有的”概念至關(guān)重要。倡導(dǎo)“生命的本質(zhì)是計(jì)算”的學(xué)者恐怕確實(shí)是在誤讀“可計(jì)算的”概念。畢竟，某一范圍的對(duì)象或過程是可計(jì)算的，是指存在能行的程序，或存在算法，能夠計(jì)算這一范圍的一切對(duì)象和一切過程，或者說，這種可計(jì)算結(jié)構(gòu)可以窮盡這一范圍的一切對(duì)象和一切過程。如果僅僅是此一范圍的某些對(duì)象，某些過程的某些特性，甚至僅僅是一些最為表象，最為簡(jiǎn)單的特征可以用計(jì)算粗糙地表達(dá)或模擬，并不能由此妄稱這一范圍的對(duì)象和過程是“可計(jì)算”的?！翱筛F盡”顯然是非常強(qiáng)的要求，并不像某些認(rèn)知科學(xué)家和哲學(xué)家斷言得那么容易實(shí)現(xiàn)。

至于認(rèn)為阿德勒曼（L.N.Adleman）倡導(dǎo)的DNA計(jì)算機(jī)是“實(shí)現(xiàn)了生命的本質(zhì)就是計(jì)算的思想”，顯然是計(jì)算主義者的另一個(gè)誤解。因?yàn)橛?jì)算主義者們這里忽視了一個(gè)重要的問題，DNA計(jì)算機(jī)顯然已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們最初對(duì)于“算法可計(jì)算性”概念的理解，事實(shí)上它已經(jīng)引進(jìn)了基因工程的手段，這里的“計(jì)算”借助了自然機(jī)制，借助了自然生命的基因編碼機(jī)制，已經(jīng)不復(fù)是圖靈機(jī)的計(jì)算機(jī)制了。恰如阿德勒曼本人所言，“或許我們對(duì)計(jì)算的看法過于狹隘了，是否可能存在一種由相互作用的分子進(jìn)行計(jì)算的液體計(jì)算機(jī)呢”（L.M.Adlems，1998：54-61.）？可見，一些倡導(dǎo)計(jì)算主義的學(xué)者早已將“計(jì)算”的概念延伸到了“圖靈可計(jì)算”的范圍之外。也許生物計(jì)算機(jī)可以作為某種借助自然機(jī)制的仿真工具，而且DNA計(jì)算機(jī)在計(jì)算復(fù)雜性等方面確實(shí)優(yōu)于經(jīng)典計(jì)算，但它仍然沒有超越丘奇-圖靈論題（P.C.G.Rozenberg，1998）。況且，DNA計(jì)算機(jī)對(duì)DNA聚合酶產(chǎn)生互補(bǔ)DNA鏈的遺傳操作中的高度并行性和隨機(jī)性不能把握，如何能夠斷定“可以對(duì)DNA程序重新編程，計(jì)算一切可以計(jì)算的東西，甚至計(jì)算圖靈機(jī)‘不可計(jì)算’的量”？！

四.認(rèn)知是可計(jì)算的嗎？

主張計(jì)算主義強(qiáng)綱領(lǐng)的人們認(rèn)為，不僅物理過程、生命過程是可計(jì)算的，而且人類的認(rèn)知和智能活動(dòng)也是可計(jì)算的，或者像蘭頓所表達(dá)的“宇宙是一個(gè)處于混沌邊緣的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)，它不僅可以做復(fù)雜的計(jì)算，而且可以支持生命和智能”（C.G.Langton，1991：41-92.）。為了聚焦于最具代表性的某些觀點(diǎn)，我們將在認(rèn)知科學(xué)中與計(jì)算關(guān)聯(lián)最為直接的人工智能的范圍內(nèi)討論“認(rèn)知是否是可計(jì)算的”主題。

事實(shí)上，恰是因?yàn)椤八惴ā备拍畹囊M(jìn)，才使人類對(duì)智能的研究從一種哲學(xué)思辨式的爭(zhēng)論、依賴于直覺的猜想或停留于過分經(jīng)驗(yàn)式的觀察結(jié)論，開始轉(zhuǎn)向?qū)χ悄艿漠a(chǎn)生和認(rèn)知本質(zhì)的理論研究。正如西蒙（H.A.Simon）1988年在回顧認(rèn)知科學(xué)發(fā)展的歷史時(shí)所說的：“在把計(jì)算機(jī)看作通用符號(hào)處理系統(tǒng)之前，我們幾乎沒有任何科學(xué)的概念和方法研究認(rèn)知和智能的本質(zhì)”（J.Casti&DePauliWerner,2000：130）。因此，認(rèn)知科學(xué)和人工智能工作的出發(fā)點(diǎn)長期以來一直建立在具有唯理主義還原論傾向的“認(rèn)知可計(jì)算主義”綱領(lǐng)的基礎(chǔ)上。最初，這種計(jì)算主義主張，無論是人腦還是計(jì)算機(jī)，都是操作、處理符號(hào)的形式系統(tǒng)，認(rèn)知和智能的任何狀態(tài)都不外是圖靈機(jī)的一種狀態(tài)，認(rèn)知和智能的任何活動(dòng)都是圖靈意義上的算法可計(jì)算的。正是基于這一認(rèn)識(shí)，紐厄爾（A.Newell）和西蒙曾樂觀地宣稱：“作為一般的智能行為，物理符號(hào)系統(tǒng)具有的計(jì)算手段既是必要的也是充分的，人類認(rèn)知和智能活動(dòng)經(jīng)編碼成為符號(hào)，都可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬”（C.Robert&C.D.Dellarosa,2000：84-94）。但是，幾十年來，隨著大腦科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，認(rèn)知科學(xué)經(jīng)歷了從最初的符號(hào)主義經(jīng)聯(lián)結(jié)主義，到行為主義工作范式的轉(zhuǎn)換，越來越顯示出這種綱領(lǐng)的局限。這種局限性主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.在知識(shí)的獲取、表達(dá)和處理上的局限。

常識(shí)知識(shí)是認(rèn)知科學(xué)面對(duì)的最困難的問題。自1977年海斯（P.J.Hayse）首先發(fā)表《樸素物理學(xué)宣言》以來，人類就開始借助符號(hào)邏輯手段向常識(shí)知識(shí)領(lǐng)域進(jìn)軍，海斯及邏輯主義者們堅(jiān)信，如果能對(duì)我們所了解或我們所相信的日常生活的非形式知識(shí)提供形式化理論，就能通過恰當(dāng)?shù)木幊虂慝@取、表達(dá)和處理知識(shí)。因此，他們主張用一階邏輯將常識(shí)知識(shí)形式化，并希望借用塔爾斯基（A.Tarski）語義學(xué)擺脫計(jì)算機(jī)程序的局限，研究知識(shí)表達(dá)問題，并試圖通過建立一種“極小常識(shí)系統(tǒng)”演繹出整個(gè)知識(shí)體系。但事實(shí)證明，日常生活要解決的大多數(shù)問題不能歸為幾種因素的簡(jiǎn)單組合，特別是機(jī)器翻譯的實(shí)踐提示人們，人的認(rèn)知與基于文化環(huán)境的對(duì)于真實(shí)世界的大量背景知識(shí)有關(guān)，任何實(shí)際問題涉及到的大量背景知識(shí)本身完全是一個(gè)不確定集合，這一集合中的絕大部分知識(shí)不能基于符號(hào)邏輯推理獲得，即使局限于求解小范圍問題的專家系統(tǒng)，也仍然不能擺脫符號(hào)邏輯功能的固有局限，還原主義立場(chǎng)必然面臨不可克服的困難。

2.在模擬人類心智方面的局限。

人類認(rèn)知的重要載體是大腦，而大腦是由巨大規(guī)模的神經(jīng)元經(jīng)過復(fù)雜的相互連接構(gòu)成的信息處理系統(tǒng)，它具有作為復(fù)雜巨系統(tǒng)的特征、分布式并行計(jì)算特征和非線性特征，以及極強(qiáng)的容錯(cuò)能力和概括、類比、推廣的能力，包括由于后天的經(jīng)歷、學(xué)習(xí)、訓(xùn)練等起作用產(chǎn)生的各種能力。1980年代認(rèn)知科學(xué)吸收大腦科學(xué)研究成果開始采取“聯(lián)結(jié)主義”工作范式，嘗試建構(gòu)各種與大腦結(jié)構(gòu)相似的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人們期望這種網(wǎng)絡(luò)能夠體現(xiàn)大腦的自組織、自適應(yīng)的特征。但是，經(jīng)過20余年的努力，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家嘗試了各種方案后逐漸開始意識(shí)到，試圖通過機(jī)器程序建立一個(gè)與大腦功能類似的人工網(wǎng)絡(luò)實(shí)在過于困難了。人類大腦不僅僅是先天模塊化的，而是與人類的文化進(jìn)化過程緊密相關(guān)的，借用德萊弗斯的話：“如果分析的最小單元是同整個(gè)文化世界聯(lián)系起來的整個(gè)有機(jī)體，那么，類似于符號(hào)化和程序化的計(jì)算機(jī)式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就仍然有很長的路要走”（瑪格麗特•博登，2001：451-452）。迄今為止，研究者已經(jīng)提出了五十多種有效的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，廣泛應(yīng)用于模式識(shí)別與圖象處理、控制與優(yōu)化、金融預(yù)測(cè)與管理以及通信等領(lǐng)域，但是，人們已經(jīng)從理論上研究了現(xiàn)有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算能力的局限性，認(rèn)為它們?nèi)匀徊荒芙鉀Q基于經(jīng)典的符號(hào)邏輯所不能解決的人工智能中的困難，更不可能模擬人類意識(shí)（閻平凡等，2002：11）。

人類的意識(shí)，是對(duì)于自我，對(duì)于世界的相互作用，對(duì)于思想產(chǎn)生過程以及對(duì)自己的控制，或至少是部分控制過程的一種認(rèn)識(shí)（戴維•弗里德曼，2001：197），意識(shí)的最重要特征是的它的意向性、自指性、非定域性和涌現(xiàn)性等。這些特征顯然是超越邏輯、超越算法的。霍蘭等人認(rèn)為，意向性意識(shí)涌現(xiàn)于集群系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，并由環(huán)境激發(fā)。依照他對(duì)意識(shí)和認(rèn)知的涌現(xiàn)特征所作的精細(xì)分析，我們目前還沒有理論和模型能夠清楚地表現(xiàn)這種自涌現(xiàn)的現(xiàn)象，也沒有人工系統(tǒng)能顯示每個(gè)神經(jīng)元主體與成百上千的通過突觸連接的其他神經(jīng)元主體的相互作用（約翰•霍蘭，2000：269）。雖然目前已有一些借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬意識(shí)的研究，例如泰勒（J.D.Taylor）的分階段的意識(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型表明實(shí)現(xiàn)某些意識(shí)特征的一些可能性，但是，拉多文（M.Radovan）1997年已經(jīng)證明，從根本上，這種人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力與傳統(tǒng)的符號(hào)邏輯表達(dá)的能力是等價(jià)的，特別是卡普坦尼（G.Captain）1997年已經(jīng)證明，傳統(tǒng)的符號(hào)邏輯方法根本不能描述意識(shí)現(xiàn)象（周昌樂，2002：214）。

3.在模擬人類自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和與環(huán)境作用能力的局限。

在認(rèn)知可計(jì)算主義綱領(lǐng)指導(dǎo)下，行為主義方向研究者的基本出發(fā)點(diǎn)是，略去知識(shí)的表達(dá)和推理的環(huán)節(jié)，考慮在感知與行為之間建立直接的聯(lián)系，期望認(rèn)知主體在感知刺激后，通過自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自組織方式產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男袨轫憫?yīng)?？梢哉f，從開發(fā)各種工業(yè)機(jī)器人開始，到研制具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織特性的智能控制系統(tǒng)，直到2000年研制出具有一定自行設(shè)計(jì)與進(jìn)化功能的機(jī)器人，人工智能的研究者都在企圖模擬人類自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和與環(huán)境作用的能力。但是，這種最先進(jìn)的機(jī)器人所具有的適應(yīng)能力仍然是極端初等和局部的，根本談不上所謂“自主性”和“進(jìn)化”。正如某些專家所言，如果計(jì)算僅僅局限于基于傳統(tǒng)算法的圖靈機(jī)，即使借用最新的模擬進(jìn)化計(jì)算，模擬進(jìn)化的過程仍然是一個(gè)沒有終點(diǎn)的過程。畢竟，人類的進(jìn)化在視覺及運(yùn)動(dòng)肌肉的控制方面經(jīng)歷了數(shù)百萬年，在語言和邏輯推理方面也已經(jīng)歷了幾千年。人類在領(lǐng)悟能力、運(yùn)動(dòng)肌肉的控制能力、對(duì)外界的反應(yīng)能力，以及常識(shí)推理的能力、求解問題的能力及潛在的創(chuàng)造能力顯然不僅僅是算法所能達(dá)到的。甚至認(rèn)知可計(jì)算主義綱領(lǐng)的倡導(dǎo)者明斯基1990年也不得不承認(rèn)，“人腦在進(jìn)化過程中形成了許多用以解決不同問題的高度特異性的結(jié)構(gòu)，認(rèn)知和智能活動(dòng)不是由建基在公理上的數(shù)學(xué)運(yùn)算所能統(tǒng)一描述的。無論是符號(hào)主義還是聯(lián)結(jié)主義都受害于唯理主義傾向，都是用在物理學(xué)中獲得成功的方法和簡(jiǎn)單漂亮的形式系統(tǒng)來解釋智力。因此，要在認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域有實(shí)質(zhì)性突破，應(yīng)當(dāng)放棄唯理主義哲學(xué)，從生物學(xué)中得到啟示和線索”（《21世紀(jì)初科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》編寫組，1996：108，314）。

五.我們的結(jié)論

通過以上分析，我們看到，建立在唯理主義還原論哲學(xué)立場(chǎng)上，單純以傳統(tǒng)的圖靈可計(jì)算的概念為基礎(chǔ)，計(jì)算主義強(qiáng)綱領(lǐng)遇到了理論和實(shí)踐上的困境，而且學(xué)術(shù)界從思辯到科學(xué)和技術(shù)各個(gè)層面對(duì)這種綱領(lǐng)的質(zhì)疑之聲一直不絕于耳。正是由于對(duì)計(jì)算主義強(qiáng)綱領(lǐng)的各種反思（劉曉力，2003：106-108），刺激了研究者開始尋求新的突破。由于哥德爾定理僅僅揭示了形式系統(tǒng)的局限，并沒有設(shè)定人類理性的界限，圖靈可計(jì)算的概念也未必永遠(yuǎn)不可超越。1990年代以后，研究者開始另辟蹊徑，不局限于傳統(tǒng)的邏輯手段，而開始嘗試“以自然為基礎(chǔ)”的探索工作，研究方法除了借助計(jì)算機(jī)外，還引進(jìn)了生物學(xué)和量子物理的“自然機(jī)制”。他們?cè)噲D將“計(jì)算”的概念從傳統(tǒng)的圖靈可計(jì)算概念進(jìn)一步拓展，倡導(dǎo)一種“算法+自然機(jī)制”的研究模式，采取一種新的方法論策略：將能夠歸約到算法層面的問題，采用算法來實(shí)現(xiàn)，不能歸約到算法層面的問題，采用某種自然機(jī)制實(shí)現(xiàn)。（周昌樂，2002：210-217）目前，傳統(tǒng)的人工智能雖舉步維艱，而建立在自然基礎(chǔ)上的“半人工化”的人工智能卻有蓬勃發(fā)展之勢(shì)（戴維•弗里德曼，2001：201-210）。當(dāng)然，所有這些探討僅僅是將計(jì)算概念拓展的初步嘗試，在解決計(jì)算復(fù)雜性問題上這類計(jì)算的確優(yōu)越于傳統(tǒng)的圖靈計(jì)算，但是，究竟能否像另一批樂觀主義者所斷言的，“以自然為基礎(chǔ)的人工智能已經(jīng)跑在快車道上，未來幾十年里人類就能建構(gòu)出堪與人腦相匹敵的半人工化的智能來”，我們將拭目以待。

以上，我們對(duì)計(jì)算主義強(qiáng)綱領(lǐng)下的各種觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑，而一些學(xué)者為“宇宙是一臺(tái)巨型計(jì)算機(jī)”的強(qiáng)硬斷言提供的論據(jù)是，既然康韋（J.C.Conway）已經(jīng)證明，特殊配置的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)與圖靈機(jī)等價(jià)，我們完全可以把宇宙看成一個(gè)無限大的三維細(xì)胞自動(dòng)機(jī)，因此，宇宙是一個(gè)巨大的的計(jì)算系統(tǒng)，自然界這本大書是用算法寫成的，甚至從虛無到存在，從非生命到生命，從感覺到思維，實(shí)際上都是一個(gè)計(jì)算復(fù)雜性不斷增加的過程（郝寧湘，2000：32-36，李建會(huì)，2002）。

盡管我們承認(rèn)，建立在烏拉姆（S.Ulam）和馮•諾意曼作為物理空間模型的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)理論之上，康韋的模型在某種意義上可以作為理解復(fù)雜系統(tǒng)的有效工具，而且，也有人證明，任何能在計(jì)算機(jī)上通過建模實(shí)現(xiàn)的過程，都能夠按照康韋細(xì)胞自動(dòng)機(jī)中的“物理機(jī)制”來模擬。但是，通過簡(jiǎn)單的分析不難看出，即使細(xì)胞自動(dòng)機(jī)完全等價(jià)于圖靈機(jī)，但從這種等價(jià)過渡到“宇宙可看成無限大的三維細(xì)胞自動(dòng)機(jī)，因而是可計(jì)算的”，這一飛躍，并沒有任何邏輯的通道，也沒有任何科學(xué)理論為其提供有說服力的辯護(hù)。況且，如前面幾部分論述，由于圖靈機(jī)等價(jià)于形式系統(tǒng)，如果局限于圖靈機(jī)算法可計(jì)算范圍，我們將無法擺脫哥德爾不完全性定理設(shè)定的邏輯極限，宇宙中畢竟存在不可計(jì)數(shù)的不可計(jì)算的對(duì)象，完全等價(jià)于圖靈機(jī)的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)無疑也包含了圖靈機(jī)的所有局限性。而且，進(jìn)一步，假定宇宙僅僅是一臺(tái)等價(jià)于圖靈機(jī)的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)，我們根本沒有必要拓展“計(jì)算”概念去探索新的計(jì)算模式，當(dāng)然也不必求助任何“自然機(jī)制”了。

因此，依照我們的立場(chǎng)，也許，建立在還原論的基礎(chǔ)上，“宇宙是可計(jì)算的”論斷暫且可以充當(dāng)一種無須提供論證的信仰，但它畢竟不是依賴于當(dāng)前科學(xué)的進(jìn)展得出的有理論依據(jù)的科學(xué)哲學(xué)結(jié)論。而且，我們對(duì)于在“算法+自然機(jī)制”這種拓展的意義上使用“計(jì)算”一詞并無大的異議，對(duì)于這種計(jì)算的前景也并不持悲觀主義的立場(chǎng)。毋寧說，我們質(zhì)疑的是某些計(jì)算主義倡導(dǎo)者們?yōu)橹纹湔摂嗨扇〉恼撟C方式。

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