智联网：概念、问题和平台（1）
发布时间：2019-07-12 10:47:40
本文旨在讨论智联网（Internet of minds，IoM）的基本概念，核心问题和关键平台技术.首先阐述智联网概念的智能时代发展需求和科学哲学思想基础，然后阐述智联网技术的背景、定义、实质，及其实现协同认知智能的目标，并举例说明其前沿应用领域，包括物理信息社会系统、软件定义系统及流程、工业智联网.接下来探讨智联网的核心问题：知识的获取、知识的协同表征和传递、以及知识的关联和协同运行.最后简单描述了智联网的关键平台技术，包括虚实平行的平台体系和基于互联网、物联网、区块链和软件定义网络的社会化通信计算平台，为分布式、自组织、自运行的安全智联网系统提供基础设施.
【摘要】 本文旨在讨论智联网（Internet of minds，IoM）的基本概念，核心问题和关键平台技术.首先阐述智联网概念的智能时代发展需求和科学哲学思想基础，然后阐述智联网技术的背景、定义、实质，及其实现协同认知智能的目标，并举例说明其前沿应用领域，包括物理信息社会系统、软件定义系统及流程、工业智联网.接下来探讨智联网的核心问题：知识的获取、知识的协同表征和传递、以及知识的关联和协同运行.最后简单描述了智联网的关键平台技术，包括虚实平行的平台体系和基于互联网、物联网、区块链和软件定义网络的社会化通信计算平台，为分布式、自组织、自运行的安全智联网系统提供基础设施.
【关键词】 智联网 知识自动化 人工语言系统 平行系统 ACP方法 知识动力学 知识计算 区块链 平行区块链
Internet of Minds: The Concept, Issues and Platforms
WANG Fei-Yue ZHANG Jun
Abstract: This paper aims to provide a blueprint for Internet of minds (IoM), discussing its concept, issues and platforms. We begin with the social and philosophical foundations for IoM, then its background is illustrated along with its concept, definition, essence and its nature of coordinative cognitive intelligence, as well as cyber-physical-social-systems (CPSS), software-defined systems (SDS), and industrial IoM being the three exemplary frontier application areas. We expound the core issues of IoM, including acquisition of knowledge, coordinative representation and delivery of knowledge, and relation and coordinative operation of knowledge. We also describe IoM's key platform technology, including real-virtual parallel platform, and social computing and communication architecture based on Internet, Internet of things, blockchain, and software-defined networks, which provides the foundation of a decentralized, autonomous, self-organized, and secured IoM infrastructure and applications.
Key words: Internet of minds (IoM) knowledge automation artificial language system parallel systems ACP approach knowledge dynamics knowledge computing blockchain parallel blockchain
1 新时代, 新思想
卡尔⋅波普尔, 当代西方最有影响的科学哲学家, 认为现实是由三个世界组成的:物理、心理和人工世界[1].卡尔⋅雅斯贝思, 在中华人民共和国诞生的1949年写了一本在全世界深具影响的书, 名为《历史的起源与目标》, 提出了“轴心时代”这一概念, 如图1所示.我们认为, 物理、心理和人工世界, 每个世界都应有自己的“轴心时代”, 雅斯贝思只是道出了第一物理世界的“轴心时代”: 公元前800到200年, 以中东、印度、中国、希腊--罗马为中心的人性大觉醒和哲学大突破时代.对于其他两个世界, 第二心理世界的“轴心时代”刚刚结束, 就是从文艺复兴开始到爱因斯坦为代表的人类理性的大觉醒和科学的大突破的时代; 第三人工世界的“轴心时代”源自哥德尔的不完备定理, 激发了维纳、图灵和冯⋅⋅诺依曼等对智能和计算的新认识, 将是智性的大觉醒和技术的大突破, 从而有了今天的人工智能和智能技术.
人类一直在围绕着三个世界建立“网” (Grids), 第一张网Grids 1.0, 就是交通网; 接着Grids 2.0, 能源网; Grids 3.0, 信息网或互联网; Grids 4.0, 物联网; 现在即将开始第五张网的建设: Grids 5.0, 智联网(Internet of minds, IoM).这五张网, 把三个世界整合在一起, 其中交通、信息、智联分别是物理、心理、虚拟三个世界自己的主网, 而能源和物联分别是第一和第二、第二和第三世界之间的过渡, 即人类通过Grids 2.0从物理世界获得物质和能源, 借助Grids 4.0由人工世界(或称虚拟世界、智理世界)取得智源和知识.围绕上述五张网, 人类社会已经进行了一系列的工业革命.第一次工业革命的核心是蒸汽机, 第二次工业革命的核心是电动机, 第三次工业革命的核心是计算机技术, 第四次工业革命的核心是网络, 特别是物联网技术.我们认为, 人类已开始步入稳定的第五次工业革命, 即工业5.0之初始阶段, 接下来就是虚实平行的智能机所推动的智能时代.
第三轴心时代正在开启, 我们即将面临第五次工业革命, 因此必须开拓思路和重新审视并建立我们的智能技术基础设施:智联网.在智能时代, 智联网必须在卡尔⋅⋅波普尔的三个世界中整合Grid 1.0到Grid 5.0的特性和功能, 形成一个合一的网.而这样的网和技术已经出现端倪, 如社会交通(Uber, MoBike), 社会能源(从智能电网、能源互联网再到社会能源), 社会计算, 社会制造, 社会智能.而这些最新出现的智能技术和系统, 必将促生智能生态系统, 共享服务, 共享经济, 最终形成智能社会.
2 智联网
2.1 概念与定义
背景: 为什么需要智联网？简而言之, 新轴心时代核心科技的必需.在智能时代新革命中, 最显著的特征, 就是智能科技作为人类和社会智能的直接延伸而出现.此时, 复杂系统, 特别是社会复杂系统的管理与控制需要超过人脑信息处理带宽和速度, 导致人们更需要借助知识自动化所衍生出的机器智能来弥补其自身智能上的不足, 进而才能去完成各种层出不穷的时变性、不定性、多样性、复杂性[2].而整个社会正在涌现海量的、各种层次上的大数据和智能体.尽管这些智能体在数据和信息的层面上实现了互相连通, 但是由于缺乏智能联结机制, 它们在知识层面上并未做到直接连通.智联网, 正是实现借助机器智能的联结来协同人类社会中各种纷杂智能体的核心科技.而只有在实现社会化的智能体知识互联之后, 人工智能技术才能够形成真正的社会化生态系统.
如果说互联网的实质是实现“虚连”或“被动联结”, 物联网的实质是“实连”或“在线联结”, 则智联网的实质是“真联”或“主动联结”.智联网是新智能时代的核心科技, 毫无疑问, 只有在智联网建成之后才可以宣告智能时代的全面来临.
智联网定义: 在这里为智联网的定义做一个初步简要的阐述:智联网, 以互联网、物联网技术为前序基础科技, 在此之上以知识自动化系统为核心系统, 以知识计算为核心技术, 以获取知识、表达知识、交换知识、关联知识为关键任务, 进而建立包含人机物在内的智能实体之间语义层次的联结、实现各智能体所拥有的知识之间的互联互通; 智联网的最终目的是支撑和完成需要大规模社会化协作的、特别是在复杂系统中需要的知识功能和知识服务.
实质: 智联网并非空中楼阁, 智联网是建立在互联网(数据信息互联)和物联网(感知控制互联)基础上的, 目标是“知识智能互联”的系统.智联网的目标是达成智能体群体之间的“协同知识自动化”和“协同认知智能”, 即以某种协同的方式进行从原始经验数据的主动采集、获取知识、交换知识、关联知识, 到知识功能, 如推理、策略、决策、规划、管控等的全自动化过程, 因此智联网的实质是一种全新的、直接面向智能的复杂协同知识自动化系统.
协同认知智能: 以人体大脑以及神经系统作为比喻, 互联网完成的是信息的互联互通, 有如遍布人体的神经传导和连接; 物联网完成了万物互联的信息采集和驱动控制, 有如负责反射的脊髓神经系统、负责处理传感信息的传感系统、负责协调控制人体的小脑、脑干、中脑、脑中等系统, 其功能即根据环境输入, 协调和决定控制输出, 属于反应智能(动物智能).而智联网追求的是认知智能, 即描述智能、预测智能、引导智能的合一体, 完成对系统在知识层面的思考, 自动、自觉地完成系统高级知识功能, 如长短期规划、重大决策、策略制定、基于环境动态的适应、复杂系统状态分析、复杂系统管控等.智联网、物联网、互联网需要将高等(认知)、中等(反应)、低等(反射)智能通过某种机制统摄到一起, 类似于人体就是三种智能的统一体一样, 形成感知、认知、思维、行动一体化的大智能系统.
更进一步, 智联网智能最大的特征, 是实现海量智能体在知识层面的直接连通, 即“协同智能”; 互联网传输的是数据与信息, 实现的是信息的协同, 物联网传输的是传感和管控的数据, 实现的是感知和控制的协同; 而智联网的智能互联, 交换的是知识本身, 经过充分的交互, 在知识的交换中完成复杂知识系统的建立、配置和优化; 同时海量的智能实体, 组成由知识联结的复杂系统, 依据一定的运行规则和机制, 如同人类社会一样, 形成社会化的自组织、自运行、自优化、自适应、自协作的网络组织.我们期待基于智联网所实现的协同智能能够创造出新的人工智能科技和应用的范式转移, 使人类社会的智能水平能够跃升到全新的高度, 同时我们更期待在这样一个由智能体组成的复杂系统中, 全新的智能现象能够从复杂性中涌现并带来革命性的突破.
2.2 智联网前沿应用领域
智联网意味向社会化的知识连通、智能整合的跃进; 意味着从相对独立的简单知识系统, 向着基于知识联结的、整合为一的复杂知识系统的跃进; 意味着从以“牛顿定律”为代表的精确物质系统, 向以“默顿定律”为代表的自由意志系统的跃进.因此, 可以预见, 智联网的实现标志着新智能时代全面到来, 将是未来智能技术的核心之一, 具有极其广阔的革命性应用前景.本节简述其的三个前沿应用领域作为示例.
1) 信息物理社会系统(Cyber-physical-social systems, CPSS): 随着信息和物理系统被进一步融合贯通, 形成了高级、复杂的信息物理系统(CPS). CPS理念被广泛应用于交通、能源、国防、制造、医疗、电力、农业等方面.显然, 作为CPS系统的设计者、制造者、管理者和使用者, 人与CPS系统是紧密结合在一起的, 需要人参与其中才能使系统更高效、安全、可靠地运行.在这其中, 人与信息物理系统之间的运行模式有共融、协同、主导、辅助、监管等, 催生了信息物理社会系统(CPSS)的诞生和发展.中国科学家团体已经开展富有成果的探索, 但其解决途径与方法, 我们认为只能蕴含在物理空间和虚拟空间Cyberspace融合的求解空间之中[3].而且关键在于引入能提供社会信号的智能实体, 构建专业和社会性的知识网络, 认知和感知社会或企业等组织, 通过CPSS, 实现智慧运营和管理. CPSS的知识, 蕴含和隐匿在海量物理和社会智能实体之内, 对知识获取和运用, 需要社会化的智能协作, 因此必须借助智能和知识工程技术, 也就是说, 知识自动化和智联网将在CPSS中发挥核心的作用[4-5].
2) 软件定义的流程与系统: 在工程领域, 越来越多的系统打破常规, 并通过开放的软件定义的系统接口实现系统功能的灵活重构, 使得未来工程系统成为智能实体的联合体, 极大地改善了系统的扩展能力和灵活性.当代软件定义系统前沿的代表为软件定义网络(SDN), 灵捷虚拟企业(Agile virtual enterprise, AVE)[6]和社会制造(众包)[7].知识自动化和智联网, 是软件定义流程与系统的核心:结合知识表示和知识工程, 联结智能实体, 构造和支撑各类针对特定领域和问题的软件定义的流程(Software-defined processes, SDP)和软件定义的系统(Software-defined systems, SDS).通过SDP和SDS, 使常识、经验、猜测、假定、希望、创新、想象等形式化和实质化, 并使其组织、过程、功能等软件化, 变为可操作、可计算、可试验的流程和系统, 从而能够进一步落实复杂知识自动化系统的构想、设计、实施、运营、管理与控制[8].
3) 工业智联网: 从上世纪中期开始, 网络化工业控制及其自动化经过了20世纪60~70年代的模拟仪表控制系统、80~90年代的集散控制系统、21世纪初的占主导地位的现场总线控制系统, 以及当前正在普及应用中的工业物联网.网络化工控系统总体趋势是从简单的本地仪控, 慢慢演化到远程智能的复杂系统管控.当前的工业物联网的注意力主要放在工业网络的精确性、确定性、自适应性、安全性等以工业用通信为中心的研发和应用上.但是随着智能制造的广度和深度进一步发展, 即将出现“软件定义工业”、“类工业领域”、“广义工业”、“社会制造”、“社会工业”等智能大工业新形态, 而智联网将在该发展过程中起决定性的作用.工业智联网的诞生, 将会以极高的效率整合各种工业和社会资源、极大减小工业过程中的浪费和消耗、极大地解放工业生产力, 并促进智能大工业的出现和高速发展.
以上只是对智联网前沿应用的举例, 在社会的各种行业和产业中, 其应用还包括农业智联网、能源智联网、医疗智联网、教育智联网和各种社会管理和服务智联网等等.如上所述, 尽管智联网及协同知识自动化系统在新智能时代具有决定性的地位, 但是作为一门崭新的学科, 缺乏基础理论支持, 也缺乏实际应用平台与实践验证.本文的目的, 抛砖引玉, 提出智联网的概念和定义, 论证智联网的核心问题、并探索智联网的可行的技术路径.
图3 智联网的基本概念和框架
Fig3. Concept and and Architecture of IoM
备注：由于科学网博文字数每篇不能超过1万字，本论文将分两个博文上传，
论文其余内容详见：智联网：概念、问题和平台（2）
来源：王飞跃科学网博客
