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智聯(lián)網(wǎng)：概念、問題和平臺（1）
發(fā)布時間：2019-07-12 10:47:40
本文旨在討論智聯(lián)網(wǎng)（Internet of minds，IoM）的基本概念，核心問題和關(guān)鍵平臺技術(shù).首先闡述智聯(lián)網(wǎng)概念的智能時代發(fā)展需求和科學(xué)哲學(xué)思想基礎(chǔ)，然后闡述智聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的背景、定義、實質(zhì)，及其實現(xiàn)協(xié)同認知智能的目標，并舉例說明其前沿應(yīng)用領(lǐng)域，包括物理信息社會系統(tǒng)、軟件定義系統(tǒng)及流程、工業(yè)智聯(lián)網(wǎng).接下來探討智聯(lián)網(wǎng)的核心問題：知識的獲取、知識的協(xié)同表征和傳遞、以及知識的關(guān)聯(lián)和協(xié)同運行.最后簡單描述了智聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵平臺技術(shù)，包括虛實平行的平臺體系和基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈和軟件定義網(wǎng)絡(luò)的社會化通信計算平臺，為分布式、自組織、自運行的安全智聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)施.
【摘要】 本文旨在討論智聯(lián)網(wǎng)（Internet of minds，IoM）的基本概念，核心問題和關(guān)鍵平臺技術(shù).首先闡述智聯(lián)網(wǎng)概念的智能時代發(fā)展需求和科學(xué)哲學(xué)思想基礎(chǔ)，然后闡述智聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的背景、定義、實質(zhì)，及其實現(xiàn)協(xié)同認知智能的目標，并舉例說明其前沿應(yīng)用領(lǐng)域，包括物理信息社會系統(tǒng)、軟件定義系統(tǒng)及流程、工業(yè)智聯(lián)網(wǎng).接下來探討智聯(lián)網(wǎng)的核心問題：知識的獲取、知識的協(xié)同表征和傳遞、以及知識的關(guān)聯(lián)和協(xié)同運行.最后簡單描述了智聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵平臺技術(shù)，包括虛實平行的平臺體系和基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈和軟件定義網(wǎng)絡(luò)的社會化通信計算平臺，為分布式、自組織、自運行的安全智聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)設(shè)施.
【關(guān)鍵詞】 智聯(lián)網(wǎng) 知識自動化 人工語言系統(tǒng) 平行系統(tǒng) ACP方法 知識動力學(xué) 知識計算 區(qū)塊鏈 平行區(qū)塊鏈
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 新時代, 新思想
卡爾?波普爾, 當(dāng)代西方最有影響的科學(xué)哲學(xué)家, 認為現(xiàn)實是由三個世界組成的:物理、心理和人工世界[1].卡爾?雅斯貝思, 在中華人民共和國誕生的1949年寫了一本在全世界深具影響的書, 名為《歷史的起源與目標》, 提出了“軸心時代”這一概念, 如圖1所示.我們認為, 物理、心理和人工世界, 每個世界都應(yīng)有自己的“軸心時代”, 雅斯貝思只是道出了第一物理世界的“軸心時代”: 公元前800到200年, 以中東、印度、中國、希臘--羅馬為中心的人性大覺醒和哲學(xué)大突破時代.對于其他兩個世界, 第二心理世界的“軸心時代”剛剛結(jié)束, 就是從文藝復(fù)興開始到愛因斯坦為代表的人類理性的大覺醒和科學(xué)的大突破的時代; 第三人工世界的“軸心時代”源自哥德爾的不完備定理, 激發(fā)了維納、圖靈和馮??諾依曼等對智能和計算的新認識, 將是智性的大覺醒和技術(shù)的大突破, 從而有了今天的人工智能和智能技術(shù).
人類一直在圍繞著三個世界建立“網(wǎng)” (Grids), 第一張網(wǎng)Grids 1.0, 就是交通網(wǎng); 接著Grids 2.0, 能源網(wǎng); Grids 3.0, 信息網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng); Grids 4.0, 物聯(lián)網(wǎng); 現(xiàn)在即將開始第五張網(wǎng)的建設(shè): Grids 5.0, 智聯(lián)網(wǎng)(Internet of minds, IoM).這五張網(wǎng), 把三個世界整合在一起, 其中交通、信息、智聯(lián)分別是物理、心理、虛擬三個世界自己的主網(wǎng), 而能源和物聯(lián)分別是第一和第二、第二和第三世界之間的過渡, 即人類通過Grids 2.0從物理世界獲得物質(zhì)和能源, 借助Grids 4.0由人工世界(或稱虛擬世界、智理世界)取得智源和知識.圍繞上述五張網(wǎng), 人類社會已經(jīng)進行了一系列的工業(yè)革命.第一次工業(yè)革命的核心是蒸汽機, 第二次工業(yè)革命的核心是電動機, 第三次工業(yè)革命的核心是計算機技術(shù), 第四次工業(yè)革命的核心是網(wǎng)絡(luò), 特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).我們認為, 人類已開始步入穩(wěn)定的第五次工業(yè)革命, 即工業(yè)5.0之初始階段, 接下來就是虛實平行的智能機所推動的智能時代.
第三軸心時代正在開啟, 我們即將面臨第五次工業(yè)革命, 因此必須開拓思路和重新審視并建立我們的智能技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施:智聯(lián)網(wǎng).在智能時代, 智聯(lián)網(wǎng)必須在卡爾??波普爾的三個世界中整合Grid 1.0到Grid 5.0的特性和功能, 形成一個合一的網(wǎng).而這樣的網(wǎng)和技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)端倪, 如社會交通(Uber, MoBike), 社會能源(從智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)再到社會能源), 社會計算, 社會制造, 社會智能.而這些最新出現(xiàn)的智能技術(shù)和系統(tǒng), 必將促生智能生態(tài)系統(tǒng), 共享服務(wù), 共享經(jīng)濟, 最終形成智能社會.
2 智聯(lián)網(wǎng)
2.1 概念與定義
背景: 為什么需要智聯(lián)網(wǎng)？簡而言之, 新軸心時代核心科技的必需.在智能時代新革命中, 最顯著的特征, 就是智能科技作為人類和社會智能的直接延伸而出現(xiàn).此時, 復(fù)雜系統(tǒng), 特別是社會復(fù)雜系統(tǒng)的管理與控制需要超過人腦信息處理帶寬和速度, 導(dǎo)致人們更需要借助知識自動化所衍生出的機器智能來彌補其自身智能上的不足, 進而才能去完成各種層出不窮的時變性、不定性、多樣性、復(fù)雜性[2].而整個社會正在涌現(xiàn)海量的、各種層次上的大數(shù)據(jù)和智能體.盡管這些智能體在數(shù)據(jù)和信息的層面上實現(xiàn)了互相連通, 但是由于缺乏智能聯(lián)結(jié)機制, 它們在知識層面上并未做到直接連通.智聯(lián)網(wǎng), 正是實現(xiàn)借助機器智能的聯(lián)結(jié)來協(xié)同人類社會中各種紛雜智能體的核心科技.而只有在實現(xiàn)社會化的智能體知識互聯(lián)之后, 人工智能技術(shù)才能夠形成真正的社會化生態(tài)系統(tǒng).
如果說互聯(lián)網(wǎng)的實質(zhì)是實現(xiàn)“虛連”或“被動聯(lián)結(jié)”, 物聯(lián)網(wǎng)的實質(zhì)是“實連”或“在線聯(lián)結(jié)”, 則智聯(lián)網(wǎng)的實質(zhì)是“真聯(lián)”或“主動聯(lián)結(jié)”.智聯(lián)網(wǎng)是新智能時代的核心科技, 毫無疑問, 只有在智聯(lián)網(wǎng)建成之后才可以宣告智能時代的全面來臨.
智聯(lián)網(wǎng)定義: 在這里為智聯(lián)網(wǎng)的定義做一個初步簡要的闡述:智聯(lián)網(wǎng), 以互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為前序基礎(chǔ)科技, 在此之上以知識自動化系統(tǒng)為核心系統(tǒng), 以知識計算為核心技術(shù), 以獲取知識、表達知識、交換知識、關(guān)聯(lián)知識為關(guān)鍵任務(wù), 進而建立包含人機物在內(nèi)的智能實體之間語義層次的聯(lián)結(jié)、實現(xiàn)各智能體所擁有的知識之間的互聯(lián)互通; 智聯(lián)網(wǎng)的最終目的是支撐和完成需要大規(guī)模社會化協(xié)作的、特別是在復(fù)雜系統(tǒng)中需要的知識功能和知識服務(wù).
實質(zhì): 智聯(lián)網(wǎng)并非空中樓閣, 智聯(lián)網(wǎng)是建立在互聯(lián)網(wǎng)(數(shù)據(jù)信息互聯(lián))和物聯(lián)網(wǎng)(感知控制互聯(lián))基礎(chǔ)上的, 目標是“知識智能互聯(lián)”的系統(tǒng).智聯(lián)網(wǎng)的目標是達成智能體群體之間的“協(xié)同知識自動化”和“協(xié)同認知智能”, 即以某種協(xié)同的方式進行從原始經(jīng)驗數(shù)據(jù)的主動采集、獲取知識、交換知識、關(guān)聯(lián)知識, 到知識功能, 如推理、策略、決策、規(guī)劃、管控等的全自動化過程, 因此智聯(lián)網(wǎng)的實質(zhì)是一種全新的、直接面向智能的復(fù)雜協(xié)同知識自動化系統(tǒng).
協(xié)同認知智能: 以人體大腦以及神經(jīng)系統(tǒng)作為比喻, 互聯(lián)網(wǎng)完成的是信息的互聯(lián)互通, 有如遍布人體的神經(jīng)傳導(dǎo)和連接; 物聯(lián)網(wǎng)完成了萬物互聯(lián)的信息采集和驅(qū)動控制, 有如負責(zé)反射的脊髓神經(jīng)系統(tǒng)、負責(zé)處理傳感信息的傳感系統(tǒng)、負責(zé)協(xié)調(diào)控制人體的小腦、腦干、中腦、腦中等系統(tǒng), 其功能即根據(jù)環(huán)境輸入, 協(xié)調(diào)和決定控制輸出, 屬于反應(yīng)智能(動物智能).而智聯(lián)網(wǎng)追求的是認知智能, 即描述智能、預(yù)測智能、引導(dǎo)智能的合一體, 完成對系統(tǒng)在知識層面的思考, 自動、自覺地完成系統(tǒng)高級知識功能, 如長短期規(guī)劃、重大決策、策略制定、基于環(huán)境動態(tài)的適應(yīng)、復(fù)雜系統(tǒng)狀態(tài)分析、復(fù)雜系統(tǒng)管控等.智聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)需要將高等(認知)、中等(反應(yīng))、低等(反射)智能通過某種機制統(tǒng)攝到一起, 類似于人體就是三種智能的統(tǒng)一體一樣, 形成感知、認知、思維、行動一體化的大智能系統(tǒng).
更進一步, 智聯(lián)網(wǎng)智能最大的特征, 是實現(xiàn)海量智能體在知識層面的直接連通, 即“協(xié)同智能”; 互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)與信息, 實現(xiàn)的是信息的協(xié)同, 物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)氖莻鞲泻凸芸氐臄?shù)據(jù), 實現(xiàn)的是感知和控制的協(xié)同; 而智聯(lián)網(wǎng)的智能互聯(lián), 交換的是知識本身, 經(jīng)過充分的交互, 在知識的交換中完成復(fù)雜知識系統(tǒng)的建立、配置和優(yōu)化; 同時海量的智能實體, 組成由知識聯(lián)結(jié)的復(fù)雜系統(tǒng), 依據(jù)一定的運行規(guī)則和機制, 如同人類社會一樣, 形成社會化的自組織、自運行、自優(yōu)化、自適應(yīng)、自協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)組織.我們期待基于智聯(lián)網(wǎng)所實現(xiàn)的協(xié)同智能能夠創(chuàng)造出新的人工智能科技和應(yīng)用的范式轉(zhuǎn)移, 使人類社會的智能水平能夠躍升到全新的高度, 同時我們更期待在這樣一個由智能體組成的復(fù)雜系統(tǒng)中, 全新的智能現(xiàn)象能夠從復(fù)雜性中涌現(xiàn)并帶來革命性的突破.
2.2 智聯(lián)網(wǎng)前沿應(yīng)用領(lǐng)域
智聯(lián)網(wǎng)意味向社會化的知識連通、智能整合的躍進; 意味著從相對獨立的簡單知識系統(tǒng), 向著基于知識聯(lián)結(jié)的、整合為一的復(fù)雜知識系統(tǒng)的躍進; 意味著從以“牛頓定律”為代表的精確物質(zhì)系統(tǒng), 向以“默頓定律”為代表的自由意志系統(tǒng)的躍進.因此, 可以預(yù)見, 智聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)標志著新智能時代全面到來, 將是未來智能技術(shù)的核心之一, 具有極其廣闊的革命性應(yīng)用前景.本節(jié)簡述其的三個前沿應(yīng)用領(lǐng)域作為示例.
1) 信息物理社會系統(tǒng)(Cyber-physical-social systems, CPSS): 隨著信息和物理系統(tǒng)被進一步融合貫通, 形成了高級、復(fù)雜的信息物理系統(tǒng)(CPS). CPS理念被廣泛應(yīng)用于交通、能源、國防、制造、醫(yī)療、電力、農(nóng)業(yè)等方面.顯然, 作為CPS系統(tǒng)的設(shè)計者、制造者、管理者和使用者, 人與CPS系統(tǒng)是緊密結(jié)合在一起的, 需要人參與其中才能使系統(tǒng)更高效、安全、可靠地運行.在這其中, 人與信息物理系統(tǒng)之間的運行模式有共融、協(xié)同、主導(dǎo)、輔助、監(jiān)管等, 催生了信息物理社會系統(tǒng)(CPSS)的誕生和發(fā)展.中國科學(xué)家團體已經(jīng)開展富有成果的探索, 但其解決途徑與方法, 我們認為只能蘊含在物理空間和虛擬空間Cyberspace融合的求解空間之中[3].而且關(guān)鍵在于引入能提供社會信號的智能實體, 構(gòu)建專業(yè)和社會性的知識網(wǎng)絡(luò), 認知和感知社會或企業(yè)等組織, 通過CPSS, 實現(xiàn)智慧運營和管理. CPSS的知識, 蘊含和隱匿在海量物理和社會智能實體之內(nèi), 對知識獲取和運用, 需要社會化的智能協(xié)作, 因此必須借助智能和知識工程技術(shù), 也就是說, 知識自動化和智聯(lián)網(wǎng)將在CPSS中發(fā)揮核心的作用[4-5].
2) 軟件定義的流程與系統(tǒng): 在工程領(lǐng)域, 越來越多的系統(tǒng)打破常規(guī), 并通過開放的軟件定義的系統(tǒng)接口實現(xiàn)系統(tǒng)功能的靈活重構(gòu), 使得未來工程系統(tǒng)成為智能實體的聯(lián)合體, 極大地改善了系統(tǒng)的擴展能力和靈活性.當(dāng)代軟件定義系統(tǒng)前沿的代表為軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN), 靈捷虛擬企業(yè)(Agile virtual enterprise, AVE)[6]和社會制造(眾包)[7].知識自動化和智聯(lián)網(wǎng), 是軟件定義流程與系統(tǒng)的核心:結(jié)合知識表示和知識工程, 聯(lián)結(jié)智能實體, 構(gòu)造和支撐各類針對特定領(lǐng)域和問題的軟件定義的流程(Software-defined processes, SDP)和軟件定義的系統(tǒng)(Software-defined systems, SDS).通過SDP和SDS, 使常識、經(jīng)驗、猜測、假定、希望、創(chuàng)新、想象等形式化和實質(zhì)化, 并使其組織、過程、功能等軟件化, 變?yōu)榭刹僮鳌⒖捎嬎恪⒖稍囼灥牧鞒毯拖到y(tǒng), 從而能夠進一步落實復(fù)雜知識自動化系統(tǒng)的構(gòu)想、設(shè)計、實施、運營、管理與控制[8].
3) 工業(yè)智聯(lián)網(wǎng): 從上世紀中期開始, 網(wǎng)絡(luò)化工業(yè)控制及其自動化經(jīng)過了20世紀60~70年代的模擬儀表控制系統(tǒng)、80~90年代的集散控制系統(tǒng)、21世紀初的占主導(dǎo)地位的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng), 以及當(dāng)前正在普及應(yīng)用中的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng).網(wǎng)絡(luò)化工控系統(tǒng)總體趨勢是從簡單的本地儀控, 慢慢演化到遠程智能的復(fù)雜系統(tǒng)管控.當(dāng)前的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的注意力主要放在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的精確性、確定性、自適應(yīng)性、安全性等以工業(yè)用通信為中心的研發(fā)和應(yīng)用上.但是隨著智能制造的廣度和深度進一步發(fā)展, 即將出現(xiàn)“軟件定義工業(yè)”、“類工業(yè)領(lǐng)域”、“廣義工業(yè)”、“社會制造”、“社會工業(yè)”等智能大工業(yè)新形態(tài), 而智聯(lián)網(wǎng)將在該發(fā)展過程中起決定性的作用.工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)的誕生, 將會以極高的效率整合各種工業(yè)和社會資源、極大減小工業(yè)過程中的浪費和消耗、極大地解放工業(yè)生產(chǎn)力, 并促進智能大工業(yè)的出現(xiàn)和高速發(fā)展.
以上只是對智聯(lián)網(wǎng)前沿應(yīng)用的舉例, 在社會的各種行業(yè)和產(chǎn)業(yè)中, 其應(yīng)用還包括農(nóng)業(yè)智聯(lián)網(wǎng)、能源智聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療智聯(lián)網(wǎng)、教育智聯(lián)網(wǎng)和各種社會管理和服務(wù)智聯(lián)網(wǎng)等等.如上所述, 盡管智聯(lián)網(wǎng)及協(xié)同知識自動化系統(tǒng)在新智能時代具有決定性的地位, 但是作為一門嶄新的學(xué)科, 缺乏基礎(chǔ)理論支持, 也缺乏實際應(yīng)用平臺與實踐驗證.本文的目的, 拋磚引玉, 提出智聯(lián)網(wǎng)的概念和定義, 論證智聯(lián)網(wǎng)的核心問題、并探索智聯(lián)網(wǎng)的可行的技術(shù)路徑.
圖3 智聯(lián)網(wǎng)的基本概念和框架
Fig3. Concept and and Architecture of IoM
備注：由于科學(xué)網(wǎng)博文字數(shù)每篇不能超過1萬字，本論文將分兩個博文上傳，
論文其余內(nèi)容詳見：智聯(lián)網(wǎng)：概念、問題和平臺（2）
來源：王飛躍科學(xué)網(wǎng)博客
