時間：2022-09-08 11:53:10
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1.系統的主要組成正如上文所述，專家系統的強大之處在于其可以利用某一領域的專家知識，模擬專家決策時候的決策方式以及相應的推理和判斷方式來解決某一領域中出現的諸多問題。在電子商務個性化推薦系統中應用專家系統這一程序，首先應該確定專家系統的主要領域以及相關的信息知識內容。具體來講，電子商務個性化推薦系統中專家系統應該包含的領域和知識內容應該包括消費領域以及心理領域等等，其具體的知識內容應該包括電子商務客戶的行為需求特征分析、電子商務客戶的行為適宜行為需求特征分析、電子商務客戶的決策行為需求特征分析等等，而專家系統在電子商務個性化推薦系統中的主要應用流程應該包括消費者描述自身的需求、專家系統分析適合消費者的需求、專家系統提取相應的產品信息滿足消費者的需求以及專家系統在最后的過程中對于產品的優點介紹和競爭優勢介紹等等，為消費者的最終決策提供信息幫助。根據上述分析，基于專家系統的電子商務個性化推薦系統的主要結構應該包含專家系統的核心規則數據庫（靜態數據庫）和電子商務網站的商品數據庫以及客戶數據庫（動態數據庫），同時使用咨詢子系統、規則子系統以及結果子系統來實現專家系統核心規則數據庫以及電子商務網站動態數據庫之間的有效銜接和運用。
2.專家系統核心規則數據庫邏輯上個性化推薦系統的靜態數據庫可以使用專家系統的核心規則數據庫作為程序建立的核心內容，用來存放專家系統運行的領域知識結構以及內容，并設置相應的輔助參數保證專家系統核心規則數據庫的良好運行。規則特性每一個規則包括四個特性，例如PREMISE規則的前提部分、ACTION規則的操作部分等等，同時注意CATEGORY規則按照上下文分類，每條規則只能用于某幾個上下文，以便調用；設置參數每個設置參數應該各自存儲一組屬性，用來咨詢以及程序調用，同時規定好每一個參數的參數組名稱、參數取值范圍、參數的類型結構。動態數據庫電子商務網站的用戶數據庫以及產品數據庫都隸屬于動態數據庫的存儲范圍，每一次客戶登錄或者登出的過程中，電子商務網站的動態數據庫都會隨之實時更新一次，添加相應的動態數據內容。動態數據庫對數據的主要存儲方式是根據相關對象、相關對象的具體屬性以及相關對象的具體參數數值（對象可信度、對象參數、對象跟蹤次數）來確定對該對象的信息存儲、追蹤和使用過程。
3.電子商務用戶數據庫電子商務用戶數據庫的存儲信息主要是商務網站瀏覽和登錄登出過程中各個用戶的主要信息，包括用戶的性別、年齡、職位、愛好、收藏、收入、購物經歷以及其他相關信息等等。電子商務商品數據庫電子商務商品數據庫的存儲信息主要是諸多網站商戶的產品細細，包括產品的名稱、品牌、價格、尺寸、重量、功能、材料、生產日期、保質期、售后服務以及其他相關的產品信息等等。資訊子系統資訊子系統的主要功能是根據客戶在電子商務網站上的登錄、訪問、收藏、購物等一系列信息對網站的客戶數據庫提供對客戶的定位信息，更好的做好客戶個性化產品的推薦工作，同時有效的滿足客戶產品咨詢的功能。規則子系統規則子系統的主要功能是專家系統的核心規則內容，專家智能系統能夠憑借自身的核心規則以及規則子系統的有效連接來實現客戶的產品推薦工作結果子系統結果子系統的主要功能是記錄客戶瀏覽、咨詢以及最終購買的過程，為客戶的可信度數值提供相應的資訊信息，并記錄下客戶本次的操作內容，為客戶的下次購買提供信息支持。
二、結語
關鍵詞環境專家系統廢物最少化
專家系統(ES)是人工智能(AI)的一個分支，產生于60年代中期。專家系統是一個(或一組)能在某特定領域內，以專家水平去解決領域中困難問題的計算機程序(黃可鳴1988，陳世福等1988，Waterman1986)．國外環境專家系統的研究起步較晚，但發展較快。就美國環境專家系統的發展狀況而言(白乃彬1993)，1985年前尚無環境專家系統，然而最近幾年發展很快，環境各個領域都出現了專家系統，實用性強是它們的共同特點。從應用功能來分，有以下類型：評價、預測、診斷、設計、管理、教育和生產控制等，其中大部分是環境評價專家系統。國內環境專家系統的研究從1987年開始，目前已有城市環境噪聲防治、城市污水處理、水資源保護、區域大氣環境質量評價等方面的專家系統。本文首次報道廢物最少化專家系統的研究成果。
1問題界定
廢物最少化最早由美國提出，并已在很多國家得到實施。美國國家環境局對廢物最少化的定義是：在可行的范圍內，減少產生的或隨之貯存、處理、處置的有害廢物量。廢物最少化制度將環保部門通常使用的逆向反饋控制模式與生產部門通常采用的正向控制模式結合起來：它不僅能減少廢物的數量和毒性，進而減少其處理與處置成本，而且希望能減少生產成本、提高生產率和產品質量，增加企業收入。廢物最少化以系統眼光分析解決問題，不僅僅著眼于生產過程或廢物的處理過程，而從產前、產中、產后全過程入手。因此，廢物最少化所處理的問題應是如何在企業產前、產中、產后的生產全過程中減少廢物的數量、降低廢物的毒性。
2廢物最少化專家系統的設計原則
2.1實用性
建立廢物最少化專家系統是為企業的生產管理、環境管理提供技術咨詢服務的，系統是否實用是系統成敗的一個重要標志。因此設計人員要緊密結合行業生產特點來設計系統的功能，系統設計的每一個階段都應與該行業緊密結合，并取得行業專家的配合。
2.2系統性
用系統工程方法，對廢物最少化專家系統進行全面的系統分析。廢物最少化強調的是企業生產的全過程，應系統分析企業生產的各個環節，明確削減廢物的可能性及可行性，確定系統在各個環節的功能目標和作用界面。
2.3領域專家與知識工程師相結合
對于一般的計算機應用系統來說，系統處理問題所使用的知識比較簡單、數量也較少。程序設計人員同時扮演著領域專家及知識工程師的角色。對于專家系統來說，情況則大不相同。一方面專家系統要達到領域專家的水平，就必須掌握領域專家處理問題時所使用的大量專門知識，特別是經驗知識，另一方面專家系統是一種很復雜的計算機程序，開發一個專家系統需要大量的計算機科學、特別是人工智能和知識工程方面的知識。這就決定了廢物最少化專家系統的開發必須是知識工程師、行業專家與環境管理專家密切合作、共同努力的過程。
2.4面向用戶
系統的開發應貫穿為用戶服務的宗旨，針對企業現有條件及存在的問題，提出切實可行的廢物最少化方案。系統應有較好的用戶界面，為增強用戶對系統信心，系統應具有良好的解釋功能，以增加系統的透明度，提高系統的可接受性。
2.5知識庫與推理機相分離
這是一般專家系統設計的基本原則，只有知識庫與推理機相分離，才能實現解釋功能和知識獲取功能。
2.6盡量使用統一的知識表示方法
這就便于對系統中的知識統一處理、解釋和管理，從而使專家系統的實現工作相對簡化。
3廢物最少化專家系統的結構設計
廢物最少化專家系統是全國范圍內推廣廢物最少化技術的有效手段，將為企業提供涉及廢物最少化技術的遠程、即時咨詢服務。系統開發堅持貫穿廢物最少化的綜合設計思想。從企業診斷及技術經濟分析著手，建立廢物最少化專家系統
3.1知識庫
用以存放廢物最少化技術的專門知識，由規則集及事實組成。因為專家系統的問題求解是運用專家提供的專門知識來模擬專家的思維方式進行的，所以知識是決定一個專家系統性能是否優越的關鍵因素。知識工程師一方面要頻繁地采訪專家，從同專家的對話和專家以往處理問題的實例中提取專家知識(稱為知識獲取)，另一方面．耍選擇合適的數據結構把獲取的專家知識進行形式化存入知識庫中(稱為知識表示)。
3.2數據庫
反映具體問題在當前水解狀態下的符號或事實的集合，它由問題的有關初始數據和系統求解期間所產生的所有中間信息組成。
3.3推理機
在一定的控制策略下針對數據庫中的當前問題信息，識別和選取知識庫中對當前問題的可用知識進行推理，以修改數據庫直至最終得出問題的求解結果。推理的控制策略常用的有數據驅動的正向推理方式、目標驅動的逆向推理方式和正向與逆向結合的混合推理方式3種。本設計采用目標驅動的逆向推理方式。由于實際問題的證據和知識庫中的知識常常含有不精確成份，因此推理應具有不精確推理功能。
3.4解釋器
回答用戶對系統的提問，對系統得出結論的求解過程或系統的當前求解狀態提供說明。
3.5人機接口
將專家和用戶的輸入信息翻譯成系統可接受的內部形式，同時把系統向專家或用戶的輸出信息轉換為人類易于理解的形式。
4知識獲取及形式化表示
獲取知識并把知識表達成專家系統可用的形式，是專家系統開發中的主要瓶頸之一。專家系統的主要知識源是領域專家。由于領域專家的知識絕大部分是啟發性知識，這些知識多來源于經驗，沒有正確性保障，一般不會寫入教科書或其它專業書籍中。另一方面，對于行業專家和環境管理專家來說，專家系統是一種新鮮事物，他們并不真正了解構造專家系統需要什么知識、不需要什么知識，所以由他們整理出來的知識往往就能滿足構造專家系統的要求。因此，在知識獲取過程中，必須長時間同領域專家一起工作，通常要與領域專家進行一系列深入的系統的面談，從專家對大量實例的分析中獲取專家解決問題的思路、知識、經驗及規則。例如，對于鍍鉻行業廢物最少化專家系統而言，廢物最少化技術涉及到配方工藝、操作工藝、漂洗工藝、鉻霧回收工藝、廢水處理及無害化工藝等方面，這些方面知識的獲取就要與電鍍專家、環境管理專家進行深入、細致的面談，確定各個環節所需要的概念及各種概念之間的關系，同時還需確定問題的控制流程、求解問題的約束條件等。
建立知識庫的下一步工作是對獲取的知識進行形式化表示。知識表示模式有多種，臺規則表示、框架表示和語義網絡表示等。當用于表示在某領域中多年解決問題積累的經驗知識時，用規則表示方式是很合適的。規則用IF桾HEN語句表示。對于鍍鉻行業廢物最少化專家系統。我們整理了21條規則，該知識庫是一個多目標知識庫。
5系統的建立
由于專家系統開發工具具有縮短系統開發周期、提高工作效率等優點，我們以系統性能及人機接口較好的M．1專家系統開發工具建立鍍鉻行業廢物最少化專家系統。
6結語
a廢物最少化專家系統的開發具有明顯的現實意義：能及時有效地利用專家知識和經驗，避免了專家個人原因無法提供咨詢服務的困難；易于普及專家知識，可以在更大范圍內推廣廢物最少化技術和經驗；避免讓專家進行雷同的咨詢，使專家能夠集中精力從事新的創新研究；為用戶提供靈活的建議，用戶可以根據該建議所基于的系統推理過程自行決定接受建議與否。
b專家系統開發工具能縮短系統開發周期、提高工作效率。由于每種人工智能基本技術都有一定的局限性，所以用這些技術實現的各種專家系統開發工具也不可避免地具有一定的局限性。因此能否選擇一個合適的工具是一項重要的工作。M．1是一種適合于小型專家系統開發的專家系統開發工具，實踐證明，用M．1建立廢物最少化專家系統是合適的。
c廢物最少化專家系統的開發是一個長期的過程，是系統不斷修改、不斷完善的進化過程。一方面由于廢物最少化本身是一個相對、動態的概念，廢物最少化技術處于不斷完善之中；一個方面知識獲取是一項長期而艱苦的工作，需用大量實例測試系統的運行結果，不斷修改、完善知識庫。
d環境專家系統是繼環境數據庫、環境管理信息系統之后出現的解決環境問題有用工具之一。是環境決策支持系統的重要組成部分，值得做深入的研究。
參考文獻
1白乃彬．環境專家系統進展．環境科學．1993，14(1)：49?2
〔關鍵詞〕知識圖譜；專家系統；發展軌跡
DOI：10．3969／j．issn．1008－0821．2012．02．040
〔中圖分類號〕G250.71 〔文獻標識碼〕A 〔文章編號〕1008－0821（2012）02－0159－08
Knowledge-based Expert System Development Overview MapLiao Yi
（Political Department，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China）
〔Abstract〕Artificial intelligence expert system is the most important and most active areas of an application,which implements the artificial intelligence research from theory to practice,turning from the general reasoning strategies of a major breakthrough in the use of expertise.This chronological order,the expert system into the 1980s before the 1980s,1990s,2000,after four stages.Articles using bibliometric methods,analysis of the expert system development process,development and trends,pointing out that the current phase is the development of expert systems,expert systems into a variety of commercial operation,need to address the knowledge acquisition bottleneck,matching conflicts and other issues for expert systems to understand and master the subject structure,evolution,development and so provide an unique perspective and knowledge.
〔Key words〕knowledge maps;expert systems;the development trajectory
專家系統作為人工智能的一個重要分支，發展已經超過50年，在很多應用領域都獲得了廣泛使用，取得了豐碩成果。本文運用文獻計量這一獨特視角對專家系統進行了再回顧和再分析，將智能科技劃分為初創期、成長期、低谷期、發展期，利用詞頻分析、共引分析、作者共現分析等方法揭示專家系統的學科結構、影響程度、關鍵節點與時間點等重要而獨特的知識，為了解和掌握專家系統的發展與演化過程提供了獨特視角。
1 數據來源
SCI（Science Citation Index）是美國科學情報研究所ISI（Institute for Science Information）出版的期刊文獻檢索工具，所收錄的文獻覆蓋了全世界最重要和最有影響力的研究成果，成為世界公認的自然科學領域最為重要的評價工具。本文以Web of Science中的SCI數據庫為數據來源，選用高級檢索方式，以“Expert System/Experts System”作為主題詞，于2011年5月在Web of Secience中進行檢索，一共檢索到14 500篇相關文獻記錄。獲得的年度分布如圖1。所示。雖然，專家系統研究從20世紀五六十年代就開始了，但是從圖1可以看出直到1982年才有主題詞與專家系統相關的論文出現。圖1表明1991年左右，專家系統相關論文達到了峰值，但隨后呈逐年下降的趨勢。到1999年，只有494篇。但21世紀開始，專家系統相關論文又出現了增加的趨勢，并維持在一個穩定的水平中。圖1 專家系統在SCI數據庫文獻發表年度變化情況
2012年2月第32卷第2期基于知識圖譜的專家系統發展綜述Feb.，2012Vol.32 No.22 專家系統前40年的發展
本文利用基于JAVA平臺的引文分析可視化軟件Citespace，首先設定時間跨度為1950-1991年，時間切片長度為1年，聚類方式為共被引聚類（Cited Reference），閾值選擇為（2，2，20）、（3，3，20）、（3，3，20）。Citespace得出這些引文的時間跨度為1950－1990年，可以繪制出該時間段的專家系統論文時區分布圖，如圖2所示。我們以年代先后為序，將20世紀80年代以前作為第一階段，80年代至90年代作為第二階段。圖2 1950-1991年各年度專家系統論文之間的時區分布圖
2.1 專家系統起源時期
根據圖2顯示，這段時期有7個突出節點，既有7位代表人物。第一個節點代表的是“人工智能之父”――英國著名科學家阿蘭?麥席森?圖靈（Alan Mathison Turing），他于1950年在《心靈》雜志上《計算機器與智能》，提出了著名的“圖靈測試”，探討了機器智能的可能性，為后來的人工智能科學提供了開創性的構思［1］。
第二個節點代表的是美國工程院院士、加州大學扎德（LA.Zadeh）教授，他于1965年在《信息與控制》雜志第8期上發表題為《模糊集》的論文，提出模糊集合理論，給出了模糊性現象定量描述和分析運算的方法，從而誕生了模糊數學。1978年，扎德教授提出了“可能性理論”，將不確定性理解為可能性，為模糊集理論建立了一個實際應用上的理論框架，這也被認為是模糊數學發展的第二個里程碑。同年，國際性期刊《International Journal of Fuzzy Sets and System》誕生，這使得模糊理論得到普遍承認，理論研究高速發展，實際應用迅速推廣。
第三個節點代表的美國兩院院士、卡內基-梅隆大學教授艾倫?紐厄爾（Allen Newell），1972年，他出版了《人怎樣解題》（Human Problem Solving)一書，書中描述了他和西蒙試圖建立一個計算機化的“通用問題求解器”的歷程：20世紀50年代，他們發現，人類的問題解決，在一定知識領域內可以通過計算機實現，所以他們開始用計算機編程來解決問題，1956年，他們研發出了邏輯理論家和通用問題求解器（General Problem Solver），并建立了符號主義人工智能學派。我們可以看出，這本書是對他以前所作工作的總結與歸納，而邏輯理論家和通用問題求解器正是專家系統的雛形，為專家系統的出現奠定了堅實的基礎。
但是艾倫?紐厄爾的嘗試無法解決大的實際問題，也很難把實際問題改造成適合于計算機解決的形式，并且對于解題所需的巨大搜索空間也難于處理。為此，美國國家工程院院士、斯坦福大學教授費根鮑姆（E.A.Feigenbaum）等人在總結通用問題求解系統成功與失敗的經驗基礎上，結合化學領域的專門知識，于1965年研制了世界上第一個專家系統dendral，可以推斷化學分子結構。專家系統進入了初創期，其代表有dendral、macsyma（數學專家系統）等，第一代專家系統以高度專業化、求解專門問題的能力強為特點，向人們展示了人工智能應用的廣闊前景［2］。
第四個節點代表人物是美國麻省理工學院著名的人工智能學者明斯基（Minsky）。1975年，他在論文《表示知識的框架》(A Framework for Representating Knowledge，McGraw-Hill)中提出了框架理論，框架理論的核心是以框架這種形式來表示知識。理論提出后，在人工智能界引起了極大的反響，并成為了基于框架的專家系統的理論基礎，基于框架的專家系統適合于具有固定格式的事物、動作或事件。
第五個節點代表人物是美國普林斯頓大學教授格倫謝弗（Glenn Shafer），他在1976年出版了《數學理論的證據》（A mathematical theory of evidence）一書，介紹了由他和Dempster于1967年提出的D-S理論（即證據理論）。證據理論可處理由不知道因素引起的不確定性，后來，該理論被廣泛應用于計算機科學和工程應用，是基于D-S證據理論的專家系統的理論基礎。
第六個重要節點代表是美國斯坦福大學愛德華?漢斯?肖特利夫（Shortliff EH）教授，他于1975年在著名雜志《數學生物科學》上發表《A model of inexact reasoning in medicine》（《在醫學模型的不精確推理》）一文，他結合自己1972－1974年研制的世界第一個醫學專家系統――MYCIN系統（用于診斷和治療血液感染及腦炎感染，是第二代專家系統的經典之作），提出了確定性理論，該理論對專家系統的發展產生了重大影響。
第七個節點代表人物是美國麻省理工學院計算機科學和人工智能實驗室的戴維斯（Randall Davis）教授，他于1976年提出元知識的概念，并在專家系統的研制工具開發方面做出了突出貢獻――研制出知識獲取工具Teiresias，為專家系統獲取知識實現過程中知識庫的修改和添加提供了工具［3］，關Teiresias，他于1977年在《Artificial Intelligence》雜志上中進行了詳細介紹，而這也為本時期專家系統的快速增多和廣泛應用奠定了堅實基礎。
20世紀70年代后期，隨著專家系統應用領域的不斷開拓，專家系統研發技術逐漸走向成熟。但同時，專家系統本身存在的應用領域狹窄、缺乏常識性知識、知識獲取困難、推理方法單一等問題也被逐漸暴露出來。人們從各種不同類型的專家系統和知識處理系統中抽取共性，人工智能又從具體研究逐漸回到一般研究。圍繞知識這一核心問題，人們重新對人工智能的原理和方法進行探索，并在知識的獲取、表示以及知識在推理過程中的利用等方面開始出現一組新的原理、工具和技術。
2.2 專家系統發展的黃金時期
20世紀80年代是專家系統突飛猛進、迅速發展的黃金時代，根據圖2顯示，這段時期共有論文982篇，有7個突出節點。
1980年，出現了第一個節點代表――美國斯坦福大學計算機科學系系主任尼爾森（NILS J.NILSSON），他出版的《人工智能原理》（《Principles of artificial intelligence》）一書，表明了拉近理論和實踐的距離的目標，書中對基于規則的專家系統、機器問題解決系統以及結構對象的代表等都進行了具體的論述。
1981年，出現了第二個節點代表――英國赫特福德大學教授Clocksin，威廉F，他出版的《PROLOG語言編程》一書，引起了計算機科學界的極大興趣，并已被證明是一個重要的編程語言和人工智能系統的新一代基礎，是專家系統的重要編程語言。
1982年，出現了第三個節點代表――美國匹茲堡大學教授米勒（Miller RA），他在《英格蘭醫藥分冊》上發表了《基于計算機的醫學內科實驗診斷顧問》（An Experimental Computer based Diagnostic Consultant for General Internal Medicine.N Engl J Med,307,468-76,1982）一文，屬當時診斷專家系統的代表力作，書中介紹了著名的內科疾病診斷咨詢系統INTERNIST-1，之后將其不斷完善成改進型INTERNIST-2，即后來的CADUCEUS專家系統，其知識庫中包含了572種疾病，約4 500種癥狀。
1983年，出現了第四個節點代表――美國的海斯羅斯（Hayes-Roth，F）教授，他于1983年發表著作《建立專家系統》，對專家系統建立的原則和要素、開發的生命周期等重要問題進行了詳細講解，為研究與開發各種類型的專家系統提供了理論依據。
1984年，出現了第五個節點代表――美國匹茲堡大學計算機科學、哲學和醫學教授布魯斯?布坎南（Bruce G.Buchanan），他于1984年發表著作《規則的專家系統：斯坦福啟發式編程項目Mycin實驗》（《Rule Based Expert Systems:The Mycin Experiments of the Stanford Heuristic Programming Project》，這是有史以來關于醫療診斷系統MYCIN的實驗規則庫公布。基于規則的專家系統MYCIN是專家系統開發過程中一個里程碑，研究其開發思路與方法具有非常重要的意義。
1985年，出現了第六個節點代表――美國人工智能專家、加州大學教授哈蒙（Harmon P），他出版了《專家系統：人工智能業務》（《Expert systems：artificial intelligence in business》）一書。書中闡述了專家系統如何解決問題，代表知識，并得出推論，并介紹了人工智能的具體制度，確定了專家系統的市場。
1986年，出現了第七個節點代表――著名的專家系統學者沃特曼（Waterman DA），他出版了《專家系統指南》一書，該書對專家系統的概念、組成、建立過程、建立工具、應用領域等做了深入淺出的系統介紹與論述，是當時全面介紹專家研發與應用的經典書籍。
20世紀80年代初，醫療專家系統占主流，主要原因是它屬于診斷類型系統且容易開發。80年代中期，出現大量投入商業化運行的專家系統，為各行業帶來了顯著的經濟效益。從80年代后期開始，大量新技術成功運用到專家系統之中，使得專家系統得到更廣泛的運用。在這期間開發的專家系統按處理問題的類型可以分為：解釋型、預測型、診斷型、設計型等。應用領域擴展到農業、商業、化學、通信、醫學等多個方面，成為人們常用的解決問題的手段之一。
然而，與此同時，現有的專家系統也暴露出了自身嚴重的缺陷，使不少計算機界的知名學者對專家系統產生了懷疑，認為專家系統存在的問題有以下幾點：（1）專家系統中的知識多限于經驗知識，極少有原理性的知識，系統沒有應用它們的能力；（2）知識獲取功能非常弱。為了建造專家系統，必須依賴于專家獲取知識， 不僅費時， 而且很難獲取完備性和一致性的知識；（3）求解問題的方法比較單一，以推理機為核心的對問題的求解尚不能反映專家從認識問題到解決問題的創造性過程；（4）解釋功能不強［4］。等到學者們回過頭重新審視時，20世紀90年代的專家系統理論危機已然爆發。
3 90年代專家系統向多個方向發展
由于20世紀80年代專家系統研究迅猛發展，商業價值被各行各業看好，導致90年代大批專家系統從實驗室走出來，開始了它們的工程化市場化進程。從圖1看以看出，在20世紀90年代，專家系統的相關論文不增反減，進入一個局部低谷期，這期間以“Expert System/Experts System”為主題詞的論文共7 547篇。本文利用Citespace軟件，設置參數為（4，4，20）（4，3，20）（4，4，20），獲取了該時期論文的引文聚類圖（如圖3所示）。圖2 專家系統1990－2000年的論文引文聚類圖
從圖3中我們可以看出，全圖的節點比較分散，沒有形成大的聚類，這表示該階段沒有形成重點研究方向，也沒有重大科研成果和標志性著作產生，專家系統的市場化進程嚴重牽引了研究者們的注意力，這是專家系統研究陷入低谷期的重要原因。
這段時間專家系統的研究工作大致分以下幾個方面：第一個研究方向依舊是建立在扎德（LA.Zadeh）教授模糊理論上的模糊專家系統，它同樣是該年代專家系統研究的重點方向。
第二個研究方向是骨架專家系統，代表人物有美國斯坦福大學的愛德華?漢斯?肖特利夫（Shortliff EH）教授。1974年末，MYCIN系統基本建成后，MYCIN的設計者們就想到用其它領域的知識替換關于感染病學的知識，可能會得到一個新的專家系統，這種想法導致了EMYCIN骨架系統的產生。EMYCIN的出現大大縮短了專家系統的研制周期，隨后，AGE、OPS5、KEE、KBMS、GESDE等骨架系統應運而生，它們在20世紀90年代專家系統的研究進程中，發揮著重要作用。
第三個研究方向是故障診斷專家系統，代表人物有美國麻省理工學院的蘭德爾?戴維斯（Randall Davis）教授。他于1984年在《人工智能》雜志上發表了《基于結構和行為的診斷推理 》（《Diagnostic Reasoning Based on Structure and Behavior》）一文，該論文描述了一個利用知識結構和行為，在電子電路領域進行故障診斷排除的專家系統。之后，故障診斷專家系統在電路與數字電子設備、機電設備等各個領域已取得了令人矚目的成就，已成為當今世界研究的熱點之一。
第四個研究方向是基于規則的專家系統，布魯斯?布坎南（Bruce G.Buchanan）的著作對基于規則的專家系統在這個時期的發展仍有著積極的指導作用。多種基于規則的專家系統進入了試驗階段。傳統基于規則的專家系統只是簡單的聲明性知識，而目前，規則的形式開始向產生式規則轉變，并趨向于提供較完善的知識庫建立和管理功能。
第五個研究方向是知識工程在專家系統中的運用。代表人物是美國斯坦福大學的克蘭西教授（Clancy W J），他于1985年在《人工智能》雜志上發表了重要論文《啟發式分類》（《Heuristis classification》），啟發式分類即對未知領域情況的類的識別過程。它是人類思維解決問題的重要方法，在人工智能、專家系統中可常用啟發式設計計算機程序，模擬人類解決問題的思維活動。
第六個研究方向是機器學習在專家系統中的運用。代表人物是機器學習領域前輩、澳洲悉尼大學著名教授John Ross Quinlan。他于1986年在《機器學習》（《Mach.Learn》）雜志上發表《決策樹算法》（《Induction of Decision Trees》）一文，文中他詳細描述了決策樹算法的代表――ID3算法。之后，有大量學者圍繞該算法進行了廣泛的研究，并提出多種改進算法，由于決策樹的各類算法各有優缺點，在專家系統的實際應用中，必須根據數據類型的特點及數據集的大小，選擇合適的算法。
第七個研究方向是神經網絡專家系統，代表人物有人工智能專家Stephan I.Gallant和美國加利福尼業大學教授巴特?卡斯科（Bart Kosko）。Gallant于1988年在《ACM的通信》上發表了《連接主義專家系統》（《Connectionist expert systems》）一文，文中講述Gallant 設計了一個連接主義專家系統（Connectionist expert system），其知識庫是由一個神經網絡實現的（即神經網絡知識獲取），開創了神經網絡與專家系統相結合的先例。
第八個研究方向是遺傳算法在專家系統中的運用。代表人物是遺傳算法領域著名學者、美國伊利諾伊大學David Goldberg教授和人工智能專家L.Davis。1989年，Goldberg出版了專著《搜索、優化和機器學習中的遺傳算法》，該書系統總結了遺傳算法的主要研究成果，全面而完整地論述了遺傳算法的基本原理及其應用；1991年，Davis編輯出版了《遺傳算法手冊》，書中包含了遺傳算法在科學計算、工程技術和社會經濟中的大量應用實例，該書為推廣和普及遺傳算法的應用起到了重要的指導作用。這些都推動了基于遺傳算法的專家系統的研發推廣。
第九個研究方向是決策支持系統在專家系統中的運用，代表人物是美國加利福尼亞大學伯克利分校教授埃弗雷姆?特班（Efraim Turban）。他于1990年出版了《決策支持和專家系統的管理支持系統》（《Decision support and expert systems:management support systems》）一書。20世紀80年代末90年代初，決策支持系統開始與專家系統相結合，形成智能決策支持系統，該系統充分做到了定性分析和定量分析的有機結合，將解決問題的范圍和能力提高到一個新的層次。
第十個研究方向是各種理論知識在專家系統中的綜合運用，代表人物是美國加利福尼業大學教授巴特?卡斯科（Bart Kosko）和美國伊利諾伊州研究所教授Abdul-Rahman K.H。卡斯科（Kosko）于1992年出版《神經網絡和模糊系統：一個擁有機器智能的動力系統方法》（《Neural networks and fuzzy systems:a dynamical systems approach to machine intelligence》）一書，這是第一本將神經網絡和模糊系統結合起來的讀本，也是神經網絡與模糊理論綜合應用于專家系統建設的經典著作；Abdul-Rahman K.H教授于1995年，在美國電氣和電子工程師協會的《電力系統及自動化》（《Transactions on Power Systems》）會議刊上發表了《人工智能模糊無功負荷的最優VAR控制方法 》（《AI approach to optimal VAR control with fuzzy reactive loads》）一文，論文提出了一個解決無功功率（VAR）控制問題，這個方法包含了專家系統、模糊集理論和人工神經網絡的重要知識。
雖然專家系統大量建造，但投入實際運行的專家系統并不多，且效率較低，問題求解能力有待進一步提高。原因之一就是專家系統主要是模擬某一領域中求解特定問題的專家的能力，而在模擬人類專家協作求解方面很少或幾乎沒有做什么工作。然而在現實世界中，協作求解具有普遍性，針對特定領域、特定問題的求解僅僅具有特殊性，專家系統雖然在模擬人類專家某一特定領域知識方面取得了成功，但它仍然不能或難以解決現實世界中的問題。其次，開發的專家系統的規模越來越大，并且十分復雜。這樣就要求將大型專家系統的開發變成若干小的、相對獨立的專家系統來開發，而且需要將許多不同領域的專家系統聯合起來進行協作求解。然而，與此相關的分布式人工智能理論和實用技術尚處在科研階段。只有分布式系統協作求解問題得以解決，才能克服由于單個專家系統知識的有限性和問題求解方法的單一性等導致系統的“脆弱性”，也才能提高系統的可靠性，并且在靈活性、并行性、速度等方面帶來明顯的效益［5］。
4 21世紀專家系統進入穩定發展時期
進入21世紀，專家系統開始緩慢發展，這期間以“Expert System/Experts System”為主題詞的論文共5 964篇。本文利用Citespace軟件，設置參數為（6，6，20）（5，5，20）（5，5，20），獲取了該時期論文的引文聚類圖（如圖4所示）。圖4 專家系統2000－2010年的論文引文聚類圖
這個時期專家系統有3個主要研究方向：第一個是研究方向是節點明顯的基于模糊邏輯的專家系統研究方向。90年代以來，模糊控制與專家系統技術相結合，進一步提高了模糊控制器的智能水平。基于模糊邏輯的專家系統有以下優點：一是具有專家水平的專門知識，能表現專家技能和高度的技巧以及有足夠的魯棒性（即健壯性）；二是能進行有效的推理，能夠運用人類專家的經驗和知識進行啟發性的搜索和試探性的推理；三是具有靈活性和透明性。
第二個是研究方向是Rete模式匹配算法在專家系統中的應用，代表人物是美國卡內基―梅隆大學計算機科學系的Charles L.Forgy教授，1979年，他首次提出Rete算法。專家系統工具中一個核心部分是推理機，Rete算法能利用推理機的“時間冗余”特性和規則結構的相似性，并通過保存中間運算結果的方法來提高推理的效率。1982年，他在《人工智能》雜志上發表《Rete算法：許多模式／多對象的模式匹配問題的一個快速算法》（《Rete:A Fast Algorithm for the Many Pattern/Many Object Pattern Match Problem》）一文，該文解釋了基本算法的概念，介紹了詳細的算法，描述了模式和適當的對象交涉算法，并說明了模式匹配的執行操作。
第三個是研究方向是專家系統在電力系統中的運用。世界各國的專家們開始熱衷于在電力生產的各個環節使用專家系統，代表人物有日本的福井賢、T.Sakaguchi、印度的Srinivasan D、美國伊利諾伊州研究所的Abdul-Rahman K.H、希臘雅典國立技術大學的Protopapas C.A、和中國的羅旭，他們在美國電氣和電子工程師協會的《電力傳輸》（《IEEE transactions on power delivery）會議刊及《電源設備系統》會議刊（《On Power Apparatus and Systems》）上發表了多篇有影響力的論文，內容涉及系統恢復、電力需求預測、變電站故障診斷和報警處理等多方面。
這十年間，專家系統的研究不再滿足于用現有各種模型與專家系統進行簡單結合，形成基于某種模型的專家系統的固有模式。研究者們不斷探索更方便、更有效的方法，來解決困擾專家系統的知識獲取瓶頸、匹配沖突、組合爆炸等問題，而這也推動了研究不斷向深層次、新方向發展。但是，由于專家系統應用的時間長、領域廣，他們遭遇的瓶頸問題一時得不到有效解決，導致了這一時期末，專家系統研究呈現出暫時的下滑現象。
5 專家系統發展趨勢分析
圖一發展曲線上第二個時間節點是1992年，從該年起專家系統相關論文呈下降趨勢，然后在2002年又開始緩慢增長，近一年多來又開始下降，這標志著專家系統研究在布滿荊棘的道路上前行，前景是光明的，但道路是曲折的。本文以5年為一個單位，統計了1990－2009年20年期間專家系統相關論文中高頻詞的變化情況，如表1所示，從該表可以獲得這個時期專家系統研究的一些特點。
（1）在1990-1999年期間，人工智能出現新的研究，由于網絡技術特別是國際互連網技術發展，人工智能開始由單個智能主體研究轉向基于網絡環境下的分布式人工智能研究，使人工智能更加實用，這給專家系統帶來了發展的希望。正因為如此，我們從詞頻上可以看出，人工智能（artificial intelligence）一詞在這十年一直位居前兩位，在專家系統研究中處于主導地位，而與其相關的知識表示（knowledge representation）、知識獲取(knowledge acquisition)等，也成為了學者們研究的重點方向。
（2）該時期的第二個特點是神經網絡研究的復蘇。神經網絡是通過模擬人腦的結構和工作模式，使機器具有類似人類的智能，如機器學習、知識獲取、專家系統等。我們從詞頻上可以看出神經網絡（neural network）一詞得以快速增長，1995年時位列第一，進入21世紀也是穩居第二位，神經網絡很好地解決了專家系統中知識獲取的瓶頸問題，能使專家系統具有自學習能力，它的出現為專家系統提供了一種新的解決途徑［6］，同時也顯示出他獨有的生機與活力。
（3）該時期是模糊邏輯的發展時期。模糊理論發展至今已接近三十余年，應用范圍非常廣泛，它與專家系統相結合，在故障診斷、自然語言處理、自動翻譯、地震預測、工業設計等方面取得了眾多成果。我們從詞頻上可以看出，模糊邏輯（fuzzy logic）一詞，除在1990－1994年期間位居第六位外，之后都位居前三甲，2000-2004年期間更是位列第一。模糊控制與專家系統技術相結合，進一步提高了模糊控制器智能水平，這種控制方法既保持了基于規則的方法的價值和用模糊集處理帶來的靈活性，同時把專家系統技術的表達與利用知識的長處結合起來，能處理更廣泛的控制問題。
（4）故障診斷成為專家系統研究與應用的又一重要領域。故障診斷專家系統的發展起始于20世紀70年代末,雖然時間不長,但在電路與數字電子設備、機電設備等各個領域已取得了令人矚目的成就,已成為當今世界研究的熱點之一。這從高頻詞分布可以開出，故障診斷（fault diagnosis）從1995-1999年間的最后一位攀升至2005-2009年間的第一位，足見其強大的生命力。在專家系統己有較深厚基礎的國家中，機械、電子設備的故障診斷專家系統已基本完成了研究和試驗的階段，開始進入廣泛應用。
（5）遺傳算法的應用逐漸增多。20世紀90年代，遺傳算法迎來了發展時期，無論是理論研究還是應用研究都成了十分熱門的課題。尤其是遺傳算法的應用研究顯得格外活躍，不但應用領域擴大，而且利用遺傳算法進行優化和規則學習的能力也顯著提高。進入21世紀，遺傳算法的應用研究已從初期的組合優化求解擴展到了許多更新、更工程化的應用方面。這在高頻詞分布中可以看出，以2000作為臨界點，遺傳算法（genetic algorithms）從20世紀90年代的10名之后，到位于高頻詞前六強之中，充分反映出它發展的良好勢頭。
6 小 結
專家系統是20世紀下半葉發展起來的重大技術之一，它不僅是高技術的標志，而且有著重大的經濟效益。“知識工程之父”E.Feignbaum在對世界許多國家和地區的專家系統應用情況進行調查后指出：幾乎所有的ES都至少將人的工作效率提高10倍，有的能提高100倍，甚至300倍［7］。
專家系統技術能夠使專家的專長不受時間和空間的限制，以便推廣稀缺的專家知識和經驗；同時，專家系統能促進各領域的發展，是各領域專家專業知識和經驗的總結和提煉。
專家系統發展的近期目標，是建造能用于代替人類高級腦力勞動的專家系統；遠期目標是探究人類智能和機器智能的基本原理，研究用自動機模擬人類的思維過程和智能行為，這幾乎涉及自然科學和社會科學的所有學科，遠遠超出了計算機科學的范疇。
隨著人工智能應用方法的日漸成熟，專家系統的應用領域也不斷擴大。有人類活動的地方，必將有智能技術包括專家系統的應用，專家系統將成為21世紀人類進行智能管理與決策的工具與助手。
參考文獻
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涂序彥曾任中國人工智能學會理事長、學術指導委員會主席，是中國人工智能學會的主要創建人、我國“人工智能”學科的奠基人之一，他提出的“廣義智能信息系統論”為“人工智能”學科提供了統一的理論架構，他倡導的多學派兼容、多層次結合、多智體協同的“廣義人工智能”學科體系，為現代“人工智能”學科的全面、協調、持續發展，提供了研究開發策略，他提出的“廣義智能學”促進了“智能科學技術”新學科的誕生。1988年，他編著的高等學校教材《人工智能及其應用》電子工業出版社，獲電子工業部優秀教材一等獎。
1977年，他在中國科學院自動化研究所工作，主持“控制論組”，與北京市中醫院合作，研究開發我國第一個中醫專家系統“關幼波中醫肝炎診斷治療程序”，這也是世界第一個中醫專家系統。1985年，主持“國家經濟信息專家系統關鍵技術”研究，提出大型“多級專家系統”新方法，獲國家“七，五”攻關重大成果獎。
1960年，在第一屆國際自動控制聯合會IFAC世界大會，創立多變量控制系統的新原理：“協調控制”理論，他提出的升船機多電機同步的“協調控制”方法應用于三峽工程。1981年，在《科技管理與科學學》發表“論協調”，提出創建“協調學”新學科。
1977年，涂序彥發表我國“大系統理論及應用”首篇論文，1985年，創立“大系統控制論”，1994年，撰寫出版《大系統控制論》專著，發展“控制論”的新學科。
1979年，根據國情，他創立具有中國特色的“最經濟控制”理論，提出天文科學衛星“最經濟姿態控制”新方法，在《自動化學報》發表了關于“最經濟控制”多篇論文。
1980年，總結有關“生物控制論”的科研成果，主持編著我國第一本《生物控制論》專著，由科學出版社出版，重點研究“人體控制論”，他提出“針麻－多級協調控制過程”，“經絡－人體控制系統”新學說。
1977年，涂序彥發表我國“智能控制及其應用”首篇論文，開拓“智能控制”新技術，1985年，提出“多級自尋優、自協調控制”新方法，1990年，參與發起主辦“全球華人智能控制與智能自動化”大會，任大會主席之一。2004年，在國際“人工生命與機器人”AROB學術會議宣讀論文“Intelligent Control System based onArtificial Life”。
1985年，在IFAC／IFORS／IFIP國際學術會議，涂序彥提出“智能管理”(Intelligent Management)新概念，開拓我國“智能管理”新方法、新技術，1995年，撰寫《智能管理》專著，由清華大學出版社出版。2010年，他和馬忠貴博士撰寫《協調智能調度》專著，由國防工業出版社出版。
1995年，在“人工智能”與計算機“仿真技術”相結合的基礎上，涂序彥提出“智能仿真”的概念與系統架構，2009年，應邀在中國計算機仿真高層論壇作“協同智能仿真”大會報告。
2000年，開發“智能信息推拉”技術、“基于公共知識庫的智能通信”系統，2004年，在中國人工智能學會智能信息網絡學術會議，作大會報告“智能通信與智能網絡”，2005年，提出“互動智能通信”的概念，2008年，他和馬忠貴博士撰寫《智能通信》專著，由電子工業出版社出版。
2002年，涂序彥發起并主持中國人工智能學會首屆“人工生命及應用”學術會議，提出“廣義人工生命”的概念和類譜，2003年，在國際“人工生命與機器人”AROB學術會議宣讀論文“Generalized Artificial LifeRace＆Model”，2004年，主編《人工生命及應用》論文集，2005年，北京郵電大學出版社。
2002年，涂序彥與曾廣平教授等合作，提出“軟件人”的新概念，2003年，獲國家自然科學基金項目“計算機網絡環境中的虛擬機器人一軟件人”支持，2004年，提出“廣義軟件人”，2007年，總結相關研究開發成果，撰寫《“軟件人”研究及應用》專著，由科學出版社出版。2008年，主持InternationalConference on Humanized Systems，作大會主題報告“Advanced Intelligence，Humanics，SoftMan”。
2002年，涂序彥與韓力群教授合作，提出“多中樞自協調人工腦”的新概念，2004年，在AROB國際學術會議“Study of ArtificialBrain based on Multi-Centrum Self-Coordination Mechanism”，2009年，總結相關研究開發成果，撰寫《多中樞自協調人工腦》專著，由科學出版社出版。
2003年，他在中國人工智能學會第十屆全國人工智能學術大會報告中，提出“人工智能”的姐妹學科：“人工情感”的新學科架構。2004年，在北京主持召開中日國際學術會議，作大會報告“Artificial Emotionand its Applications”，提出“IntelligentAnimation，Intelligent Game，IntelligentFilm＆Television”。
1991年，在全國“智能控制”學術會議的大會報告中，涂序彥提出“智能控制論”新學科架構，2010年，他與王樅教授等合作，撰寫出版《智能控制論》專著，在科學出版社出版。
2004年，在“智能系統”國際學術會議，涂序彥提出“擬人系統”新概念，2005年，在中國武漢，發起并主持第一屆“擬人系統”國際學術會議，他提出創建“擬人學”新學科，2008年，在中國北京，主持召開“擬人系統”國際學術大會。
2005年，他的詩集《糊涂集》包括：理智篇、山水篇、情感篇等涂詩四百首，由北京郵電大學出版社出版。
【摘要】電控發動機在結構和功能上均有了較大的改進。主要有:(1)結構的層次性、復雜性從系統論的觀點,電控發動機是由有限個“元素”通過各種“聯系”構成的多層次系統。(2)功能控制的集中性。電控發動機系統主要由電控燃油噴射系統、電控點火裝置、怠速控制、排放控制、進氣控制、增壓控制、警告提示、自我診斷與報警系統等子系統組成,電控燃油噴射系統又包括了燃油系統、進氣系統和電控系統三個組成部分。其中電控系統作為整個發動機系統的控制核心,用來協調各平行和上級系統的工作。發動機電控系統其結構的層次性、復雜性,其控制功能的集中性,導致其故障表現形式的多樣性、復雜性。
【關鍵詞】電控發動機故障分析
電控發動機系統主要由電控燃油噴射系統、電控點火裝置、怠速控制、排放控制、進氣控制、增壓控制、警告提示、自我診斷與報警系統等子系統組成。其中電控系統作為整個發動機系統的控制核心,用來協調各平行和上級系統的工作。
1發動機電控系統的組成
電控燃油噴射系統由三個系統組成:燃油系統、進氣系統和電控系統。
1.1燃油系統
燃油系統的功能是向汽缸或進氣管噴射燃燒時所需的燃油量。燃油從燃油箱內由電動汽油泵吸出,經汽油濾清器后,再由壓力調節器加壓,將壓力調節到比進氣管壓力高出約250Kpa(2.55kgf/cm2)壓力,然后經輸油管配送給噴油器和冷起動噴油器,噴油器根據電控單元ECU發來的脈沖信號,把適量燃油噴射到氣缸內。如圖2.1所示。
1.2進氣系統
進氣系統為發動機可燃混合氣的形成提供必須的空氣。空氣經過空氣濾清器、空氣流量計、節氣門體、進氣總管、進氣岐管進入氣缸。節氣門全閉,發動機在怠速工況下運行時,空氣經旁通氣道直接進入進氣岐管。
1.3電控系統
電控系統是電控單元根據傳感器檢測到的發動機運行工況和汽車運行工況來確定噴油量及點火提前角,從而控制發動機在最佳工況下的運轉。
與傳統的化油器式發動機相比,電控發動機在結構和功能上均有了較大的改進。主要有:
(1)結構的層次性、復雜性從系統論的觀點,電控發動機是由有限個“元素”通過各種“聯系”構成的多層次系統。“聯系”可分為:結構類、功能類、傳感器測點類,各自均有一定的層次性,包括頂級即電控發動機本身,分系統級由電控系、冷卻系、啟動系、機械系等組成。各類與各層次間既有各自獨立的功能,又相互影響、相互牽制。整個機體通過ECU的控制來協調各子系統,完成發動機總體功能,各子系統的功能又是由各自部件的功能相協調來實現的,各部件的功能又需要通過各元件的協調來實現。
(2)功能控制的集中性隨著電子技術的飛速發展,電子控制單元采用了數字電路及大規模集成電路,同時微機處理速度的不斷提高和存儲容量的增加使其控制功能大大增加,并具有備用功能。另外,與汽油噴射控制、點火控制及其它控制系統相關的各種控制器,由于所用的傳感器均可通用,如水溫傳感器、進氣溫度傳感器等,因此,利用控制功能集中化就可以不必按功能不同設置傳感器和ECU,而將多種控制功能集中到一個ECU上,不同控制功能所共同需要的傳感器也就只設一個,這就是集中控制系統。
汽車發動機電控系統的主要部件有:電子控制單元(ECU)、空氣流量計、節流閥體、發動機轉速傳感器等,其中節流閥體又包括:節氣門電位計、怠速節氣門電位計、怠速開關、怠速調節電機等。從控制原理來看,發動機電子控制系統可以簡化為傳感器、電子控制單元(ECU)和執行器三大組成部分。傳感器是感知信息的部件,功用是采集控制系統的信號并轉換成電信號輸送給ECU,以提供汽車運行狀況和發動機工況等相關信息。ECU接收來自傳感器的信息,進行存儲、計算和分析處理后發出響應的控制指令給執行器。執行器即執行元件,其功用是執行ECU的專項指令,從而完成控制目的。
2發動機電控系統的故障分析
發動機電控系統其結構的層次性、復雜性,其控制功能的集中性,導致其故障表現形式的多樣性、復雜性。主要表現有:
(1)多維層次性對電控發動機而言,其故障可劃分為電控系、起動系、點火系、冷卻系及機械系等子系統,子系統又由各部件與元件構成。同樣,其按功能也可劃分為若干個層級。因而發動機電控系統的故障原因與故障征兆也相應與不同的結構層級、功能層級以及傳感器測點類相關聯。
(2)傳播性發動機電控系統故障傳播方式有兩種:橫向傳播,例如電控系系統內某一傳感器故障可引起電控系內其它傳感器功能失常或失效;縱向傳播,即由元件的故障相繼引起部件故障—子系統故障—系統故障。因此微小的故障如不及時發現和排除會造成嚴重的后果。
(3)相關性某一故障可能對應若干征兆;某一征兆也可能對應若干故障。它們之間存在著錯綜復雜的關系。
(4)時間性發動機電控系統故障產生與表現常常與時間有關,這是由于發動機運轉的動態性所決定的,如間歇性故障。
(5)放射性某一部位的故障可能引起其它部件出現異常,例如發動機抖動的故障中有時僅因為一個軸承的故障引起,而該軸承的故障導致其它軸承的震動增大,而該軸承本身變化反而不明顯。
關鍵詞：1553B總線；自檢BIT；自檢覆蓋率；自檢深度
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.205
1 概述
隨著電子信息技術和人工智能技術的不斷發展，導彈武器系統性能指標不斷提高，相應的測試及自檢程序也變得更加復雜和耗時。由于導彈測試本身的限制，測試任務要分艙段、多設備多次測試才能完成，如何縮短測試時間，減少測試次數，優化測試流程變得越來越重要。
目前，國內導彈武器系統的測試主要側重于武器系統的測試設備研發，圍繞功能需求和測試指標進行專用測試設備研制，無法做到武器系統的測試研究與武器系統設計同步開展。以空空導彈為例，內部子系統之間的通訊有多種總線方式，具體包括：1553B、429、RS-422、LVDS等，如何實現系統地自檢和自診斷功能，合理的利用總線技術完成對導彈的性能測試是一個緊迫的課題，在導彈設計時利用軟硬件結合的自診斷技術，將測試指令與數據在子系統與外部測試設備之間直接傳遞，提高測試效率。
2 導彈自檢測試技術
所謂自檢就是利用事先編制好的監測程序對系統的主要功能進行自動檢測，并對故障進行定位。自檢功能給導彈系統的使用和維護帶來了很大的方便，是提高導彈系統可靠性的重要手段。
導彈自檢一般包括兩種類型：上電自檢和在線自檢，上電自檢是指導彈加電后，各子系統首先進入自檢程序，檢測各功能模塊是否處于正常工作狀態；在線自檢是指導彈在外部測試設備的控制下，按照操作指令對各個功能模塊或特定功能進行測試的自檢。在實際應用中，兩種類型的自檢都必須具備。圖1是自檢系統的結構框圖。
2.1 導彈自檢測深度
導彈自檢測深度是指導彈系統的各子系統進行自檢時，能夠檢測到功能模塊的層級與全部功能層級的比值，導彈各功能模塊自檢測深度的平均值，為導彈自檢深度。圖2為自檢測深度示意圖。
由圖2可知，導彈自檢測深度呈現金“字塔型”，頂端為全彈，再往下是各子系統，子系統下依次為組件、分組件、部件等直至最小功能模塊乃至電子元器件。“金字塔”越往下，表示被檢測模塊越多，自檢測的任務量越大，與之對應，自檢測深度就越高。為了提高導彈自檢測深度，在導彈設計初期的系統論證、設計階段，對重要的功能模塊電路就必須考慮自檢BIT技術的可達性，在硬件設計時加入相應自檢BIT測試模塊或電路，以便完成子系統內的功能模塊檢測。導彈自檢測深度達到90%是可能的，考慮到各種因素的限制，特別是研制成本和硬件開銷等，自檢測深度與成本和硬件開銷成反比。
2.2 導彈測試覆蓋率
導彈測試覆蓋率是指導彈的各子系統進行檢測時，對最小功能模塊中各元器件和信號檢測的覆蓋率，各子系統測試覆蓋率取平均值，為導彈測試覆蓋率。圖3為測試覆蓋率示意圖。
導彈測試覆蓋率越高，所需的測試時間越長，從理論上來講，測試覆蓋率是可能達到80%的，但是會給導彈設計帶來嚴重軟硬件負擔和開銷。在自檢測試設計時，必須要對內部功能和信號非常了解，合理規劃自檢測試流程，上電自檢的測試覆蓋率不宜太高，在線測試的自檢測試覆蓋率可根據需要適當提高。
3 自檢方法
3.1 算法模型自檢
算法模型自檢的基本原理是首先檢測主要的被測參數，在測量的過程中另外測量多組變量，然后依據一定的模型和算法進行分析、測量和計算，從而來判斷測量結果是否正確。所以，這類儀器除了需要輸出測量結果以外，還需要輸出的一個狀態信號來判斷測量的狀態。如圖4所示。
3.2 疊加信號自檢
疊加信號的基本原理是在測量輸入信號的同時，連續或周期性的輸入一組信號。這些信號可以是多種類型的信號，如高頻或脈沖信號，它與被測量信號疊加后經過測量通道在信號處理單元進行處理，最后經過特定的算法處理后，輸出測量數據和狀態數據，其基本流程如圖5。
3.3 周期性自檢
周期自檢的流程如圖6所示，可以看出，一個自動開關周期性地將測量信號和一些已知變量輸入通道，經過測量通道到達信號處理單元，同樣經過特定的算法和計算后，最后輸出測量數據和狀態信息。這個方法比較有效，但它的缺點是使測量信號離散，從而可能產生失真和誤差。
4 基于1553B總線的導彈測試技術方案
外部測試設備、飛控子系統通過變壓器耦合的方式掛接在1553B總線上；在導彈內部，飛控子系統以飛控計算機為控制核心，通過1553B總線與其他子系統通訊，如圖7所示。在該總線結構中外部設備與飛控計算機通訊時，飛控計算機作為遠程終端（RT），外部設備作為總線控制器（BC），外部設備不與導彈內其他子系統通訊，飛控計算機與彈內其他子系統通訊時，飛控計算機作為總線控制器（BC），其他子系統作為飛控計算機的通訊終端和被控對象（RT）。
飛控子系統與其他子系統進行數據通訊時，需要交換不同類型的數據，如BIT檢測控制信號和檢測結果、導彈正常工作中數據交換等。導彈與載機通訊時，飛控子系統是作為RT終端，飛控子系統根據載機通訊要求，劃分不同發送和接收RT子地址，以M足不同數據交換要求。導彈內部1553B通訊中，飛控子系統作為總線控制器，其他子系統作為RT終端，因此，其他子系統應該設置不同類型發送和接收RT子地址，以滿足導彈內部1553B通訊時序要求。
5 導彈系統中BIT虛警分析
BIT技術對提高導彈系統測試性、維修性和保障性方面發揮了重要作用，但是也暴露出一些問題，較高的虛警在其中尤為突出。虛警是指設備的BIT系統或其他監控系統指示有故障，而實際上不存在故障的情況，它直接導致了飛控子系統可用性降低和全壽命周期費用提高，使得使用及維修人員對BIT逐步喪失信心，直接影響了BIT的應用與推廣，嚴重制約了BIT技術更深入、廣泛的應用。
BIT的虛警問題會在從飛行任務到后勤保障維護等多個方面造成嚴重后果，錯誤的BIT指示使得產品/部件功能得不到正常有效地利用，并且會因而影響飛行任務。需采取硬件措施和軟件措施降低BIT虛警率。包括必要的硬件濾波措施，數字濾波和卡爾曼濾波技術，可以有效消除干擾噪聲對實際信號的影響；理設置判故門限，以取得BIT故障檢測率和虛警率的合理折中，多余度信息的數據融合，在BIT故障診斷算法中引入諸多專家系統、自適應和神經網絡技術等智能理論和方法等。
6 結束語
目前，國內導彈武器系統的設計不太重視自檢技術，而西方發達國家研制的導彈武器系統彈內大多采用總線設計，非常重視自檢BIT技術及應用，所以武器系統的可靠性高，測試性好。本文深入研究基于1553B總線的測試技術及應用，可以大大簡化測試流程，提高測試效率，同時降低對測試設備和測試環境的要求，具有很高的應用價值。
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[關鍵詞]錢學森；復雜系統；本體論；認識論；方法論；實踐論
[中圖分類號]BO [文獻標識碼]A [文章編號]1672-2426(2011)01-0008-06
導言
認識世界，特別是認識人類自身，是人類認識發展的永恒主題。隨著技術的發展和海量數據的產生，人類知識正以前所未有的速度向復雜性進軍。雖然理性認識已高度普及，科學理論還是面臨前所未有的挑戰，其中突出的挑戰是：如何應對復雜性?
當前，科學界普遍面臨著三大復雜性難題的挑戰：如何整合大量數據和知識，以形成對事物的深入系統的認識并用于指導社會實踐?如何在認識論和方法論上融合自然科學、社會科學與人文學科?如何綜合人類的知識體系，構建關于人與自然的和諧的科學圖景?傳統的還原論觀點難以解決這些難題。
社會雖然高度發展，但社會管理不斷面臨新的需求和挑戰，尤其在醫療和教育兩大領域。“看病難，看病貴”等社會現象，催化對醫療體系的深度思考，正在呼喚著以保障健康為目標、重在全民參與的新醫療體系。教育體制改革、人才強國戰略的實施，呼喚新的教育理論，對杰出人才的需求將催生以開發人體心智潛能為目標的新教育模式。建立在解剖學、生物化學、生理學和心理學等人體還原論基礎上的醫學模型已經遠遠不能滿足實踐需求，基于學科分類的知識結構理論，也對知識的整合、教育模式的更新設置了障礙。人們迫切需要對“人”和社會形成系統的認識，并從根本上加深對知識與實踐的關系的理解，形成從認識到實踐、到薦認識持續循環的科學認識過程。
正是在上述科學、文化、社會發展的諸多需求背景下，產生了復雜系統科學，特別是錢學森復雜系統思想。
錢學森復雜系統思想是20世紀末我國系統學研究之輝煌成果。有“大成智慧”之譽。將復雜系統研究運用于國計民生是力學泰斗錢學森教授幾十年來的深切愿望。“從定性到定量”的綜合集成法將社會科學與自然科學有機銜接，“專家研討廳”體系將精確邏輯思維和開放直覺思維有效集成，開放的復雜巨系統理論進一步為研究腦與思維、人與社會等復雜系統提供了基礎的科學模型，為面對社會系統開展認識、實踐、再認識的科學思維活動提供了行之有效的認識論和方法論。這里，錢學森以力學家特有的氣魄，引導人們在新世紀各種變幻莫測、錯綜復雜的事物面前，進行嚴謹的科學思考，作出智慧的判斷決策。他表示：“我在余生中就想促進這件事情：建立一個科學體系，并運用它解決社會主義建設中的問題。”
一、錢學森復雜系統思想
錢學森在長達數十年的探索過程中，與他周圍的專家學者，緊密跟蹤國際學術發展趨勢，以解決重大科學和社會實踐問題為目標，創建了“現代科學技術體系”、“開放的復雜巨系統理論”、“從定性到定量的綜合集成法”等若干原創性的學術思想。這一學術體系正在發展為服務于社會發展的大成智慧。
其中，開放的復雜巨系統理論和從定性到定量的綜合集成法，是錢學森復雜系統思想的核心。在此基礎上。錢學森還提出創建一系列新學科的構想。例如，把人腦作為復雜巨系統來研究，提出了“思維科學”；把地球表層作為復雜巨系統來研究，提出了“地理科學”；把人體作為復雜巨系統來研究，提出了“人體科學”等。這些學術構想，為新時期的學科創新指出了方向。
在錢學森復雜系統思想中，哲學觀具有核心作用。愛因斯坦曾指出：“如果把哲學理解為在最普遍和最廣泛的形式中對知識的追求，那么，顯然，哲學就可以被認為是全部科學研究之母”。影響科學發展的哲學觀包括本體論、認識論、方法論和實踐論四大層面。在對復雜事物的認識中，這四個層面的相互影響更為突出。對事物本質的認識(即本體論)深刻地影響著人們提出問題和解答問題的方式(即認識論)，影響著學者對系統的觀測和建模(即基礎科學)，最終影響人們對系統實施干預的目的和方法(即技術和工程)。因此，錢學森復雜系統理論的發展應該貫穿哲學觀、基礎科學、技術科學與工程實踐四大層次，形成一個完整的學術體系。
二、復雜系統本體論
1.開放的復雜巨系統論
復雜系統復雜在何處?為什么傳統的科學方法論難以處理?錢學森在對這些基本問題的深入思考中，提煉出一些復雜系統的本質性特征。他從開放性、子系統特征、相互作用特征等幾方面對系統進行了分類，提出了“開放的復雜巨系統”的概念。人腦系統、人體系統、地理系統、生態系統和社會系統等，都是典型的開放的復雜巨系統。這些系統的復雜性特點表現在：(1)系統與環境之間有豐富的物質、能量和信息交換(開放性)；(2)系統存在多層次的子系統(層次性)；(3)子系統數量巨大，種類多樣，定性模型各異(多樣性)；(4)子系統之間相互作用關系復雜(復雜性)；(5)系統的結構和功能處于永久的進化過程中(進化性)。對于這樣的系統，傳統的認識論和方法論不能提供有效的指導。錢學森指出，對這類系統的研究，需要運用從定性到定量的綜合集成法。
對復雜系統的研究不適于簡單地走自下而上的路線。與簡單系統不同，對復雜系統的觀測必然產生大量的、多層次、多層面、甚至相互對立的豐富信息。對這些信息進行綜合并形成理論模型的途徑是不唯一的，不同理論模型擁有不同的自洽度。事實證明，依靠傳統的簡單模型的思路來收集數據，通過自下而上的整合信息來獲取對復雜系統的認識，在理論和實踐上都是極為困難的。經驗告訴我們，對任何具體的復雜系統的有效認識，必須首先有一個原始的復雜系統論的模型作為出發點，再結合具體系統的知識(數據)，形成具體的模型和認識。這樣獲得的認識一定是初步的，有待深入完善的，必須在應用于實踐，然后收集實踐效果的真實資料，來重新認識。這樣形成的一個迭代檢驗、修正認識的完整途徑，在復雜系統研究中占據一個遠比簡單系統研究中更為重要的地位。
那么，最原始的復雜系統模型從哪里來呢?應該從對復雜系統的本質特征的認識中來!對系統本質特征的嚴密論述，就上升到了哲學本體論。因此復雜系統研究的突破，在最根本的層次上取決于哲學本體論的突破。復雜系統科學研究需要發展復雜系統的
本體論。
2.復雜系統的本體論
東西方哲學思想中蘊含著大量的關于本體論的闡述，從蘇格拉底、柏拉圖和亞里士多德的古代希臘哲學，到康德、黑格爾、柏格森和羅素的近代西方哲學，從孔子、釋迦摩尼和老子的古代東方儒釋道樸素的哲學思想，到當代運用、并結合中國發展的實踐所產生的思想等，對事物本質的闡述(本體論探索)始終占據核心的位置。
我們在深入梳理上述學術思想的同時，在繼承錢學森復雜系統思想的基礎上，融合現代自然科學原理，探索建立一個集古今東西方哲學、科學成果于一體的復雜系統哲學觀。由此，我們提出如下的存在論命題：宇宙中普遍存在“形體一元二面多維多層次”的開放的復雜系統，錢學森的開放的復雜巨系統是其一般表達形式。
特定的復雜系統和宇宙(自然)構成一個完整的整體，這個整體就是一元。整體一元性的科學依據是系統的自組織性，而開放性是系統在一元性下支撐其存在的條件。開放的復雜系統的運動遵循兩大科學原理，即物理宇宙的能量守恒原理和生命世界的達爾文進化原理，其運動表現形式可以概括為形體二面復雜多層次性。其中，顯現的一面是體，隱現的一面是形。體以結構為表現形式，形以功能為表現形式，數學上表現為場，或形態，與體結構相伴而同時存在。形體二面的存在性源于量子物理的觀點，證明如下：如果確認波函數是對宇宙的精確描述，則復雜生命系統同時存在宏觀的振幅密度分布和相位梯度場，前者可以直接觀察，后者可以通過前者的運動來推知。一個形象的比喻是天空中飄浮的白云和推動白云運動的氣流，云為體，氣(流)為形，氣流與云的運動是一個整體。多維，即指多自由度，指系統包括大量的子系統。也只有當子系統數目巨大時，才能產生所謂的“涌現”，形成新的層次和維度。跨層次的結構和功能一般處于不同的維度，它們之間的聯系常常難以建立，甚至難以理解。正因為多層次性，才構成復雜系統。多層次性是復雜的自組織性的體現，層次的數目刻畫了系統的復雜性。
以人體生命系統為例。核酸、蛋白質、細胞、組織、器官、系統、人體等屬于多層次的體系統結構，形成豐富的體世界，同樣，人體形系統也存在對等的多層次結構。與體系統的結構性相對立，形系統的數學形態是場，通常的運動形式是波，兩者形成鮮明的對照和互補。思想、觀念、認識、意識等都是個人的形世界中的子結構，這些結構的變化和演化，就是社會變化發展的主要內容。
上述內容構成一個相對完整的復雜系統的哲學本體論，雖然還有待深入和完善，它已經可以指導我們來研究復雜系統。那么，從這一哲學本體論出發，研究復雜系統的思路是什么呢?那就是：針對一個具體的復雜系統，我們首先問，系統的一元性、二面性、多維性、多層次性體現在何處?應該用什么方式(文字，數學)來刻畫?對這些問題的解答，構成了對特定對象的復雜系統論模型。
一個特殊的復雜系統是人類的認識系統，它的運動規律就是人類的思維規律。對思維本質規律的闡述，就是認識論。對具體思維過程的闡述，就是思維科學的內容。我們運用上述復雜系統的本體論開展對人類面對復雜系統時開展思維活動和規律的探索，形成復雜系統的認識論，以及描寫思維活動的普適數學模型，發展思維模型，同時，從宏觀上指導人們開展高效率的復雜系統思維。這是錢學森對發展思維科學所寄予的厚望。
三、復雜系統認識論和思維模型
1.錢學森論復雜性思維
錢學森指出，認識復雜系統的主體不應該是抽象的個人，而應該是一個由具備多方面知識和經驗的群體。這是因為，用來認識和優化復雜系統的知識是多樣化的，不但包括成文的知識，而且包括專家直覺和經驗，后者在對復雜系統的認識過程中起到極為重要的作用。
對復雜系統的深刻的認識和有效的干預，必須將先前的認識(直覺和經驗)和當前認識結論(決策)將要產生的效應(實踐效果)綜合起來考慮。這是復雜性思維的特色，是研究思維創新的關鍵。科學發展遭遇到瓶頸，正暴露了傳統思維的局限性。以物理學為例，愛因斯坦曾指出，在遇到發展瓶頸的時刻，如果科學家“不去批判地考查一個更加困難的多的問題，即分析日常思維的本性問題，他就不能前進一步”。對思維本性的認識就是哲學認識論。愛因斯坦指出，“科學要是沒有認識論――只要這真是可以設想的――就是原始的混亂的東西”。
2.復雜系統的認識論原理
在學習、繼承錢學森復雜性思維的基礎上，以及在上述的復雜系統本體論的指導下，我們提煉了復雜系統認識論的三條原理，即認識主客體的相對復雜性原理、認識的時空相對性原理以及理性知識的層次性和可綜合性原理。
認識主客體的相對復雜性原理是指，高級復雜系統擁有更大的復雜度，才能概括和表達低級復雜系統的特點。科學哲學家雷舍爾指出，“認識論最基礎性的原則之一就是，較低智商必定被更高智商所迷惑”。從更積極角度看待這個規律，就是要充分提高認識主體的復雜度，運用高復雜度的認知系統來概括低級復雜系統的特點。由此產生的一個關于認識論的基本命題是，為了研究一個復雜系統，首先必須界定問題的性質和其復雜度，然后，選擇適當的研究工具，包括研究主體。錢學森“從定性到定量的綜合集成法”的認識論基礎就在此。
認識的時空相對性原理。我們將穩定的公共的認識，稱為真理。真理本質上是人類文明(形世界)在長期進化過程中形成(涌現)的公共的穩定的認知結構。歷史告訴我們，沒有恒定不變的認知結構，真理具有相對性。復雜系統本體論指出，形體世界具有一元兩面的特性，它們的密切相互作用是推動“真理”這個認知結構產生演化(觀念進化)的動力。傳統的真理觀只注重真理的時間相對性，這里倡導的認識時空相對性原理同時還注重“空間”的相對性，即不同的人群可以擁有其相對穩定的、內容獨特的認知結構。生命世界和文化的多樣性發展，必然帶來認識的多樣性，這是復雜系統科學相對于自然科學真理觀的挑戰，值得深入探討。這一原理對未來世界大同、多文化和諧共存的圖景有重要意義。
理性知識的層次性和可綜合性原理。理性知識是人類的一類特殊的認知結構。古代，哲學是表達理性知識的形式。科學的發展，極大地豐富了理性知識體系，形成了人類文明史上最為龐大的知識體系。但是，隨著技術的先進，人們可以從多個角度獲得見解和知識――由于復雜性，在一般情況下，這些知識和見解之間存在沖突，這是復雜性的來源。層次性和可綜合性原理的正命題是說：存在一個多層次的整體，將互相沖突的知識安置在合適的層次和層面。我們將這一整體性的認知結構形象性地表述為“知識寶塔”。知識寶塔的存在是基于復雜系統的自組織性：無論系統如何復雜，它在
現實世界中依靠自組織形成一個有機的整體，知識寶塔是與這個現實的整體最貼近的表述。相互沖突的見解，如果它們在客觀上是合理的，就是對事物的不同側面和不同層次的性質的反映。發現知識寶塔，就是找到了綜合這些合理見解的途徑，也就解決了沖突――在更高層次上統一了相互沖突的知識。
上述認識論原理對于認識復雜系統的現象，集成觀察數據，開展科學建模，以及指導實踐具有指導性意義。具體地，也可以指導研究思維本身的具體的和微觀層次的規律，這就是思維科學的內容。
3.思維科學與思維網絡動力學模型
錢學森一直高度重視對思維規律的探索。他從系統論的思想出發，依照復雜度和應用特征，將思維分為四個層次――抽象邏輯思維，形象直感思維。靈感頓悟思維和社會集體思維，并且提出了若干課題和猜想。錢學森有關思維的論述集中體現了以下幾點：首先，思維具有多層次性，從抽象思維、到形象思維、到靈感思維，以及更多的層次；其次，思維是開放的系統。錢學森有關思維的猜想雖然不具體，但更具有科學模型的特征，對中國思維科學的發展起到重要的推動作用。
過去幾年，我們在系統梳理西方哲學認識論的基礎上，嘗試將康德的有機體概念落實到思維模型的構建中，形成與康德和黑格爾哲學思辨相呼應的思維和知識模型，并結合神經科學的最新發現，具體地將知識結構與網絡回路聯系起來，將思維過程與網絡通道的激發和回路競爭動力學聯系在一起，形成能夠統一理解數理邏輯、辯證邏輯，甚至更廣泛的復雜思維邏輯的理論框架，這就是思維的網絡動力學模型。
在思維的網絡動力學模型中，知識是一個存儲在網絡中的、具有多層次性及開放性特點的復雜系統，網絡是對這個有機整體結構的描述，思維活動可以表述為是網絡中存在的各類激發。具體地說，人在思維時，在大腦中形成一系列的網絡通路激發，這些激發分為自下而上和自上而下的雙向組織和調控過程。思維活動所形成的理性知識。是在諸多激發中形成的穩定回路結構，它們是一種亞宏觀涌現，我們稱之為知識回路。從神經科學和心理學的若干證據出發，我們猜想，知識回路展現出非線性多尺度動力學行為和網絡狀可變拓撲結構。這些認識形成了如下的知識回路模型：以概念形成思維網絡的元節點，將命題表述為概念元之間的連接通道，將知識表述為多個命題通道形成的網絡回路。
多層次、多連通的知識網絡是對復雜系統多層次和多層面性質表述的需要，也是辯證邏輯發展的必然結果。辯證邏輯不要求命題之間無矛盾，它本身就是在處理有矛盾的命題過程中發展起來的。在我們提出的知識網絡系統中，包含康德所提出的雙向因果，它體現為由多個命題回路形成的自反饋超回路；隨著概念元和連接數量的增加，網絡層次可以多方位拓展，超越層次的回路結構可以形成，為完成黑格爾的辯證法思維提供保障。在形式邏輯層面上相互矛盾的命題，在更廣泛的多層次的網絡結構中可以存在。
4.復雜概念網絡與新一代專家系統
上述的思維網絡動力學模型建立了以網絡回路之間的競爭動力學來實現演繹推理等思維活動的理論新框架，這為新一代專家系統的設計提供了理論基礎。
思維的網絡動力學模型，為我們解讀實際的復雜思維提供了有力的理論工具。以中醫臨床醫療的辨證論治復雜思維為例，我們構建了基于復雜概念網絡的中醫思維動力學模型和模擬方法：(1)用概念網絡的有序激活模擬推理；(2)用回路輸出模擬醫療推理的結論和深層解釋；(3)用多層次概念的逐層激活模擬推理的方向；(4)用多回路激活與競爭動力學模擬中醫辨證論治；(5)用“多次迭代、逐級逼近”實現思維收斂并提高準確性。
中醫的思維動力學模型，可以運用于中醫典籍和臨床醫案的解讀，進而構建中醫復雜概念網絡知識庫和設計推理運算。2009年，我們初步構建了中醫《傷寒論》的概念子網絡，進行了中醫診斷思維的初步模擬試驗，獲得與醫案記載一致的結果。并在此基礎之上，開始研制智能中醫知識網絡原型。這一研究，有望為新一代中醫專家系統研究提供理論基礎，為中醫現代化和計算機智能化的發展建立一個新的基礎。
四、復雜系統方法論
1.從定性到定量的綜合集成法
1990年，錢學森提出的“從定性到定量的綜合集成方法”，是對復雜系統本質認識的運用。綜合集成法把專家集體的知識和存儲在計算機里的豐富系統信息有機結合起來，開展綜合模擬和分析。這一方法的運用，把人的思維成果、經驗、知識、智慧以及各種情報、資料和信息加以綜合集成，從整體的模糊的定性認識細化到局部的精確的定量認識。綜合集成法的運用分為三個步驟：(1)集成多方面專家意見形成假設；(2)形成多參數定量模型；(3)形成預言并開展模型檢驗(實踐)。上述三個步驟構成一個持續迭代的循環，促進對復雜系統認識的不斷優化。2006年，于景元將錢學森復雜系統思想概括為錢學森綜合集成體系――從綜合集成思想、綜合集成方法、綜合集成理論、綜合集成技術到綜合集成工程。
上述復雜系統認識論的主體與客體的相對復雜性原理，為綜合集成法提供了認識論基礎。對于復雜度高的系統，例如人體和社會系統，必須依靠一個專家群體，運用多學科的綜合知識，才能構建全面和深入細致的理解，形成有價值的模型和較為全面的行動方案。
綜合集成法凝聚了錢學森多年從事科學研究和工程管理的經驗，具有豐富的實踐基礎。錢學森指出：從定性到定量的綜合集成法，“本質上是科學和經驗的結合。”需要在充分運用以后，“才能再升華出理論，現在還只是方法而已”。人們普遍關注，如何運用綜合集成法?多學科的知識如何集成?從理論上來說，首要的科學問題是通過怎樣的宏觀思維來確定復雜系統的維度(廣度)和層次度(深度)，對系統形成合適的知識寶塔，這是有效集成多學科知識的前提。其次，對局部的精確建模也十分重要，這就涉及到復雜系統具體建模的方法論。
2.復雜系統建模的方法論策略
在多年從事復雜力學系統建模的基礎上，我們提煉了如下復雜系統建模的方法論策略。
首先，復雜系統建模必須有明確的目標和問題。因為復雜系統包含著巨大數量的要素，而且還具有永恒的動態性，因此通常表現為數據眾多而理論不足，在數據與目標、問題之間顯現出巨大的鴻溝。所以，首先要對系統的問題目標展開理性的思辨和優化確定。明確階段性認識目標，合理地規劃對數據的分析，是首要任務。為此，必須從本體論原理出發，最大限度地利用復雜性共性實現對系統的“觸類旁通”，并以此為基礎鑒別所觀察的信息和所提出的問題的價值。這就是“知識寶塔”的重要性，信息都應該在知識寶塔上有正確的定位，其重要性取決于它與系統研究目標和所解答的問題的
相關度。
其次，充分理解復雜系統的多層次結構性和動態性，不能期望一勞永逸地解決問題。其認識論依據是理性知識的多層次性和可綜合性原理。為此，對復雜系統要梳理出多層次的目標和問題，明確分階段的優化目標以及相關問題的重要程度和迫切程度，開展多層次和迭代重復的表述。每一次表述都不是終極的，它為下一次表述做準備。
在上述原理指導下形成的復雜系統的方法論策略為：“多層表述，逐級定量，多次迭代，逐步近似”。下面，我們介紹將這一策略應用于湍流世紀難題攻關的一些情況。
3.湍流世紀難題的攻關
湍流世紀難題始于1883年流體力學家雷諾的研究，一個多世紀以來，人們孜孜不倦地探討著，如何定量精確地預測湍流平均流動的性質，形成了湍流世紀難題。20世紀30年代，德國科學家普蘭特發展了邊界層理論，被譽為上一世紀流體力學、應用數學領域最重要的十大成果之一。這一理論是當今航空航天計算設計的核心基礎。但是，理論局限在簡單邊界和低速下，對高速飛行器的設計形成極大的制約。湍流世紀難題的重要性再次成為航空航天界的熱點課題。
在對湍流研究百年來思想發展脈絡的考察后，我們認為：“要實現湍流世紀難題的突破，必須在認識論、方法論上有所創新。必須對傳統的還原論進行改造，既要重視理性的力學基本原理，又要充分考慮來自邊界和復雜介質的信息，后者通常以經驗的形式出現，兩者的有機結合才能完成對宏觀湍流的精確刻畫。”于是，我們提出了湍流“結構系綜”的新思想。
所謂結構系綜，是對湍流脈動結構的宏觀功能開展統計的、定量的和系統的描述。首先通過引進序函數、統計相關結構等一系列新概念，建立從數值模擬的經驗知識中提取湍流結構統計效應的研究平臺。2008年，以該思想為核心申報的科技部973項目“飛行器力學與光學設計中的關鍵湍流問題”成功立項。2010年，運用這一平臺，我們成功地從大規模數值模擬數據中總結出邊界層的多層結構理論，該理論定量推廣了普蘭特的邊界層理論，正在用于指導設計新型的航空航天湍流計算模型。最近，多層結構理論又在理論上取得極有意義的進展，一個基于多層李群對稱性的湍流邊界層理論正在誕生。該理論旨在延續統計物理平均場理論的傳統，將朗道創立的序參數理論、威爾森創新的臨界現象的重整化群理論推廣到湍流平均場，為解決經典物理的最后一個難題帶來新的希望。
湍流這一硬科學的難題，其最終突破將是哲學認識論、方法論和嚴謹的數理邏輯推理的共同產物。復雜系統思想應用于具體實踐，終究要將這幾方面有機結合，才能產生實質性的創新。
五、復雜人體系統科學原理的提煉
1.錢學森論人體復雜系統
錢學森指出，“要建立開放復雜巨系統的一般理論，必須從一個一個具體的開放復雜巨系統人手。”我們這里以復雜人體系統為例，發展錢學森復雜系統思想。
科學飛速發展的20世紀，眾多思想家在不同的背景下指出，應該加強對人體的系統性和復雜性的認識。但在眾多學者中，錢學森是提出建立系統人體模型的第一人，是提出建立以人體系統模型為核心的專門學科――即人體科學的第一人，是探討創立這門學科的方法論的第一人，更是認識到這門學問的重大價值，極力倡導發展這門學科的第一人。
錢學森指出：“人體是一個巨系統，不斷地與環境、與宇宙交往聯系，其內部結構也必然形成許多層次，層次各有其特征，層次又有互相的交往，有反饋調節控制。人體科學的任務就是理解這樣一個復雜的巨系統”。
2.應用于運動訓練的人體復雜系統模型
在負責組織奧運競技體育項目――皮劃艇激流回旋――科技攻關項目的過程中，我們嘗試運用錢學森復雜系統思想，研究運動員人體系統，并在實踐中總結并發展復雜人體系統研究的思路、方法和原理。在這場特殊的、跨領域的攻關實踐中，我們以復雜系統的本體論、認識論、方法論為指導，以開發優化人體系統(培養冠軍運動員)的技術和促進人體系統工程實踐(創新高效的運動訓練系統)為目標，以當代生命科學、生理學、心理學、神經科學、運動訓練學等學科前沿知識為基礎，提煉了人體復雜系統科學的若干原理。
首先，從復雜系統多層性特征的本體論出發，我們提出人體系統的多層次耦合作用原理，目標在于建立從分子細胞到人體行為的多層次關聯。我們特別提出，顯意識、潛意識與下意識與人體不同層次的神經系統功能有對應，意識的調控對應著神經系統的改變，進而影響人體功能。這一理論打破了心理、體能、技術訓練之間的隔閡，為綜合性心身訓練提供了理論基礎。
其次，從復雜系統的開放性出發，我們提出了人體意識系統的開放性原理和心理能量模型。個人的認知、情緒、思維以及心理動力的變化，只有在心理開放性原理下才能得到理解，并為心理能量的來源問題提供了新的視角，為心理訓練提供了新的方法。
再次。從復雜系統的網絡相互作用機理出發，我們提出人體行為控制的網絡作用模型。人體系統不是機械的演化，而是擁有“期望”和“行為控制”方式的進化能力。人的理性自主活動可以概括為如下動態循環過程：愿望產生――設定目標――產生計劃――執行計劃――效果反饋。上述諸要素及相關子系統構成行為調控網絡，該網絡的建立為運動訓練的科學化提供堅實的基礎。
上述原理在與神經科學、認知科學、中醫學、系統科學和運動訓練學等學科的碰撞下，進一步形成一系列運動訓練方法。例如，“技術認知訓練方法”、“心理能量訓練方法”、“意志力訓練方法”、“科學思維訓練方法”和激流訓練特殊的“表象訓練三部曲”方法，形成了一個綜合的激流訓練新體系。
這些研究成果，一方面豐富了運動訓練理論，提出了新的運動訓練學研究課題，同時促進了對人體系統的相關基礎科學研究。這些原理和訓練方法，對中國激流國家隊運動員競技能力的提升已經起了顯著的作用，被競技體育專家李少丹教授認為“對傳統的運動訓練學構成了有力的沖擊”。
六、復雜系統實踐論與大成智慧工程
1.錢學森“綜合集成體系”與“大成智慧工程”思想
錢學森提出的“從定性到定量綜合集成研討廳體系”，是他領導并組織實施的兩彈一星大規模科學技術工程實踐經驗的結晶。本質上這是一套理性的運用眾人之力、處理復雜系統問題、探索復雜系統規律的實踐方法。
綜合集成研討廳體系旨在把下列成功的經驗和科學技術成果匯總起來，并升華：①國際學術討論會(seminar)的經驗；②從定性到定量的綜合集成法；③軍事作戰模擬；④情報信息技術；⑤人工智能；⑥靈境技術(Virtual reality)；⑦人一機結合的智能系統；⑧系統學；⑨“第五次產業革命”中的其他各種信
息技術等。
綜合集成研討廳體系的目標是集“大成智慧”來解決實踐中的復雜問題，錢學森指出，“大成智慧……就在于微觀與宏觀相結合，……既不只談哲學，也不只談科學；而是把哲學和科學技術統一結合起來。哲學要指導科學，哲學也來自科學技術的提煉。這似乎是我們觀點的要害：必集大成，才能得智慧!”
錢學森把運用綜合集成法的集體稱為“總體設計部”，他希望將之建設成國家進行長遠規劃、解決各種復雜系統問題的決策咨詢和參謀機構。從中央到地方、從軍事到法律、從科技到文藝……等不同層次、不同部門、不同系統，都可以設立自己的總體設計部。并指出，總體設計部作為領導部門的決策咨詢機構，應由德高望重、學識淵博、勇于開拓的總體設計師及各行各業具有團結、務實、創新精神的科技專家組成。
總體設計部的實施對于中國社會的發展具有特殊的意義。那么，它的成功實施需要具備什么條件?這個問題只能通過理論結合實踐的道路才能夠得到解答。
2.科技奧運中“大成智慧工程”的成功實踐
理論探索和實踐之間形成快速迭代，是成功開展復雜系統研究的必要條件。這一條件必須由社會系統來提供，這是復雜系統研究取得社會性成果和效益的保障。我國競技體育系統具有目標清晰化和組織結構準軍事化兩大特征，是一個可以提供保障的社會系統。前者以競技成績為標志，使得理論成果能夠得到快速而鮮明的檢驗；后者則提供專家研討廳的組織保障。因此競技體育系統是實踐錢學森“綜合集成研討廳體系”和“總體設計部”的難得的實驗平臺。
從2006年1月到2007年8月，在舉國支持的科技奧運攻關活動中，我們在國家體育總局水上運動管理中心的組織下，在激流回旋國家隊主持了創新型、學習型、復合型教練團隊的建設，該團隊包括“中外科”(中方教練+外籍教練+科研人員)三方面的人員。在錢學森綜合集成法與專家研討廳思想的指導下，這支團隊快速集成國際先進激流知識，并根據中國運動員特點創新中西結合的新型訓練方法。這是一個由系統論主導的過程，既充滿了東方思維特色，又合理運用了西方科學的精確思維特點。三支力量有機凝聚，集中發揮了“1+1+1>3”的特殊系統功能。
運動員人體是復雜的，運動訓練是復雜的；競技比賽充滿不確定性和藝術性，更為復雜。通常，這些復雜性是由教練員這個具有豐富實踐經驗的“人”來承擔的，它受到教練員個體認識的局限。由專家學者來主導運作教練團隊，將經驗與理性相結合，是錢學森大成智慧工程的特色。但在實際運作中，面臨著跨領域探索的巨大挑戰，需要克服一系列困難。正是這些困難，為實踐和檢驗錢學森的“大成智慧”思想提供了難得的平臺。
我們在科技奧運的這一實踐活動中，對“專家研討廳”的運作規律進行了細致的總結，提出了如下認識：專家研討廳的成功運作，需要滿足四個條件，即有目標、有方案、有標準和定期研討，這也是“專家研討廳”高于常規的“開會”之處。一個持續的、多輪迭代的運行是成功的關鍵，為此，還需要有三點保障：(1)人心需要安穩；(2)組織需有結構；(3)目標需要崇高。實現這些條件的關鍵是人才和組織支撐，人才的關鍵在于專家研討廳的首席科學家，他的目標、胸襟、才干、方法以及人生積累，是集體智慧能夠不斷集成的關鍵要素；組織支撐是團隊高效率和可持續性運行的保障。兩者缺一不可。
上述實踐在較短的時間內就給中國國家激流隊帶來了新氣象。復合教練團隊實現了經驗、知識和智慧的快速集成，迅速掌握了這個項目的系統規律，帶來了中國國家激流隊競技水平的快速提升。2005年以前，中國選手從未打人世界大賽的前10名。2007年，在復合教練團隊指導下，中國隊獲得首枚男子雙劃世界杯銅牌，實現了歷史性突破，國際劃聯專門致電祝賀。從那時起，中國隊在國際大賽中已經近20次打進決賽，并取得1金3銀3銅的成績，令國際激流界矚目。
2006年8月，原先從未進入前六名的年僅18歲的國家隊女子皮艇運動員李彤被選為科技奧運“試驗田的種子選手”，開始接受北大團隊在新的理念和方法指導下的系統訓練。2006年下半年，李彤就在國內和亞洲比賽中獲得6枚金牌。2007年7月，在德國奧格斯堡經典的激流賽道，第一次接觸這個賽道、第一年參加世界杯比賽的李彤就成功打進決賽圈(前十名)，創造了激流史上的一項紀錄。國際劃聯官方網站的成績記錄表明，李彤是該年度世界上進步最快的女子皮艇運動員。2008年3月，在大洋洲錦標賽暨奧運資格選拔賽上，李彤獲得銀牌，創下了與2004、2008年兩奧運金牌選手卡琳斯卡僅差0.6秒的佳績，贏得了中國女皮國際大賽歷史最高榮譽!
七、錢學森復雜系統思想的學術意義和展望
1.對國際復雜系統研究的意義
錢學森開創復雜系統研究始于20世紀80年代，當時相關的科學探索還處于萌芽狀態，如今復雜系統研究經歷了從關注現象到關注方法、進而探索原理的過程，已經成為科學研究的前沿。1999年，美國“Science”雜志，刊登了一組標題為“復雜系統”(ComplexSystem)的專輯文章，這些文章就化學生物學、神經學、動物學、自然地理、氣候學、經濟學中的復雜性問題進行了論述；2001年，英國“Nature”雜志，也就復雜性的某些共通的側面，例如“噪聲與秩序”、“復雜網絡”等展開討論。2009年，“Science”雜志發表的“復雜系統與網絡”的專輯文章，進一步關注刻畫復雜系統的一個重要工具，即“復雜網絡”。2008年11月，美國國家科學基金會召開了一次題為“物理科學和工程中的復雜系統研究基礎”的工作會議。美國工程、數學和物理科學理事會委托給會議專家的任務是：確認在復雜系統研究道路上的“障礙”和“突破口”。與會學者們提出了復雜系統研究別突出的4大類問題，即：研究復雜系統的最好模型是什么?復雜系統的結構是如何約束它的涌現行為的?復雜系統演化和適應的結果是什么?如何校正復雜系統并且預見它們的行為?
上述問題的本質在于：如何提煉復雜系統的原理、以及如何在實踐中優化復雜系統。而本文所述的錢學森復雜系統思想及其最新發展，為系統地解答上述問題提供了新的思路。
復雜系統研究應該更緊密地依賴哲學本體論，將刻畫整體結構的概念網絡與刻畫局部變化過程的傳統數學進行有機對接，并反復迭代。從這個意義上講，需要大力發展復雜網絡這一數學工具，來回答上述第一和第二個問題。針對后兩個問題，錢學森復雜系統思想倡導有機地運用人(專家)的思維，甚至專家群體的思維，將經驗和直覺與計算機(精確數學模型運算)進行有機對接。客觀地說，這些思想超出了西方學者的視野，走在國際復雜系統
研究的前沿。如果能夠有效地落實，對發展跨學科研究，特別是針對人和社會的復雜性問題的研究，有不可替代的價值。
2.對國家建設的意義
我國處在經濟高速發展階段，各類社會矛盾正在集中爆發。醫療問題、教育問題，以及社會繁榮和穩定問題，都是典型的復雜性問題。一直以來，這些問題的解決依賴于各級政府與各個社會機構，依賴于德才皆備的各級領導。但是，隨著信息社會的來臨，隨著社會的民主化和人們需求的多樣化，需要政府處理復雜性的能力有較大的提升。錢學森的“大成智慧”學說正是未雨綢繆，因這樣的需要而產生的。錢學森復雜系統思想，對社會發展必將起到重要作用。
從本質上說，社會是人實現生命價值的場所。以此為準則，以充分發揮人體潛能為目標，對社會活動開展復雜系統工程設計，使參與活動的人群在活動中體會生活、體會生命、體會人生價值，這將從深層次上重新評估現有的政治、經濟、管理、科學研究、教育和醫療活動。社會實踐以提升人體素質為目標，就不是個別理論和個別技術所能處理和解決的。社會科學應該是生命群體的系統科學，而社會實踐在本質上是生命群體的系統工程，即社會系統工程。如果這些思想能夠得以付諸實踐，必將對中醫現代化工程、教育體制改革、運動訓練系統工程、社會健康保障系統的設計和實施起到有力的推動作用。
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鐘老師，您已經研究了幾十年的信息科學。《信息科學原理》一書已經重印到第五版。您能否給讀者們講一講，信息科學是什么？有什么特點？
鐘義信：簡要地說，信息科學就是研究信息及其運動規律的科學。具體地說，信息科學是“以信息為研究對象、以信息運動規律為研究內容、以信息科學方法為研究指南、以擴展人的智力能力（它是信息能力的有機整體）為研究目標”的一門新興橫斷科學。
武健：從概念、定義來看，信息科學與計算機科學并不完全一樣。因為信息科學是以信息運動規律為研究內容的，研究內容既不專指計算，也不是專指計算機。從這個角度思考，信息科技課程與計算機課程的內容將有很大的區別。這對于一線信息技術教師來說，了解信息科學就更加重要了。您能否給我們講一講信息科學的核心內容是什么？它對于整個社會能發揮什么作用？
鐘義信：信息科學的概念（定義）也可以通過它的基本模型來表現（見下頁圖1）。
這個模型也可以簡化為以下更直觀一些的模型（見下頁圖2）。
考察信息科學的定義和它的基本模型（以及簡化模型）可以知道：
信息科學最大的特點是研究“信息”（而不是物質和能量）。
它的核心內容就是研究“信息運動規律，即信息-知識-智能轉換的規律”。
世間一切物質的運動都會產生信息。人類正是通過研究信息，才能認識世界（包括自然和社會）。因此，信息科學的研究目標，就是“擴展人類的智力能力，也就是擴展人類認識世界和改造世界的能力”。這就是信息科學對于整個社會的作用所在。
武健：我記得您曾經講過信息分成主客體關系，那么我們理解基本模型與簡化模型也是一步步地發展出來的。從簡到繁是否可以這樣理解？（如下頁圖3）
從信息定義的基本模型中，還可以看到信息科學在特別關注著策略，尤其是人的策略。從這個角度來看，信息科技課程中會有著一批以前沒有的教學內容。技術課中的學習計算機操作的教學目標是學會操作。而信息科技框架下的課程則需要以應用技術，挖掘其中的問題解決策略，了解信息科學概念與原理為主要目標了。
每個學科都會有一批本學科的科學家，像牛頓對于物理，哈勃對于天文，歐姆對于電學……信息科學是一門新興的橫斷科學，那么您認為這門學科中有代表性的信息科學家有哪些人？
鐘義信：橫斷科學，是在概括和綜合多門學科的基礎上形成的一類學科。它不是以客觀世界的某種物質結構及其運動形式為研究對象，而是從許多物質結構及其運動形式中抽出某一特定的共同方面作為研究對象，其研究對象橫貫多個領域甚至一切領域。所以，信息科學家、信息技術專家會有自己的領域，但會在共同的信息方向有突出貢獻。
如香農（Shannon）在1948年發表了論文“通信的數學理論”，奠定了“通信信息論”;維納（Wiener）在1948年出版了著作《控制論》，奠定了隨機控制理論，貝塔朗菲（Bertalanffy）在20世紀60年代出版了《一般系統論》，建立了系統論。西蒙（Simon）對功能模擬的人工智能理論做出了奠基性的貢獻，費根鮑姆（Feigenbaum）是人工智能專家系統的開拓者，閔斯基（Minsky）對人工神經網絡和認知理論有突出的貢獻，查德（Zadeh）創建了支持信息科學研究的模糊集合和模糊邏輯， 柯爾莫戈洛夫（Kolmogorov）對信息理論和控制理論都有杰出貢獻，等等。這些人都在信息科學領域有過不同方面的重要建樹，都可以稱之為信息科學家。
由于我國只有各種信息技術的學術機構而沒有專門的信息科學的學術機構，很少純粹信息科學方面的交流機會，因此很難確定誰是信息科學家。不過，由于我國信息化建設的迅猛發展，確實出現了不少在信息科學技術方面做出重要貢獻的人員。
武健：信息科學是一門新興的學科。既然是“新興”，那么它一定在發展，甚至是快速發展。您認為信息科學主要研究的方向與進展如何？現階段出現了什么樣的困難？
鐘義信：相對而言，信息科學是一門非常年輕的學科。因此，它的主要研究方向應當是信息科學的基礎理論，研究信息的基本運動規律。其中包括信息理論、知識理論、智能理論，特別是信息、知識、智能之間的轉換理論（一體化理論）。
經過半個多世紀的研究和探索，我們在這些基礎研究方面取得了可喜的進展，具體表現在：建立了超越與拓展傳統信息論的“全信息理論”，發現了“知識的生態學規律”，創建了“機制模擬的人工智能理論”，實現了“結構主義、功能主義、行為主義人工智能理論”的統一，還創建了“基礎意識―情感―理智三位一體的高等人工智能”，特別值得提到的是，發現了意義重大的“信息轉換與智能創生定律”。
在取得這些進展的過程中，發現物質科學（代表性科學是物理科學）的科學觀（還原論）和方法論（分而治之）不適用于信息科學（和智能科學）研究，總結并提出了適用于信息科學研究的新的科學觀和方法論。
面臨的主要困難是：由于信息科學和智能理論的研究對象多數是非常復雜的問題，因此現有的數學工具不敷應用，特別是其中的邏輯理論還相當單薄，不足以支持這些復雜問題的創新研究。這是當前信息科學發展中的“瓶頸”。
武健：信息科學關系到的方法論可以分成信息科學研究的方法論和信息技術應用的方法論。根據這樣的觀點，在信息科技課程中，需要以完整的信息綜合活動展開教學，而不適合片面地學習信息獲取、信息處理某一個片段。因為信息科學方法論更強調從整體到局部，不建議從信息運動中的某一細節去理解典型的信息過程。
信息科技的方法論分成理論研究層級和技術應用層級。您認為在信息科學研究中，常用的方法與手段有哪些？
鐘義信：與物理科學研究方法最大的不同，是不再采用“分而治之，各個擊破”這種流行了數百年之久而且一直行之有效的傳統科學研究方法論，而是改為運用全新的“信息轉換與智能創生”方法論。
原因是：“分而治之”方法論在把系統分解為若干子系統的時候，必定會丟失各個子系統之間相互聯系相互作用的信息，而這些信息正是復雜信息系統的生命線。就像研究人腦思維奧秘的時候，如果采用“分而治之”的方法把人腦分解為若干部分進行研究，即使把每個部分都研究好了，也無法揭示人腦思維的奧秘，因為分解之后的這些人腦部分根本無法復原為活的人腦。
“信息轉換與智能創生”方法認為，信息系統是一個生態系統：由信息生成知識進而生成智能（策略），從而按照策略解決問題。它強調信息、知識、智能（策略）之間的相互聯系和相互作用，強調信息、知識、智能（策略）之間的生態聯系，根據外部世界客體的信息和認識主體的目的，可以通過學習創生解決問題的智能策略。
至于具體的研究工具，基本也是硬件試驗和軟件仿真（包括虛擬現實）。
武健：在信息科學體系中，您認為這個領域中最基本的概念和原理是什么？
鐘義信：信息科學最基本的概念包括信息、知識、智能。人們往往把信息科學技術僅僅局限在“信息”范疇，這其實是對信息科學技術嚴重的。經過這樣的信息科學技術的作用，就大大被削弱了。
信息科學最基本的原理則是：信息―知識―智能轉換原理。正確運用這個基本原理，人們就可以在具體的環境中求出解決問題、而且保證實現“主客雙贏”的智能策略，從而滿意地解決問題。
武健：一般人都知道，現代科學與技術有著不可分割的密切關系。一方面，很多人還不知道什么是信息科學，另一方面，還不能想象信息科學與信息技術之間有什么關系。您認為兩者有什么樣的區別與聯系？
鐘義信：信息科學與信息技術是一對孿生的概念，信息科學是信息技術的理論基礎，信息技術是信息科學理論的具體實現。兩者相互聯系，相互促進。
武健：很多人認為信息技術就是計算機技術加上網絡技術，信息技術就是能夠用計算機上網。這部分人覺得，信息技術就是信息技術，不是什么“關于信息的技術”。關于這些觀點您是怎么看的？從信息科學的角度來看信息技術應當包含什么內容？
鐘義信：只要對照信息科學的簡化模型，就可以很明確地回答：信息技術不等于計算機技術和網絡技術，因為這個說法很不全面，忽略了傳感技術，忽略了控制技術，特別是忽略了人工智能技術。
實際上，在以往，關于“信息技術”的概念，確實曾經流行過很多各不相同的說法。其中比較出名的包括：
1C說――認為“信息技術就是Communication技術”，理由是：信息論就是通信論;也有一些人認為“信息技術就是Computer技術”，理由是：計算機就是用來處理信息的技術。
2C說――認為“信息技術就是Computer+ Communication技術”。
3C說――認為“信息技術就是Computer+ Communication + Control技術”。
但是，對照信息科學的簡化模型就可以明白，這些說法都屬于“以偏概全”的認識，都是不全面的認識。
從信息科學的簡化模型可以非常清晰地了解到具體的信息技術內容，包括實現信息獲取功能的“傳感技術”，實現信息傳遞和策略傳遞功能的“通信技術”，實現信息預處理功能的“計算機技術和存儲技術”，實現信息認知功能和智能決策功能的“人工智能技術”，實現策略執行功能的“控制技術”，以及實現反饋學習和策略優化的“信息系統自組織技術”等。
武健：您認為未來20～30年，信息科技最有意思的發展可能是什么？
鐘義信：根據“科學技術擬人律”，未來20～30年，信息科學技術最有意義的發展將是人工智能技術。
對照信息科學簡化模型就知道，擴展感覺器官功能的傳感技術、擴展傳導神經系統的通信技術、擴展思維器官預處理功能的計算機技術以及擴展效應器官功能的控制技術都是相對而言的技術，擴展思維器官認知功能和決策功能的人工智能技術才是核心技術。目前信息技術已經得到長足的發展（未來當然還會繼續發展），這就為核心信息技術的發展打好了基礎，也產生了需求。因此，未來20～30年間，人工智能科學技術必然成為發展的主導潮流。
武健：您認為學習信息科技的知識對于中小學生來說有何意義？有沒有哪一部分內容需要在現階段特別強調的？
鐘義信：中小學生絕對應當學習基本的信息科學知識，掌握信息技術的基本能力。當今的時代是信息時代，不學習信息科學技術，就會成為落伍的一代，被淘汰的一代。這是非常危險的。
當然，中小學生學習信息科學技術應當遵循“循序漸進”的認知規律和“興趣引導”的教學方法。事實上，信息科學技術本身的發展就是循序漸進的，如圖4所示。
武健：您對中小學的信息科學與技術課程（不等同于計算機課程）有何期望與要求？
鐘義信：根據“信息科學技術”的定義，“計算機科學技術”只是“信息科學技術”的一個組成部分。部分不等于全體，部分不能代替全體。所以，不能用“計算機”課程代替“信息科學技術”課程。
中小學的信息科學技術教育是一個極其重要的問題，又是一個十分復雜的問題。我們不能就事論事孤立地討論中小學的信息科學技術課程，而應當把它作為“國家信息科學技術教育系統工程”來統籌考慮：小學階段學什么？中學階段學什么？大學階段學什么？碩士研究生階段學什么？博士研究生階段學什么？等等。
按照“信息科學技術教育系統工程”的思路，中小學生應當通過“學習最為基礎的信息科學概念”和“掌握最為基本的信息技術能力”形成“最淺層（然而又是準確的）的信息科學技術觀念和濃厚的興趣”。其中，“觀念和興趣”是最重要的，而“概念和能力”則是支撐這種“觀念和興趣”的支柱。
武健：鐘老師，感謝您的指導。您認為2010年后，學科基本研究才逐步成熟起來。一門學科從成熟到走進基礎教育往往需要十多年的工作，而信息科技課程的發展將是長期的。希望您以后能夠經常關注基礎教育中的信息科技課程發展，給我們更多指導。
附錄：
摘要]網絡經濟改變了整個社會經濟的生產結構和勞動結構，打破了傳統的企業管理模式和會計模式，由此，也動搖了傳統會計理論的框架。本文從網絡會計時空觀的角度，對當前我國會計假設理論的不足進行剖析，認為在網絡經濟環境下，會計系統以計算機、網絡技術等新型的信息處理工具置換了傳統的紙張、筆墨和算盤，而這種置換不僅僅是簡單的工具改變，也不再是手工會計的簡單模擬，更重要的是它所帶來的對傳統會計理念、理論與方法前所未有的沖擊與反思，并由此而引發叉一場會計發展史上的大革命。
[關鍵詞]網絡經濟會計時空觀會計假設缺陷會計系統變化
在我們跨入21世紀之際，由現代信息技術，特別是網絡技術引發的全球信息化浪潮沖擊著傳統社會生活的每一個角落，網絡化、數據化、知識化已成為時代的主旋律。網絡時代改變了整個社會經濟的生產結構和勞動結構，打破了傳統的企業管理模式和會計模式，由此，也動搖了傳統會計理論的框架，其中，首當其沖的是改變了會計的時空觀。
一、網絡經濟與會計
現代社會經歷的信息革命是人類歷史上文明發展的嶄新階段。隨著20世紀40年代末信息論、系統論、控制論的產生，經典理論中關于宇宙\"實體\"和能量要素的觀念被物質、能、信息三要素理論所取代。從信息角度對事物客體加以新的描述，已成為現代人的認識和思維方式。[1]目前，微電子技術、現代通訊技術、生物工程、人工智能、CI設計等知識密集型產業的迅速倔起，形成了繼第一產業(農業)、第二產業(工業)、第三產業(商業)之后的第四產業，從而將人類社會從\"工業文明\"推進到\"信息文明\"。在現代信息技術的催化下，全球的網絡經濟已具雛形，網絡己不僅僅是信息傳遞的媒介，更為企業的生產經營活動提供了新的場所，開創出一些全新的經濟組織(如虛擬企業)和經營方式(如電子商務)。因特網給世界經濟上足了發條:以往建立一個公司直到其上市，通常需要幾年甚至十幾年時間，可是今天的網絡公司，從幾個人的小作坊搖身一變成為幾億美元的上市公司，只需十個月;電子計算機從50年代開始發展，40多年間，從286到386……到奔騰，芯片的發展速度呈現出每18個月翻一番，同時保持成本基本不變的趨勢，這就是著名的\"摩爾定律\"。因特網驅趕著IT業一路狂奔，加緊工作，不斷創新，因為18個月后\"不成功便成仁\"。可以說，因特網己滲透到整個世界的每一角落，正深刻改變著經濟社會的\"游戲規則\"。[2]
會計是社會生產力發展的產物，\"經濟越發展，會計越重要\"。會計作為社會經濟計量的支柱，從內容到形式總是體現著各個時代經濟發展的主要風貌，它的不斷發展標志著社會文明和經濟管理的進步。就信息文明對會計學科的影響而言，它便會計發展史經歷了由會計電算化到會計信息化兩次重大變革。
會計電算化是以電子計算機替代人工記賬、算賬、報賬的過程，它的出現是會計技術手段上的一次\"革命\"。會計電算化的到來，把廣大會計工作人員從那種日夜埋頭于抄寫、計算、整理、匯總、核對等繁重的手工作業中解放出來，使他們得以騰出精力，逐漸由\"核算型\"轉向\"管理型\"，從而提高了會計工作的效率，促進了會計工作的規范化，為整個管理規則的信息化和現代化奠定了基礎。值得注意的是，盡管手工會計系統的紙張、筆墨、算盤己被電子計算機所替代，但會計規則(如會計假設、會計原則)并沒有因使用計算機而改變。因此，有人將此時的電算化會計系統稱之為\"手工會計系統的仿真\"。[3]
近期來，現代信息技術、尤其是網絡技術在會計領域的應用和發展，預示著會計技術手段由會計電算化進一步跨越到會計信息化階段。會計信息化的目標是通過將會計與現代信息技術(主要是網絡技術)的有機結合，對會計基本理論與方法、會計實務工作、會計教育等多方面均進行全面發展，進而據以建立滿足現代企業管理要求的會計信息系統。因此，會計信息化的本質是會計與現代信息技術相融合的一個發展過程。作為會計發展史上的又一個里程碑，會計信息化是一次\"質\"的飛躍，其意義在于:它不再是會計技術手段的簡單替代，或電子計算機的延伸，而是由此引發的對現行會計規則的挑戰，以及對傳統會計理論與方法的整合。對此，一些有識之士，適時提出\"網絡財務\"[4]或《網絡會計\"的全新概念。
二、從網絡經濟角度重新審視會計的時空觀
康德哲學認為，宇宙本體之下，最基本的范疇是時間和空間。經濟學意義上的時空觀意味著滿足人類需求的衡量:農業文明，產品生產者就是自身產品的需求者，沒有商品交換，沒有產品的社會性，不需要也不可能跨越時間和空間去滿足他人需要;工業文明，產品變成商品，擴大了人們的經濟交往范圍。商品生產者投人資本進行商品生產，資本是一種時間的等待，就是犧牲當前的消費，投資于長遠的利益。此外，為實現商品價值，需要通過動力型的生產力，也就是蒸汽機來跨越商品生產者與商品消費者之間的空間距離;信息文明，由于因特網，世界變成了一個地球村，此刻，時間和空間的距離又變小了。只要在線，發個E@M隊IL，瞬間即可溝通信息，與地球另一邊的企業距離變得很近。如不上網，與隔壁企業的距離卻很遠，這完全是另外一種意義上的時空概念。因特網的本質就在于使時間和空間的距離為零，或近似于零，也就是便距離帶來的磨擦系數降低，減少科斯所說的交易成本，加速度地實現商品流通。[5]目前，隨著信息文明的到來，會計所面臨的社會環境和經濟環境與工業時代相比，發生了巨大變化。但現行的會計理論與方法仍局限于工業文明的層次，這種過時的思維模式如同機器上的固定齒輪，僵化呆板而又缺乏大局觀。如果從網絡經濟的角度重新審視，展示在我們面前的將是一片會計時空的新視野。
(一)網絡會計的空間觀對會計主體假設的影響
空間，是指運動著的物質的伸張性和廣延性，一定的空間范圍對物質運動的發展有制約和影響作用。傳統會計的主體假設從空間上限定了會計工作的具體范圍，在這一假設基礎上，資產、負債、所有者權益、收入、費用、利潤等基本要素才有空間的歸屬。[6]在網絡經濟時代，企業作為會計主體，其外延不斷變化，至少表現在兩個方面:
1．模糊性。例如，已構成母、子公司關系的企業集團出現后，會計為之服務的主體已具有雙重性;再如，基于網絡的一種臨時性結盟組織(VIRTUALFIRMS虛擬公司)已不同于傳統意義上的企業組織，它借助于計算機網絡根據工作任務或市場變化的需要，可以迅速地進行分合、重組，即其\"主體\"可能時而膨脹、時而縮小、甚至解散;[7]以及近期出現并快速發展的基金項目。如此，便會計核算的空間范圍處于一種模糊狀況。對于會計主體的這種模糊性，需要重新認識和拓展會計主體假設的空間界限。
2．整合性。隨著全球經濟一體化和國際資木流動的加劇，企業間不斷進行分化、重組、兼并，跨地區、跨行業、強弱聯合、強強聯合，成立企業集團，乃至跨國集團公司，會計主體呈不斷整合之勢。以往由于受傳統方式的空間局限，集團型企業(總公司)對異地機構(子公司、分公司)的會計核算和財務管理，在技術難度和管理成本上都是高昂的。因而，在一定程度上，制約了資本的流動和企業的整合。基于互聯網的會計系統突破了這一空間局限，無需遠行，通過遠程報表、遠程監控，使物理距離變成鼠標距離，使其管理能力能夠輕易地延伸到全球的任何一個結點。從而，也使得\"大企業變小\"、\"復雜機構變得簡單明了\"。從這個意義上來說，又縮小了會計為之服務的空間范圍。
(二)網絡會計的時間觀對持續經營、會計分期假設的影響
時間，是指事物運動的持續性和順序性，是運動著的物質存在的形式。時間是無限的，但具體事物運動的時間是有限的，它是一種不可再生的資源。持續經營假設和會計分期假設確立了會計工作的時間范疇，前者設定會計主體是一個\"健康肌體\"，后者的設定是為了便于對會計主體\"健康狀況\"的定期診斷。網絡會計對持續經營、會計分期假設的突破表現在:
1．即時性。持續經營假設設定了企業在未來的一定期間內不會發生解體清算的前提條件，這是進行資產計價和收入配比、費用分配的基礎。但現代經濟中的不確定因素不斷增加，隨時都可能導致企業解體，比如，按照\"摩爾定律\"IT業企業的生命周朔只有18個月;而短期的基金項目、網絡會計的虛擬公司是一種臨時性組織，從事的多是一次易，完成后即告解散，生命周期極短，顯示出即合即分的\"即時性\"特征。因此而引發對持續經營假設的否定，縮短了會計的時間界限。
2．實時性。會計分期假設為定期報告企業財務狀況，確定經營損益提供了前提，同時，它也是權責發生制、會計要素確認與計量的依據。在網絡環境下，計算機強大的運算和傳輸功能，使手工處理信息高成本的障礙被掃除。如果說PC時代的會計系統主要解決工作量問題，那么網絡會計將在此基礎上重點突破速度問題。時間上便會計核算從事后達到實時，財務管理從靜態走向動態，只要需要，無需顧及和等待會計期末，擊點鼠標即可生成所需的會計信息，豐富了會計信息的內容，提高了信息的質量和價值。由此，可以滿足期貨業務、衍生金融工具的特殊需求，滿足廣大投資者(股民)的投資需求，去年11月，國際會計準則委員會就了\"因特網上的會計報告\"的文件。網絡會計的實時性便會計分期假設消除了時間的斷點。
三、穿越網絡時空隧道的會計反思
會計的時空觀是構架會計理論與方法的哲學。網絡環境下，它的重大改變必將引起會計系統的一系列變化:
l．集成化。會計信息是對企業經濟活動的反映，其數據源于業務部門(如，人、財、物、供、產、銷)。基于互聯網的企業管理信息系統，將企業整個生產經營活動的每個信息采集點都納入企業信息網之中，大量的數據通過網絡從企業各個管理子系統(如生產管理系統、庫存管理系統、人事管理系統)直接采集，并通過公共接口，與有關外部系統(如銀行、稅務、經銷商等)相聯結，便會計系統不再是信息的\"孤島\"，絕大部分的業務信息能夠實時轉化，直接生成會計信息，會計數據處理呈集成化之勢。
2．簡捷化。由于電子計算機具有強大的運算功能，系統由計算機來執行從會計憑證到財務報告全過程的信息處理，人工干預大大減少，客觀上消除了手工方式下信息處理過程的諸多技術環節，如平行登記、錯帳更正、過帳、結帳、對帳、試算平衡等。[8]再者，計算機又承擔起存貨計價、成本計算和計提折舊等繁雜的核算工作。因此，相對于手工會計而言，會計電算化的技術性及其復雜程度也大幅度降低，傳統的手工會計處理將逐漸退出歷史舞臺。
3．多元化。即:(1)收集與提供信息多元化。在經濟社會一體化、數字化、網絡化的基礎上，會計系統通過對企業內外各個機構、部門的信息接口轉換、接收貨幣形態的信息，同時亦可接收非貨幣形態的相關信息，其信息渠道更加寬敞;隨著多媒體技術的采用，電算系統除了提供數字化信息，也可提供圖形化信息(如財務分析、預測的直方圖、折線圖)以及語音化信息(如有聲財務分析報告);(2)處理信息方法多元化。電算化條件下，會計系統在主體認定的計算方法(如固定資產折舊的直線法)的同時，如果需要亦可選用其他備選方法(如雙倍余額遞減法、年數總和法)進行計算，比較差異。為加強管理與考核，甚至可以啟用手工方式下所不得不放棄的核算方法，例如，零售企業的\"售價數量金額核算法\"、工業企業的\"作業成本法\"等全新的核算方法;此外，由于系統可以接收(或調用)大量非貨幣形態的相關信息，便于系統運用有關數學模型，進行財務分析、預測和決策;(3)提供信息空間多元化。借助于信息處理方法多元化的結果，會計系統提供信息的空間非常廣闊，根據需要，有貨幣形態的信息，亦有非貨幣形態的相關信息(如職工的招聘與下崗、社會公益事項)，既有歷史信息(歷史成本)，也有現在信息(重置成本、公允價值)和未來信息(預定成本、目標利潤)，最終的會計信息將擺脫現有模式，能夠滿足不同用戶的個性需要，用戶可以通過\"菜單\"或\"會計頻道\"，[9]選擇搭配會計信息的\"套餐\"或\"節目\"。
4．電子化。我國會計電算化的初級階段便會計手段由算盤到鍵盤，從賬本到磁盤。而網絡會計將便會計介質繼續變化，迅速走向電子化，如各種發票、結算單據均以電子化的形式出現，會計數據流動過程中的簽字蓋章等傳統確認手段失去意義。此外，隨著電子商務的興起，貨幣的\"質地\"也將變化，不再是原來的紙幣或硬幣。網絡會計環境是一個集供應商、生產商、經銷商、用戶、銀行等機構為一體的網絡體系，巴不存在貨款的直接交易，而代之以電子貨幣進行網上結算。計算機信息處理的集中性、自動性，使傳統職權分割的控制作用近于消失，信息載體的改變及其共享程度的提高，又使手工系統以記賬規則為核心的控制體系失效。[10]對此，現代信息技術給企業的內部控制賦予了新的內涵:如口令控制、數據加密、職能權限管理、訪問時間權限管理、操作日志管理等。
5．開放化。基于互聯網的會計系統，大量的數據通過網絡是從企業內外有關系統(如證監會、銀行、企業的生產部廣]、人事部門等)直接采集。特別是企業外部的各個機構、部門(如會計師事務所、財政、審計、稅務、銀行、證券監管、保險監管等)可根據授權，在線訪問，通過Intemet進入企業內部，直接調閱會計信息。瞬間溝通便會計信息系統由封閉走向開放，由數據的微觀處理逐步登上宏觀數據運作的殿堂。對此，企業會計信息系統必須注意系統的安全性，加強回叫設備(C/L「一BM旺DEVIC磅)以及防火墻(FI旺WML)等技術，防止網上泄密和惡意攻擊。[11]會計信息透明度的增強，有效地避免會計處理的\"黑箱\"操作，有利于對企業會計信息系統的社會監督和政府監督。
6．智能化。電算化會計系統可以理解為一個由人、電子計算機系統、網絡系統、數據及程序等有機結合的應用系統。它不僅具有核算功能，而且更具控制功能和管理功能，因此，它離不開與人的相互作用，尤其是預測與輔助決策的功能必須在管理人員的參與下才能完成。所以，會計信息化不再是一個簡單的模擬手工方式的\"仿真型\"或\"傻瓜型\"系統，而是一個人機交互作用的\"智能型\"系統。目前，隨著我國經濟體制改革的深化，面對已經來臨的全球化知識經濟的浪潮，會計工作加快了由核算型向管理型的重心轉移。由此，要求會計系統必須放大功能，而網絡會計所表現出來的集成性、簡捷性、開放性、多元性、實時性等技術特征，為此提供了堅實的技術基礎。并且，在這種戰略性轉移的過程中又不斷推陳出新，例如，建立以會計為核心的\"企業管理信息系統(EIP)\"[lz]、\"智能型會計專家系統\"等，從而，又推動會計職能向更深的層次延伸。
綜上所述，在網絡經濟環境下，會計系統以計算機、網絡技術等新型的信息處理工具置換了傳統的紙張、筆墨和算盤。而這種置換不僅僅是簡單的工具改變，也不再是手工會計的簡單模擬，更重要的是它所帶來的對傳統會計理念、理論與方法前所未有的、強烈的沖擊與反思，如果我們能夠認識到這一點，充分發揮現代信息技術的潛能，將會引發又一場會計發展史上的大革命。
主要參考文獻:
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10王朝磺·計算機的發展將導致會計革命·中國會計電算化，1999B刀一5
