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1、拟人智能的实现之结构功能程洪文(第三人民医院,湖北省 钟祥市431900)摘 要: 经典的人工智能理论在模拟人脑的智能方面令人失望，为了用智能软件模拟人的智能，本文提出了全新的理论和方法。它提出并讨论了，如何用记忆柱模拟人脑皮质垂直柱的功能来实现基本的兴奋单位的模拟，同时讨论了如何用它来模拟人脑的高级结构与功能。本文提出的理论较好的解决了智能软件的大规模并行计算、兴奋、并行存储、自我学习等智能实现的关键问题。它主要分三部分：1、设计、讨论了智能软件的一些主要结构、功能及编程方式，包括记忆柱等，并简要讨论了如何将大规模顺序计算转化为并行计算。2、讨论了智能软件的基本功能、高级功能及它们是如何被实
2、现的，包括并行存储、思维等。并讨论了它的一些运行特点。3、讨论了我为什么这样来设计智能软件。虽经几十年发展，但人工智能在用软件模拟人的智能方面仍让人失望。经典的神经网络理论、遗传算法、专家系统等人工智能理论都不能使智能软件具有以下人脑所具有的能力：1、能与复杂的环境相适应的自我学习能力。2、大规模并行计算、兴奋、及并行存储、回忆的能力。3、自然而简单的模糊兴奋、回忆的能力。4、思维能力。当然也就不可能具有像人一样的智能了。本文先从理论上解决了智能软件的大规模并行计算、兴奋，并行存储、回忆及模糊兴奋、回忆的问题，然后提出了操作中枢的概念。讨论了智能软件的的高级功能，包括自学习能力（包括确定与转换
3、目的、奖惩学习等）、抽象思维等能力等问题。我认为仿生学派通过模仿人脑的基本结构的功能来使智能软件获得智能，方向是正确的，主要是模拟对象及对象的功能选择上有问题。因而在本文我提出了记忆柱的概念，它部分模拟了人脑的皮质垂直柱的功能，皮质垂直柱是特殊的神经网络，每个皮质垂直柱都含有一定数目的传入、传出轴突，它即能被兴奋又能记忆兴奋、遗忘兴奋还能传出兴奋，它的功能建立在组成它的神经元的功能之上。本文的记忆柱与广义的神经网络相比，有明确、简单的结构与功能，便于大规模编写、理论思考。当然，我认为其中最关键的是规定了记忆柱只能是兴奋性记忆柱，这一规定使一群记忆柱的有效记忆、有效回忆（指被刺激记忆时这一群记忆
4、柱兴奋，回忆时仍是这一群记忆柱兴奋，这样，回忆的内容才是记忆的内容）、模糊兴奋、回忆、并行存储能容易的实现。有了这些低级功能做基础，我们才能设计出智能软件的高级功能。传统的人工智能理论没有对人脑低级结构模仿，当然也谈不上对人脑的高级功能的模仿，智能软件高级功能的核心是动力（奖惩）预期中枢的功能，它模仿了人脑奖惩预期中枢的功能，它使智能软件有了自我学习发展的能力，也是智能的基础核心。说明：1、为了论述方便，神经科学的许多词语在本文被我直接借用（如纤维、联络区等在本文都被直接使用，但它们都是虚拟的）。2、在实现智能软件的某些功能时，有时只要某一方法能实现这些功能，我便采取了这一方法，但在实现功能时
5、这一方法可能不是最佳的。（比如为了表示兴奋的先后关系，本文所引入的基本记忆柱群的概念）3、在论述智能软件的高级功能时由于篇幅的限制，论述的较简单。详细的论述见我相关的文章。计算机所具有的复制、修改、存储文件的功能是智能软件的编写基础。1 智能软件的结构及各结构间的关系概述智能软件可分为核心部分与周围部分，1、核心部分包括感觉、传出中枢的联络区及操作中枢（包括状态中枢、奖惩中枢、强度中枢，状态中枢又包括目的中枢、注意力分配中枢及其它的一些辅助中枢）。2、周围部分包括传入部分（包括感觉中枢及其它的一些结构）和传出部分（包括传出中枢及其它的一些结构）。它们之间的大概关系是（这里只是简要说明，具体的说
6、明见后面的内容）：1、如图1，传入部分与相应的感觉中枢的联络区只是单方面的一一对应的纤维联系，信息只能从传入部分到相应的感觉中枢的联络区而不能反过来传递且这种信息的传递不需要记忆。传出部分与相应的传出中枢的联络区有单方面的一一对应的纤维联系，信息只能从传出中枢的联络区到相应的传出部分而不能反过来传递且这种信息的传递不需要记忆。2、核心部分的各个中枢之间只通过它们的联络区来交换信息，只有核心部分的各联络区在传递信息时才有记忆。它们之间的关系如图1和图2。本文主要讨论核心部分的结构与功能。各联络区由原始记忆柱群组成，原始记忆柱群由基本记忆柱群组成，基本记忆柱群由记忆柱组成。2 记忆柱、基本记忆柱群
7、、原始记忆柱群2.1 记忆柱的编写我是以记忆柱来做为智能软件兴奋的基本单位的（记忆柱的结构及各结构的功能见图3）。记忆柱是一段可被复制的文件，每个记忆柱由n个recordnumber（用RN来表示）组成，每个RN是一条记录，（配合专门的操作程序，可以使记忆柱的功能极其复杂。用记忆柱或记忆柱群即可以模拟神经元的功能也可以模拟皮质垂直柱的功能甚至可以模拟脏器的功能）。记忆柱之间通过传入、传出纤维进行兴奋联系。记忆柱被传入纤维易化到一定程度后兴奋，记忆柱兴奋后传入了兴奋冲动的传入纤维对记忆柱的易化兴奋能力增强并被记忆下来。那么如果两个记忆柱之间有纤维联系，在它们同时强烈兴奋后它们之间的兴奋能力便大为
8、增强，只有同一时段都兴奋且相互之间有纤维联系的记忆柱才能建立兴奋的记忆联系。兴奋了的记忆柱传出兴奋（顺序读取图3的第2区的记录所指向的RN）。操作中枢的各联络区另一种类型的传入刺激一种类型的传入刺激对应的又一感觉中枢对应的感觉中枢联络区1联络区2联络区3操作中枢的控制部分传出中枢Fig.1 Information in main centers transmission图1 信息在中枢的传递奖惩预期中枢（动力预期中枢）状态性中枢注意力分配中枢目的中枢1、感觉、运动中枢1、 “先天的”奖惩刺激与奖惩中枢的联系是奖惩学习的基础。感觉、运动中枢的记忆内容能通过“先天”的奖惩刺激与奖惩中枢建立记忆联系
9、而成为习得性的奖惩刺激。2、 如图以上是各个主要中枢之间的关系。3、 奖惩预期是注意力分配中枢分配注意力的基础。4、 各个中枢与皮质之间的联系主要是通过它们的联络区来实现的。Fig.2 The relation between various main centers图2 各中枢之间的关系5、 具体说明见智能软件的操作中枢这一节。用专门的程序来读写记忆柱而实现记忆柱的兴奋、记忆、遗忘及传出兴奋等众多功能。记忆柱的任一个传入联系传入的兴奋都能在一段时间内易化记忆柱并被记忆下来，不同传入联系传入的兴奋能相加，当记忆柱被易化到一定程度后便可能被兴奋，然后通过传出联系传出兴奋，并被记忆下来。配合专门的
10、程序，记忆柱的第一部分的记录，可对应反应不同的传入联系对记忆柱的兴奋及记忆柱对兴奋的记忆、遗忘的情况，这部分记录的一部分，记录的是时间，它们主要分别对应记录了不同传入联系最后一次兴奋的时间（根据需要也可包含其它一些内容），其余下的一部分记录分别为不同传入联系最后一次兴奋时的兴奋值。记忆柱的第二部分记录，分别记录了记忆柱的传出联系所对应的记忆柱的某一RN。记忆柱的第三部分记录了记忆柱在某一刻的易化、兴奋状态，包括这一刻所对应的时间，记忆柱的那些RN被传入纤维兴奋及记忆柱的兴奋值。记忆柱之间的联系为对应性联系。需说明的是只有兴奋性记忆柱而无抑制性记忆柱，智能软件的兴奋平衡是通过其它方式来调节的。2
11、.2 基本记忆柱群基本记忆柱群是记忆的基本功能单位所对应的一群记忆柱。基本记忆柱群应主要包括易兴奋的记忆柱与不易兴奋的记忆柱。只有不易兴奋的记忆柱兴奋后，基本记忆柱群才算兴奋。不易兴奋的记忆柱兴奋后抑制相应的易兴奋的记忆柱的兴奋。记忆柱33、记录记忆柱的易化及兴奋（包括时间、强度及一些统合性的信息）状态。22、记录传出纤维传出到那一个记忆柱的那一RN。11、主要记录传入纤维对记忆柱的兴奋能力及上一次兴奋的时间。Fig.3 Memory columns structure, function图3 记忆柱的结构、功能2.3 原始记忆柱群。所谓原始记忆柱群是指一个注意对象的一次刺激所对应兴奋的联络区
12、的记忆柱。如当注意一物体的图形时，图形所对应的视觉一联络区的记忆柱便是原始记忆柱群。当注意一物体的的空间位置时空间位置所对应的联络区的记忆柱便是原始记忆柱。原始记忆柱群由一群基本记忆柱群组成。同时或先后强烈兴奋的原始记忆柱群之间能建立较强的记忆联系，兴奋越弱，记忆联系越弱，记忆联系建立后，先兴奋的原始记忆柱群对后兴奋的兴奋能力远强于后兴奋的对先兴奋的兴奋能力。3如何使PC机象人脑一样具有并行兴奋的能力由于记忆柱的兴奋（对信息的表征）往往是一群记忆柱的同时兴奋（原因在我后面的文章中会有反应），因而为了使PC机象人脑一样具有并行兴奋的能力我引入了展示框的概念，展示框是由RN组成的，它的作用是记录某
13、一刻（一短时间段）所有被“兴奋”的记忆柱，以使PC逐一读写完这一时刻被兴奋的记忆柱后再逐一读写下一时刻被兴奋的记忆柱，通过这种转换就可使一次只能进行一次读写的PC机也能模拟人脑的并行兴奋特点。其中，有一种比较简单的方法，就是一切都以主注意对象的兴奋与抑制为时间标准（为一时间单位），完全习惯性兴奋、非完全习惯性兴奋与非习惯性兴奋对应的记忆柱群的兴奋时间都相同，但可以以一定的方法来标示习惯性兴奋（当然，这是在硬件计算速度不快的情况下可采取的折中方式）。 操作中枢的结构与功能顾名思义，智能软件的操作中枢就是统筹智能软件运行的程序，它的作用就是使记忆柱的兴奋及智能软件的注意、感知、记忆、回忆、思维、输
14、出能顺畅进行不发生冲突，且功能与环境相适应。它主要包括三部分：1、奖惩中枢（动力中枢），奖惩中枢的核心是奖惩预期中枢。2、强度中枢。其作用是感知一些记忆柱群的兴奋强度，参与多种功能的实现。其中包括选择出主注意对象及中介奖惩刺激通过它来实现。3、状态中枢。（实现它们的功能需要对应的记忆柱和直接编程获得功能结合起来。）。操作中枢的任何一个中枢都包括联络区与功能区。.1奖惩中枢（动力中枢）、调节中枢的结构与功能。必须有事先编程设定的奖惩刺激（“先天”的），“后天”的奖惩刺激在“先天”的中介下学习形成，中介奖惩刺激是一种特殊的先天奖惩刺激。对奖惩中枢的兴奋有两种方式，一种由奖惩刺激兴奋，一种是在某些情
15、况下主注意目的实现或没实现之后兴奋。在某一原始记忆柱群兴奋后不久（或同时）奖惩中枢兴奋，则它能与奖惩中枢（奖惩预期中枢）建立一定的记忆联系。调节中枢的主要作用是接受其它中枢的信息传入，经处理后调节状态中枢或皮质的兴奋状态。它包括主注意目的中枢、亚主注意对象（目的）中枢、主注意对象中枢、注意力分配中枢、状态性中枢。.1. 动力中枢及动力的比较：动力中枢应分为两大部分及一小部分，两大部分是动力预期中枢及动力预期计算中枢，动力预期计算中枢又分为三小部分，它们指这两大部分又分别分为正负及综合计算部分三部分（获得奖赏的思想行为与正动力相对应，获得惩罚的思想行为与负动力相对应，这种关系是通过编程获得的）。当动力中枢兴奋到一定程度后，动力中枢便能与对象建立一定的记忆联系。当刺激达到一定程度或当回忆起的一个对象所对应的动力可能大于主注意目的所对应的动力，刺激对象（或回忆起的对象）便会成为主注意目的，原来的主注意目的对象成为亚主注意目的对象，刺激产生的动力快速衰减，通过注意、回忆，如无新的主注意目的的产生或在现有状态下重新预期到回忆起的对象的动力不如先前的主注意目的的动力则回到先前的主注意目的。主注意目的的动力由其固有动力及其实现概率按一定方式计算而来。.1. 状态中枢。广义的状态中枢包括狭义的状态中枢及主注意目的中枢、主注意对象中枢等等
