符號和物理符號系統(tǒng)

讓我們回到符號論題上，對物理符號系統(tǒng)作出定義。形容詞“物理的”指明兩個重要特征：

1. 這種系統(tǒng)顯然是遵循物理學定律的，它們可由用工程化分量構(gòu)成的工程化系統(tǒng)來實現(xiàn)；

2. 雖然我們使用術(shù)語“符號”，預先勾畫的是我們意向式的解釋，但是它并不局限于人類符號系統(tǒng)。

一個物理符號系統(tǒng)是由一組叫做符號的實體組成的，這些實體是一些物理模式，可以作為另一種叫做表達式（或符號結(jié)構(gòu)）的實體的分量而存在。所以一個符號結(jié)構(gòu)是由一些以某種物理方式相聯(lián)系的符號實例（或標記）組成的（如一個標記緊接著另一個標記）。在任一瞬間，該系統(tǒng)都包含一個這些符號結(jié)構(gòu)的集合體。除了這些結(jié)構(gòu)而外，該系統(tǒng)還包含一個由按照一些表達式運作，以產(chǎn)生出另一些表達式的過程，如創(chuàng)造過程、修正過程、再生過程和破壞過程組成的集合體。物理符號系統(tǒng)是一臺機器，它產(chǎn)生出一個隨時間而演化發(fā)展的符號結(jié)構(gòu)集合體。這種系統(tǒng)存在于一個對象世界之中，這些對象的數(shù)量比符號表達式本身更多。

對這些表達式、符號和對象的結(jié)構(gòu)而言，有兩個核心概念：指稱和解釋。

指稱一個表達式指稱一個對象是指，在已知該表達式的情況下，一個系統(tǒng)或是能夠?qū)υ搶ο蟊旧硎┘佑绊?，或是能夠以取決于該對象的方式規(guī)范其行為。

在任一情況下，其結(jié)果都是經(jīng)由表達式而抵達對象，這正是指稱的實質(zhì)所在。

解釋系統(tǒng)能夠解釋一個表達式是指，該表達式指稱一個過程，同時在已知該表達式的情況下，系統(tǒng)能夠執(zhí)行這一過程。

解釋意指依賴行動的特定形式：已知一個表達式，系統(tǒng)就可以完成所指定的過程，也就是說，它能根據(jù)指稱這些過程的表達式而再現(xiàn)和執(zhí)行它所擁有的過程。

根據(jù)上述理解，一個具備指稱和解釋能力的系統(tǒng)必然也滿足若干新增的必備條件，具有完備性和封閉性。由于篇幅的關(guān)系，我們只能簡單談這些。所有這些都是重要的，而且有著十分深遠的影響。

1. 符號可以用來指稱任何一種表達式。就是說，給出一個符號時，并沒有實現(xiàn)規(guī)定它能指稱什么表達式。這種任意性僅僅是對符號而言的，而符號標記和它們的相互關(guān)系則決定著一個復雜表達式所指稱的是什么對象。

2. 存在著一些表達式是指稱計算機所能完成的每一過程的。

3. 存在著一些過程是以任意方式建立任何表達式并修正任何表達式的。

4. 表達式具有穩(wěn)定性，它們一旦建立，在明確地被修改或被取消之前，會一直存在下去。

5. 系統(tǒng)所能擁有的表達式個數(shù)基本上是無限制的。

我們剛剛定義的這種系統(tǒng)是計算機科學家們所熟悉的。從其屬性來看，它與一切通用計算機極為相似。如果采用符號處理語言，如LISP語言，來定義一臺機器，那么其親緣關(guān)系就真的變得像同胞一樣了。我們策劃這種系統(tǒng)的意圖并不是要提出某種新東西，恰恰相反，我們是要證明，對于符合這種特性的系統(tǒng)，我們現(xiàn)在已知什么，又作出了什么假設(shè)。

 

現(xiàn)在我們可以闡述一個一般性的科學假設(shè)了——符號系統(tǒng)的定性結(jié)構(gòu)定律：

物理符號系統(tǒng)假設(shè)對一般智能行動來說，物理符號系統(tǒng)具有必要的和充分的手段。

所謂“必要的”是指，任何表現(xiàn)出一般智能的系統(tǒng)都可以經(jīng)分析證明是一個物理符號系統(tǒng)。所謂“充分的”是指，任何足夠大的物理符號系統(tǒng)都可以通過進一步的組織而表現(xiàn)出一般智能。我們想用“一般智能行動”來表示與我們所看到的人類行動范圍相同的智能：在任一真實情境中，對該系統(tǒng)目的來說是恰當?shù)?、并與環(huán)境要求相適應的行為，會在一定的速率和復雜性的限度之內(nèi)發(fā)生。

物理符號系統(tǒng)假設(shè)顯然是一個定性結(jié)構(gòu)定律，它規(guī)定了系統(tǒng)的一般類別，在這些系統(tǒng)中我們會看到那些具有智能行動能力的系統(tǒng)。

這是一個經(jīng)驗假設(shè)。我們已定義了一個系統(tǒng)類別，還希望了解這個類別的系統(tǒng)是否說明了我們在現(xiàn)實世界中看到的一組現(xiàn)象。在我們周圍的生物界中，主要是在人類行為中，智能行動隨處可見。它是一種行為形式，我們可以依據(jù)其結(jié)果識別它是否是由人類完成的。該假設(shè)的確可能有誤。智能行為并非這么容易產(chǎn)生，以至于任何系統(tǒng)不管其愿意不愿意都會表現(xiàn)出這種行為。有些人經(jīng)過分析，確定能以哲學或科學為根據(jù)得出這一假設(shè)為誤的結(jié)論。而科學的態(tài)度是，只有拿出關(guān)于自然界的經(jīng)驗證據(jù)，我們才能攻擊這一假設(shè)，或為它作出辯護。

現(xiàn)在我們需要回顧一下這一假設(shè)的形成過程，并看一看它的證據(jù)。

符號系統(tǒng)假設(shè)的形成

物理符號系統(tǒng)是通用機的一個例子。所以符號系統(tǒng)假設(shè)就意味著智能將由一臺通用的計算機來實現(xiàn)。然而這一假設(shè)遠遠超出了通常在物理決定論的一般基礎(chǔ)上得出的結(jié)論：任何可實現(xiàn)的計算，只要得到詳細說明，就可以由通用機來實現(xiàn)。由于它明確地斷言智能機器是一個符號系統(tǒng)，所以它以特定的構(gòu)造方式斷言了智能系統(tǒng)的性質(zhì)。了解這一新增的特性是如何出現(xiàn)的，十分重要。

形式邏輯 該假設(shè)的起源要追溯到弗雷格、懷特海和羅素就形式化邏輯提出的方案：以邏輯方式獲取基本的概念式數(shù)學觀念，把證明和演繹觀念置于可靠的根基上。這種努力在數(shù)理邏輯中達到了頂點，這就是我們所熟悉的命題邏輯，一階和高階邏輯。它形成了一種獨特的觀點，常常被稱為“符號游戲”。邏輯，也包括所有數(shù)學，是根據(jù)特定的純句法規(guī)則，用無意義的標記所做出的一場游戲。所有的意義都被清除了。我們具有的是一個機械系統(tǒng)，盡管是非強制性的（我們現(xiàn)在也稱之為非決定論的），而有關(guān)這一系統(tǒng)的種種事情都可加以證明。這樣的成功首先是通過一步步遠離所有看來與意義和人類的符號相關(guān)的東西而取得的。我們可以把這一階段稱為形式符號處理階段。

這種一般性態(tài)度充分反映在信息論的發(fā)展中。申農(nóng)曾定義了一個僅僅對通信和選擇有用的系統(tǒng)，而與意義毫無關(guān)系，這一點一再被指出。人們后悔以“信息論”這個一般性名字為這一領(lǐng)域命名，而打算把它修改為“選擇信息的理論”，當然沒有成功。

圖靈機和數(shù)字計算機早期數(shù)字計算機的發(fā)展和自動裝置理論的發(fā)展可以放在一起討論，它們是以圖靈本人30年代的研究為起點的。在何者是根本的這一點上，它們的觀點是一致的。我們采用圖靈本人的模型，因為它充分表明了有關(guān)特點。

圖靈機由兩種存儲裝置組成：無限長紙帶和有限狀態(tài)控制裝置。紙帶上有數(shù)據(jù)，即人所共知的0和1。該機器在紙帶上有非常小的一組適當?shù)牟僮?mdash;—讀、寫和掃描操作。讀的操作不是數(shù)據(jù)操作，而是為控制狀態(tài)提供條件分支，而控制狀態(tài)則表現(xiàn)為讀頭下數(shù)據(jù)的函數(shù)。正如我們都知道的那樣，就計算機能做什么而言，上述模型包含了一切計算機的基本要素，雖然別的帶有不同存儲裝置和運作裝置的計算機也可能以不同的空間和時間條件完成同樣的計算。特別要指出的是，圖靈機模型內(nèi)含兩種觀念：關(guān)于不能計算的東西的概念，以及關(guān)于通用機——即能做任何機器都能做到的任何事情的計算機——的觀念。

30年代，在現(xiàn)代計算機問世之前，我們已在兩個方面對信息加工取得了深刻的認識，這的確是令人驚訝的。它對A·圖靈的天才創(chuàng)造具有啟迪作用，并對當時的數(shù)理邏輯發(fā)展作出了貢獻，計算機科學也無疑深深受惠于它。與圖靈的著作同時，還出現(xiàn)了邏輯學家E·波斯特和A·丘奇（各自獨立完成）的著作。他們從獨立地邏輯系統(tǒng)觀念（分別是波斯特生成和遞歸函數(shù)）開始，在不可判定性和通用性方面得出了類似的結(jié)果，這些結(jié)果不久即得到了證明，原來這三個系統(tǒng)完全是等價的。的確，所有這些定義最一般的信息加工系統(tǒng)類別的嘗試取得了一致的結(jié)論，這種情況具有某些說服力，使我們確信：我們已在這些模型中獲得了信息加工的基本要素。

從表面上看，這些系統(tǒng)中沒有一個把符號概念當作某些作指稱用的東西。數(shù)據(jù)僅僅被看作一些0和1的數(shù)字串——對于計算向物理過程的還原來說，數(shù)據(jù)無作用這一點的確非常重要。有限狀態(tài)控制系統(tǒng)總是被看作一個小控制器，為了在不破壞機器通用性的情況下弄清小到何種程度的狀態(tài)系統(tǒng)是可用的，得做一些邏輯游戲。就我們所知，未曾有一種游戲為有限控制增添了新的動態(tài)方式的狀態(tài)——把控制存儲看作是持有大部分該系統(tǒng)的知識。在這一階段上所完成的只是解釋原理的一半——證明機器可以根據(jù)說明運轉(zhuǎn)。因而，這是自動形式符號處理的階段。

存儲程序概念在40年代中期，（在電子數(shù)字積分計算機之后）隨著第二代電子計算機的發(fā)展，出現(xiàn)了存儲程序概念。將這一進展譽為在概念和實踐兩方面的里程碑是恰如其分的?，F(xiàn)在程序可以是數(shù)據(jù)，也可以作為數(shù)據(jù)來運作。當然，圖靈的模型中已隱含著這種能力：說明與數(shù)據(jù)同在一條紙帶上。然而只有在機器獲得足夠的內(nèi)存，使得在某個內(nèi)部位置上找到實際程序在實踐上是可行時，這一思想才得以實現(xiàn)。電子數(shù)字積分計算機畢竟只有20個字節(jié)。

存儲程序概念實現(xiàn)了解釋原理的另一半，這一部分指出可以對系統(tǒng)擁有的數(shù)據(jù)作出解釋。但是它仍未包含指稱的概念——作為意義基礎(chǔ)的物理關(guān)系的概念。

表處理下一步——表處理，是在1956年完成的?，F(xiàn)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容成了我們物理符號系統(tǒng)意義上的符號，即被指稱的模式意義上的符號，因而具有了所指對象。一些表擁有容許向另一些表做存取的地址——這就是表結(jié)構(gòu)的觀念。在表處理剛出現(xiàn)時，同行們一再向我們提出數(shù)據(jù)存在于何處的問題，就是說，最終是哪一個表擁有作為系統(tǒng)內(nèi)容比特的集合體，這種情況向我們證明這是一個新觀點。同行們驚異地發(fā)現(xiàn)，根本沒有這樣的比特，有的只是指稱別的符號結(jié)構(gòu)的符號而已。

在計算機科學的發(fā)展中，表處理同時表現(xiàn)為三件事情：

它是機器中真正的動態(tài)存儲結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建，而以前一直認為機器只有固定結(jié)構(gòu)。它在替換和改變內(nèi)容的操作之外，為我們的操作總體增添了建立和修正結(jié)構(gòu)的操作。

它及早地證明了這一基本抽象方式：計算機是由一組數(shù)據(jù)類型和一組對這些數(shù)據(jù)類型來說是恰當?shù)牟僮鹘M成的。這樣，計算系統(tǒng)就能運行任何一種對應用來說是恰當?shù)臄?shù)據(jù)類型，而不受處于基礎(chǔ)地位的機器影響。

表處理產(chǎn)生出一個指稱模型，而這樣定義符號處理與我們今天把這一概念用于計算機科學時具有同樣的意義。

正如經(jīng)常出現(xiàn)的那樣，當時的做法已預示出表處理的所有基本因素：地址顯然被用于實現(xiàn)存取，磁鼓機則用于被連接的程序（所謂1加1編址），等等。但是，以抽象方式出現(xiàn)的表處理的概念形式開創(chuàng)了一個新天地，在這里，指稱和動態(tài)符號結(jié)構(gòu)定義出許多特征。將早期表處理系統(tǒng)嵌入語言（IPL、LISP語言）的做法常常受到指責，說它是將表處理技術(shù)擴展到整個編程實踐的障礙，然而它卻是將抽象方法結(jié)合起來的工具。

LISP語言還有一個步驟值得注意：麥卡錫在1959-1960年創(chuàng)立了LISP語言（McCarthy 1960）。它完成了對動作的抽象，是將表結(jié)構(gòu)從它們在具體機器內(nèi)的嵌入狀態(tài)中取出，創(chuàng)建一個新的帶有S表達式的形式系統(tǒng)?？梢宰C明，它與其他通用的計算方案是等價的。

結(jié)論 指稱符號和符號處理的概念直到50年代中期才出現(xiàn)，者并不是說較早的進展是非本質(zhì)的，或不夠重要。這一總的概念綜合了可計算性、（通過多種技術(shù)的）物理可實現(xiàn)性、通用性、過程的符號表述（即可解釋性），最后還有符號結(jié)構(gòu)和指稱。每一步進展都為這一整體提供了不可或缺的部分。

這個鏈條的第一個步驟是由圖靈創(chuàng)立的，它是由理論方面的興趣推動的，但是其他各步都深深地根植于經(jīng)驗。我們始終受到計算機本身進展的引導。存儲程序原理出自電子數(shù)字積分計算機的經(jīng)驗。表處理方法出自構(gòu)造智能程序的嘗試，隨機存儲裝置的出現(xiàn)使它受到啟發(fā)，它為編址的指稱符號提供了一個明顯的物理實現(xiàn)方式。LISP語言則是來自表處理方面不斷發(fā)展的經(jīng)驗。

（未完待續(xù)）


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