1.5 智能體理論視野的框架和分析

滿足1.4節要求的智能體框架和理論層面的分析，就是指其擁有構件及其相互關系的總和，而這些構件和關系需要從邏輯和實體視角分別進行剖析。

1.5.1 智能體的邏輯框架

圖1.1是智能體的邏輯框架圖，其說明了智能體各類構件的功能及相互關系，以及智能體的生命周期及主要類型。

如圖1.1所示，智能體邏輯框架由六部分組成。A區是基于智能體構件屬性的分類。智能體所有基礎構件按基本屬性分成三類：信息構件、邏輯構件、物理構件。信息構件是指智能體所描述的最小構件；邏輯構件是指其所有具有邏輯功能的最小構件；物理構件是指其所有具有基本機械、動能的最小構件。所有最小的信息構件、邏輯構件、物理構件都是靜態構件，被微處理器調用。

B區是智能體功能系統的層次結構。其中，微處理器在底層，是智能體中具備獨立操作能力的最小單元。它可以執行智能體其他構件發出的智能，也能根據自己擁有的功能自行執行或向相關的智能構件發出協同執行的要求。微處理器是動態邏輯構件，與相應的最小信息、邏輯、物理構件構成具有特定功能的最小智能單元。智能單元位于智能體第二層。最小智能單元以微處理器為核心，與擁有或可調用的其他構件一起，形成獨立的能力，能夠在學習或執行任務的過程中成長。將邏輯與物理載體合在一起的微處理器是智能體獨立存在的最小單位。功能組由一組最小智能單元構成，具備相對完整的功能。功能組可以是穩定的層次結構單元，也可以因智能體執行特定的任務而臨時構成，任務完成即結束其存在。功能系統是一類功能組的集合，具備如感知、理解、執行某類特定智能任務的能力，是智能體層次邏輯框架中的頂層。不同類型的智能體具有不盡相同的功能系統。這里要強調的是，從邏輯角度來看的微處理器和智能單元，與從物理存在角度來看的微處理器和智能單元，它們的構成是不同的。物理存在的微處理器可以包含多個邏輯單元。

C區按智能體的主要智能行為分類，包含了感知、記憶、理解、學習、判斷（含意識）、行為、評價、增長在內的全部智能行為。

D區包括了全部與符號或數理邏輯、形式邏輯計算方式不同的智能函數，主要有描述、連接、疊加、遞減、融通、交互、規范、容錯等。

E區是一個智能體的生命過程構件，這里的構件依時間序列動態產生。首先是智能體的初始狀態，由其他具有完整行為能力、能承擔行為責任的智能體構建，選擇一個構件集合，形成一個新智能體的初始能力；然后是該智能體的成長過程，通過學習、環境交互和執行任務實現持續的成長；最后是履行該智能體的職責，執行各類由它承擔的智能任務。成長也隱含了該智能體的終止。

F區是智能體執行智能任務的邏輯過程構件，是智能體行為控制功能系統擁有的功能組，是一個閉環的功能系統，包括智能事件的觸發分配、問題求解策略的生成、執行資源調度、執行結果評價及后續行為觸發，如圖1.2所示。

智能體邏輯框架不僅給出了智能體全部的構件及其相互關系，還為智能體形成、發展和智能行為實現提供了有說服力的解釋方式，為本書在此后章節討論的實踐性架構提供了有效的參考。

1.5.2 智能體的物理框架

智能體擁有龐大的資源，物理框架既要考慮空間的有效性，又要考慮資源使用過程中邏輯過程的連貫性。不同的智能體擁有的物理資源和邏輯過程存在重大差別，所以物理框架存在多種模式。圖1.3是智能體物理框架的一種參考模型。

圖1.3所示的模型由三部分組成。A區及其類似部分是智能體的一個功能體系。B區及其類似部分是智能體各個功能體系可以使用的共享資源。C區是智能體各個功能系統間的連接區域。

一個功能系統能在智能體的整體協同下具備某項完整的功能，如感知、描述、語言、邏輯、行動等。如圖1.4所示，功能系統由相關的功能組構成，它擁有自己的資源池和操作系統，能夠承擔與功能一致的智能任務，具有成長功能，能夠自主啟動、實現或執行學習及其他成長性任務。功能系統和功能組都存在大面積的傳輸通道，這是因為以連接為核心的信息傳輸是智能體信息處理的主要組成部分。

如圖1.4所示，功能系統由一個個功能組構成，功能組則由一個個最小智能單元構成。最小智能單元由微處理器、描述功能構件及其生成物——信息構件、連接功能構件及其生成物——連接構件、微處理器對所需資源進行調用和控制。功能組具有自己的操作系統，其負責維護、管理、發展該功能組。

功能系統擁有自己的操作系統，統一協調、管理、拓展與外部的連接和專用資源池。功能系統及其組件的功能將在相應章節做系統的闡述。

1.5.3 智能體理論框架的進一步分析

上述智能體理論框架的基礎是各種邏輯、信息和物理構件，也就是架構中的A區；智能體結構中的重點是實現各項基本智能的智能單元、功能組及功能系統，也就是架構中的B區。智能體結構的核心是全覆蓋的、統一的、代表主體性的控制功能，該功能落實在對F區各類智能任務執行的控制上。

智能體邏輯和物理框架都是動態的，隨著智能體的發展而發展。分析智能體框架又可以是靜態的，以智能體特定時間截面狀態為基礎。智能體所有功能基于三要素，而三要素存在完全的載體重合關系，結構必然存在多元、多層、多維的復雜關系。多元是指構成不同類型智能行為的結構。正如加德納的研究說明，智能本身是多元的，一個智能體不同類型智能行為的框架也是多元的。多層是指從最小的構件開始，到復雜的功能系統，智能體的架構必然是多層次的。多維是指同一個構件可能隸屬于多個類型和層次，整體框架呈現多維模式。

層次結構按層展開，從最小構件單元開始，逐級組合，最后匯集成智能體；多元結構以智能類型的功能為中心，分類展開；多維智能以構件為中心，向不同的功能單元、功能組或功能系統展開。下面簡要介紹智能體的不同結構及相互間的重要關系。

1．最小構件層

最小構件也稱基本構件，是指在功能上不可再分割的智能體組成構件。最小構件是一個相對概念，在不同的功能結構中，最小構件是可變的，如一個在功能系統中的最小機械構件，在信息系統中可能被分拆，在控制系統中又可能被組合。

智能體所有的功能都由最小構件具體承擔，最小構件類別繁多，功能各異，很難用一種清晰的標準區分。可供選擇的劃分標準首先是物理的或邏輯的。所謂物理的，是指實現的功能是物理運動，不管是類似于人的手腳的活動、語言、表情，還是類似于機械的加工、運輸等過程；所謂邏輯的，是指實現的功能是邏輯的、信息的，既包括類似于人的思維、判斷、學習，又包括類似于計算機可執行的軟件、算法、推理。

物理構件系列可以按不同的運動類型或不同的功能特征進一步細化，如機械的或動能的；邏輯構件系列可以按不同的邏輯類型或功能進行細化，如推理、計算、過程等。

2．微功能單元層

在智能體的構件中，最小的獨立功能單位是微功能單元。微功能單元由三個基本構件構成：微處理器、信息構件、連接構件，其擁有多類、多條通道通向架構中其他組成部分，能通過資源控制功能單元調用需要的計算資源或行為資源。微功能單元也是智能體具有自主處理功能的最小單元，也被稱為最小智能單元。

微處理器是微功能單元的核心，是該單元所擁有功能的執行者，也是整個單元所有構件的控制者。描述功能構件、連接功能構件及描述功能構件中關于微處理器功能的描述構成了《智能原理》一書中介紹的最小主體單元、最小功能單元和最小信息單元也就是描述功能的最小智能單元。

微功能單元擁有自己的軟件系統，也可稱為操作系統，用于實現該單元全部的功能。微功能單元既是獨立的，又是開放的、受控的。說它是獨立的，是因為其具備充分的自主能力，不僅是指它在執行任務時的獨立功能，更在于它對自身發展的一定自主性，對信息構件和連接構件可以通過積累的經驗而修改，操作系統本身也在發展過程中提升，但這個提升的權限需要更高的學習系統認可；它能自主決定對外的連接，拓展學習和功能使用的范圍。說它是開放的，是因為它一般需要無條件地接受來自智能體其他構件的協同需求。無論是自主還是開放，微功能單元均接受其上層甚至智能體整體的管理、控制，所以它也是受控的。

3．功能組層

功能組是指一組在共同完成一個智能任務或子任務時相互配合的微功能單元，它可以實現復雜程度不等、流程長短不一、智能類型不同的功能，可以同時隸屬不同的功能系統，是智能體各類功能實現的主要平臺。功能組的存在，可能是臨時的，也可能是固定的。無論是臨時的還是固定的，功能組控制器根據所執行任務的需求，在其他功能系統或功能組的協同下，獲得資源，完成任務。功能組控制器的軟件也是專用的。功能組同樣既獨立又開放，在保持特定功能的同時，在發展中成長。

一個智能體的功能組類型通常數以萬計，同類功能組有的也可能數以千計或更多；任何一個功能系統，都擁有多個功能組，有的功能系統甚至由百萬量級的功能組構成。功能組結構就是一個功能組的組成、功能及在功能系統中的位置、作用。

4．功能系統層

功能系統層承接第一層、第二層架構，功能系統由功能組構成。功能系統結構解釋智能體擁有的所有功能及相互之間的關系，也擁有屬于功能系統、功能組之外的功能單元。

一組功能上相互依賴的智能單元構成功能組，一組功能上互補的功能組構成功能系統，若干個功能系統構成一個非生物智能體。所以，功能系統層在智能體結構中處于核心位置。

主要功能系統列舉如下。

總控系統：智能體中樞功能。智能體唯一的、無所不知、無所不在、無所不管的感知、行為、資源、思維、學習、運行、環境適應的總樞紐。

管理系統：資源管理、資源獲取、資源分配、任務分配、態勢分析、判斷決策、運行監督、理性約束。

生存系統：檢測、修復、更換、總結。

規則系統：行為、結構、標識、功能、信息、控制、成熟度（確定性）、環境適應性、保護、增加、刪除、改變。

成長系統：接管、生長（含終止）、增長、創新（自創新功能）、復制。

智能過程系統：感知、觸發、獲取、學習、記憶、執行、評價、調整、終止。

似人一般智能活動系統：語言、意識、思維、情緒、表達、表現、釋放、休閑、家務。

外部事務系統：生產、社會服務、公共管理、社會活動。

信息處理系統：結構性、完備性、成熟度、適用性、增刪改。

智能邏輯工具系統：感知、連接、描述、微結構、交互、執行、疊加、遞減、融通、規范、容錯、問題求解策略。

以上列舉了10類70種功能系統，但還是不完全的。功能系統與功能組之間并沒有絕對的分界線，所以，在實際實施過程中應依據第一層的架構和實施策略來確定功能系統。

由于智能體的整體性，功能之間相互依賴、糾纏。功能系統的劃分很難找到恰當的標準，使不同功能系列邊界清晰。功能系列的功能存在交叉，下層的功能組、功能單元及智能單元存在大量的多重復用。

1.5.4 結構生長解析

智能體結構在其生命周期中是持續生長的，結構的生長是智能體進化發展的關鍵。智能體結構生長是指在初始、賦予結構的基礎上，智能體不僅是控制、功能、信息的發展，結構本身也在學習、適應環境及執行智能任務的過程中持續發展。

智能體結構生長產生于所有類型和層次的結構，發生于生命周期的全過程。

智能體結構的生長主要由三類不同的因素觸發。一是初始、賦予結構中內置的觸發，如功能組或功能系統成長過程中觸發內置的生長機制產生的結構裂解或重組等；二是由智能體學習或執行智能任務觸發，如感知功能組或感知微功能單元確認新的連接后的結構增長，學習功能組或學習微功能單元對特定語詞增加新語種的聲音和圖像連接；三是結構功能組自身引發的結構增長。

初始、賦予對智能體結構生長具有決定性的意義。三種結構增長能力的起點都在初始、賦予。

智能體成長高度和發展理性基于其作為控制中心的總樞紐，總樞紐基于連接及各類控制結構，這些結構的穩定性和成長性是智能體的核心。以體現主體性的核心模塊為中心，漣漪式向多維、多元、多層的功能空間擴散是控制結構增長的重要特征，以此保證增長的理性和彈性的協調。

1.5.5 從智能原理看智能體要素

如前所述，智能體任何功能的實現基于三要素的協同。從要素這一維度看，智能體頂層架構首先要以三要素展開，即代表主體性的控制結構、構成智能體能力的功能結構及智能體擁有的信息結構。要素架構回答智能體實現中三要素的作用和關系。

控制結構解釋智能體主體性如何實現。主體性是一個抽象概念，不是具體的外部行為，它有三個核心要素：擁有意識和思維、擁有資源、擁有自身行為的控制能力。在框架中，主體性體現在完整代表智能體意志的控制能力，也就是控制結構。控制結構實現智能體的全部主體功能：行為控制、功能調用、信息調用、資源調用。

智能體必須對其所有內外觸發的智能事件做出需要/不需要、可以/不可以、能夠/不能夠、愿意/不愿意及如何行動、如何評價的判斷和決策。控制需要具備邏輯推理功能。在保證對智能體絕對控制的同時，要具備控制柔性、成長性、控制理性和魯棒性。這些都是控制結構的重心，也決定了控制結構是智能體生存和發展的核心架構。

功能結構包括智能體的全部行為和邏輯能力，以及決策和控制能力、行為能力和信息能力。決策和控制能力包括各類智能體在各種智能任務場景下的認知控制和行為控制。行為能力是各類智能主體完成各種智能任務的操作，包括實現控制功能和信息功能的操作。信息能力是各類智能主體在完成智能任務時從分析信息需求開始到求解問題時使用在內所需信息的全部處理功能。《智能原理》一書中列舉了主要的功能類別^[9]。

功能結構需要明確不同功能間的關系、功能的調控，解釋功能生命周期過程的機理。

信息結構有三層含義：一是智能體所有信息按照其作用和邏輯關系形成的所有信息單元的結構，二是信息結構中的單元與其他兩個要素間的關系，三是信息單元發展的結構。

信息單元存儲的信息內容決定了它在智能體的語義邏輯體系和任務場景中的位置，描述這種位置關系的就是第一類信息結構，即基于信息內容的結構。信息單元是智能體所有構件描述的結果，這些構件分屬控制、功能、邏輯或物理，這些對象物在智能體結構中的位置決定了第二類信息結構，即基于要素的結構。智能體動態發展，信息結構也隨之變化，這些變化在三方面發生，即完備性、結構性、可用性。它們構成了第三類信息結構，即基于信息發展的結構。

頂層架構解釋智能體的總體構成和功能。《智能原理》一書第6章介紹了這一架構。該架構以外部感知或任務提交和內部計算需求觸發智能行為，經過策略確定、資源調用、任務執行、過程評價、成果學習、智能拓展的循環，形成以智能行為過程為基礎的智能計算循環。

該架構由三大類構件組成，第一類是智能行為流程：觸發與分配器、策略生成器、執行器、評價器；第二類是智能主體的資源：智能單元、微處理器、計算資源、行為資源；第三類是環境：外部事件、外部資源。

與前面六層結構劃分不同，多元結構根據一個智能體不同的智能特征進行劃分。以似人智能體為例，就是以人的智能類型為準繩，劃分智能體構成。對于人的分類智能研究，加德納是集大成者，他根據智力與大腦的關系，以及在人類知識和實踐體系中的不同部分將智力分為九類：語言、音樂、邏輯和數學、空間、體能、人際、內省、自然、存在。其中，前七類是他在1983年編寫的《心智分區》一書中提出的，第八類是他在1995年撰寫的一篇關于多元智力理論12年的評價性論文中提出的，第九類是他在此后的進一步研究中提出的一種尚未確定的新類型。

對于似人智能體而言，希望能夠擁有全部的分類智能，還要求水平與普通人相近。顯然，這些智能類型需要的功能系統、功能組、微功能單元和基本構件存在大量的交叉，如語言能力與音樂能力、邏輯和數學與內省。

多元結構類似于層次結構中的功能體系，但只是其一個子集，智能體還需要比九種智能類型更多的功能體系。

研究多元結構為構建似人智能體的總體設計和特定智能類型的組合系統提供支持。

多維結構在形態上是由跨不同層次、不同類型智能（多元）結構形成的穩定或臨時的功能結構。在層次和多元結構中，也存在功能體系、功能組，甚至微功能單元的結構多維性，但多維結構是指該結構的主體，或者說主要部分是多維的、以連接為主體的。

以結構表示功能，從微功能單元、功能組到功能系統、智能體總樞紐；以結構表示信息，是智能體面對復雜多變的環境，靈活、不可測的學習、情緒、潛意識適應智能任務多樣性的重要技術基礎。

由各層、各維功能結構引發的任意連接，從無連接到虛連接、從虛連接向實連接轉變的機制，多維結構是重要的實現手段。

多維結構是智能體智能實現的重要模式，是智能體柔性和可變的結構基礎。

1.5.6 智能計算的特殊函數

智能計算的特殊函數是智能體邏輯架構中的D區。由于信息載體、符號和含義三層重合的原因，迄今為止人類所形成的算法和邏輯主要針對符號體系，沒有產生基于含義的計算邏輯及智能計算相關操作的特殊函數。《智能原理》一書第5章對智能邏輯及主要操作函數做了簡要介紹，本書則需要更加深入討論其特征和如何實現。D區列舉了八類智能處理函數，分別是描述、連接、疊加、遞減、融通、交互、規范與容錯。本節只從架構解釋的角度討論，而詳細內容則在后續相應章節中進行闡述。

描述是智能體的一項重要功能，它將智能體所有控制、功能、環境、構件、感知獲取的信息等對象描述為可用、可增長、可復制的信息構件體系。智能體三要素之一的信息體系的構件主要通過描述功能實現。由于描述的對象、結果要求不同，描述是一個復雜的過程，過程中不同的功能需要這個功能系統由數以千計的描述功能組類（每類都有大量的描述微功能單元）共同完成智能體描述功能的需要。控制、功能、信息，不同客體、不同過程的描述，不同成熟度的描述，不同目的的描述等，構成了不同的描述功能組。

連接是智能體的又一類重要功能體系，承擔智能體所有連接的實現和發展。連接是智能體一系列核心功能實現的關鍵環節，如基于含義的感知和處理、理解、學習、中樞功能等。連接是一個復雜的功能系列，包括觸發機制、規范機制、標識機制、通路及其結構機制及實現，穿透智能體結構的層次、維度、性質構成的結構性功能，實連接、虛連接和任意連接等依賴于連接的功能是智能體發展的基礎。這些特征決定了連接是比描述更為多元、多樣的功能組體系。

交互是指智能體在整個生命周期與外界的作用平臺。既要能實現主動式交互，也要能實現被動式交互；既要能實現即時以秒甚至毫秒、微秒級的交互，也要能實現延遲式、累積式交互；既要能支持串行的持續交互，也要能實現并發式，甚至大規模并發式交互；既要能實現只有信息作為介質的交互，也要能實現信息、物質運動并存的交互。

疊加、遞減、融通是智能體構件及構件中的具體部分發生變化的三個基本操作。基于含義，經由對操作對象含義差別的比較，采取不同的邏輯過程實現。

規范與容錯函數實現兩個對智能體成長具有決定性約束的原則。規范希望智能體成長沿著既定的路徑，不發生不利于社會的突變。容錯希望智能體能有效處置各類自身操作中不確定的、當時不能理解的感知信息或交互，以及問題求解過程中產生的結果，而根本的原因則在于平衡成長過程的質量和速度，處理好智能體由于各種原因導致的誤判。

智能體需要滿足其全部功能的軟件體系，而這個軟件體系的核心是一組操作系統。這一組操作系統由微處理器、功能組、功能系統及總控系統構成。

為提高智能體處理智能邏輯及智能函數的效率，在智能體各類處理器中，既需要已經存在的、以處理符號為特征的芯片，也需要配置一些特殊的芯片，用于提高相應處理過程的效率。