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【案例】
智能的机制——阿什比论文集
大家好，今天开始，由我来为大家翻译控制论先驱阿什比的论文集《智能的机制》。全书共有8个专题40多篇论文，基本把阿什比（除了名著《大脑设计》《控制论导论》之外）主要代表作都囊括了。除了个别零散论文（比如《智力放大器设计》）外，大多没有被翻译为中文。我想尝试翻译出来，与群友共享。也许在今天AI浪潮几乎让人疯狂的背景下，聆听一下这位控制论先驱对智能的思考对我们有帮助，能让我们冷静下来，对AI如实观照。今天作者介绍、论文集结构与序言部分。 作者介绍
W·罗斯·阿什比教授被国际公认为控制论的先驱和权威。他受过医学和精神病学训练，曾任研究病理学家、格洛斯特巴恩伍德医院研究主任、布里斯托尔伯登神经研究所所长、伊利诺伊大学生物计算机实验室教授，退休后任威尔士大学荣誉教授研究员。 在巴恩伍德医院（一所精神病院）工作的十二年间，他制作了他著名的"同态调节器"（用英国皇家空军旧零件在阿什比夫人厨房的桌子上组装而成），并撰写了两部著作：《大脑设计》（1952年）和《控制论导论》（1956年）。这两部著作均完成于阿什比博士私人的软垫隔间，此后被译成多种语言。在美国度过的十年间，他发表了大量著作，据他自己估计，这是他职业生涯中成果最丰硕的时期。 阿什比博士的核心兴趣在于用机械论解释类脑活动。基于大脑按机械原理运作的信念，他热衷于揭穿关于大脑神奇力量的各种神话（"两千年来，心理学不过是对人类最高级能力的简单讨论——而大多数能力他根本不具备"），并设计行为的机械模型，其中最著名的是同态调节器。该装置故意用不可靠的部件构成，以强调智能不在于精巧、高质量的部件，而在于整体结构。尽管他不断寻找行为的简单解释，却全心全意地拥抱复杂性，主要兴趣在于非线性、高度互联的系统，其中复杂关系构成主要研究对象。 作为他对关系兴趣的象征，他随身携带一条由三条较简单链条平行互锁构成的链子；他喜欢观察微观生态系统（用鱼竿和瓶子从厄巴纳的博尼雅德溪捕获），欣赏它们展示的丰富相互作用；他还建造了一个半随机电子装置，装有100个双三极管，观察了两年，最终因其难以理解的复杂行为而认输。或许是这个三极管网络激发了他对信息论的兴趣，将其作为处理复杂性和测量变量间相互作用强度的工具；他随后提出的"必要多样性定律"和多变量信息论的发展，是对理解复杂系统的重要贡献。 阿什比教授有一种非凡的天赋，能使看似复杂的思想变得简单，并用朴实的例子说明抽象概念（"某只蜈蚣……"）。他善于在别人只看到琐碎之处发现意义，在别人只看到事实之处发现原理。他始终充满热情和创造力；即使退休后，他先掌握了单簧管，继而着手重新设计其人机界面，以改善信息传递。他严肃而略显令人生畏的举止，在参与对话或讲座时，会转变为生动的风格——他独特的敏锐机智和从不寻常视角看待寻常事物的能力，很快会使谈话变成一连串令人惊讶的思想洪流。他的热情会完全克服他平常的矜持，比如他曾有一次假装发射一把六响手枪，"后坐力"——令所有人惊讶，包括他自己——使他踉跄着穿过房间，摔倒在地。 除了是一位诚实、一丝不苟的学者，他还是一位热心、体贴、慷慨的人，热切地将自己萌发的想法的功劳归于学生；此外，他为人谦逊，当被问及希望如何处理他大量未发表的研究笔记时，他典型的回答是"全部销毁"（为了给下一代重新发现的机会）。 那些亲自认识罗斯·阿什比的人，会记住他是一个善良而难忘的人；那些通过著作认识他的人，会记住他是系统科学的天才和巨人。 ——罗杰·科南特（Roger Conant）（阿什比的博士生，也是本书的编辑之一） 本书编辑说明 （罗杰.科南特） 美国控制论学会于1980年春季的一次会议上决定，推动出版一套丛书，收录控制论和系统理论领域关键人物的开创性著作。本书，以及另一本以海因茨·冯·福斯特为中心的著作，是首批问世的两部作品。 我有幸于20世纪60年代那个非凡的黄金时代，在冯·福斯特位于伊利诺伊大学的生物计算机实验室工作，当时W·罗斯·阿什比也在那里。作为阿什比门下的博士生，我对他的创造力和精力惊叹不已，并深受其广阔视野以及他摆脱常人思维定式之自由的启发。这种自由常表现为以令人震惊的新颖方式看待事物的能力——仅举一例，他曾随口说道，在股市中亏损与获利同样困难。我感谢美国控制论学会和出版商给予的动力和机会，使我能通过编纂本书，部分地回报我对罗斯·阿什比的感激之情。 阿什比的两部著作《大脑设计》和《控制论导论》是控制论和系统理论文献中的经典，已被多种语言再版，想必为读者所熟知。然而，阿什比的许多工作散见于各处期刊、会议文集和不易获取的书籍中，有些文章仅以他在厄巴纳给学生发放的手稿形式出现。本书的目的即是将其中许多文章汇集于一册，从而使这位杰出人物的著作更易于获取。 指导本文选编的原则如下： 1. 若某部作品已实质性纳入阿什比早期的两部著作，则本书不予收录。 唯一例外是"必要多样性及其意涵……"一文，因其对"必要多样性定律"——阿什比最著名的成果之一——的清晰阐述而收录于此。 2. 以最少的篇数最大限度地涵盖所有著作中的思想。 阿什比的论文之间存在相当程度的重叠，他的一些钟爱主题在多篇独立作品中均有提及。我试图同时最小化这种重叠、本书的篇幅以及"损失"——即未收录于此的论文中的思想。这一任务不可能令任何人完全满意，包括我自己，一些优秀论文因此因这一精简原则而被舍弃。然而，我相信本集反映了阿什比除两部著作之外对控制论的几乎全部智识贡献。 我未能发现阿什比出版物的任何权威目录。因此，书末所列其著作目录是根据生物计算机实验室的文件、阿什比出版物中的参考文献以及与其学生和朋友的通信整理而成。尽管如此，某些方面可能仍不完整，不能视为最终版本。 我要感谢美国控制论学会主席斯图尔特·昂普利比，他为本项目提供了动力并奠定了良好开端；海因茨·冯·福斯特为此项工作提供了实质性帮助；伊利诺伊大学芝加哥校区图书馆的工作人员为我查找了许多阿什比的晦涩文章；亨利埃塔·科克斯承担了打字工作；乔治·克里尔对阿什比的工作进行了概述并就收录论文提出建议；我的贤妻雪莉，她欣然容忍甚至支持我对本项目的专注；最后是罗斯的遗孀罗斯巴德·阿什比，她寄来了照片以及下面这段她在其遗稿中发现的引语。 "我算得上是一位艺术家，不是在铅笔或颜料方面——我在那里毫无技艺——而是对完美有着深刻的鉴赏力。我的品味很广泛，因为我能欣赏任何精湛之作，无论是丘吉尔的一章文字、爱泼斯坦的一尊雕像，甚至马克斯·米勒的一个建议。我有一个抱负，希望有一天能创造出毫无瑕疵的作品。" "笔记中记录的那种关于大脑的工作，对我来说仅仅是一种令人愉悦的消遣，一个我可以退隐其中的爱好，一个我可以编织纯粹思想的复杂而美妙图案的世界，不受社交、财务及其他纷扰的干扰……" ——W·罗斯·阿什比 前言：阿什比的思想财富 乔治.科里尔（本书另一个主编） 我想借此机会表达我对W·罗斯·阿什比晚期著作的个人感受。首先，我希望他描述其思想发展的书籍和论文能够得到恰当的理解、欣赏和发展。他的一些最重要的思想仍未受到应有的关注，目前正在被分析和进一步发展。他留下的大量未开发的思想，代表着未来研究的丰富智力资源。 对大多数人来说，阿什比是通过他的第二本书《控制论导论》（1956年）[b2]为人所知的，该书在多次再版和十四种不同语言的翻译之后，至今仍在印刷。他的第一本书《大脑设计》（1952年）[b1]知名度较低，而他1930年至1972年间撰写的众多论文则最不为人所知。这些论文散见于各种出版物中，许多被隐藏在会议论文集或论文集的编辑版本中。 我一直对阿什比那部杰作《控制论导论》深感惊叹。这本书写得如此精湛，作为入门教材与任何著作相比都毫不逊色。它至今仍是我灵感的巨大源泉。1970年，我在罗马与阿什比相处时，曾称赞他写了这样一部优秀的导论。令我惊讶的是，他回答说写这本书对他来说很容易。"不，"他回复道，"我毫不费力。"我后来才得知，在撰写该书期间的某个时候，他对自己的英语知识失去了信心，于是放下几乎完成的手稿，开始从头学习英语。一年多后，当他重新自信地掌握这门语言时，他才回到这本书的工作上。他没有使用旧稿，而是在几个月内从头完成了整本书。因此，这部杰作的诞生——难怪它如此精湛！ 阿什比对系统研究各个方面的兴趣可以追溯到1940年代。这一十年的特点是系统研究、控制理论、信息与通信理论、自动机理论以及系统工程等新兴和初步领域的出现。这些新颖而有前景的思想与阿什比关于适应性和自组织概念的发展相吻合。他在这一十年的贡献极为重要。自1960年代以来，他一直日益成为系统研究领域公认的领导者，直至1972年去世。 自20世纪50年代初我开始熟悉阿什比的一些著作以来，我一直感受到他对我在系统研究方面工作的巨大影响。我清楚地知道，许多从事系统研究的人也有同样的感受。例如，罗杰·卡瓦洛[109]最近为阿什比进行的一项调查显示，作为20世纪下半叶第二位最有影响力的人物，他对系统研究者的影响几乎是卢德维希·冯·贝塔朗菲的两倍——而冯·贝塔朗菲通常被认为是该领域最有影响力的人物。 阿什比最伟大的思想之一是他对"对象"与"基于该对象定义的'系统'"之间区别的清晰认识。他写道[b2,p.39]： "在这一点上，我们必须明确'系统'是如何定义的。我们的第一反应是指着钟摆说'这就是系统'，但这种说法隐藏了它可能产生的巨大困难。每一个物质对象都包含无限多的变量，因此可以产生无限多个可能的系统。真实的钟摆，例如，不仅有长度和位置；对于电导率，它有晶体结构、化学杂质、内应力；对于温度，它有熔点、比热、导热性；对于光学吸收，它有表面水分、细菌污染、光学吸收、弹性、形状、比重的薄膜，等等。任何暗示这些变量中某一个可以忽略的说法，都是从未被提出的。所必要的是，我们应该挑选出我们感兴趣的变量，并研究这些变量之间的关系。系统现在意味着，不是一个事物，而是一个变量集。" 在我看来相当令人惊讶且不幸的是，这两个概念之间的根本区别对当前场景上的许多系统研究者来说仍然是陌生的。然而，它至关重要，因为许多系统研究中的混淆正是由于未能认识到它而产生的，正如一些批评者所暗示的，系统研究不过是研究一切（每个对象），因此逻辑上是空洞的。 阿什比明确区分对象和基于对象定义的系统，使他能够认识到同一对象可以以不同方式被看待（建模），每种方式都基于不同的属性和相关的响应函数。这使他能够将系统识别与正在研究的对象分离开来，也使他能够将自己限制在晚期论文[99,p.1]所描述的对象的"简化、可管理的子集"中，并拒绝所有其他部分。让我们引用他晚期论文[99,p.1]中的一段话： "……虽然所有人都会同意大脑是复杂的，自行车是简单的，但人们也会记得，屠夫对羊脑的看法是简单的，而自行车，如果被详尽研究，作为理解人类大脑的唯一线索，就会变得非常复杂。因此，在我看来，用'复杂'来测量复杂性是一种完全错误的方式。" 阿什比工作的独特特征之一在于，他所发展的各种系统概念和原理具有高度的一般性，即它们并不局限于基于具有某种特定数学结构的变量所构成的系统。他就此问题表达了如下观点[95,p.103]： "受过一定数学训练的工作者很容易养成（或陷入）一种思维习惯，认为'变量'必须是指具有可加性度量的数值尺度。这种限制是完全不必要的，有时甚至会导致致命后果。气象学家长期以来使用五种'云型'，兽医研究猪的各种寄生虫，血液学家使用四种基本的'血型'。现代数学运用集合论的方法，完全能够处理这类变量，而这类变量在行为科学中往往是不可避免的。" 阿什比的许多思想不依赖于所涉及变量的尺度，这使得这些思想非常适用于所谓的软科学。具有讽刺意味的是，变量必须是"定量的"这一神话——至今仍严重主导着软科学——似乎正是这方面的主要障碍。 可以公平地说，系统的认识论层级[107,109,115,116]日益被认可为任何有意义的系统问题解决框架所必需的"骨架"，而这一层级在阿什比的著作中是隐含的。尽管他没有明确表述这样的层级，但他的著作至少涵盖了我所提出的层级[109]中的四个认识论层次。 最低的认识论层次（源系统或0层），在我的层级表述中定义为一套变量（划分为基本变量和辅助变量）以及为每个变量定义的分辨率水平[109]，显然只是对阿什比将系统定义为一套变量这一概念的更精确、更完整的阐述。他关于所选变量的方案（或活动）概念，则直接对应于我认识论层级中的数据系统（1层）。 就我认识论层级中的2层（生成系统或行为系统）而言，它在阿什比的早期著作中由状态决定系统（机器）[81]的概念所代表，但也由他更为一般的变换概念[b2]所代表。在20世纪50年代初，这些是相当新颖的思想，由此发展出一些系统理论，如有限状态机（自动机）理论，以及后来的动力系统理论。 结构系统（定义为耦合子系统的集合），代表我层级中的3层，在阿什比的著作中有相当广泛的论述。他的主要兴趣似乎在于研究部分（子系统）的各种性质与整体（结构系统）相应性质之间的关系。例如，对于这样一种性质——平衡状态——他推导出了整体与部分之间一个简单但重要的关系："整体处于平衡状态，当且仅当每个部分在其他部分所提供的条件下处于平衡状态。"[b2,p.83] 他自己设计并著名的同态调节器，也是源于他对整体-部分关系研究的浓厚兴趣。 虽然大多数系统研究者只关注涉及一个或最多两个认识论层次的问题，但阿什比可能是新兴系统研究领域中第一位成功将更广泛范围的认识论层次整合到一个概念框架中的贡献者。从他的著作中可以清楚地看出，与许多当前的系统研究者不同，他认为认识论谱系的实验端与认知端同等重要。此外，他的工作出色地展示了对系统研究的发现（归纳）方法和公设（演绎）方法的平衡运用。 阿什比最伟大的贡献之一——必要多样性定律，也是他最早期思想之一[82,43]。其最简单但最一般的表述"只有多样性才能摧毁多样性"——开辟了多个可能的发展方向，具有潜在的深远意义。尽管对必要多样性定律的兴趣近来日益增加，但令人惊讶的是，某些相关领域，最值得注意的是控制理论，仍然完全不了解这一思想。这种令人遗憾的状况，被布莱恩·波特——少数具有更广阔视野的控制理论家之一——在几年前发表的一篇论文[113,p.227]中很好地刻画出来： "……颇具讽刺意味的是，例如，最优控制理论虽然已被详尽发展到了几乎令人厌倦的地步，但控制科学家们似乎对阿什比著作的存在及其重要性 largely 一无所知。这种情况在阿什比的必要多样性定律方面尤为突出——该定律对于调节和控制的重要性，犹如热力学第二定律对于物理学的重要性。因此，必要多样性定律——顺便一提，它可以通过基本推理非常简单地得到证明——对调节器可实现的行为施加了严格的界限，无论其结构或设计如何：因为阿什比的定律相当可靠地指出，任何物理装置作为调节器的能力不能超过其作为通信通道的能力。该定律所表达的控制与通信之间的密切联系，无疑表明这一领域可能是系统科学家和控制科学家未来研究中最令人兴奋、最有价值且最重要的领域之一。当然，阿什比自己感到，在他漫长而多产的科学生涯结束时，他在这个领域的工作才刚刚开始。……阿什比的必要多样性定律表明，系统科学和控制科学中有许多非平凡的问题等待解决，而且——拟人化地应用该定律——解决这些问题的最佳方法，很可能是通过最大化系统科学家和控制科学家作为多样性通道的能力来实现的。" 调节是阿什比在其著作中高度关注的一个概念。他研究了反馈和前馈调节，并发展了分析和设计调节器的一般原理。他的大多数结果都用集合论术语描述，适用于任何尺度的变量。这可能是他的调节工作尚未在控制理论中得到利用的原因之一。控制理论主要是为连续变量或连续变量的离散表示而发展的。将微分方程或差分方程——它们一直是控制理论中的基本数学工具——与阿什比提供的一般集合论表述相整合，可能是困难的。然而，这样的整合将极大地增强控制理论的能力，特别是其对"软科学"的相关性。 "整体大于部分之和"这一表述——它刻画了系统研究的核心问题——常被一些人认为神秘，被另一些人认为平凡；很少有人理解其全部意涵。对于罗斯·阿什比来说，这一表述既不神秘也不平凡；他很好地理解了它，并试图发展方法论工具，以严格分析整体-部分关系。 在20世纪60年代初，阿什比发表了一种算法，用以确定一个n维关系是否可以从其所有(n-k)维投影中重建（k=1,2,…,n-1）[67]。他表明，一个关系可以从适当的投影中重建，当且仅当各投影的柱面扩展的集合交集与给定关系相同。尽管该算法只涉及整体-部分关系问题的一小部分，但作为澄清这一问题的首次尝试，它具有重要意义。然而，它几乎未被专业界注意到。即使在其发表十五年多后的现在，情况也没有多大改善。事实上，最近在诸多不同领域发展的系统模型几乎无一例外地由子系统构建而成。虽然每个子系统与总体系统变量集的一个子集相关联，且通常是对所涉及现象的经过良好验证的模型，但从给定子系统重建总体系统的能力问题几乎从未被提出。似乎许多系统建模者有一种将重建能力视为理所当然的倾向。显然，如果没有通过分析来确定系统模型的重建能力，该模型很可能是根本错误的，并可能具有极大的误导性。 1964年当我读到阿什比的论文[67]时，我对他关于重建问题的洞见印象深刻，但我花了十多年时间才充分理解其意义，并有足够的动力去继续阿什比开创的方向进行研究。我第一篇涉及重建问题的论文发表于1975年[106]。在该论文发表后，许多研究人员加入到进一步研究该问题各个方面的努力中，并发展了一个被称为重建分析[103,117]的新方法论领域。 重建分析的一些贡献者，最值得注意的是格里特·布鲁克斯特拉、罗杰·科南特和克劳斯·克里彭多夫，已经用信息论概念研究了重建问题的各个方面[117]。这也是阿什比在20世纪60年代中期开创的一个方向[71]，这显然是他1972年去世前不久的主要兴趣之一[92,96]。可以公平地说，他证明了信息论与系统研究的相关性，这是阿什比的主要贡献之一。 阿什比对系统重建性质的强烈兴趣，只是他更大兴趣的一个方面——对简化方法的永恒追求。以下引自他1964年一次专题讨论会上的发言[69,pp.166,168,169]，很好地描述了他在这一方面的观点： "……系统理论（是）试图发展科学原理，以帮助我们应对具有高度相互作用部分的动态系统，其规模可能超过10¹⁰。面对远超此规模的问题和过程，他该怎么办？在我看来，此时他必须下定决心，是否接受这一限制。如果不接受，就让他去攻击它，试图找到战胜它的方法。如果接受，就让他全心全意地、一贯地接受。我个人的观点是，这一限制比能量守恒定律更不可能被突破。能量定律本质上是经验性的，可能在一夜之间消失，正如质量守恒定律那样，但阻止一个拥有10¹⁰资源的人执行一个真正需要超过此数量级过程的限制，基于我们关于因果的基本思维方式，且完全独立于其所依附的特定物质。如果这一观点正确，系统理论必须建立在简化方法的基础上，并将本质上以简化科学为基础。……我建议，未来的系统理论家必须是简化的专家。" 尽管阿什比并非计算机科学家，但他具有运用计算机的非凡才能。他证明了将计算机视为系统科学家的实验室、将计算机仿真视为其最重要的实验室工具之一，是完全有意义的。他开展了系统科学中最具典范性的基于计算机的实验研究之一；其目标是确定系统规模（所涉及变量的数量）及其连接度（变量间依赖关系的百分比）对特定类别系统稳定性的影响[90]。该研究仅限于线性动态系统。除其他结果外，它导致了连接度临界值（13%）的发现；该值具有临界性，因为对于足够大量的变量（10个或更多），几乎所有连接度小于临界值的系统都是稳定的，而几乎所有连接度大于临界值的系统都是不稳定的。在另一项研究中，通过计算机实验研究了由功能相同的有限状态机构成的系统类别。该研究的目标是确定循环长度及其他行为特征对各种类型有限状态机的系统规模的依赖性[75]。这些以及阿什比参与的一些其他基于计算机的系统实验研究，清楚地展示了计算机作为系统科学实验室的作用。 阿什比的独特贡献之一，是他将能量系统中已被充分理解的功率放大原理扩展到信息系统领域的思想。这一信息放大的思想在他的两部著作和许多论文中，在多种不同语境下被讨论，如调节放大、适应放大或设计放大。其最一般的形式嵌入在智能放大器的概念中[41]。在这一语境下，阿什比认为智能意味着解决问题的能力，而解决问题又意味着从全部可能性中做出恰当选择的能力。因此，他将智能放大器基本上视为选择放大器。当问题是调节时，选择放大器将采取调节放大器的特殊形式；当问题是设计具有给定性质的系统时，它将采取设计放大器的形式，等等。 各种形式的信息放大器思想具有深刻的哲学意义和实践意义。如果这样的放大器是可能的，那么至少在原则上，也有可能构建能够解决超出其设计者智力范围问题的人造系统。尽管具有如此巨大的理论和实践潜力，信息放大器的思想尚未在阿什比本人所发展的概念水平之外得到进一步阐述。这显然是他的伟大思想之一，但仍被低估，因而未得到充分发展。 系统设计的各个方面，特别是元设计问题，经常在阿什比的著作中被讨论，尤其是在他的晚期论文[96,98]中。他将系统设计视为一个调节过程，并运用信息论的一些概念来发展若干元设计原理，这些原理对于极其复杂系统的设计尤为重要。将这些原理纳入每一本系统设计教科书中，已是久拖未决之事。 我只能讨论阿什比的一些思想，特别是那些对我自己研究工作有所影响的思想。他的著作中还有许多关于适应性系统、自组织系统、自复制系统、系统建模、归纳、预测、超稳定性、生物计算机等主题的更多思想。他的一些思想影响了当前的科学观点并得到了进一步发展（例如，状态决定机器的概念或信息论在系统研究中的作用），一些只是最近才成为相当关注的研究对象（例如，重建分析），但他的著作中仍有许多丰富的思想在很大程度上被忽视，或至少没有在阿什比本人的阐述之外得到发展（例如，基于信息的放大或他的元设计思想）。可以合理预期，本书收录阿什比主要论文的出版，将重新激发人们对这一智力宝库的兴趣，并将导致其中所包含的许多思想的进一步发展。
来源：宋胖说事儿（公众号）
编辑：张家乐
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发表于 2026-2-2 22:12:23
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