人工智能哲学

1. 某些可能的簇及其概念

这一节中，对有关概念簇的某些具体思想作一概述。这只是一个梗概，比较粗略，更充分的说明最终会在别处作出，我不打算开一个详尽无遗的清单。

很可能有这种情况：这些簇中有很多并不是真正意义上的簇。例如，经过更加严密的研究，它们可能分为若干小部分；或者，可能揭示出一些新的连接关系，使得簇的界限模糊不清。然而我认为，作为探究的起点，它们是很适合的。

度量的尺度

我们应当有能力表达像大小、范围、(液体或粉剂的)多少、重量、黏度等这样一些量，它们看来是物体的特性。但是我们能用例如磅或千克来测定重量，所以就必须引进各种各样度量相同物理量的度量尺度的概念。我们可以拥有各种各样的从物体到(比如说)有理数的函数，将其称为磅重和千克重等等，但这是不方便的，不自然的，也不足以支撑一个非常稠密的公理集合。我认为，应当引进一个重量(大小、多少)的“抽象空间”概念，这样，重量就是一个从实物到重量的函数，而磅(及其他)就是从有理数到重量的函数，于是可以写出：

$$
\tt \frac { \partial \# } { \partial \tt t } ( \# \tt A ) = \tt \# \tt \frac { \partial \sf t } { \partial \tt t } ( 1 5 0 . 3 2 ) = \tt \# \tt \frac { \partial \pi } { \tt t } ( 6 8 . 2 5 )
$$

我认为这些重量、大小等度量空间都有它们自己的理论。它们很可能具有一个容许空间的结构(Zeeman1962)，即它们有一个有限的“粒度”。它们是各种各样的近似、接近和“典型”度量(如大象的标准尺寸)的概念，以及不等式和其他相关事物的概念，同时我推测，这之中有很多是独立于被度量的特定量的。

有一个评论也许适合于这里的情况。人们常常认为，“常识”需要一种不同于一般的模糊逻辑。作为支持这一观点的例子，无例外地包含着模糊度量尺度或度量空间。我认为在这里或许有模糊性的一席之地，但这不是对模糊真值的论证。

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形状、方向和维度

三维物理形状。尽管在机器人的操作语言方面作出了一些值得称道的研究(参阅Bolles1976)，但是就我所知，对这个簇的研究并不是很多。它还同视觉论题有联系，因为这方面已有许多成果，从这里人手可能是个好办法。我原希望能在这里对形状作更多的说明，但实际上只能作一些松散的讨论。

对朴素物理学来说，垂直重力是生活中一个恒常的事实，所以垂直维度和水平维度应当区别对待：“高”和“长”是不同的概念。一个物体在背靠一个刚性表面(比如墙)时和独立站立时，对它形状的描述常常是不同的(宽和长；或是离墙的深度和沿墙的宽度或长度：如果一个物体被看作是靠墙而放，就是宽，如果被看作是沿墙伸展，就是长)。详尽的研究尚未作出，我怀疑这些不同的概念集合，来自于各种坐标系之间的协调。例如，一堵墙以沿其法线的半轴定义着一个自然坐标系。

形状的一个重要方面是面与立体和棱与面的关系。那些适用于许多专门场合的不同名称，表明了该簇的丰富性：顶、底、边、缘、棱、唇、前、后、廓、端。《罗热类属词典》（Roger'sthesaurus，第二类；第2节)提供了几百个这样的词。此外，在方向变化时，特别是与垂直重力有关时，它们不是不变的。这些边界概念在描述空间形状时也是至关重要的，而且还是同调论和微分几何的基础。

内部和外部

我们来看如下的概念集合：(内部)，(外部)，(房门、正门、窗、大门、人径、出径)，(墙壁、边界、容量)，(障碍物、屏障)，(过道、穿道)。

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我认为这些词提示了一簇相关概念，这些概念是朴素物理学的重要基础。这个簇关系到把三维空间划分成有物理边界的块，也关系到这些空间部分可以相互联系的方式，以及物体、人和液体怎样能从这一位豐到达另一位置。

我之所以认为这个簇重要，有几个原因。一个原因仅仅是从内省角度感到它是重要的。另一个原因是，这些观念，特别是“穿道”的观念和那些可能因此出毛病的事物，似乎是民间传说和传奇文学中常常出现的话题，也是许多常用类比的根据。又一个原因是，在观察其他簇特别是像液体和历程(见后)这样的簇时，这些观念已相当频繁地冒出来。还有一个原因，它们是某个重要的数学理论同伦论的来源。但是，主要的原因还在于包含性对于因果性的限定。待在房间里的一个主要理由，是把自已同外边正在产生的因果影响隔离开来，或是防止屋内的事泄漏到外边去(如分别是：为了避雨，为了进行密谋)。熟练掌握何种障碍可有效地抵制何种影响，看来是一种非常有用的才能，这是能够解决“框架问题”所必需的。

把这些观念同形状观念作对比是很有意思的。这里，我们所说的空间是一个可以位于其中的地方：可以说是运动空间；而在描述形状时，空间是物质占据的空间。然而，许多概念在这两个领域中都是有用的。

历程：对发生过程的描述

由J·麦卡锡开创的、描述动作和变化的现代经典方法，采用了状态或情境的概念。它被看作是在给定瞬间为世界拍的一张快照，因此动作和事件就成了从一些状态到另一些状态的函数。观念的这一框架甚至被许多否定自己的形式体系中包含状态变量的人所采用，并且已经被特意编入数种AI程序语言。然而我现在认为，这是一个错误，至少是一个粗糙的过度简化。

我们来看以下例子(这是R·伯斯塔尔多年前让我看的，但当时我并不懂)：在纽约，有两个人约定一个星期后在伦敦见面，然后他们分头出发：一个去爱丁堡，一个去旧金山。他们每个人独自度过了丰富多彩的一个星期，然后，按照事先的安排，如期相会。为了用情境来描述这事，我们必须说明，他们之中每一个人在另一个人发生的每一件事之后，发生了什么事情，因为每一情境既然在概念上是整个世界的一种状态，就包括了他们两人。

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我们所需的是具有限定空间范围的事件状态的概念。我所谓的历程是这样的对象，即相联结的时空块，一般被界定在其中有“某些事情发生”的四维坐标中(这里也包括无事情发生的特殊情况)。

历程的三维空间截面，是特定时刻的一个地点，即该地点的状态。地点可大可小，可相互嵌套：房间、旅馆、街道(可以理解为全部面向街道的建筑物组成的内部空间)、城市，都可以是地点。例如，典型的历程是在某天下午1时到4时之间一个特定房间的内部。从概念上讲，空间是由地点构成的，而时空是由参差交错的历程构成的。我们也可以把历程看作一个过程(的发生)的展开。

任何一个明确定义的物体或空间块，都可以乘以(在代数直积意义上的)时间间隔，平凡地展开为历程。但是也有一些历程不那么简单，如弹道，它在时空中是“倾斜”的。

能够以物体或空间块以及历程的形状为参照，是十分有用的。例如一个下落的(如从罐内倒出的)水柱定义了一个历程，它的形状是一个垂直柱(准确地说，这不是柱，而是空间旋转体一——译者注)。在这一历程同液体正在进入的别的历程的联系中，这个柱的顶部和底部是相当重要的。

历程可以通过各种方式相互发生联系。有相邻关系：既有空间的(例如，水柱落到桌面上时，是垂直在上并相接触)，也有时间的(例如，接触开关，随即启动发动机，是立即跟随)，以及混合的(如飞行器之间的碰撞，是两个轨道的相交)。在地点之间，因而也在历程之间，存在着形状特性和相对位置关系。有相似地从地点和物体那里继承来的空间包含关系，也有时间包含关系(“当”)。还有历程与各种整体坐标系之间的既是时间也是空间的关系，我们可以称之为历程的编址。有很多可行的编址系统，并非都是米制的坐标框架，例如一座大楼中的房间编号系统。所有这些定义出了可以称为朴素时空几何学的东西。

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并非每一空间区域都可以作为明确定义的地点，也不是每一时空区域都可以看作历程。“棱”的定义必须由一些“自然”边界作出。可作为自然边界的东西是(审慎地)无限制的，但是物理屏障是显而易见的例子，比如房间的墙。

既然地点可以嵌套(的确，或许每一地点都在某个另一地点内部)，那么每一事件也包含在许多(也许是无穷多的)历程之中。但是对于每一类型的事件，都有一个严格包含它的最小历程，即这类事件的因果影响无法通过的那些屏障在空间上界定的最小历程。〔粗略地说，对于“(事件)是在哪里发生的？”的问题，这个地点是自然的答案(可作为答案的有：在桌子前，在居室内，在那间屋子里，在伦敦)。这一观念的重要性前已提及：这样的屏障限制了事件的因果影响必须被追溯的范围，因而使预见变得更加容易。根据对屏障几何形状的静态描述，可以预见各种事件只能影响为数不多的历程。例如，在关闭的房间里发生的很不平常的事件，只有有限的一类(大爆炸，洪水，大火)才能直接对房间以外的历程产生影响。

同经典的情境/动作本体论相比，历程给我们带来的表达能力和预见能力的提高，还表现在其他若于重要方面，由于需要的篇幅太长，不在此细述。更充分的说明尚在准备之中。

能量与作用力

在作预测时，区分“直接发生”的事件(如下落)和需要某种作用力或能量消耗的事件(如飞石穿越空气)，看来是十分关键的。显然，这一观点是，如果在已知历程中没有施加作用力，那么后一类事件就不会发生。

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这种区分违反了能量守恒定律，但我认为对朴素物理学来说，这样做是完全正确的(也许我们只能说，“作用力”的直觉概念并不确切地对应于物理学中“作功”的概念)。在许多日常情境中，能量消耗几乎没有什么明显的结果(例如向砖头里钉钉子)。

我无法肯定关于作用力的概念还能说些什么，也许作用力来源的容量是有限的(它们耗尽了或疲劳了)。也可能与其说它是一个簇，不如说它是一个把其他许多簇松散连接起来的概念。

执行者可以作为能量的来源，但是这两个概念是有区别的，因为有一些动作不需要能量(如讲话)，而一些能源不具有意志力。然而，在朴素物理学中这两者也可能是等价的概念，只有运用像意志力这样的“心理”概念才能将它们区分开来。

组合

许多固态物理体是以某种方式将部件组装到一起而构成的；而另一些则只是一块(某种)原料，如一段木头。有相当多的概念与组合这一观念相联结，像这样一些概念：作为元件、作为部件〔例如人的手是人的一个部件，而不是元件，人的肝脏则是元件（尚有争论），因为在某种程度上它是可分离的〕、附着、组合和拆开、粘接、钉入、拧上等等。还有一些概念与被组合部件相互间可作相对运动的方式有关(轴、滑轮、键槽、铰链)，这些概念与形状和运动的空间几何概念相联结。还有一些概念与不同类型的材料的机械特性有关：刚度、硬度、柔性、易切割、易粘接等等。

支撑

如果听其自然，物体(或液体)就会下落。为了制止它们下落，就必须把它们支撑起来。我想我们可以把所有支撑一个物体的方式列一个简表如下：

1. 将某物放置其下，托住它。当然，该物也要有支撑，以此类推。但是地面无需支撑：它是所有支撑关系的基础(由此推得，地面不是一个物体)。

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1. 某物位于其上，它挂在该物上。

1. 某物紧靠它，它附着于该物上(参阅组合)。

1. 它漂浮在某些被包围的液体上。

1. 它正在飞，即不接触任何固体，以某种方式自我托起。这需要飞行着的物体要有很大的作用力，所以没有生命的、“被动的”物体不能飞(尽管风筝是个例外)。

在以上情况中，（1)是最安全的；在其他所有情况中，某一组成部分失效〔分别有：断裂(如绳索）、分离、泄漏、作用力停止所有这些都是这种或那种历程〕，就意味着支撑结束，因此下落历程会突然开始，而下落历程(常常)会造成危险的结局。这样，在“从下面支撑”的想法周围，存在着一个概念的微型簇：如高大建筑、塔、墙等这样一些概念，以及稳定性和可能失效的方式(翻倒、破碎、散开、滑动、下沉)。

物质和物理状态

有许多不同种类的物料：铁、水、木料、肉、石头、沙等等，它们以不同类型的物理状态存在着：固态、液态、粉末、糊状、胶体、泥状、纸状等等。每一种物料都有一个常见状态：铁是固态的，水是液态的，沙是粉末状的等等，但是这一点有时也会改变。例如，许多物料加热到一定程度，就会熔化(对有些东西来说这是非常之高的温度，也就是说，实际上它们不可能熔化，例如沙；还有一些在加热时会燃烧，例如木头或面粉)。如果让液体冷却到一定程度，它们就会凝固。如果你以足够的力量和决心来研磨固体，它们就会变成粉末，如此等等。没有显然的常规方法能将粉末变成固体(但是把它们打湿，成为糊状，再仔细烘干，往往行之有效)。

有时，对于以两种不同状态存在的同一物质，我们会得出两个概念。沙和岩石即是一例。我认为这是有其理由的：当物质(1)从一种状态到另一状态的转换是极端困难的时候；(2)两者都以自然形式存在的时候。(以铁锉屑为例，它满足(1)，但不满足(2)。)

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有些物质，任其自然存在，就会分解，即慢慢变成另一种(无用的)物质；或是成熟，即慢慢变为另一种(有用的)物质。生锈和潮湿腐烂都是分解的例子，制作奶酪则是成熟的例子。

每个不是组合的物理体必然是由某种物料构成，该物体的许多特性其实就是构成它的物质的特性(刚度、颜色—在未着色的情况下、硬度等等)。我认为把一个东西的这些特性同那些主要是与它的形状或结构相联结的特性区分开来，是十分重要的。某些物体主要由一种物质的特性确定(如一块铅)，另一些物体则由别的特性确定(如一个建筑群)。有些特性，像重量，既同大小有关，也同材料有关，随着物体种类的不同，它所具有的内涵也不同：一块重的铅就是一块大的铅；而一块重的建筑用砖，必须由某种特殊密度的材料制成。固体物体必须由物理状态是固体的材料制成，因为只有固体才可能看作是有形状的。由此可知，如果把固态物体加热到制作它的材料的熔点，它肯定就不作为一个物体而存在了，因为所需的那种物质状态已不存在。我想这是对熔化所作的一个有说服力的解释。

要探索各种半固态物质物理状态之间可能存在的转变，烹调看来是一个理想的领域，另一个则是制造加工过程(模制、铸造、锻造)。测定总量和分量的各种方法也是一个有待探索的实用领域。以木头和金属为例，它们(基本上)是根据重量或体积批量出售的，但是在各种不同的系统里也根据物件的形状(条状、平面状或立体)进行零售。

力和运动

朴素物理学是伽利略之前的物理学。我在11岁时，因为听到讲授牛顿“运动定律”，在理智上受到的震动，至今记忆犹新：没有力作用其上，一个物体怎么能保持运动呢？读伽利略的“关于两大世界体系的对话”（1632)时，感到很有趣，他从日常经验出发，令人信服地论证了牛顿第一定律必然成立。但是这要用大量小心翼翼的论证，还依赖于读者对平坦、光滑的平面和近乎完美的球体的体验。另一方面，每一个儿童都具有的非牛顿式的直觉却是：一粒由弹弓射出的石子，是按辐射方向向前，而不是沿切线方向飞出的。还能找出其他一些例子。

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一个正在运动的物体只有五种可能的运动方式：它或是下落；或是被某物拉或推；或是自己运动向前，边运动边消耗作用力(因而它不可能是被动物体)；或是滑动(包括在光滑平面上的滑动和沿光滑斜面向下的滑动)；或是滚动，在这种情况下，它必须是可滚物或轮子，或者有可滚物或轮子。在后两种情况中，作用力停止后，运动可以持续一段时间。(我们可以称这种现象为惯性滑行：这是向伽利略作出的姿态。)上述说明未包括旋转和摆动这两种运动：就位置变化而言，可以说它们包含了所有运动方式。

我认为在形成运动概念时，实际上有两种不同的方式：作为位移，或是作为轨迹。位移运动需要作用力，力停止了，运动就停止：它的特点在于始终存在一个相对于位置的恒定的伺服控制，亦即它的概念是位置变化。轨迹运动具有惯性，在(因碰撞)而被迫停止之前，继续前进，其特点是沿一路径作平稳运动。它的启动、停止或改变方向都需要作用力，而维持运动则只需较小的力或完全不用力。例子有：抛射体，汽车，溜冰，跳跃。位移运动是希腊式的，轨迹运动是伽利略式的。像瞄准、碰撞、速度(作为一个度量空间)、加速度这样一些概念同后者有关；而去、来、躲、避、趋向、远离这样一些概念是同前者有关的。位移和轨迹，这两者都是历程，但是前者基本上只是从它们的起点到它们的终点的转变，起点和终点都是物体的位置；而后者有一个确定的形状，例如，它们可以在时间上作外延，因而有瞄准的概念。下落、滑动、滚动和跳跃都是轨迹的例子。

力可以用各种方式传递。刚体可以传递推力，绳子可以传递拉力。卢格尔和邦迪(Luger and Bundy 1977)较为详细地考察过这个微

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型簇。

液体

液态物质提出一些特殊问题，因为与固体材料的块不同，液体的“块”一般不用作为特定液体块的方法来区别，而是用使其处在特定地点(如湖)或是与固体的某种特殊关系(在杯子内)的方法。在拙作(Hayes1978b)中，我详述了解决这些问题的方法。

1. 某些结构式形式化技术

构造“启发方式恰当”的公理形式化(McCarthy and Hayes 1969)是一门艺术，就像编写好的程序是一门艺术一样。它尚未得到充分发展(诚然，研究朴素物理学的主要目的之一，就是要在这个相对来说还是处女地的领域中取得一些技巧)，但是有一些独特之处正在崭露头角。

其一是分类学的重要性：也就是对一种事物或是一事物的可能状态的各种型式或范畴列出有限的、穷举的表。我们已经看到的有：被支撑的方式，物理状态的类型，一种流体的可能状态(有六种：被包容，流动，喷洒，打湿，下落及飞扬)。对于每一情况，我们都有一组如下形式的公理：

$$
\begin{array} { c } { \Phi \equiv \Phi _ { 1 } \left( \mathbf { x } \right) \vee \ldots \vee \Phi _ { \mathfrak { n } } \left( \mathbf { x } \right) } \\ { \Phi _ { 1 } \left( \mathbf { x } \right) \supset \mathrm { T } _ { 1 } } \\ { . } \\ { . } \\ { . } \\ { . } \\ { \Phi _ { \mathfrak { n } } \left( \mathbf { x } \right) \supset \mathrm { T } _ { \mathfrak { n } } \left( \mathbf { x } \right) } \end{array}
$$

这里， $\mathbf { T _ { i } }$ 是理论，表示那些特定场合的具体情况。这种穷举列表在作出推理时可能是非常有用的，方法是对在视觉中广泛使用的图形相容性检验计算加以概括(参阅 Mackworth 1977)。从直觉上看，“当且仅当$( \equiv ) ^ { \pm }$ 的意思是，如果除一个析取项之外的所有析取项都可以排除掉，那么余下的一个必然就是所指的情况。如果次级理论的集合 $( \mathbf { T _ { i } } )$ 被恰当地结构化，那么它就可作为一项强有力的获取简短证明的技术。例如，在支撑情况中，我们可以迅速作出推理：一个被动的东西用绳子吊着(无其他支撑)，绳子断了，那么它必定下落；因为紧靠其下没有东西(情况1)，也不存在使它漂浮于上的液体(情况4)，它也没有附着在任何东西上(情况3)，同时它又不会飞(情况5)，所以它必须由吊挂来支撑。于是(根据基本的支撑公理)它必然下落(亦即这一瞬间是下落历程的开端)。类似的论证方式也可以用来证明流到桌边的水将会下落(而不是比如说继续水平前进，或在桌边堆积起来)。

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