内容简介

戴汝为院士从事自动控制、模式识别、思维科学、人工智能、“人机结合”的智能科学的研究五十余年，于2006年提出“社会智能科学”，在智能研究领域倡导自然科学与社会科学交叉的研究。戴汝为先生多年探索人类智慧发展的道路，从思维科学走向社会智能科学，是时代的要求，体现了人文与科技的交融。本文集收集了戴汝为先生20世纪50年代早期研究“最优控制”的论文；包括了从20世纪70年代以来有关“模式识别”研究的成果；20世纪90年代他从“思维”及认知的观点出发，以“系统论”和“综合集成”的研究方法，在总结人工智能及智能计算机发展经验的基础上，提出“人机结合”的智能科学和智能工程的相关论文；戴汝为在“系统复杂性”研究中，引入人工智能技术与知识工程方法，应用先进的信息、互联网技术构建了“人机结合综合集成研讨厅体系”，依托信息网络空间推出支持宏观经济决策的可操作平台，成为智能信息处理的有力支持系统；并且在国家水利建设、军事决策及灾害应对等领域得到应用，这几方面的文章形成本文集的主要组成部分。在实践的基础上，戴汝为完成了“人机结合”的从信息产生“知识”，再“综合集成”涌现“智慧”的人类智慧发展的这一过程。进一步在科学与人文结合、自然与社会交叉研究的基础上，为形成一门新学科“社会智能科学”作了准备。

前言

从“工程控制论”到“社会智能科学”戴汝为先生幼乘家教，受西南联大精神熏陶，立志为科学献身。1951年西南交通不便，年仅十七岁的他，辗转历时数月，只身从昆明到数千里外的北京考进清华大学。1952年院系调整至北京大学，1955年毕业于数学力学系；当年分配到中国科学院力学研究所，师从刚刚冲破阻挠从美国归来的钱学森先生。新中国百废待兴，钱学森先生为了培养新中国新兴科学技术专家，决定在中关村为中国科学院研究人员及重点高校教师亲自讲授“工程控制论”。作为一名刚刚毕业的大学生，钱先生要求戴汝为也参加讲座学习，要求他不但听课并做记录，整理听课笔记后经钱先生审阅修改，再作为讲义印发给学员。至今只要谈及自己的科研工作，戴汝为总是“朔本求源”，他深感这一机遇是自己科研生涯的幸运。因为“工程控制论”是当时世界最先进的技术科学，几十年后，在当年的听众中，有人当选了科学院院士，有人从教当了大学校长，还有人在国家的航天事业中成为领军人物！

今天回顾起来，这堪称是一次世纪性的讲座。1958年《工程控制论》由戴汝为及何善堉译成中文出版，直至近年来仍然是自动化领域影响最大的专著之一。这阶段戴汝为进行控制理论的研究，并且在线性快速控制领域取得成果，该论文为1964年国际自动控制联合会（IFAC）会议所采用。戴汝为自1962年即在中国科技大学执教“工程控制论”，成为当时最年轻的专业教师。自此，开始了戴汝为的学术生涯。他对于我国科学技术的贡献，可以归纳为以下几个方面。

一、创立“语义、句法模式识别”，为中国汉字识别奠定了理论基础

20世纪60年代后期，国际上兴起了识别技术的研究，戴汝为跟踪这种方向，写出了介绍性的文章，作为中国学界代表去日本参加了第四届国际模式识别会议。他在撰文中介绍，将“Pattern Recognition”译成“模式识别”，作为专业名词沿用至今。1980年戴汝为作为国家首批派出的访问学者去美国普渡大学（PURDUE.UNI.）参加国际模式识别大师傅京孙(K.S Fu)的研究团队，开始了该领域前沿的研究。

傅京孙教授把模式识别与形式语言紧密地联系起来，出版了与句法模式识别紧密相关的五本专著以及大量的学术论文，被公认为句法模式识别的先驱者。1978年他当选为台湾科学院院士。1979年傅教授应中国科学院自动化研究所、北京大学、清华大学等单位邀请到北京讲学。系统而详细地介绍了模式识别的发展，受到海峡两岸学术界的尊敬与爱戴。

戴汝为在与傅京孙先生共同的研究当中，对模式识别与形式语言及句法分析两者交叉产生新结果而兴奋，但又感到在模式识别所遇到的问题中，从句法的观点出发，往往是归为上下文敏感的问题，这类问题的句法分析是极其复杂的。例如，20世纪80年代，在普渡大学的一位日本研究人员花了大量时间完成了一篇有关上下文敏感语言剖析的论文，并在IEEE Trans Computer上发表，一年之后自己发现文中有不正确之处进行纠正，但这一年当中编辑部与学界读者均未发现，无人看懂，所以也难以评论，由此可见其复杂程度。因此，要推行“句法方法”，促其发展，应另辟蹊径。戴汝为于1981年在普渡大学的一次技术报告(J. W. Tai.，K. S. Fu.，Semantic SyntaxDirected Translation for Pictorial Pattern Recognition TREE3138，OCT，1981)中，提出“语义与句法”之间关系十分重要，语义与句法之间存在着一种折中的关系，虽然难以直接证明，但是人类实践中所取得的经验说明其确实存在，所以致力于“语义、句法”识别方向的开创性研究。

1982年他回国后又结合汉字识别的研究需要，把句法模式识别方法拓广为语义、句法方法。这种方法用于汉字识别，戴汝为取得了重要的研究成果。这期间他提出了“语义、句法模式识别”，在国际模式识别第5、6届会议以及相关专业杂志上发表了十余篇论文，引领了模式识别研究的新方向。

1985年在美国Palo Alto举行了模式识别领域的中美双边会议(Text Processing Chinese by Computer)，会上戴汝为做了题为“对复合汉字的识别方法”的报告，阐述了语义、句法方法并证实了对联机手写汉字识别的有效性，得到傅京孙教授的首肯。这次会议傅教授任主席，会议的组织者商定美方以傅教授为首、中方以戴汝为为首，合作开展一个结构模式识别新项目的研究。但不幸的是在一个月后，傅京孙先生就与世长辞了。中国学术界为表达对傅京孙先生的怀念，1987年戴汝为在中国自动化学会创办了《模式识别和人工智能》杂志，至今该杂志学术影响深远。这份杂志的创刊号全面介绍了傅京孙教授的生平，他对模式识别的贡献、国际句法模式识别的新进展，以及他与中国内地学者合作发表的五篇学术论文。

1985年的那次中美双边学术会议以后，戴汝为把结构模式识别加以扩展，利用语言的“语义、信息”，减少“句法”的复杂程度，例如对于联机手写汉字识别而言，不是用上下文敏感文法，而是用模糊属性有限状态自动机加以识别。这样，属性的引入大大简化了大类别汉字识别问题；与此同时，戴汝为提出用属性文法把“统计模式识别”和“句法模式识别”两类方法结合起来，形成“语义、句法模式识别”，统计模式识别和句法模式识别则分别是“语义、句法模式识别”在一定形式之下的特殊表现。

汉字是由一些子模式，进而是由笔画构成的，结构信息十分重要。应用语义、句法方法，通过人工神经元网络处理基本元素和子模式之间的关系，从而奠定了汉字识别的理论基础，并寻求到有效的处理方法。这项研究结果在1984年于蒙特利尔举行的第七届国际模式识别会议上进行了报告，并被《Computer Processing of Chinese Oriental Languages》作为论文刊载。之后，作为“在线手写汉字识别”的有效方法，陆续在1988年第九届国际模式识别大会做报告，并作为一章被编辑在《Syntactic and Structural Pattern Recognition—Theory and Applications》一书中，该书于1989年由World Scientific Publishing Co.Pte.Ltd出版。这些研究工作取得两个方面的重要成果：一是奠定了“语义、句法模式识别”的理论基础，二是推动了“在线手写汉字识别”的各种实用产品的问世，从而形成具有自主知识产权的中国汉字识别科技产业。

为了进一步从学科的层面上深入研究，戴汝为把思维科学、系统科学进行综合研究，从而将汉字识别从理论到实际应用上，推向一个新的高峰。众所周知，我国科技界在系统科学方面做出了出色的贡献，1990年为构建系统科学的基础学科——“系统学”，戴汝为在钱学森先生指导下，共同提出“开放的复杂巨系统”及处理这类系统的“方法论”，即“从定性到定量”的综合集成法(Metasynthesis)。戴汝为进一步在技术上对“综合集成方法”进行了专题论述，同时他把“综合集成”构思用于处理大类别模式识别问题的设计和应用。其方法是研制不同类型的分类器，应用人工神经网络加以集成；另外从“人机结合”的理论高度多次应用“有教师的学习”，把人的“智慧”注入到“系统”之中。这样改变了以往识别系统实现从“特征空间”到“类别空间”的一个非线性映射，发展成为有反馈作用的识别系统。戴汝为的几位学生和同事，按“综合集成”的构思，在离线汉字识别(3755类汉字)方面做出了卓有成效的结果。由于在不同条件下对汉字识别率的提高，逐步达到实用水平，所以在国内外的许多领域得到应用，并且以不同载体形成了信息技术的产品，使我国的汉字识别发展成为高科技产业，对我国信息领域产业化做出了创新性的重要贡献，从而荣获2002年国家科技进步一等奖；并且于2012年在国际模式识别会议期间，获得中国自动化学会颁发的“模式识别终身成就奖”。

二、 “系统科学”与“复杂性科学”交叉研究，

推动“综合集成方法论”的发展和实践世纪之交，复杂性科学研究成为科技界的亮点。在“复杂性”及系统科学领域，国际上普遍认为，美国圣菲研究所(Santa Fei Institute)科学家们在复杂性研究领域有许多创新之处，例如他们提到的遗传算法、开发的Swarm平台、以智能体(Agent)为基础的系统建模、用数字技术描述的人工生命等。在方法论上，虽然他们意识到“还原论”方法处理不了复杂性问题，但仍未开辟出新的途径，因而为此感到困惑。方法论是关于问题研究遵循的途径和路线，在方法论指导下才是具体的方法问题。如果方法论不对，再好的具体方法也只能解决枝节问题，而解决不了复杂性的根本问题。“系统学”的精髓在于“开放的复杂巨系统”的观点，及处理其有关问题的新型方法论。“从定性到定量的综合集成方法”及其实践形式“从定性定量综合集成研讨厅体系”(Hall for Workshop of Metasynthetic Engineering)，恰恰是从方法论上给出了研究和解决“开放的复杂巨系统”相关复杂问题的有效途径，这是科学史上方法论的创新。有了这套方法论再结合到具体的“开放的复杂巨系统”就可以开发出一套方法体系。不同的复杂巨系统，方法体系可能是不同的，但“方法论”却是相同的。由国家自然科学基金委员会管理科学部和信息科学部联合资助的、由戴汝为等人主持的重大项目“支持宏观经济决策的‘人机结合’综合集成研讨厅体系”，就是这个方法论的重大实践。这项研究一直受到钱学森先生的关注。

方法论的创新，将孕育着伟大的科学革命。培根创立“还原论”方法，推动了从19世纪—20世纪科技大发展和工业革命。“系统学”的创建者钱学森深谙西方科学哲学精髓，又汲取中华民族古代哲学思想，把“还原论”和“整体论”辩证地统一起来，形成“系统论”，进一步运用辩证唯物主义，创立了“以人为主、人机结合的综合集成法方法论”。可以预期，这必将推动21世纪系统科学的大发展，由此可以认为“系统论”的建立是一次科学革命，其重要性会越来越大。

这里，我们需要着重从方法论的角度，进一步来阐明戴汝为在钱学森先生指导下所进行的具有创新意义的工作。

“综合集成方法论”的提炼及其实践形式的研究在本文集中都有专门论述，现在从认识论层面上做一说明。马克思在《政治经济学批评》导言中论述政治经济方法时指出：“如果我从人口着手，那么这就是一个混沌的关于整体的表象，经过更贴近的规定后，我就会在分析中达到越来越简单的概念；从表象中的具体达到越来越稀薄的抽象，直到达到一些简单的规定。于是行程又得从那里回过头来，直到我们最终回到人口，但是这回人口已不是一个混沌的关于整体表象，而是一个具有许多规定关系丰富的总体了。 …… 在第一条道路上，完整地表象蒸发为抽象的规定；在第二条道路上，抽象的规定是在思维过程导致具体的再现”。恩格斯对此给予了极高的评价，他说过：“马克思对于政治经济学的批判就是以这个方法作基础的，这个方法的制订，在我们看来是一个其意义不亚于唯物主义基本观点的成果”。