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user: 4. 知识工程的核心–认知计算的基本单元 4.1. 关于知识单元的论述 认知计算是认知科学的核心技术子领域之一，是人工智能的重要组成部分，是模拟人脑认知过程的计算机系统。近些年。知识理论中关于知识单元有许多论述： 中国科学院陈琳院士指出：发展新一代人工智能的核心基础科学问题是：“认知和计算的关系”。“研究任何一种过程，建立任何一种过程的科学理论，必须首先回答一个基本问题：这种过程操作的基本单元是什么？每门成熟的基础科学都有其特定的基本单元，如高能物理学的基本粒子、遗传学的基因、计算理论的符号以及信息论的比特等。对于认知科学而言，必须回答：什么是认知过程操作的基本单元？ [ 15 ] ” 中国科学技术信息研究所宋培彦(2014)等人研究了从术语定义句自动抽取知识单元的方法。并进行了术语知识单元的抽取实验。采用了哈尔滨工业大学的依存句法分析器作为工具，抽取100条术语定义的实例。指出：“依存树的叶节点与父节点构成了修饰关系；粗颗粒的知识单元表现为父节点，而细颗粒的知识单元则要深入到叶子节点 [ 16 ]。 北京中医药大学齐熠、都立澜、李晓丽等人讨论了中医术语翻译中的翻译单位问题。指出：“翻译单位就是在译入术语和译出语中相互匹配的意义单位。是个动态的单位”“中医术语翻译的基本单位应是基于语义的最小词语搭配结构。最重要的是，翻译单位的判断不应该是基于经验的推断，而应该是基于实证的总结 [ 17 ] ” 张钹指出。人工智能。和认知科学研究者观察到人类智能的一个公认特点。那就是人们能够从极不相同的粒度上。观察和分析同一个问题。人们不仅能在不同的粒度的世界上。进行问题求解。而且。能够很快的从一个粒度世界跳到另一个粒度世界。往返自如，毫无困难。这种处理不同粒度世界的能力。正是人类问题求解能力的强有力的表现( [ 18 ]， p. 42)。 中国科学院计算所的研究专家史忠植指出。“人类不仅从不相同的粒度上观察和分析同一个问题的能力。更具有根据特定的背景。把相应的数据、知识和资源。建立成和问题求解的粒度空间的能力。也就是说，根据具体具体的任务背景。把论域中的对象抽象为不相同的粒度和构建出粒度之间的关系。进一步生成适合于该任务的粒度空间。通过在该粒度空间上的粒之间，粒集之间及粒度层次之间的往返跳跃，得到问题的解，这是人类智能的一个重要特点，也是模型的哲学基础( [ 18 ]， p. 42)。” 综上所述，可以看到，对象实体研究的基本单位是结点，而对象结点之间的关系则构成世界各种万万千千复杂的知识。 笔者认为：认知计算的基本单元是对象客体在人脑映像形成的概念。而这些概念对应的基本符号就是意音相关的符号–汉字。对概念基本符号汉字及其关系的各层解析，就构成结构分明，可以进行认知计算的知识组织系统完整的全貌。 4.2. 汉字是认知计算的基本单元 4.2.1. 人工智能与语言学的研究现状 2020年10月31日，中国语言学会副会长北京大学教授陆剑明在第十九届中国语言学大会的报告中指出 [ 19 ]： 然而当今基于人工神经网络的“机器深度学习”所获得的人工智能，与语言学本体研究，不是结合得更加紧密，而是越来越疏远了。在人工智能发展中，语言学科逐渐被边缘化，汉语语言学人面对人工智能普遍感到茫然。如今NLP研究如火如荼，然而汉语本体的研究成果却没能在当下的人工智能研究中派上用场，其根本原因在于没有解决好中文信息处理与汉语本体研究的接口问题。这一方面导致汉语言学的“掉队”，另一方面也使得NLP中缺乏“语言知识”。因此他建议，汉语本体研究应当更多地关注中文信息处理的需求，从当下的注重“理论”思辨，转向深入句法语义等的研究。更要从中文信息处理的需求出发加强对语言事实的研究。 今后汉语本体研究似需加强以下几方面的研究：第一，树立“关联”意识，运用关联理论(Relevance Theory)，进一步深入句法语义研究。第二，加强词语和句法格式的句法、语义的特征研究。第三，进行汉语语言信息结构的探究。第四，加强现代汉语“边缘(periphery)结构”的研究。 而汉语的本体研究与中文信息信息处理的核心是和汉字的形音义。 4.2.2. 世界语言史·埃及语·英语 世界语言史就是语言帝国的侵略扩张史，多少语言在历史中湮灭了，多少语言顽强地维护自己的新生并承受外来语的侵袭。在《语言帝国：世界语言史》这本著名的的书中都可以找到答案。英国语言学家尼古拉斯·奥斯特勒从全世界数千年的语言动力学的宏观角度分析了语言的扩展与萎缩消亡的历史 [ 20 ]。 索绪尔在普通语言学教程中指出 [ 21 ]： 世界上只有两种文字体系。 一、表意体系。一个词只用一个符号表示。而这个符号不取决于词赖以构成的声音。这个符号和整个词发生关系。因此，也就间接地和它所表达的观念发生关系。这种体系的简单例子就是汉字。 二、表音体系。它的目的是要把词中一连串连续的声音模写出来。表音文字有时是音节的。有时是字母的。记忆言语中不能再缩减的要素为基础。 关于埃及语，这一具有古老文明特色的语言，在被侵略中衰落消失。 “侵略最终还是断送了埃及语在故土上的生命。如今的埃及毕竟是个穆斯林国家。基督徒占极少数，人人都说阿拉伯语。”“最终，埃及语不再是埃及的主要语言。因而它也无法继续维系自己的生命。”“3个世纪之后，埃及受到了一次更大的震动，他被一个截然不同的外来帝国吞并了。这个帝国的中心位于埃及东边。这一打击对埃及而言大大超出了其承受能力。这是埃及第一次也是最后一次走向了衰落” ( [ 20 ]， pp. 150-153)。 关于英语，中国知名英语教育专家，雅思培训界大师，悉尼大学双硕士刘洪波指出 [ 22 ]：“英语中80%是外来词汇。是一种典型的大杂烩语言。其中古希腊语和拉丁文。占了很大的比例。所以古希腊和古罗马人的言行风俗对英语词汇的影响相当深远。” 但由于大英帝国的征服世界，使世界四分之一版图纳入它的怀中，英语很快就灭亡了世界大量的语言。目前，世界语言消亡了二分之一，只余下近6000种。 “如果英语经济体变得僵硬而缺乏变化。那么它在语言上的领先优势。也很有可能将随之消失殆尽。作为一种通用语。英语依然面临各类困难。以往各种语言的命运。都可以为其佐证( [ 20 ]， p. 493)”。 4.2.3. 汉字、汉语与符号学 汉语由汉字记载着历史与文化科技。汉字所承载的是概念集合。是中文信息处理的核心。汉字是术语的最基本元素，是各种语句的基础，也是目前世界各国语言中唯一即具有视觉信息又具有听觉信息反映概念实质的基本描述单位。在认知计算与数据挖掘知识工程获得广泛的应用。 汉字是古老的自然文字中的表意文字。而且是5000多年发展。至今没有改变性质的表意文字。所以。它的发生和发展都植根于中华民族的生存环境 [ 23 ]。 “汉字的最大优势就在于，它用一种巧妙的方式代表了不同方言所共有的、最为普遍的形式和意义。所有的现代方言，也包括文言，从本质上说。就是一系列表示意义的音节。这些音节也许在不同的方言里有着不同的发音和先后次序，但是他们一旦进入到图画文字，就能够一一辨认出来。通常汉语的一个音节就是一个汉字。所以不论说的是哪种方言，只要识字。就一定能看懂一篇汉语文稿的意思。( [ 20 ]， p. 143)”“此壮举无异于一个精妙、含混至极的奇迹，所以说传统的汉字还是幸存下来( [ 20 ]， p. 144)” 图纸，是工程界的语言。包含着大量抽象的符号表示各类对象客体。图形符号在地理学中的地图，电工电子学的原理图、布线图，交通工程的路线图与施工图都获得广泛的应用。图形符号承载着经济建设中的各类先进技术，是信息传递的有效工具，而汉字由图像符号变换而来，具有比类取像的意义。 例如：汉字甲骨文“立”的取像图形如图2，前四画是站立的人形，点是人的头部，横是人的两臂，三四画是人的双腿，最后的横是脚下的大地。 图2. 汉字“立”的字形字源演变 汉字的一切由图形而诞生，表意是汉字的根本性质。汉字的科学性直接通过图形的高度抽象而产生，通过视觉形象直接在人脑形成了最基本的块单元。 4.2.4. 汉语与汉字的科学性受到了历史冲击与倒退 在元朝和清朝，统治者强行推广外族语言和文字，并定为官方必用之政令，但遭遇了失败。“元朝统治者忽必烈汗。甚至还命人为自己帝国内的所有认知语言。诸如蒙古语汉语突厥语。还有波斯语。设计一种字母式的书写系统。专门用于正式场合儿。人们称它为八思巴文。”“仅仅过了一个世纪就随着元朝一起消失了。 [ 20 ] ” 鲁迅错把中国的落后归结于汉字的难学，他临逝世(1936年10月)“答救亡情报访员”时，更坚决地说：“汉字不灭，中国必亡。”理由是：“因为汉字的艰深，使全中国大多数的人民，永远和先进的文化隔离，中国的人民，决不会聪明起来，理解自身所遭受的压榨，理解整个民族的危机。 [ 24 ] ” 以合并汉字，篡改部首作为革新，汉语汉字的文化倒退冲击着中华民族的优秀传统。“我们在汉语的近代史中也发现了种种类似于导致埃及语消亡的文化倒退现象，世界上有1/5的人使用汉语，但它如今也出现了一些不祥的征兆( [ 20 ]， p. 157)” 北方民族大学在科研基金项目“汉字简化与汉字记号化研究” [ 25 ] 中。指出。从《说文解字》到现代汉字，部首字的数量由540部减少到201部。发现在汉字简化的过程中。由于部首合并、混形、变异以及从属字消失等原因，导致大量的部首字消失，从而导致汉字进一步记号化。 记号是帮助记忆和识别而做的标志。单纯由记号。直接组成的字。叫做记号字。对《三千高频度字表》中的前500个汉字做了统计分析，发现记号字、半记号字。占到73%。这种变化我们称之为汉字记号化。 汉字记号化，违背了汉字向科学化规范化发展的方向，是一种严重的的文化倒退。受到了新时代掌握科学的人民大众的顽强抵制。互联网流行的“亲不见，爱无心，产不生，厂空空。”这是对汉字不科学不规范的所谓“改革”的绝妙讽刺。当前由于部首改革乱象的破坏，使得汉字产生多开门现象，一个字归于多个部首。编辑随意处置。造成人力物力的浪费，也出现大量的辞书编辑的混乱现象。万能的记号“又”，出现了“邓对戏观艰难凤”字混同一起，杂乱无章的情况。 由于把鸡(鷄)归为“又”部，造成鸡鸭分家(指鸡进入又部，没设甲部，鸭仍归鸟部)。原归于鸟部的鹏字，进入了月部。不仅造成简体字和繁体字的分裂和分类归部不一。鹏程万里的鹏字。归为月部。加剧了月部字的混乱。“发生”这个词，到底是“髪生”还是“發生”词典只好加注。多个汉字合并为一字，冲击了汉字科学体系，为中文信息处理构成难以逾越的难关，无法按字对文本进行分类。所以割裂汉字形音义之间的关系。所谓的据形定部法，没有任何科学道理，是一种文化倒退现象。所谓“排检法”的部首，侵占破坏文字学意义部首，这种乱象应该尽快予以纠正。一个国家一个民族不能没有灵魂，应该回归“正本清源、守正创新”的正确道路上来。 《汉字部首解说( [ 26 ]， p8)》中指出：GB13000.1字符集汉字部首归部规范确定了20，902字的部首。对于“归部规范”这一文件，学术界、教育界颇有争议。“一些形声字，按新的方法归部，违背造字原则，不便于识字教学。 目前。现代汉语还正在发展中。汉字汉语需要走向科学化规范化的发展道路。中华民族的共同语。应该称为华语。目前所出现的国际汉语。世界汉语。造成了中华民族共同语的分支乱象。应该引起国家语言文字管理部门的重视。 汉字的科学性与现代汉语的结构性决定它在世界语言交流中的重要地位，也决定它的未来。这是语言知识工程与信息处理中建立世界语言互译中应该处于中心地位而值得高度重视的工作。 4.3. 粒计算的基本单元与结构层次 概念：是人脑对客观事物本质特征的认识，是高级认知活动的基本单元。利用粒度空间结构在解决问题时，根据具体的情况，在不同的粒度层次之间进行往返跳跃。从而提供一种知识发现的描述的新方法。该模型可以在数据挖掘和机器学习等领域中得到广泛的应用( [ 18 ]， p. 43)。 粒计算。是人工智能领域新兴起的一个研究方向。是信息处理的一个新的概念与计算范式。主要用于处理不确定的、模糊的、不精确的、部分真的和海量的信息。其基本思想是利用不同粒度上的信息进行问题求解。目前，该方向已成为人工智能领域的研究热点之一。而且有望成为复杂系统中智能信息处理的一种有效的理论框架。粒计算的主要模型有粗糙集模型。模糊集模型。商空间模型。三者有一个共同之处，就是都考虑到了人类智能中有从不同粒度度思考解决问题的特点。他们思考问题的出发点与求解问题的任务却不尽相同，各有特色和优势。( [ 18 ]， p. 142) 粒计算把上面所叙述的各类单元都抽象化为知识粒，从而用粒计算与复杂网络理论解决知识工程的实际问题。 4.4. 粒计算的概念格理论与汉字 概念被理解为由外涵和内涵所组成的思维单元。它们按照某种规律组合成语言以表达人们的思想。基于概念的这一逻辑理解。是德国数学家WIlle1982年所提出的形式概念分析，又称为概念格理论。用于概念的发现排序和显示。概念格是一种基于概念和概念层次化的数学表达，在概念格理论中。形式背景表达为一个二维数据表的形式。基于形势背景的概念是最小的知识单元。称为概念粒。概念格就是通过概念粒之间的层次关系。给出形式背景上知识的结构化表示( [ 18 ]， p. 243)。 一个汉字 = 一个概念 + 一个形体 + 一个音节，是形音义的结合体，这是语言学家徐通锵的字本位理论。笔者认为，汉字是知识概念最小粒结构的映像与表现。 4.5. 知识、知识粒度和知识库的数学定义 在关于信息熵与粒计算的论文中，苗夺谦给出了基于粗糙集的知识、知识粒和知识库的基本定义( [ 18 ]， p. 143)。 ·知识定义：设U是非空有限集，称为论域。任何子集 X ⊆ U ，称为称为U中的一个概念。U中的一簇概念，称为关于U的知识。 记 A = { X 1 ，   X 2 ，   ⋯ ，   X n } ，若满足： 1) X i ⊆ U ，   X i ≠ ∅ 。 2) X i ∩ X j ≠ ∅ ，   i ≠ j ，   i ，   j = 1 ，   2 ，   ⋯ ，   n   。 3) U i = 1 n X i = U 。则称A为U的划分。( [ 13 ]， [粒计算143页]) ·知识库的定义 知识库可以形式地定义为序对 K = ( U ，   R ) ，其中U为论域，R为U上的等价关系簇。域等价关系 R ∈ R 为知识，称R生成的等价类[u] R 为基本知识颗粒。称商集 U / R = { [ u ] R | u ∈ U } 为论域U的R-粒划分。( [ 18 ]， p. 243) 粒计算的数学理论严格地证明了粒度、知识分辨度和知识熵之间的关系。熵值。也是知识颗粒状的一种度量。因此。涉及到汉字的熵的计算。专业领域汉字集合的熵。从而进行知识工程结构分析的基本四个粒度层次：字、词和短语与句子的计算。 更高层的层次结构分析则涉及到段落、篇章。从粒计算的角度出发。不难解决这些句子、段落和篇章的计算以及它们之间的相似度。运用Jakcad的公式算法。可以计算出之间的相似度。这样就完成了海量文本基于粒计算理论指导下的知识抽取、分类和聚类的计算工程。因此陈霖院士所提出的认知科学的基本单元。在其中就承担了重要的角色，获得实践应用的验证。 杨炳儒指出：“图论通过点和线的构型来构成模拟各类系统的数学模型，并根据图的性质进行分析，提供研究各种系统的科学的、巧妙的方法。任何一个包含了某种二元关系的系统都可以用图论的方法分析，而且它往往具有形象直观的特点。” “图论的研究具有十分广阔的客观原型，并在许多领域中有着极其广泛的应用( [ 27 ]， p. 184)。 综上所述，以粒计算为特色的知识工程，离不开离散数学关系代数理论的支持。它是建立在离散数学的基础之上。维纳指出，离散数学的理论。要比连续数学的理论简单得多。在人脑的分析研究过程中。类脑结构一直是研究的重点。应该引入关于粒计算的最新研究成果。引入多学科交叉研究自然科学与社会科学具有共性的人工智能问题。把粒计算的理论与第三代人工智能的理论与技术，与离散数学图论的理论与算法结合起来。这也是是当前重点的研究方向。 知识的构成核心就是概念与概念的关系，粒计算理论是最好的知识工程工具。知识理论和知识技术研究都离不开代数语言学的关系计算。 不同层次的知识粒，是知识单元的基本表示。同层单元粒与粒的关系聚集成更高层次的粒。下层的粒是上层粒的分解单元。 4.6. 知识单元的粒结构层次： 结构层次：基本粒的组成分为六层。具有不同的粒度 1) 字基本单元：简称字元，是基本粒。 2) 词基本单元：简称词元，词粒 3) 语基本单元：简称语(块)元，语块粒 4) 句基本单元：简称句元，句子知识粒 5) 段基本单元：简称段元，段知识粒 6) 篇章基本单元：简称篇元，粒度最大–篇章知识粒。 图3展示了不同粒度知识单元各层的组网特性，以及由较小粒度聚合为高层次较大粒度复杂网络图形。每一层的知识粒，由下层粒组合而成。必要时赋予大概念标识符(层的粒标志)与各种属性。分层知识库各层知识单元复杂网络的集合，构成知识总库。 图3. 由六种不同粒度单元构成的多层三维复杂网络 在同一层中，粒与粒作为结点。相互之间构成邻接矩阵，形成复杂网络。图4是字、词和语块三种粒度的只是相关连接图。清楚第描绘出由字构词，由词毗连成语的相互关系。 图4. 字–词–语块(术语)的结构实例 图论中点与边的集合，就是知识基本表示单位。在复杂网络系统结构中，知识就是万万千千个结点之间的相互关系。如果把符号看做复杂网络中的一个点，那么一篇文章就是这万万千千点的集合，涉及把序列链结点到并行树结构的一系列关系计算。这个庞大数据的立体交叉网网络的建设、存储、检索和推理，构成了知识服务的核心。图5是现代汉语词典100个字与字构词关系复杂网络图。 图6是以一个汉字“羊”为核心的构词关系图，除了和其他汉字构成向心和离心词汇外，相关的汉字也有一系列的构词关系。所有这些关系都可以用邻接矩阵来描述。 图5. 汉字与汉字的构词关系网络图 图6. 汉字“羊”与其他字的一度关系图 在专家系统与人工智能问答机器人的系统设计中，知识库是系统应用的核心，而知识库的框架体系结构与知识单元的粒度合成与分解就成为知识工程的核心技术。数学家、控制工程专家都需要能够清晰系统结构的粒计算数据集。组织和各种基于粒度的算法设计也需要规范化的不同粒度的数据集。例如，中医方剂百余种药材的不同集合对应着万千种病症的集合。诊断治疗过程中疗效与症状变化的反馈决定治疗过程中方剂的改变或加减某种药材及其剂量。 笔者根据粒计算的理论与应用的核心技术，进行了大型知识库的粒计算结构设计，并在中医专家知识库的建设中做了部分试验和人机对话信息精准解析的尝试。实验结果表明，粒计算方法理论扎实，具有实用性。并可以在医疗知识问答机器人的设计与生产中，获得广泛的工业应用。提供给各层次水平的服务对象。扩大医疗知识服务的领域，为建立世界范围内的中医系统化知识互操作做出贡献。