2.2 智能的构成要素

智能类型众多，经历了漫长的进化和发展过程，还有如此多的学科和学者沿着不同的路径在研究，智能如同万花筒一样从不同角度看到不同的景象。把握这种极为多样、又在快速变化事物的发生发展轨迹，需要归纳出影响智能进化和发展的关键要素，理清这些要素间的相互关系，勾画出脉络清晰的架构。本节将逐步深入，讨论智能多类型、多层次的要素和架构。

2.2.1 智能要素及第一层架构

根据前一节对智能的定义，参照第1章对智能全方位的综述，归纳出16种不同特征智能体，其中生物体6种，分别是原始生命体、单细胞生物、无神经系统生物、有神经系统生物、哺乳动物和人；非生物智能体6种，分别是简单工具、机械系统、数字机器、自动化系统、人工智能系统、非生物智能体；组合智能主体4种，分别是以人为主并使用非生物智能体、人际群体、非生物智能体为主并有人参与、非生物智能体群体。组合智能主体是指为完成一个智能任务、由多个主体构成的智能主体。

梳理16类智能体的智能行为，分辨出生存、复制、学习、行为、内事件、其他6类，6类之下还有多层细分，在后续章节展开。其中，生存是指所有的保持智能主体正常运作的功能；复制是指所有使智能体的延续，局部或整体数量增长功能；学习是指所有在智能体生命周期智能增长的功能；行为是指智能体为完成智能任务所发生的所有行为；内事件是指智能体内隐的学习、思维、组织等行为，内隐是指非外部或非意识行为；其他是指所有未包含在上述5类中的智能行为，如一些不能归入行为这一类的社会行为。

将16类智能体和6类智能行为匹配，寻找其中普遍存在的要素，发现决定智能发生发展的有三个要素和当时的环境。这三个要素是主体、功能和信息。如图2.1所示，在环境的支持或制约下，三个因素构成了智能体的能力，决定了其发展路径。

三要素呈现如下关系：主体拥有并控制、调用功能和信息，功能实现智能行为过程所有控制和操作，信息是指实现智能行为全部问题范围内的信息及其表征、结构。与工业生产相比，信息是智能的原材料以及材料的可用性；功能是智能的生产线，是生产线的能力；主体是智能行为的载体，具有意志和目标，由意志和决定目标、实现目标的资源配置和决策；功能实现决策，信息是实现目标的基础。在功能的信息表征和信息的处理功能上，两者之间的区分是：功能包括所有信息处理的功能，从分析需要什么信息、需要的信息如何获取、信息的收集、传输、组织，一直到使用的全过程所需要的功能；信息包括全部功能的描述信息，也包括全部与主体相关的描述信息；功能指实现，信息指信息质量和可达到性，对可获得、可表征、可结构、可利用、可处理的描述及判断、分析的描述。

环境是指一切影响所有智能类型进化和发展，所有智能事件求解过程中涉及的非智能本身的外部因素。环境决定着智能主体可得到的处理资源的数量和质量、决定着信息的可获得性、决定着群体智能决策和行为的理性程度和执行力。当代，环境因素主要有9类：经济社会发展水平、人均受教育程度、社会基础设施水平、信息处理技术能力、信息网络的质量和普及程度、价值观、全球化程度、记录信息和数字化信息的质量和数量、智能发展和使用相关的理论和技术。

三个要素和环境是否能够解释所有智能主体的所有智能行为，将在以下三个小节中展开讨论。

2.2.2 主体类型与智能要素的讨论

上一节确定的16类是否是智能主体，如果是，其智能行为和智能水平是否由三要素和当时的环境决定，这是本节的课题。

16类主体是否都是智能主体，关键是其是否具有智能行为。生物进化史讲述了从原始生命体到人的进化链环，列举6类生物智能主体是为了说明生物智能的进化过程，需要说明原始生命体是智能主体，具备这三要素并受环境约束；说明这三要素和环境构成了人的智能行为实态。

生物考古学确认了原始生命体的存在，也发现了距今40多亿年的原始生命体，但还不能回答最早的原始生命体是什么。我们以叶绿体和线粒体这两种早于细胞就存在的生命体为例来解释智能要素，如图2.2所示。

叶绿体是所有植物不可缺少的构成要素，是植物自养的核心功能。植物的叶绿体来自蓝细菌这类光合细菌，具有独立的遗传功能。这个进化过程可以这样描述，在距今10亿年以前，具有光合功能的叶绿体，与同样处于进化过程的光合原生生物结合，逐步进化为藻类植物。

线粒体几乎存在于动物、植物、藻类、真细菌等所有真核生物中，具有呼吸和代谢功能，也自带遗传基因。这个进化过程可以这样描述，在20亿年或更早的时候，一类具有呼吸代谢功能的原始生命体，与紫细胞等早期单细胞生物结合进化，然后在恰当的环境下，与一些真核生物的早期形态结合，进入真核生物的细胞中，成为其不可缺少的细胞器。

叶绿体和线粒体具有选择、适应、改变环境的能力，符合麻省理工学院《认知科学百科全书》关于智能的定义。此外它们的行为努力提升自己的生存能力，这是主体的目的性，也符合本书的定义。

人是生物智能中具有最高智能的主体。人的所有智能行为都体现了三要素，都可以归入三要素中，在2.3～2.5节将进一步阐述。

非生物智能体列举了6类，也是为了区分进化阶段。显然，只有最后一类才完全符合本书关于智能的定义，以后称之为非生物智能体；从数字机器开始，基本符合《认知科学百科全书》的定义，所有的类型，都可以成为组合智能体中的独立构件，所以统称为非生物智能客体。人使用简单工具、机械系统、数字机器和自动化系统等完成特定的智能任务，使用的工具或系统都不是人的组成部分，但又不可或缺。非生物智能客体先具有功能，隐含信息，如简单工具和机械系统，这两类都有客观存在独立的隐含信息；数字机器和自动化系统既具有功能，又有外显的、结构化的信息，有些过程或操作不需要人的干预，但这些能力是人赋予的。所以到这类主体，已经存在不完整的赋予主体特征。人工智能系统已经能完成一些智能行为，整个过程，人可以不加干预，自行完成特定智能任务，但不能自行决定是否承担智能任务，不能主动占有问题求解的资源，所以已经具备不完整的主体性，但还是赋予的，不是自己形成发展的。这也是非生物智能体与人工智能系统最主要的区别。

组合智能主体4类，都以具备智能的主体为主，与完整或不完整的其他智能主体组合，所以，具备智能。非生物智能体和组合智能体的智能是否均属于三要素和环境，在下面三节进一步讨论。

2.2.3 智能行为与智能要素的讨论

我们已经将所有的智能行为，或所有可以称之为智能的事务归纳为6类。需要进一步讨论的是，是否任何智能行为都以三要素为必要条件，三要素可以实现所有智能行为。

对于生物智能，生存是指其维系生命的所有功能。对于非生物智能体（含客体），生存是指工具或系统功能的维持，从能量补充、机械损耗维护到故障排除都是生存需要的功能。所有生存功能都有主体特征，没有主体就没有生存。所有生存都需要功能维护，只是所使用的功能类型和复杂性不同。所有生存都需要信息的支持，第1章的分析和例子都说明了这一点。生物代谢功能的启动和控制必然以一个完整的信息过程为基础。工具或系统发现维系生存的过程出现问题，基于信息，维护需要信息。当然生存是对环境依赖最强的一种功能，将在2.2.4节中讨论。

对于生物智能，复制是指遗传和发育过程，是指代际繁衍。1.3节的讨论已经说明，遗传过程是主体、功能和信息共同实现的。对于非生物智能体，复制是指工具或系统的整体或局部重建，实现新旧替换或数量增长。这个过程是功能和信息同步的复制。

对于生物智能，学习是指在其生命周期增加记忆的知识和信息（已经讨论过，知识是信息的真子集），从而提升认知能力，相应也提升运动控制能力，如体育运动员的训练。学习过程体现了三要素和环境约束，是显然的。对于非生物智能体，学习是指该工具或系统在一个生命周期通过获取信息、改善功能的行为。同样是三要素和环境约束的函数。

对于生物智能，行为是指所有生物承担或发生的所有事务处理过程。承担的工作、生活所需事务、创新和科研、艺术、情绪发泄等，都属于行为的范畴。对于非生物智能，则要简单很多，行为是指该工具或系统能够承担的事务的执行过程。这两个过程体现主体的目的，需要功能与信息的协同完成，亦受环境制约。

对于生物智能，内事件是指其潜意识激发的学习、思维等行为及生理功能的运行。对于非生物智能体，就是系统内部内置的程序性组织、调整、优化等行为。这些行为显然是基于三要素。其他智能行为尽管是指所有未包含在上述5类中的智能行为，但其基础和约束不会变。

2.2.4 环境作为智能进化、发展和使用的条件

在不同的智能发展阶段，存在不同的外部环境，决定了智能发展的特征和水平。从原始生命体到人的进化过程，每一个阶段、每一种类型都受到环境的约束。古细菌分布于不同的地方，就产生了噬盐、噬酸、耐高温等不同种类，而且也不能再进化到别的种类。地球的水、温度、大气成分等多种因素，决定着生物进化的方向和速度。非生物智能体或客体的进化同样受环境的制约。在简单工具诞生的时代，人类没有能力制造复杂的机械系统，更不用说数字机器和自动化系统。

在相同的发展阶段，拥有不同的环境，具有不同的智能行为特征和能力。从非洲走出来的现代人，在不同的地方形成了不同的肤色。只要一个群体有足够的存在时间和数量，就可以产生系统的语言和文字，但语言和文字的形式不同。这些都是环境的力量。相同的历史阶段在不同发展水平的国家，工具和系统的水平就不同。这是从整体看，对于不同的人，处于不同的环境，其发展的能力不同，承担不同的智能任务。承担相同的职责或任务，由于占有资源的能力不同，也会导致结果的不同。

环境的影响力将会在智能的发展和使用中进一步讨论。