1.5 智能体理论视野的框架和分析

满足1.4节要求的智能体框架和理论层面的分析，就是指其拥有构件及其相互关系的总和，而这些构件和关系需要从逻辑和实体视角分别进行剖析。

1.5.1 智能体的逻辑框架

图1.1是智能体的逻辑框架图，其说明了智能体各类构件的功能及相互关系，以及智能体的生命周期及主要类型。

如图1.1所示，智能体逻辑框架由六部分组成。A区是基于智能体构件属性的分类。智能体所有基础构件按基本属性分成三类：信息构件、逻辑构件、物理构件。信息构件是指智能体所描述的最小构件；逻辑构件是指其所有具有逻辑功能的最小构件；物理构件是指其所有具有基本机械、动能的最小构件。所有最小的信息构件、逻辑构件、物理构件都是静态构件，被微处理器调用。

B区是智能体功能系统的层次结构。其中，微处理器在底层，是智能体中具备独立操作能力的最小单元。它可以执行智能体其他构件发出的智能，也能根据自己拥有的功能自行执行或向相关的智能构件发出协同执行的要求。微处理器是动态逻辑构件，与相应的最小信息、逻辑、物理构件构成具有特定功能的最小智能单元。智能单元位于智能体第二层。最小智能单元以微处理器为核心，与拥有或可调用的其他构件一起，形成独立的能力，能够在学习或执行任务的过程中成长。将逻辑与物理载体合在一起的微处理器是智能体独立存在的最小单位。功能组由一组最小智能单元构成，具备相对完整的功能。功能组可以是稳定的层次结构单元，也可以因智能体执行特定的任务而临时构成，任务完成即结束其存在。功能系统是一类功能组的集合，具备如感知、理解、执行某类特定智能任务的能力，是智能体层次逻辑框架中的顶层。不同类型的智能体具有不尽相同的功能系统。这里要强调的是，从逻辑角度来看的微处理器和智能单元，与从物理存在角度来看的微处理器和智能单元，它们的构成是不同的。物理存在的微处理器可以包含多个逻辑单元。

C区按智能体的主要智能行为分类，包含了感知、记忆、理解、学习、判断（含意识）、行为、评价、增长在内的全部智能行为。

D区包括了全部与符号或数理逻辑、形式逻辑计算方式不同的智能函数，主要有描述、连接、叠加、递减、融通、交互、规范、容错等。

E区是一个智能体的生命过程构件，这里的构件依时间序列动态产生。首先是智能体的初始状态，由其他具有完整行为能力、能承担行为责任的智能体构建，选择一个构件集合，形成一个新智能体的初始能力；然后是该智能体的成长过程，通过学习、环境交互和执行任务实现持续的成长；最后是履行该智能体的职责，执行各类由它承担的智能任务。成长也隐含了该智能体的终止。

F区是智能体执行智能任务的逻辑过程构件，是智能体行为控制功能系统拥有的功能组，是一个闭环的功能系统，包括智能事件的触发分配、问题求解策略的生成、执行资源调度、执行结果评价及后续行为触发，如图1.2所示。

智能体逻辑框架不仅给出了智能体全部的构件及其相互关系，还为智能体形成、发展和智能行为实现提供了有说服力的解释方式，为本书在此后章节讨论的实践性架构提供了有效的参考。

1.5.2 智能体的物理框架

智能体拥有庞大的资源，物理框架既要考虑空间的有效性，又要考虑资源使用过程中逻辑过程的连贯性。不同的智能体拥有的物理资源和逻辑过程存在重大差别，所以物理框架存在多种模式。图1.3是智能体物理框架的一种参考模型。

图1.3所示的模型由三部分组成。A区及其类似部分是智能体的一个功能体系。B区及其类似部分是智能体各个功能体系可以使用的共享资源。C区是智能体各个功能系统间的连接区域。

一个功能系统能在智能体的整体协同下具备某项完整的功能，如感知、描述、语言、逻辑、行动等。如图1.4所示，功能系统由相关的功能组构成，它拥有自己的资源池和操作系统，能够承担与功能一致的智能任务，具有成长功能，能够自主启动、实现或执行学习及其他成长性任务。功能系统和功能组都存在大面积的传输通道，这是因为以连接为核心的信息传输是智能体信息处理的主要组成部分。

如图1.4所示，功能系统由一个个功能组构成，功能组则由一个个最小智能单元构成。最小智能单元由微处理器、描述功能构件及其生成物——信息构件、连接功能构件及其生成物——连接构件、微处理器对所需资源进行调用和控制。功能组具有自己的操作系统，其负责维护、管理、发展该功能组。

功能系统拥有自己的操作系统，统一协调、管理、拓展与外部的连接和专用资源池。功能系统及其组件的功能将在相应章节做系统的阐述。

1.5.3 智能体理论框架的进一步分析

上述智能体理论框架的基础是各种逻辑、信息和物理构件，也就是架构中的A区；智能体结构中的重点是实现各项基本智能的智能单元、功能组及功能系统，也就是架构中的B区。智能体结构的核心是全覆盖的、统一的、代表主体性的控制功能，该功能落实在对F区各类智能任务执行的控制上。

智能体逻辑和物理框架都是动态的，随着智能体的发展而发展。分析智能体框架又可以是静态的，以智能体特定时间截面状态为基础。智能体所有功能基于三要素，而三要素存在完全的载体重合关系，结构必然存在多元、多层、多维的复杂关系。多元是指构成不同类型智能行为的结构。正如加德纳的研究说明，智能本身是多元的，一个智能体不同类型智能行为的框架也是多元的。多层是指从最小的构件开始，到复杂的功能系统，智能体的架构必然是多层次的。多维是指同一个构件可能隶属于多个类型和层次，整体框架呈现多维模式。

层次结构按层展开，从最小构件单元开始，逐级组合，最后汇集成智能体；多元结构以智能类型的功能为中心，分类展开；多维智能以构件为中心，向不同的功能单元、功能组或功能系统展开。下面简要介绍智能体的不同结构及相互间的重要关系。

1．最小构件层

最小构件也称基本构件，是指在功能上不可再分割的智能体组成构件。最小构件是一个相对概念，在不同的功能结构中，最小构件是可变的，如一个在功能系统中的最小机械构件，在信息系统中可能被分拆，在控制系统中又可能被组合。

智能体所有的功能都由最小构件具体承担，最小构件类别繁多，功能各异，很难用一种清晰的标准区分。可供选择的划分标准首先是物理的或逻辑的。所谓物理的，是指实现的功能是物理运动，不管是类似于人的手脚的活动、语言、表情，还是类似于机械的加工、运输等过程；所谓逻辑的，是指实现的功能是逻辑的、信息的，既包括类似于人的思维、判断、学习，又包括类似于计算机可执行的软件、算法、推理。

物理构件系列可以按不同的运动类型或不同的功能特征进一步细化，如机械的或动能的；逻辑构件系列可以按不同的逻辑类型或功能进行细化，如推理、计算、过程等。

2．微功能单元层

在智能体的构件中，最小的独立功能单位是微功能单元。微功能单元由三个基本构件构成：微处理器、信息构件、连接构件，其拥有多类、多条通道通向架构中其他组成部分，能通过资源控制功能单元调用需要的计算资源或行为资源。微功能单元也是智能体具有自主处理功能的最小单元，也被称为最小智能单元。

微处理器是微功能单元的核心，是该单元所拥有功能的执行者，也是整个单元所有构件的控制者。描述功能构件、连接功能构件及描述功能构件中关于微处理器功能的描述构成了《智能原理》一书中介绍的最小主体单元、最小功能单元和最小信息单元也就是描述功能的最小智能单元。

微功能单元拥有自己的软件系统，也可称为操作系统，用于实现该单元全部的功能。微功能单元既是独立的，又是开放的、受控的。说它是独立的，是因为其具备充分的自主能力，不仅是指它在执行任务时的独立功能，更在于它对自身发展的一定自主性，对信息构件和连接构件可以通过积累的经验而修改，操作系统本身也在发展过程中提升，但这个提升的权限需要更高的学习系统认可；它能自主决定对外的连接，拓展学习和功能使用的范围。说它是开放的，是因为它一般需要无条件地接受来自智能体其他构件的协同需求。无论是自主还是开放，微功能单元均接受其上层甚至智能体整体的管理、控制，所以它也是受控的。

3．功能组层

功能组是指一组在共同完成一个智能任务或子任务时相互配合的微功能单元，它可以实现复杂程度不等、流程长短不一、智能类型不同的功能，可以同时隶属不同的功能系统，是智能体各类功能实现的主要平台。功能组的存在，可能是临时的，也可能是固定的。无论是临时的还是固定的，功能组控制器根据所执行任务的需求，在其他功能系统或功能组的协同下，获得资源，完成任务。功能组控制器的软件也是专用的。功能组同样既独立又开放，在保持特定功能的同时，在发展中成长。

一个智能体的功能组类型通常数以万计，同类功能组有的也可能数以千计或更多；任何一个功能系统，都拥有多个功能组，有的功能系统甚至由百万量级的功能组构成。功能组结构就是一个功能组的组成、功能及在功能系统中的位置、作用。

4．功能系统层

功能系统层承接第一层、第二层架构，功能系统由功能组构成。功能系统结构解释智能体拥有的所有功能及相互之间的关系，也拥有属于功能系统、功能组之外的功能单元。

一组功能上相互依赖的智能单元构成功能组，一组功能上互补的功能组构成功能系统，若干个功能系统构成一个非生物智能体。所以，功能系统层在智能体结构中处于核心位置。

主要功能系统列举如下。

总控系统：智能体中枢功能。智能体唯一的、无所不知、无所不在、无所不管的感知、行为、资源、思维、学习、运行、环境适应的总枢纽。

管理系统：资源管理、资源获取、资源分配、任务分配、态势分析、判断决策、运行监督、理性约束。

生存系统：检测、修复、更换、总结。

规则系统：行为、结构、标识、功能、信息、控制、成熟度（确定性）、环境适应性、保护、增加、删除、改变。

成长系统：接管、生长（含终止）、增长、创新（自创新功能）、复制。

智能过程系统：感知、触发、获取、学习、记忆、执行、评价、调整、终止。

似人一般智能活动系统：语言、意识、思维、情绪、表达、表现、释放、休闲、家务。

外部事务系统：生产、社会服务、公共管理、社会活动。

信息处理系统：结构性、完备性、成熟度、适用性、增删改。

智能逻辑工具系统：感知、连接、描述、微结构、交互、执行、叠加、递减、融通、规范、容错、问题求解策略。

以上列举了10类70种功能系统，但还是不完全的。功能系统与功能组之间并没有绝对的分界线，所以，在实际实施过程中应依据第一层的架构和实施策略来确定功能系统。

由于智能体的整体性，功能之间相互依赖、纠缠。功能系统的划分很难找到恰当的标准，使不同功能系列边界清晰。功能系列的功能存在交叉，下层的功能组、功能单元及智能单元存在大量的多重复用。

1.5.4 结构生长解析

智能体结构在其生命周期中是持续生长的，结构的生长是智能体进化发展的关键。智能体结构生长是指在初始、赋予结构的基础上，智能体不仅是控制、功能、信息的发展，结构本身也在学习、适应环境及执行智能任务的过程中持续发展。

智能体结构生长产生于所有类型和层次的结构，发生于生命周期的全过程。

智能体结构的生长主要由三类不同的因素触发。一是初始、赋予结构中内置的触发，如功能组或功能系统成长过程中触发内置的生长机制产生的结构裂解或重组等；二是由智能体学习或执行智能任务触发，如感知功能组或感知微功能单元确认新的连接后的结构增长，学习功能组或学习微功能单元对特定语词增加新语种的声音和图像连接；三是结构功能组自身引发的结构增长。

初始、赋予对智能体结构生长具有决定性的意义。三种结构增长能力的起点都在初始、赋予。

智能体成长高度和发展理性基于其作为控制中心的总枢纽，总枢纽基于连接及各类控制结构，这些结构的稳定性和成长性是智能体的核心。以体现主体性的核心模块为中心，涟漪式向多维、多元、多层的功能空间扩散是控制结构增长的重要特征，以此保证增长的理性和弹性的协调。

1.5.5 从智能原理看智能体要素

如前所述，智能体任何功能的实现基于三要素的协同。从要素这一维度看，智能体顶层架构首先要以三要素展开，即代表主体性的控制结构、构成智能体能力的功能结构及智能体拥有的信息结构。要素架构回答智能体实现中三要素的作用和关系。

控制结构解释智能体主体性如何实现。主体性是一个抽象概念，不是具体的外部行为，它有三个核心要素：拥有意识和思维、拥有资源、拥有自身行为的控制能力。在框架中，主体性体现在完整代表智能体意志的控制能力，也就是控制结构。控制结构实现智能体的全部主体功能：行为控制、功能调用、信息调用、资源调用。

智能体必须对其所有内外触发的智能事件做出需要/不需要、可以/不可以、能够/不能够、愿意/不愿意及如何行动、如何评价的判断和决策。控制需要具备逻辑推理功能。在保证对智能体绝对控制的同时，要具备控制柔性、成长性、控制理性和鲁棒性。这些都是控制结构的重心，也决定了控制结构是智能体生存和发展的核心架构。

功能结构包括智能体的全部行为和逻辑能力，以及决策和控制能力、行为能力和信息能力。决策和控制能力包括各类智能体在各种智能任务场景下的认知控制和行为控制。行为能力是各类智能主体完成各种智能任务的操作，包括实现控制功能和信息功能的操作。信息能力是各类智能主体在完成智能任务时从分析信息需求开始到求解问题时使用在内所需信息的全部处理功能。《智能原理》一书中列举了主要的功能类别^[9]。

功能结构需要明确不同功能间的关系、功能的调控，解释功能生命周期过程的机理。

信息结构有三层含义：一是智能体所有信息按照其作用和逻辑关系形成的所有信息单元的结构，二是信息结构中的单元与其他两个要素间的关系，三是信息单元发展的结构。

信息单元存储的信息内容决定了它在智能体的语义逻辑体系和任务场景中的位置，描述这种位置关系的就是第一类信息结构，即基于信息内容的结构。信息单元是智能体所有构件描述的结果，这些构件分属控制、功能、逻辑或物理，这些对象物在智能体结构中的位置决定了第二类信息结构，即基于要素的结构。智能体动态发展，信息结构也随之变化，这些变化在三方面发生，即完备性、结构性、可用性。它们构成了第三类信息结构，即基于信息发展的结构。

顶层架构解释智能体的总体构成和功能。《智能原理》一书第6章介绍了这一架构。该架构以外部感知或任务提交和内部计算需求触发智能行为，经过策略确定、资源调用、任务执行、过程评价、成果学习、智能拓展的循环，形成以智能行为过程为基础的智能计算循环。

该架构由三大类构件组成，第一类是智能行为流程：触发与分配器、策略生成器、执行器、评价器；第二类是智能主体的资源：智能单元、微处理器、计算资源、行为资源；第三类是环境：外部事件、外部资源。

与前面六层结构划分不同，多元结构根据一个智能体不同的智能特征进行划分。以似人智能体为例，就是以人的智能类型为准绳，划分智能体构成。对于人的分类智能研究，加德纳是集大成者，他根据智力与大脑的关系，以及在人类知识和实践体系中的不同部分将智力分为九类：语言、音乐、逻辑和数学、空间、体能、人际、内省、自然、存在。其中，前七类是他在1983年编写的《心智分区》一书中提出的，第八类是他在1995年撰写的一篇关于多元智力理论12年的评价性论文中提出的，第九类是他在此后的进一步研究中提出的一种尚未确定的新类型。

对于似人智能体而言，希望能够拥有全部的分类智能，还要求水平与普通人相近。显然，这些智能类型需要的功能系统、功能组、微功能单元和基本构件存在大量的交叉，如语言能力与音乐能力、逻辑和数学与内省。

多元结构类似于层次结构中的功能体系，但只是其一个子集，智能体还需要比九种智能类型更多的功能体系。

研究多元结构为构建似人智能体的总体设计和特定智能类型的组合系统提供支持。

多维结构在形态上是由跨不同层次、不同类型智能（多元）结构形成的稳定或临时的功能结构。在层次和多元结构中，也存在功能体系、功能组，甚至微功能单元的结构多维性，但多维结构是指该结构的主体，或者说主要部分是多维的、以连接为主体的。

以结构表示功能，从微功能单元、功能组到功能系统、智能体总枢纽；以结构表示信息，是智能体面对复杂多变的环境，灵活、不可测的学习、情绪、潜意识适应智能任务多样性的重要技术基础。

由各层、各维功能结构引发的任意连接，从无连接到虚连接、从虚连接向实连接转变的机制，多维结构是重要的实现手段。

多维结构是智能体智能实现的重要模式，是智能体柔性和可变的结构基础。

1.5.6 智能计算的特殊函数

智能计算的特殊函数是智能体逻辑架构中的D区。由于信息载体、符号和含义三层重合的原因，迄今为止人类所形成的算法和逻辑主要针对符号体系，没有产生基于含义的计算逻辑及智能计算相关操作的特殊函数。《智能原理》一书第5章对智能逻辑及主要操作函数做了简要介绍，本书则需要更加深入讨论其特征和如何实现。D区列举了八类智能处理函数，分别是描述、连接、叠加、递减、融通、交互、规范与容错。本节只从架构解释的角度讨论，而详细内容则在后续相应章节中进行阐述。

描述是智能体的一项重要功能，它将智能体所有控制、功能、环境、构件、感知获取的信息等对象描述为可用、可增长、可复制的信息构件体系。智能体三要素之一的信息体系的构件主要通过描述功能实现。由于描述的对象、结果要求不同，描述是一个复杂的过程，过程中不同的功能需要这个功能系统由数以千计的描述功能组类（每类都有大量的描述微功能单元）共同完成智能体描述功能的需要。控制、功能、信息，不同客体、不同过程的描述，不同成熟度的描述，不同目的的描述等，构成了不同的描述功能组。

连接是智能体的又一类重要功能体系，承担智能体所有连接的实现和发展。连接是智能体一系列核心功能实现的关键环节，如基于含义的感知和处理、理解、学习、中枢功能等。连接是一个复杂的功能系列，包括触发机制、规范机制、标识机制、通路及其结构机制及实现，穿透智能体结构的层次、维度、性质构成的结构性功能，实连接、虚连接和任意连接等依赖于连接的功能是智能体发展的基础。这些特征决定了连接是比描述更为多元、多样的功能组体系。

交互是指智能体在整个生命周期与外界的作用平台。既要能实现主动式交互，也要能实现被动式交互；既要能实现即时以秒甚至毫秒、微秒级的交互，也要能实现延迟式、累积式交互；既要能支持串行的持续交互，也要能实现并发式，甚至大规模并发式交互；既要能实现只有信息作为介质的交互，也要能实现信息、物质运动并存的交互。

叠加、递减、融通是智能体构件及构件中的具体部分发生变化的三个基本操作。基于含义，经由对操作对象含义差别的比较，采取不同的逻辑过程实现。

规范与容错函数实现两个对智能体成长具有决定性约束的原则。规范希望智能体成长沿着既定的路径，不发生不利于社会的突变。容错希望智能体能有效处置各类自身操作中不确定的、当时不能理解的感知信息或交互，以及问题求解过程中产生的结果，而根本的原因则在于平衡成长过程的质量和速度，处理好智能体由于各种原因导致的误判。

智能体需要满足其全部功能的软件体系，而这个软件体系的核心是一组操作系统。这一组操作系统由微处理器、功能组、功能系统及总控系统构成。

为提高智能体处理智能逻辑及智能函数的效率，在智能体各类处理器中，既需要已经存在的、以处理符号为特征的芯片，也需要配置一些特殊的芯片，用于提高相应处理过程的效率。