趙 文，徐佳君，周常恩，李燦東

（福建中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，福建 福州 350122）

在經(jīng)歷了以蒸汽機為代表的第一次科技革命、以電氣化為代表的第二次科技革命以及以自動化為代表的第三次科技革命后，我們正在迎來以智能化為代表的第四次科技革命。習(xí)近平總書記在中共中央政治局第九次集體學(xué)習(xí)時指出，人工智能是引領(lǐng)這一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略性技術(shù)，具有溢出帶動性很強的“頭雁”效應(yīng)。當(dāng)前，社會各領(lǐng)域如銀行、保險、交通運輸、通訊、教育等都在積極對接新一代人工智能技術(shù)，期望借此發(fā)展浪潮搶占行業(yè)制高點。隨著我國人口老齡化問題的日益加劇，人們對于優(yōu)化醫(yī)療技術(shù)、增強健康的需求變得更為迫切，中醫(yī)現(xiàn)代化的發(fā)展瓶頸亟待突破。中醫(yī)只有借助新一輪科技的力量才能煥發(fā)新的活力，與新一代人工智能的先進技術(shù)結(jié)合是必然趨勢，而如何將兩者更好地有機結(jié)合是值得探討的重要命題。

1 中醫(yī)：中國古代科學(xué)

中醫(yī)歷經(jīng)兩千多年的臨床實踐，其理論的先進、療效的可靠受到長期反復(fù)的檢驗，是中國古代科學(xué)的優(yōu)秀代表。中醫(yī)具有獨特的醫(yī)學(xué)理論體系，主要運用精氣、陰陽、五行學(xué)說等闡述人體生命、健康、疾病等醫(yī)學(xué)問題，其中涉及諸多數(shù)學(xué)符號、系統(tǒng)論等內(nèi)容。

1.1 中醫(yī)的數(shù)學(xué)符號 任何一門自然學(xué)科的發(fā)展都離不開哲學(xué)的作用，中醫(yī)也不例外，其形成深受中國古代哲學(xué)思想的影響。易以道陰陽，中醫(yī)的陰陽理論、五運六氣學(xué)說均源于《易經(jīng)》?！兑捉?jīng)》通過一套符號表達數(shù)量關(guān)系和空間形式，闡釋關(guān)于世界萬物產(chǎn)生、發(fā)展、變化的哲理。而二進位制數(shù)學(xué)是現(xiàn)代電子計算機的運算工具，由“0”和“1”這兩個極簡單的數(shù)學(xué)符號構(gòu)成復(fù)雜的計算機語言。早在18世紀，德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨發(fā)現(xiàn)，如果以陰爻（--）代表“0”，以陽爻（—）代表“1”，那么二進位制數(shù)學(xué)所表示的0～63這六十四個數(shù)的自然序列與六十四卦方圖是對應(yīng)的，兩者高度一致［1］。因此，陰爻和陽爻可視為傳達中醫(yī)信息的特殊數(shù)學(xué)符號，以二者為基本單元進行排列組合可表達更多的中醫(yī)信息。

《傷寒雜病論》在中醫(yī)發(fā)展中起著承前啟后的作用，據(jù)楊培坤等［2］研究發(fā)現(xiàn)，該書所載內(nèi)容同樣蘊含著重要的數(shù)學(xué)理論——集合論。書中癥狀與病、癥狀與證、證與病、病因與病機、治則與治法以及治法與用方等關(guān)系同集合論中的從屬關(guān)系、包含關(guān)系、映射關(guān)系等具有相同意義，尤其是書中所運用的“異中求同”和“同中求異”的辨病、辨證法與集合論中的“求交”“求并”以及“求差”等運算分析過程是一致的。不知巧合與否，電子計算機的誕生與集合論的運用也是密不可分的，這使得通過計算機技術(shù)研究分析中醫(yī)成為了可能。由此看來，最古老的文明通過數(shù)學(xué)符號與最現(xiàn)代的文明形成了緊密融合。

1.2 中醫(yī)的系統(tǒng)論 在中國的自然科學(xué)發(fā)展史上，以元氣論為核心的有機自然觀始終占據(jù)主導(dǎo)地位，認為整個自然界和其中的事物都是不可任意分割的整體，元氣學(xué)說與陰陽學(xué)說、五行學(xué)說相交匯，形成一種比較系統(tǒng)的自然哲學(xué)思想。受此影響，中醫(yī)把人和整個世界理解為“復(fù)雜”的“有機體”，認為人是不可分割的復(fù)雜有機生命。岐黃之道，是中醫(yī)研究健康和疾病的方法，是認識復(fù)雜性和有機性的道路，其實質(zhì)是系統(tǒng)論思想，盡管其形式是樸素的，但其內(nèi)容在性質(zhì)上與現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)高度一致。

系統(tǒng)論是由生物學(xué)家貝塔朗菲創(chuàng)立，指出在現(xiàn)代科學(xué)和生活的整個領(lǐng)域里都需要新的概念思考方式、新的觀念和范疇，而從某方面說，它們都是以“系統(tǒng)”概念為中心的［3］。按現(xiàn)代系統(tǒng)論觀點，系統(tǒng)是由若干要素通過相互作用構(gòu)成具有確定性能的整體。人是典型的系統(tǒng)，因而中醫(yī)對人和疾病的認知同樣遵循系統(tǒng)規(guī)律，主要表現(xiàn)在整體性、聯(lián)系性、穩(wěn)定性和動態(tài)性等四個方面［4］。① 整體性：中醫(yī)將研究重點放在人的整體水平，把握只存在于人整體水平的一系列“系統(tǒng)質(zhì)”，如氣、神、藏象、經(jīng)絡(luò)、象等；② 聯(lián)系性：中醫(yī)在考察和調(diào)節(jié)“人”“人病”時，把重點放在陰陽、五行、五邪、天人、運氣等相互關(guān)系和相互作用上；③ 穩(wěn)定性：中醫(yī)把人理解為開放系統(tǒng)和耗散結(jié)構(gòu)，用氣化活動描述人的耗散活動和熵變化，用陰平陽秘來表達人的有序穩(wěn)定；④ 動態(tài)性：中醫(yī)把握人的自我組織、自我調(diào)節(jié)規(guī)律，主張治病求本、養(yǎng)生知本，注重遵循機體“陰陽自和”的規(guī)律，通過推動機體自我調(diào)節(jié)來達到治愈疾病的目的。

值得注意的是，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展趨勢逐漸從“有病求醫(yī)”轉(zhuǎn)向“預(yù)防為主”，從“治療疾病”轉(zhuǎn)向“維護健康”狀態(tài)［5］，從原有的“生物醫(yī)學(xué)”模式調(diào)整為“生物心理社會醫(yī)學(xué)”模式。新模式是以系統(tǒng)方法為基礎(chǔ)，而中醫(yī)在它的原始模型中便已包含生物心理社會醫(yī)學(xué)模型的種種特點［6］，由此可以看出，蘊含深厚系統(tǒng)論思想的中醫(yī)岐黃之道具有一定的先進性，在醫(yī)學(xué)發(fā)展趨勢上先于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)，值得深入研究。

2 人工智能：現(xiàn)代自然科學(xué)

隨著計算機科學(xué)、認知科學(xué)、腦科學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)的不斷進步，人們對于人類智力的認知逐漸加深，并促進了人工智能的出現(xiàn)和發(fā)展。在中醫(yī)領(lǐng)域，很多人是通過20世紀70年代研制出的第一個中醫(yī)專家系統(tǒng)“中醫(yī)關(guān)幼波肝炎診斷治療程序”認識了人工智能，至于究竟什么是人工智能，對于很多人來說是比較模糊的概念。

目前對于人工智能的認知，一般認為它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)［7］。簡單來講，人工智能可被認為是一組技術(shù)的統(tǒng)稱，目前主要具備語音、圖像識別等認知能力、邏輯推理能力、自然語言交流能力以及情緒識別的感知等技術(shù)功能。比如日常生活中，電話的語音識別功能、微信語音轉(zhuǎn)文字功能、人臉識別、淘寶等電子商務(wù)網(wǎng)站的個性化推薦、蘋果Siri、機器翻譯、大勝圍棋九段李世石的AlphaGo、自動駕駛等均為人工智能技術(shù)的具體應(yīng)用。

2.1 人工智能發(fā)展歷程 20世紀50年代，麥卡錫、明斯基、香農(nóng)、紐厄爾、司馬賀等10人在達特茅斯會議上共同討論了當(dāng)時計算機科學(xué)領(lǐng)域尚未解決的問題，開啟了人工智能的研究時代，距今已有60余年，其發(fā)展歷經(jīng)了三起兩落。

第一個人工智能熱潮在20世紀50—60年代，伴隨通用電子計算機的誕生，以圖靈提出的圖靈測試為標志，出現(xiàn)了數(shù)學(xué)證明系統(tǒng)、知識推理系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等里程碑式的技術(shù)和應(yīng)用。但由于當(dāng)時計算機運算速度以及相關(guān)程序設(shè)計與算法理論的不成熟，難以支撐人工智能的發(fā)展需求，在20世紀60年代末便進入了第一個人工智能低潮期。

第二個人工智能熱潮在20世紀80—90年代，伴隨統(tǒng)計模型技術(shù)的興起和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模式識別領(lǐng)域的突破，人工智能在語音識別、機器翻譯等領(lǐng)域取得顯著進展。但未持續(xù)多久，依舊因相關(guān)技術(shù)的不成熟，人工智能的研究進入了第二個低潮期。

進入21世紀后，伴隨數(shù)據(jù)爆發(fā)式的增長、計算機運算能力的大幅提升以及深度學(xué)習(xí)技術(shù)的成熟，大約從2006年開始，迎來了第三個人工智能熱潮?？偟膩砜矗皟纱稳斯ぶ悄軣岢备嗍翘岢鰡栴}，以學(xué)術(shù)研究為導(dǎo)向，而此次熱潮更多是解決問題，是以現(xiàn)實社會發(fā)展需求為導(dǎo)向。

在人工智能研究領(lǐng)域上主要存在兩大學(xué)派，分別為遵循符號主義的邏輯派和遵循聯(lián)接主義的仿生派。

2.2 人工智能的符號主義（邏輯派） 人工智能中符號主義的思想源頭和理論基礎(chǔ)是定理證明，定理證明起源于邏輯，因此，這一派又被稱為“邏輯派”，代表人物是紐厄爾和司馬賀。邏輯派認為人的智能表現(xiàn)為認知，而認知的基元是符號，認知過程就是符號操作過程，因此，可以不考慮人腦的具體結(jié)構(gòu)，直接從人腦功能的宏觀表現(xiàn)出發(fā)，用計算機便可模擬人類智能。此派隨著1954年邏輯學(xué)家戴維斯運用名為“大強尼”的電子管計算機實現(xiàn)了普利斯博格算術(shù)的判定過程而興起，伴隨2006年阿貢實驗室的定理證明小組被裁而走向低潮［8］。

邏輯派在人工智能研究熱潮中取得很大成就，但由于它的基礎(chǔ)也就是定理證明系統(tǒng)存在自身局限性，缺少主動學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力，因此其發(fā)展逐漸走向沒落，最具代表性的例子要數(shù)專家系統(tǒng)。20世紀80—90年代初，專家系統(tǒng)經(jīng)歷了十年的發(fā)展黃金期，以Dendral為代表，這是世界上第一個專家系統(tǒng)程序，成功地用人類專家知識和邏輯推理規(guī)則幫助有機化學(xué)家推斷未知有機分子結(jié)構(gòu)。

但伴隨日本五代機的幻滅，專家系統(tǒng)逐漸成為備受詬病的技術(shù)，因為人們發(fā)現(xiàn)基于人類知識庫和邏輯學(xué)規(guī)則構(gòu)建出的人工智能系統(tǒng)存在致命的局限性。專家系統(tǒng)僅能解決特定的狹小領(lǐng)域問題，而很難被擴展到稍微寬廣一些的知識領(lǐng)域中去。同樣的道理，對于中醫(yī)專家系統(tǒng)而言，由于系統(tǒng)不能動態(tài)地自我學(xué)習(xí)和提高，只是一個封閉的靜態(tài)系統(tǒng)，所以也逃脫不了失敗的命運［9］。

2.3 人工智能的聯(lián)接主義（仿生派） 人工智能的另一大學(xué)派是聯(lián)接主義，又被稱為仿生派，認為人的思維單元是神經(jīng)元，而不是符號，人的智能行為不能單純歸結(jié)為符號信息處理，而應(yīng)當(dāng)著重于結(jié)構(gòu)研究和系統(tǒng)研究，即模擬人的生理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［10］。

早在1943年，神經(jīng)科學(xué)家麥卡洛克和彼茨在《數(shù)學(xué)生物物理期刊》上發(fā)表了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開山之作《A Logical Calculus of Ideas Immanent in Nervous Activity》，其中提出一種大膽假說，描述了人類神經(jīng)節(jié)沿著網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)傳遞和處理信息的模型，后被計算機科學(xué)家借鑒后用于人工智能的相關(guān)研究，被學(xué)術(shù)界稱為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［11］。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在20世紀80年代的光輝被新興的互聯(lián)網(wǎng)所遮蓋，20世紀90年代開始，隨著計算機運算能力的高速發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在人工智能領(lǐng)域重回研究熱點，直到2010年前后，反而又因互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)給了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以更大的發(fā)展機會。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由一層層的神經(jīng)元構(gòu)成，層數(shù)越多就越深，所謂的深度學(xué)習(xí)就是通過借用多層神經(jīng)元構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以達到機器學(xué)習(xí)的功能。深度學(xué)習(xí)和所有機器學(xué)習(xí)方法一樣，是一種用數(shù)學(xué)模型對真實世界中的特定問題進行建模，以解決該領(lǐng)域內(nèi)相似問題的過程［12］。

深度學(xué)習(xí)能夠發(fā)揮作用是以強大的計算能力和高質(zhì)量的大數(shù)據(jù)為前提的，在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，每層神經(jīng)元的輸出信號可能都是復(fù)雜的。大家所熟知的戰(zhàn)勝了李世石的AlphaGo，正是運用深度學(xué)習(xí)等算法，通過大量專業(yè)棋手棋譜訓(xùn)練，然后又從自我對弈中不斷學(xué)習(xí)和提高，最終戰(zhàn)勝了人類世界冠軍，這是計算機基于大量數(shù)據(jù)資料并通過自我學(xué)習(xí)掌握經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)果。

縱觀人工智能的發(fā)展歷程，邏輯派和仿生派均表現(xiàn)出各自的優(yōu)勢和不足，也都歷經(jīng)了不同程度的熱潮和低谷。邏輯派對于處理規(guī)則的情況更為擅長，如涉及與數(shù)字、符號等相關(guān)的問題；而仿生派對于處理不規(guī)則的情況更為適用，如邏輯關(guān)系過于復(fù)雜與系統(tǒng)相關(guān)的問題。未來人工智能的優(yōu)化發(fā)展一定是要協(xié)調(diào)好兩者關(guān)系，堅持兩條腿走路。

3 數(shù)學(xué)和系統(tǒng)思維方法：中醫(yī)與人工智能有機結(jié)合的密鑰

中醫(yī)和人工智能可歸于科學(xué)技術(shù)范疇，故可借助馬克思主義的科學(xué)技術(shù)方法論（以下均簡稱為“方法論”）加以研究。方法論是以辯證唯物主義立場、觀點為基礎(chǔ)，核心是辯證思維與系統(tǒng)思維，用來解決科學(xué)技術(shù)中的難題。

通過對中醫(yī)和人工智能的剖析，發(fā)現(xiàn)兩者均存在數(shù)學(xué)符號和系統(tǒng)論的要素，其有機結(jié)合點或在于此。因此，方法論的數(shù)學(xué)和系統(tǒng)思維方法或為中醫(yī)與人工智能有機結(jié)合的密鑰。

方法論中的數(shù)學(xué)方法是一種關(guān)注事物的形式和抽象結(jié)構(gòu)的思維和科學(xué)方法，它抽象地表達事物的空間關(guān)系和數(shù)量關(guān)系。通過運用數(shù)學(xué)方法，如數(shù)學(xué)方程方法、數(shù)學(xué)建模方法、數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法、數(shù)學(xué)實驗方法等，可以將中醫(yī)以及人工智能中的不確定性盡量轉(zhuǎn)為確定性，以此增加兩者的融合性和精確表達性。蘊含在中醫(yī)中的的數(shù)學(xué)表達應(yīng)該不僅僅局限于陰陽理論、五運六氣、《傷寒雜病論》中，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的遺傳密碼表與易圖的對應(yīng)關(guān)系或許也并非是簡單巧合，這些都使得中醫(yī)可以通過數(shù)學(xué)、符號等經(jīng)由計算機語言的橋梁取得與新一代人工智能技術(shù)的互聯(lián)互通，使兩者的有機結(jié)合成為可能。

而方法論中的系統(tǒng)方法是把事物視為系統(tǒng)來處理的思維方法，主要關(guān)注的是整體性和關(guān)聯(lián)性。中醫(yī)學(xué)真正關(guān)心的是與人的健康有關(guān)的各種相互關(guān)系，通常認為相互關(guān)系既是健康的終極原因，也是疾病的終極原因，當(dāng)然這種關(guān)系是建立在中醫(yī)整體觀念基礎(chǔ)上的。同樣，人工智能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立也是基于多條相互關(guān)聯(lián)的神經(jīng)元，組成較為完整的系統(tǒng)。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而逐漸發(fā)展成熟的深度學(xué)習(xí)是把問題系統(tǒng)化，而不是把問題打破了去弄清楚中間信號在自然語言中的真實含義，這與中醫(yī)強調(diào)人體是不能簡單打開的這一認知相吻合。通過系統(tǒng)分析、綜合方法等，兩者可實現(xiàn)彼此的互聯(lián)互通，達到有機結(jié)合。

4 總結(jié)和展望

中醫(yī)存在數(shù)千年而屹立不倒，在于其真實可靠的臨床療效，在維護人體健康方面發(fā)揮著不可替代的作用［13］。伴隨醫(yī)學(xué)模式的轉(zhuǎn)變以及健康中國建設(shè)的推進，對于醫(yī)學(xué)的發(fā)展提出新的挑戰(zhàn)，繼續(xù)遵循傳統(tǒng)的發(fā)展模式已經(jīng)無法適應(yīng)新時代的健康需求。早在20世紀70年代，中醫(yī)便嘗試對接人工智能技術(shù)，以尋求中醫(yī)發(fā)展模式的突破，由于受到當(dāng)時技術(shù)和設(shè)備條件的限制，并未做到兩者的有機結(jié)合。在新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，人工智能作為重要驅(qū)動力量呈現(xiàn)出深度學(xué)習(xí)、跨界融合、人機協(xié)同等新特征，更有利于實現(xiàn)與中醫(yī)的有機結(jié)合，但要達到兩者完全結(jié)合還需要攻克很多難題，合理運用數(shù)學(xué)和系統(tǒng)思維方法是解決難題的關(guān)鍵所在?？梢灶A(yù)見的是，中醫(yī)與人工智能的有機結(jié)合正在不斷推進中，未來必定在突破中醫(yī)現(xiàn)代化發(fā)展瓶頸和維護人體健康方面發(fā)揮重要作用。