单位文秘网 2021-08-18 09:05:43 点击: 次
摘要:逻辑史上曾经建立了事物类推、模型类推两种基本的类比推理类型。随着计算机技术的迅猛发展,“赛博空间”生成了,虚拟实在得到应用,由此,逻辑学则可建立新型的虚拟类推。这种新型类推具有全面性、动态性、精确性、前瞻性、条件性和或然性的基本性质,建立虚拟类推具有重大的理论意义、社会意义和认识意义。虚拟类推已经得到广泛应用,并将在更广阔的范围得到应用。
关键词:类比推理;虚拟类推;虚拟实在
中图分类号:B812.3文献标识码:A文章编号:1003-854X(2007)03-0077-04
计算机技术在现代社会得到飞速发展,现代社会的发展也几乎离不开计算机。在这个过程中,相对于物理空间的电子空间——“赛博空间”诞生了,相对于现实物理实在的电子实在——“虚拟实在”产生了。这些新东西不仅带来经济社会的巨大进步,而且对人的思想认识带来新的冲击。在虚拟实在的广泛应用中,一种新型的类比推理——数字虚拟类推也问世了,并在众多领域中得到应用。
一、逻辑史上的类比推理
类比推理是与演绎推理、归纳推理并列的、独立的推理类型,但现行逻辑学对它的研究是很弱的。不过从逻辑史上看,类比推理比归纳推理还要古老,而且在长期的发展历程中也产生过多种类型和形式。
逻辑三大发祥地,都对类比推理作出了自己的研究。在古希腊,逻辑之父亚里士多德在《工具论》中将类比推理称作“例证”,并说:“当两种特殊事物附属于同一名词,而且其中之一已经知道时,借例证去论证。在古代中国,逻辑先驱将类比推理称作“辟”或“譬”,《墨经》还给出了类推的定义:“辟也者,举他物而以明之也。”① 战国时期“善譬”的惠施更明确地阐述道:“以其所知喻其所不知而使人知之。”秦汉以后,中国人逐渐将“譬”称为“比类”、“类比”和“类推”。在古印度,富有自己特色的佛教逻辑因明学以古正理的“五支作法”为基础,其宗(论题)、因(理由)、喻(例证)、合(应用)、结(结论)五支作法的形式实际上就是类比推理。
以上三个逻辑发祥地产生了表达方式不尽相同的类比推理,但从基本类型上讲它们却是一致的,即它们都是在两类实际存在的事物中进行的,都属于“事物——事物型”类推。这个基本类型在我国现行的逻辑教科书中用公式作了如下表述:
A事物有a、b、c、d属性,
B事物有a、b、c属性,
所以,B事物也有d属性。
在这个基本公式的基础上,近现代一些逻辑学者又对类比推理进行了深入研究,提出了定性类比、定量类比(协变类比)、定性与定量相结合的类比(综合类比),并在定性类比中又分出了质料类比(性质类比)、形式类比(因果类比)和对称类比,另外还有关系类比和条件类比等。
随着工业社会的发展,人们在制造诸如汽车、飞机等复杂贵重产品和进行水利工程、大型建筑工程时,除了图纸设计外,还要先制作仿真模型进行模拟试验,再根据结果投入实际生产。于是,在试验模型和事物原型中进行类推的新的类比推理类型,即“模型——原型型”类推产生了。随着现代工程技术科学和上世纪60年代仿生学的发展,人们开始双向运用这种类型的类比推理。在研制宇宙飞船、水电工程等等时,人们根据模型试验的性能来推断研制原型的性能,应用的是由模型向原型过渡的类比推理形式:
试验模型:a、b、c、d
研制原型:a、b、c
所以,研制原型也具有d
在研制电子蛙眼、雷达等等仿生产品时,人们则根据自然生物某些器官的特性推断生物制品的性能,应用的是由自然原型向技术模型过渡的类比推理形式:
自然原型:a、b、c、d
技术模型:a、b、c
所以,技术模型也具有d
从以上叙述中,我们了解到历史上的类比推理有两种基本类型,可以简要称之为“事物类推”和“模型类推”。
二、虚拟类推的建立
2002年7月4日,人类历史上最大规模的人为放水冲沙在河南济源小浪底水库拉开序幕。这次持续十天的黄河放水冲沙,收到了良好的效果,为根治黄河水患的千年大计找到了一条高科技道路。这么一个大工程,自然需要科技人员的精心设计和论证。为了这次冲沙能够取得预期成果,科技人员实际上研究了三条黄河:一条是自然存在的实际黄河,一条是实验室中制造的模拟黄河,另外一条则是根据收集的各种有关数据在计算机上构建的数字虚拟黄河。
过去的科学研究大多在实验室的模型中模拟进行,现在越来越多的科学研究则在计算机的虚拟世界中虚拟进行。人们将现实世界的事物数字化、虚拟化,在赛博空间建成虚拟实在事物,然后通过人机互动,将研究结果应用到现实之中。“赛博空间”,它是由美国科幻小说家威廉·吉布森(William Gibson)在1984年提出来的。他将网络世界中出现的那些“超实”现象所存在的场所称为“cyberspace”,即赛博空间,并在小说《网络巫师》中第一次采用了这个术语。在现实性世界中,物理实在是通过物理空间来显示它的存在性;而虚拟实在则要通过赛博空间来显示它的存在性。简单来说,赛博空间就是虚拟实在出现的空间。在这样一个电子空间条件下,作为主体的人虽不能直接在场或出场,但却有身临其境的空间感觉,能够与其交互作用,或者说能够进行信息的输入、处理和输出②。那么,赛博空间中的虚拟实在是从哪里来的,虚拟实在又要应用到哪里去呢?毫无疑问,虚拟实在是由现实物理空间中的事物转化而来的,不管是“数字黄河”还是“虚拟人”等等,都是由现实的黄河、现实的人经过数字信息处理后在电脑中生成的;而这些虚拟实在,归根到底还是要应用到现实之中,如进行现实的黄河冲沙,现实的人体治疗、整容等。从逻辑角度分析,其思维进程就是这样两个过程:一是由现实物转化成虚拟物,二是由虚拟物推广到现实物。由此可见,这个过程的实质就是在应用类比推理,是类比认知过程。因为类比推理就是将一个事物的特性推及另一事物。但这个过程又不是简单应用传统的类比推理,因为它是在物理实在与虚拟实在之间、在人机互动之中完成的,而且这里的“虚拟实在事物”与“现实物理实在事物”,是具有对等性的(现实有条物理实在的黄河,我们则可在计算机中生成“虚拟实在的黄河”,两者在很高程度上具有一致性;现实有架飞机A,网络上也可生成虚拟飞机A',A与A'同样具有较高程度的对等性)。因此,必须建立一种全新类型的类比推理,才能将这一过程进行准确的逻辑描述。
另外,既然属性上对等,我们就可以通过对虚拟的东西进行动态的、深入的研究,再将研究的结果应用于现实事物;也可以通过对现实事物的研究,将研究结果作用到虚拟事物身上得到某种验证。所以,这种类比推理也是可以双向进行的。于是,一种全新类型的双向类比推理“虚拟——现实型”数字虚拟类比推理就可以建立起来了。
虚拟类推以信息社会的到来和赛博空间的出现为其产生的历史前提,以数字化手段和虚拟化软件为其技术前提。下边,结合实例分析,我们建立虚拟类推的两种具体形式。
(一)从虚拟实在到现实存在的虚拟类推
这种类推是先将现实对象数字化,在赛博空间生成与现实对象基本一致的虚拟实在;再对虚拟实在进行刺激,取得虚拟世界的经验结果;最后,推断虚拟世界的经验与现实作用的经验一致。
一名下颌过于宽大的30岁女人,对自己的脸型不满,来到广州军区总医院要求整形。中国“数字人之父”钟世镇院士的高徒齐向东博士,为她拍摄了不同角度的数码相片,并将其头部的CT图像扫描到计算机中,由此生成这名女士的三维颅骨模型。2005年9月4日晚6时,齐博士先在南方医科大学生物力学实验室,“主刀”进行虚拟整形手术。博士利用“安琪儿定量分析系统”,设计出符合“东方经典美”的截骨线,然后手握“雕刻刀”开始了在电脑屏幕上的“手术”。她伴随着音效割开了电脑中女士的皮肤,露出了软组织。手术刀继续探入,突然,手一顿,刀上的触觉感应装置提示:碰到硬物!果然,白色的下颌骨暴露出来。于是,手术刀换成了“磨钻”,一阵尖利的电锯声响起。接着,齐博士开始切割、打磨,准确无误地切削掉过多的下颌骨,打造出一个美丽的面庞。虚拟整形手术成功了。几天后,齐博士在广州军区总医院为那名女士实施了真实的手术,将其打造成具有东方经典美貌的女人③。以上过程可用逻辑推理表示为:
该女士头部A数字化为电脑图像A',
对A'进行虚拟宽下颌切割手术得到虚拟“东方
经典美”结果,
所以,对该女士头部A实施这种手术也将会产
生“东方经典美”结果。
再对这个结果进行抽象,就可得到从虚拟实在到现实存在的虚拟类推形式:
现实对象A数字化为虚拟对象A',
对A'输入a'则输出b',
所以,对A作用a也会产生b。
这个公式与事物类推和模拟类推的公式相比较,就会发现它与它们在以下两点上是不同的:一是将a、b、c一系列相同属性的符号变成了“现实对象A数字化为虚拟对象A'”,说明虚拟类推不是简单地列出两对象在一系列属性上的相同点,而是全方位地建立两对象的对应关系(对等性);二是将新属性d变成了蕴涵式的“输入a'则输出b'”、“作用a会产生b”,说明虚拟类推不是静态地推出一个新属性,而是动态地从一个仿真过程推出整体的现实过程。
(二)从现实存在到虚拟实在的虚拟类推
这种类推也需要先将现实对象数字化,生成赛博空间的虚拟实在;然后则根据对现实事物进行某种作用产生某种结果,推断对虚拟实在进行这种作用也会得到某种类似的结果,从而确证某个结论。
美国密歇根州立大学的电脑科学家、生物学家和哲学家将200台电脑连在一起,制造了若干能在几分钟内复制自己的几万个副本的数字生物体。这些生物体能以与脱氧核糖核酸的变异方式大致相同的方式发生变异。通过“阿维达”(意为“渴望”)软件,研究者扫描电脑屏幕上如同瀑布一样倾泻的一行行数字,追踪一代代数字生物体的出生、生存和死亡,进行生物进化过程的模拟。而早在1988年,微生物学家理查德·兰斯基就一直在进行生物进化试验。他利用一个大肠杆菌进行繁殖试验观察,将它的后代创建成12个分别的菌落,然后用一种营养很差的葡萄糖喂养它们。这样,就产生了一种强烈的激励因素,使它们进化出生存的新方式。17年来,这些菌落经过了3.5万个世代。经过分析研究显示,自然选择是实实在在的,12个菌落都进化了,其繁殖速度几乎比祖先快一倍,其细胞也增大了一倍。出乎意料的是,这些变化不是以一种平稳的和线性的过程展现,而是以一阵阵突变的方式进化,随后是几百代很小的变化,然后又是突变。后来,兰斯基应用阿维达软件建立了这些细菌菌落的数字版本,通过敲击键盘快速进行试验、记录、研究,一个小时的成果等于几年的成果,并最终得到了与前述研究类似的结论。我们将兰斯基的研究过程整理成下边的形式:
现实大肠杆菌A数字化为虚拟大肠杆菌A',
喂养A结果呈现出自然选择和突变、渐变交替
的进化,
所以,同样作用A'也会呈现自然选择和突变、
渐变交替的进化过程。
同样进行概括,我们也能得到从现实存在到虚拟实在的虚拟类推形式:
现实对象A数字化为虚拟对象A',
对A曾作用a得到b,
所以,对A'作用a'也会产生b'。
这个公式表明,现实事物的经验在电脑虚拟世界中得到了验证。随着现代社会的发展,人们不但越来越依赖计算机,而且也越来越相信计算机,经过这种虚拟类推的验证,人们觉得某个结论更加可靠了。
三、建立虚拟类推的意义
如果说事物类推和模型类推是人类发现、发明的重要工具,是重要的创新思维方法的话,那么毫无疑问,虚拟类推的建立将有着更为特殊重要的意义。
(一)理论意义
从逻辑理论角度看,建立虚拟类推的意义主要有以下三点:
第一,丰富了类比推理的内容。虚拟类推一建立,就使类比推理的类型由事物类推、模型类推两种,增加为包括虚拟类推在内的三种,初步形成类比推理体系。
第二,夯实了假说的基础。建立、发展和验证假说,都要用类比推理,也越来越需要虚拟类推的支持。
第三,加强了类比论证的功能。以前我们很少提及类比论证,可能是因为类比推理结论的可靠程度不高。但虚拟类推则不同,其结论可靠程度极高。
(二)社会意义
虚拟类推在社会各个领域的广泛应用,必将产生良好的社会影响。现在,世界上已经诞生以实现“虚拟试验空间”(VTOS)为战略目标的达索系统公司和ESI集团。建立虚拟类推的主要社会意义总结如下:
第一,节约社会成本,这是其经济性意义。达索系统公司和ESI集团研究的虚拟原型和虚拟制造方案旨在用较低的成本改善产品的性能质量,缩短研制周期。
第二,提高社会效率,这是其高效性意义。如自然生物进化过程是非常缓慢的,但数字生物的进化过程则以难以想象的速度进行。它可以缩短大型项目的研制周期,极大提高工作效率。
第三,防范社会风险,这是其预测性意义。美国加州大学地震学家约翰尼·朗德尔与他的同事,构建了“虚拟加州”,并依此对圣安德烈亚斯断层(位于太平洋板块与北美板块之间)进行分析,模拟未来4万年的运动情况,结果表明未来20年旧金山发生大地震的可能性为25%,未来45年发生的可能性是50%,而未来80年发生大地震的可能性高达75%。意大利人对那不勒斯附近的活火山也进行了类似的预测。这些预测,对防范社会风险的意义是无比巨大的。
(三)认识意义
赛博空间的建立拓展了人类认识,虚拟类推的建立也将对人的认识产生深刻影响。
第一,极大促进人的创新思维活动。虚拟类推已经或正在成为创新思维活动的非常重要的工具,它必将加快高科技发展的步伐,极大丰富人类创造发明的成果。
第二,极大拓展人类认识的空间。遥远的星体、微观的世界,还有如同太阳无法接近的星体,过去对它们的研究只能靠暗箱法等有限的方法进行猜测。现在我们可以或者能够建立这些物体的虚拟实在,然后就可应用虚拟类推,进行全方位的研究了。
第三,极大延伸人类认识的时间。地质年代的变迁、生物的进化历程等,是以百万年、亿年计的,人类无法亲历。过去的研究只是依靠考古的发现进行间接的研究,现在如同上边对进化论的检验一样,可以在虚拟世界中急速加快其演进过程,作出类比结论。
最后,虚拟类推有助于人们的认识日趋深入、全面,促进认识水平的提高。通过虚拟类推人们可以更方便地深入到事物的内部,对事物进行全面系统的类比研究。因而,在虚拟类推作用下,人类的认识水平将得到全面的提高。
四、虚拟类推的性质和逻辑要求
综上所述,我们可以给出这种新型类推的定义:数字虚拟类比推理是基于计算机技术的,在虚拟与现实之间进行类推的推理。
根据以上讨论和这个定义,虚拟类推的基本性质应该表现在如下几个方面:
第一,全面性。虚拟实在是对现实对象的全面模拟,不是两对象的有限属性a、b、c的相同或相似;虚拟类推可以同时进行多方面的输入、输出,并始终伴随着完整的包含声、形、色等在内的三维或多维的效果,得到综合各种新属性的整体结论。
第二,动态性。“虚拟”一词本身就是一个动态词,它是指通过数字化手段对现实物质世界的动态模拟。公式里“输入a'则输出b'”、“作用a得到b”的蕴涵式描述,也表明这种类推是动态地进行的,可以通过动态刺激,得到对刺激进行反应的结果。这与其他两种类推通过静态特性分析,将一事物的属性推及到另一事物身上有着质的区别。
第三,精确性。由于数据采集的全面性,计算机处理的精密性,使得这种类推能够精确地在虚拟空间中进行,并得到极为精确的结论,其结论的可靠程度也自然相当高,进而使它具备了论证的功能。
第四,前瞻性。任何推理都有预测的功能,而虚拟类推的预测可以不局限在抽象的预测上,而是能够感受到可视的整体预测,即可以“前瞻”。人们根据前瞻,可及时对对象进行优化完善,从而追求较为理想的预测结论。拿虚拟制造来说,在产品设计或造出现实产品之前,就能预测或感受未来产品的形态、行为和性能,然后适时调整方案,作出最后决策。
第五,条件性。虚拟类推的历史前提和技术前提说明它是在高科技的、高要求的条件下完成的,必须借助具有强大功能的软件才能实现。比如,支持虚拟制造的软件,应有以下功能:建立实时交互的虚拟环境,模型可视化,设计分析,虚拟环境漫游,离散事件过程仿真,三维工程动画等。
第六,或然性。虚拟和现实永远不能划等号,再全面的数字采集也不是绝对的全面,再周密的软件也会存在缺陷,类比推理就是一种或然推理,虚拟类推也不例外。正因为如此,经过虚拟类推后,试验、实验仍然是需要的。
虚拟类推的或然性决定了它仍然存在提高结论可靠程度的问题,我们还是要对它提出一些逻辑要求:一是用于数字化的现实原型应当是典型的,否则就可称之为犯了“非典型类推”的逻辑错误;二是数据采集要尽可能多,尽可能全,不然就是犯了“非全面类推”的错误;三是应用软件要尽量没有缺陷,违背此要求的错误就是“非合理类推”。有相应的软件才能进行虚拟类推,但用于虚拟类推的软件如果太简单,并有不少缺陷,类推的结果就不大可信了。
五、虚拟类推的广泛应用
计算机及其网络在今天的发展,创造了一个比波普尔世界3更具自主性并与物理世界在本体论上具有某种对等性的新世界——“虚拟世界”。尽管这个世界仅有几十年的历史,可其主要构成成分——“虚拟实在”和伴随其中的虚拟类推已在非常广泛的领域得到了应用。
在制造业,虚拟制造从上世纪80年代提出、90年代得到长足发展。1989年,美国马萨诸塞州的一个研究所就提交了一份“虚拟制造”报告,并指出这一技术在产品概念设计和早期性能评价方面的优势。1993年,美国爱荷华大学在一份“制造技术的虚拟环境”的报告中,提出了建立包括评估系统、装配计划、材料去除过程模拟及离线编程等技术在内的虚拟制造的支持环境。德国在世纪交替的四年里,组织53个合作单位的250个强兵强将组成iViP产品开发课题组,共同研究基于IT技术的结构实现不同环境下的产品开发。虚拟技术的研究成果已经进入实际应用,并结出了丰硕的果实——波音飞机公司利用此技术制造新型777客机,其开发周期由8年缩短至5年,并实现一次试飞成功;福特汽车公司运用装配仿真、虚拟成形提高产品的空气动力学、人机工程学和表面建模的效果;德国宝马汽车公司的虚拟装配系统能识别语音输入,完成相应操作,当发生干涉碰撞时能发出声音报警,从而大大提高产品的安全性能④。
在大型工程上,虚拟类推更是大显身手。人类历史上最大规模的人为放水冲沙试验和实施过程,充分说明了这一点。
在军事上、医学上、人员培训上、虚拟类推都得到了广泛的应用。
此外,对现实的网络环境也可进行虚拟实在研究,从而有效地提高网络规划和设计的可靠性和准确性,明显降低网络投资风险,减少不必要的投资浪费,这就是网络仿真技术。通过在计算机中构造虚拟的环境来反映现实的网络环境,通过数学的方法或动态的蒙特卡罗方法来模拟现实中的网络行为,设计出能在现实中应用的、最佳的有线网络、卫星通信系统和地面无线通信系统等。现在已经投入使用的CDMAH和GPRS,都是这样设计出来的。
总之,虚拟类推已经在众多的领域得到应用,并将在更多领域得到应用。研究虚拟类推将更加促进和拓展其应用范围。
注释:
① 詹剑峰:《墨家的形式逻辑》,湖北人民出版社1979年版,第149页。
② 张怡、郦全民、陈敬全:《虚拟认识论》,学林出版社2003年版,第63-64页。
③ 陈辉:《直击虚拟手术》,《羊城晚报》2005年9月5日。
④ 严隽琪等:《虚拟制造的理论、技术基础与实践》,上海交通大学出版社2003年版,第3页。
(责任编辑陈金清)
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