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前言

    城鎮化是人類社會和產業革命發展的必然過程。自上世紀中葉，隨著政治、經濟特別是科學技術的迅速發展，城市化現象迅速推進，形成廣義建筑學及人居環境學，構成了一個規模巨大的系統。進入21世紀，特別是由于信息技術與網絡技術得到迅速的發展，自動化、信息化以至智能化成為人們關注的熱點。在城鎮建設方面，它不僅是建筑物本身，而且對各種信息系統，如用于管理和提供服務的系統，提供舒適的工作與生活環境，形成智能家居、智能建筑，這些構思與實踐，已經成為時代的追求目標，成為經濟和社會發展中的“領跑”。在國內，青島膠州灣工業園區的數字化建設，深圳市民大樓正在進行的智能樓宇綜合集成系統的建設，這代表著全球化城市建設中的方向，目前雖然規模尚小，但其前景是有深遠意義的。

1、數字城市 ―― 一類開放的復雜巨系統

    20世紀90年代，我國科學家提出開放的復雜巨系統的概念，以及處理這類系統的方法論――從定性到定量的綜合集成法[1]。建設部的周干峙院士曾經提出城市及其區域是一個典型的開放的復雜巨系統[2]。在此基礎上，數字化的城市及其區域，用開放的復雜巨系統來表達與處理是很合適的。

    通過有關規劃和建設中項目的考察，數字城市具有開放的復雜巨系統的相關特性。
    1)系統與外部環境的關系復雜。作為數字城市的管理與服務系統與周邊省市、國家甚至全球存在著能量、物質、信息的交換，擴展為人員的流動、政策的調整和自然界災害的侵襲等諸多影響，具有極為復雜、不確定的、動態連續的環境狀態。
    2)系統的功能巨細兼備。城市是國家的重要行政單位，應該貫徹全面建設小康社會所必須具備的五種能力，承擔著政令貫通、經濟發展、文化建設、教育提高、科技創新、人民生活安定、居住環境改善，以及消防治安、災害防御等等不同方面，多種交互模式的大大小小的眾多功能。
    3)系統的結構層次眾多、多級子系統組合，子系統和組件組成模式多種多樣。僅以信息服務系統為例，就有多層次的寬帶多媒體信息網絡，地理、地貌信息系統等基礎設施；電子政務、電子商務、遠程教育、網上醫療、物流信息、資信監管、社會保障、數字圖書、網上銀行、檔案管理、消防報警、安全防范、智能交通、環境監測、災害監測及應急措施等管理和服務系統。還有各領域的咨詢、預案等決策支持系統。這些系統又有子系統和組件，它們之間有相互聯系，組成模式，構成了多層次龐大的網絡系統。
    4)系統的組成是由分布的組件時空交疊而構成。由于系統中的多級子系統、肩負不同功能、執行不同角色，它們之間通過多種交互模式，既有時空交疊又有互補互換。但是它們按照局部或全局的行為法則平等交互，功能上相互支持、宏觀上表現為整體形態。這一特性在城市龐大的機電設備自動控制、集成管理和系列智能化軟件系統的組成上表現得非常明顯。
    5)系統多種構成單元、巨大數目的子系統，千千萬萬，具有其龐大、復雜、交互的特點。勿庸置疑，從數字城市管理和服務系統的這些特點來看，確實具有開放的復雜巨系統的重要特性。
系統的作用大于組成系統各單元、各子系統、各組件之簡單的總和。這個問題是最清楚不過的，龐大繁多的子系統各有其具體功能、作用，但最后構成的是建成數字城市和實現小康或更高級社會的宏偉目標。

2、從定性到定量的綜合集成技術

    九十年代初，開放的復雜巨系統及其方法論[1]這一新的科學領域的形成，是由于系統科學和計算機技術的發展為此創造了條件，是錢學森同志一系列工作的必然結果，加以回顧是必要的。早在80年代初期，他對軍事對陣模擬進行了研究，1981年對Von Neumann同Morgenstern所建立的博弈論，以及用Monte Carlo數值法在計算機上求得結果的方法作了總結，提出能否把博弈論和系統科學結合起來由于結構復雜、成員眾多的對陣集團。1981年夏天，在指導王壽云同志編著《現代作戰模擬》一書的討論中，錢學森同志從F.W.Lanchester的工作提煉出半經驗半理論的處理復雜對陣問題的方法論。在后來的工作中賦予這一方法論更廣泛的涵義：處理復雜行為系統的定量方法學，是科學理論、經驗和專家判斷力的結合。這種定量方法學，是半經驗半理論的。提出經驗性假設（猜想或判斷），是建立復雜行為系統數學模型的出發點，這些經驗性假設（猜想或判斷）不能用嚴謹的科學方式證明，但需要經驗性數據對其確定性進行檢驗。從經驗性假設（猜想或判斷）出發，通過定量方法途徑獲得結論。并提出當人們尋求用定量方法學處理復雜行為系統時，容易注意于數學模型的邏輯處理，而忽視數學模型微妙的經驗含義或解釋。要知道，這樣的數學模型看來“理論型”很強，其時不免牽強附會，從而脫離真實。與其如此，反不如從建模的一開始就老老實實承認理論的不足，而求援于經驗性判斷，把定性的方法與定量的方法結合起來，最后定量。這樣的系統建模方法是建模者判斷力的增強與擴充，是很重要的。在以上工作的基礎上，錢學森同志又通過對社會系統、人體系統、地理系統三個系統研究實踐的基礎上，進一步深入提煉、概括和抽象出開放的復雜巨系統的方法論。提出處理開放的復雜巨系統的方法是從定性到定量的綜合集成方法。就其實質而言是將專家群體（各方面有關的專家）、數據和各種信息與計算技術有機地結合起來，把各種學科的科學理論和人的知識結合起來，這三者本身也構成一個智能系統。這個方法的成功應用就在于發揮這個系統的整體優勢和綜合優勢。綜上所述，可以看出一條清晰的線索。

    對綜合集成作進一步的考慮，即使有了大量的定性認識，并不是通過幾個步驟，幾次就能達到全局的定量認識，所面臨的是結構不良（ill structured problem）問題。與智能有關的問題大部是結構不良的，也就是說目標、任務范圍、計算允許的操作都不是有明確定義的，需要用一種有反饋的循環過程來加以解決，如圖1所示。
例如建筑師要設計一座樓房，蓋樓的單位提不出明確的要求，不知道樓房里各房間的用途，也不知道需要什么樣的材料等等。而建樓的細節又很重要，只有通過設計師與用戶互相商討才能逐漸明確。所以首先要提出樓房主輪廓的初步設計，然后再與用戶討論；用戶提出新的要求，按用戶提出的要求再進行設計，這樣一步一步再進行下去，是一個循環的過程。結構不良的另一種含義是要解決的問題所包含的知識是不完備的或不一致的。目前的專家系統是以規則作為基礎，但是要把專家解決特定問題所涉及的各種知識，如直感、經驗知識等都轉換成規則的形式是難以做到的，也是行不通的。由一些例子表明，結構不良的問題是由一系列結構良好的小問題構成的。正因為如此，結構不良的問題才能夠被解決。在解決小問題的每一個階段里，也提出了下一個待解決的新問題，同時對整個問題的解決也提供了信息。現在研究人工智能程序設計，就要考慮設計成功的程序適合解決結構不良問題，如果解決了，那么也會帶動其它與智能有關的問題，意義是很大的。不僅如此，綜合集成技術是從系統科學的角度提出來的，是用于處理和解決開放的復雜巨系統有關的問題的。當前正在興起的一個學科“智能控制”是屬于開放的復雜巨系統的范疇[3]，有一些概念和問題需要進一步弄清楚和加以解決。現在我們開討論班，致力于討論和研究綜合定性的認識，達到對整體定量的認識，抓住了關鍵，難度很大。可以說面臨著當前科技的一種挑戰，也是一種機遇。其結果必然會將系統科學與人工智能兩大科技領域溝通，并進而為自然科學與社會科學的一體化做出貢獻，實現偉大導師馬克思的預言：“自然科學往后將會把關于人類的科學總結在自己下面，正如同關于人類的科學把自然科學總括在自己下面的一樣：它將成為一個科學”。

3、綜合集成研討廳體系的構思

    20世紀90年代，處理開放的復雜巨系統問題的方法論，即從定性到定量的綜合集成法已經問世。到了1992年，錢學森先生又進一步提出，從定性到定量的綜合集成研討廳體系。理論框架引導從以下幾方面考慮：
1）幾十年來世界學術討論的Seminar，
2）C3I及作戰模擬，
3）從定性到定量的綜合集成法，
4）信息情報技術，
5）“五次產業革命”，
6）人工智能，
7）靈境技術（Virtual Reality，現一般譯為虛擬現實），
8）人－機結合的智能系統，
9）系統學等。

    “這個研討廳體系的構思是把人集成于系統之中，采取人－機結合、以人為主的技術路線，充分發揮人的作用，使研討的集體在討論問題時互相啟發，互相激活，使集體創見遠遠勝過一個人的智慧。通過研討廳體系還可把今天世界上千百萬人的聰明智慧和古人的智慧（以知識工程中的專家系統表現出來）統統綜合集成起來，以得出完備的思想和結論。這個研討廳體系不僅具有知識采集、存儲、傳遞、共享、調用、分析和綜合等功能，更重要的是具有產生新知識的功能，是知識的生產系統，也是人－機結合精神生產力的一種形式。”

    利用綜合集成研討廳體系求解復雜問題的大致步驟如下：
（1）明確問題和任務；
（2）搜集大量的有關文獻資料，認真了解情況，召集相關專家利用研討廳體系的軟硬件平臺對問題進行研討；
（3）通過研討，結合專家自己的經驗和直覺，獲得對問題的初步認識；
（4）依靠專家的經驗和形象思維，在問題求解知識的幫助下，提出對復雜問題結構進行分析的方案；
（5）根據復雜問題結構的特點，結合領域知識和前人經驗，把問題分析逐步或者逐級定量化；
（6）在定量化或者半定量化的情況下，（在計算機上）建立問題的局部模型或者全局模型，這些模型既是對相關數據規律的一種驗證，也包含了專家們的智慧和經驗；
（7）在局部模型和全局模型基本上得到專家群體的認可后，討論如何合成這些模型以生成系統模型；
（8）系統模型建立后，通過計算機的測算和專家群體的評價驗證模型的可靠性，如果群體對模型不滿意，那么需要重復上述的（3）－（8），或者其中的某幾個步驟，直到專家群體基本滿意，建模過程才能結束。

    這個方法綜合了許多專家的意見和大量書本資料的內容，是不是某一個專家的意見，而是專家群體的意見，是把定性的、不全面的感性認識加以綜合集成。這樣，綜合集成研討廳體系就明確的將綜合集成法中的個體智慧上升為群體智慧。按照此思路構建的綜合集成研討廳體系，將是一個綜合了專家體系、計算機體系和知識信息體系的人機結合的巨型智能系統。

    從定性到定量的綜合集成法和人機結合、從定性到定量的綜合集成研討廳體系，是復雜性科學界第一個明確提出的研究系統復雜性的方法論，它從思維科學（認知科學）的高度，闡述、歸納了如何發揮專家群體智慧、計算機的高性能以及知識、信息的作用，以提高人的認識能力，處理那些采用傳統方法無法處理的、極其復雜的問題的方法。是我國科學家對發展復雜性科學的又一重大貢獻。目前實際的研討廳系統已經成功構建，表明這一理論框架已經基本上具體化，往實用化方面努力。

4、基于信息技術與網絡技術的研討廳

    在國家自然科學基金委員會的大力支持與資助下，筆者所在科研集體對OCGS和綜合集成研討廳進行了10多年的研究，重點在于人機結合理論的實踐以及研討廳的設計與實現問題。目前，已經研制成功了一個初步可用的研討廳系統，已通過有關部門的驗收，并多次進行演示。

4.1 從HWME到CWME
    在綜合集成研討廳的概念中，“廳（Hall）”的含義在于：研討廳是專家們同計算機和信息資料情報系統一起工作的“廳”，是把專家們和知識庫、信息系統、人工智能系統、高速計算機等像作戰指揮廳那樣組織起來，形成巨型的人機結合的智能系統。其最初的構思類似綜合了上述系統的會議廳。

    隨著Internet和網絡的迅速普及，深入人們工作和生活的每一個層面，“Cyberspace（電子空間或數字空間）”成為一個重要的概念，它使參與者跨越時間和地域的限制，隨時隨地就所關心的問題進行研究、交流和探討，并可隨時利用網絡上的大量資源，無論是本地的，還是遠程的。信息技術的這個發展，為綜合集成研討廳的實現提供了一種新的、可能的形式，是對進行研討的傳統“廳”的一種擴展。因此，可建立基于Cyberspace的綜合集成研討廳，即Cyberspace for Workshop of Metasynthetic Engineering。

    從HWME到CWME是信息社會條件下，對HWME的一種具體化，一方面意味著信息技術尤其是網絡技術的飛速發展，為實現這一人機結合的巨型智能系統和工作空間提供了可能。另一方面，也說明，要建立實際可用的研討廳系統，切實可行的方案是充分利用信息技術的成果，構建一個分布式系統。

4.2 研制的構思與重點
    從以上對綜合集成研討廳體系的描述，可以看出，作為思維科學（認知科學）的一項應用技術，與其它各種方法論不同的是，綜合集成研討廳體系不是一系列的公式的匯總。其實質是指導人們在處理復雜問題時，把專家的智慧、計算機的智能和各種數據、信息有機的結合起來，把各種學科的科學理論和人的經驗知識結合起來，構成一個統一的、人機結合的巨型智能系統和問題求解系統。這個方法論的成功應用在于發揮該系統的整體優勢和綜合優勢。其核心在于人的心智與機器高性能的取長補短、綜合集成。

    其中對人的性智的利用，涉及到思維科學（認知科學）的研究，機器智能涉及到人工智能的研究，二者之間的結合則有賴于人機交互技術。從這幾種角度出發，通過長期研究，認為實現綜合集成研討廳體系，其實質就是針對與OCGS相關的某一類問題。隨著研究的進展，以及構建綜合集成研討廳實用系統的實踐，近年來，又獲得了對該方法論的進一步表述[6]，那就是針對某一類OCGS，對于與其有關的問題，也就是復雜問題，構建一個智能工程系統，作為可操作的工作平臺，組織相關專家使用這個平臺，對復雜問題進行研究和處理。對于屬于該復雜巨系統的同一類問題，則更換與平臺有關的專家及數據即可處理。這一表述指明了研討廳體系具體化、實用化的方向，清晰概括了綜合集成研討廳構建的原則和實質。例如對于宏觀經濟決策支持問題，其解決途徑就是建立一個包含宏觀經濟數據、知識、模型、建模方法的綜合集成支持體系，作為操作平臺。對于不同的復雜問題，則更換與問題有關的專家與數據、方法即可處理，使得該平臺可以解決一些OCGS所派生出來的復雜問題。

    從構建基于綜合集成的智能工程系統，實現可操作的平臺出發，研制重點在于1）充分利用信息技術（核心是網絡技術和計算機技術）；2）從軟硬件體系和組織結構上實現該系統，使之應用于復雜問題的研究實踐。涉及到的關鍵問題包括：人機結合導致群體智慧的涌現；研討組織方法研究和專家群體的有效交互規范；知識管理；系統開發方法；模型集成機制；人機交互方式；信息協作推薦技術等。

4.3 CWME的體系結構

    其中研討中心為研討廳中的專家提供接入服務和研討服務，包括輸入/輸出方式，多媒體會議，資源共享等；信息協作中心為專家提供信息協作服務，包括信息的獲取、篩選、過濾等；數據中心為專家提供專業資源服務和決策支持服務，系統管理服務和系統支持服務是為系統管理員提供的系統管理、資源調配接口。系統的整個結構以及研討中心和信息協作中心是與問題無關的。面向不同問題時，只需要更改數據中心的內容，因而整個系統可視為一個通用的平臺。

5、結束語

    自OCGS及其方法論提出以后，從處理OCGS的從定性到定量的綜合集成法，進而發展為從定性到定量的綜合集成研討廳，以及基于網絡與信息技術的綜合集成研討廳，并且致力于研制成功處理OCGS有關復雜問題的可操作平臺。這是中國科學家利用整體論和還原論相結合的系統論所取得的成果。在提倡可持續發展觀的今天，可以預料，這種以人為主，人機結合從定性到定量的綜合集成研討平臺，對于政府決策部門，企業的高層，以及數字城市的構建過程中將會發揮十分重要的作用。

[參考文獻]

[1]錢學森, 于景元, 戴汝為, 一個科學的新領域：開放的復雜巨系統及其方法論[J] , 自然雜志, Vol.13, No.1, 1990, P. 3-10.
[2]周干峙, 城市及其區域 ―― 一個典型的開放的復雜巨系統, 技術科學與發展展望, P. 428-433, 山東教育出版社, 2002年.
[3] 戴汝為, 從定性到定量的綜合集成技術, 模式識別與人工智能, Vol.4, No.1, 1991.
[4]Cao L.B., Dai R.W. Agent-Oriented Metasynthetic Engineering for Decision Making. International Journal of Information Technology & Decision Making [J], Vol.2, No.2, 2003, P. 197-215.
[5]李耀東, 崔霞, 戴汝為, 綜合集成研討廳的理論框架、設計與實現[J], 復雜系統與復雜性科學, Vol.1, No.1, 2004, P. 27-32.
[6]戴汝為, 人－機結合的智能工程系統 ―― 處理開放的復雜巨系統的可操作平臺[J], 模式識別與人工智能, Vol.17, No.3, 2004, P. 257-261.