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人工智能领域的耕耘者

  陆汝钤,计算机科学家,1935年生于上海,1952年高中毕业,第二年受国家派遣赴德国留学,1959年毕业于耶拿大学数学系回国,由当时的田方增研究员从国务院专家局要到中科院数学所(所长华罗庚先生),分配到数学分析室(室主任吴新谋先生)函数论组(组长熊庆来先生)多复变方向华罗庚先生门下,受陆启铿先生具体指导。直到文革前做了一件事:在Cartan猜想(可递域一定对称)被否定后人们不知道在非对称可递域上能否建立调和函数论。陆汝钤在一大类非对称可递域上建立了调和函数论,给此问题以肯定回答。 

  文革后期,数学所在邓述慧等的倡导下开始恢复业务,并建立计算站和计算数学研究室。陆汝钤和周龙骧、陆维明等转行到计算站软件组。1972年春科学院拨款为数学所购买DJS-21计算机一台,简称121机。为此陆汝钤和计算站其他成员赴贵州凯里830厂接受了三个月培训。这台国产晶体管计算机每秒三万次浮点运算,内存8192字(字长42位,可放两条指令,后来扩充到16384字),另配磁带机和磁鼓各两台。程序由穿孔纸带通过光电机输入,就安装在运筹室小楼的二层,史称老机房。 

  当时有计算机的单位很少。数学所121机对外开放,许多附近的高校和科研院所,甚至外地的用户都来使用。为尽量满足需求,12124小时运转。陆汝钤受命维护这台机器的主要软件Algol60编译程序,系王选院士编写,由约8000条机器指令组成。陆汝钤在熟读和理解该编译程序的基础上负责为用户答疑,查错,不仅改正了原程序的一些bugs,还扩充其功能,最后达到约16000条指令。后来830厂在交付新机器时,不再向用户提供Algol60编译程序,而是叫他们向数学所要。而陆汝钤也为此组织了培训班培训外单位软件维护人员。当时我国向友好国家阿尔巴尼亚、巴基斯坦出口121机,安装的就是数学所改造过的Algol60编译程序。由于软件组内部团结,服务良好,被1978年全国科学大会评为先进集体,获锦旗一面。 

  针对当时国产计算机软件缺乏的问题,陆汝钤在1975年与周龙骧、陆维明共同倡导并主持了有20多个高校和科研单位参加的民间科技合作项目:以软件的机械化生成和移植为目标的系列软件计划(XR计划),该项目于1981年完成,研制出一套软件生成和移植工具及九个可移植的高级语言编译程序,为六种国产机建立软件的机械生成和移植环境,进行成功的移植。结果表明XR工具的效率与当时国际上的最佳成果相当。该成果获中科院1983年重大成果一等奖。总结此成果并综述相关技术的专著《软件移植原理和技术》由陆汝钤和韦梓楚编著,国防工业出版社出版。 

  进入80年代后陆汝钤的研究兴趣转向人工智能语言和系统的研发。其中1984陆汝钤设计出把产生式系统和逻辑推理范式融为一体的人工智能语言TUILI。该语言由高全泉实现后应用于气象台天气预报等领域。1987-1991年陆汝钤主持国家七五科技攻关项目:大型专家系统开发环境《天马》的研发。《天马》在国内推广应用到20多个领域,产生了较好的经济效益,获1992年中科院科技进步一等奖和1993年国家科技进步二等奖。以《天马》成果为基础,由开发团队共同编写的《专家系统开发环境》一书随后在科学出版社出版。 

  陆汝钤注意到计算机动画是人工智能发挥作用的广阔天地和试金石,瞄准了动画自动生成这个方向,在中科院院长特别基金支持下,从1989年起和张松懋一起,研究、设计并组织开发出计算机动画全过程自动生成技术及相应的《天鹅》软件,能把用受限中文自然语言写的童话故事自动转换成动画片,1995年中科院鉴定指出这是‘国际领先’的‘开创性研究’。在2002Springer出版社出版陆汝钤和张松懋合写的专著“Automatic Generation of Computer Animation (LNAI 2160)”后,德国《人工智能》杂志评论此成果说:“他们(专著作者)利用人工智能制作动画的原创性和巧妙构思令人感兴趣”。法国信息科学和技术学会在他们的网站上发布书评说:“我们能够让计算机不仅仅是作为实现动画的工具,而且还能够积极参与从自然语言文本开始直到最后动画完成的整个过程,甚至充当一个完全自动的导演吗?两个中国人,陆汝钤和张松懋,成功地做到了这一点”。张松懋还和北工大师生合作研发了动画形式的中国古代建筑技术教学软件《天燕》,并开辟了“手机动画”技术,可以自动在用户的手机通信中根据短信内容生成动画演示。 

  1980年,陆汝钤首次从国外学者的报告中了解到‘知识工程’这一研究方向。国际上的专家们有这样的观点:人工智能的核心问题是知识表示,知识工程的核心问题是知识获取。因而陆汝钤特别关心知识获取研究,并把它与基于知识的系统的自动生成联系起来。一般情况下知识获取的主要来源是文字性知识。考虑到自然语言理解的复杂性和不易普及性,陆汝钤提出了‘类自然语言理解’的思想。要点是:给定任一专业领域,只需确定该领域基本概念形成的关键词结构并对文本稍作调整,计算机即可从领域文本中自动获取知识并转换成计算机可运行的实用系统。这个思想提出后不大为人理解,需要向人们解释为什么类自然语言理解不是一般意义上的自然语言理解。当时曹存根接受了这个任务并完成了第一个中文版类自然语言理解程序。接着毛文吉完成了英文版程序。陆汝钤在参加杨芙清院士主持的国家攻关项目“青鸟软件工程”时负责‘基于知识的软件工程’子课题,并和金芝合作,组织研究生开发了基于类自然语言理解的第一个应用系统《天鹰》。对于像机关、社团、企业这样的单位,只要他们用类自然语言方式给出用户需求,《天鹰》即可自动生成相应的管理信息系统,《天鹰》还应用于陆汝钤当时承担的863项目中,取得了实践经验。这项工作在1994年国际会议上报告以后,英国AI WATCH杂志用整整一页篇幅发表评论指出这是他们所见到的以领域知识库支持主流软件开发的第一例很有可能发展为可实用的工业工具,并就此提出:看来是欧洲的人工智能/软件工业界与中国的人工智能界建立联系的时候了陆汝钤和金芝基于《天鹰》成果和一般软件工程自动化方法评述的专著《Domain Modeling based Software Engineering, A Formal Approach2000年在Kluwer出版社出版。 

  接下来,陆汝钤把类自然语言理解方法应用于组织多种基于知识的系统的自动开发,其中曹存根、陈永红、韩战钢开发了《天蜂》软件,可基于书本知识自动生成智能计算机辅助教学系统。陈卫芹实现了《天蜂》的多媒体版本《天凤》。后来还有马莹昊和北大口腔医院韩科、吕培军合作开发的《天使》软件,可以用虚拟现实方式实现部分口腔医学教学。就智能化计算机辅助教学系统(ICAI)的发展历程来看,一般认为完全人工手编是第一代,用写作软件编制是第二代,而像《天蜂》这样基于知识获取的自动生成应该算是第三代了。 

  计算机软件中,特别是应用软件中往往包含丰富的领域知识,这些知识混杂在大量的计算机代码中,无法提取,无法在其它软件中复用,哪怕领域知识进步了也不方便用新知识取代应用软件中的旧知识,只好重新开发了事。2005年,陆汝钤提出应该把应用软件中的知识分离出来,独立设计、独立开发、成为独立的产品,称为知件。知件被定义为独立的、计算机可操作的、商品化的、符合行业规范的、可以嵌入软件或硬件中使用的知识模块。陆汝钤还引进了知件工程和基于知件的软件工程,包括知件的三个生命周期模型。为了知件和软件更好地契合,还设计了配套的知识中间件。在就此主题发表一系列文章之后国内外都有较好的反应。其中应意大利Polimetrica 出版社来信邀请,陆汝钤撰写了介绍知件的专著《Knowwarethe third star after hardware and software》,作为他们正在组织出版的小型丛书“Best Innovation”的第一本,以印刷、电子、盲文三种形式出版。该出版社负责人对本书的评价是“The concept of knowware is original, innovative and topical. I think that many researchers, CEOs (and also the general public) will be interested in this book”。北京大学金芝以“万维网知件”为题的自然科学基金项目获教育部科技进步一等奖。 

  1997年大数据概念诞生。从2012年开始人们提出了各种各样的大数据模型,如3V,4V,5V 以及HACE等。从概念到模型花了15年。一个自然的问题是如何从大数据里面提取更多的知识,导致2015年‘大数据知识工程’概念的诞生。另一方面,2010年开始有人提出大知识概念,问题变成如何从大数据提取大知识。但是在此后的多年内没有人正式给出大知识的定义或模型。陆汝钤从2016年开始研究这个问题,并于2018年正式发文,通过分析一组从大数据获取海量知识的实例首次给出了大知识、大知识系统和大知识工程及其生命周期的定义和判别准则。接着又组织研发了大知识系统实例《天猿》大知识图谱支撑平台作为大知识系统的模型,并成为吴信东教授主持的国家重点研发计划《大数据知识工程》(2016-2021)的主要成果之一。 

  除了上述研究之外,陆汝钤的研究兴趣还包括编译原理(广义优先文法),机器定理证明(新型消解原理),分布式程序设计(1985 年发表分布式人工智能(DAI)文章,提出了分布式专家联合思想及其总体设计,是国际上第一篇异构型DAI文章,并首次把机器辩论引进人工智能领域),形式语义(计算机程序的动态代数语义),并发理论(Petri/Riemann网),量子计算(量子逻辑、量子可计算理论)等。其中Petri/Riemann网,简称P/R网,是陆汝钤把Petri网建立在黎曼曲面上所得的抽象数学模型。陆汝钤用它给出了并发和分布式语义中进程概念的严格数学描述,它有许多良好的特征,为研究进程的性质提供了有效的数学工具。其中陆汝钤应用P/R网给出了进程代数CCS的完全真并发语义,并彻底解决其特有的(在双模拟意义下的)语义等价问题。《Theoretical Computer Science》的审稿意见指出:“该文是一项有价值的贡献。它对CCS语义描述的精确性超过了从MILNERDEGANO的过去所有工作” 

  陆汝钤还获得了2003年中国数学会华罗庚数学奖、2014年中国计算机学会终生成就奖、2018年中国人工智能学会吴文俊人工智能最高成就奖和2022年中国计算机学会成立60周年杰出贡献奖。 

  (栏目编写组)