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情感计算的理论误区与逻辑思路

时间:2008/6/29 20:27:06,点击:0

　
让计算机和机器人具有人类式的情感，是许多科学家的梦想，然而，与人工智能技术的高度发展相比，人工情感技术所取得的进展却是微乎其微，情感始终是横跨在人脑与电脑之间永远无法愈越的鸿沟。很长时间内，情感机器人只能是科幻小说中的重要素材，很少纳入科学家们的研究课题之中，以表达、识别和理解人类情感为主要目的的“情感计算”也常常被当作是永远无法实现的空想。
然而，科学的发展没有禁区，世界上也没有不能认识的事物。应该相信，既然我们能够实现一般思维的数字化，同样可以实现情感的数字化，只要我们能够认识情感的客观本质，抓住情感的中心线索，看似复杂而神秘的问题，就会变得十分简单。
一、时代呼唤情感计算
“情感计算”技术是指通过各种传感器获取由人的情感所引起的表情生理变化信号，利用“情感模型”对这些信号进行识别和分析，从而理解人的情感并做出适当响应。
Minsky教授在1985年就提出了“要让计算机具有情感能力”，他指出：问题不在于智能机器能否有任何情感，而在于机器实现智能时怎么能够没有情感？Picard教授认为：“情感计算是指对与情绪有关的，由情绪引发的，或是能够影响情绪的因素的计算”。
一方面，目前的人工智能水平已经达到了一个空前的高度，许多方面已经大大超过了人脑，可供进一步发展的空间已经越来越狭小，人们急需寻找一个新的突破口，渴望新的重大飞跃。情感是人类意识的重要组成部分，是认识世界、反映世界的特殊方式，在人类生存和发展过程中，往往起着比智能更为重要的作用，知、情、意是人类三种基本的心理功能，分别是对三种不同性质事物的主观反映，共同构成了人的心智活动的基本内容。随着人工智能技术不断朝着人的心智领域的深入发展，就必然会推动人工情感技术的深入发展，进而又会反过来强有力地推动人工智能技术的新飞跃。
另一方面，随着社会生产力水平的不断提高，人们要求计算机或机器人能够替代和辅助人类从事越来越广泛、越来越复杂的工作，并要求具有越来越和谐而友好的人机界面，在越来越多的方面能够替代、补偿和加强人的感知功能、思维功能和行为功能，这就必然地要求计算机和机器人具有越来越强的情感表达、情感识别和情感理解能力，从而产生了对于人工情感技术越来越强烈的社会需要。
二、对情感计算的怀疑与否定
对情感计算的怀疑与否定主要体现在三个方面：
“不可能论”认为，欲望、情感和意志是具有主体意识的人类本身专有的，一旦它们脱离人就不存在了或者说变成假的了，情感只有是真时才能起作用，不可想象一台机器会自发地产生那些根本不属于它的特性；情感是不能制造的，模拟永远是假的；情感与人的社会性需求密切相关，电脑不具有任何社会性需求，因而不可能具有真正的情感，具有人类情感的电脑就象永动机一样永远不会实现，除非它具有独立意志。这种观点把人的智能与情感的区别绝对化了，被情感的多变性、模糊性、主观随意性所迷惑，把情感看作是神秘而深不可测的东西。
“不必要论”认为，人类思维是一个巨大的系统工程，其基本的流程至今还没有完全研究清楚，很多内容甚至不能用语言表达，但肯定不会像二进制那样简单。人脑含有大约１０００亿个神经元，每个神经元还有大约１万个连接，在如此复杂且高效的系统中，信息的处理远非人类想像得那么简单，情感型电脑对硬件和软件有着极为特殊的要求，人类目前的技术手段和思维高度远没有达到要求，对情感进行计算几乎是不可能的，即使能够部分做到，也将会付出高昂的代价，目前的人机交互技术水平已经基本满足了人们的要求，指望某一种技术使得智能化或是交互形式在便捷性上有巨大的发展，基本上是不现实的，也是没有必要的。这种观点还认为，目前还没有形成对于情感计算机强烈的社会需求，如果技术的高度超过了社会的需求，其结果要么是技术本身被人们所遗弃，要么是技术的存在使人类的本性退化。
“鸿沟论”认为，人的情感思维与电脑的智能思维是两种完全不同的思维方式，电脑的最基本构成是处理器、内存和总线结构，它们只能对电路的开关作出反应和发生作用，这就决定了电脑的“思维”方式的有限性；电脑不存在意识，没有心理平衡问题，无法建立主体价值观，不能自动对所有的感受进行过滤，以便处理有用和必要的事情；人脑绝不是单纯处理0和1的装置，它直接接受和处理模拟信号，它的记忆是经验块堆的建立、关联和组合，如果电脑实现人脑功能，它必须在结构和工作机理上彻底翻新；人不会制造完美，大自然则能，人脑是目前物质的最高实现形式，人类只能实现人脑与电脑的交互，根本不可能制造具有真正的人脑思维方式的电脑；人是感性和理性的矛盾统一体，未来电脑可以让我们的社会数字化，但我们却难以让它感性化。总之，电脑距我们人脑还有遥远的距离，中间似乎隔着许多不可逾越的鸿沟。
事实上，情感是智能的一部分，而不是与智能相分离的，情感与智能既存在着密切的联系，又存在着一些重要的差异；我们既不要把情感简单地与智能混为一谈，也不能把这种差别绝对化、神秘化；既要看到实现情感计算的艰难性，也要看到实现情感计算的必然性。
三、情感计算的理论误区
目前的情感计算存在四个理论误区，严重地制约着情感计算技术的发展，必须加以澄清。
1、认为情感计算的理论基础是心理学。
要想客观地、精确地、系统地进行情感计算，就必须满足如下基本条件：一是，其理论前提必须以基本的公理为研究前提；二是推理运算必须遵循严密的逻辑程序；三是研究结果必须经得起严格的实践或实验的检验。
目前的情感计算理论主要建立在心理学基础之上。心理学把情感定义为：“人对于客观事物是否符合人的需要而产生的态度的体验”，这就在怎样理解“人的需要”、“态度”和“体验”等方面存在歧义；把人的情感分为五种基本类型：快乐、焦虑、悲伤、愤怒和厌恶，其它情感都是由此派生出来的，这种划分方法缺乏理论依据；对于情感的测量与计算，缺乏理论前提、逻辑法则、计算方法与计算尺度。总之，心理学对于情感计算不能提供公理性、精确性和系统性的理论支持。
“数理情感学”以“统一价值论”的理论基础，而它是以物理学的基本公理为研究前提，以严密的推理运算方法，实现了所有形式价值之间的统一计算。它认为情感的哲学本质就是“人脑对事物的价值关系的一种主观反映”，它以数学形式对情感进行了精确定义，建立了情感和价值观的数学分析模型，实现了情感的合并运算和合成运算，根据价值的不同变化特征对情感进行了科学分类。这样一来，主观的、模糊的、片面的“情感计算”就立即转化为客观的、准确的、系统的“价值计算”。
2、认为情感计算的核心就是对情感生理指标的计算。
目前的情感计算主要包括对情感的感受强度（或情感维度）、表达强度（或表情）和生理唤醒指标等三个方面的计算。情感感受强度有两个维度：一是愉悦度，通过惊反射方式来测量其生理指标；二是激活度，通过皮肤电反应方式来测量其生理指标。情感表达主要包括面部表情、姿态表情、语调表情三种，脸部运动编码系统可应用于人脸表情的自动识别与合成；MPEG-4 V2视觉标准可以组合多种表情以模拟混合表情；针对人的肢体运动可以设计出一系列运动和身体信息捕获设备；语调表情是通过语音的高低、强弱、抑扬顿挫来表达说话人的情感，可以根据语音信号的时间、振幅、基频和共振峰构造等特征和不含感情的平静语音信号进行比较，寻找不同情感信号特征的构造特点和分布规律。生理唤醒指标包括皮质醇水平、心率、血压、呼吸、皮肤电活动、瞳孔直径等，可以采用不同的设备和技术进行测量等。
情感的这种计算方法，主要存在如下几个问题：
1、要建立情感的识别系统和表达系统，就必须对情感的基本类型进行划分，以确立情感的基本模态。然而，情感的基本类型究竟应该根据什么原则和标准来划分，有何理论根据？
2、对于同一类型情感，无论是情感感受强度，还是情感表达强度和情感生理唤醒，都可以采用不同的生理指标进行计算和测量，究竟应该选用哪一个生理指标？
3、对于同一类型情感采用同一个生理指标进行测量和计算时，由于受到许多环境因素和人体其它生理因素和精神因素的影响，其测量值的差异性和波动性如何消除。
4、不同的情感类型之间没有通约性，由此产生的不同生理指标之间也没有通约性，如何进行相互比较和统一度量？
5、人的情感内容和感情方式是极为丰富的，各种情感之间相互渗透、相互作用、相互转化，往往有着相当复杂而且变化频繁的关系，那么对于情感的计算就需要真正天文数字般的情感数据资源库，还需要海量的计算模型与计算工作量，而人脑为何并不需要？
6、有些复杂而微妙的情感，如怀疑、犹豫、迷茫、怜悯、尴尬、自我表现等，其生理指标的变化极其微弱而且短暂，对于它们的计算和测量如何进行？
7、有些情感（如“对敌人的仇恨”与“对亲人的生气”）往往具有相同或相近的生理指标，但两者所表达的价值内涵往往相差很大，如何进行区别？
8、情感的感受强度和表达强度与各种生理指标的变化量度通常不是成线性函数关系，大部分都是呈非线性的、不连续的、模糊的、概率性的、波动的函数关系，因此采用生理指标的变化量来计算情感的感受强度和表达强度，如何消除其误差性和不确定性。
9、假如能够计算出人的情感感受强度、表达强度和生理唤醒程度，这些计算值又代表了什么样的客观价值意义？如何使电脑或机器人具有和谐、友好、灵活的人机界面？
总之，情感的这种计算方法具有很强的不确定性、不客观性、不精确性、不合理性、复杂性、不可操作性。
事实上，情感的客观内容就是价值，情感以价值为出发点和归宿点，情感的变化在根本上取决于价值的变化，情感的分类主要依据价值关系的变化特征来进行，情感的动力特性主要取决于价值关系的变化特性，人与人的情感沟通并不是情感表达方式上的沟通，而是心灵深处的沟通，即价值关系的沟通与传递，情感特征的分析和识别主要在于价值关系的分析与识别，因此情感计算的核心就是价值计算。
3、认为情感计算是狭义的，不包括意志计算以及知情意交互的计算
认知、情感与意志是人类三种基本意识形式，对应着反映三种基本的客观存在：事实关系、价值关系和行为关系，三者相互作用、相互渗透、相互转化，共同完成了人脑对于客观事物的反映功能。事实关系就是指事物之间客观存在的、不以人的意志为转移的相互联系与相互作用的关系，其主观反映就是认知，用“智商”来衡量；价值关系是指事实本身相对于主体的生存与发展所体现作用与影响的关系，是一种特殊的、带有主体目的色彩的事实关系，其主观反映就是情感，用“情商”来衡量；行为关系是指主体运用自己的本质力量对客观事物施加反作用力、创造价值的关系，是一种特殊的、能够创造新价值的价值关系，其主观反映就是意志，用“意商”来衡量。人为了生存和发展就必须首先感知和了解各种事物的事实关系，其次要掌握这些事物对于人的价值关系，再要掌握每个行为的价值关系，并且判断、选择、组织和实施一个最佳的行动方案。第一步由认知活动来完成，第二步由情感活动来完成，第三步由意志活动来完成，因此从认知到情感，再从情感到意志，是一条基本的、不可分割的人类自控行为的流水线。
　　由此看来，仅仅进行狭义的情感计算，不能解决人的心智活动的全部计算问题，还需要实施对意志的计算，并实施对知情意的交互计算。由于意志是一种特殊情感，因此意志计算以及知情意的交互计算可以认为是一种广义的情感计算。
4、情感计算主要是为了创造和谐的人机环境。
目前，人们对于“情感计算”的研究主要是基于两个现实目的：一是建立和谐的人机交互环境，使计算机或机器人具有良好的人机界面，以降低使用者的劳动强度，提高使用者的工作效率，解放人的双手；二是制作可穿戴式的计算机，以替代、补偿与增强人的辅助感知功能和行为功能，特别是帮助提高残疾人的感知功能和行为功能。
然而，广义的情感计算的科学价值与现实作用远非如此。事实上，情感作为一特殊的人类意识，是以一种特殊事物——价值作为其反映对象，以价值为导向器和控制器，以最大限度地提高事物的价值率为根本目的，来规划、引导和约束人的智能活动和一切行为活动，以增强其目的性和有效性，使人类机体的内部有限资源（包括体力、脑力和生理力资源）和外部有限资源能够得到充分有效地利用。显然，一旦解决了电脑的情感计算问题，赋予了电脑以人类式的情感，那么，从逻辑的角度来看，机器人就可以从事任何工作，包括社会管理与人际交往，这时的机器人就与人类没有根本性的差异了。
四、情感计算的逻辑思路
1、改造“耗散结构论”、为“价值计算”奠定基础
主要思想：从能量角度认识价值，把“负熵”概念与“价值”概念衔接起来，把“最大有序化原理”作为整个理论的研究前提，从而把价值理论建立在自然科学基础之上。
主要内容：一是区分能量有序与物质有序，用“广义有序化能量”替代“负熵”；二是区分能量交换与物质交换，从能量角度定义“价值”；三是区分功能有序与结构有序，用“价值率”替代“序参量”；四是区分功能特性与结构特性，重新认识“信息”的本质。
2、创立“统一价值论” 、为“情感计算”奠定基础
主要思想：价值可分为使用价值和劳动价值两种基本形态，其客观判断标准就是主体的本质力量（个人劳动能力或社会生产力），一切价值都可折算成一定数量的食物能量，价值的度量尺度就是能量尺度。
主要内容：解决价值理论的统一概念问题；解决不同层次、不同类型价值的统一度量问题；确立使用价值的变量因素与分布函数；建立劳动价值与各变量之间的函数关系；推导出广义价值规律，并由此推导出其它社会规律。
3、创立“数理情感学”、为“情感软件”奠定基础
主要思想：情感是价值关系在人的头脑中的一种主观反映，情感以价值（或利益）为核心，情感的强度与事物的价值率高差的对数成正比。
主要内容：从价值角度定义情感，建立价值观数学矩阵和情感数学矩阵，实现情感的合成运算与合并运算，推导出情感强度三大定律，揭示情感的八大动力特性，确定情感的基本分类方法，阐述情感形式与价值变化的具体对应关系，阐述情感的调控方式与运行程序。
4、编制“情感软件”、为“知情意交互软件”奠定基础
主要思想：情感的识别、表达和计算实际上就是价值的识别、表达和计算，编制情感软件实际上就是编制能够正确识别、辩证理解和准确表达主体价值关系的计算机程序。
主要内容：建立情感内部逻辑系统（即情感的强度矩阵与规模矩阵），建立情感表达系统，建立情感识别系统，建立情感动力特性（主要是情感的强度性与稳定性）调控系统。
5、编制“知情意交互软件”、为“情感机器人”奠定基础
主要思想：认知、情感与意志分别是对事物的事实关系、价值关系和行为关系的主观反映，知情意的交互作用计算实际上就是事实关系、价值关系和行为关系的交互作用计算。
主要内容：建立意志内部逻辑系统（即行为的强度矩阵与规模矩阵），建立认知、情感与意志交互运行的逻辑程序（目标确定、总体规划、方案选定、具体实施、结果评价、总结经验），建立意志的动力特性（主要是行为的强度性与稳定性）调控系统。
6、创造“情感机器人”和“情感电脑”、为“人机融合”奠定基础
主要思想：把情感软件与知情意交互软件置入智能计算机之中，以形成情感计算机。
主要内容：根据不同的工作任务，设置和调整价值观矩阵或情感矩阵的参数，设置和调整情感动力特性参数，并设定计算机操作或机器行为的约束界限。
五、实现情感计算的科学价值与现实意义
智能机器人主要的缺陷在于：只能按照人预先编制的程序进行动作，不能自主地确立和调整价值目标，不能创造性地制订和修改总体规划及行为方案，不能总结经验和吸取教训。智能机器人一旦具有了情感，将会有如下的科学价值与现实意义：
1、建立人性化人机界面。人在操作使用机器人时，如果机器人能够对人的面部表情、自然语言、身体姿态及对键盘和鼠标的使用特征等进行观察，以识别和理解人的情感，并通过图像、文字、语音等做出智能而友好的反应，产生生动而真实的使用环境，帮助使用者获得高效而亲切的感觉，形成自然而亲切的交互，营造真正和谐的人机环境。机器人对不同性格利益相关性、价值取向、情感特征、个人爱好和专业特长等做出不同的反应，也有利于使用者掌握其性格脾气和功能特性，有利于在智能玩具和游戏中构筑拟人化的风格和更加逼真的场景。还可以通过对不同类型的用户建模(如操作方式、表情特点、态度喜好、认知风格、知识背景等)，以识别用户的情感状态，并以适合的方式呈现信息，在对当前的操作作出即时反馈的同时，还要对情感变化背后的意图形成新的预期，并激活相应的数据库，及时主动地提供用户需要的新信息。
2、提高思维的效率和速度。价值思维与认知思维的根本差异，在于前者是具有方向性和目的性的，后者则没有。电脑或机器人一旦赋予了情感，就可以按如下的价值特性顺序要求来生产、吸收、组织和使用信息，从而可以简化思维过程，节约思维资源，加快思维速度：一是价值重要性顺序，如主体将会优先发现、优先识别、优先摄取和优先使用具有较大价值量或价值率的信息；二是时间紧迫性顺序，如根据事物的变化时间紧迫性的顺序决定逻辑推理的过程是采取模糊、粗略而简明的方法，还是采取精确、严密而详尽的方法；三是利益倾向性顺序，如对于有利于（或不利于）维护自身利益的理论观点，主体总会优先发现支持（或否定）其成立的依据和证据；四是利益相关性顺序，如在对于事物的起因、现状和发展方向进行分析时，主体总是力图把自己的作用、自身的经验、自身的利益（或命运）与该事物联系起来；五是价值连续性顺序，如对于过去不友好的电脑使用者通常提供不友好的使用界面；六是价值变化的敏感性顺序，如对于陌生事物的观察与分析以及对有关信息的处理，采取较为谨慎的态度，以防虚假信息的出现或病毒的感染；七是价值知识的经验性顺序，如通过综合分析电脑使用者的相貌、体形、操作方式、操作内容、交往对象（或网站）、工作时间等，可对他的能力、性格、职业、爱好等进行经验性判断，从而为其提供高效、快捷的界面服务；八是价值特性的关联性顺序，如在对事物的起因、现状和发展方向进行分析时，主体将会参照与该事物存在价值关联性的事物的起因、现状和发展方向。总之，有了情感（或意志）的引导与调控，主体的思维（或行为）就会具有明确的目的性和方向性，从而显著地提高思维（或行为）的效率和速度。这就是为什么人脑能够在许多方面超过电脑的重要原因。
3、自主地确定和调整行为方案。如果没有建立情感系统和意志系统，机器人就只能根据既定的程序、方法和手段，毫无选择地、毫无灵活性地完成既定的工作任务，最多也只能根据已经预计的某些特殊情况，个别地、机械地变更其程序、方法和手段。机器人如果能够赋予人类式的情感，就能够以达到既定的意志目标为行为方向，以内设的价值观系统（或情感系统）、认知系统和意志系统为价值计算依据，以实现最大价值率为行为准则，建立一系列价值计算的函数关系式或约束方程式，再根据机器人所处的自然环境和人文社会环境确定若干个边界条件，选定情感和意志的动力特性参数，就可以根据既定的意志目标确定一个相应的整体规划、行为方案和具体动作，并在实施过程中积极地、主动地、创造性地进行调整，然后对行为的最终结果进行价值评价，以便及时地修正价值观系统（或情感系统）、认知系统和意志系统，达到总结经验和吸取教训的目的。总之，情感系统与意志系统是人脑之所以具有自主性、创造性和积极性的根本原因
4、参与社会事务和人际交往。价值问题是人类社会普遍存在的问题，社会和个人所追求的物质目标和精神目标都是价值目标的具体体现，任何形式的社会关系（如经济的、政治的和文化的关系）在本质上都是价值关系（或利益关系），一切形式的目标管理在本质上都是以特定价值内容为主导方向的价值管理，人类社会的一切矛盾都可归结为利益关系的矛盾，社会结构的一切变革实质上都是利益关系的调整与重构，总之，利益关系的处理与调整是社会事务（社会管理或社会服务）和人际交往的核心内容，而这一点正是通过情感系统和意志系统对人的思维与行动进行引导和控制来实现的，因此赋予情感与意志是机器人能否参与社会事务和人际交往的关键。情感的客观目的在于正确反映主体所拥有的价值关系，并为主体调整其价值关系提供决策依据和行为驱动力，机器人一旦赋予了情感和意志，就可以像人一样应对自如地处理其所拥有（或赋予）的价值关系，参与社会事务和人际交往。
5、实现人工智能的重大飞跃。将情感注入计算机或机器人具有十分重要的意义，它使电脑向人脑的方向迈进了一大步，大大增强其使用功能，扩展了其应用范围。如果机器人具有与人一样的情感和意志，就能够在复杂的环境条件下，了解和猜测主人的价值取向、主观意图和决策思路，灵活性、积极地、创造性地进行活动，使其运行过程具有更明确的目标性、更高的主动性和更强的创造性，圆满完成主人交给的各种复杂的工作任务，从而在更大的工作范围取代人。届时，从纯逻辑的角度来看，人与机器人就再没有任何根本性差异了，这将是人工智能技术的一次重大飞跃，无疑会产生巨大的经济效益和社会效益。