可能性构造空间理论与中医药创新配方思维模型研究

【摘要】：钱学森院士倡导的思维科学是一门研究人的思维规律、历史发展和人工模拟的综 合性科学技术大部门,它由基础科学、技术科学和应用技术三层次构成。由于大脑极 其复杂,很难通过直接的方法了解大脑的思维机制,有许多问题仍然处于描述阶段。 李德华教授采取同多学科工作者(科学哲学、心理学、科学史、方法论和各相关学 科)合作的方式,从包含大量信息的发明创造案例入手(思维实践材料),分析了不同 领域、类型的众多发明创造案例,从中抽取一般规律(在同中求异、在异中求同), 总结出一种创造性思维模型——可能性构造空间理论 PCST。认为创造性思维从本质 上说就是构造新的满足约束条件的可能性虚构元素及其空间,并在其中进行选择的反 馈过程。并最先获得国家的支持,得到了国家重大基础研究“攀登计划”项目:认知 科学前沿领域若干重大问题研究;国家“863 计划”智能计算机问题的基础研究项目: 创造性思维模型及其实现技术研究、创造性思维中可能性构造空间理论研究;国家自 然科学基金委员会主任项目:记忆与思维的计算模型研究等多个研究项目的资助。 为了探讨思维科学的一般规律,为了探讨中医学的知识处理的规律,我们采用理 论结合实际的方法,将创造性思维中的可能性构造空间理论与中医药的具体领域知识 相结合。比较深入地探讨了思维和知识处理的一般规律。 同时,作为国家 973 课题的子课题之一,本文按照 973 项目的要求,在可能性构 造空间理论、中医药创新配方系统以及试验设计等多个方面进行了研究,主要贡献如 下: 1.提出了关于知识处理的潜在规则的设想:知识表达与推理的代价最小化原则。 在分析中医学知识的基本知识表达方式,以及这种表达方式与背景知识的关系的基础 上,提出了关于跨领域知识处理的潜规则的设想:知识表达与推理的代价最小化原则。 在对中药研究非常有用的试验设计方法研究方面提出了均匀设计中的均匀性度 量的三种新算法。 2.提出了均匀性度量中的密集性偏差与稀疏性偏差。根据偏差的思想,以最理想 的布点为标准,提出了基于最大最小空穴半径的均匀性度量的稀疏性度量和密集性度 量准则及其计算方法。该方法的特点是计算量不大,不仅能较好地度量布点的均匀性 以及布点在低维投影的均匀性,而且能指导如何调整布点使之尽可能与理想布点接 近。最大空穴与最小空穴的半径与标准半径的比较,客观地从稀疏程度与密集程度两 I WP=5 个方面描述了布点的均匀性. 而最大空穴与最小空穴的位置,又为如何调整布点,使之 尽可能接近标准布点指明了调整方向. 3.提出了均匀性度量中的快速模板匹配算法。我们直观地发现,将空间延拓后, 研 究点的数量 i 与内含 i 点的最大方体和最小方体的体积, 所得到的偏差符合偏差的 定义。不仅可以消除原点的特殊地位, 而且可以给出偏差的点分布特性和空间分布特 性。而偏差的点分布特性和空间分布特性可以清晰地表明布点的密度分布特点。对如 何进一步调整布点, 使之最均匀, 具有重要意义。 4.提出了均匀性度量中的势函数模型。根据均匀性度量应满足的基本条件,根据 物理学的势和力的概念,提出了均匀性度量的势函数模型。该模型较好地解决了均匀 性度量在可计算性、布点的均匀性调整方法等方面的问题;而且具有均匀性度量所应 该具有的许多优良性质,如旋转对称性、平移对称性、中心对称性等。最后给出了应 用实例,并就低维投影的均匀性问题和势函数模型的改进作了讨论。 5.提出了中药单味药性状特征空间的概念。根据创造性思维模型中的可能性构造 空间理论(PCST)和中药单味药的特性,提出了中药单味药性状特征空间及其基的概 念,并分析了一个实例。为从中医的角度,较科学地描述自然药物特性及药效作用, 提出了一种可能的途径。 6.提出了中医的四诊特征空间与辨证特征空间的概念。分析了中医知识的基本特 点,根据创造性思维中的可能性构造空间理论和中医药创新配方系统的总体设计,提 出了中医知识形式化的基本模式——中医的四诊特征空间与辨证特征空间。定义了空 间元素的结构——参数与方法。把中医的诊断知识分解为具体的从四诊特征空间到辨 证特征空间的网络连接关系。把中医组方的知识分解为四诊特征空间和辨证特征空间 到中药特征空间的网络连接关系。 7.初步建立了中药复方创新配方的创造性思维过程。运用可能性构造空间理论 (PCST)及其选择模型,初步建立了中药复方创新系统中的属性集和规则集,以及各种 算子,给出了系统运行的一个简单的创造性思维的过程。 8.提出了基于 PCST 的中医药创新配方系统的组成框架。在分析中医药新药研 制与发现过程中复杂的创造性思维过程特点及创造性思维中可能性构造空间理论模 型的基础上,提出了建立一个旨在应用人工智能技术(Artificial Intelligence)、人工生 命学(Artificial Life)理论、数据库技术、多媒体等技术的为中医药研究提供数据分析的 中医药创新配方系统的组成框架。