學(xué)貫中西(11)：從因果律看人機(jī)協(xié)同創(chuàng)新

高煥堂

1 前言：AI與因果性

近幾年來(lái)，全球AI精英都很關(guān)心AI的一個(gè)議題： 當(dāng)今AI仰賴于大數(shù)據(jù)的相關(guān)性（Correlation）。然而，相關(guān)性并不一定表示其具有因果關(guān)系（Correlation does not imply causation）。由于當(dāng)今AI對(duì)于因果關(guān)系的探索能力，還是非常有限的，仍然非常依賴人類（具有溯因性推理習(xí)慣者）來(lái)補(bǔ)足。人類具有溯因性推理習(xí)慣者，就是通稱的創(chuàng)新者（如諸葛亮等），其擅長(zhǎng)于溯因推理（Abductive reasoning）——從果追溯其真實(shí)的因。

如果AI能夠掌握更高階的因果關(guān)系，就可望降低其不確定性的行為、大幅提升可解釋性、可信賴度，以及創(chuàng)造性思維能力。這就是目前AI專家們努力的方向，也就是AI將邁向革命性的大未來(lái)。所以，有人稱之為：因果革命。

2 因果革命

新一代的AI科學(xué)家們，正努力強(qiáng)化現(xiàn)在的AI，就是讓AI除了大數(shù)據(jù)相關(guān)性之外，能提升探索和掌握因果性的能力。于此建議您可以參閱這本2019年的暢銷書（圖1）。在這本書里，將因果關(guān)系分為三個(gè)階層：觀察、行動(dòng)和想象（圖2）。那么，AI的大未來(lái)就是讓AI能充分掌握深層的因果性。也就是這本書里，所說(shuō)的：高階因果關(guān)系。

從圖2中可以看到了，當(dāng)今AI所掌握的相關(guān)性，仍屬于低階（第1階）的因果關(guān)系，與人類相比仍有極大的距離。AI的大未來(lái)，將是逐漸提升到第2階、第3階。屆時(shí)，AI具備了想象、假設(shè)和反思的能力。

3 認(rèn)識(shí)溯因推理

從認(rèn)知學(xué)（Cognitive science）的角度來(lái)說(shuō)，人們與所以我就得出一個(gè)結(jié)論：年輕人應(yīng)該大多數(shù)都在做電子業(yè)（但不一定正確），這叫做歸納推理。第二種是演繹推理，就像數(shù)學(xué)是最典型了，例如兩條直線在同一平面上，又沒(méi)有交叉，則它們必然是并行線。這叫做演繹推理。

第三種推理是溯因推理（Abductive reasoning），像醫(yī)生就是最典型的。當(dāng)您去看醫(yī)生的時(shí)候，醫(yī)生看到您滿頭大汗，而且有一點(diǎn)發(fā)燒、流鼻涕，他就看到這個(gè) “果”，然后倒過(guò)來(lái)追溯其“因”，他猜您可能是傷風(fēng)感冒了，所以他就給你藥吃。下次再遇到你的時(shí)候，他馬上會(huì)問(wèn)你：身體有沒(méi)有好些了呢？這叫做溯因推理。溯因推理是傳統(tǒng)IT和當(dāng)今AI都幾乎不具備的能力。人類數(shù)千年來(lái)，自己都不知道人天生就有這項(xiàng)思考能力。一直到了約100年前，美國(guó)哲學(xué)家皮爾士（Charles Peirce）才提出來(lái)的。

上述的三種推理之中，歸納和演繹推理都是從因推到果，俗稱因果性推理。而溯因推理則是從果推到因，俗稱果因性推理。當(dāng)今的AI非常擅長(zhǎng)的是基于相關(guān)性的歸納推理，從（原）因推到（結(jié)）果，這種規(guī)律性，它能在一瞬間就掌握。有一些專家估計(jì)，這種能力AI已經(jīng)達(dá)到很高智商（IQ300）了，而人類天才是IQ180。反之，從果推到因，AI就不太內(nèi)行了。

4 從因果性說(shuō)明“人機(jī)協(xié)作”模式

掌握事物本質(zhì)的因果關(guān)系，一直是人類科學(xué)研究的目標(biāo)。然后從復(fù)雜的因果關(guān)聯(lián)中，歸納、抽象出簡(jiǎn)單不變的規(guī)律性。人人與生俱來(lái)，都會(huì)觀察事物的因果關(guān)系，并進(jìn)行歸納和預(yù)測(cè)。例如，常常有人說(shuō)：好人有好報(bào)，多行善多積福。這就是人們從經(jīng)驗(yàn)中找出的因果關(guān)系和規(guī)律性（圖3）。

由于引發(fā)一項(xiàng)（結(jié)）果的可能（原）因，也許會(huì)很多，且深藏不露，人們常常不易確知。于是，從觀察天文地理、人情世故、人性心理等出發(fā)，找出相關(guān)性，進(jìn)而歸納出規(guī)律性，是一條較為容易之路。例如，孔夫子的 “三人行，必有我?guī)熝伞?，韓愈的”師者，傳道授業(yè)解惑也”等等。隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的日益豐富，加上NN-based的當(dāng)今AI歸納性推理，更加擴(kuò)大這條人類5000年來(lái)的傳統(tǒng)之路。

當(dāng)今的AI做出了貢獻(xiàn)：基于大數(shù)據(jù)分析找出相關(guān)性，作為歸納法的基礎(chǔ)，過(guò)濾大量數(shù)據(jù)和復(fù)雜關(guān)系，迅速歸納出規(guī)律性，強(qiáng)化對(duì)事物的預(yù)測(cè)能力。所以AI強(qiáng)化了歸納推理，也強(qiáng)化了因果性推理。然而，AI所掌握的相關(guān)性，只是低階（又稱淺層）的因果關(guān)系，仍然欠缺深層因果性的支撐，而導(dǎo)致其規(guī)律性，并非能歸根究柢的規(guī)律性。對(duì)于未來(lái)結(jié)果的改變，仍然只是治標(biāo)而不是治本，未能產(chǎn)生根本性、原創(chuàng)性、革命性的效果。

例如，一個(gè)人很沮喪而吃不下飯。AI只會(huì)建議去更高雅、菜色更香的餐廳吃飯，而不是安慰她/他失戀的起因。AI只從大數(shù)據(jù)得知她/他的心情與飯菜有關(guān)，甚至有時(shí)還誤以為是飯菜導(dǎo)致心情沮喪呢！

所以在圖1這本書里，作者建議，AI的未來(lái)發(fā)展要逐步讓AI能夠掌握更多的真正因果關(guān)系。于是AI就更接近人類了。如何讓AI具有能力從大數(shù)據(jù)中觀察到的果，或低階的相關(guān)性中，近一步探索其背后深層的真正原因，是AI大未來(lái)之路。簡(jiǎn)而言之，就是讓AI具備“溯因性推理”的能力。

然而，AI要邁向第3階，就必須具備想象、假設(shè)和反思的能力，才能從果追溯到真正的因。預(yù)估AI還大約還需要數(shù)十年的成長(zhǎng)時(shí)光，才能達(dá)到這個(gè)境界。所以，眼前的下一步是：人機(jī)協(xié)同合作?；诋?dāng)今的NN算法，已經(jīng)大大賦予AI的歸納性推理能力?；诖髷?shù)據(jù)，已經(jīng)讓AI從復(fù)雜的全體事物中，迅速歸納出的規(guī)律性。這是僅掌握小數(shù)據(jù)的人類，所望塵莫及的。簡(jiǎn)而言之，AI現(xiàn)在具有超強(qiáng)的全體性歸納推理能力了。只是欠缺從果追溯（深層原）因的能力，使得他無(wú)法歸納出具有第3階的因果規(guī)律性。

于是，在眼前到未來(lái)的數(shù)十年之間，人類的溯因性推理能力，可以暫持彌補(bǔ)AI能力的欠缺（圖5）。

在這協(xié)同合作模式中，人類幫忙追溯到更多真正的因，AI的因果性規(guī)律的威力就愈有強(qiáng)大。同時(shí)，AI的因果性規(guī)律的威力變得愈強(qiáng)大，也幫忙人類溯因推理過(guò)程中的去蕪存菁作用，讓人類更省力更精確找到真正的因。于是，人機(jī)協(xié)同合作，成為邁向AI大未來(lái)的眼前暫時(shí)現(xiàn)象。簡(jiǎn)而言之，目前AI已經(jīng)非常強(qiáng)大的相關(guān)性探索力和歸納性推里能力，我們?nèi)绾紊萍永脕?lái)強(qiáng)化人類的果因性（即溯因性）推理能力。一旦AI強(qiáng)大歸納推理力，強(qiáng)力搭配人類的果因性推理能力，則像醫(yī)生、股市、軍事等不確定性高的場(chǎng)域（偏于果因性推理），就都可迎刃而解了。熟諳此道的企業(yè)將成為AI時(shí)代的大贏家了。

5 演練：AI如何納入人類專家的果因性智慧

AI模型設(shè)計(jì)的核心思維是：關(guān)聯(lián)性與因果性。例如，Y與Z之間的因果關(guān)系是人人皆有的知識(shí)（圖6）。

一開始，人們使用一種“手段T”來(lái)偵測(cè)Y（因），就能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)Z（果）。后來(lái)，人們也發(fā)現(xiàn)一樣這個(gè)因，會(huì)產(chǎn)生另一種果“X”。

于是，AI就可以派上用場(chǎng)了。 然而，如果想開始建立一個(gè)AI模型來(lái)實(shí)現(xiàn)“從X預(yù)測(cè)Z”的低成本新方法，那么我們?cè)O(shè)計(jì)的AI模型會(huì)位于哪一個(gè)（箭頭）位置呢？答案是：在XY箭頭的位置上，而且是“X → Y”方向。例如建立一個(gè)分類模型（Classifier），其中X是可觀測(cè)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)（Training data），然后基于人類專家（如醫(yī)生）的果因（溯因）性智慧，來(lái)對(duì)因（即Y）進(jìn)行分類，并貼上分類標(biāo)簽（Label），就可以進(jìn)行模型訓(xùn)練了。在訓(xùn)練過(guò)程中，會(huì)拿“T → Y ”來(lái)嚴(yán)格檢驗(yàn)AI模型 “X → Y ”的預(yù)測(cè)（分類）效果。一旦訓(xùn)練好了這AI模型，就能發(fā)揮AI的魅力：從偵測(cè)到的ECG心電圖形變化來(lái)及時(shí)預(yù)測(cè)，并避免休克。例如，Apple Watch就是這種人機(jī)協(xié)同創(chuàng)新的著名產(chǎn)品（圖8）。

這是結(jié)合人類專家的果因性智慧，搭配AI的相關(guān)性智慧，協(xié)同創(chuàng)造出很棒的因果律產(chǎn)品。