概念知識(shí)元的語(yǔ)義融合生成路徑與框架

王子龍 戎軍濤

(1.石家莊學(xué)院文學(xué)與歷史學(xué)院,石家莊,050035; 2.中國(guó)人民大學(xué)信息資源管理學(xué)院,北京,100872)

1 引言

科學(xué)研究旨在通過(guò)創(chuàng)新性的科學(xué)探索活動(dòng)揭示事物的本質(zhì)和規(guī)律,為人類(lèi)更好地認(rèn)識(shí)世界和改造世界提供新的理論、觀點(diǎn)和方法,其核心是知識(shí)的生產(chǎn)、創(chuàng)造。知識(shí)創(chuàng)造是指產(chǎn)生創(chuàng)新知識(shí)的過(guò)程,包括新發(fā)現(xiàn)、新規(guī)律、新學(xué)說(shuō)、新方法、新技術(shù)和新發(fā)明,是促進(jìn)科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的革命性力量。揭示知識(shí)創(chuàng)造的內(nèi)部機(jī)理,發(fā)現(xiàn)知識(shí)創(chuàng)造的規(guī)律成為知識(shí)管理、知識(shí)學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、人工智能等領(lǐng)域突出的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。

認(rèn)知主體如何融合生成知識(shí)是一個(gè)高級(jí)、復(fù)雜的心理過(guò)程,是解決科學(xué)創(chuàng)新問(wèn)題的核心機(jī)制。從科學(xué)理論的建構(gòu)過(guò)程來(lái)分析,知識(shí)的創(chuàng)造是一個(gè)形成概念、范疇并將其序列化、體系化的過(guò)程;從知識(shí)體系結(jié)構(gòu)來(lái)分析,概念是知識(shí)體系的最小組成單位,是內(nèi)容結(jié)構(gòu)的知識(shí)元;從邏輯思維形式來(lái)分析,概念是思維的最小單位,是思維的邏輯起點(diǎn)。因此,關(guān)于概念形態(tài)知識(shí)元的融合生成機(jī)理研究,就成為知識(shí)創(chuàng)造領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論問(wèn)題。

知識(shí)融合是知識(shí)創(chuàng)造的一種重要途徑。概念形態(tài)知識(shí)元的產(chǎn)生就是不同知識(shí)元之間相互融合的結(jié)果。這種融合機(jī)制恰恰是不同知識(shí)元之間的交互、碰撞、融匯的過(guò)程。本文以概念知識(shí)元為研究對(duì)象,旨在從知識(shí)元的結(jié)構(gòu)層面揭示新概念生成的語(yǔ)義融合機(jī)制,從而在微觀層面解釋知識(shí)創(chuàng)造的內(nèi)部機(jī)理。

2 相關(guān)研究綜述

知識(shí)創(chuàng)造是哲學(xué)領(lǐng)域知識(shí)論的核心命題,圍繞知識(shí)的生成、確證形成了經(jīng)驗(yàn)論和唯理論兩大經(jīng)典路線。近代以來(lái),知識(shí)創(chuàng)造命題更是吸引了心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、人工智能、管理學(xué)、科學(xué)學(xué)等眾多學(xué)科的關(guān)注,產(chǎn)生了眾多理論模型。關(guān)于知識(shí)創(chuàng)造機(jī)理的解釋,影響最為廣泛的是SECI知識(shí)轉(zhuǎn)化模型和以耗散論、協(xié)同學(xué)、突變論為基礎(chǔ)的知識(shí)涌現(xiàn)學(xué)說(shuō),但這些理論只是著眼于對(duì)知識(shí)創(chuàng)造外在過(guò)程的描述,未能進(jìn)一步對(duì)其內(nèi)在機(jī)理予以揭示。值得關(guān)注的是,知識(shí)基因?qū)W說(shuō)、知識(shí)發(fā)酵學(xué)說(shuō)和知識(shí)整合學(xué)說(shuō)均從微觀層面探索了知識(shí)創(chuàng)造問(wèn)題,為我們的研究提供了基礎(chǔ)。

2.1 知識(shí)基因?qū)W說(shuō)

英國(guó)著名哲學(xué)家波普爾[1]在深入研究了達(dá)爾文的進(jìn)化論后發(fā)現(xiàn),知識(shí)的發(fā)展與生物進(jìn)化有著驚人的相似之處,并提出人類(lèi)知識(shí)是長(zhǎng)期進(jìn)化的產(chǎn)物,這一點(diǎn)符合達(dá)爾文的進(jìn)化論模式,知識(shí)進(jìn)化中蘊(yùn)含著“基因”。國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞知識(shí)中的“基因”展開(kāi)研究探索,提出了思想基因、情報(bào)基因、知識(shí)基因等概念,研究了知識(shí)基因的重組、遺傳、變異與進(jìn)化等問(wèn)題。如我國(guó)學(xué)者劉植惠[2]的知識(shí)基因理論,闡明了知識(shí)遺傳和變異的機(jī)制和規(guī)律性,提出科學(xué)概念是知識(shí)的基本單位——知識(shí)基因,進(jìn)而構(gòu)成知識(shí)DNA、知識(shí)纖維、知識(shí)細(xì)胞,最終形成知識(shí)體系;系統(tǒng)地研究了知識(shí)基因的遺傳方式和變異途徑。許志強(qiáng)等[3]指出,知識(shí)變異主要是由于知識(shí)DNA復(fù)制發(fā)生差異造成的,因而提出知識(shí)基因突變的三種機(jī)制,即要素置換、缺失基因突變和插入基因突變。劉福林等[4]采用仿生學(xué)演繹和實(shí)證方法提出了知識(shí)基因的自由組合規(guī)律。知識(shí)基因論揭示了知識(shí)的進(jìn)化進(jìn)程,是知識(shí)創(chuàng)造的重要理論基礎(chǔ),具有很大的研究空間。

2.2 知識(shí)發(fā)酵學(xué)說(shuō)

研究人員將知識(shí)創(chuàng)新和生物發(fā)酵進(jìn)行類(lèi)比后,提出知識(shí)發(fā)酵理論。天津大學(xué)管理學(xué)院和金生教授等[5-6]結(jié)合仿生學(xué)原理,提出了“知識(shí)發(fā)酵”理論并構(gòu)建了“知識(shí)發(fā)酵”模型。該理論認(rèn)為,知識(shí)發(fā)酵類(lèi)型分為消化型發(fā)酵、適應(yīng)型發(fā)酵、會(huì)戰(zhàn)型發(fā)酵、演進(jìn)型發(fā)酵和再造型發(fā)酵。知識(shí)發(fā)酵模型的要素包括知識(shí)菌株、知識(shí)母體、知識(shí)酶、知識(shí)技術(shù)、環(huán)境、知識(shí)發(fā)酵吧、知識(shí)源和更新的知識(shí)等。知識(shí)發(fā)酵模型解釋了知識(shí)創(chuàng)造的內(nèi)在機(jī)理,在一定程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)有知識(shí)管理中有關(guān)知識(shí)創(chuàng)造的不足。

2.3 知識(shí)整合學(xué)說(shuō)

美國(guó)認(rèn)知語(yǔ)言學(xué)家?？履嵋吞丶{[7]提出了概念整合理論(conceptual blending theory),指出概念整合在四個(gè)基本空間中進(jìn)行,即類(lèi)屬空間、輸入空間Ⅰ、輸入空間Ⅱ、整合空間。類(lèi)屬空間向兩個(gè)輸入空間映射,整合反映輸入空間共同的、常見(jiàn)的抽象的組織與結(jié)構(gòu),規(guī)定核心跨空間映射;輸入空間映射具有部分與選擇的屬性,當(dāng)輸入空間Ⅰ與輸入空間Ⅱ部分地投入到合成空間后通過(guò)“組合”“完善”和“提煉”三個(gè)彼此關(guān)聯(lián)的心智認(rèn)知活動(dòng)的相互作用產(chǎn)生新創(chuàng)結(jié)構(gòu),在新創(chuàng)結(jié)構(gòu)中完成意義的產(chǎn)生。

2.4 述評(píng)

知識(shí)基因?qū)W說(shuō)和知識(shí)發(fā)酵學(xué)說(shuō)都從仿生學(xué)視角對(duì)知識(shí)創(chuàng)造進(jìn)行了研究,特別是知識(shí)基因突變思想,揭示了知識(shí)演化的內(nèi)部動(dòng)因,在知識(shí)創(chuàng)造原理的系統(tǒng)解釋方面顯示出比較獨(dú)特的視角。知識(shí)基因理論試圖建立一個(gè)知識(shí)基因的研究框架體系,但后續(xù)研究未能持續(xù)跟進(jìn),理論缺乏進(jìn)一步實(shí)證,缺乏成熟度,未能深入說(shuō)明知識(shí)創(chuàng)造的微觀機(jī)理。知識(shí)整合學(xué)說(shuō)把不同認(rèn)知域的框架結(jié)合起來(lái)進(jìn)行考察,認(rèn)為框架整合產(chǎn)生了新結(jié)構(gòu),生成新意義。知識(shí)整合學(xué)說(shuō)從認(rèn)知理論視角揭示了知識(shí)創(chuàng)造意義的生成過(guò)程,為我們的研究提供了參考的框架。整體上就目前研究現(xiàn)狀看,知識(shí)創(chuàng)造機(jī)理揭示得并不十分清楚、明朗,多側(cè)重宏觀的、外在的闡釋說(shuō)明,缺乏內(nèi)在的、微觀的研究解釋,沒(méi)有從知識(shí)結(jié)構(gòu)本身進(jìn)行深入探索。

3 概念知識(shí)元的表征模型

3.1 概念知識(shí)元界定

知識(shí)元是一定語(yǔ)境中相對(duì)獨(dú)立的、具有完備知識(shí)表達(dá)、最小粒度的語(yǔ)義內(nèi)容單元[8]。概念知識(shí)元就是以概念形態(tài)存在的知識(shí)最小單位。概念是思維的最小單位,其定義方式通常是直接揭示概念所反映的思維對(duì)象及其所特有的屬性或本質(zhì)屬性。概念知識(shí)元通常具有語(yǔ)義完備性、獨(dú)立性和最小粒度三個(gè)特征。語(yǔ)義完備性主要指知識(shí)元的內(nèi)容表達(dá)要有實(shí)際意義,不存在語(yǔ)義結(jié)構(gòu)缺失問(wèn)題,能夠完整表達(dá)、說(shuō)明、解決5W1H(who、where、when、what、why、how)問(wèn)題。獨(dú)立性指知識(shí)元是知識(shí)運(yùn)動(dòng)形式一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的實(shí)體,可以脫離知識(shí)單元體系單獨(dú)存在,可以游離運(yùn)動(dòng)和自由結(jié)合。最小粒度是指知識(shí)元相對(duì)于它所表達(dá)的知識(shí)而言,具有語(yǔ)義邏輯上的不可再分性。

3.2 概念知識(shí)元的結(jié)構(gòu)

概念知識(shí)元內(nèi)部存在著有序的結(jié)構(gòu),承載了大量、豐富的語(yǔ)法信息、語(yǔ)義信息和語(yǔ)境信息。概念知識(shí)元結(jié)構(gòu)就是由語(yǔ)義元和語(yǔ)義鍵組成的復(fù)雜概念結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖1。

圖1 概念知識(shí)元的結(jié)構(gòu)

語(yǔ)義元是組成知識(shí)元內(nèi)容的概念對(duì)象,也就是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),是知識(shí)元的內(nèi)容因子,如時(shí)間、地點(diǎn)、人名、機(jī)構(gòu)、術(shù)語(yǔ)等實(shí)體對(duì)象。知識(shí)元不是語(yǔ)義元的簡(jiǎn)單羅列,而是一組語(yǔ)義元的邏輯組合。語(yǔ)義鍵指語(yǔ)義元之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,大量的語(yǔ)義邏輯關(guān)系和情景信息都包含在語(yǔ)義鍵中。語(yǔ)義鍵所包含的關(guān)聯(lián)類(lèi)型多樣,如并列、承接、順序、因果、條件、方式、比較、讓步、目的等。知識(shí)元包含的語(yǔ)義元和語(yǔ)義鍵的數(shù)量越多,則排列組合形成的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。語(yǔ)義元排列組合的不同是造成知識(shí)元差異的根源。

3.3 概念知識(shí)元的內(nèi)容描述模型

概念知識(shí)元僅僅是一種符號(hào)表達(dá),其所表現(xiàn)的是一幅在認(rèn)知圖式參與下構(gòu)建起來(lái)的語(yǔ)義場(chǎng)景,一方面這種場(chǎng)景以網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的心理結(jié)構(gòu)存在于意義世界,另一方面該場(chǎng)景的內(nèi)容指向現(xiàn)實(shí)世界。依據(jù)場(chǎng)景的活動(dòng)要素和邏輯語(yǔ)義關(guān)系,我們將概念知識(shí)元的內(nèi)容表達(dá)模型抽象為主體、客體兩個(gè)類(lèi)別,這兩個(gè)類(lèi)別屬于語(yǔ)義元,見(jiàn)圖2。主體擁有認(rèn)識(shí)論、價(jià)值論、方法論屬性?？腕w擁有領(lǐng)域、本質(zhì)、規(guī)律屬性。主體表示場(chǎng)景事件活動(dòng)的施動(dòng)者,在認(rèn)識(shí)論、方法論、價(jià)值論的驅(qū)動(dòng)下實(shí)施活動(dòng)。認(rèn)識(shí)論是主體活動(dòng)的理論依據(jù)。價(jià)值論表示主體活動(dòng)的價(jià)值行為取向,包括問(wèn)題、目標(biāo)、價(jià)值等要素。方法論是主體所依據(jù)的技術(shù)、方法、工具、途徑、路線、框架等手段。客體表示主體活動(dòng)指向的對(duì)象,屬性包括領(lǐng)域、本質(zhì)和規(guī)律。領(lǐng)域表示客體所歸屬的主題范疇,本質(zhì)表示客體的特有的特征,規(guī)律表示客體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和演化規(guī)律。

圖2 概念知識(shí)元的內(nèi)容描述模型

4 概念知識(shí)元的語(yǔ)義融合生成路徑

4.1 語(yǔ)義融合的本質(zhì)

語(yǔ)義融合是人類(lèi)的基本思維方式和認(rèn)知形式,其本質(zhì)是構(gòu)成知識(shí)的內(nèi)容因子的結(jié)構(gòu)重組,其意義生成過(guò)程是認(rèn)知層面認(rèn)知主體對(duì)結(jié)構(gòu)重組的心理解讀,是認(rèn)知主體在意義層面的心理操作。知識(shí)的語(yǔ)義融合代表著舊的知識(shí)在新的知識(shí)體系中的繼承、揚(yáng)棄,意味著新的知識(shí)的產(chǎn)生。事實(shí)上,任何一種科學(xué)創(chuàng)造過(guò)程,都是先把結(jié)晶的知識(shí)單元游離出來(lái),然后再在全新的思維勢(shì)場(chǎng)上重新結(jié)晶的過(guò)程。這種過(guò)程不是簡(jiǎn)單地重復(fù),而是在重組中產(chǎn)生全新的知識(shí)系統(tǒng),全新的知識(shí)單元[9]。因此,概念知識(shí)元的生成過(guò)程就是構(gòu)成概念知識(shí)元的內(nèi)容因子——語(yǔ)義元的重組過(guò)程。

4.2 語(yǔ)義元的重組方式

遺傳學(xué)的偉大創(chuàng)始者格雷戈?duì)枴ぜs翰·孟德?tīng)?于1865年提出的生物基因自由組合規(guī)律,揭示了產(chǎn)生生物新性狀的規(guī)律之一。從仿生學(xué)演繹的角度看,該規(guī)律為揭示知識(shí)元融合機(jī)理提供了啟發(fā)。語(yǔ)義元是構(gòu)成知識(shí)元的內(nèi)容因子。語(yǔ)義元重組是產(chǎn)生知識(shí)元的重要途徑。重組的方式主要有語(yǔ)義元的替換和結(jié)合。語(yǔ)義元替換指外來(lái)的語(yǔ)義元與當(dāng)前語(yǔ)義結(jié)構(gòu)中的語(yǔ)義元的代替、更換,主要發(fā)生在研究方法、活動(dòng)手段、認(rèn)知工具、行為規(guī)則、理論框架等語(yǔ)義實(shí)體層面。語(yǔ)義元的結(jié)合指外來(lái)的語(yǔ)義元與當(dāng)前語(yǔ)義結(jié)構(gòu)中的語(yǔ)義元的結(jié)合,主要發(fā)生在認(rèn)知主體、客體等語(yǔ)義實(shí)體層面,體現(xiàn)為復(fù)合形態(tài)的關(guān)系組合。交叉學(xué)科領(lǐng)域有大量的復(fù)合概念,具體類(lèi)型實(shí)例見(jiàn)表1。

表1 交叉學(xué)科領(lǐng)域概念知識(shí)元實(shí)例

4.3 概念知識(shí)元的語(yǔ)義融合生成路徑

概念知識(shí)元生成的邏輯是語(yǔ)義元的重組。圍繞語(yǔ)義元重組而形成的具體操作手段、方式、環(huán)節(jié)、流程就構(gòu)成了概念知識(shí)元的語(yǔ)義融合生成路徑。具體路徑包括外來(lái)知識(shí)的引入、知識(shí)相關(guān)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)和新生成知識(shí)的選擇性進(jìn)化。其中,外來(lái)知識(shí)的引入是語(yǔ)義元重組的前提條件,知識(shí)相關(guān)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)是語(yǔ)義元重組的核心,知識(shí)的選擇性進(jìn)化則是保證知識(shí)為真的控制條件。

(1)外來(lái)知識(shí)的引入。任何新知識(shí)的產(chǎn)生都不是憑空的,必然存在多個(gè)知識(shí)的“母體”和“父體”,因此知識(shí)的重組必須要有外來(lái)知識(shí)的引入,這是保證知識(shí)攜帶有新鮮語(yǔ)義元的前提和先決條件。影響知識(shí)引入的因素主要有知識(shí)的交流和知識(shí)的異質(zhì)性。一方面,知識(shí)交流、共享、轉(zhuǎn)移要遵循知識(shí)的自由組合原則;另一方面,要引入異質(zhì)性較大的知識(shí)。研究表明,知識(shí)的異質(zhì)性對(duì)知識(shí)的創(chuàng)造有顯著的影響[17]。通過(guò)引文觀測(cè),我們可以提出一個(gè)假設(shè),即學(xué)緣關(guān)系與知識(shí)元融合創(chuàng)新度成反比關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)就是知識(shí)元之間的學(xué)緣關(guān)系越遠(yuǎn),那么融合產(chǎn)生的知識(shí)元?jiǎng)?chuàng)新度就越大,反之則知識(shí)元?jiǎng)?chuàng)新度較小。

(2)知識(shí)相關(guān)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)。知識(shí)發(fā)現(xiàn)的本質(zhì)就是知識(shí)資源中知識(shí)元及其相互關(guān)系的揭示與發(fā)現(xiàn)[18]。知識(shí)發(fā)現(xiàn)的目的在于探測(cè)、挖掘、分析、預(yù)測(cè)知識(shí)與用戶(hù)之間潛在的、相關(guān)的匹配關(guān)系。相關(guān)關(guān)系是一種認(rèn)知層面上的語(yǔ)義符合的、一致的關(guān)系,并非物理層的文獻(xiàn)匹配,是一種動(dòng)態(tài)、多維、多等級(jí)的復(fù)雜關(guān)系,其類(lèi)型主要有算法相關(guān)、主題相關(guān)、需求相關(guān)、情景相關(guān)和社會(huì)認(rèn)知相關(guān)[19]。語(yǔ)義元之間相關(guān)關(guān)系的識(shí)別與發(fā)現(xiàn),是知識(shí)相關(guān)關(guān)系的關(guān)鍵。語(yǔ)義元重組需要發(fā)現(xiàn)新引入的語(yǔ)義元與當(dāng)前語(yǔ)義元之間的關(guān)系。這種知識(shí)相關(guān)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)需要個(gè)體的認(rèn)知判別。這種知識(shí)發(fā)現(xiàn)的結(jié)果通常表現(xiàn)為“頓悟”“知識(shí)躍遷”“知識(shí)涌現(xiàn)”,也就是個(gè)體頭腦在已有知識(shí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的知識(shí)結(jié)構(gòu)的改變,這并非是隱性知識(shí)的顯性化。

(3)新生成知識(shí)的選擇性進(jìn)化。科學(xué)知識(shí)應(yīng)該具有可證偽性。并非所有新創(chuàng)造、生成的概念知識(shí)元都能存續(xù),還必須經(jīng)過(guò)知識(shí)的人工選擇和自然選擇過(guò)程。人工選擇是學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)共同體對(duì)新知識(shí)的評(píng)價(jià)、批判、選擇、剔除的過(guò)程,是同行評(píng)議的過(guò)程。自然選擇是知識(shí)的歷史性檢驗(yàn)的過(guò)程,這是一種對(duì)假說(shuō)的歷時(shí)性的反復(fù)的證偽過(guò)程,也是理性選擇的過(guò)程。只有經(jīng)過(guò)選擇、檢驗(yàn)、證偽這樣的“自然選擇”的過(guò)程,且被證明是符合邏輯或客觀規(guī)律的才成為新知識(shí),從而產(chǎn)生知識(shí)創(chuàng)新,這是知識(shí)產(chǎn)生、發(fā)展、進(jìn)化的必然生存歷程[20]。新知識(shí)會(huì)重新進(jìn)入知識(shí)交流過(guò)程,被其他領(lǐng)域知識(shí)引進(jìn)、吸收、重組。

5 概念知識(shí)元的語(yǔ)義融合生成框架

我們以前文提出的“語(yǔ)義元重組”思想為理論基礎(chǔ),構(gòu)建了一個(gè)知識(shí)元的語(yǔ)義融合生成框架,用以說(shuō)明知識(shí)元的生成過(guò)程,包括知識(shí)元的獲取、解析、關(guān)聯(lián)構(gòu)建和重組生成環(huán)節(jié)。知識(shí)元的獲取、解析是前提準(zhǔn)備環(huán)節(jié),語(yǔ)義關(guān)聯(lián)是核心關(guān)鍵環(huán)節(jié),知識(shí)元重組生成是調(diào)整適應(yīng)環(huán)節(jié)。各個(gè)環(huán)節(jié)由相應(yīng)的心理機(jī)制控制,分別是選擇機(jī)制、心理詞典、認(rèn)知圖式、證偽機(jī)制。框架模型見(jiàn)圖3。

圖3 知識(shí)創(chuàng)造的知識(shí)元融合模型

5.1 知識(shí)元獲取

知識(shí)元通過(guò)同一關(guān)系、隸屬關(guān)系和相關(guān)關(guān)系進(jìn)行排列組合,從而構(gòu)成了不同粒度的知識(shí)單元。各個(gè)知識(shí)單元形態(tài)按照層次、結(jié)構(gòu)和功能等組成有序、多粒度、多層次的知識(shí)系統(tǒng)。知識(shí)元獲取指認(rèn)知主體通過(guò)閱讀知識(shí)文本識(shí)別、獲取其所包含的知識(shí)元的過(guò)程。問(wèn)題觸發(fā)機(jī)制促使思維首先通過(guò)搜索、比對(duì)獲取相應(yīng)的知識(shí)系統(tǒng)的知識(shí)資源,發(fā)現(xiàn)具有意義的知識(shí)集合,然后從目標(biāo)知識(shí)集合中抽取知識(shí)元,這是知識(shí)元融合的資源提供機(jī)制。知識(shí)元融合要求要有兩個(gè)以上的、來(lái)自不同學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)元,且知識(shí)元攜帶有新鮮語(yǔ)義因子。對(duì)具有潛在創(chuàng)新價(jià)值的知識(shí)元的獲取,需要在選擇機(jī)制的控制下進(jìn)行識(shí)別、判斷、匹配。選擇機(jī)制是認(rèn)知主體與社會(huì)互動(dòng)形成的心理判斷與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),包括價(jià)值、情感、文化、風(fēng)俗、習(xí)慣、信仰、意識(shí)形態(tài)等心理背景系統(tǒng)。選擇的核心是匹配。在選擇機(jī)制的控制下,符合預(yù)期創(chuàng)新目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)元被成功匹配、識(shí)別、獲取。

5.2 知識(shí)元解析

知識(shí)元解析指通過(guò)進(jìn)一步的分析思維解構(gòu)知識(shí)元的結(jié)構(gòu),析取語(yǔ)義元和語(yǔ)義鍵。語(yǔ)義元是知識(shí)元的內(nèi)容因子,析取出的語(yǔ)義元彼此相互獨(dú)立,具有概念組配性。語(yǔ)義鍵指語(yǔ)義元之間的語(yǔ)義關(guān)系。語(yǔ)義元的重組會(huì)產(chǎn)生新的知識(shí)元,而語(yǔ)義元的析取是語(yǔ)義元重組的必要條件。

對(duì)知識(shí)元的解析是一個(gè)在心理詞典的輔助下自動(dòng)完成的心理過(guò)程。心理詞典是人對(duì)語(yǔ)詞的形態(tài)、語(yǔ)法、語(yǔ)義和語(yǔ)用等全面認(rèn)知所形成的心理體系,表現(xiàn)為存儲(chǔ)在長(zhǎng)期記憶中的詞匯知識(shí),是語(yǔ)言使用者理解和生成語(yǔ)言的基礎(chǔ)[21]。在學(xué)術(shù)領(lǐng)域,心理詞典實(shí)際上存儲(chǔ)的是術(shù)語(yǔ)知識(shí)。在心理詞典的控制下,人們可以對(duì)知識(shí)元的內(nèi)容文本進(jìn)行自動(dòng)切分,析取出語(yǔ)義元和語(yǔ)義鍵,完成語(yǔ)義實(shí)體角色和語(yǔ)義關(guān)系的識(shí)別、匹配。實(shí)際上,如果認(rèn)知主體無(wú)法自動(dòng)切分一段復(fù)雜文本,則會(huì)發(fā)生認(rèn)知、解析的困難。知識(shí)元的解析是語(yǔ)義融合的前提。如果沒(méi)有知識(shí)元的解析,語(yǔ)義元和語(yǔ)義鍵就無(wú)法析出,也就無(wú)法形成語(yǔ)義融合的要素結(jié)構(gòu)。

5.3 關(guān)聯(lián)構(gòu)建

語(yǔ)義關(guān)聯(lián)指在認(rèn)知圖式控制下的相關(guān)語(yǔ)義元之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)?！跋嚓P(guān)性”是語(yǔ)義關(guān)聯(lián)的重要規(guī)則,主要是語(yǔ)義元之間的相關(guān)關(guān)系。以語(yǔ)義鍵為存在形態(tài)的語(yǔ)義關(guān)系主要由認(rèn)知圖式來(lái)提供。不同語(yǔ)義元之間的相關(guān)性需要通過(guò)激活相關(guān)的認(rèn)知圖式來(lái)發(fā)現(xiàn)。認(rèn)知圖式是認(rèn)知主體有關(guān)對(duì)象知識(shí)的概括化和抽象化結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)而言之,是關(guān)于對(duì)具體對(duì)象的一種知識(shí)結(jié)構(gòu)。它的基本單位是命題,一系列相關(guān)命題組成的命題集合(網(wǎng)絡(luò))就是認(rèn)知圖式[22]。認(rèn)知圖式在日常生活中通過(guò)經(jīng)驗(yàn)或?qū)W習(xí)而形成,經(jīng)歷了從具體到抽象的命題組合過(guò)程。圖式的激活,就是認(rèn)知主體通過(guò)所接受的某些信息(如文章的標(biāo)題、圖表、關(guān)鍵詞等線索)去判斷、預(yù)測(cè)該材料可能涉及的內(nèi)容,并同時(shí)據(jù)此從圖式框架中提取可能適合的相關(guān)背景知識(shí),即某一特定的圖式以供理解之用[23]。認(rèn)知圖式的激活因素通常包括主體認(rèn)知水平、主體心理距離、語(yǔ)義相似度、共現(xiàn)頻度、刺激形式、社會(huì)價(jià)值導(dǎo)向等。學(xué)科交叉通常是產(chǎn)生創(chuàng)新的重要途徑,學(xué)緣關(guān)系就成為語(yǔ)義元之間重要的相關(guān)關(guān)系。

5.4 重組生成

語(yǔ)義結(jié)構(gòu)重組生成指通過(guò)認(rèn)知圖式提供的框架和關(guān)系將建立了相關(guān)關(guān)系的語(yǔ)義元進(jìn)行結(jié)構(gòu)重組,形成語(yǔ)義元網(wǎng)絡(luò),其結(jié)果便是形成知識(shí)元,產(chǎn)生新思想、新范式或新的假說(shuō)。語(yǔ)義結(jié)構(gòu)重組一般包括理論、思想等認(rèn)識(shí)論層面的重組和技術(shù)、工具、路徑等方法論層面的重組,這在交叉學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)有大量的表現(xiàn)。語(yǔ)義元重組的方式可分為兩個(gè)環(huán)節(jié):一是被激活的認(rèn)知圖式提供重組所需的語(yǔ)義關(guān)系即認(rèn)知框架,這里主要指概念知識(shí)元的內(nèi)容描述框架;二是將建立相關(guān)關(guān)系的語(yǔ)義元作為框架的元素排列到框架中。概念框架的建構(gòu)和運(yùn)用是人類(lèi)認(rèn)知的基本能力,在科學(xué)認(rèn)知中,一個(gè)系統(tǒng)的概念框架通常稱(chēng)為科學(xué)模型或科學(xué)理論[24]。通過(guò)語(yǔ)義元重組而產(chǎn)生的知識(shí)元并非是最終的創(chuàng)新知識(shí)元,還必須經(jīng)過(guò)人工和自然的雙重選擇過(guò)程。知識(shí)的證偽機(jī)制會(huì)將錯(cuò)誤的知識(shí)淘汰,將正確的知識(shí)留存并繼續(xù)檢驗(yàn)、證偽。在這一歷史過(guò)程中,知識(shí)會(huì)不斷完善、進(jìn)化。

6 實(shí)例分析

交叉學(xué)科的研究是知識(shí)融合的重要應(yīng)用領(lǐng)域,是獲得高水平知識(shí)創(chuàng)新成果的重要途徑。作為科學(xué)研究領(lǐng)域獎(jiǎng)勵(lì)的最高殊榮——諾貝爾獎(jiǎng),有半壁江山獲獎(jiǎng)?wù)邔儆诮徊鎸W(xué)科。2021年1月,國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)、教育部印發(fā)通知,新設(shè)置“交叉學(xué)科”門(mén)類(lèi),成為我國(guó)第14個(gè)學(xué)科門(mén)類(lèi)。發(fā)展交叉學(xué)科、鼓勵(lì)跨學(xué)科研究和攻關(guān)成為科技創(chuàng)新領(lǐng)域的共識(shí)。2021年12月,國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)印發(fā)《交叉學(xué)科設(shè)置與管理辦法(試行)》通知,首次明確交叉學(xué)科的內(nèi)涵,即在學(xué)科交叉的基礎(chǔ)上,通過(guò)深入交融,創(chuàng)造一系列新的概念、理論、方法,展示出一種新的認(rèn)識(shí)論,構(gòu)架出新的知識(shí)結(jié)構(gòu),形成一個(gè)新的更豐富的知識(shí)范疇,已經(jīng)具備成熟學(xué)科的各種特征。我們以“生物信息學(xué)”這一交叉學(xué)科的概念為實(shí)例,來(lái)模擬、說(shuō)明概念知識(shí)元可能的語(yǔ)義融合生成過(guò)程。

6.1 外來(lái)知識(shí)元的引入

生物信息學(xué)的來(lái)源學(xué)科有分子生物學(xué)和信息學(xué)。在學(xué)科交叉融合過(guò)程中,主干學(xué)科是分子生物學(xué);信息學(xué)是其引入的方法論學(xué)科,屬于外來(lái)學(xué)科。對(duì)信息學(xué)的關(guān)注和引入將為分子生物學(xué)的知識(shí)融合提供理論來(lái)源。

“分子生物學(xué)”這一學(xué)科概念可以作為生物學(xué)領(lǐng)域的概念知識(shí)元,其內(nèi)容表述為:研究組成生物體的各類(lèi)大分子(如核酸、蛋白質(zhì)、多糖等)的結(jié)構(gòu)和功能,用物理學(xué)手段揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)。其基礎(chǔ)是遺傳學(xué)、生物化學(xué)、高分子物理化學(xué)以及化學(xué)物理學(xué)等[25]。計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)的迅速崛起,為其他學(xué)科領(lǐng)域的研究提供了技術(shù)應(yīng)用和方法論思想。信息學(xué)的概念、方法、技術(shù)很容易引起分子生物學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注。問(wèn)題觸發(fā)機(jī)制促使分子生物學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)共同體在選擇、比較其他相關(guān)學(xué)科內(nèi)容的基礎(chǔ)上開(kāi)始關(guān)注信息學(xué)科的內(nèi)容。

“信息學(xué)”作為信息領(lǐng)域的概念知識(shí)元,其內(nèi)容表述為:是以信息論和控制論為理論基礎(chǔ)、以電子計(jì)算機(jī)為主要工具并吸收了仿生學(xué)、人工智能和系統(tǒng)工程的思想、方法和理論發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興科學(xué)。信息科學(xué)的主要任務(wù)是研究信息的性質(zhì),信息的提取、存貯、變換、傳遞、處理、利用和控制的一般規(guī)律,設(shè)計(jì)和制造各種信息處理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化從而不斷擴(kuò)展人類(lèi)的智力功能[26]。對(duì)于分子生物學(xué)領(lǐng)域來(lái)說(shuō),“信息學(xué)”概念攜帶有新鮮的語(yǔ)義因子,并且意識(shí)到這種新鮮的語(yǔ)義因子引發(fā)的語(yǔ)義匹配可能帶來(lái)的巨大學(xué)術(shù)影響。在選擇機(jī)制的控制下,分子生物學(xué)領(lǐng)域研究人員將“信息學(xué)”的概念判斷為具有潛在創(chuàng)新價(jià)值的概念知識(shí)元,并獲取、引入“信息學(xué)”概念。

6.2 概念知識(shí)元的析取與表征

語(yǔ)義只能存在人的心理意識(shí)中,只有表征出來(lái)才具有操作意義,才有可能被表達(dá)、交流、共享、創(chuàng)新。清晰的語(yǔ)義會(huì)表征為網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的心理結(jié)構(gòu)。概念知識(shí)元作為一種知識(shí)形態(tài),其心理結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為相互關(guān)聯(lián)、無(wú)限嵌套的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對(duì)概念知識(shí)元的閱讀和理解,需要依靠人類(lèi)的認(rèn)知圖式來(lái)完成?？蒲腥藛T通過(guò)心理詞典機(jī)制將“分子生物學(xué)”概念和“信息學(xué)”概念的語(yǔ)言符號(hào)陳述形式進(jìn)行心理層面的自動(dòng)語(yǔ)義切分,抽取出語(yǔ)義元和語(yǔ)義鍵,并將其表征為心理的“知識(shí)網(wǎng)絡(luò)”狀態(tài)。語(yǔ)義融合過(guò)程就是對(duì)心智空間中的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的操作。

為了便于展示心理操作過(guò)程,我們用形式化的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)形態(tài)來(lái)演示、模擬、表達(dá)心智空間中抽象的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)形態(tài),使其顯性化表示為“三元組”形態(tài)的知識(shí)結(jié)構(gòu)。實(shí)際的心理操作過(guò)程,往往更加復(fù)雜。依據(jù)上文提出的概念知識(shí)元內(nèi)容描述框架進(jìn)行概念知識(shí)元的語(yǔ)義內(nèi)容析取。主體類(lèi)用“語(yǔ)義元:主體”標(biāo)注,客體類(lèi)用“語(yǔ)義元:客體”標(biāo)注。“屬性類(lèi)”表示所有屬性的集合,一般表示為語(yǔ)義鍵,用前綴“語(yǔ)義鍵:”標(biāo)注,例如 “語(yǔ)義鍵:認(rèn)識(shí)論”?！皩傩詫?shí)例”表示屬性類(lèi)的子集或者實(shí)例,一般可用表示具體屬性的關(guān)鍵詞來(lái)標(biāo)注。“屬性值”表示屬性的實(shí)際取值,也就是屬性實(shí)際指向的內(nèi)容。概念知識(shí)元“分子生物學(xué)”的語(yǔ)義析取結(jié)果見(jiàn)表2,“信息學(xué)”的概念語(yǔ)義析取結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 概念知識(shí)元“分子生物學(xué)”的語(yǔ)義析取

表3 概念知識(shí)元“信息學(xué)”的語(yǔ)義析取

6.3 語(yǔ)義關(guān)聯(lián)建立

知識(shí)元語(yǔ)義析取的結(jié)果可進(jìn)一步形式化表征為語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖4。分子生物學(xué)的研究對(duì)象是蛋白質(zhì)、氨基酸等生物體大分子,研究任務(wù)是揭示這些大分子的結(jié)構(gòu)和功能。生命物質(zhì)本身攜帶的是海量的自然界本體論信息,其基因組信息序列結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。信息學(xué)的研究對(duì)象是信息,研究信息的提取、轉(zhuǎn)換、加工、分析和發(fā)現(xiàn)等內(nèi)容。因此,利用信息科學(xué)方法對(duì)這些生物本體論信息數(shù)據(jù)進(jìn)行研究,就成為破解基因序列復(fù)雜結(jié)構(gòu)難題的全新視角。

圖4 “分子生物學(xué)”“信息學(xué)”概念知識(shí)元的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及相關(guān)關(guān)系

由于引入了信息學(xué)的概念,分子生物學(xué)研究人員的心理空間會(huì)同時(shí)存在生物本體論“信息”實(shí)體概念和信息科學(xué)的“信息”實(shí)體概念。兩種“信息”概念產(chǎn)生的相似性會(huì)激活研究人員心理的認(rèn)知圖式,從而發(fā)現(xiàn)語(yǔ)義元“生物體大分子:核糖、蛋白質(zhì)、多糖”和“信息”的相關(guān)性,并在兩者之間建立心理上的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)。圖4中的虛線箭頭表明了兩者的相關(guān)關(guān)系。認(rèn)知圖式下語(yǔ)義元之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)和建立為其語(yǔ)義結(jié)構(gòu)重組創(chuàng)造了可能的條件。

6.4 語(yǔ)義結(jié)構(gòu)重組

被激活的認(rèn)知圖式會(huì)在心理空間提供一個(gè)新的、存放新知識(shí)的認(rèn)知框架。知識(shí)元內(nèi)容描述模型在科研人員心理空間的映射,就表現(xiàn)為認(rèn)知框架,也就是知識(shí)元模型在科研人員心理的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)形態(tài)。將圖4中顏色標(biāo)深的語(yǔ)義元實(shí)體作為新的要素插入新建立的認(rèn)知框架中,然后按照認(rèn)知圖式補(bǔ)全其余的部分,就形成了融合后的知識(shí)元結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖5。由于融合后的知識(shí)元結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,所以其映射在人的心智空間的意義也就發(fā)生了改變。也就是說(shuō),知識(shí)元結(jié)構(gòu)的改變促使了新的意義生成。按照語(yǔ)義重組后的這種圖式,研究人員可以將其用科學(xué)語(yǔ)言表述為:生物信息學(xué)又稱(chēng)基因組信息學(xué),是分子生物學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)等相互交叉、融合而形成的一門(mén)新興交叉學(xué)科。它通過(guò)對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)尤其對(duì)基因組和蛋白質(zhì)組龐大數(shù)據(jù)的獲取、加工、存儲(chǔ)、檢索和分析,達(dá)到揭示數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的生物學(xué)意義的目的[27]。

圖5 “生物信息學(xué)”概念知識(shí)元的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

我國(guó)生物信息學(xué)自20世紀(jì)80年代誕生以來(lái),其理論與方法經(jīng)歷了科學(xué)界嚴(yán)格的檢驗(yàn)和證偽,并在人類(lèi)基因組計(jì)劃、生物醫(yī)藥、農(nóng)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生了顯著的影響[28]。數(shù)據(jù)智能環(huán)境下,大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)不斷應(yīng)用到生物信息學(xué)領(lǐng)域,解決了海量信息的收集、存貯、處理、共享、交流、服務(wù)和開(kāi)發(fā)等挑戰(zhàn)性問(wèn)題[29]。目前,生物信息學(xué)不斷進(jìn)化,發(fā)展出序列比對(duì)、基因識(shí)別、基因重組、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、基因表達(dá)、蛋白質(zhì)反應(yīng)的預(yù)測(cè)以及建立進(jìn)化模型等分支領(lǐng)域,成為生命科學(xué)領(lǐng)域最具吸引力的、重大的前沿領(lǐng)域[30]。

7 結(jié)語(yǔ)

學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的交匯、融合促成了科學(xué)知識(shí)的生成、創(chuàng)新和發(fā)展。當(dāng)前,學(xué)科交叉融合是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重大特征,是新學(xué)科產(chǎn)生的重要源泉。概念形態(tài)知識(shí)元的融合是知識(shí)創(chuàng)造的一種重要途徑,也是自主知識(shí)體系創(chuàng)新的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。揭示概念知識(shí)元的語(yǔ)義融合生成路徑與框架,是從知識(shí)結(jié)構(gòu)本身對(duì)知識(shí)創(chuàng)造規(guī)律進(jìn)行的有益探索,可以為知識(shí)創(chuàng)造的內(nèi)在機(jī)理解釋提供一個(gè)全新的視角。我們首先界定了概念知識(shí)元的內(nèi)涵、結(jié)構(gòu)和描述模型,揭示了概念知識(shí)元的語(yǔ)義融合生成路徑,并構(gòu)建了概念知識(shí)元的語(yǔ)義融合生成框架,包括知識(shí)元的獲取、解析、關(guān)聯(lián)、重組、生成環(huán)節(jié)。各個(gè)環(huán)節(jié)由相應(yīng)的心理機(jī)制控制,分別是選擇機(jī)制、心理詞典、認(rèn)知圖式、證偽機(jī)制。最后通過(guò)實(shí)例,模擬演示了概念知識(shí)元的融合生成路徑。

本文創(chuàng)新之處在于揭示了概念知識(shí)元融合的實(shí)質(zhì)是構(gòu)成知識(shí)元的內(nèi)容因子——語(yǔ)義元的關(guān)聯(lián)和重組,闡明了語(yǔ)義元的重組方式,從細(xì)粒度的、微觀的層面揭示了概念知識(shí)元的生成機(jī)理,從根本上解釋了知識(shí)創(chuàng)造的過(guò)程,對(duì)理論創(chuàng)新、科學(xué)研究、技術(shù)發(fā)明、探究性學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的隱性知識(shí)管理具有一定的理論啟發(fā)意義。由于概念知識(shí)元融合生成機(jī)理涉及的心理機(jī)制、知識(shí)形態(tài)、文化背景、社會(huì)互動(dòng)等變量關(guān)系復(fù)雜,本文僅提出了一個(gè)框架式的解釋機(jī)制,該假設(shè)還處于一種不完備的理論形態(tài),其合理性還需進(jìn)一步的后續(xù)實(shí)證來(lái)檢驗(yàn)。