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1、像外行一样思考，像专家一样实践科研成功之道 日金出武雄 著 马金成、王国强 译 第一章 像外行一样思考，像专家一样实践 第一节 海空天空的构思 美国人常说： “金出教授的头脑很活跃啊。 ” 大概是因为我经常大声说笑的缘故。 我常常认为，不能把研究工作当做一件很严肃的事情，应该把它当做一件有趣的事情去做。我这里说的有趣，是指精神上的放松，但内心仍然要认真对待。那种感觉就像和很在意的人见面时候的感觉一样。 美国的研究现场充满海阔天空的思维方式 我从小就十分乐观，自从到美国生活后，更加磨炼了我这方面的性格。在美国的这二十多年来，我在美国的研究现场有很深的体会，与日本相比，研究过程更加自由，更加豁达，

2、思路更加开阔。 在美国，研究者是通过竞争为自己争取研究经费的。负责分发经费的组织给出研究资金募集的条款，我们则根据这些条款提出研究的方案和完成所需要的金额，并进行申报。如果被采用了，便会获得研究经费。 在这些提供经费的组织当中，首当其冲的则数国防部的 DARPA 组织，它为用于技术开发的大学和企业提供的资金是最多的。DARPA 组织几年前曾经提出过一个奇怪的招募事项“征集只有用现在不知道的方法才能解决的项目提案” 。 对于这样的提案， 首先是要论证用现在已经知道的方法不能解决， 要是自己有什么新的想法，则要写上“可能解决 ”等这样的字眼。 曾经有人问：用数学方法解决的问题算不算呢？得到的答案是

3、：数学是一种现在已经知晓的方法，所以不能接受该提案。这样的征集简直就像是在骗人。 国防总部都是这样的。但是他们提供的资金却相当可观。一个项目的经费是以几亿日元为单位的。 不仅国防总部，就连我的大学，卡耐基 梅隆大学也是这样，每年也都要进行像“Wild Idea Fund”这样的项目征集。所谓“Wild Idea” ，就是不寻常的，甚至可以说是一些听起来很荒谬的想法。学校将向这一类的想法提供研究资金。 然而在美国社会，对这些荒谬、可笑，甚至荒诞无稽的想法，如果仔细考虑的话，会发现其中有值得认真去做的地方。 三维国家全景图、灰尘传感器、苍耳子 在美国，一年中收视率最高的节目应该是一月份播出的，在超

4、级碗举行的职业美式足球冠军争夺战。我在 2001 年 1 月开发了一套用于球赛转播的三维影像系统。这套系统是利用放置在球场四周的机器人摄像机，形成可以在观众周围环绕显示的影像。那种效果，就像是电影骇客帝国中高潮的那一幕。 2001 年“9 11”事件以后，全美国对保安和监视系统的兴趣越来越浓。 正是由于我发明了这套系统，所以就不断地有人问我能不能将系统扩充，制作出国家的三维全景图。 “如果要是在阿富汗境内放飞数万个带有超小型摄像机的气球，使之覆盖全境，从而形成山地的三维影像，不就能轻松找到拉登的藏身之处吗？” 还有人说：要是能散播几十万、几百万像灰尘一样大小的麦克风，不就能监听人们的脚步声或是

5、汽车的噪音等等各种各样的声音了吗？甚至还给出了如何收集监听信息和防止麦克风被吸尘器吸走的方法。他们还说：在灰尘上装上小镜子，飞机飞行的时候从空中向地面发射激光，灰尘就会被带动、调整镜子的方向，像西部剧中印第安人采用的通信方式一样，通过闪光以 1、0 传递信息。这个被他们称为灰尘传感器。 进一步想，在识别人的时候仅用监视器的话，如果巧妙化装一下就很难辨认了。要是可以散播像苍耳子一样的小机器人，就可以通过被粘着人的血液识别其 DNA 来进行辨认，诸如此类还有很多奇特的想法。 然而在美国，真的有人为这种想法提供研究资金。 好的构想正是来自于荒唐无稽的想法 如果你认为上述的那些事情无聊、 太傻， 那么

6、你一定是个认真的人。 认真的人做事情的时候，一定会尽力避免失败，一步一个台阶迈向成功。但是，为了产生出好的构想，发明出独创的技术，极端一些，可以说是荒唐无稽，通常我们称之为思想的飞跃。这一点，对于研究者是必不可少的。 而从现状出发，进行逻辑推理，最终得出结论。像这样的思考方法就很难实现飞跃。要想成功的话就直接从结论起步去做，也就是要从希望的结果开始做下去。这就是一种外行人的思考方法。 外行人也能做出“ 结果可能是这样 ”诸如此类的假设。但是，除非是经过训练的专家，否则要想证明“一定就是这个结果” ，则是非常困难的。 人工智能研究的始祖之一、图灵奖和总统奖章的得主、受人尊敬的卡耐基 梅隆大学的大

7、师级人物 A 纽维尔教授经常会满含热情地对学生讲： “世界上有这么多为什么呢？要是能解决那些问题该有多好啊像这样的问题。每一个问题都仿佛在呼唤着： 解决我吧！弄清我吧！ 像等待着恋人那样在等着我们这些研究者去解决它们。 ” 我们应该怎么回答那些问题呢？研究就是要针对那些问题，与自然、与天意进行交涉。 “我要这么解决。 ” 第 3 页 共 56 页 “原来如此，这样就行了。 ” “不行，会很麻烦，不要这样啊。 ” 在这样的交涉过程中，总结出结果，研究也就可能成功了。 第二节 有点幼稚、天真、牵强的想法 有些经过不断尝试终于成功解决的问题，后来发现解决过程完全没有按部就班进行，包括我在内，想必大家

8、都有过类似的经历吧。而在我们尝试过程中所产生的想法，甚至在本书中要列举的重大成就，其最初阶段的想法实际上都是有点幼稚、天真、甚至是牵强的，可以说是外行人的想法。但想要产生伟大的成果，没有知识和技术是远远不行的。 大陆漂移学说 20 世纪初期，德国气象学家 A 韦格纳有一次在远处看世界地图的时候突然发现，相隔大西洋的南美洲大陆东侧海岸线与非洲大陆西侧海岸线的形状极其相似。 如果剪开地图把大西洋拿走，并将两块大陆拼接起来，很不可思议地，对接得非常整齐。之后他就在想，是不是大陆原本就是连在一起的，而后分开，像冰山一样浮在海上移动形成了现在这个样子呢？这个就是著名的大陆漂移学说 。当时，大多数人都认为

9、大陆漂移学说是异想天开，不可信，他的学说也逐渐被忘记了。到了 20 世纪后半期， 地球板块移动学说 （地球表面是以几个板块为单位水平移动的）的出现和发展，才使得大陆漂移学说有了定论。 这真是富有戏剧性。 韦格纳的 大陆漂移学说 并不只是以地图剪下来能整齐拼接为依据的。他是一个科学研究者， 当然会进行一番研究， 并且发现两块大陆上都栖息着同种蜗牛等生物，还有很多岩石种类、冰河遗迹等证据。但是，大陆漂移在海洋之上这种外行人的想法，还是因为无法简单进行说明而没有得到人们的相信。 事实上，数年以后出现的地球板块移动学说 ，不能简单地说是大陆漂移学说的补充，它还揭示了海洋底部是以海洋中的海岭为轴线向两侧

10、不断扩大，不断生成。它是地球物理学中的一个崭新理论，当然，这个理论也是在对地磁的正确观察的基础上而得出的。 从刚开始的构想到最终的实践，我们能从这个例子中获取很多有用的启示。其实，很多人都会发现两块大陆的海岸线形状非常相似，特别是一些非科学研究者和小孩子。而把这种看似幼稚的观察结果与古生物学和地质学的知识结合起来，从而创立大陆漂移学说 ，就算是气象学家的韦格纳，也给人一种“外行人想法” 的感觉。与此同时， 地球板块移动学说则是从实践出发而上升到一个新的理论高度， 靠的是地球物理学中缜密、 专业的观察与理论。 海岸线长度不一致 通过互联网我们可以查出，日本海岸线的总长度是 34 000 km。但

11、这个数字准确吗？是怎么测量出来的呢？取出一份日本地图，用细线沿着海岸线描，绕一圈所需要的细线的长度再乘以地图的比例尺就能够得到海岸线的实际距离。这种做法想必大家都知道，但是大都没有自己尝试过这样做吧。 但有人却这么做过，他就是 IBM 沃森研究所的研究员，B 曼得勃罗博士。但奇怪的是，即第 4 页 共 56 页 使是同一个出版社的地图，测量出的结果也不一样。比例尺越大（更详细的、放大更多的）的地图得到的长度越长。到底什么样的结果是正确的呢？ 这个时候，如果谁一副万事通的样子解释说： “比例尺小的地图会省略细小的海岸线凸凹，所以得出的长度当然短啦！ ”然后，自己也恍然大悟“原来是这样啊” ，如果

12、大家都接受这样解释的话，那就没有曼得勃罗博士的发明了。 曼得勃罗博士将一定比例尺的海岸线凸凹放大， 发现它是由相同形状但比例缩小的凸凹反复重叠而成的。打个比方说吧，将东京湾的海岸线放大，发现它是由各个形状类似于东京湾的横滨港、东京港、千叶港、木更津港等的海岸线组成的。而横滨港也是一样，由更小的相似图形反复重叠组成的。像这种性质叫做自我相似（物体是由本身自我相似的几何物所构成的） 。而自我相似图形是没有特定长度的。 曼得勃罗博士把具有自我相似性质的图形（原本是数学研究的对象）命名为分形，从而创建出一个精妙的数学理论。现在，分形在以计算机图形学为首的各种领域里得到广泛应用，是一种非常重要的理论。

13、分形的发明，有赖于曼得勃罗博士对自己的实验充满坚定的自信。但最后的实现并不能靠单纯的观察，而是靠更高级的专业知识。 在研究的过程中如果没有数学这个专业工具是绝对不可能成功的。 内容宽泛的理论 麻省理工学院（MIT）的 M 明斯基教授是 MIT 人工智能研究所的创始人，并且长期担任所长一职， 是人工智能研究的象征性人物。 明斯基教授博学多才， 学数学出身却在神经生理学、计算理论学、心理学、物理学、电气工程学、机器人等众多领域有着很深造诣。他不仅在人工智能方面，而且在计算机的大部分领域都有着极大的影响。当然也曾获得过图灵奖。他最著名的成就是 20 世纪 70 年代初期发表的，有关于智能的一般说明性

14、的框架理论。 在这里没有必要赘述该理论的详细内容。但我想要说明的是，这个理论不仅应用在人工智能方面的研究，而且对于对象语言、代理等当今各种计算机的新技术及其发展，都产生了重大的影响。 明斯基教授在人的心理现象、神经回路构造、计算理论方面都有很深的造诣，所以他利用广博的知识，列举了很多例子与事实来说明其框架理论的正确性，的确具有很强的说服力。但是，仅就研究的问题来讲，这个理论与前面所述的分形不同，不是由严谨的数学理论所构成的，不能否认它多少有点含糊的成分。 那是 20 世纪 80 年代的事情， 有一次我参加一个会议的时候， 与明斯基教授和一个卡耐基 梅隆大学的研究生共进早餐。美国的研究学者有一个

15、特征，就是在饭桌上也不会停止讨论研究课题。那次也不例外。 席间，明斯基教授说： “有人说框架理论含糊，可自从我发表了这个理论以来，在自然语言解析领域里已经产生了 200 多篇使用框架的研究方法得出的博士论文， 这些成果怎么没有人第 5 页 共 56 页 说呢。 ”而后，那个研究生就问： “明斯基教授，可不可能以后发现了某种新的现象会证明您的框架理论不正确啊？” 像明斯基教授这样的大师与一个研究生边吃早餐、边面对面讨论问题的情景，也就是在美国才很容易碰到。明斯基教授兴奋地回答： “绝不可能！为什么这么说呢，因为框架理论中包含了神经生理学、计算理论学、数学、心理学等等目前所知道的理论。并且，这个理

16、论足够含糊，无论是什么新的现象都可以包括进来的。 ” 我当然没有见过韦格纳，但曼得勃罗博士和明斯基教授的话都是直接听他们本人说的。想必以后在说明这些理论的时候，为了使其精髓简单易懂，这些话会演变成例子或逸事。当然这其中可能会有编造和夸张的部分了。 但是，我们可以清楚地看到，这些科学家在思考问题的时候是多么单纯与天真啊！ 第三节 跳出现有的成功 作为一个研究人员，我的座右铭是“像外行一样思考，像专家一样实践” 。为此还拜托一位书法家挥毫泼墨写了这几个字并挂在屋子里做装饰。 我认为研究与开发的有效方式就是要像一个没有专业背景的外行人一样去发挥自己的思考方式，想出点子、创意，然后像专家一样缜密地将其实现。 但作为一个专家，要想他跳出自己的知识领域和以往成功的经验往往是非常困