1、 自然辩证法课程论文 论文名称： 自然辩证法和 模式识别 姓 名： 学 号： 老 师： 所在院系： 计算机科学与技术学院 专 业： 计算机科学与技术 E-mail： 摘要 自然辩证法，原本是 19 世纪中叶由恩格斯在概括和总结自然科学最新成果的基础上创立的一种自然哲学理论。是人类自然观、自然科学方法论和科学技术观发展中的划时代变革 。而模式识别是人工智能的一部分，在未来是信息化、智能化、网络化的时代，模式识别将得到更大的发展，具有广阔的应用前景，必将成为改变人们生活、工作与思维的大变革。 本文主要阐述了模式识别中的自然辩证法问题。首先介绍了自然辩证法和模式识别；之后，结合自然辩证法的观点阐述了
2、模式识别中的哲学问题，说明了模式识别中体现的辩证法思想，用自然辩证法关于量变到质变的原理去指导模式识别的研究并促进其健康发展；最后指出模式识别的发展离不开辩证法的指导。 关键词：自然辩证法；计算机学科；模式识别 1、 自然辩证法与科学实践 1.1 自然辩证法 自然辩证法，是 19 世纪中叶由恩格斯在概括和总结自然科学最新成果的基础上创立的一种自然哲学理论。 是马克思主义的自然观和自然科学观的反映。体现马克思主义哲学的 世界观、认识论、方法论的统一，是马克思主义哲学的一个组成部分。自然辩证法研究的内容主要有两大方面：一是自然观，即对自然界辩证法的研究；一是自然科学观，即对自然科学辩证法的研究。
3、自然观是人们对自然界的总体看法和根本观点。 其中包括物质观、运动观、时空观、信息观、系统观、规律观以及自然发展史和自然界各种运动形态的划分、联系、交错、转化等等 。这就要求 探讨辩证法的基本规律和范畴 ， 把辩证唯物主义自然观提高到同自然科学的新发展、新思想相适应的现代水平。 自然科学观主要从马克思主义认识论、方法论方面研究自然科学认识过程、认识方法和自然科学认识发展的规律。从马克思主义社会历史观方面研究作为社会现象之一的自然科学在社会中发展和发挥作用的规律。 自然辩证法科学地解决了人与自然的关系问题， 以现代全新的自然观作为思想基础内在地蕴涵了一种新的科学的发展观，学习和运用自然辩证法将有助
4、于我们搞清科学和哲学的关系，从而更加清楚地认识科学的本质和发展规律，更加全面的观察思考问题。 1.2 自然辩证法与科学实践 自然科学本质上是实验的科学 , 科学认识活动是感性实践和理性建构的统一。恩格斯说 :“单凭观察所得的经验 , 是决不能充分证明必然性的”。在科学实验没有产生以前 , 自然科学研究只能停留在自然哲学的思辨水平上 , 难以深入系统地认识自然对象的本质 , 科学活动只是表现为一种理性活动。科学实验的产生是近代科学的起点 , 而科学仪器是科学实验的物质手段。科学活动和技术活动是统一的 ,理论活动和实验活动难以区分。科学不仅表现为一种理性活动 , 同时也是一种实践形式 , 在当代科
5、学认识体系中 , 既存在一个相对自主发展的理论研究纲领 , 同时还存在一个同样也是相对自主 发展的实验研究纲领 。就是说 , 科学实验既受理论的指导 , 又具有相对的独立性 , 理论和实验之间是相互作用共同进化的。因此 , 对科学的理解中 , 要对科学理论和科学实验给予同等重视。 自然辩证法的科学观和方法论 , 不仅要重视对科学理性方法、科学价值观的研究 , 还应该重视对科学实验、科学活动的结构及运作机理的研究 , 把科学实践的观点引入到内容体系中去 , 加强重视对科学实践方法论的研究。 2、 模式识别 2.1 模式识别简介 模式识别（英语： Pattern Recognition），就是通过
6、计算机用数学技术方法来研究模式的自动处理和判读。我们把环境与客体统称为 “模式 ”。随着计算机技术的发展，人类有可能研究复杂的信息处理过程。信息处理过程的一个重要形式是生命体对环境及客体的识别。 人们在观察事物或现象的时候，常常要寻找它与其他事物或现象的不同之处，并根据一定的目的把各个相似的但又不完全相同的事物或现象组成一类。人脑的这种思维能力就构成了 “模式 ”的概念。为了强调从一些个别的事物或现象推断出事物或现象的总体，我们把这样一些个别的事物或现象叫作各个模式。也有的学者认为应该把整个的类别叫作模 式，这样的 “模式 ”是一种抽象化的概念 。 模式识别是人类的一项基本智能，在日常生活中，
7、人们经常在进行 “模式识别 ”。随着 20 世纪 40 年代计算机的出现以及 50 年代人工智能的兴起，人们当然也希望能用计算机来代替或扩展人类的部分脑力劳动。 (计算机 )模式识别在 20世纪 60 年代初迅速发展并成为一门新学科。模式识别是指对表征事物或现象的各种形式的 (数值的、文字的和逻辑关系的 )信息进行处理和分析，以对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程，是信息科学和人工智能的重要组成部分。 2.2 模式识别的 研究进 展 早期的模式识别研究着重在数学方法上。 20 世纪 50 年代末， F罗森布拉特提出了一种简化的模拟人脑进行识别的数学模型 感知器，初步实现了通过给定类别的
8、各个样本对识别系统进行训练，使系统在学习完毕后具有对其他未知类别的模式进行正确分类的能力。 1957 年，周绍康提出用统计决策理论方法求解模式识别问题，促进了从 50年代末开始的模式识别研究工作的迅速发展。 1962年， R纳拉西曼提出了一种基于基元关系的句法识别方法。付京孙 (K S Fu）在笮的理论及应用两方 行了系统的卓有成效的研究，并于 1974 年出版了一本专著 句法模式识别及其应用。 1982 年和 1984 年， J荷甫菲尔德发表了两篇重要论文，深刻揭示出人工神经元，网路所具有的联想存储和计算能力，进一步推动了模式识别的研究工作，短短几年在很多应用方面就取得了显著成果，从而形成了
9、模式识别的人工神经元网络方法的新的学科方向。 模式识别研究主要集中在两方面，一是研究生物体 (包括人 )是如何感知对象的，属于认识科学的范畴，二是在给定的任务下，如何用计算机实现模式识别的理论和方法。前者是生理学家、心理学家、生物学家和神经生理学家的研究内容，后者通过数学家、信息学专家和计算机科学 工作者近几十年来的努力，已经取得了系统的研究成果。 由于模式识别具有广泛的应用价值和发展潜力，因次模式识别受到了人们极大的重视。尤其是随着现今的计算机及其外部硬件环境的不断提高 , 科技不断发展，从事模式识别的研究的人员也越来越多。因此在国内外都有许多政府机构、公司、大学、研究所等正在致力于此领域的
10、研究当中。目前模式识别已经在天气预报、卫星航空图片解释、工业产品检测、字符识别、语音识别、指纹识别、医学图像分析、数字水印技术等许多方面得到了成功的应用。 模式识别从 20 世纪 20 年代发展至今，人们的一种普遍看法是不 存在对所有模式识别问题都适用的单一模型和解决识别问题的单一技术，我们在现拥有的只是一个工具袋，所要做的是结合具体问题把统计的和句法的识别结合起来，把统计模式识别或句法模式识别与人工智能中的启发式搜索结合起来，把统计模式识别或句法模式识别与支持向量机的机器学习结合起来，把人工神经元网络与各种已有技术以及人工智能中的专家系统、不确定推理方法结合起来，深入掌握各种工具的效能和应有
11、的可能性，互相取长补短，开创模式识别应用的新局面。 2.3 模式识别研究方法 决策理论方法 又称统计方法，是发展较早也比较成熟的一种方法。 被识别对象首先数字化，变换为适于计算机处理的数字信息。一个模式常常要用很大的信息量来表示。许多模式识别系统在数字化环节之后还进行预处理，用于除去混入的干扰信息并减少某些变形和失真。随后是进行特征抽取，即从数字化后或预处理后的输入模式中抽取一组特征。 句法方法 又称结构方法或语言学方法。其基本思想是把一个模式描述为较简单的子模式的组合，子模式又可描述为更简单的子模式的组合，最终得到一个树形的结构描述，在底层的最简单的子模式称为模式基元。在句法方法中选取基元的
12、问题相当于在决策理论方法中选取特征的问题。 统计模式识 别的基本原理是：有相似性的样本在模式空间中互相接近，并形成 “集团 ”，即 “物以类聚 ”。 在统计模式识别中，贝叶斯决策规则从理论上解决了最优分类器的设计问题，但其实施却必须首先解决更困难的概率密度估计问题。BP 神经网络直接从观测数据 (训练样本 )学习，是更简便有效的方法，因而获得了广泛的应用，但它是一种启发式技术，缺乏指定工程实践的坚实理论基础。 2.4 模式识别的发展趋势 模式识别技术是人工智能的基础技术， 21 世纪是智能化、信息化、计算化、网络化的世纪，在这个以数字计算为特征的世纪里，作为人工智能技术基础学科的模式识别技术，
13、必将获得巨大的发展空间。在国际上，各大权威研究机构，各大公司都纷纷开始将模式识别技术作为公司的战略研发重点加以重视。 语音识别技术正逐步成为信息技术中人机接口的关键技术，语音技术的应用已经成为一个具有竞争性的新兴高技术产业。中国互联网中心的市场预测：未来5 年，中文语音技术领域将会有超过 400 亿人民币的市场容量，然后每年以超过30%的速度增长。 生物认证技术本世纪最受关注的安全认证技术，它的发展 是大势所趋。人们愿意忘掉所有的密码、扔掉所有的磁卡，凭借自身的唯一性来标识身份与保密。国际数据集团（ IDC）预测：作为未来的必然发展方向的移动电子商务基础核心技术的生物识别技术在未来 10 年的
14、时间里将达到 100 亿美元的市场规模。 数字水印技术 是 90 年代以来才在国际上开始发展起来的最具发展潜力与优势的数字媒体版权保护技术。 IDC 预测，数字水印技术在未来的 5 年内全球市场容量超过 80 亿美元。 3、 模式识别中的自然辩证法 3.1 科学技术哲学 自然辩证法所研究的对象已经不完全是纯粹的科学技术，而扩展到了科学技术与社会的相互关系上。 这是因为，一方面，由于 20 世纪中叶以来新的科学技术革命促进了 科学技术日益社会化，作为人与自然的中介的科学技术已不单纯是认识和改造自然的工具， 而成了社会中的科学技术。 科学哲学。 是对科学的哲学反思。 它以（自然）科学为研究对象，通
15、过科学的本质、 目的、结构、功能、方法、标准、概念、定律和理论的哲学审视，探讨科学的认识论和方法论， 揭示科学发展的机制和图景，基本内容涉及科学的本质特征、科学与非科学的划界、科学与伪 科学的分界、科学发现与证明的逻辑、科学检验与评价、科学进步与科学合理性、科学发展的模式以及自然科学前沿的哲学问题。 技术哲学。 以技术为研究对象，是对技术的哲学思考，主要从人与自然的关系、人工自然的角度研究技术的本质和特征，分析技术的组成要素和各要素之间的结构，揭示技术进步的内在机制，探讨技术发明、技术创新的方法论问题，阐明发明创造、工程设计、技术试验的一般特点。 3.2 模式识别 与自然辩证法 模式识别作为人
16、工智能的一个重要分支，从理论探讨到实际应用，产生了非常丰硕的理论结果和并在许多地方得到了实际应用。一门 学科的发展最终将会产生一系列该学科独到的思想，这些思想影响着人们的思维方式，价值观，并最终丰富于哲学思维。 物理世界和自由意识 模式识别从发展到现在，得到应用的产品都是决定性系统。决定性系统是指一个模式刺激在同一时刻只能让该系统产生同一反应。哪怕是一个不断学习的模式识别机器，在停止学习的时刻，也是一个决定性系统。其优势仅仅在于可以根据时间的发展不断地自身进行提高而已。但是人类的自由意识却并不是一个决定性系统。同一个刺激对同一个人，在同一时刻引起该人的反应却并不一定相同。 工具主义与模式识别
17、尽管以目前的决定 性计算机无法设计出具有真正意识的机器出来，但是这并不妨碍我们对模式识别进行理论上的研究和应用上的创造。其中的原因就在于工具主义这个影响极为深远的科学思想，这个思想被牛顿发扬光大。 人们总是在不断地认识自然、改造自然。在此过程中，必然会发现各种问题，对其产生种种困惑与怀疑，进而进行科学探索，以期能加以解决，一部科学发展的历史就是科学家们不断地提出科学问题有不断地解决问题的历史，只要存在着人与自然的矛盾，就会形成科学问题，旧的问题解决了，新的问题又在孕育之中，引导着科学家不断进行探索，人类的认识就会不断走向深入 ，这部历史也就会不断地写下去。 结语 模式识别是指对表征事物或现象的
18、各种形式的信息进行处理和分析，以对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程 ， 它是信息科学和人工智能的重要组成部分 。智能终端，智能手机、智能电视等产品的应用开发。这些都离不开模式识别，而且目前的模式识别技术还不够成熟，有待于更进一步的研究，在今后的社会需求和科学研究中，模式识别将会有更加广阔的舞台。 对于我们身处这个行业的计算机人员来说，做好准备，迎接这个时代的来临！ 致谢 首先感谢程妍老师，程妍老师生动的讲解和精炼的内容使我受益匪浅，不仅培养了理我以自然辨证法的观点去分析我的专业问题，还使我对以后的工作和生活有了更深刻的认识。另外要感谢本文所参考的文献的作者和相关网站。最后还要感谢在我
19、写论文过程中提供无私帮助的人们。 参考文献 1. 恩格斯 . 自然辩证法 M. 人民出版社， 1971. 2. 曾国屏 . 科学技术进步与自然辩证法的发展 J. 清华大学学报 (哲学社会科学版 )， 2004 年第 1 期 . 3. 史海成 ， 王春艳 ， 张媛媛 . 浅谈模式识别 ;J. 今日科苑 ， 2007 年 22 期 . 4. 边肇祺，张学工 . 模式识别 (第二版 )M. 北京清华大学出版社， 1999.12. 5. 李弼程，邵美珍，黄洁 . 模式识别原理与应用 M. 西安电子科技大学出版社，2008.2. 6. 陈其荣 . 当代自然辩证法的新范式：科学技术哲学 J. 华南理工大学学报（社会科学版）， 2000 年 2 期 .
