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列传 · 纽厄尔(Allen Newell)

他与西蒙合作三十五年从未公开争吵,他用最后一口气讲完一套统一的心智理论。光芒不耀,但 AI 这门学问没有他就站不起来。

纽厄尔(Allen Newell,右)与西蒙下棋,约 1958 年

从物理学到 RAND

艾伦·纽厄尔(Allen Newell)1927 年生于旧金山,父亲是斯坦福医学院的放射学教授。他本想做物理学家,1949 年从斯坦福大学(Stanford University)毕业,又到普林斯顿(Princeton)数学系读研。但他很快发现,自己更感兴趣的不是物理或纯数学,而是人在做决策时究竟在做什么

1950 年,他离开普林斯顿,加入兰德公司(RAND Corporation)——一家受美国空军资助、聚集了顶尖应用数学家与系统分析师的智库。在 RAND,他研究空中交通指挥员的决策过程,参与组织行为模拟。他开始相信:人脑不是一团神秘的果冻,而是一种可以被建模的信息处理系统。

1952 年,西蒙到访 RAND,与纽厄尔首次相遇。两人聊起决策建模与符号操作,一拍即合。后来纽厄尔在回忆中写道:他与西蒙的合作是一种"罕见的精神共振",三十五年间几乎没有真正的分歧。

逻辑理论家:1955 年圣诞前夜

1955 年秋,纽厄尔正在 RAND 研究"如何编写一个会下国际象棋的程序"。这个想法把他推向了一个更根本的问题:怎么让机器进行任何形式的符号推理?

那年圣诞节前后,他与西蒙、加上 RAND 的程序员肖(Cliff Shaw),在 JOHNNIAC 计算机上写出了逻辑理论家(Logic Theorist, LT)。这是历史上第一个 AI 程序——它能自动证明罗素怀特海《数学原理》中的命题逻辑定理,最终证明了 52 条中的 38 条。

LT 引入了两个改写历史的概念:启发式搜索(Heuristic Search)和列表处理(List Processing)。为了实现 LT,纽厄尔、西蒙、肖共同开发了 IPL(Information Processing Language)——史上第一种支持递归与动态数据结构的编程语言,是后来麦卡锡 Lisp 的直接灵感。

1956 年夏天,三人带着 LT 走进达特茅斯会议(Dartmouth Conference)。在那场被后人奉为 AI 创世纪的聚会上,他们是唯一带着一台真正能跑的程序到场的小组。

GPS:通用问题求解的野心

1957 年,三人合作的第二个程序问世——通用问题求解器(General Problem Solver, GPS)。LT 是为命题逻辑定制的,GPS 想做更狂的事:把"求解任何问题"这件事抽象成一个统一框架。

GPS 的核心算法是手段—目的分析(Means–Ends Analysis)。给一个起始状态、一个目标状态,程序自动比较两者的差异,再从可用的"算子"中挑出能缩小差异的那一个,递归求解。GPS 后来被用于符号积分、几何题、河内塔(Tower of Hanoi)等多类问题。

GPS 当然不是真正的"通用"——它依赖人类预先把问题翻译成它能理解的状态空间。但作为一种思想范式,它定义了符号主义 AI 此后三十年的主旋律:搜索 + 启发式 + 符号表示

Human Problem Solving:把人脑当成程序来读

纽厄尔与西蒙没有止步于写程序。他们想用程序回头解释人脑。

1960 年代,他们做了大量心理学实验:让被试在解几何题、密码题、棋局时出声思考(think-aloud protocol),录下每一句话、每一次停顿,再把这些"口头协议"逐句对应到符号操作的步骤。他们发现,人类的高级思维过程,可以被惊人精确地拟合成一段程序。

1972 年,两人合著的《人类问题求解》(Human Problem Solving)出版。这本九百多页的巨著为认知心理学(Cognitive Psychology)确立了信息处理的研究范式——心智不是行为主义所说的"刺激—反应"黑盒,而是一台可分析、可建模、可程序化的符号机器。

物理符号系统假设

1975 年,纽厄尔与西蒙共同获得图灵奖。1976 年,他们用图灵奖演讲提交了一篇日后被反复辩论的雄文——《作为经验探究的计算机科学》("Computer Science as Empirical Inquiry: Symbols and Search")。

文章提出物理符号系统假设(Physical Symbol System Hypothesis, PSSH):

一个物理符号系统拥有产生通用智能行为的必要且充分的手段。

这是 AI 哲学史上最具号召力、也最具争议的一条命题。它一边为符号主义提供了形而上学的合法性,一边引来了无穷无尽的反对——从约翰·塞尔(John Searle)的"中文屋"思想实验,到 1990 年代连接主义的反扑,再到 2010 年代之后深度学习对符号路线的全面绕行。

但即便今天,当我们看着大语言模型一边学符号、一边学连续向量时,PSSH 仍然像一根钉在地里的桩——你可以绕着它走,却很难假装它不存在。

SOAR 与最后的纲领

进入 1980 年代,纽厄尔把全部精力投入到一个雄心更大的工程:SOAR(State, Operator, And Result)——一个统一的认知体系结构(Unified Cognitive Architecture),目标是用一套机制解释人类全部的认知活动:感知、问题求解、学习、长期记忆、技能形成。

SOAR 的核心是"chunking"——一种把求解过的子问题压缩为可调用单元的学习机制。这一思想与西蒙关于象棋大师"棋形模板"的研究遥相呼应。SOAR 不是某一类问题的解器,它是一套关于如何造出心智本身的规范。

1987 年,纽厄尔在哈佛主讲了 William James 系列讲座——心理学界的最高荣誉之一。1990 年,讲稿整理成书:《认知的统一理论》(Unified Theories of Cognition)。这本书是他一生思考的总集——他在书中明确说,这是"我学术生涯的最后一项重要工作"。

那时他已罹癌。他用最后的岁月,几乎不停歇地讲完、写完了这本书。1992 年 7 月 19 日,纽厄尔在匹兹堡去世,享年六十五岁。距离《Unified Theories of Cognition》出版只过了不到两年。

双子星

纽厄尔与西蒙的合作,在科学史上几乎找不到第二例。三十五年间,两人共同开创了三件大事:人工智能、认知心理学的信息处理范式、决策过程的计算模型。他们的论文常常署名 Newell & Simon 或 Simon & Newell——次序据说由抛硬币决定。

西蒙后来在自传里写道:"艾伦比我年轻十一岁,但他是我学到最多的同事。我们之间的争论,从来都是关于事实,从不关于谁说了算。"

在外人看来,西蒙更耀眼——他后来拿了诺贝尔经济学奖,写自传,做演讲,桃李天下。纽厄尔则更像一位深藏的合伙人,把心思都用在体系构建上。但每一个真正了解 CMU、了解 AI 史的人都知道:纽厄尔之于这门学问,就像张良之于汉室——出谋献策,统揽全局,光芒不耀,但不可缺。

代表性著作

年份作品意义
1956Logic Theorist(与 Simon, Shaw)历史上第一个 AI 程序
1957GPS(与 Simon, Shaw)通用问题求解的奠基尝试
1958IPL(与 Simon, Shaw)第一种列表处理语言,Lisp 的直接前身
1972Human Problem Solving(与 Simon)信息处理认知心理学的经典文本
1976"Computer Science as Empirical Inquiry"(与 Simon)提出物理符号系统假设
1990Unified Theories of CognitionSOAR 体系,统一认知架构的纲领

太史公曰

太史公曰

纽厄尔之于 AI,犹张良之于汉——不立战阵之上,却定庙堂之计。他与西蒙合作三十五年,写出了 AI 的第一个程序,铸就了认知科学的信息处理范式,提出了物理符号系统假设——这条命题至今仍在被学界辩论。世人多记得西蒙的双冠桂冠,少有人记得每一项工作的署名都有 Newell。这不是命运不公,而是他从来不在乎这件事。他在乎的是:能否用一套统一的体系,解释心智的全部?为此,他把生命的最后岁月用来讲完《Unified Theories of Cognition》——一个学者用尽气力交出的纲领,像古之大儒在病榻上口授未竟之书。今天的深度学习正在绕开符号主义,但 SOAR 提出的问题——"心智是否需要一个统一的架构"——仍未被回答。AI 终究还会回到他的问题上来。

亲历者说

征集中

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参考资料

  1. Newell, A., Shaw, J. C., & Simon, H. A. (1957). "Empirical Explorations of the Logic Theory Machine: A Case Study in Heuristic." Proceedings of the Western Joint Computer Conference, 218–230.
  2. Newell, A., & Simon, H. A. (1961). "GPS, A Program That Simulates Human Thought." In Lernende Automaten, Munich: Oldenbourg.
  3. Newell, A., & Simon, H. A. (1972). Human Problem Solving. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.
  4. Newell, A., & Simon, H. A. (1976). "Computer Science as Empirical Inquiry: Symbols and Search." Communications of the ACM, 19(3), 113–126.
  5. Newell, A. (1990). Unified Theories of Cognition. Cambridge, MA: Harvard University Press.
  6. Laird, J. E., Newell, A., & Rosenbloom, P. S. (1987). "SOAR: An Architecture for General Intelligence." Artificial Intelligence, 33(1), 1–64.
  7. Simon, H. A. (1991). Models of My Life. New York: Basic Books.
  8. Laird, J. E., & Rosenbloom, P. S. (1992). "In Pursuit of Mind: The Research of Allen Newell." AI Magazine, 13(4), 17–45.
  9. McCorduck, P. (2004). Machines Who Think (2nd ed.). Natick, MA: A K Peters.