一种基于时空共现的事物表征方法与流程

1.本发明属于属于信息处理领域，适用于机器学习中建立真实事物的数字化表达模型，或基于现象与事实的模拟电路人工智能建模。


背景技术：

2.从本质上说，事物被某种方式描述后成为该事物的表达，称之为信息，并以一定的介质和形式来存储。以信息形式表达的事物不具有其所指代的事物的物理特性，为了实现其指代对象的物理能力，需要助外界系统，即一个有用的信息系统必须具备信息表达、信息传输、信息处理与信息响应三方面的能力。信息表达使事物进入信息空间，信息传输与信息处理属于信息空间内的操作，而信息响应使信息又回归到其所指代的物理空间。实际上，这样一个完整的信息系统是物理作用的模拟与实现。信息可以通过语言、文字符号、数字与数字电路、物理量与模拟电路、物理作用等来表达。其中物理作用是将自然过程看作信息系统时的信息表达与信息处理。
3.2.1.数字化表达模式
4.在物理学中对简单系统能做到使用数据和运行模型就能比较准确地表达其运行过程，涉及的数据也简单，运用符号运算就能完成，其信息与处理一般表现为文本形式。当涉及的对象关系较复杂时,常常使用复杂的图或网络结构来建模，而当同时涉及的对象较多时，需要高阶相互作用的建模。
5.2.1.1复杂事物的网络表达模式
6.网络模型将复杂系统表示为离散的节点及其成对关系(边)的集合，从而构成图。节点间的连接模式构成了网络的拓扑结构，通过网络分析方法来从局部视角或全局视角来探索网络的运行机制与运行结果。网络分析法可以应用于大脑生理学的多个时空尺度，并且可以用来分析各种数据类型，如细胞水平网络、基因表达图谱以及结构或功能神经成像数据。
7.在神经科学领域，多层网络、网络生成模型、网络控制理论是三个非常实用的多维网络分析工具。通过这三个工具可以生成具有特定过程或机制的网络模型。在二维图形表达的网络中添加额外的维度(如时间或数据模式)来扩展这种静态表示，就可以生成多层网络。生成网络方法可以用来研究大脑网络演化机制。在研究中根据预先定义的网络模型与规则来模拟网络的生长演化，然后将其与真实的大脑网络进行比较，以探索大脑运行机制。网络控制理论提供了一个大脑如何基于底层结构来控制大脑激活模式的解释。这样的网络模型中，信息通过节点和(或)边的权重来表达，深度神经网络用通过机器学习获得的权重分布来表达问题、知识及其解决方案。
8.网络模式的信息表达与处理将问题和解决的输入划分为：符号化的信息和结构化的网络模型，并通过程序化的处理流程完成计算，生成的结果表达形式与输入相同。深度网络、知识图谱、脉冲神经网络、图神经网络是网络模式的具体应用。图论是模拟现实世界网络结构的有效工具。
9.2.1.2复杂事务的超图表达模式
10.在寻找大数据之间的联系时，图论有其局限性。图将每一种关系表示为二元组或成对的交互。然而，许多复杂系统不能只用成对的连接来表示，比如二元组无法捕捉群体影响，也无法表达多对象间的耦合关系。数学家和计算机科学家使用高阶相互作用这个术语来描述群体动力学(而非二元连接)影响个体行为的复杂方式。学术领域以多种形式推广图论的方法，以探索高阶现象。在寻找高维结构的过程中，提出了超图(hypergraph)的概念，它有“超边”(hyperedge)而不是边。超边可以连接多个节点，这意味着它可以表示多路(或多线性)关系。边可以看作是一条线，而超边可以看作是一个面，就像一块防水布钉在三个或更多地方。图是超图的一个投影。
11.拓扑学通过单纯复形来分析超图。在拓扑学中，单纯复形的特殊类型的子集本身也是单纯复形，因此具有相同的性质。如果对超图也是如此，那么子集将包括其中的所有超边——包括所有嵌入的双向边。基于图神经网络发展出了单纯型神经网络(simplicial neural networks)，使用高阶复形拓展了图神经网络方法，以找到这些高阶相互作用。
12.从信息表达视角看，超图扩展出了一种新的信息表达模式，即信息可以表达在图的子集上，即充分利用结点、边、子图等结构来表达事物之间的高阶复杂关系。尽管提出了扩展图论的一些尝试性途径，网络科学领域依然面临着为高阶相互作用寻找新规则的挑战。
13.2.2模拟量与模拟电路表达模式
14.尽管数字电路在信息处理上具有极大的优势，但在智能上逐渐触碰到天花板。模拟电路是未来驱动人工智能的一种选择，世界各地的研究团队正在越来越多地开发支持此类模拟人工智能的新设备。从理论上讲，模拟电路可以用更少的能量进行这些计算。这种被称为模拟ai、内存中计算或内存中处理的策略通常使用非易失性存储器设备(如闪存、磁阻ram(mram)、电阻ram(rram)、相变存储器(pcm)等)来执行这些乘法累加操作。
15.在技术上，基于镨钙锰氧化物电化学ram(ecram)设备的模拟神经网络，以电导变化的形式存储数据，针对的是神经网络硬件在训练期间和应用期间不同的需求：低能量屏障有助于神经网络快速学习，但高能量屏障有助于它们保留所学知识，以便在应用过程中使用。为了实现所希望的模拟行为，即所有这些磁畴在外加电场的作用下缓慢地向上或向下排列，而不是出现一个失控的过程，采用多个介电层物理分解铁电超晶格结构，以减少这种失控过程。
16.尽管模拟电路使用了物理模拟方法，但背后的理论还是数值计算，只是应用连续物理量操作替代离散的数值操作，因为模拟的是乘法与累加操作，只是在速度和能耗上有优势。
17.2.3基于物理作用的直接表达模式(自存在环图表达)
18.本发明基于自存在思想，提出了一种新的表达复杂事物关系与运行的图结构。同图、超图的信息表达相比，自存在闭环图将信息表达在一个有向闭环上，这个闭环即可以看作一个对象，也可以看作一个过程、一个现象，其中的每一个环节可以表达该闭环代表的自存在，从闭环分叉延伸出去的环节代表该自存在的对外作用关系。通过自存在运行结构实现彻底的基于物理的世界运行模拟，内部不需要基于数字计算的理论与原理。
19.2.4信息作用机制——不同表达模式对应的物理响应
20.信息与共识是一体的，信息基于共识而存在，并通过信息的交互来扩大共识。信息表达是基于共识的表达，信息的复现(复现其代表的作用)也必须基于共识。共识有多种形式、多个层次，是底层的结构功能对信息表达及其作用的支撑。
21.自然相互作用推动世界自然运行，在自然运行中不存在表达和复现问题。而当要通过一种抽象的中介(信息)方式来表达和复现事物时，会因表达模式不同，事物相互作用的复现模式也不同。如何表达世界的运行存在两个视角：
22.①
观察者视角。用符号或结构指代事物及其状态，通过一套处理规则来表达事物作用与运行。表达目的在于观察者之间交流，表达基础是信息共识(表达与处理共识)。目前的数字计算系统理论与实践都是基于该视角下的。其中计算基于的物理作用与其表达的内容是脱离的，即可以用“一次算珠的拨动”表达“两个羊群的合并”。
23.②
事物独立运行视角。事物内部自己表达自己，用处于一体运行之内的一个相似(或伴生)事物运行来表达另一个事物运行，也可以是事物内部的一个环节表达其它环节。这种表达直接基于世界运行规律，无需额外共识。这种视角下的计算过程就是事物的运行过程，例如两个半杯水倒在一起变成整杯水。大脑最有可能是采用了该视角的世界表达。然而直观看，大脑内部的活动与外部世界活动并没有处于同一个事物运行内部，本发明提出的自存在是建构二者之间表达的通道。。


技术实现要素：

24.本发明所要解决的技术问题：针对现有的信息表达方法不容易被机器所识别或模拟的问题，提出了一种新的信息表达方法。
25.本发明借用了自创生概念，进行了抽象与泛化，从一个独特的存在视角兼容世间一切事物运行，形成了自存在的概念。认为世间一切存在皆是因为其能够存在，其能够存在的原因在于其背后能够使其存在的结构，而该结构就赋存于该存在自身内，所以称其为自存在。这里的自存在是一个时空结构，该结构在运行时具有维持该结构存在的功能。
26.在本发明中自存在表现为有向闭合环。借助有向闭合环实现自存在的形式化表达，同时视一切交互作用为自存在闭合环的内部环节。自存在的唯一特性是时空结构具有一定的稳定性，因而在实际应用中，自存在可以以共现来定义，即一个时空内的场景、对象、特征、过程、现象的共现称之为一个自存在。借助共现来构建多层级、多场景的自存在，即一次时空共现即为一个自存在，共现自存在闭合环可以由多个自存在环构成。
27.自存在中作用相同的环节表达在相同或相近的位置。多个自存在构成一个更大的自存在，一个自存在可以分解为多个自存在。自存在环层层嵌套构成自存在图。由环成图构建起事物运行的表征模式。最小的自存在是相互作用，最大的自存在是世界运行本身。
28.自存在将信息表达在环上(而不是节点上、边上)，其最大优势是将信息的表达与作用一体化，为信息系统与感知系统、响应系统一体化奠定理论与实现基础。自存在模式实现了抽象多义性的自然表达、语义自然演化以及个性化表达。
29.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
30.一种基于时空共现的事物表征方法，将表征事物的符号或文字用一个带节点和箭头的圆弧圈住构成一个自存在环，不同的自存在环之间用带节点和箭头的弧连接。一个结点可以连接一段或多段弧，从该结点发出或接入的弧连接另一个结点。一条弧可以在任何
地方切割成首尾相接的两条弧。弧可以由一个闭合环替换。从一个节点出发经过一个或多个带箭头的弧后回到该节点，称为一个闭合环。自存在环表达事物或事物的特征，闭合环及闭合环连接的自存在环共同表达事物及其运行。
31.自存在在物理本质上是“结构-功能”的封闭，即一个时空结构具有维护该时空结构的能力。从内部作用上看它构成一个闭合的环。自存在由自存在闭环图表达。自存在环图特征与构建原则如下:
32.1.自存在环图由有限个有向闭环构成的连通图，其中没有不在闭环上的弧。自存在环图中的任何一个环都表示一个自存在。自存在环图中的结点不表达任何对象，只表示自存在中两个作用环节的前后相续。一个结点可以扩展为一段或多段弧，从该结点发出或接入的弧可以连接到扩展后的任意结点，不影响其意义。
33.2.不同层级的场景、对象、特征、过程、现象都可以是自存在，由多个自存在有机组成的共现也是自存在。
34.最简单的自存在环图由单一环节构成。它可以表达一个最简单的自存在，也可以是高度概括的自存在。
35.3.闭环上的一条弧可以在任何地方切割成首尾相接的两条弧；
36.4.任何一条弧可以由一个闭合环替换；
37.5.两个图之间可以通过一对反向的弧连接形成一个联通图；也可以通过一个多环节的闭合弧连接；
38.6.在图中添加一条弧，只要存在有与其首尾相接而闭合的弧。
39.本发明的有益效果：
40.通过自存在实现的基于共现的事物表征，从理论和实践上奠定了认知空间与物理空间建构的同一。为脑科学、认知科学提供新的参考框架，自存在时空结构可以自然地表达因果、联想、记忆、回忆等认知行为；事物的自存在表征实现多语义的自然兼容，其具体语义在运行中体现。为人工智能的发展提供了新途径，基于自存在环图的深度网络在结构和运行上更接近生物脑。自存在表达与大脑表征有着深层次的一致性：
41.从事物与意识关系来看，事物真相并不可知，我们只是将形成最初意识的认知当做事物本身，所知所感对象全是意识，也就是说“事物”指的就是形成底层意识的认知所表征的事物，是一种意向性的“对象事物”。
42.所谓的事物由各种对象组成，这里的“对象”尽管在生活中能够正常使用并以之交流，深入深究的时候就会发现各种对象概念没有确定的边界与定义，因为对象概念本来就是意识构造的产物，不具完备性，只有回到事物本身时才是明确的。所有“对象事物”与“命名概念”只有借助大脑网络的运行才具备明确的实际意义。
43.从对象的意识表达来说，物理事物是各种场作用下形成的各种“异同”的演替；相应地，意识是在感知与行动下形成的事物对象的神经网的不断重构。意识对象是事物分化的内在抽象，在感知与行动上意识与意向的事物是耦合一体的。思维中的意识对象是思维的结果，而不是思维的源头(世界本不存在对象)，然而当使用认知成果(对象、概念、理论等思维成果)来表达形成认知本身的机制与结构时，我们处于难堪的境地(就如面条要想明白压面机的机理)，因为我们并没有可直接参考利用的模型。猜测与尝试是唯一可能的创造性途径，只有通过创造性途径制造出具有意识共鸣的结构体，并且其逻辑结构与表现特征与
人脑相似，才能证明我们对意识机理的设计是正确的。大脑网络的运行结构中没有我们正常使用的概念与符号，只存在各种神经网络形成的回路结构。本发明设计了基于回路的事物对象表达结构。
44.维特根斯坦在其《逻辑哲学论》说“世界是由事实构成的，而不是由事物构成的”。实际上就是从无对象的纯作用关系视角观察世界的运行，这种视角将认知动力与认知表征的统一。自存在就是基于这样的视角来将一切事物(实物、特征、运动、现象、过程等)同一表达，看到的是各种关系、作用及其运行。事物的运行蕴含于结构关系中，结构即信息、运行即解释。事物的自存在表征实现了表达与运行的同一。自存在的连接关系表达其时空结构信息(即信息不在结点与边上，而是表达在闭合环上)，循有向环的运行就是该信息的激活与向外作用。从相互作用角度看，信息是作用或潜作用，信息内容体现在过程或物质的时空结构状态中。
45.在“对象-属性”表达中，数据是通过人为定义的符号和符号操作来表达信息，并借助人为定义来实现其意义。所以数据可以理解为以人为中介的信息，在使用上是自然作用及潜作用的抽象。自存在表达摆脱了人为的干预，是对人脑运行机理的模拟。
46.本发明中，将信息理解为“持续的存在结构”对应于事物一切作用(action)，而不是对应于事物的概念对象(things)，更不是简单的符号(string)。即，这里认为“河流”不是以河道、流水等简单形式存在的，而是存在于水与地面持续的相互作用中(水冲蚀地面形成沟槽，冲涮或淤积河道，河道约束与导引水流)。
47.自存在背后的哲学思想契合整体论，并在具体实现上契合还原论，两种科学方法论的结合为社会与科学实践提供了新的进路。。
附图说明
48.图1是采用本方法表征一个自存在的示例。
49.图2是自存在联通图的具体示例。
50.图3是自存在族的具体表达示例。
具体实施方式
51.理论基础
52.【自存在的提出】在尚未研究清楚世界为何存在之前，可以研究的是“事物中的对象如何存在？”其中一种理论是自生系统论由智利的生物学家弗朗西斯克
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瓦雷拉(francisco varela)和洪贝尔托
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梅图拉纳(humberto maturana)于20世纪70年代所提出，这个概念表达了结构与功能的互补性，即结构具有维持该结构存在的功能。自创生系统因其结构特征而能够存在，一切生命均具有该结构，涌现现象也具有该特征，这种“能存在”结构是本发明设计的起点。事物对于主体来说，真正的存在是能与之交互的存在，因而交互作用的持续才是真正的存在。一组作用关系首尾相连构成闭合结构后就具有天然的自维持特性，称之为自存在。
53.【自存在与观察研究】自存在具有闭合性，即只有交互作用中的环节才能感知其存在，因而感知、理解自存在者已在自存在中，也就是说，只有处于一个自存在内部，是自存在的一部分，方能感知、理解该自存在。通常所说的“观察者观察理解外部事物”这一表达中自
存在是由观察者与外部事物之间通过指向内部的观察与指向外部的预测构成的感知理解回路。对观察的预测位于观察者内部，但指向外部，形成所谓的理解。该自存在并不是观察对象那个自存在，但是可以用来指代那个观察对象(我们只知道存在观察，并不确定有观察对象存在，我们只是相信有个对象存在，比如彩虹)。科学就是通过各种观察手段发现、推测、证实事物中的自存在作用过程。
54.【信息与共识】从信息和信息处理的视角看，世界本身是一个巨大的信息系统，称之为“自然信息系统”。自然信息系统可以看作一种非符号化的信息处理系统，其运行规则(相当于数学中的运算规则、社会交流中的共识)就是自然规律，任何事物间均能直接交互(其交互亦表现在作用与过程中)。这样的自然信息系统是全信息的，而我们创造的信息系统只是取了其中特定的部分，基于某种附加共识来完成计算、解释与交流。比如珠算，只使用了算珠的位置信息，手指与算珠的拨动作用、算珠在算盘档上的滑动摩擦作用等都被计算所忽略；而对算珠运算和信息的解读也必须通过人为规定来完成。从大的方面区分，信息有两种表达形式：符号化表达(符号的意义通过共识赋予，需要共识来解释)、时空结构自表达(无需解释或者说作用现象和现象本身即解释，共识是自然规律)。虽然符号本身也是一种结构，因为不能自我解释而必须依赖创建与使用符号者，比如边疆对面烟尘滚滚、人马飞扬、手持利器而来，就能直接判断敌人来了(行为即解释，无需额外共识基础)；而边疆上升起的狼烟要代表敌人来了却必须借助预先达成的共识(狼烟就是敌军来犯的共识符号)。
55.【去共识】数字化信息系统中的信息是一种符号和结构的混合表达形式，其中的程序流程、网络结构、图结构、超图结构、矩阵结构、视频流、音频流等具有时空结构信息表达特征。符号的使用越少，人的介入就越少(因为符号在究竟意义上需要人的解释，或者当符号能够自己解释自己时(这样的符号已经属于时空结构了)才不需要人的介入)，其形成的智能就越接近自然智能，实际上从人工智能的演化也可以看出这样的规律，最早的专家系统基本是纯符号的运算，其解释性好，但没有泛化智能；基于深度网络的人工智能其网络结构达到几百层，参数达到万亿级别，具有较强的泛化智能，但可解释性很弱。本发明提出的自存在表达形式就是信息的一种无符号表达形式，即直接通过自解释时空结构来表达。
56.【自存在信息与运行的统一】本发明摒弃事物的对象化描述模式，建模的不是一般意义上的实体对象，而是以事物间的作用为基本要素，面向作用过程描述事物，所有事物都是自存在时空结构，他们之间的交互作用依然是时空结构。在自存在视角下，世界是时空结构和时空结构的交互，世界具有了同一的表达与运行形式，是形式与内容的同一，也是抽象和具体的同一。这里将空间结构态信息称之为休眠态信息，将事物之间作用时的时空信息称之为激活态信息。自存在视角下的事物描述兼容数字计算过程，因为数字信息的计算、传输在本质上不过是多种物理交互作用，而且这些交互作用都是时空结构的交互作用。
57.【世界的自存在表征】世界是自存在的嵌套、扩展与运行。自存在是时空结构，如果表达了该时空结构也就表达了事物运行。一般情况我们认为生命体是一个实体对象，在本发明中将生命体理解为现象，即由生化作用形成的超循环现象，将生命体看作一个个闭合生化环形成的自存在的共现。大气环流、洋流等都由大量的闭合作用结构构成。
58.【基于共现的自存在方案】事物机理我们并不能一眼望穿，其中的自存在结构有时并不显而易见，生物大脑往往将时空共现作为自存在的底层结构予以默认，并在大量的观察实践中来净化。因此本发明中自存在环图的构建以自存在为基础，并不排除将缺乏紧密
作用关系的时空共现当成自存在，即这里的自存在以时空共现为基础(自存在内部的各个环节都是时空共现的，因而时空共现概念覆盖了自存在)。共现对象可以是物理对象、特征、过程、现象、运动等等。
59.事物交互作用的时空结构表达
60.自存在在物理本质上是“结构-功能”的封闭，即一个时空结构具有维护该时空结构的能力。从内部作用上看它构成一个闭合的环。自存在由自存在闭环图表达。自存在环图特征与构建原则如下:
61.1.自存在环图由有限个有向闭环构成的连通图，其中没有不在闭环上的弧。自存在环图中的任何一个环都表示一个自存在。自存在环图中的结点不表达任何对象，只表示自存在中两个作用环节的前后相续。一个结点可以扩展为一段或多段弧，从该结点发出或接入的弧可以连接到扩展后的任意结点，不影响其意义。
62.2.不同层级的场景、对象、特征、过程、现象都可以是自存在，由多个自存在有机组成的共现也是自存在。
63.如图1，最简单的自存在环图由单一环节构成，它可以表达一个最简单的自存在，也可以是高度概括的自存在。
64.3.闭环上的一条弧可以在任何地方切割成首尾相接的两条弧；
65.4.任何一条弧可以由一个闭合环替换；
66.5.两个图之间可以通过一对反向的弧连接形成一个联通图；也可以通过一个多环节的闭合弧连接；如图2。
67.6.在图中添加一条弧，只要存在有与其首尾相接而闭合的弧。
68.如图3，环与自存在不具一一对应性。一个自存在可以由多个有一定重叠的环来表达，各个环的内涵有差别，但都表达一个自存在。例如下图中妈妈可以由“抱-奶”、“抱-乐-奶”、“抱-暖-乐-奶”、“抱-暖-长发-乐-奶”等闭环来表达。事物的自存在表达不具唯一性。实际上这样的自存在表达的是一个自存在族。
69.本发明定义了一个自存在时空结构，基于自存在构建自存在闭环图，基于闭合图表达事物及其运行。所说的自存在时空结构，是基于时空共现的事物或环节通过同向首尾相连的弧构成的闭合结构。所说的时空共现，是指事物或环节在一定的时空范围内交替、顺序出现或同步出现。时空共现的各个环节如果具备了相互依存关系就成为自存在。
70.所说的自存在环图特征与构建原则如下:自存在环图由有限个有向闭环构成的连通图，其中没有不在闭环上的弧。自存在环图中的任何一个环都表示一个自存在。自存在环图中的结点不表达任何对象，只表示一个作用连接到一个自存在上。一个结点可以扩展为一段或多段弧，从该结点发出或接入的弧可以连接到扩展后的任意结点，不影响其意义。不同层级的场景、对象、特征、过程、现象都可以是自存在，由多个自存在有机组成的共现也是自存在。最简单的自存在环图由单一环节构成。它可以表达一个最简单的自存在，也可以是高度概括的自存在。闭环上的一条弧可以在任何地方切割成首尾相接的两条弧；任何一条弧可以由一个闭合环替换；两个图之间可以通过一对反向的弧连接形成一个联通图；也可以通过一个多环节的闭合弧连接；在图中添加一条弧，只要存在有与其首尾相接而闭合的弧。环与自存在不具一一对应性。一个自存在可以由多个有一定重叠的环来表达，各个环的内涵有差别，但都表达一个自存在。