第6章　“控制器”之大脑抽象：四大控制原语

编程的本质是控制复杂性。复杂性包括问题本身的复杂性与大脑控制的复杂性。对于前者，可采用关注点分离分而治之，抽象为“算法+数据结构=程序”来解决。对于后者，我基于自身文理各半的编程及诗词创作经验以及中美各半生的大脑来回切换的经验，通过半面虚拟机仿真来抽象大脑控制器的运行规律。

大脑在运行，这个运行态用计算术语称为“进程”，是对运行中的大脑代码与数据的抽象。但我们可以边开车边听音乐，同时还与车内人说话，这就涉及进程切换与断点接续（由“寄存器”与“堆栈”保存断点数据与状态）。图6-1展示了一个抽象的大脑进程，我通过将它切割为更小粒度的“线程”以精确控制，如此可极大提升大脑的性能与效率。

我将大脑进程切割为四大线程：感性直观力，这是中华文明的特长；理性思维力，这是西方文明的优势；以及这两个力“正反合”出来的想象力。于是创新创造力=感性直观力+理性思维力+想象力，这三大线程可控。另一条不可控的线程为原始直觉，但凡重大创新创造都需要这条神秘的线程。以上四大线程统称为四大控制原语。

四大控制原语之一——感性直观力：中华民族的主导思维模式

概言之，农耕文明时代的中华文明高光灿烂，炎黄族谱上，创新创造此伏彼起，博学鸿儒大师辈出：以孔子、老子（合称孔老）为代表的思想家、哲学家，以李白、杜甫（合称李杜）为代表的诗人、文学家和艺术家，以司马迁、班固（合称马班）为代表的史学家，以四大发明为代表的技术创新，以三教九流为代表的学术百家，以孙子、吴起为代表的兵家、战略家，还有以商圣白圭、巴寡妇清为代表的商业家、企业家等。在首届胡润创新榜发布会的演讲上，我赋诗《炎黄族谱》以概。

这些成果是通过什么样的思考方式取得的呢？一个民族的思考方式隐含在其语言文字之中，因为我们通过语言文字来思考。考察东汉许慎所著的《说文解字》提出的汉字六书，即象形、指事、会意、形声、转注、假借（其中后两者是用字而非造字，故略），通过梳理汉字的创造过程与机理，反推其背后的思维模式。

三千多年前的甲骨文是已解读的最早的汉字，第一批汉字是以象形法造出的。许慎定义“象形者，画成其物，随体诘诎，日月是也”，即先民对大自然如日、月等观物取意、整体把握、直接描摹，其背后是整体直观的思考方式。

象形主要局限于造实物名词，其他如抽象概念或形容词、动词、副词等怎么办？第二法“指事”，许慎定义“指事者，视而可识，察而见意。上下是也”。“上”字是画横线在龟壳之上，“下”字是横线在龟壳之下，用象征性符号或在象形上加上指示性符号来表意。其隐含的是关联性（connection）、相关性（co-relation）思维，它对具体经验做关联类比（analogy），如吃核桃补脑是“以形补形”；或对抽象经验做关联象征（symbolize），如“水能载舟亦能覆舟”，水指百姓，舟指政府。

用半面算法还原汉字创造过程，如图6-2所示。“起”是画图，“承”是象形，而“转”到指事意味着汉字创造从象形向表意演进。《说文解字》收录了9353个字，象形字和指事字共占比5.5%。“合”则是第三法会意，许慎定义“会意者，比类合谊，以见指撝，武信是也”，即把两个或两个以上的独体字根据意义间的关系合成新字，以表示这些构字成分合成的意义，如止戈为“武”、人言为“信”。《说文解字》有1167个会意字，占比约12.5%，隐含的思维是联想（associate）与综合（synthesis）。

到“合”为止，创造的汉字仍远未满足需求，因为有些意思即使三四个独体字综合也不能搞定，于是形声法诞生。许慎定义“以事为名，取譬相成。江河是也”，即由形旁和声旁拼装，因形见义，据形知音，形旁表示该字的意思或类属，声旁表示该字的相同或相近发音。通过将表意和表音跨界整合，一举突破了前三法只在视觉维度的思维束缚。形声字在《说文解字》中占比82%，在现代7000个常用汉字中占比80%，成为颠覆性创新，如图6-2右部的第二级求反，其隐含的思维是跨界综合。

我作图6-3展示中西思维对比，简言之，我们长于左部的基于感性直观力的诗性思维，以时空切割经验，相信眼见为实，注重结果导向，主要思维技术正是诗歌创作的“赋比兴”三法，以及之上的综合：

●“赋”即直观—铺陈，感观所感、就事论事，如“七月流火，九月授衣”。

●“比”即类比—象征，用具象、浅近的事物类比心中的事物，相关性类比如“手如柔荑，肤如凝脂”，或符号性象征如“硕鼠硕鼠，无食我黍”。

●“兴”即联想—跨界，托物起兴，先言他物，引起联想，如“关关雎鸠，在河之洲。窈窕淑女，君子好逑”，雎鸠与男女之间形成了综合。

●“综合”：中国是古典综合，是在子系统层面的整体综合；而西方文明是现代分析综合，是在要素层面、基于要素或概念的逻辑分析之上的综合。

四大控制原语之二——理性思维力：西方文明的主导思维模式

西方文明发源于地中海地区，首先是商贸发达的记账需求促使苏美尔人在五千多年前发明了锲形文字，随后埃及人发明了象形文字，腓尼基人创造了人类第一批字母文字（22个字母，无元音），此后希腊人增加了元音，罗马人进一步简化为拉丁文，最终希腊字母和拉丁字母成为所有西方国家字母文字的基础。我用“起承转合”逻辑将这段文字演化历史还原如图6-4所示，而从视觉信号的象形到听觉信号的字母是抽象度的一大飞跃。

随后，亚里士多德开创了形式逻辑的思维形式，如图6-3右部所示，西方思维技术为“逻辑三式”的概念、判断、推理，特别是其三段论演绎推理更是古代逻辑的巅峰之作。欧几里得的《几何原本》是应用逻辑在人类社会的第一个演绎体系，它从不证自明的公设出发，对定理的每个证明必须以公设、公理或此前已被证明了的定理为前提，推演出一个完美体系，这种演绎范式成为后世创建知识体系的典范。

此后，伽利略发明望远镜观察宇宙星空，通过实验获取小数据建立数学模型，敲开了近代实验科学的大门，开创了实验归纳范式。当然，从人类历史来看，最早的科学研究只是观察、记录和描述自然现象，如中国于公元前613年最早确切记录了后来被命名为“哈雷彗星”的那颗星，然后从公元前240年起，其每次回归无一遗漏地被记录下来。

逻辑方法自此沿着这两条线继续前行：一条是欧陆派的理性演绎法，以笛卡尔为代表，经斯宾诺莎、莱布尼茨、沃尔夫等发展，他们认为思维的起点是少数的“天赋观念”，主张采用自上而下的演绎推理，后发展为“假说—演绎”；另一条是以英国为主的经验归纳法，以培根为代表，经霍布斯、贝克莱、洛克、休谟等发展，他们主张从观察与实验出发，积累数据，自下而上地归纳出新知识。

最终，康德整合两派的思想，提出人的思维过程是用先验的认知能力去整理后天的感觉经验，从而形成综合判断的过程。因为演绎推理是把已有的知识条分缕析、推导推理，它虽然可靠但不增加新知识；而归纳分析是从离散的经验中抽取共性、形成规律，它虽然增加了新知识但不可靠。只有达到人的自我意识的能动的、综合的高度，才能形成整体体系和概念框架，于是新思想、新知识才有可能被创造出来。所以，演绎和归纳成为科学思维的两大范式。

第三范式——计算思维。继演绎与归纳之后，理性思维还有其他方法吗？不妨以物理学为例。此前物理学共有两大分支，一是基于演绎的理论物理学，二是基于归纳的实验物理学。1946年，人类第一台计算机诞生；若干年后，一种崭新的范式——计算思维呱呱坠地。

中国科学院前院长路甬祥院士认为，计算机对于物理学研究来说有两方面的意义：一方面，对于没有解析解的物理方程可以用计算机实现数值解；另一方面，对于实际上不能实现的某些设想的实验可以用计算机来模拟。这就是数学实验，它是一种介于经典演绎法与经典实验法之间的新科学认识方法，其实质在于它不是对客观现象进行实验，而是对其数学模型进行实验，即对自然过程进行数字模拟仿真，其目的在于获得某些新发现、新灵感，并通过演绎论证与实验验证来进一步确证……到20世纪60年代末，一门崭新的学科——计算物理学诞生，由此标志着物理学领域三足鼎立格局的形成。[1]

整个半面创新的理论创构正是基于计算思维，它通过对创新创造这个复杂问题构建模型，用系统设计与架构方法进行虚拟机计算仿真，从而逼近并理解人类“创新创造”这种复杂行为。如图6-5的左部所示，把这三大理性思维按其在人类历史的出场顺序以“起承转合”表示。

何谓计算思维？总结卡内基·梅隆大学计算机系周以真教授2006年文章的要点如下：计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的思维。计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐述成一个我们知道怎样解决的问题。计算思维是一种递归思维，是一种并行处理思维。它评价一个程序时，不仅仅根据其准确性和效率，还有美学的考量，而对于系统的设计，还考虑其简洁性和优雅性。计算思维采用了抽象和分解来迎战复杂任务或设计巨大而复杂的系统，它采用关注点分离的方法，选择合适的方式去陈述问题，或选择合适的方式对问题的相关方面构建模型使其易于处理。计算思维是通过冗余、容错、纠错的方式，在最坏情况下进行预防、保护和恢复的一种思维；它利用启发式推理来寻求解答，是在不确定情况下的规划、学习和调度。[2]

中国科技大学陈国良院士将计算思维称为构造思维，认为其以设计和系统架构为特征，并以计算机学科为代表；是运用计算的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为的一种方法；是一类解析思想，它综合了数学思维（求解问题的方法）、工程思维（设计、评价大型复杂系统）和科学思维（理解可计算性、智能、心理和人类行为）；它的本质是抽象和自动化。[3]

第四范式——大数据分析。2007年1月11日，图灵奖得主吉姆·格雷在美国国家研究委员会计算机理事会上发表演讲时称，随着数据的爆炸性增长，“数据密集型的科学发现”将从第三范式的计算仿真模拟中分离出来，成为继实验归纳、理论演绎、计算思维之后的第四范式，这就是现在所称的“大数据”。当然，其对人类思维的最大颠覆是放弃了对因果关系的追求而代之以相关关系，亦即只需知道“是什么”，无须知道“为什么”。我将其以“第二轮求反”补于图6-5的右部。它与第三范式的最显著区别在于，计算思维范式是先提出理论假设，再搜集数据，然后通过模拟仿真进行理论验证；而大数据范式因为先有了海量数据，所以无须假设和建模，只需通过海量计算即可得出之前未知的理论。

四大控制原语之三——想象力：感性直观力与理性思维力的“正反合”

想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象力是科学研究中的实在因素。[4]

——阿尔伯特·爱因斯坦

中华民族的想象力多体现在诗歌与文学影视作品之中：

●开创者应是先秦时期的《楚辞》《庄子》《山海经》，恢诡谲怪，奇幻万千，荒诞迷离，出人意表。

●接下来到两汉魏晋南北朝时期的道家、道教与佛教兴盛后的《淮南子》《世说新语》《抱朴子》。

●再到中华文明巅峰时期的唐诗宋词波澜壮阔的想象力，文质相炳焕，众星罗秋旻，特别是最具想象力的“三李”：李白、李贺、李商隐。

●最后到明清时期的《西游记》《聊斋志异》，延续至今的时代代表应属刘慈欣的科幻系列《三体》以及中国第一部科幻电影、吴京主演的《流浪地球》。

以李贺为例探讨想象力之来源。李贺字长吉，号称诗鬼，开创诗派“长吉体”，其文诡异幻诞。我认为他称得上中国诗史上想象力第一人。不妨以描摹音乐的三篇大作类比，从中可以看出李贺的想象力高出白居易、韩愈一筹。

白居易《琵琶行》片段：

……

大弦嘈嘈如急雨，小弦切切如私语。

嘈嘈切切错杂弹，大珠小珠落玉盘。

间关莺语花底滑，幽咽泉流冰下难。

冰泉冷涩弦凝绝，凝绝不通声暂歇。

别有幽愁暗恨生，此时无声胜有声。

银瓶乍破水浆迸，铁骑突出刀枪鸣。

曲终收拨当心画，四弦一声如裂帛。

……

韩愈《听颖师弹琴》：

呢呢儿女语，恩怨相尔汝。

划然銮轩昂，勇士赴敌场。

浮云柳絮无根蒂，天地阔远随飞扬。

喧啾百鸟群，忽见孤凤凰。

跻攀分寸不可上，失势一落千丈强。

嗟余有两耳，未省听丝篁。

自闻颖师弹，起坐在一旁。

推手遽止之，湿衣泪滂滂。

颖乎尔诚能，无以冰炭置我肠。

李贺《李凭箜篌引》：

吴丝蜀桐张高秋，空山凝云颓不流。

江娥啼竹素女愁，李凭中国弹箜篌。

昆山玉碎凤凰叫，芙蓉泣露香兰笑。

十二门前融冷光，二十三丝动紫皇。

女娲炼石补天处，石破天惊逗秋雨。

梦入神山教神妪，老鱼跳波瘦蛟舞。

吴质不眠倚桂树，露脚斜飞湿寒兔。

《新唐书·李贺传》载其创作过程，说李贺每天晨起骑马背锦囊外出，心有所感即记下投入囊中，等到晚归再成诗，而非先立题目再写。贺母让婢女取出锦囊，看到这么多的草稿，心疼道“我儿要呕出心肝才罢休啊！”，于是传下成语“呕心沥血”。

北京大学陈贻焮教授如是解析：“对某一史实或生活中某一事物偶有所感，便从一点伸发开去，精鹜八极，神游千载；既要从现实中解脱出来，力求想象的荒诞，又要紧紧地依据生活经验，力求感受的真切和形象生动，并设法将这对立的两方面统一在同一诗歌意境中。”[5]亦即想象力的来源，是源于生活却高于生活，即注意到了感性直观所直接感受到的具体经验，于是在此点上理智地想象，在时间维度神游千载，在空间维度精骛八极，在复杂性和多样性上甚至可以空想、幻想、神秘地想。

西方关于想象力之概述。从柏拉图开始的西方传统是推崇思维和理性。亚里士多德认为，人的思维过程一般先从接触具体事物开始，通过感知事物形成记忆，积累为经验，随着同一事物的多次记忆及其经验的增多，最后产生出把握事物本质的潜能。经验的积累属于个别知识，由经验进一步概括出要点，便在思维中产生对某类事物的一般性判断，即理性知识。而想象是外在感性事物在自己的意识中的影像或摹本，那是诗人、艺术家打交道的对象。甚至在柏拉图所描绘的理想国中，理性和真理才被尊崇，感性的、引起快感的诗人、艺术家则被驱逐出境。

直到两千年后康德才打破了传统，提出想象是在直观中再现一个本身并未出场的对象的能力，并提出“三重综合”，即直观中把握的综合、概念中认知的综合，以及想象中再生的综合。当然，康德只是把概念与感性直观等在场的东西综合在一起，他依然认为思维与概念高于想象，特别是在实践理性中排斥想象。

现代哲学发展到尼采、胡塞尔、海德格尔等才发生了真正的转向，他们认为思维与概念，包括感性直观，都只是把握事物的整个过程中的一个环节，只能认识世界，它们需要被超越；而想象力、创造力才是最高环节，它们可以改造世界。

想象力应是感性直观力与理性思维力的“正反合”。想象力就是把各种出场的东西和不在场的东西综合为一个整体的综合能力。海德格尔还增加了时间维度，即想象空间是由过去的东西在现在中的潜在出场或保存，以及未来的筹划在现在中的尚未实现的到达而构成的“共时性”的统一体。如此一来，想象力就扩张了思维的边界，于是四大控制原语——原始直觉、感性直观力、理性思维力与想象力构成了“起承转合”的关系，图6-6简明地展示了想象力的来源。

至此，创新创造力呼之欲出：感性直观力是通过行万里路、读万卷书而获得具体性、特殊性、整体性的直接与间接经验，是诗性的天人合一；理性思维力则是通过主客分离的概念思维去把握一般性、客观性和普遍性；而想象力将二者“正反合”，以把握在场与不在场的融通为目标，将感性具体与理性普遍融通为万物一体/互渗的再综合，如此形成新的多样性和复杂性，而后者正是创新创造力的呈现；而这种二次综合的导火索，是长期沉浸于探索之后的原始直觉。

四大控制原语之四——原始直觉

直觉应处于无意识层，指没有经过意识层的推理而对事物瞬间产生了判断，即意识层的理性逻辑通常不是新思想产生的源泉，而是那个神秘直觉不经意地触碰到了新思路的脉点，一触而发，引爆灵感。不妨看2018年北京大学校庆的演讲代表、1978-1985年数学系本硕学员张益唐先生的案例，我读完其筚路蓝缕的传奇，认为比之电影《美丽心灵》更令人震撼，潸然而赋。

《七律·读北大百廿周年演讲嘉宾张益唐学长解孪生素数传奇》

2018年6月20日

三光出壳六合辉，久负青苍晚暮碑。

八卸大题希柏特，两清小帐赛伯威。

落云着露红尘泪，采数为薇紫梦归。

自许乾坤逐大问，更寻天问第一推！

张益唐在美国普渡大学获得博士学位，因论文导致其导师多年前的一篇论文被证伪而未获导师推荐，最终未谋得教职，只好在快餐店Subway算账、送外卖谋生，业余时间仍全然沉醉于数学兴趣。2012年7月，其一个偶发灵感取得了诺奖级突破。2013年，他在数学界已是绝对高龄的58岁，其发表的论文因证明了Hibert（希柏特）第八问题“孪生素数猜想”的一个弱化形式而轰动世界。

自从博士毕业离开普渡大学之后，张益唐思考的那些数学难题，正在变成果实……到了2010年左右，张益唐发现他也许可以在孪生素数猜想上有所突破。这个问题他已断断续续想了多年。2005年来自三个国家的数学家曾合作多年想解决这个难题，但他们就差一点点，谁也跨不过去。2008年美国数学所专门为此开了一周的研讨会，但仍没有人突破，大家都很悲观。不过张益唐认为，那剩下的一步也是最艰难的一步，就像是跨过一根头发丝那么微妙。他尝试过很多办法——也许不是一根头发丝，而是半根甚至四分之一根的距离，但他就是迈不过去。“我有一种直觉，我没法去论证这种直觉。但直觉告诉我，我应该可以做出来。”2012年7月，张益唐打算给自己放个假，前往科罗拉多州的朋友家休息。他没带任何书、论文、计算机，只是想放松一下……朋友家的后院有两株树，夏天的时候，常有梅花鹿到树下乘凉。那天下午，张益唐走到后院等待梅花鹿。像往常一样，他在后院走来走去，然后某个瞬间，他似乎突然想通了……很久之后，张益唐说，他没看到梅花鹿，但就是在那一刻他迈过了那根头发丝般的距离。[6]

在数学创造中人类心智从外界获取的东西最少，法国数学大师昂利·彭加勒（Henri Poincaré）认为这种心智过程接近于创造的本质，并详细描述了自己的过程，概言之：先是意识自觉地专注与沉思作为准备过程；然后是无意识的活动，即直觉产生于无意识的活动；再后是顿悟的显现，它产生在无意识向意识过渡的过程中，并出现在意识的边缘，于是潜伏的直觉发现经由灵感在大脑的意识层中显现；最后是有意识地验证新发现。或曰：靠直觉来发明，靠逻辑来证明。[7]

直觉可控吗？我根据人类历史中的重大发现或发明的案例，结合自己诗词创作的体会，作图6-7。其中f2与f3是直觉常现的时点。一旦直觉出现，围绕那个触点由点及面、由表及里，运用想象力不断扩张思维，最后引入逻辑来证实或证伪。

天才与大师：两类不同性质的创新创造

美国经济史专家大卫·格兰森（David Galenson）比较了现代艺术史上两类创新创造之道：一类如保罗·塞尚，为求索式；一类如毕加索，为发现式。他将前者称为实践型，后者称为概念型。[8]

实践型创新者终生上下求索，执著于把事情做到极致，起初其目标未必清晰，后期通过大量实践试错，总结经验教训，在过程中其目标逐步清晰，技艺也不断提升，这是一种连续性、增量式的状态渐变。而概念型创新者主要依靠直觉灵感和超凡想象提出构想而引发领域变革，这是一种跳跃性的状态突变，他们在结果发生前已在头脑预先创造出了清晰的概念或图像，执行时不是用试错法，而是呈现出一种将头脑中的概念或图像直接转化出来的系统化的工作。

大卫还将两人各自的画作在拍卖市场上的价格与其年龄分别作为因变量和自变量绘制了函数曲线，如图6-8所示。概念型创新者年纪轻轻、无需经验只凭想象即可成功，而实践型创新者需要经验、阅历、磨难、反省，一般成功之时，岁月也不饶人了。根据书中的统计，前者成功多在30岁左右，后者成功多在50岁之后。中华传统对这两类成功也各有称谓，概念型创新者被称为天才，实践型创新者被称作大师。

天才举例：在科技界，牛顿26岁时提出万有引力定律，爱因斯坦26岁时提出相对论。根据对1901-2011年诺贝尔科学奖得主的年龄统计，获奖之作在30岁前完成的占比13%。在音乐界，莫扎特21岁时已写出传世作品。在哲学界，维特根斯坦29岁时写出《逻辑哲学论》。在IT界，人类文明此前从未思考过什么是可计算，1935-1936年，邱奇提出λ算子，图灵提出图灵机，克林提出一般递归函数，导致最伟大的创新之一——计算机的诞生，彼时邱奇32岁、图灵24岁、克林27岁。

回到中国，在“李杜文章在，光焰万丈长”的诗词行业，李白是天才，杜甫是大师。李白斗酒诗百篇，纯粹以气运诗，羚羊挂角无迹可求；杜甫“晚节渐于诗律细”，是有章可循的勤奋耕耘典范。李白生前即大名远扬，而杜甫过世后才慢慢成名。然而历史诡异，千年之后，注杜者千家，而注李者仅二十有余，盖因大师可循而天才难驭，杜诗终成行业标准。

本章参考文献

[1]路甬祥.创新的启示[M].北京：中国科学技术出版社，2013：50.

[2]Jeannette M. Wing.Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006（3）：33-35.

[3]陈国良.计算思维[J].中国计算机学会通讯，2012（1）：31.

[4]〔美〕阿尔伯特·爱因斯坦.爱因斯坦文集：第1卷[M].北京：商务印书馆，2018：409.

[5]陈贻焮.唐诗论丛[M].长沙：湖南人民出版社，1980：208.

[6]谢丁.隐士张益唐[J].睿士，2015（11）.

[7]〔法〕昂利·彭加勒.科学与方法[M].北京：商务印书馆，2010：25-36.

[8]DAVID GALENSON. Old Masters and Young Geniuses[M].Princeton University.Press，2006：4-5，23-24.

[9]陈其荣，廖文武.科学精英是如何造就的[M].上海：复旦大学出版社，2011：44.