王迪兴答汪成为院士的十二个问题
在今年（2000年）5月举行的中国计算机学会第七届理事会上，中国工程院院士汪成为作了一场特殊的学术报告，他报告的题目是：“请教关于我国计算机发展的12个问题”。汪院士认为，计算机之所以能迅猛发展，原因就是存在许多可改进之处，因此，他把自己在研究中发现的一些尚未有定论的问题提出来，向其他专家求教（载于2000年4月26日光明日报）。
我在这一领域从事研究多年，有一些自己的研究成果，在此作答，如有不妥之处，请各位专家指正。
首先，我认为这些问题具有一定的内在联系，仅就某一个别问题泛泛谈论，并不能从根本上解决问题，更不能企求在现有计算理论基础上解决这些问题，而是应予整体考虑，必须提出新的理论与技术，给出一揽子解决方案。
现就十二个问题，分别回答如下：
一、有人认为：从图灵机的可计算理论可以得出“可计算”的三个前提：必须把问题形式化；必须有一个算法；必须有合理的复杂度。请问：我们是否应尝试突破、并有可能（或部分地）突破这些前提？还是只能在这个前提下进行创新？
答：可计算问题从根本上讲是计算理论问题，在特定的理论框架中有特定的形式与内容。众所周知，图灵计算理论存在很多难以解决的难题，如形式化悖论、二值逻辑悖论、确定性悖论、总线瓶颈、与背景及环境信息分离、计算复杂性问题等等。这些问题在图灵计算理论框架中，可以说很难得以解决。
我们认为，计算理论必须解决三大问题：一、状态转换原理及其效率问题。二、状态之间具有内在联系――既状态的自组织问题。三、状态转换的自适应控制问题。很显然，图灵计算理论没有解决第二及第三个问题，相应的状态转换形式与内容难免具有局限性。假设在状态自组织的前提下解决状态转换的效率及状态转换的自适应控制问题，才有可能从根本上解决上述问题――具体理论及技术问题的解决见笔者《自组织计算原理及技术》一书。显然，这些问题已经不是尝试突破的问题，而是必须突破的问题，想在现有的计算理论框架内修修补补，肯定无济于事！
二、有人认为：人思考和处理问题的认知过程是并行的、开放的、多维的、归纳演示的；而计算机求解问题的处理过程是对有限种符号的有限长序列、按照事先编定的程序、对这一序列作有穷的变换，从而得到一组新的符号。请问：这两个过程的不一致是形成人与计算机间存在隔阂的主要原因吗？尽量使两者一致是否是未来计算机技术及人工智能技术的主要努力方向？
答：使两者一致肯定是未来计算机技术及人工智能的主要努力方向。人与计算机处理信息的主要区别，是人在处理信息时能始终以背景及环境信息为基础，并能双向实时交互作用，不同层次的信息处理或状态转换能够形成反馈环路。而计算机在处理信息时则始终与背景及环境信息隔离，不同层次的信息处理或状态转换亦互相隔离。要害在于未能解决上述计算理论中的第二及第三个问题――即状态之间没有内在联系、状态之间不能实现自适应控制。解决这一问题，其实质问题是解决计算机与人脑神经网络的同构同功问题，只有给出复杂系统的共性描述模型――准全息元数学模型，在此基础上解决状态转换及状态转换的控制问题，才有可能从根本上解决问题。
所谓的准全息元数学模型，是一种组合数学模型，或准全息空间状态表示模型。体现了整数之间的加减、有理数之间的乘除、实数之间的乘方开方、对数反对数运算关系。是系统论、控制论与信息论的统一定量形式化描述模型；是元逻辑、元算法与元数据结构的有机统一描述模型；同时是自组织或涌现原理的描述模型。
三、有人认为：软件的作用就是把人的认知过程翻译成某种特定的计算机所能接受的处理过程。随着计算机技术的发展，软件的关键技术已从60年代的编码、70年代的设计、80年代的需求规约，发展为90年代的“需求工程”时代。面向对象、软构件、分布处理、网络计算、可视化计算、并发工程等都是“需求工程”时代的产物。请问：“需求工程”的最终目的是否是为用户提供“一揽子的解决方案”？如何判断下世纪软件技术和软件产品的发展趋势？
答：在计算机科学中，软硬件功能互为标本，既软件功能是标，硬件功能才是本，本的功能强大，相应的标的功能就会弱化，本的功能低下，就不得不用标的功能弥补本的功能不足。认为软件的作用是把人的认知过程翻译成某种特定的计算机所能接受的处理过程，并非本该如此，而是计算机硬件功能与人脑功能的差别所致。假设计算机硬件功能与人脑功能具有同构性，就不存在用软件翻译或解释的问题，解决这一问题，绝不能就事论事。硬件的基础计算性能低下问题不解决，单凭软件是不能从根本上解决问题的。仅以上述状态的自组织问题为例，如果靠软件解决，肯定面临组合爆炸问题。因而只有在元逻辑、元算法、及元数据结构统一的基础上，给出非图灵计算模型才是解决问题的根本出路。而“准全息元数学模型”则是目前唯一有效、且能工程实现的非图灵计算模型。只有在此模型的基础上，才能从根本上解决分段编码、处理，及硬件本身的计算性能低下的问题。
我们认为：人脑处理信息与接受及表达信息意义分属两个功能层次，一是状态的组合与分解层――包括子系统功能的整合功能；二是与环境的交互作用层――包括内外状态的编译码转换功能。在两个功能层次中，信息的传递与转换都是实时性的。表达具体的符号意义，要靠子系统功能，如子系统功能不存在，光用符号表现不出具体的行为及具体行为意义。尤其是一个复杂的行为序列，还不能用单一的子系统功能体现，而是必须要有多种子系统功能通过功能互补作用体现，如各种感官通过互补定义感知同一个对象，各种效应器官通过互补定义表达同一个问题。一个复杂的概念亦需多种定义方式的互补作用，才能有效地表达及交流。如一个感知对象最起码要有图像、语言及文字三种定义，且定义之间一定要有一种内在的元逻辑关系，且以交互作用、互相触发的动力学元结构为基础互相检索。这种元结构集运算、存储、交换与控制功能于一体，在感知信息的同时能够记忆、传递、处理及表达，在表达的同时亦能记忆、传递、处理及感知，且各种感知与效应器官之间能够并行交互作用。符号虽能记忆、传递、处理，并代表特定的意义，但特定的意义只能通过具体子系统功能来体现及定义，通过不同的编译码方式相互区分。而在图灵计算模式中，处理与感知及表达过程是分离的，处理过程的本质又是串行，目前的并行机虽然也能并行处理，但与人脑的并行处理方式具有本质上的区别，最起码是各种感知与效应器官之间不能并行实时交互作用。
另外，基本的认知理论不能用符号形式表为一个程序，因任何一个串行程序都不能反映一种自恰的、时空统一的、互为因果的自组织关系，也不具备准完备性、开放性、或逻辑内函与外延的一致性及多元相容性。而没有这些特性，系统就不可能以全部累积建构的背景信息为基础推论、联想。最主要的是系统不可能有效的通过若干感知与效应器的互补作用感知与表达符号意义――始终需要为感知及表达对象提供解释的同时，还要为解释提供解释。而通过软件为解释建立内在联系，则必然产生组合爆炸问题，事实上也不可能。因而企图通过并行计算提高速度，通过软件及所谓人机界面友好解决问题，从根本上讲是此路不通！
四、有人认为：数字计算机的发明是20世纪最大的科技成果，对人类产生深远的影响。数字化生存（BeingDigital）是21世纪的发展趋势，将全面和深刻地提高人类的生活质量。
请问：即插即用、最优化、自适应、沉浸化、人机和谐等都曾是模拟计算的优点。怎样判断在更高层次上的数模混合？是否在将来某时会提出BeingAnalog？我们为此应做哪些准备？
答：与其说数字化生存不如说网络化、信息化生存更确切一些，但这并非本质问题。作为21世纪的计算机科学及理论的发展趋势，却一定是模数统一、符号机制与联结机制统一。这涉及计算理论必须变革的问题，想在图灵计算理论基础上解决这一问题，则实在是不可能的事情。
从理论上讲，没有离散的数字化就没有状态互为因果关系的自组织结构，没有连续性就没有自组织结构的进化，及非线性作用，亦没有开放性，因而两者具有时空状态转换的统一性。解决状态时空转换的统一性问题，只有首先解决状态的自组织模型问题――即只有在准全息元数学模型的基础上才能解决模数统一问题，及联结机制与符号机制的统一问题。
计算理论的深层问题还要解决有限与无限计算能力的统一问题，同样只有在准全息元数学模型的基础上才能解决问题。
五、有人认为：以往的通信都是面向连接的，而Internet的最大优势是面向非连接的；电信网、电视网、计算机网的三网融合是21世纪初的发展趋势；实现全光通信后传输速度将大幅提高。请问：未来的网络发展方向是什么？除了把面向连接和面向非连接的特性进行全面融合外，还有哪些主攻方向？它们将需要什么支撑技术？产生多大影响？引发何种应用？带动哪些产业？
答：未来的通信理论不仅仅是解决通讯问题，还要解决功能耦合问题――在运算、交换及控制功能统一的基础上，子系统能够互为因果实时、透明性交互作用及实现功能互补。这一问题的解决，已不仅仅是三网合一的问题，而是所有的控制系统，信息处理系统及信息交换系统，与所有的传感及效应系统均变成一个大系统，它将从根本上改变人类生存及生活方式。但这一问题的解决，归根结底是与人脑同构同功的计算理论问题，必须首先确立非图灵计算理论模型。更肯定地说只有以准全息元数学模型为基础才能解决问题。
六、有人认为：为了能够独立自主地发展我国的信息业，我国必须具有研制高性能芯片的实力，但从高性能、通用的CPU入手并非最佳途径，而应扬长补短，从System on Chip入手。请问：如正确，我国应优选什么System入手？应优先加强哪些设施和支撑技术？如何确保科研、应用和产业的良性循环？
答：这一问题一定要解决，但需要非常理智。
限制我国前端计算机技术发展的两大瓶颈是微电子技术及操作系统软件，后一瓶颈正在有条件的得到解决，而前一个瓶颈则必须从理论上解决系统设计的开放性问题，因只有在此前提下，才能用较小规模的芯片构成具有复杂功能的系统，否则，很可能最终效果不佳。解决这一问题，归根结底还是计算理论及技术的变革问题，如建立在状态自组织的基础上才能从根本上解决问题。但这并非说一开始就设计一个完全独立于冯型机的计算机系统，而首先是应用自组织计算理论与技术，通过设计功能互补模块提高目前计算机的计算性能，然后逐步取而代之，这样才能确保科研、应用和产业的良性循环。但并非所有的理论与技术都能够做到这一点，因而认真地考察各种理论与技术，趋利避害、扬长避短，才不至于走弯路，造成不必要的损失。
七、有人认为：计算机体系结构应面向网络计算的需求。目前，应研制“简约的Client”和“功能强大的Server”。Client应逐步实现Smart，而Server应遵循SUMA准则（即Scalability、Usability、Manageability和Availability——可扩展、好用、可管理、可用）。未来，Client将是P3C或算通机（Compunicator），而Server将最终发展成Virtual Server Environment。请问：这样一个预测准确吗？如果基本准确，这种Client和Server将采用那种体系结构和基础软件？衡量它们性能优劣的指标又将是什么？
答：首先，这一问题与上两个问题不能分开考虑。之所以这么讲，是因网络的主体是计算机，它的体制及性能将决定网络的联结方式与功能。假设计算机的体系结构建立在状态自组织的基础上；建立在储算一体、数据与地址统一、运算、交换与控制功能统一的基础上。计算机本身既有处理功能又有网络通讯――路由选择及交换功能，计算机既是网络交换结点，又是信息的存储与处理中心，那么在此基础上的网络发展方向，显然将与现在的网络模式产生很大的差别。看来，不管是解决计算机本身的问题还是网络问题，都要有一定的超前性，首先要有理论上的突破。否则，纠缠于表面问题，头痛医头、脚痛医脚，最终都不会有什么好的结果。解决这一问题会有不同的观点，但必须具有具体的理论及技术准备，才能目标明确，不致穷于应付。
八、有人认为：我们必须研制面向中国人的计算机系统，它应包括“中国人好用”的主机、软件、输入／输出、网络系统以及开发工具和环境。请问：怎样才是“面向中国人”的计算机？与一般的计算机的本质区别在哪里？为研制这种计算机，应该优先突破哪些基础理论和关键技术？
答：这一问题的提法值得商榷，因网络的发展使得计算机的应用很难再以国划界。计算机应以突出共性为主而不是以突出个性为主，突出个性当然有个性的好处，但弄不好其结果很可能是作茧自缚。如从统一的服务平台、个性化的用户终端及界面这一发展目标出发，中国人只能是发展适合中国人的个性化用户终端及界面，但服务平台一定是全球统一的，尤其是以翻译服务支撑的服务平台。
九、有人认为：阻碍我国信息技术发展和信息建设增值效益（社会效益和经济效益）的瓶颈是对信息资源建设的轻视，这是“重硬轻软”最严重的反映。请问：轻视信息资源建设的症结在哪里？是认识问题，管理问题，还是技术问题？在信息资源建设中，人们期盼的是由知识所增值的效益，为此应攻克哪些关键技术？如何由此分析未来信息产业的利润来源？
答：这一问题的解决，相对于上述问题的解决只能说是权宜之计。在上述问题得到解决以后，这一问题的解决肯定是另一种思路及方案。
这一问题的实质是市场机制及经济效益问题，如果信息的供方始终是免费午餐，肯定是恶性循环。因而只有区分出哪类为收费信息，哪类为共享信息，使劳动价值能够得以充分体现才能从根本上解决问题。
十、有人认为：信息安全是最迫切的问题，有巨大的产业前景。为此，应研制自己的CPU、操作系统、数据库、专用网络、网络软件，严格推行登录制度、身份认证、密码……
请问：在充分发挥信息的共享优势的前提下，什么是信息安全的关键环节？什么是应优先突破的信息安全技术？
答：信息安全问题，一个大原则是如没有自己的核心技术，安全问题就无从谈起。假设硬件系统都有受到攻击的危险，还谈什么安全。因而，要想维护一个大国的应有地位，前端及核心技术任何时候都不能靠引进，掌握自己的核心信息技术势在必行。但这与解决前面的问题同样密切相关，在上述问题得到解决的情况下，安全问题无疑会随之解决，最起码也已经是另一种、而不是目前的解决思路。一个严酷的事实是，如果毫无目标，什么事都从头做起，肯定不是一件轻松的事情。根据这十二个问题的提出，就可以看出情况并不乐观。但值得欣慰的是，只要提出问题，公开征解，问题就算解决了一半，如能广开思路，真正的体现学术民主，多征集、多对比有关的解决方案与思路，问题就能够得以有效解决。
十一、有人认为：目前计算机技术发展迅猛，新概念、新技术、新产品日新月异。为了使学生毕业后能较快适应工作，大学里忙于向学生讲授新技术。于是教材成了“产品手册”，授者是“现学现卖”，学者是“忙于磨刀、很少宰鸡”。请问：应当如何改进当前的计算机科学的教学状况？
答：培养技术工人、工程师与基础理论研究人员有一个价值取向问题，如果是单纯培养技术工人，教材成为“产品手册”并不为过。如果是要培养基础理论研究人员，教材就一定要讲基础理论问题。我国之所以造成目前这种状况，其根源在于一度有很大一部分人，包括某些权威认为我国在前PC领域已经无能为力，只能在后PC领域做一些工作。因而对局势的发展听之任之，一度松懈赶超这一主导思想。只是在与发达国家差距越来越大，引起国家领导人关注此事，感到没有独立自主的信息技术不行，才又重视创新、及赶超发达国家的主导思想。但在教学领域主导思想依然模糊，才导致目前的这种状况，现在确实是该认真对待的时候了。其实解决这一问题并非难事，仅仅是把自己无法解决的问题讲给学生，再讲一些传统的理论与技术即可。因教学的任务并非单纯地教学生怎样做，有时仅仅是要求他们解决什么问题即可，如果勇敢一些，再教他们不要迷信任何权威――包括自己。搞国家项目也是同样，项目指南仅仅是说明需要解决哪些问题，哪些问题没有得到解决，或处于什么状况即可。只要不内定谁是权威，并以权威的意见为唯一决策依据，再难的事情也能得到圆满解决。
十二、有人认为：对以上问题进行求解时，应考虑如下前提：必须能够继承以往积累的应用软件的成果；必须遵循国际上已经制定或流行的标准；预期能在一定时期内产生经济或社会效益。请问：这些前提条件是限制了创新，还是“继承发展”必须遵循的客观规律？我们应如何处理这个矛盾？
答：继承和发展是一对相辅相成的矛盾，一味强调继承将窒息创新，一味强调创新，不注意继承则会造成不必要的浪费。但不破不立，不打破已有的游戏规则，落后就永远不能变为先进，要想由落后变为先进，就必须创新。但任何创新都是一个实践问题，而不是口号。没有新理论、没有新技术，说什么都没有用，只有拿出新理论、新技术在市场竞争中经受考验，才能有效的把握价值取向，也才有资格参与游戏规则的制定，及改变游戏规则。
汪成为院士的上述问题涉及计算机科学领域的方方面面，如全面有效地解决这些问题，确实需要大手笔，首先是需要理论上的创新，没有理论的创新原则上就没有技术上的创新，没有技术上的创新，事实上这十二个问题的绝大部分都不能得以有效解决。但有了理论与技术的创新，上述问题的解决就相对容易一些。
非常感谢汪成为院士能够坦率地讲出这十二个问题，这是为自己负责，也是为国家负责。希望那些承担着国家重点项目的专家权威都能坦率地讲出自己不能解决的具体问题，并能公开征解，国家有限的投入就能发挥更大的作用。
