综合集成法的构思用于模式识别三峡散装水泥/粉煤灰调运信息系统认知的复杂性
　　研讨厅体系在电力系统调度中的应用支持宏观经济决策的人机结合综合集成体系研究
　　应用综合集成法的典型范例(I)
　　——综合集成法的构思用于模式识别
　　用计算机来识别手写汉字，对使用汉字的我国来说是个意义重大的问题；汉字的输入，汉语的理解都为国人所关注，最近港台等地有“汉字基因工程”的说法。汉字识别的工作在国内也开展了多年，其中联机手写汉字识别已经商品化，但脱机手写汉字识别由于手写的字符字形变化多端，日常使用的汉字按一级国标而言为3755类，这样大的类别数目，进行分类时难度很大，所以脱机手写汉字识别被认为是模式识别领域中的最大难题之一，虽然曾经有过许多工作致力于解决这一问题，但距离实际应用，还有很大距离。最近几年从人机结合与集成这两方面的构思，模式识别(pattern recognition)是人的一种能力，是一种直感。人在长期的实践过程中，由于经验的积累，在脑中形成各种各样的称之为“模板”的意象。当外界有一个模式通过感官输入时如果与某个模板大致相一致，就认为与模板相匹配，达到了再一次认识，所以模式识别又被认知心理学家称为再认，实际上是自动分类问题。传统的人工智能领域的专家，着重于逻辑推理，所以大都不把模式识别归于人工智能的范畴，但不可否认模式识别是人的一种智能。自从计算机广泛应用以来，用计算机来实现模式识别，如字符的识别、语音的识别，图象的识别等，开展了大量的工作，研制各种各样的识别系统。以往是着重于研制一个识别系统，对该系统精益求精，最终该系统能达到各种提出的技术要求。按照综合集成法的构思，有了一些新的、发挥人的作用与进行集成的办法。在研制识别系统的过程中，采取的两项措施：a.发挥人的作用，采用对识别系统进行训练的方法；即系统的一些参数是通过一些手写汉字样本作为训练集从而确定的，至于对某个训练样本而言，该样本究竟属于哪一个汉字类，是由人或称为“教师”决定的。这种通过一些学习样本，由教师指定样本的类别，从而决定识别系统参数的方法，称为“有教师的学习”或监督学习。此外设计者不是致力于研制一个性能达到要求的识别系统，而是研制若干个识别系统，每个系统都是采取“有教师的学习法”，把人的作用体现出来，对于某些书写质量很差或畸度很大的模式，如较模糊，或有缺损等情形，要求机器直接对该模式进行识别难度很大，但作为教师的人，根据他的经验和知识很容易就知道它应该归于哪一类；b.在若干个识别系统的基础上，采取一定的办法，例如用串联式，或并联式的网络，把若干个识别系统加以集成，形成一个大的、若干个识别系统集成起来的系统，这个系统可以是一个闭合回路的系统，还可以进一步用有教师的学习　法来加以训练，把人的智慧注入到系统之中，通过实验表明其识别率可以高于参予集成的任何一个系统。而这种集成型识别系统可实现的功能，不是传统模式识别中所说的“非线性映射”，而是具有反馈的非线性系统。
　　以上所说的办法具有普通意义，可以用于一般的模式分类，已经比较成功的用来解决手写汉字识别的问题，手写汉字识别由于不同人写的字差异甚大，字符形状变化多端，日常使用的汉字按一级国际共计3755类，是个大类别的分类问题难度很大，被认为是模式识别领域中最大难题之一。笔者与他的同事们利用人工神经网络构建识别系统，把三个汉字识别系统进行并联集成，多次利用有教师的学习算法，对单个识别系统与集成网络进行训练，确定各个识别系统与网络的参数，取得正确识别率高于90%的结果。
　　应用综合集成法的典型范例(II)
　　——三峡散装水泥/粉煤灰调运信息系统
　　1997年11月8日，长江三峡工程以大江截流为标志，已顺利完成了一期工程进入二期坝体浇筑阶段。据测算，其间年平均水泥/粉煤灰需求量将从一期工程的40万吨剧增到100万吨。高峰月时会超过10万吨。运抵工地的水泥/粉煤灰合理分配到左右岸七个拌和系统及中转贮料罐群的近100料罐中。供应厂家主要分布在长江沿岸以及京广、陇海、焦柳等干线铁路沿线。象三峡工程这样世界一流的大型水利水电综合开发工程的水泥/粉煤灰调度是十分复杂的问题。1998年7月，三峡工程的物资部委托华中理工大学系统工程研究所，在一期工程基础上进行“三峡工程散装水泥/粉煤灰调运信息系统”的研制工作。其目标是采集散装水泥/粉煤灰需、产、运、储、供、管等有关信息，实现散装水泥/粉煤灰的供应，从物资需求计划、资源综合平衡、采购计划制定、调运方案生成、调运方案仿真、方案执行监控、应急处理到信息查询、统计分析、报表编制和公共信息发布等各环节，全过程统一管理的实时动态调度指挥系统。
　　系统工程研究所的师生14人，他们贯彻产、学、研相结合的方针，长期工作在长江三峡工地。三峡总公司物资部则组织了以调度处为主体、综合处和建材处共同参予的队伍。在此基础上，双方成立了开发组，共同承担调运信息系统的开发工作。值得强调的是综合集成法在这一复杂系统的分析、设计和实施中起了重要的指导作用。他们采用综合集成法，将不同的技术、不同平台的应用系统、管理规则、系统用户及其经验有机的结合起来，从而实现系统的整体目标，在正确的技术路线的指导下，于1999年7月完成了系统的开发。系统主要包括调度中心和信息采集点两大应用部分。信息采集点应用部分包括一组面向散装水泥/粉煤灰需、产、运、储、供管等各个调运环节动态信息系统的专门应用，是做好全局调度指挥的基础和保证。这些应用包括九类不同性质和用途的子系统。调度中心应用部分包括一组面向业务管理和调度决策的具体应用，包括十类不同性质和用途的子系统。1999年7月以综合集成法为指导的三峡工程散装水泥/粉煤灰调运信息系统已经通过教育部主持的鉴定，投入运行得到三峡指挥部领导的高度评价。
　　应用综合集成法的典型范例(III)
　　——认知的复杂性
　　传统的人工智能研究以搜索、给予形式逻辑的推理为中心，将智能割裂为学习、记忆、视觉等诸多领域，尽管取得了一些令人鼓舞的成功，但它的方法论本身已使这些分支研究陷入不可自拔的泥潭。复杂性科学给经济学、社会学、生物学等领域带来了激烈的冲击，受复杂性科学刺激的新一代的认知科学理论当然也不例外。
　　复杂性科学与从定性到定量的综合集成理论是我们在认知复杂性研究中应遵循的基本原则。具体落实到认知科学领域，体现为以下几点：智能行为不能与环境相割裂，在很大程度上，环境的复杂性造成了行为的复杂性，或者说环境本身是最好的模型；智能行为不能与身体相割裂，即感知、推理、学习、情感等应是一个完整的整体；智能行为是适应环境的结果，并随着环境的变化而发展。所以我们应一开始就建造完全的智能体，然后由低级到高级逐步地发展智能体的智能，而不是将智能割裂为逻辑、学习、记忆、计算机视觉等高级智能部分分别进行深入研究，否则紧随着一点点暂时的成功的是无边无际的无以自拔的泥坑。
　　应用综合集成法的典型范例(IV)
　　——研讨厅体系在电力系统中的应用
　　前面我们对大成智慧工程的讨论，扼要地阐述了综合集成法的提出是方法论上的一个飞跃，可以把一类非常复杂的事物的各个方面综合起来集其大成。在综合集成法问世的第二年钱学森院士进一步提出“从定性到定量的综合集成研讨厅体系”(hall for workshop of metasynthetic engineering)。他的构思是把今天世界上成千上万人的聪明才智和已经不在世的古人的智慧都综合起来。我们体会到研讨厅体系体现了它的构思者在长期的科研实践过程中受益于“讨论班”(workshop)的心得与经验(有好的学术带头人，能充分发扬学术民主；不论职位高级均能参与讨论，无保留地敞开思想，与众交流，知错就公开宣布改正；培养人们在众多尖锐质问下，于瞬间阐明自己观点的能力。有这样的学术环境，才能称为讨论班)，及对当代计算机软硬件环境的重要意义的了解。同时研讨厅体系还体现出它的构思者把自然科学、社会科学与哲学三者相结合所形成的观点。说得确切一些，研讨厅体系中的人并不是未加训练的老百姓，而应该是在我国发展两弹一星的历史中曾经培养出来的那种具有高度的革命觉悟，高度的组织纪律性和高度的科学性的人。
　　应该强调的是，从定性到定量的综合集成研讨厅体系的设想，一方面是在系统中把以往只能体现出“个体”的经验知识上升为能体现出“群体”的经验知识，另一方面是用语言和符号表达联接起来的知识体系来提高人的意识，并把意识提高到思维。最近，国外心理学家重新发掘出30年代被埋没的原苏联心理学家Lev Vygotsky的学说，该学说认为语言在人意识中起着中心作用。研讨厅体系可以说是这一思想的进一步发展。研讨厅体系并不局限于专家群体在一个固定的空间中，对解决十分复杂的问题进行研讨，而且可以利用网络和信息技术，采取分布式的方式，专家们可以在不同的地方通过多媒体技术发表意见互相商讨，还可以利用多智能体(multi — agent)为专家们从网上获取信息，或协助作其它的事情。总之，有了通讯网络的支持，将会使从定性到定量的综合集成研讨厅变得十分灵活、有效，达到人才资源的共享，为决策的科学化和民主化提供现代化手段。
　　清华大学自动化系的教师把综合集成研讨厅体系框架用于电力系统的调度，电力系统是一个十分复杂的大系统。随着我国经济体制的转变，多空办电、分级管理、统一调度的电网管理体制正在逐步形成，因此对电网优化调度和商业化运营提出了更高的要求。
　　电网调度分长中短期调度，又称年月日调度。按调度要求(如年调度或日调度)建立网的模型和目标函数要求不同，网的模型和目标函数也不同。传统的做法是利用分解协调原理将复杂的大系统分解成若干个子问题，如火电厂子问题、水电厂子问题。按电网的实际组成可能还要进一步分解，如水电厂子问题间存在关联，所以通常采用关联预估算法、聚合分解算法等进行求解。在年调度中求出每个月每个水库的放水策略，以使年水电发电量最大。在日调度中求出每个电厂一天的发电量以及每个机组的开机和关机方式，以求得煤耗量最小或全网收益最大的目标函数。由于采用各种大系统优化算法的同时，在建模和约束条件中都会有一些近似处理，并且难以定量地考虑一些实际因素，因而计算出的结果与实际操作之间往往有较大的差距。近些年来，专家系统、人工神经网络等在负荷预报、来水预报中已经得到应用，定性与定量相结合的智能调度方法也为电网调度人员所接受并在实际应用中获得满意的效果。实践证明，综合集成研讨厅的体系框架是处理复杂大系统的有效方法。
　　应用综合集成法的典型范例(IV)
　　——支持宏观经济决策的人机结合综合集成体系研究
　　本项目以开放的复杂巨系统理论为依据，为建立大中型企业与组织机构、国家的“人机结合的综合集成研讨厅体系”做准备，主要进行预研性工作、实质是进行集成体系的原型研究，其目标是以支持宏观经济决策为研究对象，建立一个多功能的支持宏观经济决策研讨的人机结合的技术环境与工作空间；其长远目标是为决策的科学化提供理论方法和现代化的支撑工具。
　　本项目下分4个子课题，分别为：1、人机结合综合集成体系雏形及其支撑环境的研制；2、宏观经济信息、模型体系及其功能研究；3、支持宏观经济决策的综合集成方法体系与系统学研究；4、与宏观经济决策有关的认知与知识发现技术(KDD)研究。这些子课题分别由中科院自动化所、航天工业总公司710所、清华大学计算机系、中科院系统所等单位承担。
　　本项目将为决策者提供一个方便的多功能工作平台和工具，在复杂性科学这一国际上新兴的交叉学科领域从理论到具体实践方面做出有中国特色的贡献。这一工作的完成将使国民经济宏观问题的研究上升一个新的台阶，对我国的经济建设具有重大的实际意义。
　　经过两年多的研究、开发工作，该项目在各相关领域内，无论是理论研究，还是系统研制方面都取得了可喜的成果：
　　1、　　研讨厅雏形及其支撑软件
　　2、　　研讨厅信息协作软件
　　3、　　宏观经济预警、预测模型软件模块
　　4、　　宏观经济数据挖掘方法与模型软件
　　5、　　宏观经济在线建模模块
　　6、　　基于案例推理的金融危机预警系统
　　7、　　综合集成系统重构软件
　　8、　　意见集成NG软件
　　9、　　开放式群体研讨决策支持平台
　　10、多Agent预测模型系统
　　在该项目中研制的软件曾多次进行演示，有的软件还进行过实际应用，无论是在演示还是在应用中，这些软件都充分体现出了本项目的指导思想和研究目的，计算结果精确，多次受到有关专家和使用者的好评。
　　该项目于2001年8月接受了以成思危教授为首的自然科学基金委员会专家组的中期考察，经过考察，专家一致认为该项目按照项目计划书的要求，围绕项目目标展开了卓有成效的开发、研究工作，在项目涉及的多个领域内均取得可喜的进展，一致同意通过了对该项目的中期验收。
　　专家介绍材料
　　戴汝为教授
　　戴汝为，男，汉族，1932年12月生于云南昆明，1943至1951年在昆明联大附中(师院附中)上中学，1951年考入清华大学，1955年毕业于北京大学数学力学系。毕业后在科学院工作，现任中国科学院自动化研究所研究员，1991年当选为中国科学院院士。1980-1982年在美国普渡大学(Purdue University)电机系作访问学者。长期从事自动控制、模式识别、人工智能、智能控制及思维科学的研究；到目前为止，已发表《智能系统的综合集成》等学术专著5部，学术论文200余篇。曾任国家863计划智能计算机主题专家组副组长，国际句法模式识别委员会委员，欧洲《Signal Processing》杂志海外编委，中科院技术科学学部副主任，现任中国自动化学会理事长、国务院学位委员会自动化学科评审组召集人、中国加拿大资源环境高技术中心专家委员会主任、中科院自动化所学术委员会主任、清华大学智能系统与智能技术国家开放实验室学术委员会主任、《模式识别与人工智能》杂志主编等职；并受聘为清华大学的兼职教授以及中国科技大学、上海交通大学、北京航空航天大学、南京航空航天大学、北京师范大学等三十余所大学的名誉教授。
　　50年代从事工程控制论与最优控制；70年代最早在国内开展模式识别的工作，把统计模式识别与句法模式识别有机地结合起来，提出了新的语义、句法模式识别方法；80年代中期开展了人工神经网络在知识工程中应用的研究；90年代初，进行智能控制及手写汉字识别的工作；通过知识系统及人工智能的途径，跨入对开放的复杂巨系统及其方法论的研究。已培养硕士生、博士生50余名。近年来与著名科学家钱学森院士等合作，在某些前沿领域进行交叉学科的整合，包括思维科学和形象思维的研究，尤其是在复杂性研究方面处于国内前列。