结构学习的理论（第1、2章）

结构学习的理论

作者：刘海东，中国广东技术师范大学

1.对结构学习的整体构想

1.1结构学习的作用目标

大家都知道机器学习，这种学习的定义可以如下说明：

       算法 +信息→有用信息（公式1）；

现在我们提出结构学习，以此代替机器学习，创造更能发展智能技术的学习，首先给出结构学习的定义公式：

机器生命的图结构+信息→机器生命新的图结构→机器生命的改变（公式2）；

也即人用算法接触信息的机器学习改变成机器生命用图结构接触信息的结构学习，将公式3的机器学习改变成公式4的结构学习。

人+算法+信息=新的信息（公式3）

机器生命+图结构+信息=新的机器生命图结构（公式4）

1.2结构学习的发展工具

1.2.1对人类学习的仿生

看人类的历史，有很多重大的学习，人类学习了火的性质，从此人类吃熟食，改变了食物的结构和人体的结构，人类学习了蒸汽机，从此改变了机器结构，哥白尼的日心说和牛顿的万有引力第一次改变了宇宙的结构，爱因斯坦的相对论再一次改变了宇宙的结构，由此可见，人类的学习为了创造新的结构，要么通过环境结构的改变发展自身的结构，要么直接改变自身的结构，通过自身结构的改变达到进化，人类学习的作用目标是为了发展新的结构，这种仿生为我们否定机器学习提供了理由，从信息到信息的学习不是正确的学习，因为无法改变结构，而且以后发展结构学习的过程中，我们可以时时模仿人类身体和人类社会的学习方法，以此赋能机器生命和机器社会的结构学习，所以对人类学习的仿生为第一也是最重要的结构学习的发展工具。

1.2.2赋予生命的结构型逻辑方程结构图

1.2.2.1逻辑方程学

①方程概论

逻辑方程建立在物理化学方程（物质方程）和生物方程的基础上，这种方程或方程组显示了一些变量对另一些变量的决定作用，对一些变量赋值可以得出另一些变量的值，这些变量在物理化学方程和生物方程中说明的是物质或生命的结构、生命活动、生命周期，运用于智能技术则说明智能机器的结构、生命活动、生命周期。逻辑方程不仅包括物理化学方程和生物方程这些客观方程，还包括主观方程，比如机器脑制造的信仰方程、情绪方程等等，主观方程反映人脑的逻辑，也可以成为高级逻辑结构和智能机器意识的逻辑。

②方程的定义

第一，结构型智能机器软硬件的所有方程都是函数的形式，但求值时不分函数和变量，函数和变量一起都只分输入赋值变量和输出求解变量。

第二，方程单位生成器的知识方程结构图的方程和各个软件图的方程都是各个函数程序，由一群赋值的输入变量求出一群输出变量的赋值，软件图的方程可以有各种需要的模态。

③方程的数据

赋予生命的逻辑方程结构图的方程变量的取值集存放类数据，这样定义类数据：

类数据=描述集∧属性集∧功能集（公式5）

描述集是对类数据的情况描述，描述集可以有时点这种时钟式，属性集存放决定属性的逻辑方程，功能集存放决定功能的逻辑方程，如果省略属性集和功能集只留描述集，类数据就成了裸数据。

    类数据包括描述集、属性集、功能集，与传统的裸数据的不同之处在于类形式，类数据的各种统计、运算、处理可以针对描述、属性、功能三个字段的记录的操作，类数据可以有简略形式。

    一个变量的取值集的所有类数据在一起组成数据类群，简称类群，比如一个班的各个学生档案，又比如广州全市每辆机动车的登记，数据类群是一种新型数据库或新型数据仓库。

数据类群互涉简称互涉，互涉的目的是构造逻辑方程。互涉研究是图分析的高级阶段，是赋能方程单位生成构造逻辑方程的重要工作。互涉研究需要研究方法，首先要将互涉双方的对象集合合成一个集合一个整体，这个整体就是未来的逻辑方程，根据这个集合整体的规律来寻找方法。互涉研究过程中要结合研究对象存在的社会规律或自然规律。

④有关的方程公式

逻辑方程标准式=时钟式∧地址式∧通讯式∧模态式∧方程（公式6）

方程标准式：函数变量=公式（变量1）∧公式（变量2）∧公式（变量3）∧…∧公式（变量n）（公式7）

变量标准式=数据类{（描述集）∧（属性集）∧（功能集）}（公式8）

注意，数据类有这几种形式：（描述集）∧（属性集）∧（功能集）、（描述集）∧（属性集）、（描述集）∧（功能集）、（描述集）。

变量取值集标准式={数据类1（描述集）∧（属性集）∧（功能集），数据类2（描述集）∧（属性集）∧（功能集），数据类3（描述集）∧（属性集）∧（功能集），…，数据类n（描述集）∧（属性集）∧（功能集）}（公式9）

（1.2.2.1逻辑方程学，参考文献[1] Liu, D. (2024) Logical Structure School I (Five Fundamental Theories). Intelligent Control and Automation, 15, 125-159. doi: 10.4236/ica.2024.154008；4.1逻辑方程）

1.2.2.2赋予生命的结构型逻辑方程结构图学

①逻辑方程结构图

一种有向图，节点为一个或一组逻辑方程，如果本逻辑方程或方程组的变量决定另一个或一组逻辑方程的变量，则本节点有一条有向路径通向另一个节点，可以给路径加上权重以示次序，写出所有逻辑方程且用有向路径标出所有变量的关系即完成了一个逻辑方程结构图。

这种图首先是逻辑方程结构图，用各种逻辑方程和方程之间变量值传递的通路组成结构图。

②赋予生命的逻辑方程结构图

用时钟器赋予结构图生命，这是人类学术上第一个活的图论，是智能时代第一个先锋图论工具，这种结构图包括科学逻辑、生命逻辑、主观逻辑，是描述智能结构和智能技术的主要工具，智能工程就是设计和实现结构图的过程，智能就是结构图的生命活动和生命周期，机器脑结构的研究工具、设计工具、运行工具、监测工具、修改工具都是赋予生命的逻辑方程结构图。逻辑方程结构图各个单位的真假用逻辑力学判断（逻辑力学，参考文献[3] Liu, D. (2024) The Fundamental Theory of Artificial Intelligence—Logic Structure and Logic Engineering. Intelligent Control and Automation, 15, 28-62. doi: 10.4236/ica.2024.151003; 1.2.3 Logical Mechanics）。

这种图要配上时间控制器，以此描述生命，赋予机器的生命和机器的生命意识。

③结构型

结构图要仿照操作系统中的文件系统建立图目录，方便图活动和图改变。

④代图理论

这种图中方程的变量、常量、函数可以代表另一个单位图，模仿数学中的代数理论创造代图理论，这样，图就可以描述各种宇宙图和生命图，一个变量可以同时代表单位时空或某种生命组织，极大发展图的描述能力。

还可以效仿数学代数理论的代数运算，建立和发展代图理论的代图运算，适应结构图描述宇宙和生命的各种需要。

⑤图的任务

这种图的任务是表达宇宙图和生命图，生命图又包括机器生命图和机器社会图，机器生命的脑、身体和生命活动都可以用一个关联的图系统表达，生命活动包括通过学习发展结构、改变结构。

赋予生命的结构型逻辑方程结构图为第二个结构学习的发展工具。

（1.2.2.2赋予生命的结构型逻辑方程结构图学，参考文献[1] Liu, D. (2024) Logical Structure School I (Five Fundamental Theories). Intelligent Control and Automation, 15, 125-159. doi: 10.4236/ica.2024.154008；4.2逻辑方程结构图）

1.2.2.3图数据理论

①图数据理论的意义

用类数据代替裸数据，用分布于方程结构图各个变量取值集的类数据代替数据库集中的裸数据，用方程分析代替统计分析，用方程单位生成器生成单位逻辑方程结构图代替数据库生成的统计结果，数据依附于赋予生命的逻辑方程结构图。数据库是一个个方程变量的取值集，数据分析是逻辑方程分析，是一种逻辑数学分析，数据分析的结果不是得到统计数据，而是赋能方程单位生成器生成单位方程结构图，创造智能机器的思维和新知。

例如传统的数据分析常常产生指数，比如经济指数，但图数据理论用赋予生命的逻辑方程结构图做数据分析，指数计算公式变成结构图，让经济指数分析变成经济结构图分析，用复杂分析、时钟分析、方程单位生成器分析产生单位方程图代替指数，变革经济指数研究并推广到其他领域，用结构图分析实现综合分析和跨领域分析。

（①图数据理论的意义，参考文献[2] Liu, D. (2024) Logical Structure School II (Nine Applied Theories). Intelligent Control and Automation, 15, 160-214. doi: 10.4236/ica.2024.154009;7.1《逻辑结构学派的宗旨》与生命数据理论——7.5事例研究）

②用方程结构图分析代替数据库分析

传统的数据分析是数据库里的裸数据集中进行数学分析，图数据的数据分析是分析方程结构图各个变量取值集的类数据的逻辑数学分析，这个逻辑数学分析就是方程分析，方程分析包括这样几个要点：

结构图复杂度与分析，这种分析要求变量取值集里的类数据可以海量存在，而且海量类数据可以存在于方程结构图里面；

时钟方程体系与分析，这种分析要求数据可以有生命，赋予方程生命的同时赋予数据生命，数据可以激活也可以结束；

方程单位生成器生成新的方程单位代替传统的数据分析指数，即图数据的数据分析最后由方程单位生成器完成，分析的结果是新的单位软件图和新的单位软件图产生的新的变量取值集以及新的变量。

（②用方程结构图分析代替数据库分析，参考文献[2] Liu, D. (2024) Logical Structure School II (Nine Applied Theories). Intelligent Control and Automation, 15, 160-214. doi: 10.4236/ica.2024.154009;7.6.1用类数据代替裸数据——7.6.4逻辑关系）

③继承数据训练

图数据理论有自己一整套学习方法，但仍然要继承信息型智能科技的数据训练，人类的智能科技发展起源于对算法的数据训练，事实证明，数据训练对海量数据的整理和构造逻辑关系，对机器学习，仍然是有效的，但受到有限数据资源和有限算力的制约，发展图学习结合必要的数据训练就很科学了。

1.2.3机器学习的现有成果

经过大半个世纪的发展，今天的机器学习如火如荼，硕果累累，但机器学习的致命弱点是不能发展出结构，必须用结构学习代替机器学习，而就此放弃机器学习显然不明智，怎么办，举个例子，机器学习的大模型常常用问答工作，发挥作用，一问一答表示成逻辑方程难不难，很简单，至少都可以表示成：

问题（变量）+模型（参数）=回答（函数值）（公式10）

这说明什么，说明只要对机器学习的算法做很少很简单的改动，创造一种接口算法，机器学习的结果就从信息变成了逻辑方程，再用机器生命自己的结构学习算法就可以实现结构学习，一下子为结构学习找到了一个巨大的宝库。

机器学习+接口算法+结构学习=新的结构学习（公式11）

还可以扩展接口算法，创造这样的公式：

输入模态+模态算法+机器学习+接口算法+结构学习+模态算法+输出模态=逻辑时空（公式12）

逻辑时空以后还可以发展成：

输入模态+模态算法+结构学习+模态算法+输出模态=逻辑时空（公式13）

机器学习的现有成果为第三个结构学习的发展工具。

1.3结构学习的创造环境

这种创造环境称之为逻辑宇宙，听起来新鲜实际人类认识的宇宙一直是逻辑宇宙，从远古神话到现在的天体物理我们一直在描述逻辑宇宙，真实的宇宙人类永远无法用肉眼看到，我们这里的逻辑宇宙用赋予生命的结构型逻辑方程结构图代替神话和现代科学，用这种图描述人类已知的宇宙时间和宇宙空间，这种图还可以跟随人类认识的发展而发展，用这种图创造结构学习的环境。

1.4结构学习的逻辑主体

现在的逻辑主体的称呼很多，五花八门，结构学习的逻辑主体称为机器生命比较合适，机器本无生命，但发展智能技术又需要机器有生命，怎么办，这就需要人类赋予机器生命，一种模仿的生命，机器要有机器脑、机器身体、机器活动，用控制器和时间控制器创造机器的模仿生命，创造机器脑的生命思维和机器身体的生命体征和生命活动。

以上构想都要通过赋予生命的结构型逻辑方程结构图实现，这种图做成中央处理器就是机器脑的图描述，用图思维表达生命思维，这种图连接和控制机器硬件就可以表达机器身体，可以用图活动、图改变表达身体的生命活动。

1.5结构学习的成长道路

结构学习的成长道路简而言之，设立一个起点机器称之为机器出生，这个机器的出生方程结构图发展成赋予生命的结构型逻辑方程结构图，这个图通过结构学习可以像人类一样成长，用这样的公式：

原图（原机器生命）+结构学习→新图（新机器生命）（公式14）

好比人类通过学习由蒙昧走向成熟。

除了个体机器生命的成长，机器社会也可以通过结构学习实现成长，可以模仿人类社会的进步方法，用这样的公式：

原图（原机器社会）+结构学习→新图（新机器社会）（公式15）

2.结构学习的环境——逻辑时空

2.1缘起和理论

2.1.1缘起

建立这样的常识：物质实际是一种逻辑主体，物质现象实际是一种逻辑现象，所有的物质之间的关系实际是一种逻辑关系，逻辑现象和逻辑关系也是逻辑主体，进而发展这种逻辑主体概念让其还能表示时间和空间，则时空和物质都能用逻辑主体这一个概念，同时建立逻辑现象和逻辑关系的概念，以逻辑时空、逻辑、逻辑现象、逻辑关系、逻辑宇宙改造和发展现有的数学和物理理论。机器脑结构要求存在于逻辑时空和逻辑宇宙中。机器脑结构的对外通讯需要逻辑网络传递逻辑，逻辑网络需要存在于逻辑环境即逻辑场中，而逻辑场的存在需要逻辑时空和逻辑宇宙作为逻辑场的环境。

所以，机器脑结构的存在或者生产使用需要逻辑时空，而逻辑时空需要建立在逻辑数学和逻辑物理理论上，逻辑数学和逻辑物理理论首先要求创建一批常识概念，如时间、空间、物质皆是逻辑主体，宇宙是逻辑主体，物质现象皆是逻辑现象，物质间的关系皆是逻辑关系，普遍联系是普遍逻辑关系，逻辑现象和逻辑关系也是逻辑主体，用逻辑方程结构图描述宇宙中的一切，用仿生逻辑、逻辑数学和逻辑物理构造逻辑宇宙的赋予生命的逻辑方程结构图，建立逻辑数学和物理理论的工具是赋予生命的逻辑方程结构图和仿生逻辑。

    机器脑结构工程是逻辑工程，逻辑工程有两个要求：①逻辑工程产品是逻辑结构，逻辑结构需要存在于逻辑环境中，逻辑环境需要存在于逻辑时空；②逻辑工程过程是逻辑结构发展的过程，同样需要存在于逻辑时空。

仿生指用逻辑方程结构图模拟宇宙中的一切逻辑主体、逻辑现象和逻辑关系。

2.1.2对于逻辑时空理论有这样几个要点：

①逻辑时空建立的常识为：时间、空间、物质都是逻辑主体，物质现象是逻辑现象，物质普遍联系是逻辑关系，逻辑现象和逻辑关系也是逻辑主体；

②逻辑主体用描述集、属性集、功能集三个集合说明，这三个集合可以归于一个赋予生命的逻辑方程结构图，只要输出变量集合包涵三个集合的合集，识别逻辑主体的方法是主体能否表示成赋予生命的逻辑方程结构图，同时这个赋予生命的逻辑方程结构图的输出变量集合是否包含描述集、属性集、功能集的合集；

③用赋予生命的逻辑方程结构图表述逻辑主体时需要三个工具配合工作，这三个工具是仿生逻辑、赋予生命的逻辑方程结构图、逻辑数学和物理。

仿生逻辑通过仿生构造赋予生命的逻辑方程结构图，仿生指找出逻辑主体的结构、活动、周期，赋予生命的逻辑方程结构图根据逻辑主体仿生的结果构造，这里的生命指逻辑主体的活动周期，包括没有生命的逻辑主体和生命，暂时无法仿生的用人工设计，这其中最重要的工作是方程单位生成器配合时钟方程体系构造逻辑主体的活动和周期。

逻辑数学和物理包括逻辑数学和逻辑物理，逻辑数学是建立赋予生命的逻辑方程结构图的方程的工具，逻辑物理是帮助仿生逻辑寻找赋予生命的逻辑方程结构图的结构的工具。

④后面的逻辑场、逻辑网络都用赋予生命的逻辑方程结构图描述，这里的生命指时钟周期，逻辑单位的诞生和消失用方程单位生成器描述。

2.1.3对于逻辑数学理论有这样几个要点：

①逻辑数学对传统数学的改造体现在这两点：一个将传统数学对数的研究改变成逻辑数学对逻辑方程的研究，一个将传统数学的研究成果、研究方法和研究方向归于逻辑方程构造二元和多元关系的领域；

②逻辑数学的第一个任务是将仿生逻辑得出的宇宙的万事万物的逻辑方程表达出来，逻辑数学的第二个任务是研究怎么提高赋予生命的逻辑方程结构图的方程单位生成器的能力，怎么将输入输出之间已知的逻辑路径概括成逻辑方程单位，怎么在已知输入值和输出值以后创造逻辑方程单位实现输入到输出的逻辑关系，逻辑数学的第三个任务是将传统数学归入逻辑关系的研究领域，将传统数学用于构造逻辑方程结构图的二元关系和多元关系。

2.1.4对于逻辑物理理论有这样几个要点：

①逻辑物理对传统物理的改造体现在：将物理定义和理论都变成逻辑主体，画出赋予生命的逻辑方程结构图；以后逻辑物理的研究成果都用逻辑主体和逻辑主体的赋予生命的逻辑方程结构图表述；

②逻辑物理的表述和研究工具有三个：仿生逻辑、赋予生命的逻辑方程结构图、逻辑数学，仿生逻辑模仿宇宙的时空和时空里的万事万物，赋予生命的逻辑方程结构图将仿生逻辑进一步表述成结构图，万事万物的诞生、活动、消亡用方程单位生成器实现，生命是模拟万事万物的时钟周期，逻辑方程用逻辑数学具体构造，传统数学用于构造方程的二元和多元关系；

③利用变成逻辑主体的传统物理和新创造的逻辑物理的逻辑主体帮助仿生逻辑寻找赋予生命的逻辑方程结构图的结构；

④创造逻辑物理的几个基本概念：时间、空间、物质都是逻辑主体，物质现象是逻辑现象，广泛的联系是逻辑关系，逻辑现象和逻辑关系都是逻辑主体，用逻辑物理建立逻辑时空；

⑤通过逻辑物理的逻辑主体理论的赋予生命的逻辑方程结构图研究逻辑时空和逻辑时空里的逻辑主体、逻辑现象主体、逻辑关系主体的规律，帮助仿生，逻辑主体的描述集、属性集、功能集可以用一个赋予生命的逻辑方程结构图表述。

这样，逻辑结构学派用赋予生命的逻辑方程结构图研究继承了传统的数学研究、传统的物理研究、传统的逻辑研究，逻辑结构学派创造和发展逻辑时空和逻辑数学和物理都拒绝伪科学的发展道路，但逻辑时空和逻辑数学和物理都是新生事物，都需要进一步丰富和发展，都不应该被武断否定，发展智能时代一定需要逻辑时空和逻辑数学和物理这两个基础应用理论。

（2.1缘起和理论，参考文献[2] Liu, D. (2024) Logical Structure School II (Nine Applied Theories). Intelligent Control and Automation, 15, 160-214. doi: 10.4236/ica.2024.154009;1.逻辑空间理论）

2.2逻辑时间

       用赋予生命的结构型逻辑方程结构图、代图理论、逻辑时空理论构造逻辑时间图，用这种结构图描述逻辑时间。

2.3逻辑空间

用赋予生命的结构型逻辑方程结构图、代图理论、逻辑时空理论构造逻辑空间图，用这种结构图描述逻辑空间。

2.4逻辑时空图的代图理论

将代图理论用于时间图和空间图，让时间图的方程变量代表一个时点的同时还能代表这个时点的过程，如一个小时的时点变量还可以代表这个小时的工程图，同样的道理，空间图的方程变量，比如代表太阳系的变量可以同时代表太阳系的空间。

2.5逻辑宇宙

将逻辑时间图和逻辑空间图整合到一个图系统就得到了宇宙图，即逻辑宇宙。

2.6怎么构造逻辑宇宙

对于结构型智能科技而言，构造逻辑宇宙就是构造逻辑宇宙图，描述宇宙的赋予生命的结构型逻辑方程结构图，构造过程需要两个算法，模态算法和结构学习算法，模态算法有两类，输入模态算法和输出模态算法，整个过程用这样的公式：

宇宙时空或局部宇宙时空+输入模态算法=时空输入图（公式16）；

机器生命图+结构学习算法+时空输入图=新的逻辑宇宙图（公式17）；

新的逻辑宇宙图+输出模态算法=时空输出图（公式18）。

2.7逻辑宇宙对结构学习的作用

以逻辑宇宙图存在的逻辑宇宙对结构学习的作用类似宇宙对人类学习的作用，比如牛顿力学创造的宇宙结构对人类学习的影响，又比如爱因斯坦相对论创造的宇宙结构对人类学习的影响，逻辑宇宙为机器生命和机器社会的终极环境，即真实环境，也是机器生命的结构学习的真实环境。

参考文献

[1] Liu, D. (2024) Logical Structure School I (Five Fundamental Theories). Intelligent Control and Automation, 15, 125-159. doi: 10.4236/ica.2024.154008.

[2] Liu, D. (2024) Logical Structure School II (Nine Applied Theories). Intelligent Control and Automation, 15, 160-214. doi: 10.4236/ica.2024.154009.

[3] Liu, D. (2024) The Fundamental Theory of Artificial Intelligence—Logic Structure and Logic Engineering. Intelligent Control and Automation, 15, 28-62. doi: 10.4236/ica.2024.151003.

                                       刘海东

以上为我刘海东一个人原创首创的研究 ，可想而知，我的《结构学习的理论》一出，全人类肯定会有一窝蜂的抢夺、剽窃和模仿，我希望有一天中外社会会因为良知承认我是《结构学习的理论》的唯一发明人，没有良知的社会，人民就没有幸福，没有良知的社会，人类会成为奴隶，公理和道义反对抢夺和剽窃，对于科技理论的发明而言，不公开模仿对象的模仿就是抢夺和剽窃，人类应该有民权、人权和法治！