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直觉机理及其在科研中作用初探
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摘要：从工程认识论的角度，作者尝试探讨了直觉的作用和机理，提出直觉是人面临问题时，在注意之外进行的试探性的思维活动，是人所有活动的创造性的来源。基于这种认识，作者试图澄清对直觉现象的一些神秘或含糊的解释，并由此提出：在科研中，直觉是通过尝试性的提问和回答不断引领科研前进的向导；培养科学直觉能力的正确途径是在掌握广博知识的基础上，用各种手段建立良好的“稳定、经济、有预见力”的科学审美观，通过训练养成严谨简明的思维习惯和坚韧不拔的思维作风。
在人类的创造性活动中，直觉是一种普遍存在的现象。我们经常看到电影中有经验的侦探在证据很不充分时就能够早早地锁定真凶，这时他的判断只能来自直觉；在围棋的快棋赛中，哪怕再高明的棋手也没有足够的时间仔细分析局势，但他们往往可以凭直觉下出非常好的棋来；在科技发展史上，阿基米德发现浮力的规律、歌德巴赫猜想的提出、居里判断放射性元素的存在、爱因斯坦确立狭义相对论的前提，都是科技史上广为人们传颂的直觉的神奇功绩。
直觉不是天才或专家的专利，我们普普通通的人在日常生活中也常常运用直觉。例如，当读到一个病句时，我们在分析它的结构之前就已经可以觉察到句子存在问题；在我们与人交谈时，我们往往可以仅凭寥寥数语就对对方的性格形成印象；熟悉烹饪的人在做菜时并不需要精确称量各种原料，凭直觉就能够按照合理比例做出可口的佳肴。
然而，直觉出错的情况也很普遍。每天见到的东升西落，容易让人产生“太阳围绕地球旋转”的直觉；亚里士多德从直觉经验出发，作出了“力是使物体产生速度的原因”和“物体越重，自由下落越快”的错误判断；很多著名的科学家说，他们的大部分直觉后来被证实是错的，现在都忘记了。杨振宁说，直觉的“见解不一定都是对的，恐怕90％是错的；不过没关系，只需要10％是对的就行了。”[6] 围棋中早有《烂柯经》云：“不思而应者，取败之道也”，说的是下棋时只凭直觉而不分析，那就是输棋的根源。
那么究竟什么是直觉？直觉从何而来呢？不同的学者给出了不同的解释。美国心理学家布鲁纳在《教育的过程》中将直觉定义为“直接了解和认知”[2]；贝弗里奇在《科学研究的艺术》中指出，直觉即指突然跃入脑际而能阐明问题的思想，包括灵感、启示和突然的、预见不到的顿悟；杨清《简明心理学辞典》定义直觉为洞察事物的一种特殊思维活动；朱智贤《心理学大辞典》说直觉时不经过复杂智力操作的逻辑过程而直接迅速地认识事物的思维活动。埃瑞克•波恩认为，直觉是建立在经验基础上的，靠对主体的感观接触而获得的认识。心理学家卡尔•荣格对直觉的解释兼有经验论和内视论倾向，他把直觉与思想、感觉和感想同归为四种基本心理机能，直觉是“探索求知、感觉隐含的可能性和暗示的一种心理机能”,具有直觉能力的人可分为内向型直觉者和外向型直觉者,“前者的直觉主要面向心灵的内部世界,而后者对外部世界的观察带来了一个又一个的探索前沿”[3]。爱因斯坦说，直觉能力是一种思想的自由创造力[4]。伊恩•斯图加特认为，“直觉是真正的数学家赖以生存的东西。”大数学家庞加莱说：“直觉不必建立在感觉明白之上，感觉不久便会变得无能为力。”笛瓦多内说：“这些富有创造性的科学家与众不同的地方，在于他们对所研究的对象有一个活生生的构想和深刻的了解，这些构想和了解结合起来就是所谓‘直觉’……，因为它适用的对象，一般说来，在我们的感观世界中是看不见的。”[10] 法国哲学家柏格森十分重视直觉思维与科学创造之间的联系，提出以直觉思维为根本的“创造进化论”，认为直觉是人的理智的“边缘”、“半影”，这些“边缘”和“半影”的“凝结”，便形成理智与科学的内核。正是从与人的理智关系出发，柏格森提出：“所谓直觉者，即超脱利害与能自己内省之本能。”[11]
学者们对直觉的局限性也有不少观察和论述。周昌忠认为，直觉的局限性有两种，1）容易局限在狭窄的范围里；2）常常赋予事物虚假的联系 [7]。加拿大哲学家M•邦格早在1962年总结过直觉有三个缺点：其一，是它没有论证力；其二，是它不够精细；其三，它趋于保守。这里的保守指的是难以改变。[7]
综观上述对直觉的论述，我们可以看到，首先，人们从各个角度观察到了直觉现象的特点、作用和局限，这些是我们进一步分析直觉现象的宝贵财富；然而，各个学者对直觉机理的解释却总是或多或少笼罩着一些神秘色彩，要么用比喻的方式简单将其归结为人的本能，要么使用另外没有定义的概念来进行解释，这实际上限制了我们对直觉深入讨论的可能性。同时，由于对直觉机理缺乏了解，人们对直觉的作用和局限的说明也五花八门，显得零乱而随意。
考虑到直觉是人类认知活动的一部分；我们认为，对直觉机理缺乏理解的根源可能在于对人类认知过程理解的局限。本文中，作者将尝试运用工程认识论的原理，力求排斥神秘主义的形而上学解释，试探着对直觉的机理进行分析和说明，并给出常见的直觉现象的解释；在工程认识论理解的基础上，作者还将探讨科研中运用直觉的正确方法以及培养直觉能力的可能途径。
在为认知科学建立哲学基础的过程中，赵南元教授提出了一种认识论，这个认识论排斥所有形而上学的东西，其中所有的概念都有存在科学的对应概念，甚至可以做到工程上可实现[12]。赵南元教授称这种不包含与科学无法发生联系的形而上学成分的认识论为工程认识论。
与本体论的认识论相比，工程认识论最大的特点是摒弃了“真理”这个形而上学的概念，而将认识论建立在“善理”的基础之上。包含本体论意义上真理概念的认识论可由“正镜”模型来描述，即人的认识是对客观现象和真理的反映。这种反映论的模型面临三大理论困难：首先，自然界是否的确存在客观规律（真理）？其次，我们的感觉何以没有欺骗我们的大脑？第三，我们何以能够看到现象背后的真理？
建立在“善理”基础上的工程认识论彻底抛弃了真理所带来的理论包袱，其思想可以用“逆镜”模型来说明。在逆镜模型中，不关心本体论意义上的“客观”与认知关系；我们大脑中客观世界的图景，是我们根据自身与外界的稳定的输入输出关系在自己的头脑中建立的模型，这种模型就是按照善理的“稳定、经济和可预测”三原则形成的；更好的模型（更善的理）就是“更稳定、更经济和更有预测力”的模型。
工程认识论的一个重要应用就是人类认知发展的广义进化模型。在工程认识论看来，人类对自然界认识的过程，是不断发明更稳定、更经济、更有预测力的模型的过程。这种发明过程与自然界生物的进化过程有很多相似之处，可以用广义进化范式来说明，即人类认知的发展，是在已有知识（即客体的模型）的基础上，通过变异来产生各种可能的新模型，然后再运用善理的三原则对新模型进行选择，淘汰不好的模型，将更好的模型作为新的已知知识保留下来。爱因斯坦也意识到了这样的创造和积累过程，他说，“科学并不就是一些定律的汇集，也不是许多各不相关的事实的目录。它是人类头脑用其自由发明出来的观念和概念所做的创造。”[4]
广义进化范式的一个工程模型就是软硬结构模型[12]。
以工程认识论为基础来解释人类的高度发展的认知能力，并以此来考察直觉现象，我们就得到了不带任何形而上学成分的直觉的工程认识论的解释。
我们先分析人类高度认知能力的特点，然后结合直觉现象的重要特征，给出直觉的工程认识论定义，及直觉特征的工程认识论解释。
人类高度发展的认知能力涉及很多方面，这里仅讨论两个与直觉相关方面：语言文字和意识。
语言文字既是人类认知的发明，也是人类认知得以高度发展的重要工具；语言文字除了具有传递和保存信息的功能外，它还保证人类知识一致性。在语言文字的帮助下，人类才有可能积累大量的知识，并且还能够保证这些知识的互不矛盾。人类认知精度和深度的空前发展离不开语言文字；同时语言的出现，使得人类的认知模型中出现了大量的比“感觉－动作”模型更抽象和复杂的模型，使得人对某些抽象认知模型预测结果的验证变得间接，需要借助语言文字提供的工具，如逻辑、数学等。
意识是人类高效的学习能力的一种表现，其作用之一在于产生注意，以将人脑中有限的运算资源尽可能有效地分配最重要的地方。人脑对外界信息的处理大致可以分成两种情形，一种是对熟知情形的处理，这部分处理已经建立起有效的模型，在处理过程中无须试探、搜索，没有运算的指数爆炸的问题，可以很有效地完成；另一种是对未知情形的处理。未知情形就是运用已知模型预测失败的情形，这时候因需要对解决问题的途径进行试探性的搜索，一般都会面临指数爆炸的困难，需要大量的运算资源。意识可以将存在有效模型的熟知情形的处理渐渐移出注意的范围，而将运算资源尽可能多地保留给尚不存在有效模型的未知情形。这种对注意控制的现象非常常见，例如在体育运动种所谓的“球感”就是熟练掌握了并可以在注意之外完成的的控制球的技术；在围棋中所谓的“棋感”也是对棋局判断熟练的部分移出注意后组成的。所以，人能够高度并行地完成很多熟练的事情而不自觉，但对于陌生的、需要学习的事情，人却只能“一心一意”地去做。
我们再回头观察一下人们通常所说的直觉现象的特征。
首先是非注意性，即虽然人们了解直觉的结论，但一般却注意不到得到结论的过程。
其次是迅速性，即直觉的结论似乎可以在瞬间得到。很多学者所描述的“直接性”就是指这种得到结论的快速，似乎不经过中间过程。
第三是结论正确的或然性，即直觉结论不能确保正确。
第四是直觉思维的保守性，即直觉不容易改变。在日常生活中，人们常说的“思维定式”，有的就与这种保守性有关。
从工程认识论的角度对直觉现象的上述特征进行分析，我们不难看到直觉机理的一鳞半爪，并由此猜测直觉机理的完整模型。
从非注意性和迅速性看，人脑的直觉思维所运用的是已知的认知模型。直觉的产生，就是人脑引用熟知情形下的模型来处理当前的问题所得到的判断；也只有使用熟知情形的模型，人脑才有可能迅速得出结论。关于这一点，哲学家西蒙曾写道:“直觉实际上是一种再认识, 一个人只有对非常熟悉的东西才会有直觉。”[8]
从结论正确的或然性看，人脑在将问题作为熟知情形处理时并未假定这种处理的合理性，而是将其合理性留待下一步，通过验证结论的正确性来完成。从这个角度看，直觉只是对解决途径的一种试探和尝试，并非所谓“问题的实质”神秘的“把握”。对此爱因斯坦客观地说过，有的时候，“我从直觉来回答，并不囿于实际知识，因此，大可不必相信我。”[11]
直觉思维的保守性是由直觉产生所依据的认知模型决定的。直觉思维依据的是注意之外的熟知情形的认知模型。这些模型是通过大脑反复应用和大量检验后被认为是有效的认知模型。这类认知模型的形成需要大量的训练，所以其改变亦非一日之功。直觉思维的保守性可以看作是认知模型稳定性的体现。
鉴于直觉的上述特征，我们可以看出，直觉是人在解决问题过程中，在注意之外进行的试探性思维活动。这个定义不仅描述了直觉的特点，而且描述了直觉的最重要的作用：产生新的思想。从认知的广义进化范式看，人的认识的发展是在认知模型的“变异”和“选择”的交替反复过程中完成的。所谓变异，就是只尝试性地提出新的模型；所谓选择，就是根据善理的三原则对模型进行衡量，“优胜劣汰，适者生存”。从认知的过程看，变异就是在直觉思维过程中产生的。很多学者从他们的认知实践中已经感觉到了这个规律。董世峰在[3]中描述到，“科学研究的过程，是一个起于直觉，经由理性，再到直觉，即直觉、理性、再直觉、再理性以至无穷的过程……”。爱因斯坦指出，“物理学家的最高使命是要得到那些普遍的基本定律，由此世界体系就能用单纯的演绎法建立起来。要通向这些定律，并没有逻辑的道路。只有通过那种对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到那些定律。”爱因斯坦又说，“物理学构成一种处在不断进化过程中的思想的逻辑体系，它的基础可以说是不能用归纳法从经验中提取出来的，而只能靠自由发明来得到。这种体系的根据（真理内容）在于导出的命题可由感觉经验来证实，而感觉经验同这些基础的关系，只能直觉地去领悟。”[4] 柏格森的以直觉思维为根本的“创造进化论”也表达了类似的思想。[11]
基于上面的认识，我们能够对出其它一些与直觉相关现象的进行非形而上学的解释。这里我们仅仅讨论灵感和所谓直觉的局限性。
灵感是伴随直觉的一种重要认知现象，也是众多认知现象中神秘色彩最浓的现象之一。赵南元教授在[12]中对灵感进行了精辟的认知科学的解释。这里我们尝试用直觉的概念对赵南元教授的解释进行再表述。
灵感是人反复运用直觉、并经历了多次失败的尝试后终于发现了问题答案的现象。也就是说，首先，灵感是一种直觉，它的迸发过程在人的注意之外，迅速而随机；其次，不言而喻，灵感是一次成功的直觉；第三，灵感是一次伴随强烈感情体验的成功的直觉，这种强烈的感情体验正是来自多次失败后仍不懈努力，最终获得成功的兴奋和喜悦。灵感的迸发是在坚韧毅力的支持下勤奋的创造性劳动的辉煌成果。正因为灵感是人的多种优秀品质结合的产物，它历来为人们所称道。爱迪生的名言“天才是99％的汗水加上1％的灵感”家喻户晓；柴可夫斯基则说“灵感全然不是漂亮地挥着手，而是如犍牛般地竭尽全力工作时的心理状态。”车尔尼雪夫斯基认为，“灵感是一个不喜欢拜访懒汉的客人。”列宾也说过，“灵感，是由于顽强的劳动而获得的奖赏。”
从工程认识论的角度，直觉的局限性也可以得到合理的解释。引言中提到了两位学者对直觉局限性的总结，主要包括直觉的作用范围有限、结论的不可靠和不够精细、以及直觉可变性较差等。从直觉的机理看，作为对问题的一种尝试性解答，其结论包含着大量有待检验的创造因素。用广义进化论的观点看，直觉产生的结论是已知模型的“变异”，这种变异是否好（即是否符合善理的三原则），是有待实践或理论工具来检验的。所以直觉结论的不可靠和不精细是自然的；当直觉对未知问题进行尝试性回答时，一般很难“全面考虑”，因为问题涉及哪些方面正是我们需要探索的，这就是直觉有时候表现出来的“作用范围有限”的原因；至于直觉可变性差的特点，在前面的分析中我们已经说明，实际上是认知模型稳定性好的表现。
严格地说，这些直觉所谓的“局限性”实际上是直觉在运用上的“局限性”，而非其本身的“局限性”。就好像用诗人作挡车工会有“不可靠、不精细”等“局限”一样。
由于直觉的工程认识论解释排斥了形而上学的成分，所以我们可以更好地探讨与直觉相关的实际问题。这一节中，我们着重探讨在科研中如何正确运用直觉，如何培养直觉能力的问题。
从工程认识论的角度看，在人的创造性活动中直觉的作用在于产生变异，即产生供选择的新思想。这就决定了科研中，直觉应该处于指引方向的地位。如果把科研探索的过程比喻成是穿越荒原，那么直觉就应该是“眼睛”，而理性分析或实验就是“双脚”。我们必须用眼睛观察方向，然后用双脚去实践和验证研究的观测。David A. Patterson曾经告诫青年学生：“Use intuition to ask questions, not answer them.”[15] 意思是说，要将直觉用于发现问题，而非解决问题。这个观点显然是很有道理的。
在刚刚开始科学研究时，自己曾经犯过只重视理性分析而忘记运用直觉和过分强调直觉而忽视理性分析两种错误。
笔者是计算机应用基础研究领域的博士生。在研究的初期，自己曾企图单纯从数学中找到研究的问题和突破。我选修了机器学习的数学基础课，包括高等概率论（测度论），应用随机过程、应用数理统计等，思考了不少有趣的数学习题。结果一段时间下来，研究毫无进展，对研究领域问题的认识没有丝毫进步。现在回想当时的情形，实际上就是在盲目探索。记得当时导师曾提醒过，不能只顾“低头拉车”，还要“抬头看路”，可惜当时不太理解这个比喻的含义。
在博士开题前后的一段时间自己又过分依赖直觉，以为单纯依靠直觉就可以作出好的研究，至少可以选择到好的研究问题。那一段时间，自己醉心于单纯的哲学思考，认为基于常识，再加上正确的哲学指导，就可以找到研究的突破口。在这种错误的认识指导下，我满足于各种“主义”之间的直观比较和讨论，停留在各种现象的直观的哲学解释，忽视甚至藐视具体的工作，不愿做实验，也写不出文章。这种“只看不做”的搞法现在看起来的确荒唐可笑，但是在当时导师提醒我“要动手”时，自己还误以为是导师对我没有干具体的项目而有意见呢！
后来，在实验中，自己从直观上不太理解的一种看似简单的投票式的融合方法的原理，于是提出了“从直观上看，为什么此方法有效？此方法是否可以改进？如何改进”等问题。文献调研发现这几个问题尚没有比较成熟的研究，于是自己类比领域中经典的二分类问题，从直觉上判断，所谓投票融合方法好一定是指融合后两种类别的对象分离得更好了。在这个直观想法的导引下，我运用概率论的工具，终于给出了该方法将对象分离更好的概率意义和概率方法，不仅大大改进了这个方法，而且改变了这个方法长期以来缺乏明确物理含义的状况[13]。这个小小的事例说明了科学研究中必须用直觉来导引，用分析来推进的规律。
直觉能力是创新性人才的关键素质[1]，培养直觉能力是保证科研创造性、提高科研效率的重要手段。基于直觉的工程认识论解释，我们也可以进一步探讨如何培养直觉能力的问题。
直觉能力实际上就是产生供选择的思想变异的能力。由于这种思想变异的产生过程发生在人脑的注意之外的部分，这就要求我们必须熟练掌握有效的思维方式，使之成为“下意识”的功能。这正是我们通常听到的“熟能生巧”、把某中技巧“融会贯通”变成“本能”的含义。
要培养高效的直觉能力，必须培养正确的分析问题的方法，并熟练运用这些方法，直到形成优良的思维习惯。具体培养方法中，除了进行广博的基础知识的学习和训练外，还特别要注意三点。
首先要树立良好的科学审美观。美是教育的重要手段。前苏联教育学家苏霍姆林斯基曾经说过，“美能使人成为有教养的人，确切地说，美的世界里的精神生活能使人成为一个有教养的人。”“美的世界里的精神生活，就是在体验、创造、保持周围世界里的美——包括在自然界里、人际关系里、特别是精神范畴里的美。”“培养敏锐最强有力的手段就是美”[14]。将这个原理运用到科研直觉的培养中，我们可以说，科学里的美能够使人成为有科学素养的人，确切地说，科学世界中美的精神生活能够使人成为有科学素养的人；科学世界中美的精神生活就是在体验、创造和保持科学世界里的美——包括科学理论简洁而深刻的美、理论对实践高度预测能力的美、特别是杰出科学家精神上的美。培养科学的敏感最强有力的手段就是美。从科技史上看，爱因斯坦高度的物理直觉能力跟其审美能力密不可分。爱因斯坦的朋友邦迪曾经回忆说：“我记得最清楚的是，当我提出一个自认为有道理的设想时，爱因斯坦并不同我争辩，而只是说：‘啊，多丑！’。……他深信，美是探求理论物理学中重要结果的一个指导原则。”[4] 具体而言，善理的“稳定、经济和预测力”三原则，也可以作为科学审美标准的基本原则。
其次，要培养对直觉能力的自信心。自信心的培养遵循是教育学的普遍规律，这里不作仔细讨论。
第三，要培养坚韧不拔的思维作风。高超的直觉能力的培养需要艰苦和长期的努力，没有坚忍不拔的作风，难以养成良好的思维习惯，也就很难达到较高水平的直觉能力。
直觉是人类认知过程的重要环节，在科技创新中起非常重要的作用。然而，由于认识论上的形而上学的因素，一般对直觉的解释和讨论或多或少带有神秘主义的色彩，这种情况影响甚至误导了人们在进行创造性活动时对直觉的态度。针对这种情况，本文以工程认识论为基础，尝试提出了直觉的一个非形而上学的解释，即直觉是人在解决问题过程中，在注意之外进行的试探性思维活动，并且基于这个非形而上学的解释，我们进一步探讨了科研中运用直觉的方法以及直觉能力的培养途径。
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[13] 丁大勇. 信息融合技术的研究及其在视像内容分析中的应用[博士学位论文]. 北京: 清华大学计算机系, 2007.
[14] B. A. 苏霍姆林斯基. 怎样培养真正的人. 蔡汀, 译. 北京: 教育科学出版社, 1992.
[15] David A. Patterson. How to Have a Bad Career in Research/Academia: OSDI'94 Keynote Address. 1994. http://www.cs.utah.edu/~lepreau/osdi94/keynote/slides-1up.ps.gz
https://blog.sciencenet.cn/blog-38795-16546.html
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