牛导力荐 I [Nature 正刊] 神经符号:融合 人工智能的下一场结构革命?
信息来源:人大高瓴人工智能学院 发布时间:2025年12月22日
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推荐人:曹朝
中国人民大学高瓴人工智能学院 教授
曹朝老师曾任华为泊松实验室主任、华为云EI(企业智能)服务产品部架构与设计部负责人(大模型、大数据、昇腾云技术首席架构师)、华为搜索技术工作组组长、华为区块链技术工作组组长;曾主导从0-1打造华为搜索引擎内核和区块链内核,在华为核心产品和服务中发挥关键作用。主要研究方向为智能体、大模型、信息检索、分布式系统,在相关领域发表论文30余篇,申请专利20余项,主导编写的《区块链技术及应用》获评高被引图书TOP 1%。
引言:大模型的反思潮
在过去十多年里,人工智能几乎与大模型画上等号。神经网络、参数规模、算力与数据,被普遍视为通向智能的唯一正道。从深度学习在视觉、语音和自然语言处理上的突破,到大型语言模型在生成与对话任务中的惊艳表现,这一技术路线在工程层面取得了无可争议的成功。
然而,就在公众沉浸于大模型的生成奇迹时,研究界却悄然掀起一场深刻的反思潮。Nicola Jones于2025年12月在《Nature》发表的文章How good old-fashioned AI could spark the field’s next revolution,显得尤为耐人寻味。文章并未沿着“模型更大、数据更多”的既定叙事继续推进,而是提出了一个看似“逆潮流”的判断:人工智能的下一次革命,可能并不来自更大的神经网络,而源于与一种“老派”思想——符号人工智能的重新结合。
这一判断之所以重要,并不在于它是否“正确”,而在于它揭示了一种正在浮现的期待或共识:随着AI系统被赋予越来越复杂的任务,仅靠统计学习和端到端优化,似乎越来越难以支撑对“类人智能”的期待。文章并不是呼吁回到早期那种规则驱动、人工编码的符号系统,而是明确指出:真正的突破,可能来自数据驱动与规则驱动之间的动态平衡,即神经符号AI(Neurosymbolic AI)。换言之,问题的关键不再是“选择哪一种范式”,而是如何在两种长期被视为对立的范式之间建立有效协同。
这种判断并非出于怀旧情绪。文章引用了AAAI在2025年初对其会员进行的一项调查,问题直指当前AI研究的核心假设:仅靠神经网络,是否足以实现类人智能?调查结果颇具指向性——大多数研究者给出了否定回答。他们认为,若要实现人类水平的智能,仍然需要大量借助一种更“老派”的方法:符号AI。对一个长期由深度学习主导的研究领域而言,这样的共识本身,就已经表明现有技术路线正在遭遇方法论层面的压力。
符号AI、大模型、神经符号AI间的关系
要理解这种反思为何会出现,首先需要重新审视符号人工智能在整个AI发展史中的位置。符号AI,有时也被称为“良好传统的AI”(Good Old-Fashioned AI,GOFAI),其核心思想是通过形式化符号、显式规则以及概念之间的逻辑关系来构建智能系统。数学表达式、if-then规则、程序语言、流程图或维恩图,都是这种范式的典型工具。与神经网络相比,符号系统最大的特点在于其推理过程是显式且可解释的,系统行为可以被追溯、检查和验证。
在20世纪后半叶,符号方法曾长期占据AI研究的主流地位,尤其在逻辑推理、定理证明和规划问题上表现突出。然而,随着问题规模的扩大和应用场景的复杂化,符号系统逐渐暴露出难以回避的局限:规则获取高度依赖人工,规则库一旦扩展便迅速引发搜索空间爆炸,对噪声、不确定性和自然语言输入也极为敏感。进入2010年代后,深度学习在感知与语言任务上的突破,使得研究重心迅速转向数据驱动方法,符号AI由此被边缘化。
但正如《Nature》文章所强调的那样,符号AI的式微,并不意味着其核心思想已经被证明是错误的。相反,它更多反映的是在当时的工程条件下,这一范式难以扩展到真实世界的复杂问题中。随着算力、数据规模和学习算法的进步,研究者开始重新意识到:符号系统的价值并不在于“独立承担一切”,而在于其在逻辑一致性、结构表达和可验证推理方面所具备的独特优势。
正是在这一背景下,“神经符号AI”逐渐受到关注。文章指出,自2021年左右开始,相关研究的数量和热度持续上升。这一趋势并非偶然,而是源于对神经网络优势与局限的双重认知。一方面,神经网络在模式识别和表示学习方面表现出色,能够从海量数据中提取复杂结构;另一方面,当任务涉及长程推理、因果关系、约束满足或可解释决策时,单纯依赖统计学习往往显得力不从心。将两种方法结合,被视为突破这一僵局的潜在路径。
这种转向并非情绪化反弹,而是源于对神经网络优势与局限的系统性反思。神经网络与符号系统各自的优势与不足。神经网络由大量节点和层级构成,通过训练从数据中学习模式,能够快速适应复杂输入,并在许多任务中展现出类似“创造性”的行为。然而,其内部表示高度分布化,推理过程难以解释,且容易出现所谓的“幻觉”现象——生成看似合理却事实错误的结果。相比之下,符号系统的工作原理清晰,擅长逻辑推理和规则约束,具有良好的可解释性,但在面对自然语言等高度复杂、规则难以枚举的问题时,构建和维护规则库的成本极高,搜索效率也难以保证。
不可否认,深度学习在工程层面解决了多个长期难题:它摆脱了人工规则设计,通过数据自动学习特征;在视觉、语音和语言建模等感知任务上取得了压倒性成功;大型语言模型甚至在部分任务中表现出超越人类的生成能力。然而,正如《Nature》文章通过多个实例所暗示的那样,这些成功并不意味着神经网络真正“理解”了世界的结构。
神经网络更像是在高维空间中拟合模式,而非显式操纵概念与关系。这种差异在复杂推理场景中逐渐显现为一系列问题:模型可能生成语法完美却事实错误的内容;图像模型会画出六根手指的手;视频模型难以稳定遵守基本物理规律;一旦输入分布发生变化,性能迅速下降。这些现象并非简单通过“增大参数规模”就能自然消失,它们指向的是表示与推理层面的结构性不足。
围绕是否应引入符号机制,研究界并非没有争议。2019年,计算机科学家Richard Sutton提出了著名的“苦涩教训”(The Bitter Lesson),认为从1950年代以来,依赖人类先验知识和规则的系统,几乎总是被依靠数据和算力的大规模学习方法所超越。在这一观点看来,向系统中重新引入符号结构,可能是一次历史性的倒退。
然而,这一判断并未终结争论。包括Gary Marcus在内的研究者指出,这更像是一场关于智能本质的哲学分歧,而现实系统的成功经验正在不断削弱“纯神经路线”的排他性。事实上,当前最强的棋类引擎之一Stockfish,本身就是神经网络评估函数与符号搜索树结合的产物,这一事实本身就说明,纯神经模型并非唯一可行路径。
对神经符号融合的实现方式
在具体实践中,神经符号AI并不存在单一实现路径。存在多种融合策略:有的工作利用符号方法增强神经网络,例如通过符号生成的数据来训练模型,从而提高输出的可验证性;有的工作则利用神经网络为符号搜索提供启发式指导,大幅缩小原本无法穷举的搜索空间。AlphaGo和AlphaGeometry正是这一思路的典型代表:神经网络不再直接给出答案,而是预测哪些候选更有希望,真正的正确性由符号推理系统来保证。
这些案例共同揭示了一个更深层的转变:神经符号AI并不是折中方案,而是一种结构性升级。在这种框架下,神经网络与符号系统不再争夺“智能的中心位置”,而是承担不同、互补的功能。神经网络负责感知、表示学习和启发式判断,估计哪些路径或假设更值得探索;符号系统则负责维护结构、执行约束,并提供可检查、可验证的推理过程。学习不再试图替代推理,而是为推理提供方向。
将这一视角延伸到当前的大模型与智能体研究中,其启示尤为直接。尽管《Nature》文章并未显式讨论LLM Agents,但其思想与这一研究方向高度同构。现实世界中的智能体任务往往具有多约束、可组合子任务以及可解释、可追责的需求,而这些恰恰是符号结构的优势所在。文章隐含的判断是:大模型更适合作为“认知前端”,用于理解、生成和启发,而非承担完整的规划与验证职责。这与当下流行的工具调用、规划-执行分离以及基于图的记忆结构不谋而合。
由此也可以看到,一个重要的研究转向正在发生:从端到端黑盒最优,走向模块化、可验证、可演化的智能系统。神经符号融合不再只是技术选项,而逐渐成为构建复杂智能体时的结构性需求。
结语:走向“理解型”AI
当然,融合本身的难度也不能低估。如何在连续的神经表示与离散的符号表示之间建立稳定接口,如何防止系统复杂度失控,是否需要新的硬件架构来支持混合推理,以及如何评测融合系统的智能水平,这些问题都尚未得到完整答案。也正因如此,这篇《Nature》文章的真正价值,并不在于给出确定结论,而在于提醒研究者:人工智能的发展,或许正在进入一个需要重新思考“智能结构”的阶段。
如果说过去十年是规模驱动的革命,那么接下来的十年,很可能是结构与认知驱动的革命。“老派AI”的回归,并非历史倒退,而是一种更高维度的整合。在这一过程中,神经网络发现新模式、新规则和新概念的能力,或许最终将与符号系统的结构化推理相结合,使AI不仅模仿人类已有的知识体系,而能够推动人类对世界的理解本身不断向前。
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