运筹说 第140期 | 从直觉到算法：这些奠基人如何塑造了启发式方法的科学根基？
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在人工智能与优化科学的浩瀚星空中，启发式算法如同一把钥匙，为人类打开了处理复杂问题的新维度。从日常导航软件的路径规划，到金融市场的风险预测，从医疗诊断的快速筛查到工业设计的迭代优化，启发式算法以“有限理性”之姿，在有限时间与资源中逼近最优解，成为现代科技不可或缺的底层逻辑。然而，这项技术的诞生并非偶然，它根植于心理学对人类认知局限的洞察、经济学对理性假说的颠覆，以及计算机科学对复杂系统求解的探索。
“试错法”“手段-目的分析”“爬山算法”——这些耳熟能详的启发式策略背后，站着两位改变人类问题解决范式的科学巨匠。本期我们将穿越时空，探寻赫伯特·西蒙与艾伦·纽厄尔的智慧轨迹，看他们如何用心理学与计算机科学的交叉创新，为AI时代埋下第一粒种子。
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赫伯特·西蒙：认知革命的架构师
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📌 学术坐标
·头衔：美国心理学家、经济学家、计算机科学家
·荣誉：1978年诺贝尔经济学奖、1975年图灵奖
·代表作：
《管理行为》Administrative Behavior（1947）
《人怎样解题》Human Problem Solving（1972，与纽厄尔合著）
🔬 核心贡献
1. 有限理性理论（Bounded Rationality）
赫伯特·西蒙最早以经济学家的身份进入学术视野，但真正令他跨越多个学科边界、构建出“启发式方法”科学体系根基的，是他对“有限理性”的精确定义。在1947年出版的《管理行为》（Administrative Behavior）中，他明确指出，在实际决策中，人类并不会像古典经济学描述的那样，追求最优解，而是在面对认知资源限制的现实条件下，寻找“满意解”（satisficing solution）。
这一理论不仅在组织决策、行为经济学中产生了深远影响，也成为后续启发式方法建模的逻辑起点。西蒙指出：“人类在解决问题时倾向使用规则、经验和策略，而非完全的逻辑推理。”（Simon, 1955）这一观点与启发式的本质高度契合。
2. GPS系统与启发式编程的首次融合
1950年代，西蒙与艾伦·纽厄尔共同开发的“通用问题求解器”（General Problem Solver, 简称GPS），是将启发式方法从心理学实验室推向计算机程序的首次尝试。GPS采用“手段-目的分析”（Means-EndsAnalysis）为核心算法策略，通过将目标分解为子目标，选择操作符以减少状态与目标之间的距离，从而模拟人类问题解决的过程。
这一系统被认为是人工智能史上最早的认知建模框架之一，它不仅影响了AI技术的早期发展方向，也为后来的专家系统、认知架构奠定了方法论基础。
3. 启发式搜索与问题空间理论的早期实践者
GPS所采用的搜索策略，并非盲目穷举，而是引入了启发式函数（heuristic functions），用于指导系统优先探索更可能接近目标的状态。尽管在今天看来这些启发式函数较为简单，但其所体现的“以经验为指引的近似推理机制”正是现代AI系统（如启发式AI搜索、深度搜索剪枝等）的雏形。
💬经典语录
“人类思维不是逻辑机器，而是充满捷径的问题解决者。”
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艾伦·纽厄尔：算法化思维的先驱
添加图片注释，不超过 140 字（可选）
📌 学术坐标
·头衔：卡内基梅隆大学教授，AI与认知科学奠基人之
·荣誉：1992年图灵奖（与西蒙共同获奖）
·代表作：
《人怎样解题》Human Problem Solving（1972）
《认知的统一理论》Unified Theories of Cognition（1990）
🔬 核心贡献
1. 将心理启发式转化为形式模型
纽厄尔在其与西蒙合著的《人类问题解决》中，提出了系统性描述人类问题解决过程的“问题空间”（Problem Space）模型。这一模型包括三个核心要素：初始状态、目标状态和操作符（也称算子）。启发式策略在这一框架中，成为引导状态转移路径的重要机制。
换句话说，人类解决问题并不是遍历所有可能性，而是在经验基础上挑选“看起来更有希望”的路径，这正是后来的启发式搜索算法如Best-First Search的基本思想来源。
2. Soar认知架构的提出
纽厄尔后期的研究重点放在“统一认知理论”（Unified Theories of Cognition）上，其中最具代表性的成果是 Soar系统。Soar是一个模拟人类思维的认知架构，它使用启发式规则（productions）来控制搜索空间、选择策略，并通过“问题空间堆栈”实现子目标管理。这一系统不仅在理论上延续了GPS的思路，更在工程实现层面为智能代理提供了范式。
Soar的影响可见于后来的ACT-R、CLARION等认知架构系统，也为现代强化学习与自主决策系统提供了结构化建模的灵感来源。
3. 人工智能与心理学的桥梁建构者
纽厄尔对AI与心理学融合的推动体现在他对“认知模拟”的坚持——他认为AI系统不应只是功能实现工具，更应是解释人类认知机制的“理论实验室”。他与西蒙共同提出的“AI是认知心理学的实证工具”观点，在后来的认知科学研究中得到了广泛验证。
💬经典语录
“构建人类认知理论的正确方式，是构建一个能工作的系统。”
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知识图谱：他们如何连接在一起
1. 认知机制与算法实现的互译
西蒙的「有限理性」为人类启发式行为提供心理学解释，纽厄尔据此构建「问题空间」模型；两人通过GPS系统将"手段-目的分析"转化为可执行算法，完成人类决策机制向计算机程序的首次编码。
2. 理论到架构的复杂度跃迁
纽厄尔在Soar架构中深化GPS的原始策略：问题空间堆栈处理多级子目标，生产式规则系统化启发式选择——这些创新本质上是对西蒙"满意解"理论的算法维度扩展，使简单策略升级为通用认知框架。
连接本质：
西蒙从行为中提炼认知规律（Why），纽厄尔转化为可扩展计算模型（How），形成从决策解释到智能实现的完整闭环。这种双向翻译机制，使启发式方法成为打通人类思维与机器智能的元语言。
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结语
从心理学实验室的黑板，到现代大模型的提示词系统，从组织行为的满意化策略，到AI搜索算法中的剪枝机制，启发式方法以其灵活、高效、人本的特性，穿越了一个又一个技术范式转移。
今天，ChatGPT在回答逻辑题时所使用的“思维链”（Chain-of-Thought）提示，本质上仍依赖于手段-目的式的启发式组织结构；而AlphaGo Zero在自我对弈中构建的价值函数，则是对启发式评估的极致深化。在自动驾驶、智能诊断、金融预测等应用场景中，启发式算法与统计方法、深度学习协同共生。
未来，启发式方法或许不再是AI的主角，但仍将作为理性约束、认知模拟与系统优化的内核持续存在。下一期我们将探讨：启发式算法概述，敬请期待！
作者 | 李超凡 孟婷
责编 | 邱宇
审核 | 徐小峰
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