第57章 认知类工程实现
前一章完成了认知对象的工程化：
Object
Attribute
State
Relation
Matching这些结构解决的是：
系统如何表示一个正在被认识的对象，以及对象的属性、状态、关系和匹配结果。
但当认知系统中的对象越来越多时，又会出现一个新的问题：
如果每一个对象都单独定义，系统如何形成共性？如何复用已有认知结构？又如何保存不同个体之间的差异？
例如，系统可能同时认识：
鸡蛋
玻璃杯
水杯
婴儿
老人
机器人
人这些对象显然不是完全相同的。
但是它们又存在大量共性：
都有状态
都有属性
都有变化
都有关系
都可能被保护
都可能参与行为因此，单纯的 Object 已经不足以组织整个认知系统。
需要进一步建立：
Object
↓
Class
↓
Group Class
↓
Individual Class并通过：
Inheritance
Composition建立认知结构之间的组织关系。
本章解决的核心问题就是：
如何把分散的认知对象组织成可复用、可继承、可组合的 Cognitive Class，并同时保留群体共性与个体差异。
57.1 为什么需要 Cognitive Class
如果系统只有 Object：
egg_001
egg_002
egg_003
egg_004那么系统必须分别保存每一个对象的结构。
这会造成大量重复。
例如：
egg_001
size
weight
fragility
egg_002
size
weight
fragility
egg_003
size
weight
fragility三个对象虽然是不同实例，但它们具有大量相同结构。
因此系统需要抽象：
Egg Class然后：
Egg Class
↓
egg_001
egg_002
egg_003于是：
Class描述共性。
而：
Object描述具体实例。
57.2 Class 与 Object 的关系
最基本的关系可以表示为：
Class
↓
Object Instance例如：
Egg Class
│
├── egg_001
├── egg_002
└── egg_003这里：
Egg Class不是一个具体鸡蛋。
它描述的是：
系统对“鸡蛋这一类对象”的共同认知结构。
而：
egg_001才是具体对象。
因此：
Class ≠ ObjectClass 是：
对象结构的抽象描述。
Object 是：
Class 在具体环境中的实例。
57.3 Cognitive Class
在本书中，Class 不能简单理解成传统编程语言中的代码模板。
这里需要给出更严格的定义：
Cognitive Class 是对某一类认知对象、属性、状态、关系、匹配规则、个体差异及其工程方法进行统一描述的认知结构。
因此 Cognitive Class 不只是：
属性集合还可以包含：
Object
Attribute
State
Relation
Matching
Method形成：
Cognitive Class
│
├── Object Definition
├── Attribute Definition
├── State Definition
├── Relation Definition
├── Matching Definition
└── Method Definition这意味着：
Class 不仅描述“对象是什么”，还描述系统应该如何认识这一类对象。
这是 Cognitive Class 与普通数据模型的重要区别。
57.4 Class 的第一层：结构
最基础的 Cognitive Class 可以定义：
Egg
│
├── size
├── weight
├── hardness
├── fragility
├── state
└── relations这里描述：
这一类对象通常具有什么认知结构。
例如：
Egg可能具有：
size
weight
hardness
fragility
surface
state但这并不意味着每一个实例当前值都相同。
57.5 Class 的第二层：状态
Class 还可以描述：
这一类对象可能出现哪些状态。
例如：
Egg
│
├── intact
├── cracked
├── broken
└── damaged于是：
Egg Class定义可能状态。
而：
egg_001当前可能是：
state = intact而：
egg_002可能是：
state = cracked因此：
Class
↓
State Definition
↓
Object State57.6 Class 的第三层：关系
Class 还需要描述对象可能产生的关系。
例如：
Egg可能与：
Hand
Container
Table
Ground产生关系：
held_by
inside
on
near
touching因此：
Egg Class
↓
Relation Definitions而具体对象：
egg_001在当前场景中可能：
egg_001
↓
held_by
↓
hand_001这就是：
Class Relation与：
Object Relation的区别。
57.7 Group Class
当系统拥有大量对象时，仅仅建立单个 Class 还不够。
因为：
Egg
Glass
Bottle
Cup
Plate虽然不同，但可能存在共同认知特征：
都有形状
都有重量
都有承受能力
都可能受到外力
都可能损伤因此可以进一步建立：
Object Group Class例如：
Fragile Object然后：
Fragile Object
│
┌────┼────┐
↓ ↓ ↓
Egg Glass Ceramic这就是：
Group Class 描述一组对象之间共享的认知共性。
57.8 Group Class 与普通分类的区别
普通分类可能只是：
动物
植物
工具
食品但 Cognitive Group Class 更关注：
这些对象在认知过程中共享什么结构。
例如：
Fragile Object不是因为这些对象名称相似。
而是因为它们共享：
fragility
damage risk
safe handling
force sensitivity因此：
Group Class本质上是一种：
认知共性结构。
57.9 Group Class 可以跨越传统类别
例如：
Egg
Glass
Baby
Elderly Person从传统对象分类角度，它们完全不同。
但是从：
Object Protection角度，它们可能属于同一个 Cognitive Group Class：
Protected Object它们共享：
low damage tolerance
risk sensitivity
protective action这说明 Cognitive Group Class 不一定等于传统的物种、产品或实体分类。
它可以按照：
属性
状态
行为
风险
目标
功能形成新的认知群体。
57.10 Individual Class
Group Class 解决：
这一类对象有什么共同认知特征？
但是它仍然无法解决：
某一个具体个体与其他个体有什么不同？
例如：
Person A
Person B两个人可能：
感觉相同
对象相同
属性相同
当前状态相同但是：
经验不同
记忆不同
先验不同
偏差不同
目标不同因此必须建立：
Individual Class57.11 Individual Class 的定义
本书中的：
Cognitive Individual Class描述的是：
个人经验
个人记忆
个人先验
个人偏差
个人目标
个人权重
个人认知状态因此可以表示：
Individual Class
│
├── Experience
├── Memory
├── Prior
├── Bias
├── Goal
├── Weight
└── Cognitive State这意味着：
Individual Class 是个体认知差异的工程容器。
57.12 Group Class 与 Individual Class 的关系
现在可以形成：
Cognitive Class
│
┌─────┴─────┐
↓ ↓
Group Individual
Class ClassGroup Class：
描述群体共性Individual Class：
描述个体差异例如：
Human Group Class可以定义：
vision
hearing
movement
memory
goal而：
Individual Human A可以拥有：
experience_A
memory_A
prior_A
bias_A
goal_A于是：
Human Group Class
+
Individual Class
↓
Individual Cognitive Model57.13 为什么 Individual Class 不能只是 Object
这是本书必须特别区分的一点。
Object回答：
系统当前看到的是什么对象？
而：
Individual Class回答：
这个个体如何认识世界？
例如：
Person_A作为 Object，可以具有：
age
position
height
state但是：
Individual Class还可以具有：
experience
memory
prior
bias
goal
weight因此：
Object描述个体作为一个被认知对象的结构。
而：
Individual Class描述个体作为一个认知主体的结构。
这是两个不同层次。
57.14 Inheritance：认知结构继承
当多个 Cognitive Class 存在共性时，可以使用：
Inheritance例如：
Object
↓
Physical Object
↓
Fragile Object
↓
Egg于是：
Egg可以继承：
Fragile Object的：
fragility
damage risk
protective handling同时增加自己的：
shell
shape
weight因此：
Parent Class
↓
Inheritance
↓
Child Class57.15 Inheritance 的意义
继承不是为了减少代码重复这么简单。
在 Cognitive Engineering 中，继承的主要作用是：
让认知系统能够复用已有认知共性。
例如：
Fragile Object已经定义：
fragility
damage
safe_force那么：
Egg
Glass
Ceramic都可以继承这些认知结构。
于是：
Fragile Object
│
┌─────┼─────┐
↓ ↓ ↓
Egg Glass Ceramic系统无需重新定义：
fragility
damage risk
protective behavior57.16 Inheritance 不等于认知完全相同
继承的是：
共性不是：
全部属性值例如：
Fragile Object定义：
fragility但：
Egg与：
Glass的具体：
fragility value
damage threshold
deformation behavior可以不同。
所以：
Inheritance
=
共享结构而不是：
Inheritance
=
完全相同57.17 多层认知继承
可以形成更复杂的结构：
Object
↓
Physical Object
↓
Sensitive Object
↓
Fragile Object
↓
Egg或者：
Object
↓
Living Object
↓
Human
↓
Adult
↓
Individual这样就可以形成认知知识层级。
最终：
高层 Class
↓
共性
↓
中层 Class
↓
特殊性
↓
低层 Class
↓
具体对象这为后面的认知知识系统提供了结构基础。
57.18 Composition：认知结构组合
如果 Inheritance 解决：
“这个对象属于哪一种认知共性？”
那么 Composition 解决：
“这个对象由哪些认知结构共同组成？”
例如一个：
Robot Hand可以由：
Sensor
Finger
Force Module
Motion Module
Control Module组成。
因此：
Robot Hand
│
├── Vision Sensor
├── Force Sensor
├── Finger
├── Motion System
└── Control System这就是 Composition。
57.19 Composition 与 Object
认知对象也可以由多个对象组成。
例如：
Hand可以由：
Palm
Finger_1
Finger_2
Finger_3
Finger_4
Finger_5组成。
因此：
Hand
↓
Composition
↓
Multiple Objects这些子对象仍然保持自己的：
Attribute
State
Relation但整体形成一个新的：
Object57.20 Composition 与认知结构
Composition 不仅可以组合 Object。
还可以组合：
Attribute
State
Relation
Method例如：
Protective Object Class可以组合：
Fragility Attribute
+
Damage State
+
Force Relation
+
Protection Method形成：
Protective Cognitive Class因此：
Composition提供了一种：
把多个认知结构组合成更高层认知结构的方法。
57.21 Inheritance + Composition
真正强大的 Cognitive Class 通常不是只使用其中一种。
而是：
Inheritance
+
Composition共同构建。
例如：
Fragile Object
↓
Egg
│
├── Shell
├── Internal Structure
├── Surface
└── Damage Model这里：
Inheritance提供：
Fragility
Damage Risk
Protection Requirement而：
Composition提供：
Shell
Surface
Internal Structure于是：
Egg Class
=
Inherited Cognitive Structure
+
Composed Cognitive Structure57.22 Class、Inheritance、Composition 的区别
可以明确形成：
| 结构 | 解决的问题 |
|---|---|
| Class | 这一类对象具有什么认知结构？ |
| Group Class | 哪些对象共享认知共性？ |
| Individual Class | 某个个体具有什么认知差异？ |
| Inheritance | 哪些认知结构可以继承？ |
| Composition | 哪些认知结构需要组合？ |
因此：
Class是基础。
Group Class建立群体共性。
Individual Class建立个体差异。
Inheritance建立纵向结构。
Composition建立横向组合。
57.23 五种结构形成认知组织体系
最终形成：
Cognitive Class
│
┌────────────┴────────────┐
↓ ↓
Group Class Individual Class
│ │
└──────────┬──────────────┘
↓
Cognitive Model
│
┌─────────┴─────────┐
↓ ↓
Inheritance Composition
│ │
└─────────┬─────────┘
↓
Cognitive Structure这就形成了一个完整的认知类组织模型。
57.24 Cognitive Class 与 Matching
Class 不只是静态知识。
它还可以参与认知匹配。
例如：
Current Object
=
egg_001系统知道：
egg_001
↓
Egg Class
↓
Fragile Object Group Class那么当前状态：
pressure ↑
slip ↑
deformation ↑可以与：
Fragile Object的认知规则进行匹配。
形成：
Current State
↓
Class Matching
↓
Risk Recognition因此：
Class 是认知匹配的重要知识来源。
57.25 Individual Class 与 Matching
进一步，如果系统认识的是：
Individual A那么匹配不能只使用 Group Class。
还需要：
Individual Experience
Individual Memory
Individual Prior
Individual Bias
Individual Goal因此：
Current State
↓
Group Class
+
Individual Class
↓
Individual Matching
↓
Individual Cognition这正好连接第27章至第33章的个体认知理论。
57.26 Individual Class 与个体权重
不同个体可以拥有不同的权重。
例如：
Individual A可能：
Safety Weight = HIGH
Speed Weight = LOW而：
Individual B可能：
Safety Weight = LOW
Speed Weight = HIGH面对相同对象：
Object
+
Attribute
+
State两个个体可能产生：
Different Matching Weight最终：
Different Probability以及：
Different Cognition所以：
Individual Class 是个体认知差异进入工程系统的重要接口。
57.27 Cognitive Class 的工程结构
到这里，可以给出一个更完整的结构：
CognitiveClass
│
├── identity
├── type
├── parent
├── attributes
├── states
├── relations
├── matching_rules
├── methods
├── group_context
├── individual_context
├── inheritance
└── composition这已经不再只是普通的：
Class而是：
Cognitive Class57.28 Class 与 Method 的连接
第55章定义：
Method 是认知任务在工程系统中的具体实现过程。
因此：
Cognitive Class需要能够拥有：
Cognitive Method例如：
Egg Class
│
├── detect()
├── identify()
├── evaluateState()
├── calculateRisk()
├── match()
└── protect()这些 Method 不只是普通函数。
它们对应的是：
认知任务例如：
evaluateState()对应：
判断对象当前状态。
calculateRisk()对应：
判断对象当前受损风险。
match()对应：
将当前状态与已有认知结构进行匹配。
因此：
Class
↓
Method开始真正形成认知工程结构。
57.29 从 Class 到实例
完整过程可以表示为：
Cognitive Class
↓
Group Class
↓
Individual Class
↓
Object Instance
↓
Current State
↓
Matching
↓
Cognition例如：
Fragile Object
↓
Egg Class
↓
egg_001
↓
pressure ↑
slip ↑
deformation ↑
↓
Matching
↓
High Damage Risk这样理论中的：
对象
属性
状态
动态变化
匹配
个体就全部进入同一个工程体系。
57.30 Class 的核心不是代码，而是认知组织
需要特别强调：
Cognitive Class 首先是认知理论中的结构，然后才是程序代码中的 Class。
也就是说：
理论 Class
↓
结构定义
↓
数据模型
↓
程序 Class不能反过来：
先写 PHP Class
↓
再强行解释成认知理论本书的方向应该始终保持：
认知理论
↓
认知模型
↓
认知结构
↓
工程结构
↓
代码 Class这也是“理论工程”与普通软件开发最大的区别之一。
57.31 本章核心模型
本章最终建立：
Cognitive Class
│
┌─────────────┴─────────────┐
↓ ↓
Group Class Individual Class
│ │
共性认知 个体认知
│ │
└─────────────┬─────────────┘
↓
Cognitive Structure
│
┌────────────┴────────────┐
↓ ↓
Inheritance Composition
│ │
└────────────┬────────────┘
↓
Object Instance
↓
Attribute / State / Relation
↓
Matching
↓
Cognition57.32 本章与前后章节的连接
到第57章为止，全书已经形成了一个明显的结构链。
前面：
感觉
↓
感知
↓
元素
↓
对象
↓
属性
↓
状态
↓
关系
↓
动态变化
↓
认知匹配
↓
概率
↓
个体认知
↓
行为现在进一步：
认知对象
↓
Cognitive Class
↓
Group Class
↓
Individual Class
↓
Inheritance
↓
Composition下一步则需要解决：
Cognitive Class
↓
Cognitive Method
↓
Data Structure
↓
Algorithm
↓
Module
↓
Engine也就是说，第57章完成的是：
认知结构的组织工程。
而接下来的第58章开始真正进入：
理论如何转化为数据结构。
57.33 本章结论
第57章最重要的结论不是“Class 有继承和组合”。
真正重要的是：
人的认知不是由大量孤立对象组成的，而是由对象共性、个体差异、结构继承和认知组合共同形成的层级化认知系统。
因此：
Class负责定义认知结构。
Group Class负责定义群体共性。
Individual Class负责保存个体差异。
Inheritance负责传播认知共性。
Composition负责组合复杂认知结构。
最终形成：
Group Knowledge
+
Individual Knowledge
+
Object Knowledge
+
Method
↓
Cognitive Model
↓
Matching
↓
Cognition由此，Cognitive Class 不再只是软件编程意义上的“类”，而成为连接“认知理论”与“认知工程”的核心结构。
下一章进入第十四篇 理论工程：
第58章 从理论到数据结构
核心问题将进一步变成：
前面定义的 Object、Attribute、State、Relation、Matching、Cognitive Class，到底应该如何转换成计算机能够直接存储、读取、更新和计算的数据结构？
这一步将正式建立：
理论概念
↓
形式化定义
↓
数据结构
↓
数据实例
↓
状态更新
↓
认知计算也就是从**“认知理论是什么”真正进入“认知理论如何成为机器内部的数据”**。