人工智能之父的问题解决策略：模块化
引言
最近主题阅读马文·明斯基(Marvin Minsky) 和西摩·佩珀特(Seymour Papert)两位人工智能大师，关于思维，关于教育的书籍。其中马文被称为「人工智能之父」。两人都非常重视过程模块化。
复杂问题的解决需要系统性，也很少一次做对，要通过调试改进。调试就是捉虫（虫是程序没有按期望运行的部分）。对于捉虫这种事来说，最糟糕的情况就是有好几个虫同时存在。
因此捉虫最有效的方法就是让每个单元小到不可能有超过一个的虫（西摩 佩珀特，2019）。
那么，把过程打碎成自然的，功能性的单元，为这些单元之间划定界限越明确，就越容易找到虫（西摩 佩珀特，2019）。这是我们为什么要模块化，以及模块化的核心。
在我的《直面不确定性》一书中，第一个模型就是「模块化思维」，我将全文放到公众号，六千余字，当我们碰到复杂问题时，进行模块化处理，问题就比原来简单数倍。
屏幕阅读长文太累，可以购买纸质书，各电商平台和书店都能买到。
小时候家里有一台双桶洗衣机，双桶顾名思义就是有两个桶，一个桶负责洗涤，另一个桶负责脱水，脱水时得将衣服从洗衣桶中捞出放到脱水桶中。虽需人工介入，但比照现在的全自动洗衣机，操作相当简单。这台洗衣机只有两个按钮，一个是洗衣定时开关，另一个是脱水定时开关。
这样将一个任务用两个独立单元实现不但界面简单，还有其他很多好处，我会在后面详细介绍。如果你仔细观察，这样的处理方式在生活中特别常见，我再举一个例子。
有小孩的家庭会选购辅食机，辅食机有两个功能，一是蒸熟食物，另一个是搅拌食物。（建议你在电商网站搜索“辅食机”三个字，找到辅食机的图片获得直观感受。）要实现这两个功能，对应着两种方案，一种是在一个缸中完成蒸熟和搅拌，这是一体机。还有一种是分体式的， 和双桶洗衣机原理相似，用两个缸，一个缸中装水，另一个缸中放食物，两缸之间有个气孔，装水的缸有加热功能，加热时蒸汽跑到第二个缸中蒸熟食物。此外，给第二个缸底安装一个搅拌器就能将食物搅碎。
第二种方案将一个任务分解成两个不同的步骤，用两套不同的装置合作完成。就是模块化的解决方式（跟玩积木很像，所以模块化又叫积木化），这种对复杂任务分解成不同模块，既能降低制造难度和生产成本，还提高了稳定性和生产效率（像双桶洗衣机两个桶就可以同时工作，一边洗一边脱水）。
为什么将一个整体分成多个单元可以提高效率、降低成本呢？
我们来看两个钟表匠的故事：
在古代有两个钟表匠，一个叫王二，另一个叫李三，他们两人手艺都非常棒，能制作出由1000多个零件组成的手表。王二在做手表时，如果放下手中的活，比如去接客户的订货电话，手表就会散架，以前的工作全白费了，他就得从头开始组装手表。
越多的顾客喜欢王二做的手表，就会给他打越多的电话，生意忙不过来本是好事，可手表匠王二却高兴不起来，因为他的工作不断被打断，也越难找到整块不间断的时间组装好一只手表。
组装工作被打断这种情况李三同样也遇到了，但李三提前对手表组装工作做了规划。他的方法是：先将十几个零件组装成一个构件，然后再用这些构件去组合成一只完整的手表。
因此当李三放下手中的活去接电话后，他不需要从头开始组装1000多个零件才能完成一只手表，他只需要重新组装刚才没有完成的那个构件。
假如这两个钟表匠在组装零件时，每10次有一次被打断，那么平均下来，王二完成一只手表花费的时间是李三所需时间的4000倍。
—— 本故事改编自西蒙的著名论文《复杂性的架构》
这个故事里是说的是独立一个人，用这种先组装构件，再合成整体的方式就能充分利用间断时间提高效率。它更适合多人合作的情境，在明确的社会分工体系下，不同的人制作不同的构件，能在短时间内制作出复杂的产品。
可以说，要解决一个复杂的系统或复杂的过程，必然的也是唯一的方法就是对复杂系统或复杂过程进行分解，它是人类处理复杂性的原始努力。但是光分解还不行，还得有本事把他们整合在一起，保证功能的一体化，这个分解再整合的过程就是模块化（Modularization）。
在模块化系统中，每个模块是系统的一个独立单元，模块内部各要素紧密相连，而与其他单元要素的联系相对较弱。
比如上面我们说的辅食机就有两个模块，一个模块加热产生蒸汽，另一个模块搅拌蒸熟后的食物，两者之间靠一个通气孔连接实现我们的需求。
由上面的几个例子我们发现：
· 模块化能帮助我们处理复杂的事情；
· 模块化让并行操作成为一种可能；
· 模块化有利于我们应对不确定性。
这是模块化带给我们的三个好处。
模块化既是分解又是整合
既然模块化有这样大的好处，那对一个系统或过程该如何模块化呢？
前面我们说在模块的过程中，首先要将一个复杂的任务分解为多个关联较弱的单独模块，最后为实现整个系统的功能要求，还要将不同的模块整合到一起。这就意味着你不但要制造出火车头，火车的车厢，还得把它们连接起来组成能运输东西的完整火车。请思考一下，如果你要设计一列火车，会怎么做？先设计什么，后设计什么，花点时间思考这个问题并写下你的答案。
我们来看专家是如何思考这个问题的，现代模块化理论的提出者，哈佛大学商学院鲍德温教授认为模块化系统应由下面三个要素组成：
· 设计规则：每个模块间的相互依赖性形成一定的规则；
· 模块：每个模块都要遵循统一的设计规则，而内部可以独立设计；
· 系统集成与检测： 监测并协调各个模块组件集合成整体后的不适合部分。
这里需注意一点，模块是可以递归的，即能够“大盒套小盒”，也就是说模块还可以分解为多个子模块，如有必要，子模块仍然可以进一步分解。将复杂事物分层是帮助我们认清它的一个有效努力，但也不应分太多层，层数太多，设计规则会变复杂，最后整合时发生矛盾的可能性就成倍增加。
依据这个思路，我们尝试回答前面设计火车的问题，首先从整体上规划，明确火车功能，确定风格，接着考虑火车头和车厢之间的连接方式。然后设计每个模块（车头和车厢），车头在保证满足功能的前提下有一定的灵活性，车厢内部风格也不一定要与车头的一致。于是在统一的规则指导下，火车头和车厢就可以交给不同的单位或个人设计。最后有了模块细节后，还需要各方在一起碰方案，这就是开协调会，预先检测和评估系统集成的效果。我们逐个分析这三个步骤：
第一步，设计规则
首先来看设计规则，在模块化过程中，设计规则是纲领，是指导方针，鲍德温教授说明确的规则有三种：
· 结构：确定系统有哪些模块构成，即怎样将模块分解，分类，以及他们如何发挥各自作用；
· 界面：定义模块的边界，模块排序方式，空间、时间的安排，模块间的关系以及信息传递方式；
· 标准：检验模块是否符合设计规则，对模块性能测验和评定。
除明确的规则外，还有一种“隐形的设计规则”，这种规则只在模块内部有效，而对设计其他模块没有影响。而模块内部的决策，可被代替或者事后再定，因此也就没有必要与同它平行的模块知道，我们选择将它“隐藏起来”。
那可以通过什么方式获得明确规定的规则呢，这其实是一个博弈的结果，而最好的博弈规则应是正和博弈，即参与双方都能获益，有三种方法：
一种是自上而下的制定，有点像计划经济，比如网友线下聚会，每个人可以看成是一个模块，组织人员不问会员意见，规定会员按照地域坐在一起，山东的坐一桌，北京的坐一桌，河北的坐一桌。这就是典型的自上而下制定规则的方式。“”
还有一种就是自下而上，有点像自由的市场经济，成员间相互协商，共同协调达成一致。比如有人提议大家根据爱好坐到一块，喜欢骑车的在一块，喜欢摄影的在一块，喜欢阅读的在一块，大家有共同的兴趣，有了共同话题。
第三种方式就是先规定一种方式，比如用第一种按地域的方式，主办方观察到相同地域没有共同话题，大家很无聊，于是就迅速调整，按照爱好坐。这是先制定一种规则，然后根据反馈主动调整的方式，有点像软件设计中的迭代。
三种规则的形成方式各有特色，不能简单的判断哪一种方式好，哪一种方式不好。可以根据系统的复杂程度，可控程度和所处阶段灵活运用。规则设计的目标是追求最理想的模块化结构，使整个系统做到最优。这里我再引入一个编程中的概念。学过编程的可能听说过“高内聚低耦合”这个概念。即在编程中考虑模块化时需尽量满足：”高内聚”,模块内部紧密联系，功能完备，只要求实现一个主要功能；“低耦合”,与外部连接应尽量简单，接口要少且标准统一，提高模块的独立性和复用性。
我们可以借鉴编程中的这个概念，在设计规则和分解模块时，尽量做到“高内聚低耦合”。
第二步，操作模块
规则有了，那具体如何操作模块呢？鲍德温教授的《设计规则》一书总结了六种不同的模块操作程序：
1.分解：将任务或系统分解为多个模块；
2.替代：用某个模块去替代另一模块；
3.排除：去除某个模块；
4.扩展：增加某个模块；
5.归纳：将多个模块中相同要素归纳合并到一起，组成一个新的模块，这意味将原来的隐藏信息移动到设计层级，使之对其他模块组可见；有点像一个公司中，原来每个项目组都有一个人负责营销，现在将各项目组营销人员整合起来，组成一个新的营销部门，负责所有项目组的营销任务。
6.移植：系统中的某个模块还负责其他同级模块的一些功能，有挣脱该层级的需求，于是就将它升级到上一层。这就像在企业中，一个小组长是多面手，既管营销，又管生产，都干的很好，小组长这个职位已经不能充分发挥它的才能，领导就升迁他做了副经理。
其中分解和替代是互补的，排除和扩展也是互补的，具体操作中还要满足MECE（相互独立，完全穷尽）原则。怎样形象的理解和记忆这六个模块操作程序呢，你可以假想摆积木。比如你将一个完整的形状拆解为不同的积木块（分解），找到新的积木来替换旧的积木（替代），将一个不好用的积木扔到一边（排除），增加一个积木块（扩展），将多个积木块组合成一个新的形状（归纳），让这个刚组成的形状成为另一个更大的形状的一部分（移植）。
第三步，系统集成与检测
模块化系统中最后一个要素是系统集成与检测。如果高质量的完成了规则设计和模块操作，那么系统集成会很顺利。但结果总跟预想的不一样，因此需要对各模块检查验收，以及协调和消除各模块间的摩擦。一般来说，系统集成与检测是平行于其他模块的一个实现特殊功能的模块。这有点像建筑施工中监理单位的工作，监理和施工单位是平行的，负责检查各单位工作的完成质量和进度，也协调过程中遇到的问题，保证项目既快又好地竣工。
成为规则设计还是模块供应者
由上面我们对模块的分析就可以看出，在一个模块化系统中，主要有两种角色，一种是规则的设计者，还有一种是模块的供应者。选择做哪一种呢？有一句在管理界很流行的话：
一流的企业做标准，二流的企业做品牌，三流的企业做产品。
因此一流企业做标准，就是设计规则，但设计规则不是想设计就能设计的，它需要从更广更高的维度看待整个系统，也需要更强的实力。如果实力不够，就只能做品牌，做产品，做一个模块供应者。
在合作中，设计规则的人有更大的话语权，成功后也能获得更多的利益，同时也要承担巨大的失败风险。模块供应者虽然在整个系统中话语权不及规则设计者。但如果你提供的是一个关键模块，也能直接影响设计规则使其对自身有利。更重要的是，你面临的不确定性要小，比较安全。
这有点像创业者和打工者的区别，创业者是一个规则设计者，有很大的自由度，但需要应对更多的不确定性，承担更大的风险。而打工者在一个企业中是模块的供应者，自由度小，但无需承担大的风险，收入比较稳定。当然，从另一个角度或者更大的尺度来看，我们每个人既是模块供应者，也是规则的设计者。
模块化思维在生活中的体现
模块化在生活中随处可见，我们来看几个具体例子：
一、韩信的模块化带兵
孙子兵法中《兵势篇》中第一句:
凡治众如治寡，分数是也。
什么意思呢，就是说如果你想率领大部队和带一个班一样容易，凭借的是“分数”，分数就是对部队编制，对人员进行模块化，比如十个人组成一个班，三个班组成一个排，三个排再组成一个连……这样就能在战斗中让每个模块执行不同的作战任务。
“韩信点兵，多多益善”为什么韩信带兵多多益善，而刘邦说他最多能带十万兵，就是因为韩信善于“分数”，能将人员模块化，给每个模块安排不同的作战任务。
二、星巴克门店的模块化设计
星巴克是一个非常知名的咖啡餐饮品牌，门店数量仅次于麦当劳，是世界第二多连锁门店的餐饮企业。1994年，星巴克在快速扩张过程中遇到了门店装修难题，首先是速度，门店装修进度太慢，跟不上开店速度，还有一个是风格，就是怎样保证在品牌调性不变的基础上，让各门店看上去有些变化，没那么单调。
怎么解决这个问题呢？困难的事要找专业的人来做。当时的星巴克的老总花150万美元请来了门店设计专家莱特·马西，马西很有经验，他也主持设计过迪士尼的各种门店。马西根据星巴克的要求，同团队合作获得了一个方案，就是根据咖啡生产历程，分为种植、烘焙、调制、饮用四个阶段，每个阶段对应一个主题色，比如生长种植阶段对应着绿色，这样就有四种主题色。另外，星巴克有三类不同样式的家具，这样就有四种主题颜色，三种家具样式，排列组合后，门店装修风格就有12种。
有了这12种风格后，星巴克门店装修就很简单了，只需要从仓库中取用提前制作好的模块，现场搭配。在使用了这种模块化装修方案后，单个门店的装修时长从原来24周缩短到只需8周，装修金额也从35万美元减少到29万美元。别看每家门店只省了6万美元，但装修时间却缩短到原来的三分之一，店早开一天，就能早一天有销售。而由于星巴克门店特别多，从1995年——2000年这5年间，就为星巴克省下了一亿多美元。只花了150万美金的设计费用，却节约了一亿多美金。这就是模块化的力量。
三、模块化写作
再举一个例子，这本书其实也是模块化的产物。写一本书并不是一个容易的工作，如果一开始我就想着要写十几万字，就会被吓到，可能就放弃了。
这本书怎么完成的呢？是我操作模块的成果。在写书稿前，我在微信公众号行为设计学已经更新了几十个模型，平时我还做笔记。有了这些基础材料后，我再制定一个规则，也就是本书的主题，然后再设计结构，整本书的框架，章节安排等。有了这个总体设计规则后，具体写作过程就相对容易了，每天抽出一点时间整理思路，寻找合适的素材，对素材模块进行增加删除，排列组合等操作，就形成了一本书。你看，一个本来很复杂，很难完成的任务，采用模块化的方式后，完成起来好像简单了许多。
这种模块化的写作方式也不是我创造的，很多大师级作家都用这种写作方式。他们会积累很多知识卡片，而每个卡片就是一个模块。
英国学者赫伯特·斯宾塞就很善于利用卡片，在他去世后，大家发现他花心血积累了几十万张卡片，这些卡片用了科学方法编排，能方便地查找。二十世纪著名的俄裔美籍作家纳博科夫也异常热爱卡片写作，《纳博科夫传》开卷就展示了他用卡片写作的场景照片，在一次BBC的采访中，记者问他怎样写作，有什么创作方法时，纳博科夫这样回答：
我现在发现索引卡片真的是进行写作的绝佳纸张，我并不从开头写起，一章接一章地写到结尾。我只是对画面上的空白进行填充，完成我脑海中相当清晰的拼图玩具，这儿取出一块，那儿取出一块，拼出一角天空，再拼出山水景物，再拼出 —— 我不知道，也许是喝得醉醺醺的猎手。
中文世界里，钱钟书也是卡片写作的践行者，与钱同时代的夏承熹曾有这样一段话：“阅钱钟书《谈艺录》，博文强记，殊堪爱佩。但疑其书乃积卡片而成，取证稠叠，无优游不迫之致。近人著书每多此病。”
他是在批评钱钟书的文章“乃积卡片而成，取证稠叠”，也从侧面印证了钱对卡片的娴熟和喜爱。夏承熹虽批评钱的卡片写作法，但钱的书籍广受大众喜爱，而夏的文章几乎无人可知。
这也就是模块化写作的好处，它通过积累丰富的素材，以灵活的结构激发和促进作者远距离联想，创作出有新意有特色密度大的作品。如果你想要写一本书，或一篇高质量的文章，请尝试模块化写作，在平时有感想时就写几句，碰到相关的素材也收集下来，日积月累有了一定的卡片后，你发现写作并没有那么难。以前只能使用纸质卡片，整理查找都不太容易，我们现在有各种手机App，能随时随地方便的记录，一张照片，一个想法，看到想到后马上记录下来，并打上标签，以后查找也轻松。
模块化是我们解决复杂问题的基本方法
模块化是我们解决复杂问题的基本方法，它跟我们熟悉的拆解有些相似，但也不仅仅是简单的拆解。模块化不是将问题拆分 为若干独立个体逐一解决， 而是在保持问题整体性的同时着手处理各部分。在模块化过程中，首先要定一个规则，然后再根据规则，进行分解、替代、排除、扩展、归纳、移植等方式操作。最后还要对各模块做检测，以便于它们能系统性整合在一起。
模块化只是解决问题的方法，我们不应为了模块化而模块化，我们的最终目标不是想要一列火车，而是为了将东西从一个地方运输到另一个地方。