赤石

专题：哲学视角下的地质学研究（三）

提到推理，大家都会说我知道到我知道。从小学到大学，我们特别熟悉两类推理：归纳和演绎。

1 归纳推理

归纳是从部分到整体，从特殊到一般，从个别到普遍的推理。小学和中学，老师们用这种方法教我们推导数学题，比如做1+2+3+… +n之类的数学题。

初中的时候数学老师讲授让我们求多边形内角和的公式时，总是先通过求四、五、六边形的内角和去引导我们去寻找一般性的规律。从每个多边形的一个顶点引出所有的对角线，这样，四边形被分成2个三角形，五边形被分成3个三角形，六边形被分成4个三角形。由此，可以发现所分得的三角形的个数总比它的边数少2。而每个三角形的内角和是180°，因此，归纳出n边形的内角和为（n-2）×180°。

实际上，我们通常所说的归纳法，严格意义上应该称之为不完全归纳法，是从一个或几个（但不是全部）特殊情况做出一般性结论的归纳推理。我们知道，这种归纳法是以一定数量的事实作基础，进行分析研究，找出规律。但是，由于不完全归纳法是以有限数量的事实作为基础而得出的一般性结论。这样做出的结论有时可能会出错。

例如，在y=(x)²+x+41这个函数式中，当自变量x取0，1，2，3，……，38，39时，得出y的值为41，43，47，53，…，1601， 这些数都是质数，如果由此得出“无论x取任何非负整数，y都是质数”的结论，那么这个结论就不对了。因为当x=40时，则y=40²+40+41=40×（40+1）+41=41×（40+1）=412，可以看出，y的值就不是质数了，而是合数。

虽然不完全归纳法的结论有时可能不正确，但它仍是一种重要的推理方法，在科学研究和日常生活中应用广泛。

2 演绎推理

演绎推理是指假设在某些前提成立的条件下推测必然会出现的结论，它是人类重要的思维形式。演绎是从前提必然地得出结论的推理。

由于演绎推理的前提条件反映的是一般性知识，而结论则是特殊性知识，其结论所得出的知识并没有超出前提所断定的知识范围。也就是说，前提的知识蕴涵着结论的知识，演绎推理的结论具有必然性，。因此，演绎推理也叫做必然性推理。

演绎推理的属性是：在形式有效的情况下，如果前提真就能必然地推出真结论。由演绎推理的这个性质可知，“前提真实”和“形式有效”是演绎推理得到真实可靠结论的两个必要条件。如果推理的前提不真实，即使推理形式有效，也不能保证得到真实的结论。例如，“所有鸟都是会飞的，鸵鸟是鸟，所以，鸵鸟是会飞的”，这个推理的形式是有效的，但由于前提中有一个虚假判断“所有鸟都是会飞的”，因而这个结论是不可靠的。

如果前提真实而推理形式无效，同样不能保证得到真实的结论。例如，“有些鸟是会飞的，鸵鸟是鸟，所以，鸵鸟是会飞的”，这个推理中两个前提都是真判断，但是由于形式无效，它的结论也是不可靠的。那么，什么样的推理形式是有效的，什么样的推理形式是无效的呢？如果对某一推理形式代入任何真实的前提，都不会出现假结论，那么这个推理形式就是有效形式，否则就是无效形式。例如，“所有M都是P，S是M，所以，S是P”，这个推理形式就是有效的，因为具有这种形式的任何具体推理都不会前提真而结论假。

除了归纳推理、演绎推理之外，科学研究中还有其他的推理吗？答案是肯定的，比如溯因推理、类比推理、统计推理等等。

3 溯因推理

溯因推理（Abduction）是与归纳、演绎并列的第三种逻辑推理，并且是最重要的一种科学发现的思维逻辑，常用于探索真理，提出假说，科学发现。在实用主义哲学里，溯因推理极其重要，因为归纳推理存在不完全确定的情况，而演绎推理不产生新的理论和发现，而溯因推理则是科学家常用来探索未知世界的方法论。

将这种思维过程确立为推理方法的是美国实用主义哲学的奠基人皮尔士(Charles S. Peirce，1839-1914)。20世纪50年代末，美国科学哲学家汉森(N. R. Hanson) 在《发现的模式》中，以经典粒子物理学和基本粒子物理学的推理过程为例，进一步阐述了皮尔士的溯因推理过程。自此之后，溯因推理在自然科学研究中得到广泛采用，成为科学研究中最常用的逻辑推理。

美国实用主义哲学奠基人Charles S. Peirce (1839-1914)（图片来自网络）

三种逻辑推理的基本特征（引自Kleinhans et al., 2010）

溯因作为一种认知和逻辑分析方法，是从观察数据到可能原因的推理模式。相比于归纳和演绎，其应用更为广泛，涉及日常生活、医疗活动、法律事务和科学认知等。在医疗诊断中，溯因推理是一种主要的诊断方法。在刑侦活动中，寻找嫌疑人也主要采用溯因推理。在科学活动中，溯因推理也不可避免地使得科学哲学中的经验进步与解释理论相结合，促使了人工智能中信念变化的计算理论的产生。一句话，只要我们想对观察到的事实或现象给出说明，就离不开溯因推理（魏屹东. 2020）。

溯因推理是从结果到原因、从现象到解释或从事实到假说的推理。例如早上醒来透过窗户发现地面是湿的，你推测可能是下雨了，或者是有人洒水了。这是日常生活中我们不自觉地使用溯因推理的事例。马路湿了这是结果，导致马路湿了可以列出两个原因，一是下雨，那么草坪屋顶也是都是湿的，验证后得到证实。二是洒水车导致马路湿了，但这样屋顶不会湿，验证后得到屋顶也是湿的，因此这一说法被否定。从逻辑上来说这就是溯因推理。

溯因推理示意图（图片来自于网络）

医疗诊断是溯因推理最典型的情形。可以说，医生看病的过程就是从结果(疾病) 推断病因的过程———医生首先观察病人的症状，根据其所掌握的疾病和症状之间的因果关联知识对可能的病因做出假设，即给出可能的诊断结果，然后对症下药。比如儿童发烧了，是什么原因造成的，医生诊断后会有一个初步判断———或普通感冒、病毒感染、器官发炎、肠胃不适等，有时通过观察和询问就可做出判断，当情形复杂时，医生会通过血液化验等辅助手段来确证。

下图是环境科学中痕迹与导致的事件之间的关系示意图。如果痕迹是事件的结果，则通过假定的关系（确定性和概率性）将痕迹链接到事件，这一思维过程就是溯因推理（Inkpen, 2008）。 

环境科学溯因推理示意图。痕迹有许多可能的关系，每条痕迹都与不同的事件有不同程度的联系（用箭头的粗细表示，箭头越粗表示确定性越高）。从图中可以看出，事件 1 是共同原因。事件 2 有可能是共同原因，但其可信度或确定性较低，因为与之相关的痕迹较少，而且所有痕迹的确定性较低。事件3只与痕迹 5有关，而痕迹5本身是一个意外痕迹，因为它与其他四个痕迹无关。（Inkpen, 2008） 

魏屹东（2020）详细论述了溯因推理的四个特征：第一、溯因是在不断尝试中逐渐实现所假设目标的过程。溯因是从已知事实或结果推测所做假设的过程，即寻求结果发生原因的过程，从而为理解我们所生活的世界建立了一种解释模式；第二、溯因假设是使用者知识积累、创新想法结合的结果。如开普勒发现火星椭圆形轨道过程中，在他用椭圆轨道代替圆形轨道之前，还尝试了多种假设来解释。在溯因推理中，除了背景知识外，猜想和信念发挥了重要作用；第三，溯因作为假设推理是通过判断、证据给出解释的。溯因是一种解释性论证，即建构解释的过程。解释构成溯因推理的一部分，结论是解释过程的产物；第四，溯因是一类基于猜想的推理，由建构一个假设进行。那个假设是临时性猜测，当有更多的实验证据出现时，可能被放弃。溯因推理本质上是假定性的( presumptive)，是从假定结论成立的情形下来综合分析与事实、证据之间的逻辑和因果关系，从而对假设做出是或非的判别。由于是假定性的，其结论可能是似真的( plausible)，也有可能是或然性的或概率性的( probable)。

4 思考与启示

我国小学、中学、大学阶段的教育，对归纳推理、演绎推理基本上耳熟能详，运用自如。但对于溯因推理一直缺乏必要的强调，更缺乏必要的训练，就像批评性思维的教育强调不够一样。这意味着，中学和大学教育要加强对这方面的训练和学习，尤其是研究生教育。

对于地质学和其他具有时间属性的科学而言，面对最终的、残缺不全的、东拼西凑、真真假假的历史记录，构建多元工作假说，通过溯因推理，设计验证性的实验或观察，重新审视各种证据，从而对种种假说进行验证，来达到探索未知世界的目的。

参考文献

[1] Robert John Inkpen, Explaining the past in the geosciences.  Philosophia (2008) 36:495–507, DOI: 10.1007/s11406-008-9124-x.

[2] Kleinhans, M.G., Buskes, C.J., de Regt, H.W., 2010. Philosophy of earth science. In: Allhoff, F. (ed.), Philosophies of the sciences: a guide. Blackwell Science, Oxford, pp. 213-236.

[3] 魏屹东. 2020. 溯因推理与科学认知的适应性表征. 南京社会科学.