title: "AI 不只是『概率模型』:從條件生成到概率—確定性混合認識系統" english_title: "Beyond 'Just a Probabilistic Model': From Conditional Generation to Probabilistic–Deterministic Hybrid Epistemic Systems" series: "AI Epistemic Reconstruction Series" paper: "01" author: "Neo.K" date: "2026-08-14" version: "v0.1" document_type: "Research Paper / Position-and-Formalization Paper" language: "zh-Hant" status: "Research Draft"
AI 不只是「概率模型」:從條件生成到概率—確定性混合認識系統
Beyond “Just a Probabilistic Model”: From Conditional Generation to Probabilistic–Deterministic Hybrid Epistemic Systems
作者:Neo.K
系列:AI Epistemic Reconstruction Series — Paper 01
版本:v0.1
日期:2026 年 8 月 14 日
摘要
「大型語言模型只是概率模型」是一個在局部層級可以成立、但在現代工具型 Agent 系統層級經常失去解釋力的敘述。自回歸語言模型確實可以由條件分布
描述其生成核心;然而,當模型被嵌入工具使用、程式執行、外部環境互動、持久狀態、驗證器與回饋迴路後,整個系統的功能已不再等同於單一條件生成器。
本文提出「概率—確定性混合認識系統」(Probabilistic–Deterministic Hybrid Epistemic System, PDHES)作為較完整的功能描述。其基本結構為
其中 為概率生成模型, 為工具與可執行程序, 為外部環境, 為持久狀態與證據儲存, 為驗證與判定機制, 為控制/調度策略。這類系統的典型認識閉環為
本文並不主張概率描述「錯誤」,也不主張工具使用本身足以證明意識、理解或通用智能。本文的核心主張較窄:若研究對象是完整 Agent 的功能、研究能力與知識更新機制,單以「它是概率模型」作為充分解釋會發生層級錯置。
本文以 PAL、ReAct、Toolformer、FunSearch、AlphaEvolve 等原始研究作為技術背景,並以一個長時半黑箱 DOS 遊戲逆向案例作為 running case study,分析模型如何使用通用先驗提出假說,再以程式、雜湊、binary diff、重新載入與外部執行結果將假說排除、保留或提升信心。最後,本文區分「可被概率形式表示」與「被概率機制充分解釋」兩件不同的事情,並提出可用於後續研究的形式化命題與實驗方向。
關鍵詞: Large Language Models, AI Agents, Probability, Determinism, Tool Use, External Verification, Epistemic Update, Scientific Agents, Hybrid Systems, Active Experimentation
1. 問題:一句「只是概率模型」到底說了什麼?
在當代 AI 討論中,常見一句簡化敘述:
AI/LLM 只是概率模型。
若此句的精確意思是:
自回歸語言模型在生成階段計算或近似一個對下一 token 的條件分布,並據此產生輸出,
那麼這是一個合理的模型層描述。
Transformer 架構與後續大型自回歸模型的發展,使條件式序列建模成為現代語言模型的重要基礎。GPT-3 等工作亦明確位於 autoregressive language modeling 的脈絡中 [1,2]。
問題出現在「只是」二字。
如果從:
直接推論:
完整 AI Agent 的所有功能都可由「概率抽取文字」充分解釋,
則把至少三個不同層級混為一談:
- 模型層(model level):神經網路如何生成候選;
- 系統層(system level):模型如何與工具、環境、記憶、驗證器共同運作;
- 認識層(epistemic level):系統如何取得新證據、排除錯誤假說並改變其可用知識狀態。
本文研究的是第二與第三層。
2. 文獻背景:現代 Agent 已經不是單一文字生成器
2.1 PAL:模型產生程序,Runtime 執行程序
PAL(Program-Aided Language Models)把自然語言理解與程序生成交給 LLM,但把實際求解交給 Python runtime [3]。
其基本思想可寫為:
其中 是模型生成的程式。
這裡已存在清楚的功能分工:
- LLM 負責候選程序;
- interpreter 負責程序語義;
- 執行結果由 runtime 決定。
因此即使 是概率生成的,
在固定程式、固定輸入與固定執行環境時,可以是一個完全確定的結果。
2.2 ReAct:推理與行動交錯
ReAct 把 reasoning traces 與 task-specific actions 交錯,使模型能主動與外部來源或環境互動,取得新的 observation,再更新後續行動 [4]。
其抽象循環為:
這與單次:
已有根本差異。
模型不只是針對固定輸入生成輸出,而能透過 action 改變下一步可獲得的資訊。
2.3 Toolformer:模型學習何時、如何呼叫工具
Toolformer 研究模型如何決定是否呼叫 API、呼叫哪個 API、使用什麼參數,以及如何把結果重新納入後續生成 [5]。
這表示:
仍可能是模型核心,但 Agent 的有效計算路徑已包含:
2.4 FunSearch:生成與系統性 evaluator 分離
FunSearch 將 pretrained LLM 與系統性 evaluator 結合,讓模型提出程序,再執行並評估候選,形成迭代式搜尋 [6]。
其重要結構不是單一模型輸出,而是:
FunSearch 特別適用於「解很難,但候選解容易被客觀評估」的問題。
2.5 AlphaEvolve:LLM 候選與自動 evaluator 的大規模閉環
AlphaEvolve 進一步把 LLM 產生的程式候選、可執行 evaluator、資料庫與演化選擇整合成大型自動探索系統 [7]。
這類工作說明一個重要趨勢:
模型的「創造候選能力」與外部系統的「判定候選能力」可以被刻意分離。
因此現代 AI 系統的功能結構愈來愈不像:
而比較像:
3. 定義:概率—確定性混合認識系統
Definition 1 — Probabilistic Generator
令 為概率生成器:
其中:
- :當前 context;
- :候選文字、程序、假說、工具呼叫或 action proposal。
Definition 2 — Tool System
令工具集合:
每個工具可以是 deterministic、stochastic、partially observable 或 external-service dependent。
當某工具在固定輸入與固定執行狀態下為 deterministic 時:
Definition 3 — External Environment
令 為模型不能任意指定輸出的外部環境,例如:
- 作業系統;
- 編譯器;
- 檔案系統;
- 模擬器;
- 遊戲;
- 真實實驗設備;
- 資料庫;
- 網路服務。
環境對 action 的回應:
Definition 4 — Evidence State
系統的證據狀態:
不等同於模型權重本身。
它可以包含:
- tool outputs;
- files;
- traces;
- hashes;
- tests;
- verified propositions;
- invalidated hypotheses;
- current frontier。
因此:
其中 為 evidence update。
Definition 5 — Verifier
令:
或更一般:
Verifier 可以是:
- exact equality;
- compiler;
- unit test;
- theorem checker;
- hash comparison;
- constraint solver;
- statistical test;
- human review。
Definition 6 — Probabilistic–Deterministic Hybrid Epistemic System
定義:
其中:
- :生成/推理模型;
- :工具集合;
- :外部環境;
- :持久狀態;
- :驗證器;
- :調度與控制機制。
它的認識過程不是單一步驟,而是 trajectory:
4. 核心命題一:概率表示確定性,不等於概率解釋確定性
Proposition 1 — Degenerate-Distribution Representation
對任意 deterministic function:
皆可建立退化條件分布:
因此,確定性計算可以嵌入概率形式中表示。
但這不推出:
的演算法結構已被「概率」一詞充分解釋。
要知道:
仍需要知道哪一個 。
「概率為 1」描述的是結果的確定程度;它沒有自動提供:
- algorithm;
- data structure;
- runtime semantics;
- causal transition;
- computational complexity。
因此必須區分:
5. 核心命題二:Agent 可以主動製造新的證據
令假說空間:
Agent 在時間 選擇 action:
環境返回:
若 在執行前尚不存在於任何靜態 corpus,例如:
- 新生成的 save file;
- 新的 binary diff;
- 現場實驗結果;
- 新編譯的程序輸出;
則 Agent 的有效 context 中加入的是一份由當前互動新產生的 evidence。
因此:
這裡的知識增量不必來自模型參數更新。
它可以是:
即:
模型權重不變,但系統可利用的證據狀態增加。
6. 核心命題三:精確觀測可以產生邏輯淘汰
假設:
且某 observation 是 exact。
定義:
則:
成立。
若至少一個假說與 evidence 衝突,則:
這是一個集合約束結果,而不是純語言偏好。
真實工程可能存在 hidden variables、measurement noise、nondeterminism 與 incomplete observability。此時必須把 exact elimination 改成 confidence update。
但當 verifier 本身為 exact,例如:
SHA256(fileA) == SHA256(fileB)
則該比較結果不是 LLM 的語言判斷。
7. Proposal 與 Judgment 的分離
本文主張,Agent 系統中最值得區分的不是簡單的:
Probability vs Non-Probability
而是:
模型可以負責:
- 提案;
- 假說;
- 程序;
- 搜尋方向;
- 實驗選擇。
判定則可以交給:
- compiler;
- runtime;
- environment;
- evaluator;
- test suite;
- formal checker。
因此:
與:
可以屬於不同的計算機制。
8. Running Case:半黑箱 DOS 遊戲語義逆向
8.1 案例定位
本節不是把單一遊戲當成普遍證明,而是提供一個具體 workflow,顯示 PDHES 結構如何出現在長時 Agent 研究中。
研究對象是一個舊 DOS 養成遊戲的特定 build。
Agent 擁有大量通用先驗:
- x86;
- DOS;
- little-endian;
- reverse engineering;
- save file analysis;
- scripting。
但對某個特定 save offset 的局部語義並沒有直接答案。
8.2 從 bit 到假說
觀察:
offset 0x0334:
00 → 64
這不能直接推出:
0x0334 = Stress
因為候選可以包括:
- gameplay state;
- UI temporary state;
- RNG state;
- cache;
- hidden flag;
- checksum-related field。
模型在這裡的合理角色是:
8.3 確定性工具介入
Agent 可以執行:
load baseline
→ perform no gameplay action
→ save
→ hash
→ byte diff
如果輸出檔與 baseline:
而且 byte-by-byte:
那麼這個局部 evidence 由檔案與 deterministic comparison 產生,不是 LLM 語言自行宣告。
8.4 外部環境作為反駁者
另一個實驗:
load baseline
→ perform one declared schedule
→ save
→ terminate
→ restart
→ reload new save
→ compare visible state
如果新假說預測錯誤,遊戲 runtime 可以直接給出不相容 observation。
因此:
不只是資料來源,也成為:
8.5 歷史資料作為 prior,而非 truth
若舊 HEX guide 提供:
Stress candidate = 0x50–0x51
則這應當:
但仍不能直接:
需要:
此例清楚分離:
- latent/historical retrieval;
- active epistemic reconstruction。
9. 為什麼這不是「模型突然不概率了」
本文不主張工具型 Agent 使模型本體變成 deterministic symbolic AI。
恰好相反:
仍可以是一個概率模型。
真正改變的是研究對象的層級。
如果問:
LLM core 怎麼產生下一 token?
概率描述仍然核心。
如果問:
一個長時間 Agent 怎麼提出假說、跑程式、產生新 evidence、排除錯誤與完成任務?
則:
只描述其中一個 component。
10. 系統層可被統一概率化,仍不取消功能分解
一個可能反駁是:
整個 Agent 仍可以寫成 transition kernel,所以最後還是概率系統。
這在數學上可以成立。
令:
包含完整 Agent 與 environment state。
可以寫:
deterministic transition 只是其中的 degenerate kernel。
但這種統一表示屬於極高層抽象。
同樣可以把 CPU、database、compiler、hash function、theorem checker 全部塞進一個 transition kernel。
代價是失去:
- 哪個 component 提案;
- 哪個 component 判定;
- 哪個結果可重現;
- 哪些錯誤來自 sampler;
- 哪些錯誤來自 environment;
- 哪些機制可被 formal verification。
因此本文區分:
11. 「只是概率」的三種不同版本
Version A — 正確但狹窄
自回歸 LLM 的輸出核心可用條件概率分布描述。
本文接受。
Version B — 可形式化但資訊量低
整個 Agent 也可以被一個概率 transition system 表示。
本文同樣不反對。
但這和說:
所有數位軟體都可以表示成 bit transition
一樣,並沒有提供足夠的功能分析。
Version C — 過度推論
因此 Agent 沒有 genuine tool computation、external verification、stateful evidence accumulation 或 active experimentation;所有成功都只是「概率猜中」。
本文反對此推論。
因為 PAL、ReAct、FunSearch、AlphaEvolve 等系統已明確包含模型以外的執行與判定元件 [3–7]。
12. 確定性不是概率的敵人
在 PDHES 中,probabilistic 與 deterministic 不是互斥陣營。
它們可以被功能性配置:
Probabilistic component
適合:
- open-ended proposal;
- semantic interpretation;
- hypothesis generation;
- heuristic search;
- uncertain planning。
Deterministic component
適合:
- arithmetic;
- parsing;
- compilation;
- execution;
- hashing;
- exact diff;
- constraint checking。
External empirical component
適合:
- observation;
- measurement;
- black-box behavior;
- runtime response。
因此:
是一個自然閉環。
13. 認識論層:Agent 如何「知道自己錯了」
純文字生成最大的風險之一,是:
當系統加入 external verifier:
後,可以建立:
若:
則 epistemic state 應更新:
hypothesis h:
status: invalidated
這裡真正重要的不是模型是否「內心相信」什麼,而是系統是否保存:
- source;
- test;
- failure;
- contradiction;
- confidence transition。
因此 Agent epistemology 可以部分外部化成:
而不是完全存在神經網路隱狀態中。
14. 長時間 Agent 的知識不等於權重更新
長時間研究 Agent 可能持續數小時或數天,但模型參數:
並沒有在每個實驗後改變。
真正變動的是:
所以必須區分:
Parametric Learning
Epistemic State Accumulation
Contextual Adaptation
這三種「學習/更新」不能混稱。
15. Agent 的研究能力應如何測量?
若只測:
會混合:
- memorization;
- lucky sampling;
- genuine reconstruction;
- tool use;
- hidden benchmark contamination。
因此後續應增加:
15.1 Evidence Novelty
結果是否包含執行當下新產生的 evidence?
15.2 Falsification Response
遇到反例後是否能撤回舊假說?
15.3 Tool Correctness
是否把 exact tool output 與 model guess 分開?
15.4 Hypothesis-Space Reduction
15.5 Cost-Normalized Information Gain
這將在本系列後續論文中進一步展開。
16. 與 FunSearch / AlphaEvolve 的關係
FunSearch 已經給出一個重要模式:
AlphaEvolve 則進一步展示:
本文提出的 PDHES 不是替代這些系統,而是把其共同認識結構抽象化。
尤其在 reverse engineering、scientific agents、software engineering、mathematical search、automated experimentation 中,可以用同一個框架分析:
哪裡產生候選?
哪裡產生新 evidence?
哪裡做 exact judgment?
哪裡保存 epistemic state?
17. 與「AI 是否理解」問題的界線
本文不直接回答:
AI 是否具有意識?
也不直接證明:
AI 具有與人類相同的理解。
本文只處理可操作的功能主張。
如果一個系統可以:
- 提出可區分假說;
- 選擇行動取得新 observation;
- 使用 exact 或 empirical verifier;
- 在證據衝突時淘汰候選;
- 保存已驗證/已否證的狀態;
- 用更新後的狀態選擇下一步;
那麼它具有一個可觀測的:
是否將此功能稱為「理解」,是另一層哲學問題。
18. 反例與限制
18.1 Tool hallucination
模型可能錯誤理解工具輸出。
因此工具正確不代表整體 interpretation 正確。
18.2 Environment nondeterminism
外部環境可能有 randomness、hidden state、race condition、timing effects。
因此不能把所有不同結果都當成模型假說錯誤。
18.3 Verifier specification error
若 evaluator 寫錯:
則 Agent 可能對錯誤目標高度優化。
所以:
本身也是研究對象。
18.4 Historical prior contamination
如果目標答案早已存在訓練資料或公開網路,最終成功不能直接證明 active reconstruction。
因此需要:
- private variants;
- holdout mutations;
- fresh runtime evidence;
來降低 contamination。
18.5 Hybrid system 不等於 autonomous scientist
長時 Agent 可以自動執行大量研究勞動,但仍可能:
- 問錯問題;
- 忽略替代解釋;
- 過度搜索;
- 缺乏停止條件;
- 需要人類設定研究目的。
因此本文不把 PDHES 與「完整自主科學家」等同。
19. 可證偽預測
本框架提出幾個可實驗檢驗的預測。
Prediction 1
在具有 exact evaluator 的任務上:
應比單獨:
更能維持可驗證正確性。
PAL、FunSearch、AlphaEvolve 等既有結果與此方向一致 [3,6,7]。
Prediction 2
對 fresh black-box task,若 Agent 可主動實驗:
應比只讀靜態輸入:
更能恢復 target-specific semantics。
此預測適合用合成 legacy binary benchmark 測試。
Prediction 3
若 evidence store 正確保存 invalidated hypotheses,長時間 Agent 的重複錯誤率應下降。
Prediction 4
若移除 deterministic verifier,而只保留模型自評,對 exact computation 任務的 error propagation 應上升。
20. 一個更精確的語句
與其說:
AI 不是概率模型。
本文建議改為:
現代 LLM 的生成核心可以是概率模型;但一個具有工具、環境、持久證據與驗證器的 Agent,不應被單一的「概率模型」標籤視為完整功能解釋。
形式化:
而不是:
21. 核心區分表
| 問題 | 概率模型層 | Agent 系統層 |
|---|---|---|
| 下一 token 候選 | 核心 | 一個 component |
| 工具執行 | 不負責 | Tool / Runtime |
| Hash | 不保證 exact | Deterministic tool |
| 編譯 | 不負責 | Compiler |
| 外部 observation | 無法自行決定 | Environment |
| 假說排除 | 可提出 | Verifier + Evidence |
| 長時狀態 | Context 有限 | External / Persistent state |
| 新 evidence | 主要重組既有 context | 可由 action 現場生成 |
22. 統一圖式
┌────────────────────┐
│ Probabilistic Model │
│ proposal / planning │
└──────────┬─────────┘
│
▼
Candidate Action
│
┌─────────────┼─────────────┐
▼ ▼ ▼
Deterministic External Stochastic
Tool Environment Tool
│ │ │
└─────────────┼─────────────┘
▼
Evidence
│
▼
Verifier
│
┌─────────┴─────────┐
▼ ▼
Accepted Rejected
│ │
└─────────┬─────────┘
▼
Epistemic State
│
└──────────→ next proposal
23. 結論
「LLM 是概率模型」可以是一個正確的局部描述。
但在工具型 Agent、程式輔助推理、自動科學探索與黑箱逆向等系統中,真正發生的流程通常包含:
在此結構中,概率負責處理不確定性與候選生成;確定性程序負責精確運算與約束;外部環境提供模型不能自行指定的 observation;驗證器則將 proposal 轉化為可接受、可拒絕或仍未知的 epistemic state。
因此本文的最終命題不是:
而是:
中文:
概率可以是現代 AI 的核心生成機制之一,但不是對一個能使用工具、接受外部反駁、保存證據並反覆實驗的 Agent 系統之充分功能解釋。
這個區分使我們可以把討論從:
「AI 到底是不是概率?」
轉向更有研究價值的問題:
概率、確定性工具、外部環境與證據更新到底如何共同形成可驗證的機器研究能力?
這也是本系列後續論文的起點。
24. 後續系列接口
Paper 02 將處理:
同一個 01 並不是同一個語義 01:位元、定義域、表示域與判定域。
Paper 03 將處理:
AI 如何在半黑箱、局部未知的環境中,從 prior 走向 active epistemic reconstruction。
Paper 04 將處理:
External Falsification:世界如何成為 Agent 的反駁器。
Paper 05–08 則進一步處理 evidence explosion、semantic compression、research trajectory compression、repetitive epistemic labor 與 contamination-resistant black-box research benchmark。
References
[1] Vaswani, A., et al. Attention Is All You Need. NeurIPS 2017. arXiv:1706.03762.
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[2] Brown, T. B., et al. Language Models are Few-Shot Learners. NeurIPS 2020. arXiv:2005.14165.
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https://arxiv.org/abs/2502.11705
Appendix A — Claim Classification
External empirical grounding
由文獻支持:
- LLM 可以產生程序並由 interpreter 執行;
- LLM 可以交錯 reasoning / acting;
- LLM 可以學習或選擇工具呼叫;
- LLM proposal 可以和 automated evaluator 結合;
- iterative generate–evaluate–select 系統已被實際用於數學與演算法探索。
本文形式化
本文自行提出:
- PDHES 六元組;
- Proposal / Judgment separation;
- Probabilistic Representability vs Mechanistic Sufficiency;
- Epistemic State Accumulation;
- Falsification Surface;
- Hybrid Agent 的系統層解釋框架。
Running case
PM2/DOS 逆向僅作工程案例,不作為普遍性定理的唯一證據。
尚待驗證
- cost-normalized information gain 是否能穩定比較不同 Agent;
- black-box semantic reconstruction benchmark 的泛化性;
- persistent invalidation memory 對長時研究效率的實際提升幅度。
Appendix B — 最小 PDHES Pseudocode
state = load_epistemic_state()
while not stop(state):
proposal = model.propose(state)
action = controller.route(proposal)
observation = execute(action)
verdict = verifier.evaluate(
proposal=proposal,
observation=observation,
state=state
)
state = update(
state=state,
proposal=proposal,
observation=observation,
verdict=verdict
)
save_epistemic_state(state)
重點不是這段 pseudocode 本身,而是其中至少存在三種不可混為一談的功能:
model.propose()
execute()
verifier.evaluate()
它們共同形成完整研究閉環。