验证算法有效性相关发明的可专利性研究

谭 毅

验证算法有效性相关发明的可专利性研究

谭 毅★

本文通过对专利审查实践中一个典型案例的剖析，说明如何判断关于验证算法有效性的发明是否属于专利保护客体。《专利审查指南》（2010版）所规定的“未采用技术手段解决技术问题，以获得符合自然规律的技术效果的方案，不属于专利法第二条第二款规定的客体”是基本的判断依据，其中的“技术手段”“技术问题”“技术效果”应作为一个整体进行判断，技术问题需通过技术手段来解决才称其为技术问题，技术效果需通过技术手段来实现才称其为技术效果，同时应分析此类发明中验证算法和被验证算法各自在整体方案中所起的具体作用，判断验证过程是一种数学计算还是针对特定物理量所采取的特定技术处理，最终基于上述判断标准和具体方案分析而得出其是否属于专利保护客体的客观结论。

专利保护客体 验证算法 技术手段 技术问题 技术效果

一、引 言

算法是众多学科和领域的重要工具之一，很多科学理论和生产实践都有赖于相关算法的运用。譬如，通过算法来推导科学理论、设计工艺流程、检测设备故障、处理信息数据等。然而，作为一种重要工具，算法本身的有效性、可靠性、科学性如何？这也是不少运用了算法的相关领域所面临的问题之一，因此一些验证算法有效性的发明专利申请应运而生，其表现形式大多为申请保护一种用于验证或证明某某算法的有效性的方法。

然而，验证算法有效性的相关发明是否属于专利保护客体？其可专利性问题应采用何种判断标准？这又是一个特殊领域中的特殊问题。为此，本文将通过对专利审查实践中一个典型案例的研究分析，与读者共同探讨上述问题。

二、相关概念

为更好地探讨相关问题，首先需要明确两个概念，一是发明专利申请中的“算法”的通常含义；二是发明专利申请中的“验证算法有效性的相关发明”的通常含义。

“算法”的中文名称出自《周髀算经》，而英文名称Algorithm 来自9世纪波斯数学家al-Khwarizmi，因为al-Khwarizmi在数学上提出了“算法”这个概念，欧几里得算法被人们认为是史上第一个算法。随着计算机技术的发展，算法得到了普遍应用。譬如，用信息加密算法来保证网络传输的安全、用并行算法来进行数据挖掘、用随机森林算法来估计人体姿势、用遗传算法来解决弹药装载问题等。在计算机科学中，算法要用计算机算法语言描述，算法代表用计算机解决一类问题的精确、有效的方法。“算法 + 数据结构 =程序”，求解一个给定的可计算或可解的问题，不同的人可以编写出不同的程序，来解决同一个问题，算法和程序之间存在密切的关系。

因此，计算机科学中所说的算法通常是指对解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令，算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制，即能够对一定规范的输入，在有限时间内获得所要求的输出。如果一个算法有缺陷或不适合于某个问题，执行这个算法将不会解决这个问题。不同的算法可能用不同的时间、空间或效率来完成同样的任务，通常一个算法的优劣可以用空间复杂度与时间复杂度来衡量。

对算法优劣的验证和评价也是算法设计、使用和改进过程中的重要一环。算法验证通常是对算法的下列特性或指标进行考量。譬如，正确性，算法的正确性是评价一个算法优劣的最重要的标准；可读性，即一个算法可供人们阅读的容易程度；健壮性，即一个算法对不合理数据输入的反应能力和处理能力，也称为容错性；有穷性，即算法必须能在执行有限个步骤之后终止；确切性，即算法的每一步骤必须有确切的定义；可行性，即算法中执行的任何计算步骤都是可以被分解为基本的可执行的操作步骤，每个计算步骤都可以在有限时间内完成；另外还有算法的时间复杂度、空间复杂度等相关评价指标。

因此，所谓“验证算法有效性的相关发明”通常是指对算法的上述特性或指标进行测验和考量的相关发明。

三、验证算法有效性的相关发明专利申请案例分析

（一）案情介绍

1.背景技术

现有技术中存在不少通过最优化阈值来对图像的小波系数进行过滤而达到去噪目的的方法，但这些方法很少将多种方法相结合来充分利用其各自优势进行图像去噪。该专利申请的发明人等将具有不同去噪优势的小波变换和其他滤波分别作为父本与母本进行杂交，提取各自的去噪优势基因，提出了基于杂交小波变换的图像去噪算法，而该发明则是分析该算法的完备性和收敛性，即验证该算法是否能正确无误地合理消除噪声。

2.发明摘要

该发明公开了一种基于杂交小波变换的图像去噪算法的有效性证明方法，目的是从数学理论角度分析该算法编码的完备性以及算法的收敛性。技术方案是首先分别以经过小波变换和其他滤波处理后的图像作为杂交小波变换初始种群的父本和母本，接着将父本和母本的灰度图像的像素矩阵进行编码转换，形成空间集合Vn，再证明Vn是完备的度量空间，即编码是完备的，最后证明算法的收敛性。在证明收敛性时，首先证明种群空间中任意两个个体通过杂交和变异操作是可达的，接着证明通过算法产生的种群空间是单调的，最后说明算法是收敛的。该发明适用于基于杂交小波变换的图像去噪算法的有效性证明。

3.权利要求书

1.一种基于杂交小波变换的图像去噪算法的有效性证明方法，其特征在于，从数学理论角度分析该算法编码的完备性以及算法的收敛性，包括以下步骤：

第一步，确定初始种群，分别以经过小波变换和其他滤波处理后的图像作为杂交小波变换初始种群的父本和母本；

第二步，编码转换，将父本和母本的灰度图像的像素矩阵进行编码转换，形成空间集合Vn；

第三步，证明编码的完备性，首先证明Vn可以看成一个度量空间，接着证明Vn中的点列是Cauchy点列，最后证明Vn是完备的度量空间，即，编码操作是完备的；

第四步，证明算法的收敛性，首先证明种群空间中任意两个个体通过杂交和变异操作是可达的，接着证明通过算法产生的种群空间是单调的，最后说明算法是收敛的。

4.意见分歧

业界在关于该发明专利申请所请求保护的主题是否属于可授予中国专利权的客体（即是否属于专利保护客体）的研讨中，出现了几种不同的观点，大致情况如下。

观点一：该主题不属于专利保护客体。

理由之一：上述证明过程是利用纯数学理论进行的有效性证明，该方案整体而言仍是一种数学理论，属于《专利审查指南》（2010版）第二部分第一章第4.2节所列的“智力活动的规则和方法”之中的“数学理论和换算方法”。因此，根据《专利法》第25条第1款的规定，属于不授予专利权的客体。

理由之二：该有效性证明方法所要解决的问题是验证算法是否有效，这不是技术问题；为解决该问题，利用纯数学理论对去噪算法相关的经过编码转换的像素等物理量进行算法的收敛和完备性判断，这不是技术手段；通过该手段，证明了所述的去噪算法是收敛的、编码是完备的，这不是技术效果。综上，该发明不属于《专利法》第2条第2款所规定的技术方案，不是专利保护客体。

观点二：该主题属于专利保护客体。

该方案要解决的问题是验证图像去噪算法是否正确无误地合理消除噪声，这属于技术问题；为解决该问题，通过确定初始种群、编码转换及证明编码的完备性和算法收敛性，这属于技术手段；通过该手段，最终从数学理论层面证明所述图像去噪算法是有效的，这属于技术效果。综上，该方案属于《专利法》第2条第2款所规定的技术方案，是专利保护客体。

（二）案例分析

根据《专利审查指南》（2010版）第二部分第九章第2节的规定，“如果一项权利要求除其主题名称之外，对其进行限定的全部内容仅仅涉及一种算法或者数学计算规则，或者程序本身，或者游戏的规则和方法等，则该权利要求实质上仅仅涉及智力活动的规则和方法，不属于专利保护的客体……如果一项权利要求在对其进行限定的全部内容中既包含智力活动的规则和方法的内容，又包含技术特征，例如在对上述游戏装置等限定的内容中既包括游戏规则，又包括技术特征，则该权利要求就整体而言并不是一种智力活动的规则和方法，不应当依据专利法第二十五条排除其获得专利权的可能性。”

就该发明专利申请的权利要求的内容而言，除了权利要求的主题名称之外，其有效性证明方法中包含滤波处理、编码转换等典型的图像技术处理步骤，即该权利要求除其主题名称之外，其限定内容包含了诸多技术特征，因此，根据《专利审查指南》（2010版）第二部分第九章第2节的上述规定，该权利要求就整体而言并不属于《专利法》第25条第1款第（2）项所述的智力活动的规则和方法。

然后，根据《专利法》第2条第2款的规定，“发明，是指对产品、方法或者其改进所提出的新的技术方案”，即对发明专利申请而言，要成为《专利法》的保护客体，则必须属于《专利法》所规定的“技术方案”。根据《专利审查指南》（2010版）第二部分第一章第2节的规定，“技术方案是对要解决的技术问题所采取的利用了自然规律的技术手段的集合。技术手段通常是由技术特征来体现的。未采用技术手段解决技术问题，以获得符合自然规律的技术效果的方案，不属于专利法第二条第二款规定的客体。”即规定了发明专利申请若想成为受《专利法》保护的“技术方案”，则必须同时具备上述“技术问题、技术手段、技术效果”等三个要素，因此，下文将从上述“技术三要素”的角度作进一步分析。

在分析请求方案是否构成技术方案之前，首先来看技术三要素之间的关系。一般情况下，专利法意义上的技术问题和技术效果是相互对应的，方案能够解决技术问题，必然会带来相应的技术效果；而专利法意义上的技术手段通常是由技术特征来体现的，只有能够解决技术问题并获得技术效果的手段，才能构成技术手段。应当避免割裂三要素关系、孤立地从某一个要素来进行判断。例如，不能简单地因为方案中包含了“技术特征”或“技术术语”就断言其构成技术手段，需要具体看其在方案中发挥了何种作用。也不能简单地将“所解决的问题”从三要素中割裂出来单独判断其是否构成“技术问题”，进而判断其是否构成技术方案。就如脱离了具体的方案而讨论“汽车节油”是否属于技术问题一样，若是通过诸如改进汽车发动机、提高成品油燃烧率等手段来解决汽车节油问题，则相应的方案构成了技术方案；而若是通过诸如减少开车、多步行的手段来解决汽车节油问题，则很明显这样的方案并非技术方案。因此，具体到该申请所请求方案的判断时，需要分析为解决其问题而采用了何种解决手段，这种解决手段是否建立在受技术约束的基础上。

需要注意的是，该发明专利申请请求保护的权利要求的主题名称是“一种基于杂交小波变换的图像去噪算法的有效性证明方法”。虽然“对图像进行有效去噪的方法”通常是一个技术问题，但该申请所请求保护的方案作为整体其所解决的问题是“验证图像去噪算法的有效性”，也就是对图像去噪方法中所用到的算法自身的有效性进行验证。

技术三要素是相互关联的。关于是否 “解决技术问题”和“达到技术效果”的判断必须与为解决该问题所采用的手段结合起来作整体分析。

以下分析该基于杂交小波变换的图像去噪算法的有效性证明方法的具体方案。首先分析第一步骤，其处理对象为图像，处理动作包括对图像进行小波变换和滤波处理，并将经过处理后的图像确定为杂交小波变换初始种群的父本和母本，即作为后续验证运算的对象之一。从技术角度而言，这是一个典型的“产生/准备被验证的数据/对象”的步骤。

其次分析第二步骤，其处理对象为父本和母本的灰度图像的像素矩阵，处理动作为编码转换，处理结果为得到空间集合Vn，作为后续验证运算的对象之一。从技术角度而言，与上述第一步骤相似，仍然是一个典型的“产生/准备被验证的数据/对象”的步骤。

再次分析第三步骤，其处理对象是第二步骤所得到的空间集合Vn，处理动作为对该空间集合Vn的验证运算，处理结果为证明空间集合Vn是完备的度量空间。和绝大多数领域的证明过程一样，上述证明过程也同样是基于数理分析，具体为通过一定的数学运算，譬如通过证明Vn中的点列是Cauchy点列来证明空间集合Vn是完备的度量空间。

需要注意的是，对算法完备性的证明需求并非是基于杂交小波变换的图像去噪算法所独有，甚至并非图像去噪领域所独有；并且，通过Cauchy点列来证明算法的完备性也并非专用于基于杂交小波变换的图像去噪算法，甚至并非专用于图像去噪领域，除了在图像处理中应用较多之外，其还可广泛应用于机械零件的仿真建模、镀膜玻璃的光学参数检测、电力规划分析、信号频谱分析等众多领域。

由此可见，上述第三步骤实质上是利用Cauchy点列证明法这样的具有普适性的基本数学准则，通过对上述第一步骤和第二步骤所准备的数据作进一步运算，来证明基于杂交小波变换的图像去噪算法本身的完备性，即通过数学准则来证明某一待验证算法的完备性。

最后分析第四步骤，基于和上述关于第三步骤的分析相同的理由可知，第四步骤实质上是利用可达性和单调性等具有普适性的基本数学准则，通过对之前的步骤所产生的数据作进一步运算，来证明基于杂交小波变换的图像去噪算法的收敛性，即通过数学准则来证明某一待验证算法的收敛性。

通过对上述四个步骤的分析可知，验证方法中提及的第一步骤和第二步骤仅仅是为后续的验证环节提供了被验证的数据/对象，类似于为证明过程提供输入数据。该数据虽然涉及与图像像素相关的物理量，但是该专利申请所请求保护的证明方法实质上是通过“以Cauchy点列、可达性、单调性等数学准则来证明基于杂交小波变换的图像去噪算法本身的完备性和收敛性”的手段来解决“验证图像去噪算法的有效性”的问题，以及达到“验证图像去噪算法的有效性”的效果。上述证明手段是构建在数学准则和原理的基础之上，并未体现出受图像处理技术等自然规律所约束。

因此，该发明专利申请所请求保护的有效性证明方法所采用的手段从整体而言是利用数学准则来验证特定算法的有效性等特性，而这种验证手段和待验特性并不会由于被验证的对象有所不同而随之变化，因此，这样的手段实质上是一种可在多领域通用的数学运算，其在一定程度上与《专利审查指南》（2010版）第二部分第九章【例2】中关于自动计算动摩擦系数的方法有类似之处，该申请所请求保护的方案并非是对图像去噪方法本身的改进，而是一种用于验证相关图像去噪算法本身的数学方法，求解的虽然与图像像素物理量有关，但求解过程是一种数学计算，而并非是针对特定物理量所采取的特定技术处理，不满足上述技术三要素中的“采用技术手段来解决技术问题并达到技术效果”的要求。

综上所述，该发明专利申请所请求保护的一种基于杂交小波变换的图像去噪算法的有效性证明方法未采用技术手段来解决技术问题，所获效果也并非技术效果，不符合《专利法》第2条第2款的规定，不是《专利法》的保护客体。

需要特别说明的是，应用某种算法的重要前提是算法本身具备诸如收敛性等有效特性。因此，作为算法应用类发明，相关技术领域的普通技术人员应当根据常识或说明书中公开的内容对此予以确定，方能满足应用算法发明的可实施性要求。但是，这并不意味着算法有效性验证方法本身属于技术方案。如同人们在使用牛顿定律解决技术问题之前提是牛顿定律的正确性已经得到科学界的证实，但牛顿定律本身并非专利保护客体。

四、小 结

本文通过对一个基于杂交小波变换的图像去噪算法的有效性证明方法的实际案例进行分解、剖析，进一步说明了：在进行技术方案客体判断时，应注意将技术三要素作为一个整体来进行判断。根据《专利审查指南》（2010版）第二部分第一章第2节的规定，“未采用技术手段解决技术问题，以获得符合自然规律的技术效果的方案，不属于专利法第二条第二款规定的客体。”由此可见，“技术问题”“技术手段”和“技术效果”这三个要素是一个不可分割的整体，技术问题需通过技术手段来解决才称其为技术问题，技术效果需通过技术手段来实现才称其为技术效果，不能人为割裂三个要素之间的内在关联而分别单独分析判断其技术性，三个要素必须同时满足才能成为《专利法》的保护客体，三个要素之间是互为因果、相辅相成的密切关系。

国家知识产权局专利局电学发明审查部。