AI倫理與職業(yè)素養(yǎng) 課件 第1章 什么是人工智能

第1章什么是人工智能【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片個(gè)人計(jì)算機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代，到今天也不過短短50多年歷史。在計(jì)算機(jī)發(fā)展史中，“計(jì)算機(jī)之父”的稱號一直在阿蘭·圖靈和馮·諾依曼之間徘徊。但追本溯源，計(jì)算機(jī)的故事一定是從19世紀(jì)的一位英國發(fā)明家開始講起，他就是查爾斯·巴貝奇。

圖1-1查爾斯·巴貝奇（1792—1871）【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片巴貝奇最早提出了建造強(qiáng)大計(jì)算機(jī)器的想法。1823年，巴貝奇在政府的支持下，啟動了制造差分機(jī)（DifferenceEngine）的項(xiàng)目。盡管最終失敗，但這是人類第一次嘗試制造大型計(jì)算機(jī)。阿蘭·圖靈曾經(jīng)在1953年設(shè)計(jì)了自動計(jì)算機(jī)（AutomaticComputingEngine），當(dāng)時(shí)選用“Engine”這個(gè)詞就是為了向查爾斯·巴貝奇致敬。從機(jī)械式計(jì)算機(jī)到現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)，再從巨型計(jì)算機(jī)到微型計(jì)算機(jī)，中間有幾個(gè)重要的里程碑式的事件，比如馮·諾依曼提出存儲結(jié)構(gòu)、晶體管和集成電路的發(fā)明、硅谷的崛起等，但是，和個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展密切相關(guān)的是英特爾公司的一枚芯片的誕生——Intel4004（見圖1-2）?！景咐龑?dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片圖1-2泰德·霍夫與英特爾4004【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片1971年，英特爾4004微處理器正式發(fā)布，設(shè)計(jì)者是泰德·霍夫。4004這個(gè)單獨(dú)的芯片上包含了2000多個(gè)晶體管，幾乎擁有與1945年問世的世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)ENIAC一樣的運(yùn)算能力。1974年，英特爾設(shè)計(jì)出一種更強(qiáng)大的微處理器——8080。8080微處理器催生了一系列新應(yīng)用場景，也催生出個(gè)人計(jì)算機(jī)。【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片個(gè)人計(jì)算機(jī)誕生在一個(gè)不可思議的瘋狂時(shí)代。那時(shí)，擁有一臺自己的計(jì)算機(jī)簡直是天方夜譚。在理想驅(qū)動下，一群電子學(xué)發(fā)燒友開始了DIY，購買芯片，自己動手，研發(fā)屬于自己的個(gè)人計(jì)算機(jī)。雜志、俱樂部、展會成了三股強(qiáng)大的催化劑。終于，第一臺個(gè)人計(jì)算機(jī)誕生了！1975年1月，《大眾電子》雜志的封面刊出了Altiar8800問世的消息（見圖1-3）——這是個(gè)人計(jì)算機(jī)的“出生證”。Altair8800由愛德華·羅伯茨的MITS公司制造，售價(jià)為397美元。實(shí)際上，雜志封面上的Altair也并非真機(jī)，只是一個(gè)空殼。因?yàn)榈谝慌_真機(jī)在寄送的途中丟失了，而雜志的出版時(shí)間已經(jīng)不允許MITS再提供一臺真機(jī)了?！景咐龑?dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片圖1-3《大眾電子》1975年1月刊封面與需要自己組裝的Altair8800【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片Altair8800的第一批買家都是計(jì)算機(jī)發(fā)燒友，他們收到的并非一臺能夠使用的機(jī)器，而是一堆零散的部件。組裝，在當(dāng)時(shí)是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的工作。MITS公司創(chuàng)始人愛德華·羅伯茨是一位極富傳奇色彩的人物。他身材高大，早年在空軍服役。退伍之后創(chuàng)辦了MITS公司，主營

業(yè)務(wù)是計(jì)算器。他在英特爾8008問世之后，依靠強(qiáng)

大的商業(yè)嗅覺，看到了機(jī)會，憑借一己之力開創(chuàng)了

個(gè)人計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)。在經(jīng)歷過山車般創(chuàng)業(yè)之路后，羅

伯茨告別了自己親手開創(chuàng)的產(chǎn)業(yè)，回到故鄉(xiāng)，實(shí)現(xiàn)

了人生理想——做一名鄉(xiāng)村醫(yī)生。圖1-4愛德華·羅伯茨，MITS公司創(chuàng)始人【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片《大眾電子》雜志的編輯萊斯利·所羅門在早期的發(fā)燒友圈子里非常有影響力，被年輕的極客們親切地稱為“所羅門大叔”。當(dāng)時(shí)，雜志是技術(shù)發(fā)布的重要平臺，也是發(fā)燒友學(xué)習(xí)交流的主要渠道。右圖是所羅門大叔家里的地下室，當(dāng)年很多技術(shù)先驅(qū)曾光顧過，如今那里收藏了很多臺早期的計(jì)算機(jī)。1-5《大眾電子》的兩位編輯（左）所羅門大叔家的地下室（右）【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片在眾多發(fā)燒友的俱樂部中，“家釀計(jì)算機(jī)俱樂部”享有盛譽(yù)，他們對某個(gè)產(chǎn)品的評價(jià)可以左右一家公司的成敗。喬布斯和沃茲尼亞克就是家釀計(jì)算機(jī)俱樂部的?？?。在家釀計(jì)算機(jī)俱樂部中孕育的一些極客文化，如分享、開源等，至今都影響深遠(yuǎn)。圖1-6家釀計(jì)算機(jī)俱樂部的聚會【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片Altair8800的問世不僅引發(fā)了技術(shù)革新，還引起了社會變革。很多技術(shù)先驅(qū)看到大眾和計(jì)算機(jī)的接觸方式已經(jīng)發(fā)生了顛覆性的改變。從那以后，個(gè)人計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)告別了單純技術(shù)至上的發(fā)燒友文化，走上了正規(guī)的商業(yè)化道路。而其中分別代表著軟件和硬件的微軟（見圖1-7）和蘋果（見圖1-8）兩家公司，即使在幾十年后的今天，仍然對我們的生活產(chǎn)生著巨大的影響?！景咐龑?dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片圖1-71975年，比爾·蓋茨和保羅·艾倫創(chuàng)辦微軟（左），微軟早期11名員工合影（右）【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片圖1-81976年，喬布斯和沃茲尼亞克創(chuàng)辦蘋果【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片1981年，IBMPC問世，“個(gè)人電腦”（PC）這一術(shù)語正式確定下來。盡管IBMPC距離Altair問世已經(jīng)過去了5年多，但是憑借這個(gè)產(chǎn)品，IBM立刻獲得商業(yè)市場認(rèn)可。他們也進(jìn)一步對個(gè)人電腦進(jìn)行投資，研發(fā)了文字處理和電子表格軟件。IBMPC對整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。各大公司紛紛批量購入，從此，個(gè)人電腦在辦公中發(fā)揮了越來越重要

的作用。IBMPC使用了微軟開發(fā)的MS-DOS

操作系統(tǒng)，微軟隨之崛起。圖1-91981年，IBMPC發(fā)布【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片1984年，蘋果推出麥金塔，在當(dāng)時(shí)的美國超級碗橄欖球比賽中投放了廣告。該廣告諷刺IBM這位電腦界的“老大哥”企圖借助IBMPC控制個(gè)人電腦市場的野心，并暗示橫空出世的麥金塔電腦將會打破這個(gè)局面。圖1-101984年發(fā)布的蘋果麥金塔及其團(tuán)隊(duì)【案例導(dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片喬布斯為麥金塔傾注了大量心血，正是在激勵(lì)麥金塔團(tuán)隊(duì)時(shí)，他說了那句著名的話：“做一個(gè)海盜比加入海軍要有趣得多?！丙溄鹚〉昧司薮蟮某晒Γ堑谝豢钫嬲秊榉羌夹g(shù)人士設(shè)計(jì)并投向廣大消費(fèi)者市場的電腦。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)走向成熟。在摩爾定律的作用下，個(gè)人計(jì)算機(jī)不斷推陳出新，從外觀、尺寸到功能配置，再到硬件設(shè)備的物理布局都變得更加多樣化。智能手機(jī)和平板電腦在21世紀(jì)初相繼問世，它們的出現(xiàn)快速改變著我們與計(jì)算機(jī)的交互方式。不得不說，盡管個(gè)人計(jì)算機(jī)并未完全退出歷史舞臺，但是它在我們生活中舉足輕重的地位正在逐漸式微。后PC時(shí)代已經(jīng)到來。再看一眼桌面上的個(gè)人計(jì)算機(jī)，我們知道，它的逐步消亡趨勢是不可逆轉(zhuǎn)的?！景咐龑?dǎo)讀】個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展史的珍貴照片短短50年，個(gè)人計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)上演了一場波瀾壯闊的故事。一幫夢想家發(fā)起了一場技術(shù)革命，締造了一個(gè)又一個(gè)顛覆性的產(chǎn)品，而這些，最終改變了我們每個(gè)人的生活方式。他們的故事值得銘記，他們的精神值得流傳。第1章什么是人工智能1.1人工智能的淵源1.2人工智能的定義1.3人工智能的實(shí)現(xiàn)途徑1.4人工智能的研究領(lǐng)域人工智能的淵源1.11.1人工智能的淵源所謂技術(shù)系統(tǒng)（technicalSystem,TS），是指一種“人造”系統(tǒng)，它是人類為了實(shí)現(xiàn)某種目的而創(chuàng)造出來的。技術(shù)系統(tǒng)能夠?yàn)槿祟愄峁┠撤N功能。因此，技術(shù)系統(tǒng)具有明顯的“功能”特征。科學(xué)家已經(jīng)制造出了汽車、火車、飛機(jī)、收音機(jī)這樣無數(shù)的技術(shù)系統(tǒng)，它們模仿并拓展了人類身體器官的功能。但是，技術(shù)系統(tǒng)能不能模仿人類大腦的功能呢？到目前為止，我們也僅僅知道人類大腦是由數(shù)十億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞組成的器官，我

們對它還知之甚少，模仿它或許是天下最困

難的事情了。

圖1-11人腦的外觀1.1.1為戰(zhàn)爭而發(fā)展的計(jì)算機(jī)器在20世紀(jì)40年代的時(shí)候還沒有“計(jì)算機(jī)（Computer）”這個(gè)詞。在Z3計(jì)算機(jī)、離散變量自動電子計(jì)算機(jī)和小規(guī)模實(shí)驗(yàn)機(jī)面世之前，“Computer”指的是做計(jì)算的人。這些計(jì)算員在桌子前一坐就是一整天，面對一張紙、一份打印的指示手冊，可能還有一臺機(jī)械加法機(jī)，按照指令一步步地費(fèi)力工作，最后得出一個(gè)結(jié)果。只有他們足夠仔細(xì)，結(jié)果才可能正確。1.1.1為戰(zhàn)爭而發(fā)展的計(jì)算機(jī)器面對全球沖突，一幫數(shù)學(xué)家開始致力于盡可能快地解決復(fù)雜數(shù)學(xué)問題。沖突雙方都會通過無線電發(fā)送命令和戰(zhàn)略信息，而這些信號同樣可以被敵方截獲。為了防止信息泄露，軍方會對信號進(jìn)行加密，而能否破解敵方編碼關(guān)乎著成百上千人的性命。自動化破解過程顯然大有裨益。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，人們已經(jīng)制造出了兩臺機(jī)器，它們可以被看做是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的源頭。一臺是美國的電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)（ENIAC，見圖1-12），它被譽(yù)為世界上第一臺通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，另一臺是英國的巨人計(jì)算機(jī)（Colossus）。這兩臺計(jì)算機(jī)都不能像今天的計(jì)算機(jī)一樣進(jìn)行編程，配置新任務(wù)時(shí)還需要進(jìn)行移動電線和推動開關(guān)等一系列操作。1.1.1為戰(zhàn)爭而發(fā)展的計(jì)算機(jī)器圖1-12世界上第一臺通用計(jì)算機(jī)ENIAC1.1.1為戰(zhàn)爭而發(fā)展的計(jì)算機(jī)器早期計(jì)算機(jī)，諸如英國曼切斯特大學(xué)研制的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)機(jī)（SSEM）和美國陸軍彈道研究實(shí)驗(yàn)室研制的離散變量自動電子計(jì)算機(jī)（EDVAC）已經(jīng)具備了真正計(jì)算機(jī)的特性。它們是通用的，并且能夠運(yùn)行所有程序，此外，它們還具有保存程序和數(shù)據(jù)的存儲器。Z3（ZuscZ3）計(jì)算機(jī)是第二次世界大戰(zhàn)期間德國研制成功的，比同盟國所有計(jì)算機(jī)都要先進(jìn)，作為一臺通用計(jì)算機(jī)，它與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)唯一的不同之處，是其利用紙帶而非存儲器來儲存程序。1943年，Z3計(jì)算機(jī)在盟軍對柏林的空襲中毀于一旦。而ENIAC計(jì)算機(jī)是專為美國陸軍軍械部隊(duì)制造的，主要用于計(jì)算大炮射程表，對氫彈研制背后的數(shù)學(xué)計(jì)算也做出了重要貢獻(xiàn)。1.1.2通用計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)幾乎存在于所有的電子設(shè)備當(dāng)中，通常只是因?yàn)樗绕渌x項(xiàng)都要便宜。例如普通的烤面包機(jī)本來并不需要計(jì)算機(jī)，但比起采用亂七八糟一堆組件，只用一個(gè)簡單的成分就可以實(shí)現(xiàn)所有功能還是比較劃算的。這類專用的計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度不同、體積大小不一，但從根本上講，它們的功用都是一樣的。事實(shí)上，這類計(jì)算機(jī)大部分只能在工廠進(jìn)行一次編程，這樣做是為了對運(yùn)行的程序進(jìn)行加密，同時(shí)降低可能因改編程序引起的售后服務(wù)成本。機(jī)器人其實(shí)就是配有諸如手臂和輪子這樣的特殊外圍設(shè)備的電子設(shè)備，以幫助其與外部環(huán)境進(jìn)行交互。機(jī)器人內(nèi)部的計(jì)算機(jī)能夠運(yùn)行程序，它的攝像頭拍攝物體影像后，相關(guān)程序通過數(shù)據(jù)中心里的貓和狗照片就可以對影像進(jìn)行區(qū)分，以此來幫助機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中辨認(rèn)物體。1.1.2通用計(jì)算機(jī)幾乎每個(gè)人都用過計(jì)算機(jī)，人們玩計(jì)算機(jī)游戲，或用計(jì)算機(jī)寫文章、在線購物、聽音樂或通過社交媒體與朋友聯(lián)系。計(jì)算機(jī)被用于預(yù)測天氣、設(shè)計(jì)飛機(jī)、制作電影、經(jīng)營企業(yè)、完成金融交易和控制工廠等。作為一種通用的信息處理機(jī)器，電子計(jì)算機(jī)通稱電腦，它能夠執(zhí)行被詳細(xì)描述的任何過程。用于描述解決特定問題的步驟序列稱為算法，算法可以變成軟件（程序），確定硬件（物理機(jī)）能做什么和做了什么。創(chuàng)建軟件的過程稱為編程。中國的第一臺電子計(jì)算機(jī)誕生于1958年。在2019年6月17日公布的全球超算500強(qiáng)榜單中，中國擁有219臺超級計(jì)算機(jī)，繼續(xù)蟬聯(lián)全球擁有超算數(shù)量最多的國家（見圖1-13）。1.1.2通用計(jì)算機(jī)圖1-13中國的超級計(jì)算機(jī)“天河二號”1.1.2通用計(jì)算機(jī)但是，計(jì)算機(jī)到底是什么機(jī)器？一個(gè)計(jì)算設(shè)備怎么能執(zhí)行這么多不同的任務(wù)呢？現(xiàn)代計(jì)算機(jī)可以被定義為“在可改變的程序的控制下，存儲和操縱信息的機(jī)器”。該定義有兩個(gè)關(guān)鍵要素：第一，計(jì)算機(jī)是用于操縱信息的設(shè)備。這意味著我們可以將信息存入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將信息轉(zhuǎn)換為新的、有用的形式，然后顯示或以其他方式輸出信息。第二，計(jì)算機(jī)在可改變的程序的控制下運(yùn)行。計(jì)算機(jī)不是唯一能操縱信息的機(jī)器。當(dāng)你用簡單的計(jì)算器來運(yùn)算一組數(shù)字時(shí)，就是在輸入信息（數(shù)字），處理信息（如計(jì)算連續(xù)的總和），然后輸出信息（如顯示）。另一個(gè)簡單的例子是油泵，給油箱加油時(shí)，油泵利用當(dāng)前每升汽油的價(jià)格和來自傳感器的信號，讀取汽油流入油箱的速率，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為加了多少汽油和應(yīng)付多少錢的信息。但是，計(jì)算器或油泵并不是完整的計(jì)算機(jī)，它們只是被構(gòu)建來執(zhí)行特定的任務(wù)。1.1.2通用計(jì)算機(jī)小規(guī)模實(shí)驗(yàn)機(jī)、離散變量自動電子計(jì)算機(jī)以及后來出現(xiàn)的大多數(shù)計(jì)算機(jī)都將程序和程序運(yùn)行數(shù)據(jù)儲存在同一存儲器中，這就意味著有些程序可以編寫和修改其他一些程序。在計(jì)算機(jī)的幫助下，人們可以設(shè)計(jì)出更有表現(xiàn)力、更加優(yōu)雅的語言，并指示機(jī)器將其翻譯為讀取一執(zhí)行周期能夠理解的模式。計(jì)算機(jī)科學(xué)家常常會談及建立某個(gè)過程或物體的模型，這并不是說要拿卡紙和軟木來制作一個(gè)真正的復(fù)制品。“模型”是一個(gè)數(shù)學(xué)術(shù)語，意思是寫出事件運(yùn)作的所有方程式并進(jìn)行計(jì)算，這樣就可以在沒有真實(shí)模型的情況下完成實(shí)驗(yàn)測試。由于計(jì)算機(jī)運(yùn)行十分迅速，因此，與真正的實(shí)驗(yàn)操作相比，計(jì)算機(jī)建模能夠更快得出答案。1.1.2通用計(jì)算機(jī)人工智能（ArtificialIntelligence,AI）最根本也最宏偉的目標(biāo)之一就是建立人腦般的計(jì)算機(jī)模型。完美模型固然最好，但精確性稍遜的模型也同樣十分有效。1.1.3人工智能大師艾倫·麥席森·圖靈（1912年6月23日-1954年6月7日），出生于英國倫敦帕丁頓，畢業(yè)于普林斯頓大學(xué)，是英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家，被譽(yù)為“計(jì)算機(jī)科學(xué)之父”、“人工智能之父”，他是計(jì)算機(jī)邏輯的奠基者。1950年，圖靈在其論文《計(jì)算機(jī)器與智能》中提出了著名的“圖靈機(jī)”和“圖靈測試”等重要概念，圖靈思想為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的邏輯工作方式奠定了基礎(chǔ)。

為了紀(jì)念圖靈對計(jì)算機(jī)科學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，1966年，由美國

計(jì)算機(jī)協(xié)會（ACM）設(shè)立一年一度的“圖靈獎(jiǎng)”，以表

彰在計(jì)算機(jī)科學(xué)中做出突出貢獻(xiàn)的人。圖靈獎(jiǎng)被喻為“計(jì)

算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)”。圖1-14計(jì)算機(jī)科學(xué)之父，人工智能之父——圖靈1.1.3人工智能大師約翰·馮·諾依曼（1903年12月28日-1957年2月8日），出生于匈牙利，畢業(yè)于蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)，數(shù)學(xué)家，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、博弈論、核武器和生化武器等領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)全才，被后人稱為“現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父”和“博弈論之父”。他在泛函分析、遍歷理論、幾何學(xué)、拓?fù)鋵W(xué)和數(shù)值分

析等眾多數(shù)學(xué)領(lǐng)域及計(jì)算機(jī)學(xué)、量子力學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)中

都有重大成就，也為第一顆原子彈和第一臺電子計(jì)算

機(jī)的研制做出了巨大貢獻(xiàn)。圖1-15現(xiàn)代計(jì)算機(jī)之父，博弈論之父——馮·諾依曼人工智能的定義1.21.2人工智能的定義將人類與其他動物區(qū)分開的特征之一就是省力工具的使用。人類發(fā)明了車輪和杠桿，以減輕遠(yuǎn)距離攜帶重物的負(fù)擔(dān)。人類發(fā)明了長矛，從此不再需要徒手與獵物搏斗。數(shù)千年來，人類一直致力于創(chuàng)造越來越精密復(fù)雜的機(jī)器來節(jié)省體力，然而，能夠幫助我們節(jié)省腦力的機(jī)器卻只是一個(gè)遙遠(yuǎn)的夢想。時(shí)至今日，我們才具備了足夠的技術(shù)實(shí)力來探索更加通用的思考機(jī)器。雖然計(jì)算機(jī)面世還不到100年，但我們?nèi)粘Ｉ钪械脑S多設(shè)備都蘊(yùn)藏著人工智能技術(shù)。1.2.1“人工”與“智能”顯然，人工智能就是人造的智能，它是科學(xué)和工程的產(chǎn)物。所有人工智能的研究都圍繞著計(jì)算機(jī)展開，其全部技術(shù)也都是在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行的。至于什么是“智能”，問題就復(fù)雜多了，它涉及到諸如意識、自我、思維（包括無意識的思維）等等問題。事實(shí)上，人唯一了解的是人類本身的智能，但我們對自身智能的理解，對構(gòu)成人的智能的必要元素也了解有限，很難準(zhǔn)確定義出什么是“人工”制造的“智能”。因此，

人工智能的研究往往涉及對人的智能本身的研究，

其他關(guān)于動物或人造系統(tǒng)的智能也普遍被認(rèn)為是與

人工智能相關(guān)的研究課題。1.2.1“人工”與“智能”1906年，法國心理學(xué)家阿爾弗雷德·比奈這樣定義智能：“……判斷，又或稱為判斷力強(qiáng)，實(shí)踐感強(qiáng)，首創(chuàng)精神，適應(yīng)環(huán)境的能力。良好決策、充分理解、正確推論……但記憶與判斷不同且獨(dú)立于判斷?！薄杜＝蛴⒄Z詞典》對智能的定義為“獲取和應(yīng)用知識與技能的能力”，這顯然取決于記憶。也許人工智能領(lǐng)域已經(jīng)影響了我們對智力的一般性認(rèn)識，因此，人們會根據(jù)對實(shí)際情況的指導(dǎo)作用來判斷知識的重要程度。人工智能的一個(gè)重要領(lǐng)域就是儲存知識以供計(jì)算機(jī)使用。1.2.1“人工”與“智能”棋局是程序員研究的早期問題之一。他們認(rèn)為，就象棋而言，只有人類才能獲勝。1997年，IBM機(jī)器深藍(lán)（DeepBlue）擊敗了當(dāng)時(shí)在位的象棋大師加里·卡斯帕羅夫，但深藍(lán)并沒有顯示出任何人類特質(zhì)，僅僅只是對這一任務(wù)進(jìn)行快速有效的編程而已。圖1-17卡斯帕羅夫與深藍(lán)對弈當(dāng)中1.2.2圖靈測試1950年，在計(jì)算機(jī)發(fā)明后不久，圖靈提出了一套檢測機(jī)器智能的測試，也就是后來廣為人知的圖靈測試（TuringTest）。在實(shí)驗(yàn)中，測試者分別與計(jì)算機(jī)和人類各交談五分鐘，隨后判斷哪個(gè)是計(jì)算機(jī)，哪個(gè)是人類。圖靈認(rèn)為，到2000年，測試者答案的正確率可能只有70%。每一年，所有參加測試的程序中最接近人類的那一個(gè)將被授予由圖靈創(chuàng)辦的勒布納人工智能獎(jiǎng)（LoebnerPrize）。到目前為止，還沒有出現(xiàn)任何程序能夠如圖靈預(yù)測的那樣出色，但它們的表現(xiàn)確實(shí)越來越好了，就像象棋程序能夠擊敗象棋大師一樣，計(jì)算機(jī)最終一定可以像人類一般流暢交談。當(dāng)那天來臨的時(shí)候，會話能力顯然就不能再代表智力了。1.2.3定義人工智能作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)，是一門自然科學(xué)、社會科學(xué)和技術(shù)科學(xué)交叉的邊緣學(xué)科，它涉及的學(xué)科內(nèi)容包括哲學(xué)和認(rèn)知科學(xué)、數(shù)學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息論、控制論、不定性論、仿生學(xué)、社會結(jié)構(gòu)學(xué)與科學(xué)發(fā)展觀等。1.2.3定義人工智能人工智能研究領(lǐng)域的一個(gè)較早流行的定義，是由約翰·麥卡錫在1956年的達(dá)特茅斯會議上提出的，即：人工智能就是要讓機(jī)器的行為看起來像是人類所表現(xiàn)出的智能行為一樣。另一個(gè)定義指出：人工智能是人造機(jī)器所表現(xiàn)出來的智能性。總體來講，對人工智能的定義大多可劃分為四類，即機(jī)器“像人一樣思考”、“像人一樣行動”、“理性地思考”和“理性地行動”。這里“行動”應(yīng)廣義地理解為采取行動或制定行動的決策，而不是肢體動作。1.2.3定義人工智能美國斯坦福大學(xué)人工智能研究中心尼爾遜教授對人工智能下了這樣一個(gè)定義：“人工智能是關(guān)于知識的學(xué)科――怎樣表示知識以及怎樣獲得知識并使用知識的科學(xué)?！倍鴾厮诡D教授認(rèn)為：“人工智能就是研究如何使計(jì)算機(jī)去做過去只有人才能做的智能工作?！边@些說法反映了人工智能學(xué)科的基本思想和基本內(nèi)容。即人工智能是研究人類智能活動的規(guī)律，構(gòu)造具有一定智能的人工系統(tǒng)，研究如何讓計(jì)算機(jī)去完成以往需要人的智力才能勝任的工作，也就是研究如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)的軟/硬件來模擬人類某些智能行為的基本理論、方法和技術(shù)。1.2.3定義人工智能可以把人工智能定義為一種工具，它用來幫助或者替代人類思維。它是一項(xiàng)計(jì)算機(jī)程序，可以獨(dú)立存在于數(shù)據(jù)中心，在個(gè)人計(jì)算機(jī)里，也可以通過諸如機(jī)器人之類的設(shè)備體現(xiàn)出來。它具備智能的外在特征，有能力在特定環(huán)境中有目的地獲取和應(yīng)用知識與技能。人工智能是對人的意識、思維的信息過程的模擬。人工智能不是人的智能，但能像人那樣思考，甚至也可能超過人的智能。自誕生以來，人工智能的理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，可以預(yù)期，人工智能所帶來的科技產(chǎn)品將會是人類智慧的“容器”，因此，人工智能是一門極富挑戰(zhàn)性的學(xué)科。1.2.3定義人工智能20世紀(jì)七十年代以來，人工智能被稱為世界三大尖端技術(shù)之一（空間技術(shù)、能源技術(shù)、人工智能），也被認(rèn)為是21世紀(jì)三大尖端技術(shù)（基因工程、納米科學(xué)、人工智能）之一，這是因?yàn)榻鼛资陙砣斯ぶ悄塬@得了迅速的發(fā)展，在很多學(xué)科領(lǐng)域都獲得了廣泛應(yīng)用，取得了豐碩成果。1.2.4圖靈測試的發(fā)展數(shù)十年來，研究人員一直使用圖靈測試來評估機(jī)器仿人思考的能力。如今，研究者認(rèn)為應(yīng)該更新?lián)Q代，開發(fā)出新的評判標(biāo)準(zhǔn)，以驅(qū)動人工智能研究在現(xiàn)代化的方向上更進(jìn)一步。新的圖靈測試會包括更加復(fù)雜的挑戰(zhàn)，像是由加拿大多倫多大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家赫克托·萊維斯克所建議的“威諾格拉德模式挑戰(zhàn)”。這個(gè)挑戰(zhàn)要求人工智能回答關(guān)于語句理解的一些常識性問題。例如：“這個(gè)紀(jì)念品無法裝在棕色手提箱內(nèi)，因?yàn)樗罅?。問：什么太大了？回?表示紀(jì)念品，回答1表示手提箱?！?.2.4圖靈測試的發(fā)展馬庫斯的建議是在圖靈測試中增加對復(fù)雜資料的理解，包括視頻、文本、照片和播客。比如，一個(gè)計(jì)算機(jī)程序可能會被要求“觀看”一個(gè)電視節(jié)目或者YouTube視頻，然后根據(jù)內(nèi)容來回答問題，像是“為什么電視劇《絕命毒師》中，老白打算甩開杰西？”人工智能的實(shí)現(xiàn)途徑1.31.3人工智能的實(shí)現(xiàn)途徑人工智能的傳說甚至可以追溯到古埃及，而電子計(jì)算機(jī)的誕生使信息存儲和處理的各個(gè)方面都發(fā)生了革命，計(jì)算機(jī)理論的發(fā)展產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)科學(xué)并最終促使了人工智能的出現(xiàn)。計(jì)算機(jī)這個(gè)用電子方式處理數(shù)據(jù)的發(fā)明，為人工智能的可能實(shí)現(xiàn)提供了一種媒介。對于人的思維模擬的研究可以從兩個(gè)方向進(jìn)行，一是結(jié)構(gòu)模擬，仿照人腦的結(jié)構(gòu)機(jī)制，制造出“類人腦”的機(jī)器；二是功能模擬，從人腦的功能過程進(jìn)行模擬。現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生便是對人腦思維功能的模擬，是對人腦思維的信息過程的模擬。實(shí)現(xiàn)人工智能有三種途徑，即強(qiáng)人工智能、弱人工智能和實(shí)用型人工智能。1.3.1強(qiáng)人工智能強(qiáng)人工智能（Bottom-UpAI），又稱多元智能，研究人員希望人工智能最終能成為多元智能并且超越大部分人類的能力。有些人認(rèn)為要達(dá)成以上目標(biāo)，可能需要擬人化的特性，如人工意識或人工大腦。上述問題被認(rèn)為是人工智能的完整性：為了解決其中一個(gè)問題，你必須解決全部的問題。即使一個(gè)簡單和特定的任務(wù)，如機(jī)器翻譯，要求機(jī)器按照作者的論點(diǎn)（推理），知道什么是被人談?wù)摚ㄖR），忠實(shí)地再現(xiàn)作者的意圖（情感計(jì)算）。因此，機(jī)器翻譯被認(rèn)為具有人工智能完整性。1.3.1強(qiáng)人工智能強(qiáng)人工智能不再局限于模仿人類的行為，這種人工智能被認(rèn)為具有真正獨(dú)立的思想和意識，并且具有獨(dú)立思考、推理并解決問題的能力，甚至這種人工智能具有和人類類似的情感，可以與個(gè)體進(jìn)行共情。強(qiáng)人工智能觀點(diǎn)的倡導(dǎo)者指出，具有這種智能級別的事物，已經(jīng)不再是人類所開發(fā)的工具，而是具有思維的個(gè)體，從本質(zhì)上來說已經(jīng)和人類沒有差別了——因?yàn)槿祟愐膊贿^是一臺有靈魂的機(jī)器而已。既然機(jī)器有了靈魂，為何不能成為“人類”？這其中更是涉及到了“何為人”的哲學(xué)探討，這種探討在諸多的科幻小說也多有描述，其中重要的載體就是這種“強(qiáng)人工智能”。1.3.1強(qiáng)人工智能雖然強(qiáng)人工智能和弱人工智能只有一字之差，但就像物理學(xué)中的強(qiáng)相互作用力和弱相互作用力一樣，二者含義有這巨大的差別：這種“強(qiáng)”其實(shí)是一種斷層式的飛躍，是一種哲學(xué)意義上的升華。強(qiáng)人工智能的觀點(diǎn)認(rèn)為有可能制造出真正能推理和解決問題的智能機(jī)器，并且這樣的機(jī)器將被認(rèn)為是有知覺的，有自我意識的。強(qiáng)人工智能可以有兩類：（1）類人的人工智能，即機(jī)器的思考和推理就像人的思維一樣；（2）非類人的人工智能，即機(jī)器產(chǎn)生了和人完全不一樣的知覺和意識，使用和人完全不一樣的推理方式。1.3.1強(qiáng)人工智能強(qiáng)人工智能即便可以實(shí)現(xiàn)也很難被證實(shí)。為了創(chuàng)建具備強(qiáng)人工智能的計(jì)算機(jī)程序，我們必須清楚了解人類思維的工作原理，而想要實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，我們還有很長的路要走。1.3.2弱人工智能弱人工智能（Top-DownAI）觀點(diǎn)認(rèn)為不可能制造出能真正地推理和解決問題的智能機(jī)器，這些機(jī)器只不過看起來像是智能的，但是并不真正擁有智能，也不會有自主意識。1.3.2弱人工智能弱人工智能指的是利用設(shè)計(jì)好的程序?qū)游镆约叭祟愡壿嬎季S進(jìn)行模擬，所指的智能體表現(xiàn)出與人類相似的活動，但是這種智能體缺乏獨(dú)立的思想和意識。目前就算最尖端的人工智能領(lǐng)域也僅僅停留在弱人工智能的階段，即使這種人工智能可以做到人類難以完成的事情。甚至有人工智能學(xué)者認(rèn)為，人類作為智能體，永遠(yuǎn)不可能制造出真正能理解和解決問題的智能機(jī)器。就我們目前的生活來看，這種弱人工智能已經(jīng)完全融入到了我們的生活環(huán)境之中：譬如手機(jī)中的語音助手、智能音箱等等。但是說到底，這些只是工具，被稱為“機(jī)器智能”或許更為貼切。1.3.2弱人工智能1979年，漢斯·莫拉維克制成了斯坦福馬車，這是歷史上首臺無人駕駛汽車，能夠穿過布滿障礙物的房間，也能夠環(huán)繞人工智能實(shí)驗(yàn)室行駛。圖1-18斯坦福馬車1.3.2弱人工智能弱人工智能只要求機(jī)器能夠擁有智能行為，具體的實(shí)施細(xì)節(jié)并不重要。深藍(lán)就是在這樣的理念下產(chǎn)生的，它沒有試圖模仿國際象棋大師的思維，僅僅遵循既定的操作步驟。倘若人類和計(jì)算機(jī)遵照同樣的步驟，那么比賽時(shí)間將會大大延長，因?yàn)橛?jì)算機(jī)每秒驗(yàn)算的可能走位就高達(dá)2億個(gè)，就算思維驚人的象棋大師也不太可能達(dá)到這樣的速度。人類擁有高度發(fā)達(dá)的戰(zhàn)略意識，這種意識將需要考慮的走位限制在幾步或是幾十步以內(nèi)，而計(jì)算機(jī)的考慮數(shù)以百萬計(jì)。就弱人工智能而言，這種差異無關(guān)緊要，能證明計(jì)算機(jī)比人類更會下象棋就足夠了。如今主流的研究活動都集中在弱人工智能上，并且一般認(rèn)為這一研究領(lǐng)域已經(jīng)取得可觀的成就，而強(qiáng)人工智能的研究則處于停滯不前的狀態(tài)。1.3.3實(shí)用型人工智能實(shí)用型人工智能的研究者們將目標(biāo)放低，不再試圖創(chuàng)造出像人類一般智慧的機(jī)器。眼下我們已經(jīng)知道如何創(chuàng)造出能模擬昆蟲行為的機(jī)器人。機(jī)械家蠅看起來似乎并沒有什么用，但即使是這樣的機(jī)器人，在完成某些特定任務(wù)時(shí)也是大有裨益的。比如，一群如狗大小，具備螞蟻智商的機(jī)器人在清理碎石和在災(zāi)區(qū)找尋幸存者時(shí)就能夠發(fā)揮很大的作用。圖1-19華盛頓大學(xué)研制的靠激光束驅(qū)動的RoboFly昆蟲機(jī)器人1.3.3實(shí)用型人工智能隨著我們的模型變得越來越精細(xì)，我們的機(jī)器能夠模仿的生物越來越高等，最終，我們可能必須接受這樣的事實(shí)：機(jī)器似乎變得像人類一樣智慧了。也許實(shí)用型人工智能與強(qiáng)人工智能殊途同歸，但考慮到一切的復(fù)雜性，我們不會相信機(jī)器人是有自我意識的。人工智能的研究領(lǐng)域1.41.4人工智能的研究領(lǐng)域繁重的科學(xué)和工程計(jì)算本來是要人腦來承擔(dān)的，如今計(jì)算機(jī)不但能完成這種計(jì)算，而且能夠比人腦做得更快、更準(zhǔn)確，因此，人們已不再把這種計(jì)算看作是“需要人類智能才能完成的復(fù)雜任務(wù)”?？梢姡瑥?fù)雜工作的定義是隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步而變化的，人工智能的具體目標(biāo)也隨著時(shí)代的變化而發(fā)展。它一方面不斷獲得新進(jìn)展，另一方面又轉(zhuǎn)向更有意義、更加困難的新目標(biāo)。1.4人工智能的研究領(lǐng)域用來研究人工智能的主要物質(zhì)基礎(chǔ)以及能夠?qū)崿F(xiàn)人工智能技術(shù)平臺的機(jī)器就是計(jì)算機(jī)，人工智能的發(fā)展是和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)以及其他很多科學(xué)的發(fā)展聯(lián)系在一起的（見圖1-20）。人工智能學(xué)科研究的主要內(nèi)容包括：知識表示、知識獲取、自動推理和搜索方法、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)、知識處理系統(tǒng)、自然語言學(xué)習(xí)與處理、遺傳算法、計(jì)算機(jī)視覺、智能機(jī)器人、自動程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)挖掘、復(fù)雜系統(tǒng)、規(guī)劃、組合調(diào)度、感知、模式識別、邏輯程序設(shè)計(jì)、軟計(jì)算、不精確和不確定的管理、人類思維方式、人工生命等方面。一般認(rèn)為，人工智能最關(guān)鍵的難題還是機(jī)器自主創(chuàng)造性思維能力的塑造與提升。1.4人工智能的研究領(lǐng)域圖1-20人工智能的相關(guān)領(lǐng)域1.4人工智能的研究領(lǐng)域（1）深度學(xué)習(xí)。這是無監(jiān)督學(xué)習(xí)的一種，是基于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)操作，是機(jī)器學(xué)習(xí)研究中的一個(gè)新的領(lǐng)域，其動機(jī)在于建立、模擬人腦進(jìn)行分析學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它模仿人腦的機(jī)制來解釋數(shù)據(jù)，例如圖像，聲音和文本。圖1-21神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)1.4人工智能的研究領(lǐng)域現(xiàn)實(shí)生活中常常會有這樣的問題：缺乏足夠的先驗(yàn)知識，因此難以人工標(biāo)注類別或進(jìn)行人工類別標(biāo)注的成本太高。很自然地，我們希望計(jì)算機(jī)能代我們完成這些工作，或至少提供一些幫助。根據(jù)類別未知(沒有被標(biāo)記)的訓(xùn)練樣本解決模式識別中的各種問題，稱之為無監(jiān)督學(xué)習(xí)。1.4人工智能的研究領(lǐng)域（2）自然語言處理。這是