【正文】 人工智能 計(jì)算智能 智能信息處理研究所 尚榮華 計(jì)算主義 隨著數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)展，計(jì)算的觀念越來(lái)越顯示其在各個(gè)領(lǐng)域的威力，從計(jì)算的角度審視世界，也已經(jīng)成為我們?cè)跀?shù)字化時(shí)代生存的一種特殊的思維方式，主張?jiān)谶€原論哲學(xué)基礎(chǔ)上建立計(jì)算主義，認(rèn)為從物理世界、生命過(guò)程直到人類(lèi)智能都是算法可計(jì)算的（ Computable），甚至整個(gè)宇宙完全是由算法（ Algorithm）支配的。 ? 1997年 5月 11日北京時(shí)間早晨 4時(shí) 50分，一臺(tái)名叫“深藍(lán)”的超級(jí)電腦在棋盤(pán) C4處落下最后一顆棋子，全世界都聽(tīng)到了震撼世紀(jì)的叫殺聲 ──“將車(chē)”！這場(chǎng)舉世矚目的“人機(jī)大戰(zhàn)”，終于以機(jī)器獲勝的結(jié)局降下了幃幕。 (卡斯帕羅夫 ) ? “深藍(lán)”是一臺(tái)智能電腦，是人工智能的杰作。新聞媒體以挑釁性的標(biāo)題不斷地發(fā)問(wèn)：電腦戰(zhàn)勝是一個(gè)人，還是整個(gè)人類(lèi)的智能？連棋王都認(rèn)了輸，下一次人類(lèi)還將輸?shù)羰裁?？智慧輸?shù)袅?，人?lèi)還剩些什么？于是，人工智能又一次成為萬(wàn)眾關(guān)注的焦點(diǎn)，成為電腦科學(xué)界引以自豪的學(xué)科。 ? “深藍(lán)”的技術(shù)指標(biāo)： 32個(gè) CPU 每個(gè) CPU有 16個(gè)協(xié)處理器 每個(gè) CPU有 256M內(nèi)存 每個(gè) CPU的處理速度為 200萬(wàn)步 /秒 每秒行棋速度：卡斯帕羅夫 2步，“深藍(lán)” 2億步。 人工智能（ AI）伴隨著電腦誕生，在風(fēng)風(fēng)雨雨中走過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的艱難歷程，已但經(jīng)是枝繁葉茂、郁郁蔥蔥！ 人工智能的發(fā)展 ?人工智能的萌芽（ 56年以前） ?人工智能的誕生（ 5661年） ?人工智能的發(fā)展（ 61年后） 人工智能的萌芽階段 ? 亞里斯多德 (Aristotle 384322 BC)，主要貢獻(xiàn)為 形而上學(xué) (metaphysics)和邏輯學(xué)兩方面的思想。 ? 亞氏在邏輯主要成就包括主謂命題 (statement in subjectpredicate form)及關(guān)于此類(lèi)命題的邏輯推理方法，特別是三段論證 (syllogism)。 ? 所謂「命題」就是真 (true)或假 (false)的句子，例如「蘇格拉底是人」，這是真的命題；至於問(wèn)句「我的書(shū)在那里？」就不是命題了，它并沒(méi)有真假的意義可言。 亞里斯多德與邏輯、推理 ? 邏輯只討論命題，因它有真假可言。亞氏認(rèn)為命題基本是由主詞 (subject)與謂詞 (predicate)構(gòu)成的，主詞是命題所描述的事物或主題，謂詞則是描述主詞的詞語(yǔ)。 ? 亞氏跟著提出四種比較復(fù)雜的主謂命題，它們都具有以下結(jié)構(gòu)：量詞 ─ 主詞 ─ 系詞 ─ 謂詞。這里我們以符號(hào) S及 P分別表示主詞及謂詞。 ? 系詞有兩種：「是」或「不是」；量詞亦有兩種：「所有」(all)或「有」 (some)。 亞里斯多德與邏輯、推理 ? (A) 所有 S是 P (或 凡 S是 P)，例如「凡人是動(dòng)物」； ? (B) 凡 S不是 P，例如「凡貓不是狗」； ? (C) 有 S是 P，例如「有花是白的」； ? (D) 有 S不是 P，如有花不是白的。 ?所謂「邏輯推論」，即指由前提推導(dǎo)出結(jié)論的正確 (valid)的方法，在這種正確推論中，若前提為真，則結(jié)論亦必然為真。 亞里斯多德與邏輯、推理 ?關(guān)于推論，亞氏特別討論三段論證，這是由兩個(gè) (主謂命題 )前提推出 (主謂式 )結(jié)論的方法。 ?例如： (i)凡孔子的后代是人 (ii)凡人皆會(huì)死，；因此凡孔子的后代會(huì)死。若寫(xiě)成普遍的形式，則是： (i)凡 S是 M。 (ii)凡 M是 P，；因此凡 S是 P。這里 (i)及 (ii)是兩個(gè)前提，若這兩個(gè)前提為真，則以上推出的結(jié)論 (凡 S是 P)亦必然地真，因此這個(gè)三段論證是正確的。 Bacon(培根， 15611626)在 《 新工具 》 中提出歸納法，提出“知識(shí)就是力量” ,他十分重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為只有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)才能獲得真正的知識(shí)。 ?艾倫 麥席森 圖靈（ Turing， 1912年 6月 23日 1954年 6月 7日），英國(guó)數(shù)學(xué)家。 ?以“紙上下棋機(jī)”率先探討了下棋與機(jī)器智能的聯(lián)系，他還是舉世公認(rèn)的“人工智能之父”。 ? 3歲那年，他進(jìn)行了在科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的首次嘗試──把玩具木頭人的胳膊掰下來(lái)種植到花園里，想讓它們長(zhǎng)成更多的木頭人。 8歲時(shí)，圖靈嘗試著寫(xiě)了一部科學(xué)著作，題名 《 關(guān)于一種顯微鏡 》 。 Turing圖靈與人工智能 ?1937年，倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志又收到圖靈一篇論文 《 論可計(jì)算數(shù)及其在判定問(wèn)題中的應(yīng)用 》 ，作為闡明現(xiàn)代電腦原理的開(kāi)山之作，被永遠(yuǎn)載入了計(jì)算機(jī)的發(fā)展史冊(cè)。 ?這篇論文原本是為了解決一個(gè)基礎(chǔ)性的數(shù)學(xué)問(wèn)題：是否只要給人以足夠的時(shí)間演算，數(shù)學(xué)函數(shù)都能夠通過(guò)有限次機(jī)械步驟求得解答？傳統(tǒng)數(shù)學(xué)家當(dāng)然只會(huì)想到用公式推導(dǎo)證明它是否成立，可是圖靈獨(dú)辟蹊徑地想出了一臺(tái)冥冥之中的機(jī)器。 ?圖靈想象的機(jī)器說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單：該計(jì)算機(jī)使用一條無(wú)限長(zhǎng)度的紙帶，紙帶被劃分成許多方格，有的方格被畫(huà)上斜線，代表“ 1”；有的沒(méi)有畫(huà)任何線條，代表“ 0”。該計(jì)算機(jī)有一個(gè)讀寫(xiě)頭部件，可以從帶子上讀出信息，也可以往空方格里寫(xiě)下信息。該計(jì)算機(jī)僅有的功能是：把紙帶向右移動(dòng)一格，然后把“ 1”變成“ 0”，或者相反把“ 0”變成“ 1”。 ?第二次世界大戰(zhàn)期間，圖靈應(yīng)征入伍，在戰(zhàn)時(shí)英國(guó)情報(bào)中心“布雷契萊莊園”（ Bletchiy）從事破譯德軍密碼的工作，與戰(zhàn)友們一起制作了第一臺(tái)密碼破譯機(jī)。在圖靈理論指導(dǎo)下，這個(gè)“莊園”后來(lái)還研制出破譯密碼的專(zhuān)用電子管計(jì)算機(jī)“巨人”（ Colossus），在盟軍諾曼底登陸等戰(zhàn)役中立下了豐功偉績(jī)。 ?1945年，脫下軍裝的圖靈，帶著大英帝國(guó)授予的最高榮譽(yù)勛章，被錄用為泰丁頓國(guó)家物理研究所高級(jí)研究員。由于有了布雷契萊的實(shí)踐，他提交了一份“自動(dòng)計(jì)算機(jī)”的設(shè)計(jì)方案，領(lǐng)導(dǎo)一批優(yōu)秀的電子工程師，著手制造一種名叫 ACE的電腦。1950年， ACE電腦樣機(jī)公開(kāi)表演，被認(rèn)為是當(dāng)時(shí)世界上最快最強(qiáng)有力的電子計(jì)算機(jī)之一。 Turing圖靈與人工智能 ?1950年，圖靈來(lái)到曼徹斯特大學(xué)任教，并被指定為該大學(xué)自動(dòng)計(jì)算機(jī)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。就在這年 10月， 他的又一篇?jiǎng)潟r(shí)代論文 《 計(jì)算機(jī)與智能 》 發(fā)表。這篇文章后來(lái)被改名為 《 機(jī)器能思維嗎？ 》 Can a machine think？ 圖靈試驗(yàn) ?試圖通過(guò)讓機(jī)器模仿人回答某些問(wèn)題，判斷它是否具備智能。圖靈試驗(yàn)采用“問(wèn)”與“答”模式，即觀察者通過(guò)控制打字機(jī)向兩個(gè)試驗(yàn)對(duì)象通話(huà)，其中一個(gè)是人，另一個(gè)是機(jī)器。要求觀察者不斷提出各種問(wèn)題，從而辨別回答者是人還是機(jī)器。 ?圖靈指出：“如果機(jī)器在某些現(xiàn)實(shí)的條件下，能夠非常好地模仿人回答問(wèn)題，以至提問(wèn)者在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間里誤認(rèn)它不是機(jī)器，那么機(jī)器就可以被認(rèn)為是能夠思維的?！? ?從表面上看，要使機(jī)器回答按一定范圍提出的問(wèn)題似乎沒(méi)有什么困難，可以通過(guò)編制特殊的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，如果提問(wèn)者并不遵循常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，編制回答的程序是極其困難的事情。 ?圖靈預(yù)測(cè)， 2022年之前計(jì)算機(jī)有 30%的概率蒙騙一個(gè)普通人達(dá) 5分鐘。 ?然而， AI研究者相信研究智能的根本原理遠(yuǎn)比復(fù)制智能更重要。 圖靈測(cè)試對(duì)計(jì)算機(jī)的要求 ?自然語(yǔ)言處理 ?知識(shí)表示 ?自動(dòng)推理 ?機(jī)器學(xué)習(xí) ?完全圖靈測(cè)試 ?計(jì)算機(jī)視覺(jué) ?機(jī)器人技術(shù) 圖靈還為這項(xiàng)試驗(yàn)親自擬定了幾個(gè)示范性問(wèn)： 問(wèn)： 請(qǐng)給我寫(xiě)出有關(guān)“第四號(hào)橋”主題的十四行詩(shī)。 答：不要問(wèn)我這道題，我從來(lái)不會(huì)寫(xiě)詩(shī)。 問(wèn)： 34957加 70764等于多少？ 答：（停 30秒后） 105721 問(wèn)：你會(huì)下國(guó)際象棋嗎？ 答：是的。 問(wèn)：我在我的 K1處有棋子 K；你僅在 K6處有棋子 K，在 R1處有棋子 R。現(xiàn)在輪到你走，你應(yīng)該下那步棋？ 答：（停 15秒鐘后）棋子 R走到 R8處，將軍！ 圖靈測(cè)試 ?從表面上看，要使機(jī)器回答按一定范圍提出的問(wèn)題似乎沒(méi)有什么困難，可以通過(guò)編制特殊的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，如果提問(wèn)者并不遵循常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，編制回答的程序是極其困難的事情。例如，提問(wèn)與回答呈現(xiàn)出下列狀況： 圖靈試驗(yàn) ?問(wèn)：你會(huì)下國(guó)際象棋嗎？ ?答：是的。 ?問(wèn)：你會(huì)下國(guó)際象棋嗎？ ?答：是的。 ?問(wèn)：請(qǐng)?jiān)俅位卮穑銜?huì)下國(guó)際象棋嗎？ ?答：是的。 你多半會(huì)想到，面前的這位是一部笨機(jī)器。 圖靈試驗(yàn) ?問(wèn)： 你會(huì)下國(guó)際象棋嗎？ ?答：是的。 ?問(wèn)：你會(huì)下國(guó)際象棋嗎？ ?答：是的，我不是已經(jīng)說(shuō)過(guò)了嗎？ ?問(wèn)：請(qǐng)?jiān)俅位卮?，你?huì)下國(guó)際象棋嗎？ ?答：你煩不煩，干嘛老提同樣的問(wèn)題。 圖靈試驗(yàn) 上述兩種對(duì)話(huà)的區(qū)別在于，第一種可明顯地感到回答者是從知識(shí)庫(kù)里提取簡(jiǎn)單的答案，第二種則具有分析綜合的能力，回答者知道觀察者在反復(fù)提出同樣的問(wèn)題?！皥D靈試驗(yàn)”沒(méi)有規(guī)定問(wèn)題的范圍和提問(wèn)的標(biāo)準(zhǔn)，如果想要制造出能通過(guò)試驗(yàn)的機(jī)器，以我們現(xiàn)在的技術(shù)水平，必須在電腦中儲(chǔ)存人類(lèi)所有可以想到的問(wèn)題，儲(chǔ)存對(duì)這些問(wèn)題的所有合乎常理的回答，并且還需要理智地作出選擇。 圖靈預(yù)言 圖靈曾預(yù)言，隨著電腦科學(xué)和機(jī)器智能的發(fā)展，本世紀(jì)末將會(huì)出現(xiàn)這樣的機(jī)器。在這點(diǎn)上，圖靈也過(guò)于樂(lè)觀。但是，“圖靈試驗(yàn)”大膽地提出“機(jī)器思維”的概念，為人工智能確定了奮斗的目標(biāo)，并指明了前進(jìn)的方向。 遺憾的是， 1954年 6月 8，圖靈英年早逝！ 圖靈獎(jiǎng) 圖林開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要分支 ──人工智能，雖然他當(dāng)時(shí)并沒(méi)有明確使用這個(gè)術(shù)語(yǔ)。把“圖林獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)?wù)咦饕唤y(tǒng)計(jì)后就會(huì)發(fā)現(xiàn)，許多電腦科學(xué)家恰好是在人工智能領(lǐng)域作出的杰出貢獻(xiàn)。例如， 1969年“圖林獎(jiǎng)”獲得者是哈佛大學(xué)的明斯基（ ）； 1971年“圖林獎(jiǎng)”獲得者是達(dá)特莫斯大學(xué)的麥卡錫（ ）； 1975年“圖林獎(jiǎng)”則由卡內(nèi)基 —梅隆大學(xué)的紐厄爾（ A. Newell）和赫伯特 西蒙（ ）共同獲得。 :計(jì)算機(jī) ?二戰(zhàn)期間，美國(guó)軍方為了解決計(jì)算大量軍用數(shù)據(jù)的難題，成立了由賓夕法尼亞大學(xué)莫奇利和?？颂仡I(lǐng)導(dǎo)的研究小組，開(kāi)始研制世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)。經(jīng)過(guò)三年緊張的工作，第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)終于在 1946年 2月 14日問(wèn)世了，它由 17468個(gè)電子管、 6萬(wàn)個(gè)電阻器、 1萬(wàn)個(gè)電容器和 6千個(gè)開(kāi)關(guān)組成，重達(dá) 30噸，占地 160平方米，耗電 174千瓦，耗資 45萬(wàn)美元。這臺(tái)計(jì)算機(jī)每秒只能運(yùn)行 5千次加法運(yùn)算，稱(chēng)為“埃尼阿克” 即 ENIAC（電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）。 人工智能的物質(zhì)基礎(chǔ) Mauchly和 Eckert等研制成功 ENIAC電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，為人工智能研究奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。 缺點(diǎn)： （ 1）沒(méi)有存儲(chǔ)器； （ 2）它用布線接板進(jìn)行控制，甚至要搭接幾天，計(jì)算速度也就被這一工作抵消了． ?？颂兀ㄓ遥┖湍死ㄗ螅? 數(shù)學(xué)奇才、計(jì)算機(jī)之父 ——馮 諾依曼馮 諾依曼 Von Neumann提出馮 ?諾依曼計(jì)算機(jī)模型。 馮 諾依曼 運(yùn)算器 輸出設(shè)備 控制器 輸入設(shè)備 存儲(chǔ)器 指令流 控制命令 數(shù)據(jù)流 (指令和數(shù)據(jù) ) ?熟悉計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史的人大都知道，美國(guó)科學(xué)家馮 諾依曼被譽(yù)為“計(jì)算機(jī)之父”，他是本世紀(jì)最偉大的發(fā)明家之一。 ?數(shù)學(xué)史界卻同樣堅(jiān)持認(rèn)為，馮 諾依曼是本世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)家之一，他在遍歷理論、拓?fù)淙豪碚摰确矫孀鞒隽碎_(kāi)創(chuàng)性的工作，算子代數(shù)甚至被命名為“馮 諾依曼代數(shù)”。 ?物理學(xué)家說(shuō)，馮 諾依曼在 30年代撰寫(xiě)的 《 量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 》 已經(jīng)被證明對(duì)原子物理學(xué)的發(fā)展有極其重要的價(jià)值。 ?而經(jīng)濟(jì)學(xué)家則反復(fù)強(qiáng)調(diào)，馮 諾依曼建立的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)橫型體系，特別是 40年代出版的著作 《 博弈論和經(jīng)濟(jì)行為 》 ，使他在經(jīng)濟(jì)學(xué)和決策科學(xué)領(lǐng)域豎起了一塊豐碑。 ?1931年匈牙利首都布達(dá)佩斯。身為猶太銀行家的父親在報(bào)紙上刊登啟事，要為他 11歲的孩子招聘家庭教師，聘金超過(guò)常規(guī) 10倍。布達(dá)佩斯人才濟(jì)濟(jì)，可一個(gè)多月過(guò)去，居然沒(méi)有一人前往應(yīng)聘。因?yàn)檫@個(gè)城市里，誰(shuí)都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，銀行家的長(zhǎng)子馮 諾依曼聰慧過(guò)人， 3歲就能背誦父親帳本上的所有數(shù)字， 6歲能夠心算 8位數(shù)除 8位數(shù)的復(fù)雜算術(shù)題， 8歲學(xué)會(huì)了微積分。 ?父親無(wú)可奈何，只好把馮 諾依曼送進(jìn)一所正規(guī)學(xué)校就讀。不到一個(gè)學(xué)期，他班上的數(shù)學(xué)老師走進(jìn)家門(mén)，告訴銀行家自己的數(shù)學(xué)水平已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足馮 諾依曼的需要?！凹偃绮唤o創(chuàng)造這孩子深造的機(jī)會(huì)，將會(huì)耽誤他的前途，”老師認(rèn)真地說(shuō)道，“我可以將他推薦給一位數(shù)學(xué)教授，您看如何？” 銀行家一聽(tīng)大喜過(guò)望，于是馮 諾依曼一面在學(xué)校跟班讀書(shū)，一面由布達(dá)