說說人工智能的那些事兒

北京航空航天大學

何立民

說說人工智能的那些事兒

北京航空航天大學

何立民

人工智能包括“人類智能”與“人工打造”兩部分，前者為強人工智能，后者為弱人工智能。人類智能有“大腦思維”與“智力行為”兩種形式；與之對應，“人工打造”也有大腦思維仿真與人類智力行為機器替代兩種方式。如今，無論是大腦思維仿真，還是智力行為替代，都是在通用計算機智力平臺上或以嵌入式系統智力嵌入方式實現，因此，人工智能體現了現代計算機的智力革命。此外，無論是大腦思維，還是智力行為，都是人類知識基礎上的能力表現，有人提出“人工智能是關于知識的學科”，因此，也有必要從知識學原理的另類視角來審視人工智能。

1AlphaGo帶來的震撼

2016年初春料峭的寒意中，遠在韓國，AlphaGo與李世石的圍棋大戰引起了中華大地的一番熱議。此前AlphaGo戰勝了歐州圍棋冠軍的消息雖然引起了國人的關注，但是與東亞不在一個檔次的比賽并未引發過多的議論。其后，AlphaGo迅速轉戰東亞、挑戰世界頂級選手，挑動了圍棋界的敏感神經。最初，對深藍計算機、沃森計算機沒有深刻印象的圍棋界大佬還在盤算AlphaGo的勝算概率，不相信AlphaGo能勝過頂級選手。然而，隨著棋手的潰敗，他們開始對AlphaGo刮目相看。圍棋國手們毫不介意地不斷修正自已的觀點，從盲目自大到心悅誠服，從震驚到理性，從理性到充滿對圍棋未來的信心。賽后，“棋圣”聶衛平坦言：“AlphaGo顛覆了我的認識，中國棋手應痛定思痛，大家應該從人類輸給電腦的痛苦中走出來，把對圍棋的熱情投入到比賽中，仔細想想電腦為什么那么厲害，借此來提高自己的水平。”

AlphaGo顛覆了人們的認識，在于AlphaGo以另類智力模式戰勝人類智力，人們無法預見這種智力模式對人類的沖擊。在深藍計算機戰勝國際象棋大師后，有些學者就看出了端倪：如果讓兩臺計算機對弈，人類下棋高手都會看不懂，所有棋手都應以機器做教練，以補充人類的不足。人們并不認為AlphaGo大勝會導致圍棋衰落，谷歌也并非想沖擊圍棋世界。正如深藍計算機國際象棋大戰那樣，點到為止，證實人工智能的威力即可。

從IBM深藍計算機“國際象棋大師”、沃森計算機“智力競賽”到谷歌AlphaGo圍棋，一路走來，不斷證明了人工智能的威力，普及了人工智能知識，也展示了人工智能如何改變人類的生活方式。人們在感嘆、震驚之余，又多出了對人工智能的好奇與疑慮，比如“什么是人工智能？”、“機器人能取代人類嗎？”、“機器人的智力真的能超越人類嗎？”、“人類未來的希望在哪里？”……為此，想在此文中說一說人工智能的那些事兒。

2人工智能的定義及其他

2.1人工智能的定義

了解與討論人工智能，必須從人工智能的定義與源頭說起。從早期計算機的一個分支到如今眾多學科交叉融合的大科技，不同的學科領域會有不同的視角，對人工智能也會有不同理解與不同視角的定義。以下是有關人工智能一些定義與概念詮釋。

“人工智能就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作”，這是人工智能最通俗、簡明的定義。這個定義反映了人工智能學科的基本思想和基本內容，即人工智能是研究人類智能活動規律、構造具有一定智能的人工系統，研究如何讓計算機去完成以往需要人類智力才能勝任的工作，也就是研究如何應用計算機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。因此，人工智能是現代計算機的智力革命。

美國斯坦福大學人工智能研究中心的尼爾遜教授認為，人工智能是關于知識的學科——怎樣表示知識以及怎樣獲得知識并使用知識的科學。這個定義看似另類，卻道出了人類智能的知識基礎，以及計算機模擬智能行為本質上是模擬人類的知識行為能力的真締。因此，人工智能又是現代計算機的知識革命。

2.2強人工智能與弱人工智能

“強人工智能”是1980年加州大學伯克利分校哲學教授約翰·羅杰斯·希爾勒提出的概念。他認為：“計算機不僅是用來研究人的思維的一種工具；相反，只要運行適當的程序，計算機本身就是有思維的。”因此，強人工智能領域有兩類，即類人(思維)的人工智能與非類人(思維訪真)的人工智能。

類人的人工智能，是用機器實現人造大腦、實現人類大腦思維，是人工智能的頂級工程，也有人稱它為“超強人工智能”。目前世界主要大國計劃實施的人類大腦計劃與人類大腦工程，就是要最終實現各種類型的人造大腦。

非類人的人工智能，是用計算機實現對人腦功能的仿真，深藍計算機“國際象棋大師”、沃森計算機“智力競賽”、AlphaGo“圍棋大師”都是計算機對人腦功能仿真的探索，它們起源于20世紀70年代計算機的專家系統研究。

弱人工智能，是用智能機器代替人類的智力行為。最初是由約翰·麥卡錫在1956年的達特矛斯會議上提出的概念：“人工智能就是要讓機器的行為看起來就像是人所表現出的智能行為一樣。”這里定義的弱人工智能與強人工智能中的非類人的人工智能概念相重疊。

目前，類人的人工智能處于探索階段，非類人的人工智能已有重大進展，正急劇地影響人類未來的生活方式。弱人工智能則早已滲透到人類日常生活的各個方面，只是我們沒有意識到而已。無怪乎約翰·麥卡錫總在抱怨：“一旦一樣東西用人工智能實現了，人們就不再叫它人工智能了。”

2.3弱人工智能與嵌入式系統

弱人工智能就是要讓機器代替人類的智能行為，它和嵌入式系統的目標相一致。正是由于嵌入式系統40年來在智能化工具領域的默默幸苦耕耘，才有了人們普遍的智能化生活方式。

弱人工智能是人工智能的基礎，是人工智能金字塔的基座，隨著智能化工具的發展，也會向強人工智能領域滲透，感知與控制是弱人工智能的優勢。AlphaGo只有思維，沒有行為，李世石與AlphaGo的圍棋交戰，是與AlphaGo代理人的交戰。未來，只有將AlphaGo嵌入到機器人體內，實現AlphaGo感知與控制，才能實現真正意義上的人機大戰。

3人工智能的源頭與歷史

人工智能源于20世紀30年代圖靈學者們在計算領域中的學術成果。通常，人們認為除了數以外沒有什么東西是可以計算的，然而，圖靈學者們的研究成果指出“一切皆可為函數”、“一切皆可計算”。為此，圖靈還設計了一個全新的計算機結構模型，稱為圖靈機。因此，人們認為人工智能是計算機科學的一個分支。

在源頭處，我們可以清晰地看出未來實現人工智能的兩個領域，一個是可計算原理基礎上的算法與程序，另一個是圖靈機基礎上的計算機體系結構，它們奠定了現代計算機人工智能的軟硬件基礎。

圖靈的超前思想脫離了現實的技術基礎，加上二次大戰的動蕩，使圖靈機一直處于模型狀態。1946年第一臺電子計算機ENIAC誕生，人們才看到圖靈機的身影。然而，體積龐大、造價高昂的ENIAC無法承擔起普及人工智能的工具化要求，直到半導體微處理器誕生。微處理器誕生，將圖靈機變革到一個能實現人工智能的內核化工具，從此，在微處理器智力內核基礎上的現代計算機便成為人工智能實用化的有力工具。

現代計算機是通用計算機與嵌入式系統的總稱，它正確地反映了微處理器一個源頭、兩個分支演化的歷史事實。微處理器的源頭是1970年Intel為日本計算器公司Busicom141-PF打印式計算器設計的MCS-4控制器系統。MCS-4包含4個芯片，有4001 RAM、4002 ROM、4003寄存器與4004中央處理器。其中4004成為Intel公司1971年推出的世界上第一個4位微處理器。第2年，8位微處理器8008正式誕生。其后，Intel憑借控制器與處理器的優勢，于1976年、1980年在MCS-4基礎上相繼推出MCS-48、MCS-51微控制器，其后80C51系列成為嵌入式系統經典體系結構。與此同時，Intel還是在4004基礎上，于1972年推出了8位微處理器8008后，又推出了8800與8088，1981年IBM公司在8088基礎上推出了通用計算機IBM-PC。由此看出，微處理器誕生后，立即分化出通用微處理器與嵌入式微處理器。通用微處理器基礎上的通用計算機用作人工智能智力仿真的智力平臺；嵌入式微處理器則嵌入到物理對象中，成為嵌入式系統，用于實現人工智能的智能化工具。

在探尋人工智能的源頭與歷史中，可以清晰地看出兩個分支發展的身影，即源頭上的可計算原理與圖靈機、半導體微處理器的通用處理器與嵌入式處理器、現代計算機的通用計算機與嵌入式系統。兩個分支的身影與人類智能的兩種形式(即思維與行為相對應)，形成了人工智能的兩個領域：一個是人類大腦研究與人類思維仿真，另一個是人類智力行為的工具替代。前者的基礎工具是計算機智力平臺，后者的基本工具是嵌入式系統的智能化工具。目前，人類大腦研究處于探索階段，智能化工具則遍及人類社會生活各個方面，為了區分這兩種不同的人工智能領域，有人將前者稱為強人工智能，將后者稱為弱人工智能。如今，強人工智能中的思維仿真與智能化工具將在機器人世界中匯合。

4知識學視角的人工智能

人類智能，無論是思維還是行為能力，都是知識基礎上的能力表現。知識學原理誕生后，人們有可能用知識學基本原理揭示出人工智能更深層次的東西，如人類知識起源、人類工具起源與演化、工具中的知識與知識行為表現方式，以及智能化工具智力從何而來、以何種方式代替人類智力等，這也是人工智能的另類視角。

知識學原理認為，知識、工具與人類同時起源，始祖猿萌生知識，在知識基礎上創造出第一件工具后，便成為人類，因此，人類工具的第一屬性是“知識與知識集成”。傳統知識觀念認為，人類知識只有大腦中的記憶態知識與語言文字描述的記述態知識，不承認工具中存在有集成態知識。人們不承認工具中集成態知識，便無法了解工具智能化，以及智能化工具如何替代人類智力。因為無論是人類智能還是人工替代，它們的基礎是知識，即知識基礎上思維與行為的工具替代。人們很難想象，工具中如果沒有知識、沒有相應的知識行為，怎么能代替人類的智能。

人們都承認“原始人類是有目的地打造特定形態的工具”。“有目的地打造”是原始知識的驅動，“特定形態”便是工具中的知識印記。原始刀具唯一的特定形態是“斜刃”，雖經百萬年演化，仍是刀具類工具中唯一不變的形態結構，“斜刃”的斜面省力原理成為刀具類工具中的集成態知識。人類在知識基礎上打造工具，集成態知識賦工具以特定形態。例如，杠桿原理賦予桿秤特定的桿、砣、鉤結構，虎克定律賦予彈簧秤特定的強簧、標尺結構，阿基米德原理賦予舟船特定的船艙排水結構，愛迪生發明的電燈泡中的電流遇阻發熱發光、真空環境防燈絲燒毀等，都是電燈泡中的集成態知識。

相比于記憶態知識、記述態知識，集成態知識由于有工具實踐中的檢驗與過濾，成為人類知識中唯一準確、可靠，并可積累與傳承人類知識的知識形態。從某種意義上講，人類的文明史是人類的知識演化史，確切地說，是人類工具中集成態知識的演化史。承認工具中的集成態知識，就能順理成章地從人類工具發展演化中了解智能化工具的來龍去脈，了解智能化工具如何代替人類智能。

人類工具有原始工具、手工工具、機械化工具、智能化工具四個大的類別與發展階段，它們分別對應于原始文明、農業文明、工業文明與知識經濟時代的智力文明時代。原始文明、農業文明時代是人類工具的泛性知識集成時代(即不同工具的形態結構各不相同)，工業文明時代是人類工具的內核知識集成時代(即所有機械化都有相同的動力機械內核)，智力文明時代是人類工具的智力內核知識集成時代(即所有智能化工具中都有一個或多個微處理器智力內核)。

智能化工具之所以能替代人類智能，是因為其既有知識，又有知識行為能力。如深藍計算機中有國際象棋棋譜、棋藝、棋規知識，以及這些知識基礎上的思考、應對能力；半導體日歷時鐘芯片中有晶體管電路形態的日歷時鐘知識，以及日歷時鐘走時的行為能力；智能手機導航APP功能中有地圖知識、路況知識，以及實時GPS參數接收、地圖/路況撿索、人機交互等行為能力；智慧醫療系統中有全科醫生的專家知識庫，以及知識庫檢索、醫療建議、疾病診斷、疾病處方等知識行為能力。

智能化工具替代人類智能有多種方式，如集成電路芯片、計算機軟件、深藍計算機、AlphaGo軟件、手機、智能家電、機器人、汽車電子系統等。除集成電路芯片外，其他的智能化工具大致分為通用計算機智力平臺上的軟件型智能仿真和嵌入式系統智力嵌入類的軟硬件一體的智能化工具，它們都有知識與知識行為能力，統稱為知識行為平臺，簡稱“知識平臺”。

可以看出，人工智能的知識學視角，是人類工具中知識、知識行為能力演化的視角，它與人類智力的知識行為本質相一致。智能化工具從知識到知識行為能力演化的基礎，是微處理器中的時空量子化技術，體現了現代計算機的數字化智力革命。

5人工智能能否超越人類智能？

“人工智能能否超越人類智能”，是大家熱議的話題。因為，如果能超越人類，便會出現人工智能的失控，有可能出現人工智能機器對人類的控制。有人認為這種可能是現實的，因為目前人們無法預測人工智能的未來。

“人工智能能否超越人類智能”是一個嚴肅的話題。因為，在有些人看來，目前在某些領域，人工智能已經超越人類個體。因此，在討論人工智能的未來時，應對人工智能的現狀進行分析。

首先，人工智能不是簡單地用人工方法實現“人類的智能”，而是以各種方式實現對人的思維過程與行為能力的模擬，有可能超越人類智能。民間“石頭、剪刀、布”的猜拳游戲被認為是一種智慧游戲，人們給機器人加裝這一功能時，并沒有認真分析人類大腦如何實現這種智能行為，而是另辟蹊徑，用超越人類感知與控制速度的最簡辦法戰勝人類、超越人類。AlphaGo圍棋大師戰勝李世石，不是像棋手們記憶棋譜、搜索應對、走子思考，而是各種算法、邏輯處理、神經網絡最新成果的綜合應用，已經超越了棋手們的正常思維，戰勝李世石亦在情理之中。

其次，“人工智能與人類智能比較”是一個偽命題。一方面“人類智能”只是一個抽象概念，真實存在的只有“人類個體智能”；另一方面，“人工智能”模擬的智能不是張三、李四的智能，而是人類群體(時、空廣度上)的智能。“人工智能與人類智能比較”，只是人類智能與人類個體智能的對決，人類智能超越人類個體智能亦不足為怪。