加強智能科學交叉領域研究

金亞秋 徐豐

（復旦大學電磁波信息科學教育部重點實驗室，電磁大數(shù)據(jù)與遙感智能研究所，上海200433）

人類新科技應用發(fā)展呈現(xiàn)指數(shù)式增長的規(guī)律，新技術革命來臨的時間間隔越來越短，而每一次新范式的出現(xiàn)都會引發(fā)爆發(fā)式飛速發(fā)展。有人將由數(shù)據(jù)驅動的科學研究視為是繼理論、實驗、計算之后的第4種范式、或第4種科學支柱。隨著深度學習和人工智能技術的迅速發(fā)展，人工智能與大數(shù)據(jù)緊密聯(lián)系在一起，人工智能為大數(shù)據(jù)驅動的研究提供了新的科學基礎、思維方式與處理能力。人類社會由信息時代步入智能時代，智能科學是智能時代的基石。

智能時代一定涵蓋了廣泛的科學與應用技術領域，需要加強智能科學與傳統(tǒng)學科的交叉領域研究，正如在計算科學時代要依賴高速計算機和高性能數(shù)值計算方法，與各傳統(tǒng)學科的交叉產生了計算數(shù)學、計算物理、計算生物、計算化學、計算大氣等。智能科學的理論基礎不僅是計算神經建模或大數(shù)據(jù)挖掘處理，還在于各傳統(tǒng)學科產生的新增長點，在于智能與數(shù)學、物理、化學、生物、醫(yī)學、地學等自然科學甚至社會科學的交叉。這種交叉賦予了大數(shù)據(jù)具體的智能的生命活力與行為舞臺。

這種交叉肯定是雙向、雙贏的。今天的智能科學還是一個年輕的學科，雖然近來深度學習等技術發(fā)展十分迅速，依靠海量的訓練數(shù)據(jù)和深度神經網絡的超強擬合能力取得了很好的應用效果，但學術界已經感覺到深度學習的理論發(fā)展存在瓶頸。因為其背后的類腦計算神經建模的理論積累不足，深度神經網絡沒有脫離函數(shù)擬合的本質，這也引發(fā)了人工智能領域的新一輪的思考與探索。

智能科學自身的發(fā)展離不開與傳統(tǒng)學科的交叉與結合。因為人類智能是外部世界對人腦施加作用后產生的反作用，因此需要與外部世界一起作為對偶問題進行研究。長期以來，人類建立了對于客觀世界的自然科學研究和人類社會科學研究。因為人類智能與外在世界互為對偶、互不分割的根本屬性，可以按人工智能所應對的對象及關聯(lián)學科分為數(shù)學、物理、心理、意識4個研究階段。其中第1階段解決類腦智能形成的通用學習算法的數(shù)學理論；第2階段發(fā)展應對物理世界的物理智能；第3階段發(fā)展應對社會群體的高階智能；第4階段研究自由意識的本質和人工智能能否形成意識的根本問題。

智能科學將促進傳統(tǒng)學科的進一步發(fā)展，就像過去半個世紀以來計算機和計算科學大大加快了各門科學研究的速度，成為現(xiàn)代科學定量數(shù)值研究的最重要工具。人工智能對客觀世界或人類社會大數(shù)據(jù)的挖掘分析，將成為科學研究的新一代重要工具，應當加強更多傳統(tǒng)科學的研究人員使用人工智能和大數(shù)據(jù)技術進行科學研究。從海量的大數(shù)據(jù)中挖掘發(fā)現(xiàn)新的科學規(guī)律，例如從大量材料合成試驗的數(shù)據(jù)中挖掘歸納實現(xiàn)新材料，大量病患數(shù)據(jù)的分析處理發(fā)現(xiàn)某種疾病隱藏的規(guī)律；通過社交網絡大數(shù)據(jù)分析得出某種人類活動的規(guī)律等等。

以物理學與智能科學的交叉研究為例，依據(jù)物理學基本理論，來發(fā)展能應對物理世界的人工智能，我們稱之為物理智能。物理智能將超越人類智能，原因在于：（1）物理學描述的現(xiàn)象超越人類感官范疇，比如物理學涵蓋的尺度范圍和速度范圍遠超過人類能適應的范圍，又比如電磁學描述的頻譜遠超過人眼能感知的光譜范圍；（2）計算物理的精度和速度可以超過人類大腦的估算能力。作為物理智能一個典型的例子，通過力學模型構建的人工智能可以精準地控制機器人的運動。另一個例子為“微波視覺”，一種基于計算電磁學引擎的物理智能，像人腦處理光信息一樣來處理微波信息。反過來，通過人工智能來處理實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律，我們則可以稱之為智能物理，這是對計算物理的新發(fā)展，其內涵在于基于海量數(shù)據(jù)來智能地研究與發(fā)現(xiàn)得出新的科學現(xiàn)象與科學結論。

中國科技發(fā)展進入了新的關鍵點，中華文明將在人類科技史上做出與我們悠久歷史相稱的貢獻，智能時代的來臨給予我們一個契機。大力加強智能科學交叉領域的研究，一方面需要在更多傳統(tǒng)學科研究人員中推廣新的人工智能技術，另一方面需要智能科學領域以更開放的姿態(tài)包容傳統(tǒng)學科研究人員的加入，這樣才能引起百花齊放的局面，在世界智能科學時代占據(jù)先機。

—— 摘自《科技導報》2018年第17期