美國政府確定人工智能研發八大戰略及啟示

遠望智庫

符小輝 張 銳

本文介紹了美國《2016—2019年人工智能研發發展報告》中明確的美國人工智能研發的8個重點戰略和基于8個戰略的具體研發方向，梳理了美國政府及其相關部門正在推動的人工智能項目和研發進展情況，并據此就我國如何開展人工智能方面的研究工作提出了相關的意見及建議。

《美國國家人工智能戰略》確定了人工智能技術研發是維持美國人工智能在全球領先地位的重中之重。美國如今在人工智能創新方面處于世界領先地位，很大程度上要歸功于美國強大的研發生態系統。美國聯邦機構通過積極對相關領域進行投資，支持了許多世界一流研究計劃，為人工智能創新作出了重要貢獻。2019年11月，美國總統行政辦公室發布《2016—2019年人工智能研發發展報告》（以下簡稱“《報告》”）。報告明確了美國人工智能研發的8個重點戰略和基于8個戰略的具體研發方向，梳理了美國政府及其相關部門正在推動的人工智能項目和研發進展情況。從《報告》來看，美國政府對人工智能創新給予了相當大的投入，其研發工作也產生了巨大的收益，并促進了美國社會的發展。

一美國國家人工智能研發戰略

早在2019年6月，美國政府就公布了《國家人工智能研發戰略規劃》（2019版），明確了美國政府投資人工智能研發的優先領域，要求確保美國政府能夠利用并提高人工智能技術能力，并確保這些能力在未來幾十年內能夠使美國人民更加受益、更加安全，能夠提升美國的安全保障水平和生活質量，并確定了美國人工智能研發八大戰略。《報告》圍繞《國家人工智能研發戰略規劃》（2019版）的八大戰略，強調了3年來美國政府在人工智能研發方面所開展的項目及其工作進展情況，明確了八大戰略的具體實施意見。表1為美國聯邦機構在八大國家人工智能研發戰略中的投資情況。

表1 美國聯邦機構在八大國家人工智能研發戰略中的投資情況

二 八大戰略指導人工智能研發方向

戰略一：對人工智能研究工作進行長期投資

人工智能系統能夠大幅提高解決現實問題的能力，最突出的手段就是使用基于統計學模型或神經網絡算法的機器學習（ML）方法。機器學習特別適合應用于需要進行模式識別的領域，例如，對實體進行分類或對數值進行預測。美國聯邦機構正在對機器學習方面的研究工作進行長期投資，以解決諸如如何減少訓練模型所需標記的數據量、進行交互式和連續學習、減少模型中的意外偏見等問題，提高算法的魯棒性，以更好地應對對手的欺騙。

在國防方面，2018年美國國防部發布的《國防戰略》和《國防部人工智能戰略》中明確了國防部人工智能研發的總體框架。美國國防部于2018年6月成立了聯合人工智能中心來具體執行《國防部人工智能戰略》。

2018年9月，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）宣布了“AI Next”項目，該項目是DARPA的新人工智能研發長期投資項目，主要目標為：一是使國防部關鍵業務流程自動化，例如，將人工智能用于作戰部署的安全許可審查或軟件系統授權；二是提高人工智能系統的穩健性和可靠性；三是增強人工智能系統和人工智能技術的安全性與彈性；四是降低能耗，提升數據和資源的使用效率；五是開創下一代人工智能算法和應用，例如，增強結論的可解釋性和進行常識推理。重點方向具體包括：

（1）新能力（New Capabilities）。DARPA已經對大量人工智能技術應用研發項目進行了投資，如電子復興計劃、復雜網絡攻擊實時分析、欺詐圖像檢測、構建全域的動態殺傷鏈、人類語言技術、多模態自動目標識別、生物醫學進展和假肢控制等。

（2）魯棒性人工智能（Robust AI）。人工智能技術已經在執行任務方面展示出巨大的價值，如圖像分析、網絡攻擊預警、供應鏈物流和微生物系統分析。然而，人們對人工智能技術的失敗樣式還知之甚少。DARPA致力于通過分析和以經驗為重點的研發工作來彌補這一不足。

（3）對抗性人工智能（Adversarial AI）。機器學習系統很容易被修改數據輸入所欺騙，而這些修改卻欺騙不了人類。用于訓練這類機器學習系統的數據很可能會遭到破壞，軟件本身也容易受到網絡攻擊，為此，需要開發具有對抗性的人工智能系統來應對這些挑戰。

（4）高性能人工智能（High-Performance AI）。在過去幾年里，計算機性能的大幅提高使得機器學習與大型數據集和軟件庫相結合取得了巨大成功。無論是數據中心還是戰術部署，都需要在較低的電力消耗下獲得更好的系統性能。DARPA已經在最先進的數字處理器上演示了如何使用人工智能算法進行模擬計算處理，其計算速度提高了1000倍，而計算功耗則降低至之前的1/1000。DARPA還在進行人工智能專用硬件設計。

（5）下一代人工智能（Next-Generation AI）。這項研究將會把計算機從計算工具變成解決問題的伙伴。DARPA的研究旨在使人工智能系統不僅能夠解釋它們的行為，還能夠獲取和推理出常識。

戰略二：開發人與人工智能進行協作的有效方法

許多美國聯邦機構正在努力促進開發有效的人與人工智能協作的方法。DARPA設想，未來人工智能將不僅僅是執行規則程序或對數據集進行概括的工具，還將成為解決問題的助手。如果將這些人工智能技術整合到軍事系統中，與作戰人員相互協作，將有助于在情況復雜、時間緊迫的戰場環境中作出更好的決策；能夠共同理解大量的、不完整的和矛盾的信息；能夠使無人系統與有人駕駛戰機相互協作，以更安全和更高效的方式來執行任務。

戰略三：理解并解決人工智能的倫理、法律和社會影響問題

美國政府支持了大量的研究和開發計劃，以加深對人工智能技術在道德、法律和社會等方面所造成潛在影響的理解。美國政府的研發資金將用于解決人工智能的公平性、透明度、隱私性、可靠性、彈性、算法偏差、問責制和可解釋性等問題。這項研究中收集的信息可用于更好地理解人工智能系統的工作方式、潛在挑戰，理解這些挑戰隨著技術的發展將如何演變與如何緩解這些挑戰，以及這些革命性技術將會對社會產生怎樣的影響。

戰略四：確保人工智能系統安全可靠

人工智能安全包括人工智能系統安全，以及運行這些系統的數字基礎設施安全。許多美國聯邦機構已經開始使用人工智能技術來加強系統的網絡安全，并已開始采取措施，來加強人工智能系統的安全可靠性。新推出的《人工智能安全計劃》將確保美國處于最有利的地位，以安全地發揮人工智能的全部潛力。

戰略五：開發可共享的公共數據環境供人工智能系統進行訓練和測試

政府數據就像政府本身一樣龐大、廣泛和多樣。用于訓練和測試人工智能系統的數據包括項目收集的數據和通過研究創建的數據；這些數據又分為結構化數據（數據庫中的數據）和非結構化數據（自然語言文本）兩種形式。這些數據能夠描述范圍廣闊的自然現象和人類活動，如從分子結構到天文地理。美國聯邦機構一直在創新數據管理的新途徑，如數據的獲取、準備、注釋、集成和保存。除了數據管理之外，各聯邦機構還與非政府伙伴合作，創建必要的數據環境，以支持各種大型數據集，設計使數據更容易被發現的新本體，為數據管理提供新的解決方案。

戰略六：建立基準和標準來衡量和評估人工智能技術

為了能夠研發出安全、有效和對社會有益的人工智能系統，開發人員、用戶和決策者需要通過一個特定的基準和標準，來對人工智能技術的能力和風險進行評估。美國聯邦機構在制定這些新的基準和標準方面發揮了主導作用。相關研究人員正在積極地利用機器學習來收集大量的操作數據集，以便對預測模型的性能進行基準測試，并確定當前預測模型的不足之處，以改進預測模型并減少性能中的不確定性。

戰略七：更好地了解人工智能人員需求

許多聯邦項目旨在確保美國人工智能研發人員有足夠的研發能力，并且能夠解決對人工智能專業人員需求迅速增長等問題。這些措施與美國聯邦機構努力推進科學、技術、工程和數學（STEM）教育的5年計劃相一致。目前，美國對人工智能研發人員的需求進行了調查研究，并尋求新方法來培訓人工智能研究人員。美國聯邦機構大力支持參與人工智能相關項目研究的研究生，向本科生推介大數據和人工智能的研究機會，為K-12學生提供人工智能與計算思維相關的基本技能，為企業家和社區提供學習與應用人工智能技術的機會。

戰略八：擴大人工智能領域的公私伙伴關系，加速人工智能發展

盡管私營部門在人工智能研發方面的創新正在以驚人的速度進行，但絕大多數行業的研發都聚焦于短期應用，而美國政府投資的研究項目大多風險較高、周期較長。鑒于政府部門在領導和推動公私伙伴合作方面擁有獨特的優勢地位，需要建立新的公私伙伴合作機制，以更好地利用私營部門力量，共同應對長期研究項目和公共事業項目的挑戰。多個美國聯邦機構正在努力尋求公私合作的新方式，主要有兩大方向：一是放寬對數據和計算資源的訪問限制；二是公私合作共同資助以開展項目研究。雖然還有許多挑戰存在，但這些公私伙伴合作項目應當視為一個良好的開端。

三 美國人工智能研發進展的啟示

（一）高層戰略指導為人工智能研發規劃方向和注入動力

為了加強美國在人工智能領域的競爭力，美國政府不斷制定發布人工智能使用的規范性指導文件。2019年2月11日，美國總統特朗普簽署《國家人工智能倡議》行政令，從官方政策立場上明確了人工智能發展的主導地位，并提出了指導未來實踐的五大原則。2019年6月21日發布的《2019更新版國家人工智能研究發展戰略計劃》旨在評估和指導研發資金投向美國國家科學基金會、美國國家衛生研究院和美國軍方等聯邦機構，推動人工智能領域前沿技術研究，確保美國在該領域的優勢地位。《報告》說明了美國政府在人工智能研發方面進行投資的廣度、多樣性、影響力和重要性。盡管這份報告并非詳盡無遺，但它反映了美國支持的重大人工智能戰略和具體項目，也可以管窺美國人工智能研發活動是如何推動人工智能進步的，以及如何進一步影響到眾多經濟領域的。根據特朗普總統在行政命令中對人工智能的定位，美國必須首先保證在人工智能領域的研發能力和創新水平，才能保持其人工智能的全球領導地位。美國有責任繼續利用其技術實力，支持下一代人工智能技術的早期研究，以推動人工智能技術實現新的突破。

（二）公私合作推動國家戰略落地實施

近年來，美國政府、大學和產業的合作體系實現了對資源的有效利用，促進了人才流通，加速了科技成果轉換，實現了跨部門、跨機構、跨企業的協同增效，對美國保持科技創新的領導地位起到了關鍵作用。美國已經意識到擴大公私合作是加速人工智能發展的重要途徑。鑒于此，美國國防部為了加強與工業部門、學術界的合作和交流，成立國防創新部門，促進美軍利用現成的最新商業技術，借助外部的商業力量推動軍事創新。同時，美國政府也十分重視與國外合作伙伴在人工智能研發領域的合作，通過設立合作項目、聯合開展基礎研究、合作部署基礎設施等措施，加速關鍵領域的技術突破。

（三）長期且持續性投資從根本上保障人工智能的競爭力

美國人工智能研發在世界上處于領先水平，得益于長期且持續性的投資。美國一直將人工智能作為美國政府投資的優先事項，強調人工智能在新興技術中的核心地位，注重在具有潛在長期收益的基礎性領域進行持續性投資。DARPA、美國國立衛生研究院、美國國家科學基金會等機構開展了大量具有長遠價值的人工智能研究項目，為美國人工智能產業的持續發展注入了創新能力和核心競爭力，奠定了美國在人工智能領域的領先地位。

（四）加強人工智能的倫理治理及政策指導

倫理道德等治理問題是人工智能發展面臨的最大挑戰之一，需要達成治理共識，建立安全評估和管控能力，以為其劃出法律和倫理道德邊界。美國政府將解決人工智能的倫理、法律和社會影響作為《國家人工智能研發戰略規劃》（2019版）的八大戰略之一，要求建立符合倫理的人工智能，制定可接受的道德參考框架，實現符合道德、法律和社會目標要求的人工智能系統整體設計。2019年10月31日，美國防創新委員會發布軍用人工智能倫理原則，為美國國防部在未來戰斗和非戰斗場景中設計、開發和應用人工智能提出了“負責、公平、可追蹤、可靠、可控”五大原則，國防部應確保技術專家對人工智能的技術、開發過程和操作方法有足夠理解，防止在開發和部署戰斗或非戰斗人工智能系統時對人造成無意傷害。