從模仿游戲看機器的智慧

陳凱　王嘉忱

20世紀50年代，阿蘭·圖靈發表了在人工智能發展史上具有里程碑意義的《計算機器與智能》一文，著名的“圖靈測試”就源自此文，圖靈認為，若測試者無法通過對話的行為區分出機器和人，便可作為機器具有智能的判定標準，這個觀點引發了科學界和哲學界廣泛和持久的討論。本文的重點，是想說明所謂的“圖靈測試”不只是一個思想實驗，“圖靈測試”中提出的模仿游戲，對于理解機器何以能夠借由運行程序而擁有通用計算的能力，具有很強的啟發作用。

● 用人來模仿人

圖靈的論文中，在提及“圖靈測定”之前，先引出了以判別性別為目標的模仿游戲，經筆者實踐檢驗，是完全能在課堂中照樣實施的。實施大致過程如下：在班級中各選擇一位男生和一位女生，隨機稱為甲和乙，將他們請到教室外的走廊中，班級中所有同學都可以是測試者，由教師作為中介將測試者的問題傳達給被測試者甲或乙，甲和乙的回答由教師代為轉達給留在教室中的測試者，在一系列的對話結束后，由測試者判定甲和乙的性別。對話時要注意，不能詢問只有被測試者自己知道的隱私問題。

根據圖靈的論文，被測試者要做的，并不是證明自己的性別，而是盡量讓測試者產生難以分辨的混淆，所以，在正式開展實驗前，可以先示范性地給出一些對話的例子，如作為男性的被測試者，可以這樣參與對話來掩飾身份：

測試者：請問甲，我們班中哪個男生是最帥的？

被測試者甲：當然是我們老師了。

測試者：請問甲，你認為自己漂亮嗎？

被測試者甲：你覺得我可愛嗎？

類似的例子有助于提高教學活動的效率，因為筆者曾在活動中遇到這樣的情況，有學生提出的第一個問題是：“請問甲，你認為自己漂亮嗎？”被測試者甲回答：“我很漂亮！”于是全班一致認定某甲是男生。模仿游戲大約要持續半節課的時間，雖然耗時較長，但對于人工智能教學后續內容——尤其是普適計算對人工智能實現的重要性——的順利開展，具有很重要的鋪墊作用。

● 用機器來模仿機器

圖靈的論文中，在介紹完判別性別的模仿游戲后，就開始討論關于機器參與到模仿游戲對話中這一問題。考慮到在這個地方，圖靈的思維跳躍可能大得讓普通人難以接受，所以在教學中，可以補充一些有趣的實驗，逐步引導學生思維走向深入。

實驗要用到Notepad++這個文本編輯工具，Notepad++具有的宏的功能，就使得教學過程中，即便不編寫程序代碼，也能體會到人工智能實現中的一些關鍵性的思想方法，適用于程序算法學習水平較低或水平不一致的學習群體。當然，使用其他帶有宏功能的文本編輯軟件也一樣能達到目的。

機器模仿實驗1：用查找和替換模仿搬木頭

實驗很簡單，就是通過反復執行查找和替換操作，將一串只有0和1字符串中的所有的1，聚集到字符串的一端，如初始時字符串是0100100010，最后需要達到的效果是0000000111。

在這個實驗中，查找和替換的規則很簡單，就是查找“10”，替換成“01”，在反復執行替換時，能看到某種動畫片一樣的效果。所以，也可以稱為搬運木頭游戲：用查找和替換操作，來模仿木頭的搬運。

機器模仿實驗2：用跳舞恐龍模仿查找和替換

這個實驗仍然采用初始字符串：0100100010。然而這一次，是將這些數字想象成一群在跳舞的恐龍，其中有的在快速轉圈，用俯瞰的角度就是“0”的形狀，有的沒有轉圈，用俯瞰的角度就是“1”（這里自然需要一些想象力）。但在舞蹈家恐龍的隊列旁邊，還有一只指揮家恐龍，指揮家恐龍也通過跳舞來指示跳舞恐龍的行為，指揮家恐龍用字母q表示，其狀態也用數字表示，為了看起來方便，就做成表格的樣子（如表1）。

指揮家恐龍是這樣工作的，如果它轉著圈，并且它所面對的恐龍也轉圈，那么，它自己就繼續轉圈，它對面的恐龍也繼續轉圈，然后指揮家恐龍右移一個位置。指揮家恐龍的這一系列動作可以用一串符號來表示：q0，0：q0，0，>。

其中，q開頭的數字代表指揮家恐龍的動作，沒有q開頭的數字代表普通舞蹈恐龍的動作，右箭頭表示指揮家恐龍向右移動。動作完成后，跳舞的隊列就變成如表2所示的樣子了。

指揮家恐龍總共有4套指揮動作，除了q0和q1，可以將q2看成是恐龍甩腦袋，q3看成是恐龍搖頭擺尾，如果預先設定好指揮家，遇見普通舞蹈家后動作變化情況如圖1所示。

舉例說，q1，0：q2，1，<這串符號的意思是，不轉圈的指揮家遇見轉圈的舞蹈家，則指揮家變成甩腦袋，舞蹈家變成不轉圈，然后指揮家向左移動。

可以看出，某一特定時刻，總能匹配到其中的一組規則，所以接下來舞蹈隊列的變化如表3～表5所示。

這里就能看出，這群恐龍只是看上去在跳舞，其實它們是在查找所有的“10”并將其變成“01”，如果有耐心一直觀看節目到最后，這列跳舞恐龍最終就變成了這樣：0000000111。

仔細想想，這些跳舞恐龍只是看上去在跳舞，其實它們在執行著查找替換的操作，并且，它們只是看上去在執行查找和替換的操作，其實正在表演搬木頭。如果把恐龍跳舞模型真的用實物制作出來并運行起來，那么它其實擁有一個很響亮的名字，叫做圖靈機。

機器模仿實驗3：用查找和替換來模仿跳舞恐龍

接下來又是Notepad++出場的時候了，可以在Notepad++中設置初始字符串如下：

_q00000000111_

其中，下畫線表示沒有恐龍，而列首的q0當然就代表指揮家恐龍了，因為字符串是一維的，所以只能把指揮家和舞蹈家并列在一起了，但這并不影響指揮家的工作。

然后，可以做一系列的查找替換操作，由于操作數量有點多，所以可以在教學前，將這些查找和替換操作預先設置成宏，然后就可以在Notepad++自動執行了（如圖2）。

如果反復執行上述查找替換操作，那么最后字符串就變成了：_q00000000111_。如果沒有被繞暈，那么就能發現，上述字符串的查找替換動作，實際上模仿了恐龍的舞蹈動作，然后，恐龍的舞蹈動作，實際上模仿了查找替換動作，然后，查找替換動作又模仿了搬木頭的工作。

到這里可以解釋一個問題，程序的本質是什么？用比喻的方式說，程序就是一系列的規則，一個機器可以根據這些規則模擬出一個執行某特定任務的虛擬的機器，這樣，這個機器就具有普適計算的能力了。

● 用機器來模仿人

接下來是思考一個可能讓人對自己智能產生懷疑的問題，假如讓人在頭腦中玩一個用字符串模仿搬木頭的游戲，并將整個字符串變化的過程在頭腦中依次顯現，那么，為什么人的頭腦能夠做到這一點？盡管搬木頭很簡單，但問題的關鍵是，人的頭腦是如何完成這個模擬和想象工作的？這可不是能夠簡單回答的問題。

參考上述機器模仿實驗3，所謂的搬木頭只是一種模仿的表象，而實質只是一種查找替換操作，問題是這個查找替換操作其實也是表象……圖靈認為，所謂的智能其實是一系列模仿過程的計算結果（但哥德爾并不同意這一點，這里就不進一步展開討論了）。

簡單來說，人是具有玩搬木頭游戲的智能的，但那其實是神經元進行計算和模仿操作的結果。同樣，機器也可以借助計算和模仿，達到與人同等的搬木頭游戲的智能。那么擴展想一下，人所能做的每一個看上去有智能的活動，其實機器都能模仿。圍繞這個觀點，可以產生出一系列有趣的問答，這些開放性的討論未必一定要有標準的結論，討論的目的是激發學習者積極主動的思辨，例如：

問：為什么能模仿有智能的行為，就判定它有智能？

答：那么，除此以外還有其他判定辦法嗎？

問：我認為我的行為是真的有智能的，不是模仿出來的，這怎么解釋？

答：你怎么可能證明這一點？

問：我能知道自己在搬木頭，機器知道嗎？

答：你通過觀察自己的思維變化才知道這一點，何以確定將來的機器做不到這一點？另外，你是否想過你頭腦的神經元是否知道它們正在搬木頭呢？

……

若是能引發激烈的交鋒，那便是十分理想的課堂狀態了。但教師終究還是要從紛繁的觀點中找出共識，為教學活動進行總結。筆者自己的總結是：①可以用一個機器，來模仿出另一個完整的機器的行為（這其實是圖靈論證的結果）。②被模仿出來的機器，不會思考自己是否是模仿的結果，也并不會思考，自己的行為有可能進一步模仿了其他機器，到目前為止，這是機器和人不同的地方。