研發安全的智能計算機迫在眉睫

黃培紅

（福建省莆田市農行科技部，莆田351100）

0 引言

安全的通用智能計算機是人們追求的一個重要目標。圖靈在文獻[1]中提出了奠定現代計算機基礎的圖靈機模型，馮?諾伊曼機在圖靈機模型的基礎上提出了可運行存儲程序的計算機模型[2]。傳統的計算機也稱馮?諾伊曼機（Von Neumann Machine，Stored Program Computer），與圖靈機（Turing Machine，TM）等價，所以也可以稱為一種圖靈機。目前的計算機即傳統計算機，在信息的低水平處理與知識管理上提供了基本技術條件，但在信息深度處理和知識管理上支撐相對不夠，理解程度不高，故而對信息處理與利用不太充分，同時，智能處理的通用性、便捷化、安全性不夠顯著，因此妨礙了智能機器的大范圍開發與應用。鑒于此，國際上已有不少國家和組織紛紛致力于智能技術特別是自然語義理解的研究工作。目前，通用智能計算機能否成為安全可靠的信息處理工具，能否具通用性、便捷化特點，能否使智能計算機與通行的傳統的計算機在使用和運行上實現兼容性，是智能高科技產業化的重要基礎。

1 國家對安全的智能計算機研發的重要措施

所謂安全的智能計算機包括兩方面內容：安全性與通用性。通用性包括除了可運行智能機程序外，還可以兼容運行傳統計算機程序，其中智能機程序是一種通用程序。安全性方面，目前國家對信息安全與可信計算高度重視，2016 年12 月發布實施《國家網絡空間安全戰略》提出夯實網絡安全基礎戰略任務，并強調對安全可信產品加快推廣引用。在智能計算機方面則有人工智能規劃。2017 年7 月中國政府發布了新一代人工智能規劃，即人工智能2.0 規劃，包括5 個方向：大數據智能、群體智能、跨媒體智能、人機混合增強智能與自主智能系統。所發布的這5 個方向對安全的通用智能計算機都有涉及并有所啟發，所以安全的智能計算機研制體現了國家安全可信與人工智能兩方面政策。安全的通用智能計算機是人工智能領域的重要研究方向，在目前人工智能規劃2.0 深入實施的形勢下，要實現人工智能研究“彎道超車”，開展安全的通用的智能計算機研制是當務之急。

在我國，大力發展安全的通用智能計算機，對促進我國智能技術的應用普及和建立智能計算機研發體系，實現智能技術的跨越式發展，具有重大的現實意義。然而，由于我國還沒有設立關于通用智能計算機的研發計劃，各智能研發團隊或系統所研發的AI 芯片[3]一般都是專用芯片，雖然也模擬腦神經元，但其處理能力遠遠未達到大腦神經元的水平，不但可解釋性差，而且對信息的利用率遠遠不夠，其通用性僅僅與通用CPU 相比也相差甚遠。理解問題是通用智能機的核心內容，理解機制與智能計算機結合起來造就通用智能計算機是一種必經之路，自然語義理解問題取得突破之時就是通用智能計算機研發計劃提上議事日程之日。同時，隨著我國進入人工智能2.0 時代，國外智能計算機研發競爭將不可避免，通過創建中國層面的通用智能計算機研發計劃，能充分反映我國智能計算機研發作為一支不可忽視研發力量而在世界智能計算機研究中占一席之地。

自然語義理解是安全的通用智能機器的核心問題，傳統計算機（或稱圖靈機）對信息的處理方式是：把信息形式化成符號，再進行刺激反應式的變換，其并未觸及形式化符號的語義，對信息的處理并不充分。智能充分處理處理信息，必然觸及信息符號的語義部分，所以通用智能一定可以理解信息形式化符號。通用智能計算機研制不但要傳承傳統計算機的刺激反應式變換與時序執行的成功經驗，還要與理解規律結合起來。文獻[4]提出了自然語義理解的有關定理，依靠視知覺等知覺元素構成的自然語義與自然語言的跨模態連接，通過詞句篇章的理解證明分析了自然語言的理解過程，文獻[5]提出了自然語言加工中的what-why 理解效應，它是自然語言理解理論的基礎，同時驗證了自然語言理解理論的正確性。文獻[6]分析了圖靈機模型的局限性，提出自然語義理解與圖靈機模型相結合的認知系統模型，文獻[7]展望了自然語義理解對人工智能領域的滲透作用及其廣泛的影響力。本課題組到目前為止的工作重點是從無到有摸清通用智能計算機工作的基本原理，雖然為通用智能機的研發奠定了必要而堅實的基礎，但尚沒有得到有關方面對課題組研發的重視與支持，以至于這種新型的安全通用智能計算機不能早日面世而使得其作用未能得到充分地發揮和體現。因此，隨著人工智能2.0 規劃的頒布和實施深化，通用智能機的研發與推廣應用將成為迫在眉睫的重要工作。通用智能機是人工智能研究成果的智慧結晶，對國民經濟與社會發展具有重要意義，尤其是安全的通用智能機的研發成功對中國保持人工智能研究領先地位具有極其重要的作用。

2 新型安全通用智能計算機的特點

本文中所指的安全通用智能計算機即通用智能圖靈機（Intelligent Turing Machine，ITM），或稱智能圖靈機，智能圖靈機是一種安全的通用智能計算機，安全通用智能計算機亦稱通用智能計算機或通用智能機，本文中的傳統計算機即馮?諾伊曼計算機，等同于圖靈機（Turing Machine，TM）。人工智能方面，圖靈還發表了有關圖靈測試的論文[8]，如果把圖靈機模型與圖靈測試有機結合起來，將可以開拓新的領域，圖靈機的智能化水平將大幅提高?；谶@種理念，通用智能圖靈機兼顧了符號概念的語義，從而比起傳統計算機也稱圖靈機更加智能化，并具備了新功能、新特點。其中，智能圖靈機比馮?諾伊曼計算機增加了理解協處理器，順序執行與指令譯碼器2 個方面也有明顯差別；在存儲器、控制器設計過程中，通用智能機的設計原則、設計原理、實際使用等都等同或等效于采用類腦標準及其規律。智能圖靈機比傳統的計算機的先進之處在于可提高包涵知識的復用性、并產生新知識。

（1）系統運行的兼容性

智能圖靈機與傳統計算機都是一種信息處理機器，但為了提高信息利用效率，智能圖靈機把語義嵌套在所處理的信息之中，并且解決了傳統計算機純粹是一種形式信息處理而不夠語義及其邏輯約束的弊端，見圖1。

圖1 智能圖靈機的語義處理

需要提出的是，圖靈機是智能圖靈機的一個特例，沒有語義嵌套的智能圖靈機就是傳統的圖靈機。所以，智能圖靈機可以兼容傳統的計算機程序，從而該智能圖靈機模型既可以運行傳統的圖靈機程序，其運行方式也可以是類腦運行模式：語義運行方式。

（2）編程開發的便捷性

傳統計算機的編程方式，長期以來比較單調，都要經過繁瑣的形式化過程。因此，各種場景應用開發調試起來并不容易，而且還經常易發故障，隨著時間推移需要變更軟件時也比較繁瑣。智能圖靈機場景應用開發有了很大改善，見圖2。其編程開發的幾種可能形式：可調整成3 種（如傳統程序方式，過程描述方式，需求及其知識描述方式）、6 種（如組合方式）。由于場景應用態勢不同，簡單的情況，多種開發形式可通過編程、描述相結合得到。如圖3（a），形式A 每次與形式B相結合，形成形式C，這是一種常見有效的形式。圖3（b）中，形式D 難度可能比較大，需要有充分的知識、足夠的需求目標描述，可以與形式A、形式B 或形式C 相配合，即成為形式E、F、G。不同的開發形式可以自由組合，不受約束限制，開發非常方便。在理解知識庫足夠強大的前提下。智能圖靈機以自然語言的方式編程，具有便捷性。與傳統程序編程相比較，智能圖靈機編程不用繁瑣的測試，只需進行邏輯正確性即可，實現真正的自然語言編程，自然語義解析執行，從而開發編程相當便捷。

圖2 場景應用開發過程簡單化

圖3

（3）研發上的可行性

本智能圖靈機的原理即通過理解的方式對刺激進行反應。即對刺激物進行理解后，根據理解結果分類執行反應動作。根據理解結果分類，其分類結果包括問題類別、步驟類等，相應地引發推理動作、執行動作等。這些動作可歸結為程序表系列。智能圖靈機的難點包括理解（序號07-1-1）、理解結果轉化為程序表序列（序號08-2-1）。先期已在自然語言真實理解上取得突破。關于理解難點（序號07-1-1），本研究把自然語言理解與圖靈機的優點有機結合起來，構造新型的智能計算機。具有可實現性。關于程序表序列轉化難點（序號08-2-1），建立在自然語言理解之上的通過理解運行的方式，通過理解取出可操作語義，由于操作語義具有確定性，對應固定的字符串，可以映射到指令上，從而操控有關的部件（如邏輯運算部件序號09-1-1）。由于兩難點都具有可實現性，所以智能圖靈機的原理上是可行的，其研發上具有可行性。

圖4 理解部件與程序表序列轉化情況

智能圖靈機對傳統計算機中的概念符號作了重要補充，如圖4，序號07-1-1 和序號08-2-1。改變以往計算機在形式化信息處理中，僅涉及信息的符號部分，并充分同步肯定語義的關鍵作用，形義并重處理有致。傳統計算機的刺激反應機制與順序執行等本質特征得以傳承。可見，只是增加了對概念符號的語義部分的充分利用，從而實現應用的直接溝通與處理，減少形式化編程過程或稱編程的自動化。類似的理解協處理部件、推理部件、歸納部件等也作了相應的增加擴展。綜上，智能圖靈機對傳統計算機中的補充語義處理部分，隨著語義理解的突破變成了可能，成就了智能圖靈機實現的可行性。

（4）原理上的新穎性

智能圖靈機建立在新型的理論基礎之上，與傳統的計算機智能計算機思路完全不同，它以全新的程序執行方式、嶄新的體系結構來展示出一種新型的通用智能計算機模型。智能圖靈機最大的特點是它以理解運行的方式來執行程序步驟，如圖5，完全不同于傳統計算機的指令譯碼執行方式。它的理論基礎是基于知覺形式化的自然語言真實理解理論，以前沒有類似的報道過。智能圖靈機新穎性的另一大特點在于其在信息的處理精度上做到元素化?？梢钥闯觯绕饌鹘y計算機，智能圖靈機處理信息序號08-10-01 和09-01-01 時，其自然語義部分的嵌套與表達（09-01-99、08-10-99）占了主導地位，見圖6。相應地也將同步進行元素精度上邏輯一致性檢測，因為這也是理解測試的組成部分?？傊?，建立在自然語言真實理解之上的通用智能計算機國際上還沒有見過相關報道。

圖5 語義運行方式

圖6 對應信息序號08-10-01和09-01-01的語義是09-01-99、08-10-99，智能圖靈機對這些語義的處理精度做到元素化

（5）使用中的安全性

使用智能圖靈機時，應首先考慮應用場景，必要時增加應用的安全性設計。這種安全性設計基本上分三種情況：①編程調試層面。對應于傳統程序細節設計，智能圖靈機使用邏輯約束保證程序的正確性，因此不需要調試，靠的是靜態的語句間的邏輯證明。②智能圖靈機設計時應該有對非敵方類不造成傷害的規則約束，稱敵友立場判定，其安全機構為運行過程中邊檢測邊使用，從規則上確保安全性，不造成我方傷害。③細節技術上智能圖靈機首先保證邏輯正確性，同時通過反饋發現執行的正確性。智能圖靈機通過這三道防線保證系統的安全性與可靠性。

3 結語

中國國務院發布新一代人工智能發展規劃，將人工智能上升為國家戰略，計劃2030 年達到世界領先水平。隨著安全智能技術瓶頸的打破以及智能計算機裝置的大規模部署和持續發展，智能圖靈機將會不斷有舊的知識系統被迭代或進化，也會不斷有新的場景應用以及新知識系統產生，智能機器對現實世界的建模與認識將不斷加深，人們利用機器改造世界的能力不斷增強。國家可在不太長的歷史時期內，通過智能化改造，實現“新四化”，即工業智能化、農業智能化、國防智能化，并探索科學技術智能化的道路。作為對信息充分處理的機器，安全的通用智能計算機研制要與理解規律想相結合，相信自然語義理解與圖靈機模型相結合研究將推動下一代通用智能計算機的進一步發展與普及，從而最終惠及大眾，促進社會進步與經濟發展。