不断超越的人工智能5700字_不断超越的人工智能

不断超越的人工智能5700字

不断超越的人工智能5700字 不断超越的人工智能 今年3月16日,全球瞩目的围棋“人机大战”在韩国首尔收官,谷歌公司旗 下的人工智能软件“阿尔法围棋”以4∶1的比分战胜了围棋世界冠军李世石。这 次人机大战的结果不仅激发出人们对人工智能的无限热情,更是让人类开始重新 思考人工智能在围棋以外的更多可能性。

人工智能的起源和发展 顾名思义,人工智能就是人造的智能,它是一门通过计算过程力图理解和模 仿智能行为的学科。其基本目标就是使机器表现出类似人类的判断、推理、证明、 识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动,使 机器具有类似人类的智能行为,使机器思维能拥有人类的思考方式。

人工智能的思想最早可以追溯到法国家笛卡尔的“有灵魂的机器”。到了20 世纪30年代,英国家图灵提出了“自动化理论”,把研究会思维的机器和开发的 工作大大向前推进了一步,他也因此被称为“人工智能之父”。但是,“人工智 能”这个概念真正诞生的标志是1956年夏季在美国达特玛斯大学召开的以“人工 智能”为名的学术讨论会。随后的几十年中,人们从问题求解、逻辑推理、定理 证明、自然语言理解、博弈、自动程序设计、专家系统、学习以及机器人学等多 个角度展开了研究,并建立了一些具有不同程度人工智能的计算机系统。当然, 人工智能的发展也不是一帆风顺的,曾一度因为计算机计算能力的限制无法模仿 人脑的思考以及与实际需求的差距过大而走入低谷。但是随着计算机硬件和软件 的发展,计算机的运算能力以指数级增长,加之网络技术的蓬勃兴起使得目前的 计算机已经具备了足够的条件来运行一些要求较高的人工智能软件。当然,人工 智能的快速发展并不意味着它已经能达到人脑的水平,但人工智能的发展潜力还 是巨大的。根据人工智能研究的主要目标,以下4个方面引领了人工智能的发展 方向:第一,与生物技术、电子技术结合,研究生物电子体;
第二,与脑科学、 信息处理技术结合,研究人工大脑;
第三,与网络技术、软件技术结合,研究智 能软件;
第四,与通信技术、控制技术结合,研究家庭机器人。有血有肉的生物电子体 在我们的印象中,人工智能通常是一个计算机软件,其实它也可能拥有一副 有血有肉的身躯在现世界行走、奔跑甚至飞翔。生物电子体技术就是让人工智能 拥有活动能力的一种全新技术。

生物电子体是生物细胞与电脑微芯片有效协作的共存体,可以实现部分或全 部生物的智能。研制电子生物体主要有“植入法”和“提取法”两种方式:“植 入法”就是把模拟生物体的电脑微芯片植入生物体,并与生物体形成协作共存 体;
“提取法”就是从生物体中提取出细胞组织与模拟生物体的微芯片结合为协 作共存体。

在生物电子体领域,各国已相继开展了诸多研究。利用相对简单的“植入法”, 日本东京大学率先研究了一种蟑螂控制技术,他们把蟑螂头上的触须和翅膀切除, 插入电极、微处理器和红外传感器,通过遥控信号产生电刺激,使蟑螂能够沿着 特定方向行进。美国纽约州立大学通过向老鼠体内植入微控制器,也成功实现了 对老鼠的转弯、前进、爬树和跳跃等动作的人工制导。我国在电子生物体的研究 上也有突破性进展,南京航空航天大学就研究了一种壁虎的人工控制技术,即把 微电极植入壁虎体内,通过电刺激模拟神经控制其运动。而通过“提取法”制得 的生物电子体就更复杂些,比较有代表性的是英国科学家推出的一个由老鼠的脑 组织控制的机器人,名为“戈登”。在该项研究中,科研人员先从老鼠身上分离 出神经细胞,放置在酶溶液中,让这些神经细胞彼此分离,然后再将这些神经细 胞置于营养丰富的培养基中。该培养基与一个拥有60个电极的电子矩阵相连接, 这个电子矩阵就是活体脑组织和机器部件的接合面。通过电子矩阵,“戈登”大 脑发出电子脉冲,驱动机器人轮子,同时也能接受传感器基于外部环境刺激发出 的脉冲。由于“戈登”的大脑是活的组织,因此必须装在温度特定的器具中。除 了自身大脑外,“戈登”不受任何人为和电脑的控制。“戈登”具有一定的学习 能力,比如撞到墙时,它就会从传感器得到电子刺激,再次遇到类似情况时,它 就会记住。但是,如果没有外界刺激,“戈登”便会在数月内因大脑萎缩而死亡。

尽管如此,“戈登”仍是实现提取活体脑组织和电子部件结合的研究新突破,也是电子生物体的重大突破。

擅长自学的人工大脑 开发人工大脑就是从信息处理切入,结合脑科学研究大脑对信息流的获取、 存储、联想(提取)、回忆(反馈)等处理逻辑,以及脑神经细胞的工作原理来 为大脑建模的过程。我们都知道,大脑不是计算机,不会亦步亦趋、按部就班地 根据输入产生输出,大脑是个极其庞大的记忆系统,真正了解人类大脑,构建出 大脑的记忆-预测系统模型才能制造真正的智能。人工大脑其实早在20世纪末就 出现了,日本京都先进电讯研究所率先研制了一只机器猫,该机器猫的脑部主要 采用了人工神经网络技术,包含约3770万个人造神经细胞,尽管数量与人脑的 1000亿个脑细胞相比差之甚远,但其智能超过了昆虫,实现了人工大脑开发的第 一步。紧接着,比利时便研制出了能让机器人拥有数百个行为能力的人工大脑。

然而,这些人工大脑都是基于传统的计算机设计和制造思路开发的,与人脑的工 作模式有着本质的区别,因此,改变传统的设计思路,是未来研究人工大脑的必 经之路。

近年来,谷歌将大量资金、人力投入人工大脑研究中,并成功开发出了模拟 人脑并具备自我学习功能的“谷歌虚拟大脑”。“谷歌虚拟大脑”是模拟人脑细 胞之间的相互交流、影响而设计的,通过模拟人脑中相互连接、相互沟通、相互 影响的“神经元”,由1000台计算机、16000个处理器、10亿个内部节点相连接, 形成一个“神经网络”。当有数据被送达这个神经网络的时候,不同神经元之间 的关系就会发生改变,这种关系的变化使得该系统对某些特定数据形成反应机制, 从而让系统具备学习能力,并且能够在新输入的数据中找出与学到的概念相对应 的部分,以达到识别的效果。这个有着自学功能的虚拟大脑系统在人工智能领域 有着划时代意义,研究人员无须预先输入某一概念,它就可以自己决定关注数据 的哪部分特征,注意哪些模式,从而自动从输入的大量数据中“领悟”这一概念, 这与人脑的学习过程十分相似。

智能软件不止于围棋 所谓智能软件,是指能够产生人类智能行为的计算机软件。智能软件与传统软件最重要的区别就是:智能软件具有现场感应和环境适应的能力,还有表示、 获取、存取和处理知识的能力,同时还能够采用人工智能的问题求解模式来获得 结果。自从计算机诞生后,软件的设计开发便一直落后于硬件生产水平的发展, 智能软件更是无从谈起。直到20世纪末,作为现实世界高水平的抽象——Agent 软件系统的诞生,才大大加快了智能软件的开发。很快,基于Agent的实时道路 交通导航系统模型、面向Agent的巡航导弹武器控制系统和多Agent敏捷调度系统 相继被开发出来。目前,基于Agent的软件设计与开发已经成为人工智能学科的 重要内容之一,而如何在软件设计与开发中更好地体现Agent的自治性、交互性、 协作性以及可通信性等,又使智能软件的设计与开发成为人工智能学科的新挑战。

如今,对于智能软件的开发正处于如火如荼的阶段。比如,击败李世石的“阿 尔法围棋”便是一款智能软件,这款智能软件最重要的特征就是“深度学习”。

深度学习的主要原理就是用一层神经网络把大量矩阵数字作为输入,通过非线性 激活方法取权重,再产生另一个数据集合作为输出。这就意味着“阿尔法围棋” 会在与围棋高手的较量中不断提高自己的棋力。“阿尔法围棋”的另一个重要特 征就是它具有两个不同的神经网络大脑:一个是“监督学习的策略网络”,负责 观察棋盘布局试图找到最佳的下一步,相当于“落子选择器”;
另一个是“价值 网络”,负责评估棋局的整体局面并预测双方胜负,从而辅助落子选择器,这个 叫“棋局评估器”。在“两个大脑”的配合下,“阿尔法围棋”击败了围棋界顶 级高手,这绝对是人工智能的大突破。此外,智能软件还在环保、商务和医疗等 领域崭露头角。我们知道,现在空气污染备受关注,西门子中央研究院便开发了 基于神经网络的空气污染预测软件。该软件利用了伦敦市遍布中心城区的约150 座监测站收集的包括湿度、太阳辐射、云层覆盖和温度等天气数据和一氧化碳、 二氧化碳和氮氧化物等气体的排放测量数据,并将这些数据相关联。同时还将诸 如工作日、周末、假期、展会和体育赛事等影响交通和污染物排放的活动编程到 预测模型中,最终这款智能软件能够每小时预报伦敦市内150 个地点未来 3 天 的空气污染程度,误差率不超过 10%,并且还可以推断出导致所预测空气污染的 主要原因。另外,现在还出现了许多商务智能软件,主要就是通过分析销售额、客流量、库存、人员配置等所有和企业运营相关的数据来显示和预测市场波动、 经济趋势等,并为决策者提供未来的规划和方案。例如,美国的某公司开发了一 款餐厅绩效管理智能软件,这款软件可以计算出每个轮班期间的最佳人员编制。

总之,智能软件的开发已经并将继续影响整个社会的方方面面。

家庭机器人走入百姓家 人工智能的最后一个研究方向就是研发家庭机器人。所谓机器人,就是指装 有传感器和微处理器,并且拥有潜在的人工智能,能够在无人操作的情况下完成 一些重复动作的设备。在过去的几十年中,机器人已经被广泛应用在工业生产和 危险环境中,如今,机器人市场已经开始转向家庭。那种可以和人成为朋友,陪 人聊天,也可以帮助人们看家、清洁地板、照顾孩子等做一系列家务活儿的家庭 机器人引领了新的时尚。

日本一直走在家庭机器人研究的最前沿。21世纪初,日本泰姆泽库公司便研 发了一款恐龙机器人“番龙”,该机器人体型和大型警犬差不多。如果家中出现 异常情况,它就会呼叫主人手机,通知主人家中有异常现象,同时主人还可以根 据传感器的反应,远距离操纵“番龙”寻找所出现的异常现象。紧接着,日本的 NEC公司发布了一款名为PaPeRo的具有强化通讯功能的家庭型机器人,这个机器 人可以在噪声环境下分辨声音,而且对手写笔记、文字和动画有识别能力,有与 人自然沟通的能力,可与儿童对话并实现部分儿童监护功能。后来,日本的富士 房屋(Fuji Housing)公司又开发了一款外观形似泰迪熊的新型家务机器人,这 只“泰迪熊”带有声音识别系统,可以听懂一万多种命令并能够准确执行这些命 令。除日本外,其他国家也积极开发家庭机器人。加拿大的一位电脑奇才根据自 己的择偶标准,打造了一个完美机器人妻子Aiko。该女性机器人一头秀发,五官 精致,能从事简单的清洁和家务工作,精于数学,可以认人,还能够大声读报纸, 给人指方向等。更有意思的是,如果有陌生男士对Aiko举止不雅,她就会扇他们 耳光。再说中国,最近上市的一款家庭智能机器人名叫塔米,它身高只有45厘米, 能跟孩子一起玩,具有唱歌、跳舞、背唐诗、说等能力,同时它还有自动充电、 安全防盗等多种功能,并可以语音播报天气预报和简要新闻等。当然,现阶段的家庭机器人仍然受到技术的限制,普遍使用激光技术计算距离,使用雷达技术保 持平衡,使用红外线摄像技术探测热能以识别人的存在。然而在生活中,无论人、 动物还是灯都是一处处热源,这使得机器人难以准确分辨。因此,开发出能与环 境交互产生自主行为,并发育出心智的家庭机器人,是未来家庭机器人的研究热 点,这也是实现机器人真正人工智能化的关键。

人工智能学科的出现与发展绝不是孤立的,它是与整个科学体系的演化和发 展进程密切相关的。21世纪各学科蓬勃发展,高科技层出不穷,人工智能也必将 在时代要求下实现与多学科的交叉研究,在与多学科的交叉研究与发展中,必将 掀起一场智能技术革命,从而开辟人机协同思考的新纪元。