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網(wǎng)絡時代人工智能研究與發(fā)展

發(fā)布時間：2013-04-11 點擊次數(shù)：次

　1　在交叉學科研究中實現(xiàn)人工智能的創(chuàng)新人工智能雖然常常被劃分為計算機或自動化學科的一個分支,但它的研究范疇一直是很寬泛的,涉及到哲學、認知科學、行為科學、腦科學、生理學、心理學、語言學、邏輯學、物理學、數(shù)學以及信息論、控制論和系統(tǒng)論等許多學科領域.人工智能這種綜合性、交叉滲透性早在它誕生之日起就得到充分的體現(xiàn).在達特茅斯會議上,有包括數(shù)學、神經(jīng)生理學、精神病學、心理學、信息論和計算機科學等多領域的學者參加,科學家們從各自學科的角度出發(fā),根據(jù)不同的學科背景,強調(diào)了各自的重點,產(chǎn)生了激烈的碰撞.盡管出發(fā)點有所不同,它們都匯聚到研究人類智能活動的表現(xiàn)形式和認知規(guī)律,借用數(shù)理邏輯來形式化,用計算機作為載體,提供關于形式化計算和符號處理的理論,模擬人類某些智能行為和方法,構造具有一定智能的人工系統(tǒng),讓計算機去完成以往需要人的智力才能勝任的工作,從而誕生了“人工智能”這一新的學科.
　　當今,網(wǎng)絡無所不在,網(wǎng)絡拓撲成為知識表示的重要手段,網(wǎng)絡中的節(jié)點,可以是形形色色的行為主體,主體之間相互作用.網(wǎng)絡科學是研究網(wǎng)絡中節(jié)點相互作用的理論和方法.人工智能當初在起點時刻發(fā)生的學科碰撞,今天甚至可以通過網(wǎng)絡拓撲進行形式化研究.網(wǎng)絡時代人工智能發(fā)展的主要動力,更是要來自更廣泛學科的交叉滲透,而各學科自身的飛速發(fā)展,為人工智能交叉研究提供了廣闊的空間.
　　1. 1　重視和腦科學的交叉研究腦科學的目的是認識腦、保護腦和創(chuàng)造腦.人腦是生物智能最杰出的表現(xiàn),是自然界中最復雜、最高級的智能系統(tǒng).計算機很早就被稱為電腦,說明人工智能要用電腦模擬人腦、制造機器生命的偉大目標.
　　因此腦科學和人工智能的交叉是必然的.
　　腦科學從分子水平、細胞水平、行為水平和整體水平對腦功能和疾病進行綜合研究,并從腦的發(fā)育過程了解腦的構造和工作原理.人工智能是研究怎樣使計算機來模仿人腦所從事的推理、學習、思考、規(guī)劃等思維活動,來解決人類專家才能處理的復雜問題.應該說,對于人腦的研究是人工智能的必要前提.腦的復雜性體現(xiàn)在它是由太數(shù)量級的神經(jīng)元和千太數(shù)量級的突觸聯(lián)結(jié)的信息處理和決策系統(tǒng).人們的認知活動反應在大腦上很可能對應著一定的生理上的化學、電學的變化,但是目前生命科學還不能在思維活動與亞細胞的化學、電學層次的活動建立確切的關系.例如一個概念如何以生物學形式存儲,它與其他概念發(fā)生聯(lián)系的生物學過程是什么.也不能決定什么樣的神經(jīng)構造可以決定著哪些認知模式的發(fā)生.因而腦科學今后的任務仍將是從多層次來研究腦的整合功能,包括腦如何感知,如何思維,如何理解語言,如何產(chǎn)生情感,并將對神經(jīng)活動的認識推向細胞和分子水平.這些研究都將大大推動自然智能科學的發(fā)展.
　　1. 2　重視和認知科學的交叉研究認知科學是研究人類感知和人類思維過程的科學,包括研究感知、記憶、學習、語言和其他認知活動.感知是大腦通過各種感覺器官接受外界的聲、光、觸、嗅等信息,其中視覺感知起著尤為重要的作用.認知以感知為基礎,知覺是腦對客觀各種屬性的綜合反應,知覺的表達是研究其他各個層面認知過程的基礎.記憶是對感知的保持,有了記憶,當前的反映才能在以前反映的基礎上進行,人才能積累經(jīng)驗.記憶和遺忘是大腦的本能.學習是基本的認知活動,有人把學習分為感知學習、認知學習和意義學習.學習主要是通過語言來表達的,人類智能和其他生物智能最突出的差別就在于語言,尤其是文字語言.語言以語音為外殼、詞匯為材料、語法為規(guī)則.語言是結(jié)構最復雜、使用最靈活、應用最廣泛的符號系統(tǒng).人們通過語言進行思維的活動和認知的交流.還有很多其他的認知行為,如注意、意識等,通過生物的對比實驗,來理解心理活動和表象(如情緒)之間的關系,實現(xiàn)情感計算.
　　人工智能要想在知識的表示、學習、存儲、搜索、優(yōu)化、預測、計劃、判斷、自適應等方面取得突破性成果,必然要把研究目標拓廣到整個認知科學的理論、實驗和實證中去.其中,視覺認知計算、聽覺認知計算以及視聽覺相互作用的認知計算,是一個很重要的切入點.國家自然科學基金委正在醞釀“十一五”期間實行“視聽覺認知計算”的重大計劃.
　　1. 3　重視和物理學的交叉研究人類在對客觀世界的認識過程中,已經(jīng)取得的最集中、最突出的驚人成就,當屬物理學.如分子物理學、原子物理學、粒子物理學,還有天文學的大爆炸理論,大陸漂移說和進化論等.迄今為止,物理學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn),自然界存在萬有引力、電磁力、強作用力和弱作用力相互作用,分別存在于不同尺度的物理現(xiàn)象中,形成所謂的層次.人們對物質(zhì)結(jié)構的認識,一方面去探索大尺度的目標,包括行星、星球、銀河系等,另一方面積極探索微觀世界,發(fā)現(xiàn)物質(zhì)更小的構成單元,從分子、原子深入到原子核、再到中子、質(zhì)子,進一步又深入到夸克層次.用更統(tǒng)一的理論去覆蓋這4種相互作用,是物理學大家孜孜不倦的追求.
　　諾貝爾物理學獎獲得者李政道曾說:“科學,不管天文、物理、生物、化學,對自然界的現(xiàn)象,進行新的準確的抽象,科學家抽象的敘述越簡單,應用越廣泛,科學創(chuàng)造也就越深刻”.如此精辟的結(jié)論,啟發(fā)了一個深刻的問題: 21世紀物理學的發(fā)展依然是簡化歸納.
　　當今,人工智能研究中一個十分活躍的分支———數(shù)據(jù)挖掘,追溯到早期是以演繹為主的專家系統(tǒng)的潮流而動,期望能夠通過對數(shù)據(jù)的分析、清洗、整合、挖掘、模擬人的認知和思維活動,發(fā)現(xiàn)新的知識,這種抽象的過程,本質(zhì)上也是簡化歸納.
　　那么,對人腦自身的認識是否可以借鑒對客觀世界的認知呢? 21世紀認知和思維科學發(fā)展的一個重要方向,就是把現(xiàn)代物理學中對客觀世界的認知理論成果引伸到對主觀世界的認知中來,這就是我們孜孜所求的方向,不妨稱之為認知物理學.
　　物理學在對客觀世界的認識中,場論起到了關鍵的作用.借鑒物理學中場的思想,我們將物質(zhì)粒子間的相互作用及其場描述方法引入抽象的認知空間.按照認知物理學的思路,人自身的認知和思維過程,從數(shù)據(jù)到信息,從信息到知識,如果也用場的思想來形式化表示,就可以建立一個認知場,來描述數(shù)據(jù)之間的相互作用,可視化人的認知、記憶、思維等過程.論域空間中的數(shù)據(jù)也好,概念也好,語言值也好,集團也好,都是場空間中相互作用的客體或者對象,僅僅是粒度不同而已.
　　以從關系數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)知識為例,不妨將發(fā)現(xiàn)知識的背景看作是一個具有M維屬性的N條記錄構成的邏輯數(shù)據(jù)庫,即M維論域空間中的N個客體表示的數(shù)據(jù)分布.每一個客體看作是論域空間的一個點電荷或質(zhì)點,位于場內(nèi)的所有其他客體都將受到該客體的某種作用力.這樣一來,在整個論域空間就會形成一個場,所謂數(shù)據(jù)庫中的知識發(fā)現(xiàn),就是在發(fā)現(xiàn)狀態(tài)空間從不同粒度上研究這些客體之間通過場發(fā)生的相互作用和關系,模擬人類知識發(fā)現(xiàn)中的抽象過程.
　　只有用不同尺度分析、理解自然界、人類社會和人的思維活動,才能更清楚看清問題的本質(zhì).借鑒物理學中的粒度來反映發(fā)現(xiàn)知識的粒度或概念的尺度,是認知物理學的又一個重要內(nèi)容.應用它來研究人類自身的認知機理,研究數(shù)據(jù)、概念、規(guī)則、知識之間的不確定的層次結(jié)構.人的認知過程有感覺、知覺、表象、概念、抽象等不同層次.層次和客體的粒度相關,知識的層次和概念的粒度相關,無論是發(fā)現(xiàn)哪一類知識,如果對于原始較低粒度的概念進行提升,就可以發(fā)現(xiàn)更普遍、更概括的知識,這就是正在興起的粒度計算.
　　人類智能的一個公認特點,是人們能夠從極不相同的粒度上觀察和分析同一問題,不僅能夠在同一粒度世界里進行問題求解,而且能夠很快地從一個粒度世界跳到另一個粒度世界,往返自如,甚至具有同時處理不同粒度世界的能力,這正是人類問題求解的強有力表現(xiàn).而人類的認知和思維的過程,實際上對應著不同粒度表述的概念在不同尺度之間的轉(zhuǎn)化過程,即從一種相對穩(wěn)定的發(fā)現(xiàn)狀態(tài)向另一種相對穩(wěn)定的發(fā)現(xiàn)狀態(tài)的過渡.如何形式化描述人類認知過程中從數(shù)據(jù)到概念,從概念到規(guī)則的發(fā)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換,以及知識由細粒度到粗粒度的逐步歸納簡約的過程,也是人工智能研究中的基礎問題.我們借鑒物理空間的多視圖、多尺度、多層次等特點,借用物理學中狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換的思想,形成了知識發(fā)現(xiàn)狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換的框架,空間中的每個狀態(tài)代表一個相對穩(wěn)定的知識形態(tài),而認知過程則對應著從一個狀態(tài)空間到另一個狀態(tài)空間的轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)場成為發(fā)現(xiàn)狀態(tài)空間轉(zhuǎn)換的重要工具.

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