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人工智能的現(xiàn)狀與未來的發(fā)展方向

2014-03-06　 來源：《邊疆經(jīng)濟(jì)與文化》　 作者：魏葆春

人類現(xiàn)在已經(jīng)把計算機(jī)的能力提高到了前所未有的地步，而人工智能也在本世紀(jì)領(lǐng)導(dǎo)著計算機(jī)發(fā)展的潮頭。人工智能的發(fā)展受理論的限制已不明顯，今后它必將像今天的網(wǎng)絡(luò)一樣深遠(yuǎn)地影響我們的生活。

一

人工智能也稱機(jī)器智能，它是計算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科互相滲透而發(fā)展起來的一門綜合性學(xué)科。從計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的角度出發(fā)，人工智能是研究如何制造出人造的智能機(jī)器或智能系統(tǒng)，來模擬人類智能活動的能力，以延伸人類智能的科學(xué)。

科學(xué)家早在計算機(jī)出現(xiàn)之前就已經(jīng)希望能夠制造出可能模擬人類思維的機(jī)器了，杰出的數(shù)學(xué)家布爾通過對人類思維進(jìn)行數(shù)學(xué)化精確的刻畫，奠定了智慧機(jī)器的思維結(jié)構(gòu)與方法。當(dāng)計算機(jī)出現(xiàn)后，人類開始真正有了一個可以模擬人類思維的工具。1936年，24歲的英國數(shù)學(xué)家圖靈(Turing)提出了"自動機(jī)" 理論，把研究會思維的機(jī)器和計算機(jī)的工作大大向前推進(jìn)了一步，他也因此被稱為"人工智能之父"。1956年在達(dá)特茅斯大學(xué)召開的會議上正式使用了"人工智能" (Artificial Intelli-genee，AI)術(shù)語；1957年，香農(nóng)和另一些人又開發(fā)了General Problem Solver(GPS)程序，它對Wiener的反饋理論有所擴(kuò)展，并能夠解決一些比較普遍的問題。在1963年，美國政府為了在冷戰(zhàn)中保持與蘇聯(lián)的均衡，支持麻省理工學(xué)院進(jìn)行人工智能的研究，使人工智能得到了巨大的發(fā)展。隨后的幾十年中，人們從問題求解、邏輯推理與定理證明、自然語言理解、博弈、自動程序設(shè)計、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)以及機(jī)器人學(xué)等多個角度展開研究，已經(jīng)建立了一些具有不同程度人工智能的計算機(jī)系統(tǒng)。此后隨著硬件和軟件的發(fā)展，計算機(jī)的運算能力以指數(shù)級增長，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)蓬勃興起，汁算機(jī)越來越具備了足夠的條件來運行一些要求更高的AI軟件，促使人工智能研究出現(xiàn)新的高潮。

二

目前人工智能研究的三個熱點是：智能接口、數(shù)據(jù)挖掘、主體及多主體系統(tǒng)。智能接口技術(shù)是研究如何使人們能夠方便自然地與計算機(jī)交流。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，要求計算機(jī)能夠看懂文字、聽懂語言、說話表達(dá)，甚至能夠進(jìn)行不同語言之間的翻譯，而這些功能的實現(xiàn)又依賴于知識表示方法的研究。因此，智能接口技術(shù)的研究既有巨大的應(yīng)用價值，又有基礎(chǔ)的理論意義。

數(shù)據(jù)挖掘就是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的實際應(yīng)用數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中的、人們事先不知道的、但又是潛在有用的信息和知識的過程。數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)的研究目前已經(jīng)形成了三根強(qiáng)大的技術(shù)支柱：數(shù)據(jù)庫、人工智能和數(shù)理統(tǒng)計。主要研究內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論、發(fā)現(xiàn)算法、數(shù)據(jù)倉庫、可視化技術(shù)、定性定量互換模型、知識表示方法、發(fā)現(xiàn)知識的維護(hù)和再利用、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中的知識發(fā)現(xiàn)以及網(wǎng)上數(shù)據(jù)挖掘等。

主體是具有信念、愿望、意圖、能力、選擇、承諾等心智狀態(tài)的實體，比對象的粒度更大，智能性更高．而且具有一定自主性。主體試圖自治地、獨立地完成任務(wù)，而且可以和環(huán)境交互，與其他王體通信，通過規(guī)劃達(dá)到目標(biāo)。多主體系統(tǒng)主要研究在邏輯上或物理上分離的多個主體之間協(xié)調(diào)智能行為，最終實現(xiàn)問題求解。多主體系統(tǒng)試圖用主體來模擬人的理性行為，主要應(yīng)用在對現(xiàn)實世界和社會的模擬、機(jī)器人以及智能機(jī)械等領(lǐng)域。目前對主體和多主體系統(tǒng)的研究主要集中在主體和多主體理論、主體的體系結(jié)構(gòu)和組織、主體語言、主體之間的協(xié)作和協(xié)調(diào)、通信和交互技術(shù)、多主體學(xué)習(xí)以及多主體系統(tǒng)應(yīng)用等方面。

三

從目前的一些前瞻性研究可以看出，未來人工智能可能會向以下幾個方面發(fā)展：符號計算、模式識別、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器情感。

1． 符號計算

計算機(jī)最主要的用途之一就是科學(xué)計算，科學(xué)計算可分為兩類：一類是純數(shù)值的計算，例如求函數(shù)的值、方程的數(shù)值解、天氣預(yù)報、油藏模擬、航天等領(lǐng)域；另一類是符號計算，義稱代數(shù)運算，這是一種智能化的計算，處理的是符號。符號可以代表整數(shù)、有理數(shù)、實數(shù)和復(fù)數(shù)，也可以代表多項式、函數(shù)、集合等。長期以來，人們一直盼望有一個可以進(jìn)行符號計算的計算機(jī)軟件系統(tǒng)。早在上世紀(jì)50年代末，人們就開始對此研究，隨著計算機(jī)的普及和人工智能的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了多種功能齊全的計算機(jī)代數(shù)系統(tǒng)軟件。Mathematica是第一個將符號運算、數(shù)值計算和圖形顯示很好地結(jié)合在一起的數(shù)學(xué)軟件，用戶能夠方便地用它進(jìn)行多種形式的數(shù)學(xué)處理�，F(xiàn)在符號計算軟件有一些共同的特點，，就是在可以進(jìn)行符號運算、數(shù)值計算和圖形顯示等同時，還具有高效的可編程功能。在操作界面上一般都支持交互式處理，人通過鍵盤輸入命令，計算機(jī)處理后即顯示結(jié)果。并且人機(jī)界面友好，命令輸入方便靈活，極易尋求幫助。但計算機(jī)畢竟是機(jī)器，它只能執(zhí)行人給它的指令，有一定的局限性。

2．模式識別

模式識別就是通過計算機(jī)用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來研究模式的自動處理和判讀。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人類有可能研究復(fù)雜的信息處理過程，用計算機(jī)實現(xiàn)模式(文字、聲音、人物、物體等)的自動識別，是開發(fā)智能機(jī)器的一個最關(guān)鍵的突破口，也為人類認(rèn)識自身智能提供線索。信息處理過程的一個重要形式是生命體對環(huán)境及客體的識別。對人類來說，特別重要的是對光學(xué)信息(通過視覺器官來獲得)和聲學(xué)信息(通過聽覺器官來獲得)的識別。計算機(jī)識別的特點是速度快、準(zhǔn)確性和效率高。指紋是人體的一個重要特征，具有唯一性。北京大學(xué)有關(guān)專家對數(shù)字圖像的離散幾何性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，建立了從指紋灰度圖像精確計算紋線局部方向、進(jìn)而提取指紋特征信息的理論與算法，隨后研究成功了適于民用身份鑒定的全自動指紋鑒定系統(tǒng)，以及適于公安刑事偵破的指紋鑒定系統(tǒng)，開創(chuàng)了我國指紋自動識別系統(tǒng)應(yīng)用的先例。一汽集團(tuán)公司與國防科技大學(xué)最近合作研制成功"紅旗轎車自主駕駛系統(tǒng)" (即無人駕駛系統(tǒng))，它標(biāo)志著我國研制高速智能汽車的能力已達(dá)到當(dāng)今世界先進(jìn)水平。汽車自主駕駛技術(shù)是集模式識別、智能控制、計算機(jī)學(xué)和汽車操縱動力學(xué)等多門學(xué)科于一一體的綜合性技術(shù)，代表著一個國家控制技術(shù)的水平。紅旗車自主駕駛系統(tǒng)采用計算機(jī)視覺導(dǎo)航方式，并采用仿人控制，實現(xiàn)了對紅旗車的操縱控制。

3．專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是一個具有大量的專門知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問題。簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計算機(jī)程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域之一，各種專家系統(tǒng)已遍布各個專業(yè)領(lǐng)域，取得很大的成功。根據(jù)專家系統(tǒng)處理問題的類型，可把專家系統(tǒng)分為解釋型、診斷型、調(diào)試型、維修型、教育型、預(yù)測型、規(guī)劃型、設(shè)計型和控制型等10種類型。為了實現(xiàn)專家系統(tǒng)，必須存儲有該專門領(lǐng)域中經(jīng)過事先總結(jié)、分析并按某種模式表示的專家知識庫，以及擁有類似于領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q實際問題的推理機(jī)制(構(gòu)成推理機(jī))。系統(tǒng)能對輸入信息進(jìn)行處理，并運用知識進(jìn)行推理，作出決策和判斷，其解決問題的水平達(dá)到或接近專家的水平，因此能起到專家或?qū)＜抑值淖饔�。開發(fā)專家系統(tǒng)的關(guān)鍵是表示和運用專家知識，即來自領(lǐng)域?qū)＜业募罕蛔C明對解決有關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的典型問題有用的事實和過程。目前，專家系統(tǒng)主要采用基于規(guī)則的知識表示和推理技術(shù)。

4．人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器情感

人工智能的基本思想已經(jīng)在許多領(lǐng)域中得到應(yīng)用。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是未來人工智能應(yīng)用的新領(lǐng)域，未來智能計算機(jī)的構(gòu)成可能就是作為主機(jī)的馮·諾依曼型機(jī)與作為智能外圍的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。研究表明：情感是智能的一部分，而不是與智能相分離的，因此人工智能領(lǐng)域的下一個突破可能在于賦予計算機(jī)情感能力。情感能力對于計算機(jī)與人的自然交往至關(guān)重要。安放于加州勞倫斯·利佛摩爾國家實驗室的asci white電腦，是ibm制造的世界最快的超級電腦，但其智力能力也僅為人腦的千分之～ �，F(xiàn)在．ibm正在開發(fā)能力更為強(qiáng)大的新超級電腦- - "藍(lán)色牛仔" (blue jean)。據(jù)其研究主任保羅·霍恩稱，預(yù)計于數(shù)年后誕生的"藍(lán)色牛仔" 的智力水平將大致與人腦相當(dāng)。麻省理工學(xué)院的ai實驗室進(jìn)行的一個代號為cog的項目，計劃賦予機(jī)器人以人類的行為。現(xiàn)在，人類已經(jīng)把計算機(jī)的計算能力提高到了前所未有的地步．而人工智能也在本世紀(jì)領(lǐng)導(dǎo)計算機(jī)發(fā)展的潮頭。當(dāng)前人工智能的發(fā)展受到理論的限制已不是很明顯，今后它必將像今天的網(wǎng)絡(luò)一樣，深遠(yuǎn)地影響我們的生活。

關(guān)鍵詞：人工智能 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 機(jī)器智能

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