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人工智能:从科幻到现实
2016/3/14 13:04:16   科普中国   

制造出像人类一样思考的机器是20世纪以来科学家们最伟大的梦想之一。从1942年科幻作家阿西莫夫提出机器人三大定律开始,人工智能正式登上了时代舞台。在历代科学家的努力下,在不到百年的时间内,人工智能已经从科幻逐步向现实迈进。


第一个为计算机研究铺平道路的人是艾伦-图灵(Alan Turing)。他设想出了图灵机,用它模拟了人类进行计算的过程。人类使用的草稿纸被化为一条无限长的纸带,笔被模型化成了一个读写头,10以内的运算法则模型化为读写头的程序,而大于等于10的计算则化为读写头的内部状态。在设定好纸带上的初始信息、读写头的内部状态和程序后,图灵机就可以运行起来了。它一刻不停地读入纸带上的信息,并根据当下的内部状态和运算程序将结果信息输出纸带上。


图灵机的示意图(网络图)


图灵机(网络图)


图灵机一诞生就得到了科学界的认可,受到鼓舞的图灵进一步思考着图灵机计算能力的极限。1950年,他发表了名为《机器能够思考吗?》的论文,提出了这样一个标准:假如一台机器能够迷惑人类测试者,令30%或以上的测试者将机器误以为是真人,那这台机器就通过了“图灵测试”,被认证为拥有了智能。


图灵(网络图)


20世纪40年代,计算机技术在两位天才的领导下有了巨大的突破。1945年,匈牙利人冯-诺依曼(John van Neumann)在火车上完成了早期计算机EDVAC的设计,这个设计和图灵机是一脉相承的,最大的不同在于,诺依曼的读写头不再需要一格一格地在纸带上移动,而是可以根据指定的位置“跳读”。这个设计推动着人类进入了信息时代,使现实之光照进了人工智能之梦。1948年,美国的神童伯特?维纳(Norbert Wiener)提出了“控制论”,深入探讨了人和机器的统一性,并率先将计算机与心理学、脑科学、工程学联系起来,揭示了用机器模拟人的可能。


冯-诺依曼和他的计算机模型(网络图)


伯特-维纳和他的计算机模型(网络图)


在以上的天才们铺平了理论道路、计算机呱呱坠地之后,人工智能终于横空出世了。1956年8月,在美国一个宁静小镇的达特茅斯学院里,以约翰-麦卡锡(John McCarthy)为首的一群世界上最卓越的计算机专家们齐聚一堂,开了足足两个月的会议。他们激烈地探讨着机器模拟人类学习的可能,乐观派认为,经过一代人的努力,与人类拥有同样智能的机器就会出现,而保守的人则有别的看法。尽管最后没有达成共识,但大家却给会议的主题起了一个名字:“人工智能”。正是因此,1956年成为了人工智能元年,上千万的美元被投入到了人工智能的研究中。


达特茅斯会议后,人工智能迎来了近二十年的“黄金时期”,好消息不断出现。1956年,第一个计算机字符识别程序诞生,开辟了模式识别这一新的领域;1959年,阿瑟-萨缪尔(Arthur Samuel)制作的跳棋程序打败了他本人,三年后,这个程序已经可以击败美国跳棋的州冠军;人们制造出了可以证明数学定理的计算机程序,绝佳的例子是在1976年,靠着计算机超强的穷举和计算能力,凯尼斯?阿佩尔(Kenneth Appel)和沃夫冈-哈肯(Wolfgang Haken)证明了著名的四色猜想。


阿瑟-萨缪尔和他的跳棋程序(网络图)


这一连串的胜利冲昏了大部分人工智能科学家的头脑,很多人开始盲目乐观起来。1958年时,就有人自信满满地说,按照这个速度发展下去,2000年时人工智能就可能超过人类。谁也没想到,在二十年短暂的黄金时期过后,人工智能的发展迎来了艰难的寒冬。1965年,机器定理证明领域遇到了最大的挑战:计算机推了数十万步也没办法证明两个连续函数之和依然是连续函数(而这对人类说并不是难事);萨缪尔的跳棋程序也遇到了瓶颈,它只能打败州冠军,无法进一步战胜世界冠军;更要命的是在翻译领域,人工智能完全没办法理解人类的自然语言。这些不利的证据令美国和英国政府大幅削减了人工智能的科研经费,满腔热血的科学家们不得不冷静下来,思考前方该何去何从。


自20世纪80年代开始,人工智能分为了三足鼎立的三大学派,分别为符号学派、链接学派和行为学派,它们大致是从高、中、低三个层次来模拟和理解人工智能的。这三大学派虽然存在微妙的联系,但它们的理论指导思想和计算机模型都有着迥然不同的差异。三大学派谁也无法证明自己是最佳的那个,在磕磕碰碰的发展中,人们步入了21世纪。人工智能非但没有如同第一代的先辈们预言的那样战胜人类,反而遇上了各种高深地看似无法解决的问题。


当然,这并不意味着人工智能的希望已经熄灭。人类在过去的数十年里取得了过去被认为是科幻故事的种种成就,我们离人工智能的距离是史无前例地近;只不过对它了解得越多,就越会明白目前人类的知识有多么匮乏。在争论声中,人工智能迈入了21世纪的第二个十年,模拟大脑概念的出现再次燃起了人们的渴望。科学家们决定开辟一条新的道路:直接模拟人类大脑的结构和功能。德国海德尔堡大学的FACETS(Fast Analog Computing with Emergent Transient States)项目利用数以千计的芯片,创造出了一个包含10亿个神经元和1013个突触的人工大脑(复杂程度仅仅是人类大脑的十分之一)。目前,模拟大脑最大的问题在于,人类其实连自己的大脑都还没完全搞明白,我们对大脑的结构功能的认知还相当浅显,为了解决这个问题,2013年美国奥巴马政府宣布启动“脑计划(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies,简称BRAIN)”,它的启动资金就有1亿美元,致力于开发能够记录大群神经元甚至是整片脑区活动的新技术。这极有可能刷新人类对大脑认知的记录。


2014年6月12日是一个激动人心的日子。在图灵测试被提出64年后,终于有一台机器通过了测试。这是一个名为“尤金(Eugene Goostman)”的聊天程序。它有一张戴眼镜小男孩的面孔,成功地在五分钟内骗过了30%的人类测试者,达到了当年图灵提出的标准。不过,这个程序实际上并没有那么厉害;测试时间只有五分钟,而且“尤金”告诉人类测试者说,他是一个13岁、母语并非英语的小男孩,这很大程度上为它应答时的出现各种缺陷找了借口。正如同图灵在《机器能够思考吗?》里面说的一样:“……我们仍有许多工作要做。”


“尤金”的聊天界面(网络图)

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