2023 中国人工智能系列白皮书——人工智能原理

中国人工智能系列白皮书 中国人工智能系列白皮书 - 人工智能原理 中国人工智能学会 二○二三年九月 中国人工智能系列白皮书 1 《中国人工智能系列白皮书》编委会 主 任：戴琼海 执行主任：王国胤 副 主 任：陈 杰 何 友 刘成林 刘 宏 孙富春 王恩东 王文博 赵春江 周志华 委 员：班晓娟 曹 鹏 陈 纯 陈松灿 邓伟文 董振江 杜军平 付宜利 古天龙 桂卫华 何 清 胡国平 黄河燕 季向阳 贾英民 焦李成 李 斌 刘 民 刘庆峰 刘增良 鲁华祥 马华东 苗夺谦 潘 纲 朴松昊 钱 锋 乔俊飞 孙长银 孙茂松 陶建华 王卫宁 王熙照 王 轩 王蕴红 吾守尔·斯拉木 吴晓蓓 杨放春 于 剑 岳 东 张小川 张学工 张 毅 章 毅 周国栋 周鸿祎 周建设 周 杰 祝烈煌 庄越挺 《中国人工智能系列白皮书----人工智能原理》编写组 李昂生 杨博 彭攀 冯启龙 陈薇 金弟 祁琦 姚鹏晖 陈雪 王子贺 中国人工智能系列白皮书 2 前言 人工智能技术的发展与成功应用已经成为21世纪科技领域最大的新现象。然而，科学地理解人工智能原理已经超出了现有科学体系的范畴。显然，人工智能是人类科学技术发展的必然结果，人工智能科学也将是人类科学进步与发展必然实现的目标。 破解人工智能的科学和技术障碍是人类科学技术发展绕不开也跨不过的重大前沿课题，并且已经凸显为人类21世纪首先需要突破的问题。 人工智能的科学与技术突破需要新的科学思想；人工智能本身是一个多学科交叉融合的科学现象，人工智能必然与若干主要的学科实质相关；人工智能技术开始于20世纪中叶，已经经历了几个重要的发展阶段，推动人工智能作为一个重大挑战走到21世纪的科学前沿。 本白皮书顺应并体现人工智能的上述现状，由人工智能基础专委会负责组织。 具体编写组织如下： 北京航空航天大学、中关村国家实验室李昂生教授撰写了《人工智能总论》，分析了人工智能的重大科学问题，和其它学科的边界，论述了人工智能原理的总体框架和主要构成部分。 吉林大学杨博教授撰写了《符号主义人工智能》以总结基于逻辑推理的人工智能的成就、问题与未来展望。 中国科学技术大学彭攀教授和陈雪博士撰写了《大数据算法与可信计算理论》以总结基于计算的智能研究成果，分析计算与智能这两个概念的实质、关系与边界。 中南大学冯启龙教授撰写了《难解问题的智能算法》，以总结在困难问题智能算法求解方面的成就，分析困难问题的实质，展望智能算法在困难问题求解方向的前景。 中国人工智能系列白皮书 3 中国科学院计算技术研究所陈薇研究员撰写了《神经网络的数学原理》以总结深度神经网络学习理论方向的成就、问题和未来展望。 天津大学金弟教授撰写了《神经网络的计算原理》以总结神经网络作为计算模型方向的成就、问题和未来展望。 中国人民大学祁琦教授和王子贺博士撰写《人工智能的博弈理论》以总结智能的博弈途径研究的成就、问题和未来展望。 南京大学姚鹏晖教授撰写了《量子人工智能》以总结基于量子物理的人工智能方向研究的成就、问题和未来展望。 李昂生教授撰写了白皮书的其余章节，包括《信息定律与信息模型》，《信息演算理论》，《（观察）学习的数学理论》，《自我意识的数学理论》，《博弈/谋算理论》，《人工智能信息模型》，这些内容是李昂生创建的《信息世界的数学原理》中的主要科学思想和基本科学原理的简单介绍；在《信息时代的科学双引擎和信息时代重大科学问题》一章，李昂生提出了信息时代的几个重大科学问题。 本白皮书的内容包括了： 智能作为一个科学概念的模型、原理与方法；智能与推理、计算、通信、博弈等科学概念的实质关系与边界界定；智能与数据、数学、物理、生物的实质关系与边界界定；智能技术的工程原理与方法等。 这些内容构成了本白皮书人工智能原理的五大部分： 第一部分 人工智能总论 由李昂生教授的《人工智能总论》构成。 第二部分 逻辑推理人工智能和计算智能 由杨博教授的《符号主义人工智能》，彭攀教授和陈雪博士的《大数据算法与可信计算理论》和冯启龙教授的《难解问题的智能算法》等三章构成。 中国人工智能系列白皮书 4 第三部分 神经网络人工智能和生物人工智能 由陈薇研究员的《神经网络的数学原理》和金弟教授的《神经网络的计算原理》两章构成。 第四部分 数学人工智能和物理人工智能 由祁琦教授和王子贺博士的《人工智能的博弈理论》和姚鹏晖教授的《量子人工智能》两章构成。 第五部分 信息主义人工智能：层谱抽象认知模型人工智能 由李昂生教授的《信息定律与信息模型》，《信息演算理论》，《（观察）学习的数学理论》，《自我意识的数学理论》，《博弈/谋算理论》，《人工智能信息模型》，和《信息时代的科学双引擎和信息时代重大科学问题》等章构成。 白皮书的第一部分分析了人工智能的根本科学问题，揭示了人工智能科学是人类科学技术发展的必然结果，分析了人工智能科学是现有科学体系所不足于支撑的重大科学问题；第二、第三和第四部分主要是基于分而治之这一物理世界分析方法科学体系的人工智能原理；第五部分是李昂生创建的层谱抽象认知模型这一信息世界科学范式的数学原理及基于这个新科学原理的人工智能原理。 本白皮书第五部分揭示了信息是建立智能科学的钥匙；揭示了层谱抽象是人认知世界、感知认知自我的模型与方法；揭示了信息世界的层谱抽象认知模型、原理与方法；揭示了层谱抽象认知模型与分而治之分析方法结合是建立人工智能科学的总方法，这一总方法恰好就是2500多年以前，孙子兵法的核心科学思想：谋算，谋就是层谱抽象，算就是分而治之；揭示并建立了人工智能的数学实质与基本科学原理；提出人工智能的智能论断 （Intelligence Thesis）：智能=信息；揭示了层谱抽象认知模型与分而治之分析方法构成了信息时代的科学双引擎。 中国人工智能系列白皮书 5 目 录 目 录 ....................................................................................................... 5 第一部分 ..................................................................................................... 1 人工智能总论............................................................................................. 1 第1章 人工智能总论 .............................................................................. 2 1.1 人工智能的科学思想起源 ......................................................... 2 1.2 人工智能的数理逻辑原理 ......................................................... 5 1.3 人工智能的计算原理 ................................................................. 7 1.4 图灵对机器智能的研究 ............................................................. 9 1.5 人工智能研究的兴起 ............................................................... 11 1.6 符号主义人工智能 ................................................................... 11 1.7 连接主义人工智能 ................................................................... 12 1.8 行为主义人工智能 ................................................................... 14 1.9 人工智能的数学、物理挑战 ................................................... 15 1.10 人工智能的重大科学挑战 ..................................................... 15 1.10.1 数学、物理对象的可分性 .............................................. 15 1.10.2 信息世界对象的不可分性 .............................................. 16 1.10.3 信息世界对象的可定义性问题 ...................................... 17 中国人工智能系列白皮书 6 1.10.4 人学习的基本问题 .......................................................... 17 1.10.5 自我意识的基本问题 ...................................................... 18 1.10.6 博弈/谋算的基本科学问题 ............................................. 18 1.10.7 本节小结 .......................................................................... 19 1.11 信息科学重大挑战性问题 ..................................................... 19 1.11.1 经典信息论 ....................................................................... 19 1.11.2 生成策略 ........................................................................... 21 1.11.3 解码策略 ........................................................................... 23 1.11.4 信息的模型 ....................................................................... 24 1.11.5 信息基本定律................................................................... 25 1.11.6 信息科学是什么？ .......................................................... 25 1.11.7 信息的数学理论是什么？ .............................................. 26 1.12 信息科学原理 ..............................................