人工智能现状与展望

人工智能—现状与展望 梅宏·2025.11.04 目录 一、概念辨析二、历史回顾三、发展现状四、未来展望 何为“智能”？ •“智能”这一概念本是人类用以区别自身和其他动物的专属词。但是，迄今为止，对“智能”还没有公认的定义。 •维基百科，Intelligence：抽象、逻辑、理解、自我意识、学习、情感知识、推理、规划、创造力、批判性思维、解决问题。——智能并非单一能力，而是由多个认知过程协同产生 人们谈智能，大多是指人脑的智能，又分感知和认知。 人的计算能力是智能吗？ •在教育不是那么普及的年代，无疑“是”！；•在计算机能力远超人类的今天，还有多少人认为“是”？•人类为计算建立了方法和规则，发明了工具，也一直在努力发明会计算的机器：•帕斯卡加法器(1642年)、莱布尼茨机械计算器（1673年）、巴贝奇的差分机（1822年）等•1946年，第一台电子计算机ENIAC，比当时最快的机电式计算机HarvardMarkI计算速度提升“千倍”！相对“人力计算”速度提升“万倍”！•Computer原用于人，后被称为“电脑”。 何为“计算”？-模拟智能 •“计算”（Computation）一词源自拉丁语computare。原义指进行数学计算或计数。在古代，计算主要指人类借助工具进行的数值运算，如用算盘计算。 •“算法”：大英百科全书，Algorithm，通过有限的步骤产生问题的答案或问题的解决方案的机械过程。词源自中世纪阿拉伯数学家，拉丁化为“Algoritmi”），于9世纪编写的《代数学》一书系统介绍求解方程的方法 人类对算法和计算过程的认识实际可追溯古代文明中的数学程序化操作：如公元前3世纪求最大公约数的欧几里得算法（辗转相除法），我国《九章算术》中系统的数学（算学）步骤 理性主义推动的“计算” 莱布尼茨作为理性主义哲学家，笃信世界的运行有其逻辑秩序，人类若能发明出一套完备的符号系统和演算方法，就能机械地解决各种思想问题 •“通用语言”（CharacteristicaUniversalis），用精确定义的符号来表示一切知识•“理性演算”（Calculus Ratiocinator）作为推理的规则系统 莱布尼茨：“只要计算即可！当出现争议时，我们不必再空论，我们计算一下，看谁是对的。” ——反应了理性主义对机械理性的信心：通过恰当的符号表示和操作，人类的推理可以转化为一种无需直觉猜测的确定机械过程。计算是理性规则的机械运用，蕴含着确定性和可预测性 “Let us calculate,without furtherado, to see who isright” 莱布尼茨机械计算器（约1670），作为“理性演算”（CalculusRatiocinator）的原始阶段载体 莱布尼茨（Gottfried Leibniz）（1646-1716） （CharacteristicaUniversalis） “计算”概念的抽象形式化 •David Hilbert的理性乐观：通过纯逻辑演绎可彻底奠定数学基础，提议为全部数学建立一致的公理系统，并证明其无矛盾性和完备性（希尔伯特纲领，Hilbert’s Program，形成于1920年代初） •形式系统的完备（所有真命题可证明）、一致（无矛盾）——不成立（Kurt Gödel，1931） •可判定（存在机械法判断命题真伪）——不成立(Alan Turing，1936) •Alan Turing:抽象形式化“计算”=“（图灵机）可计算（computable）” •计算是一类抽象的过程，可以被视为关于符号操作的形式系统——根据一定规则对符号进行操作、从输入得出输出的过程 •计算独立于实现它的具体物理装置，不仅包括数值计算，也包括逻辑推理、算法执行，乃至自然系统的信息过程 Alan Turing（1912-1954）“计算机科学之父”“人工智能之父” ”我们必须知道，我们必将知道“ David Hilbert（1862-1943）法国数学家 “图灵”与“机器智能” •理性主义：人类的推理认知过程如果是符号的机械计算过程。自然导出：具有符号机械计算能力的机器具有智能吗？“机器能思考吗？”（Canmachinethink） 讨论了让机器表现出像人一样的智能行为的可能路径 •与人脑类比•人的智力只能通过教育被开发•对机器采用类人的教育过程•通过奖励和惩罚教育 “图灵”与“机器智能” •理性主义：人类的推理认知过程如果是符号的机械计算过程。自然导出：具有符号机械计算能力的机器具有智能吗？“机器能思考吗？”（Canmachinethink） •Turing给出了智能的测试标准——图灵测试，“模仿游戏”，《计算机器与智能》，1950年（ComputingMachineryandIntelligence） 模仿游戏（ImitationGame），性别判断游戏：询问者C通过文字对话（不可见对方）来辨别隐藏身份的男性A与女性B，其中A试图误导判断，B则协助正确识别。图灵将其改良为人工智能测试——当用计算机替代男性A的角色时，若询问者误判计算机为人类的概率与在原版游戏中混淆性别的概率相当，则视为机器通过了智能测试。通过对话交互判断机器能否模拟人类思维的实验设计，成功将抽象的"机器能否思考"哲学问题转化为可操作的实证检验标准 “人类智能”与“人工智能” •“人类智能”：大英百科全书，Human intelligence，人的脑力素质，包括从经验中学习、适应新情况、理解和处理抽象概念、以及应用知识去操控所处环境的能力。 •“人工智能”：“Artificial Intelligence，维基百科，指计算系统执行通常与人类智能相关的任务的能力，例如推理、解决问题、学习、感知和决策。 AI术语诞生： 1956年达特茅斯会议 会议提案：“学习的每个方面或智力的任何其他特征都可以被精确地描述，以便机器可以模拟它。”（everyaspect of learning or any other feature ofintelligence can in principle be so preciselydescribed that a machine can be made tosimulate it） ——让机器模拟人类智能之研究领域 “符号主义”vs“连接主义” •如何模拟“智能”？——两个对立的观点：“符号主义”和“连接主义” •符号主义：与理性主义一脉相承，对智能来源的假设为“符号主义基本假设” •连接主义：与经验主义更相关，对智能来源的假设为“分布式并行处理”假设 连接主义基本假设：分布式并行处理（1986年正式提出，Parallel Distributed Processing，PDP） 符号主义基本假设：物理符号系统假说（1976年正式提出，Physical Symbol System Hypothesis, PSSH） 核心主张：“智能源于大量简单处理单元之间的相互作用，每个单元向其他单元发送兴奋和抑制信号。”——强调智能的涌现性和适应性 核心主张：“物理符号系统具有产生智能行为的必要和充分条件。”——强调心智即计算 （解读：大量神经元通过加权连接及权重的调整形成的分布式并行计算可以产生智能） DavidRumelhart（左）美国心理学家 James McClelland（右）美国心理学家 四个重要术语及其关系 •机器学习（Machine Learning，ML）：AI子领域，研究如何让机器通过数据/经验自动改进性能（智能的适应性） •机器智能（Machine Intelligence，MI）：指机器所展现的智能行为概念 Arthur Samuel“ML”一词提出者，1959年。提出了“西洋跳棋”AI，→AlphaGo AI（相同框架）。 •人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）：受生物神经系统启发的计算模型，大量人工神经元相互连接组成 •人工智能（Artificial Intelligence，AI）：让机器模拟人类智能之研究领域 11FrankRosenblatt1957年提出第一个可学习的ANN“感知机” Warren McCulloch（右）和Walter Pitts（左）提出“人工神经元模型”,1943年 John McCarthy“AI”一词提出者，1956年。1971年图灵奖获得者。 目录 一、概念辨析二、历史回顾三、发展现状四、未来展望 从“知识”视角看待“人工智能” “知识”的“本体论”（Ontology）和“认识论”（Epistemology）两个维度 《The Society of Mind》《心智社会》，1986MarvinMinsky人工智能领域奠基者1969年图灵奖 方法论维度：知识如何获取？ •理性主义：倾向在模型中注入先验结构、规则、逻辑或公理体系，通过内在的推理或演绎来获得知识•经验主义：倾向依赖外部数据、大规模统计、环境交互来“经验地”归纳学习 “我们最不了解自己的大脑最擅长做什么，人类最难逆向的技能是那些低于意识水平的技能”（The Society ofMind，1986）——Marvin Minsky 本体论维度：知识如何表示？ Michael Polanyi匈牙利-英籍博学家两个学生、一个儿子获诺奖 •显式表示：知识能被人类或符号系统直接解读、修改和推理，可读性和可解释性更强•隐式表示：知识常以参数、权重或概率分布的形式存在，难以直接被人类理解或编辑 13《TheTacit Dimension》《默会维度》，1966 人工智能早期的乐观预期 “在3到8年内，我们将拥有一台具有普通人一般智能的机器。我的意思是，一台能够阅读莎士比亚作品、给汽车换油、参与办公室政治、讲笑话、打架的机器。到那时，这台机器将开始以惊人的速度自我教育。几个月后，它将达到天才水平，再过几个月，它的力量将无法估量。”——Marvin Minsky在1970年接受生活杂志采访时的乐观预期 Allen Newell和Herbert Simon在1957年乐观预测•十年内，数字计算机将成为世界国际象棋冠军，除 非比赛规则禁止其参赛。•十年内，数字计算机将发现并证明一个重要的新数学定理。•十年内，数字计算机将创作出被评论家认为具有相当审美价值的音乐作品。•十年内，大多数心理学理论将以计算机程序的形式出现，或以关于计算机程序特性的定性陈述为基础。•可预见的未来内，机器能处理人类能处理的所有问题。—1997年“深蓝”—除了国际象棋的预测，其余预测至今尚未完全实现 “生活杂志”（LIFE）是美国一本具有重大影响力的新闻和摄影杂志，由美国时代出版公司出版，以高质量的摄影报道和深入的新闻分析著称。 媒体的乐观预期——对感知机的系列报道 1957年7月8日和7月13日，美国纽约时报（NewYorkTimes）发表了两篇报道，表达了对基于“感知机”模型的电子计算机产生高级智能行为的乐观预期 The Navy revealed the embryo of an electronic computer today thatit expects will be able to walk, talk, see, write, reproduce itselfand be conscious of its existence. 海军今天公布了一种电子计算机的胚胎，预计它将能够行走、说话、看、写、自我复制并意识到自己的存在。 The Navy last week demonstrated the embryo of an electroniccom-puternamed the Perceptron which, when completed in abouta year, is expected to be the