北京航空航天大學(xué) 何立民

人工智能的兩個領(lǐng)域

北京航空航天大學(xué) 何立民

“思考”與“行為”是人類智能的兩種類型?！八伎肌笔谴竽X獨立的思維方式，“行為”是作用于客體的智力表現(xiàn)。兩種不同的智能類型決定了人工智能兩種形式、兩條道路、兩種工具、兩個領(lǐng)域。人工智能源自圖靈機模型，圖靈機在實現(xiàn)了人工智能的實用化智力內(nèi)核（微處理器）后，迅速分化成兩種不同的智力內(nèi)核（通用微處理器與嵌入式微控制器），以滿足人工智能兩個領(lǐng)域的全面需求。

1　人類智能的兩種表現(xiàn)

思維與智力行為是人類智能的兩種表現(xiàn)方式，人類思考方式是思維，人類的行為方式是智力。無論是思維還是智力，都是知識基礎(chǔ)上的能力與行為。動物沒有知識，人們很難窺見動物思考，只能從動物的行為中了解它們的智力。人們常常喜歡將某些寵物的智力與人類相比，殊不知兩者有本質(zhì)不同：馬戲團的小狗會數(shù)數(shù)，只是條件反射的訓(xùn)練結(jié)果，沒有任何知識內(nèi)涵。因此，人類智能是知識基礎(chǔ)上的行為與能力。

人類智能與動物智力的本質(zhì)差異是人類幾百萬年演化的結(jié)果。人類與動物的根本差異在于：動物們在自然競爭中演化，人類擺脫了自然競爭，進入到“認(rèn)識世界、改造世界”的特殊演化道路。認(rèn)識世界的思考與改造世界的行為能力構(gòu)成了人類特殊智能。人們可以從人類大腦的特殊進化中，了解到這種特殊智能的演化結(jié)果。

首先，是大腦容量的異常進化。百萬年來，人類相對于其他物種，唯一明顯的進化特征，是腦容量的急劇增長。據(jù)人類學(xué)家統(tǒng)計，幾百萬年前，黑猩猩的腦量平均為400毫升，作為人類祖先的“南方古猿”，腦量為400～770毫升，其后進化的“爪哇人”為775～900毫升、“北京人”為850～1300毫升，現(xiàn)代人腦量平均為1400毫升。與此同時演化的黑猩猩，其腦容量卻沒有明顯變化?，F(xiàn)代神經(jīng)醫(yī)學(xué)研究指出，人類大腦容量的增加，主要是大腦皮層的異常發(fā)育所致。大腦皮層主管高級神經(jīng)活動，體現(xiàn)了人類感知、認(rèn)知、思維、思考的知識效應(yīng)，充分表明人類智能的基礎(chǔ)是知識。

其次，是人類左大腦的異常進化。20世紀(jì)60年代，美國心理生物學(xué)家斯佩里博士發(fā)現(xiàn)了人類左右大腦的割裂現(xiàn)象，提出了大腦不對稱性的“左、右腦分工理論”，榮獲1981年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。人類左右大腦不同功能的分工現(xiàn)象表現(xiàn)在：左半腦主要負(fù)責(zé)邏輯、理解、記憶、時間、語言、判斷、排列、分類、邏輯、分析、書寫、推理、抑制、感覺（視、聽、嗅、觸、味覺）等，其思維方式具有連續(xù)性、延續(xù)性和分析性，因此左腦可以稱作“意識腦”、“學(xué)術(shù)腦”、“語言腦”。右半腦主要負(fù)責(zé)空間形象記憶、直覺、情感、身體協(xié)調(diào)、視知覺、美術(shù)、音樂節(jié)奏、想象、靈感、頓悟等，思維方式具有無序性、跳躍性、直覺性等，因此右腦又可以稱作“本能腦”、“潛意識腦”、“創(chuàng)造腦”、“音樂腦”、“藝術(shù)腦”。百萬年來，在認(rèn)識世界、改造世界中演化，為了生存成為人類進化的主旋律，人類的智能最終形成了以左腦為主的思維、行為方式。

可以看出，人類智能主要是知識基礎(chǔ)上左大腦的思維（思考）與行為（智力）能力?，F(xiàn)階段，人工智能也將沿著這兩種能力表現(xiàn)進行探索與實踐。

2　一個源頭的兩個分支

1956年夏天，一批有遠見卓識的年輕科學(xué)家聚在一起，共同研究和探討用機器模擬人類智能的一系列有關(guān)問題，并首次提出了“人工智能”這一概念，人們認(rèn)為它標(biāo)志著“人工智能”這門新興學(xué)科的正式誕生。

人工智能，除了理論研究，還必須有能實現(xiàn)人工智能的先進技術(shù)與工具，這就是現(xiàn)代計算機。因此，不少人把人工智能看成是計算機的一個分支，其源頭則是圖靈學(xué)者們對“可計算原理”的開創(chuàng)性研究成果。

圖靈學(xué)者們提出“萬物皆可為函數(shù)”的可計算原理，1936年5月，圖靈發(fā)表了著名論文《論可計算數(shù)及其在判定問題上的應(yīng)用》，并提出了圖靈機概念。1946年，在圖靈機思想影響下，第一臺數(shù)字計算機“ENIAC”在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，但體積龐大、造價高昂，與圖靈理想的人工智能機相距甚遠，“ENIAC”的實用化發(fā)展也受到諸多限制，直到半導(dǎo)體微處理器誕生，情況才得到根本的轉(zhuǎn)變。

20世紀(jì)60年代半導(dǎo)體集成電路誕生后，Intel于1971年、1972年相繼推出了第一代4位微處理器4004與第一代8位微處理器8008。緊隨其后的是微處理器的不斷改進與微處理器基礎(chǔ)上現(xiàn)代計算機的快速發(fā)展。在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，1974年仙童半導(dǎo)體公司推出了第一個微控制器系列F8，隨后微控制器開始了爆發(fā)式的創(chuàng)新熱潮。1976年Intel公司開始了MCS-48探索，1980年又完善成經(jīng)典的8位微控制器MCS-51系列。在通用計算機領(lǐng)域，1981年IBM公司在8088微處理器基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了通用計算機IBM PC。

從上面的追溯中可以看出，20世紀(jì)30年代，一批圖靈學(xué)者們以“一切皆可計算”的理論與模型，成為人工智能的源頭；1955年，由約翰·麥卡錫（John McCarthy）等人發(fā)起的達特茅斯會議上正式定義“人工智能”，催生了人工智能革命；20世紀(jì)70年代微處理器誕生，開啟了人工智能的實踐時代，其后“人工智能”大行其道，成為20世紀(jì)與空間技術(shù)、能源技術(shù)并列的三大尖端科技，又與基因工程、納米科學(xué)一起成為21世紀(jì)三大前沿技術(shù)。

3　兩個并行發(fā)展的人工智能領(lǐng)域

與人類智能的兩個領(lǐng)域（思維與行為）相對應(yīng)，微處理器誕生后，也迅速分化為通用微處理器與嵌入式微處理器，這是一個十分有趣的科技現(xiàn)象?！八伎肌笔谴竽X在知識基礎(chǔ)上的“思維能力”；“行為能力”是人類個體與客觀世界的交互狀態(tài)，除知識以外，還必須有對外部世界的感知與控制。微處理器誕生后，現(xiàn)代計算機智力革命就是沿著這兩個領(lǐng)域并行發(fā)展。通用微處理器基礎(chǔ)上的通用計算機用于實現(xiàn)人類大腦思維能力仿真；嵌入式微處理器基礎(chǔ)上的嵌入式系統(tǒng)用于實現(xiàn)人類智力行為替代的智能化工具。

早期，人們以為人工智能就是對人類思維信息過程的模擬，它包括人腦的結(jié)構(gòu)機制模擬與制造“類人腦”的功能模擬。微處理器誕生后，通用計算機承擔(dān)了思維信息過程模擬的重任；嵌入式系統(tǒng)以智能化工具來替代人類智力行為，這無疑將早先人工智能的“思維仿真”進一步擴大到“行為替代”的廣義領(lǐng)域，從此掀開了人工智能歷史的新篇章。對此，有人用“強人工智能”與“弱人工智能”來區(qū)別這兩種不同的人工智能領(lǐng)域。

“強人工智能”，是研究人類大腦及大腦思維仿真的人工智能領(lǐng)域。1980年，美國加州大學(xué)伯克利分校哲學(xué)教授約翰·羅杰斯·希爾勒（John Rogers Searle）認(rèn)為：“計算機不僅是用來研究人的思維的一種工具，而且，只要運行適當(dāng)?shù)某绦?，計算機本身就是有思維的?！币虼?，強人工智能領(lǐng)域有兩類，即類人的人工智能與非類人的人工智能。類人的人工智能目標(biāo)是實現(xiàn)人造大腦，使機器能像人類一樣思考和推理，是人工智能的頂級工程，也有人稱它為超強人工智能。非類人的人工智能，即機器對人腦功能的仿真。深藍計算機“國際象棋大師”、沃森計算機“智力競賽”、AlphaGo“圍棋大師”都是機器對人腦的功能仿真，它們起源于20世紀(jì)70年代計算機的專家系統(tǒng)研究。

“弱人工智能”，是指用機器實現(xiàn)人類的智能行為，用于代替人類個體的腦力勞動。由于現(xiàn)代計算機的完善與廣泛應(yīng)用，用專家系統(tǒng)及智能化工具形式實現(xiàn)的人工智能比比皆是，充斥在人們周圍，人們卻視而不見。約翰·麥卡錫這位在20世紀(jì)50年代提出人工智能概念的學(xué)者也感嘆于我們?nèi)粘Ｉ钪忻刻於荚谑褂萌斯ぶ悄?，同時也抱怨于“一旦一樣?xùn)|西用人工智能實現(xiàn)了，人們就不再叫它人工智能了”。另外，不要一提到人工智能就想著機器人，所有內(nèi)部嵌有微控制器的工具，或在計算機上實現(xiàn)人類思維能力的計算機軟件，都是人工智能的表現(xiàn)形式。

4　全方位滲透的人工智能革命

結(jié)合現(xiàn)代人工智能學(xué)者溫斯頓教授的簡明觀點——人工智能就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作，可以看出，20世紀(jì)50年代人工智能誕生后，由于計算機工具的滯后，人工智能領(lǐng)域一直沒有實質(zhì)性的進展。20世紀(jì)70年代半導(dǎo)體微處理器誕生后，微處理器基礎(chǔ)上的現(xiàn)代計算機才成為實現(xiàn)人工智能應(yīng)用的有力武器，從此開始了以人工智能為中心的現(xiàn)代計算機智力革命。由此構(gòu)成形形色色、用于替代人類智能的工具，如集成電路芯片、通用計算智力仿真的專家系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的智能化工具。

許多業(yè)內(nèi)人士都知道，半導(dǎo)體集成電路可以替代電子工程師的部分智力工作。過去設(shè)計一個電子時鐘要了解計時原理、設(shè)計與調(diào)試計時電路，有了集成電路時鐘芯片后，電子工程師只要在時鐘芯片基礎(chǔ)上添加人機交互界面即可。16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換曾經(jīng)是國家級科研項目，有了16位模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之后，再也無人從事模/數(shù)轉(zhuǎn)換的科學(xué)研究。最具說服力的是目前工科院校中模擬電路、數(shù)字電路課程內(nèi)容的不斷萎縮，以及大量模擬電路、數(shù)字電路專家崗位的喪失現(xiàn)象。

在通用計算智力仿真領(lǐng)域，20世紀(jì)70年代興起了專家系統(tǒng)熱潮，隨后是形形色色的商品化軟件（辦公軟件、科學(xué)計算/分析軟件、管理軟件、工程設(shè)計軟件等）問世。這些商品化軟件滲透到各行各業(yè)，代替人們的腦力勞動。當(dāng)這些智力仿真成果鋪天蓋地而來時，人們不以為然。幸好有深藍計算機“國際象棋大師”、沃森計算機“智力競賽”、AlphaGo的“圍棋大師”對人工智能的普及，讓人們對人工智能有了初步的認(rèn)識。

在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，微控制器以智力內(nèi)核角色嵌入到工具中，實現(xiàn)人類工具的智能化革命。早期的工具智能化是傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的智能化改造，改造后的智能化工具代替了使用者的智力勞動。自動洗衣機代替了洗衣工的智力勞動，汽車故障自動檢測系統(tǒng)免除了維修技師的智力勞動，智能手機多方面代替了人們生活中的智力勞動。在前沿科技領(lǐng)域，眾多的智能化設(shè)備代替了科學(xué)家的智力勞動。

如今，在AlphaGo掀起的這股人工智能熱潮中，引發(fā)了人們對機器人的眾多遐想與議論。在這些遐想與議論中，人們應(yīng)該意識到我們已沉浸在一個人工智能的汪洋大海之中。多年來，人工智能徹底改變了我們的生活方式，改變了我們的世界觀，只是我們往往渾然不知。

［1］何立民.人類簡史［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2016.

??薛士然

2016-06-12）