金亞秋 徐豐

（復(fù)旦大學(xué)電磁波信息科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，電磁大數(shù)據(jù)與遙感智能研究所，上海200433）

人類新科技應(yīng)用發(fā)展呈現(xiàn)指數(shù)式增長(zhǎng)的規(guī)律，新技術(shù)革命來(lái)臨的時(shí)間間隔越來(lái)越短，而每一次新范式的出現(xiàn)都會(huì)引發(fā)爆發(fā)式飛速發(fā)展。有人將由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究視為是繼理論、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算之后的第4種范式、或第4種科學(xué)支柱。隨著深度學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，人工智能與大數(shù)據(jù)緊密聯(lián)系在一起，人工智能為大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的研究提供了新的科學(xué)基礎(chǔ)、思維方式與處理能力。人類社會(huì)由信息時(shí)代步入智能時(shí)代，智能科學(xué)是智能時(shí)代的基石。

智能時(shí)代一定涵蓋了廣泛的科學(xué)與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，需要加強(qiáng)智能科學(xué)與傳統(tǒng)學(xué)科的交叉領(lǐng)域研究，正如在計(jì)算科學(xué)時(shí)代要依賴高速計(jì)算機(jī)和高性能數(shù)值計(jì)算方法，與各傳統(tǒng)學(xué)科的交叉產(chǎn)生了計(jì)算數(shù)學(xué)、計(jì)算物理、計(jì)算生物、計(jì)算化學(xué)、計(jì)算大氣等。智能科學(xué)的理論基礎(chǔ)不僅是計(jì)算神經(jīng)建?；虼髷?shù)據(jù)挖掘處理，還在于各傳統(tǒng)學(xué)科產(chǎn)生的新增長(zhǎng)點(diǎn)，在于智能與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、地學(xué)等自然科學(xué)甚至社會(huì)科學(xué)的交叉。這種交叉賦予了大數(shù)據(jù)具體的智能的生命活力與行為舞臺(tái)。

這種交叉肯定是雙向、雙贏的。今天的智能科學(xué)還是一個(gè)年輕的學(xué)科，雖然近來(lái)深度學(xué)習(xí)等技術(shù)發(fā)展十分迅速，依靠海量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超強(qiáng)擬合能力取得了很好的應(yīng)用效果，但學(xué)術(shù)界已經(jīng)感覺(jué)到深度學(xué)習(xí)的理論發(fā)展存在瓶頸。因?yàn)槠浔澈蟮念惸X計(jì)算神經(jīng)建模的理論積累不足，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有脫離函數(shù)擬合的本質(zhì)，這也引發(fā)了人工智能領(lǐng)域的新一輪的思考與探索。

智能科學(xué)自身的發(fā)展離不開(kāi)與傳統(tǒng)學(xué)科的交叉與結(jié)合。因?yàn)槿祟愔悄苁峭獠渴澜鐚?duì)人腦施加作用后產(chǎn)生的反作用，因此需要與外部世界一起作為對(duì)偶問(wèn)題進(jìn)行研究。長(zhǎng)期以來(lái)，人類建立了對(duì)于客觀世界的自然科學(xué)研究和人類社會(huì)科學(xué)研究。因?yàn)槿祟愔悄芘c外在世界互為對(duì)偶、互不分割的根本屬性，可以按人工智能所應(yīng)對(duì)的對(duì)象及關(guān)聯(lián)學(xué)科分為數(shù)學(xué)、物理、心理、意識(shí)4個(gè)研究階段。其中第1階段解決類腦智能形成的通用學(xué)習(xí)算法的數(shù)學(xué)理論；第2階段發(fā)展應(yīng)對(duì)物理世界的物理智能；第3階段發(fā)展應(yīng)對(duì)社會(huì)群體的高階智能；第4階段研究自由意識(shí)的本質(zhì)和人工智能能否形成意識(shí)的根本問(wèn)題。

智能科學(xué)將促進(jìn)傳統(tǒng)學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展，就像過(guò)去半個(gè)世紀(jì)以來(lái)計(jì)算機(jī)和計(jì)算科學(xué)大大加快了各門科學(xué)研究的速度，成為現(xiàn)代科學(xué)定量數(shù)值研究的最重要工具。人工智能對(duì)客觀世界或人類社會(huì)大數(shù)據(jù)的挖掘分析，將成為科學(xué)研究的新一代重要工具，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)更多傳統(tǒng)科學(xué)的研究人員使用人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)研究。從海量的大數(shù)據(jù)中挖掘發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)規(guī)律，例如從大量材料合成試驗(yàn)的數(shù)據(jù)中挖掘歸納實(shí)現(xiàn)新材料，大量病患數(shù)據(jù)的分析處理發(fā)現(xiàn)某種疾病隱藏的規(guī)律；通過(guò)社交網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)分析得出某種人類活動(dòng)的規(guī)律等等。

以物理學(xué)與智能科學(xué)的交叉研究為例，依據(jù)物理學(xué)基本理論，來(lái)發(fā)展能應(yīng)對(duì)物理世界的人工智能，我們稱之為物理智能。物理智能將超越人類智能，原因在于：（1）物理學(xué)描述的現(xiàn)象超越人類感官范疇，比如物理學(xué)涵蓋的尺度范圍和速度范圍遠(yuǎn)超過(guò)人類能適應(yīng)的范圍，又比如電磁學(xué)描述的頻譜遠(yuǎn)超過(guò)人眼能感知的光譜范圍；（2）計(jì)算物理的精度和速度可以超過(guò)人類大腦的估算能力。作為物理智能一個(gè)典型的例子，通過(guò)力學(xué)模型構(gòu)建的人工智能可以精準(zhǔn)地控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。另一個(gè)例子為“微波視覺(jué)”，一種基于計(jì)算電磁學(xué)引擎的物理智能，像人腦處理光信息一樣來(lái)處理微波信息。反過(guò)來(lái)，通過(guò)人工智能來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律，我們則可以稱之為智能物理，這是對(duì)計(jì)算物理的新發(fā)展，其內(nèi)涵在于基于海量數(shù)據(jù)來(lái)智能地研究與發(fā)現(xiàn)得出新的科學(xué)現(xiàn)象與科學(xué)結(jié)論。

中國(guó)科技發(fā)展進(jìn)入了新的關(guān)鍵點(diǎn)，中華文明將在人類科技史上做出與我們悠久歷史相稱的貢獻(xiàn)，智能時(shí)代的來(lái)臨給予我們一個(gè)契機(jī)。大力加強(qiáng)智能科學(xué)交叉領(lǐng)域的研究，一方面需要在更多傳統(tǒng)學(xué)科研究人員中推廣新的人工智能技術(shù)，另一方面需要智能科學(xué)領(lǐng)域以更開(kāi)放的姿態(tài)包容傳統(tǒng)學(xué)科研究人員的加入，這樣才能引起百花齊放的局面，在世界智能科學(xué)時(shí)代占據(jù)先機(jī)。

—— 摘自《科技導(dǎo)報(bào)》2018年第17期