鐘義信

（北京郵電大學(xué) 計算機學(xué)院，北京 100876）

0 引 言

2017年7月20日，國務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）?！兑?guī)劃》清晰無誤地把“大力發(fā)展人工智能”提升到國家戰(zhàn)略的高度。為了保障此項國家戰(zhàn)略的有效實施，《規(guī)劃》還提出在高等學(xué)校建立智能領(lǐng)域一級學(xué)科的要求。一石激起千層浪，《規(guī)劃》的發(fā)布，在民眾、特別在教育界激起了極其熱烈的討論，討論的核心問題是：應(yīng)當(dāng)在高校建立一個什么樣的“一級學(xué)科”才能有效支持國家戰(zhàn)略的實施？

公眾的討論可謂百花齊放、異彩紛呈，歸結(jié)起來主要有如下幾種代表性的主張：①高度一致的共識是：雖然我國一些高校已經(jīng)設(shè)置了“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)，但都隸屬于其他一級學(xué)科，因此，培養(yǎng)計劃必須優(yōu)先滿足所屬一級學(xué)科的要求。這樣就留給“智能學(xué)科與技術(shù)”專業(yè)的培養(yǎng)空間非常有限，很難系統(tǒng)地培養(yǎng)智能學(xué)科的人才。為了有效支持國家戰(zhàn)略，應(yīng)當(dāng)設(shè)立智能領(lǐng)域自身的一級學(xué)科。②關(guān)于新的一級學(xué)科的設(shè)置，一種意見認(rèn)為，既然國家號召努力發(fā)展“新一代人工智能”，高校就應(yīng)該建立“人工智能”一級學(xué)科來培養(yǎng)相應(yīng)的人才，保障人才培養(yǎng)的工作和產(chǎn)業(yè)的需求密切銜接；另外一種意見則認(rèn)為，為了培養(yǎng)既有創(chuàng)新能力又有實踐能力的人才，應(yīng)當(dāng)使學(xué)生對智能科學(xué)基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)有一定的掌握，因此，主張建立“智能科學(xué)與技術(shù)”一級學(xué)科。

建立人工智能領(lǐng)域的“一級學(xué)科”已成共識，不必再費筆墨。至于建立什么樣的一級學(xué)科？看來尚須思量。一級學(xué)科的名稱固然重要，但是，更為重要也更為根本的問題是：應(yīng)當(dāng)設(shè)定怎樣的一級學(xué)科人才培養(yǎng)目標(biāo)？

1 設(shè)置“一級學(xué)科”的一般準(zhǔn)則

現(xiàn)代科學(xué)是一個宏大的復(fù)雜體系，可以被描述為一個大規(guī)模、多分支、多層次、多聯(lián)系的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其中，每一個分支代表一個大的學(xué)科領(lǐng)域?，F(xiàn)代科學(xué)存在許多不同的學(xué)科領(lǐng)域（如數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物科學(xué)、信息科學(xué)等），每個領(lǐng)域內(nèi)部又存在若干分支領(lǐng)域，每個分支領(lǐng)域又有不同層級的學(xué)科，其中，層級較高的學(xué)科所覆蓋的學(xué)科面較廣，層級較低的學(xué)科所覆蓋的學(xué)科面較窄。

“一級學(xué)科”（也稱“學(xué)科大類”）是指那些學(xué)科覆蓋面相對較廣且具有一定完整性和獨立性的學(xué)科，在他們的下層通常都有一群由它們分解出來、互相之間存在一定學(xué)術(shù)聯(lián)系、學(xué)科覆蓋面相對較窄的二級學(xué)科（學(xué)科小類）。

世界各國的學(xué)科設(shè)置各具特色、各有千秋，大體遵循兩種不同的準(zhǔn)則：一種準(zhǔn)則是比較強調(diào)“學(xué)以致用”，學(xué)科的設(shè)置往往與應(yīng)用部門的具體業(yè)務(wù)密切關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)過程也比較注重應(yīng)用部門的需要，畢業(yè)生就業(yè)的對口性很強，因此他們工作上手很快，用人單位比較歡迎；另一種準(zhǔn)則是強調(diào)學(xué)科和人才的“長遠(yuǎn)發(fā)展”，學(xué)科的設(shè)置往往比較學(xué)術(shù)化和系統(tǒng)化，培養(yǎng)過程比較注重學(xué)生基礎(chǔ)學(xué)術(shù)能力的鍛造，畢業(yè)生的適應(yīng)能力比較好，學(xué)生的發(fā)展?jié)摿Ρ容^強。

分析表明，這兩種準(zhǔn)則存在互補的關(guān)系，而不是對立的關(guān)系，因此，可以把兩種準(zhǔn)則有機結(jié)合起來，形成更具有兼容性的新準(zhǔn)則，使學(xué)生既具有比較雄厚的學(xué)術(shù)基礎(chǔ)，又具有比較強的應(yīng)用能力。

2 “人工智能”的學(xué)科內(nèi)涵

2.1 什么是智能？

長期以來，由于受到經(jīng)典物質(zhì)科學(xué)“分而治之”方法論的影響，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界一直都把“智能”孤立地理解為大腦的思維能力。因此，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就從模擬大腦的結(jié)構(gòu)入手來研究人工智能，專家系統(tǒng)則從模擬大腦的功能入手來研究人工智能。

顯然，這些認(rèn)識是不全面、不準(zhǔn)確的。主體與客體的相互作用，是現(xiàn)實世界一切智能活動發(fā)生和發(fā)展的根源。沒有這種主體與客體之間的相互作用，主體就不會產(chǎn)生對于智能的需求。由此可以得出智能的基本定義（對照圖1所示的模型）[1]。

圖1 智能系統(tǒng)的抽象模型

定義1智能，是在主體與客體相互作用的演進過程中，為了實現(xiàn)主體“更好的生存與發(fā)展”的目的而不斷演化出來的“運用知識去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題”的能力[2]。

如果把圖1的抽象模型進一步展開，就得到智能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模型，如圖2所示。

圖1 和圖2完全等效。前者比較抽象，便于引出“智能”的概念；后者比較具體，便于理解“智能”的過程和機理。為此，需要做出幾點說明。

（1）在圖1和圖2所示的智能系統(tǒng)模型中，主體可以是人，可以是各種生物，也可以是人造的智能（即人工智能）系統(tǒng)。

圖2 智能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模型

（2）如果主體是人或生物，模型中的“目的和知識”就是主體自己所擁有的；如果主體是人工智能系統(tǒng)，其“目的和知識”就是人類設(shè)計者所賦予的，而非機器自己的。

（3）定義1表明，人類在主客相互作用的演進過程中演化出的“智能”，目的是要不斷實現(xiàn)人類“更好的生存與發(fā)展水平”。

（4）智能的表現(xiàn)多姿多彩，但歸結(jié)起來就是“為了實現(xiàn)更好的生存與發(fā)展這個目的而運用知識去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題”的能力。

2.2 什么是人工智能？

雖然國內(nèi)外文獻上給出過各種各樣的“人工智能”定義，但是，深入分析起來都存在偏頗。為此，筆者嘗試給出一個更為科學(xué)也更為符合實際的人工智能定義[3]。

定義2人工智能，就是試圖“理解”智能的工作機理并運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進步的成果“研發(fā)”智能機器的一門科學(xué)技術(shù)。

可見，學(xué)習(xí)和掌握人工智能需要抓住兩個關(guān)鍵：一個是“理解”，一個是“研發(fā)”，理解是基礎(chǔ)，研發(fā)是目的，兩者相輔相成，缺一不可。理解要為目的服務(wù)，但是如果沒有理解做基礎(chǔ)，研發(fā)的能力就會嚴(yán)重受限。

關(guān)于定義2，需要說明：在機器上實現(xiàn)人類“發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力”并非易事。特別是發(fā)現(xiàn)問題的能力，是人類創(chuàng)造力的第一要素，依賴于人類的目的、直覺、想象力、靈感與美感等因素，這些都是機器難以實現(xiàn)的。因此，人工智能的研究主要關(guān)注的是在機器上實現(xiàn)人類解決問題的能力。

頗為有趣的是，對于圖2所示的智能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模型，存在兩種不同的思維模式。

（1）從物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量過程的觀點來考察，主體的智能是通過一系列物質(zhì)和能量系統(tǒng)實現(xiàn)的，他們包括①感知與選擇系統(tǒng)，②認(rèn)知系統(tǒng)，③基礎(chǔ)意識、情感生成、理智生成和綜合決策系統(tǒng)，④策略執(zhí)行系統(tǒng)。

（2）從信息生態(tài)過程的觀點來考察。主體的智能是在主體目的的導(dǎo)控下和在知識的支持下通過一系列信息轉(zhuǎn)換過程實現(xiàn)的，包括①由客體信息到感知信息的轉(zhuǎn)換，②由感知信息到知識的轉(zhuǎn)換，③由感知信息、知識、目的到智能策略的轉(zhuǎn)換，④由智能策略到智能行為的轉(zhuǎn)換。這個復(fù)雜轉(zhuǎn)換過程也可以表達為

這兩種思維模式的意義大不相同，前者是物質(zhì)科學(xué)的思維模式，而后者則是信息科學(xué)的思維模式。人工智能是一類開放復(fù)雜的信息系統(tǒng)，屬于信息科學(xué)的研究范疇。雖然信息轉(zhuǎn)換過程總是需要物質(zhì)與能量系統(tǒng)的支持，但是，信息轉(zhuǎn)換過程是人工智能的本質(zhì)和靈魂，而物質(zhì)和能量系統(tǒng)則是為信息轉(zhuǎn)換過程服務(wù)的。在學(xué)習(xí)、研究和設(shè)計人工智能系統(tǒng)的時候，首先應(yīng)當(dāng)關(guān)注的是其中的信息轉(zhuǎn)換過程，然后才應(yīng)當(dāng)關(guān)注如何設(shè)計恰當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)和能量系統(tǒng)來支持和保障這個信息轉(zhuǎn)換過程的實現(xiàn)。

因此，人工智能的研究者和學(xué)習(xí)者必須準(zhǔn)確理解和把握的是表達式（1）或表達式（2）所表示的信息轉(zhuǎn)換過程，這是智能的本質(zhì)機理。

正如人們所說：飛機的研制不是直接去模仿鳥的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，而是抓住了鳥兒飛翔的空氣動力學(xué)原理。同樣應(yīng)當(dāng)說：人工智能系統(tǒng)的研制不是直接去模仿人體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能，而是要抓住人類智能生長所蘊涵的信息轉(zhuǎn)換原理！

所以，自覺地從物質(zhì)科學(xué)思維模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒖茖W(xué)思維模式，這應(yīng)當(dāng)是所有人工智能研究者和學(xué)習(xí)者的共同任務(wù)。不要刻意地去追求智能系統(tǒng)模型中各個功能系統(tǒng)如何逼真地模擬人類智能系統(tǒng)的各個對應(yīng)物理生理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而是應(yīng)當(dāng)努力追求盡量完美地實現(xiàn)整個智能系統(tǒng)的（而不是個別單元的）信息轉(zhuǎn)換過程。

2.3 人工智能學(xué)科的基本內(nèi)涵

總結(jié)圖1和圖2所示的智能模型、定義1和定義2所表述的智能與人工智能定義、表達式（1）或表達式（2）所揭示的智能系統(tǒng)工作機理，筆者可以把人工智能學(xué)科的基本內(nèi)涵（也是學(xué)習(xí)人工智能的時候應(yīng)當(dāng)掌握的基本精髓）歸結(jié)為以下方面。

2.3.1 什么是智能？為什么人類需要智能？

根據(jù)圖1和定義1知道，“智能”是人類主體（包括生物主體）在與環(huán)境客體相互作用的過程中，為了實現(xiàn)不斷改善生存發(fā)展水平這一目的，而演化和展現(xiàn)出來的能力。這種能力應(yīng)當(dāng)能夠保障：①主體所產(chǎn)生的智能行為能夠?qū)崿F(xiàn)主體所設(shè)定的目的，否則就是失??；②主體所產(chǎn)生的智能行為，不能破壞環(huán)境，否則就會遭遇風(fēng)險；③主體應(yīng)當(dāng)在面對不確定的條件下可以通過反饋、學(xué)習(xí)與優(yōu)化實現(xiàn)所設(shè)定的目的。

有了這樣的能力，生物主體才能在變化的環(huán)境中生存，而人類主體則不僅能夠在變化的環(huán)境中生存，而且能夠通過改善環(huán)境求得不斷地發(fā)展。

2.3.2 人類有了自身的智能，為什么還需要人工智能？人工智能與人類智能的關(guān)系是什么？

一方面，定義1表明，智能是在主客相互作用過程中演化出來的產(chǎn)物，而主客相互作用本身又在不斷向深度廣度演化，因此，人類智能的水平必須不斷提升；另一方面，科學(xué)技術(shù)進步的目的就是為了幫助人類從自然力的束縛下獲得解放，因此，運用科技進步成果來實現(xiàn)人類智能的部分能力（即實現(xiàn)人工智能）是歷史進步的必然結(jié)果。然而，定義2及其說明又告訴我們：人工智能主要關(guān)注的是把人類“解決問題”的能力在機器上實現(xiàn)出來，以便使人類能夠更好地集中精力提升自己“發(fā)現(xiàn)問題”的能力。這就是人工智能與人類智能之間的關(guān)系。

2.3.3 人工智能的工作機理是什么？他與一般的信息處理有什么不同？

圖2的標(biāo)準(zhǔn)模型表明，人工智能系統(tǒng)的工作機理是需要人類設(shè)計者和系統(tǒng)使用者提供所要解決的問題、求解問題的預(yù)設(shè)目標(biāo)、求解問題所需要的基本知識。在此基礎(chǔ)上，人工智能系統(tǒng)就可以按照表達式（1）或表達式（2）來執(zhí)行一系列復(fù)雜的信息轉(zhuǎn)換。如果一切都很理想，那么，所生成的“智能行為”就可以解決問題，達到預(yù)設(shè)的目標(biāo)。

圖2表明，人工智能執(zhí)行的信息轉(zhuǎn)換包括：①客體信息（感知信息，感知）；②感知信息（知識，認(rèn)知）；③感知信息、知識、目的（智能策略，基礎(chǔ)意識、情感、理智、綜合決策）；④智能策略（智能行為，執(zhí)行）。

圖2也表明，由于各個過程／子過程都可能存在各種不確定性，人工智能系統(tǒng)按照表達式生成的“智能行為”所產(chǎn)生結(jié)果通常會偏離目標(biāo)而出現(xiàn)誤差。這個誤差就是一種新的信息，表明需要改進智能策略。為此，需要把誤差信息反饋到人工智能系統(tǒng)的輸入端，通過學(xué)習(xí)補充知識、優(yōu)化策略改進智能行為的效果（縮小誤差）。這種誤差反饋—學(xué)習(xí)—優(yōu)化過程可能需要進行多次，每一次都比前一次的效果更好，更接近于目標(biāo)，直到滿意為止。如果無論進行多少次都不能改善效果，就要修改預(yù)設(shè)目標(biāo)。

圖2表明，人工智能系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模型中幾乎包含了所有各種信息處理系統(tǒng)，如傳感、通信、計算機、控制等。但他們僅僅是人工智能系統(tǒng)各種子系統(tǒng)的簡化形式。換言之，人工智能是遠(yuǎn)比它們以及它們的組合更復(fù)雜、更高級、更強大的智能系統(tǒng)。

2.3.4 人工智能的應(yīng)用潛力

由于人工智能系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)人類“解決問題”的能力，又具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越人類工作速度、工作精度、工作耐力、惡劣環(huán)境的耐受力，因此，人工智能技術(shù)在科學(xué)研究、國民經(jīng)濟、社會服務(wù)、文化教育、民生福祉、環(huán)境生態(tài)、國家安全等各個領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用潛力，有望把人類從這些領(lǐng)域的體力勞動和一般智力勞動中解放出來，使他們可以不斷地向更具創(chuàng)造性的勞動領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，推動社會更好地發(fā)展。

2.3.5 人工智能的發(fā)展前景

隨著人們對人類智能工作機理的認(rèn)識越來越深入，隨著微電子、光電子、新材料、新能源技術(shù)不斷進步，人工智能將在越來越多的領(lǐng)域協(xié)助、甚至取代人類去解決各種問題，與人類勞動者形成“人類發(fā)現(xiàn)問題、人工智能機器系統(tǒng)解決問題”的共生體。由于人類智能在不斷發(fā)展，發(fā)現(xiàn)問題的能力越來越強，人工智能的研究將永無止境。

2.4 智能領(lǐng)域一級學(xué)科人才培養(yǎng)的課程體系

按照定義2的表述，學(xué)習(xí)和掌握人工智能，就是要深入學(xué)習(xí)“對于人類智能工作機理的理解”，并在此基礎(chǔ)上努力掌握“利用現(xiàn)代科技進步的成果研發(fā)智能機器”的本領(lǐng)。

為此，智能領(lǐng)域一級學(xué)科的人才培養(yǎng)需要考慮以下課程（除了各個一級學(xué)科共同的課程以外），見表1。

表1 課程名稱

3 國家需求與國際環(huán)境的約束

目前，教育部已經(jīng)設(shè)立“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)。這一名稱體現(xiàn)了科學(xué)與技術(shù)之間的辯證聯(lián)系，用作智能領(lǐng)域“一級學(xué)科”的名稱比較合理。不過，也有不少人主張采用“人工智能”作為一級學(xué)科名稱，認(rèn)為要緊扣“研發(fā)智能機器”的主題，不必學(xué)習(xí)神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、信息科學(xué)等理論性的內(nèi)容。

筆者認(rèn)為，定義2所述的“理解智能機理，研發(fā)智能機器”的認(rèn)識很重要。理解智能機理是研發(fā)智能機器的必要基礎(chǔ)，沒有理解的基礎(chǔ)，研發(fā)很難走遠(yuǎn)，更難實現(xiàn)智能領(lǐng)域的突破與創(chuàng)新。而“創(chuàng)新”是新階段經(jīng)濟發(fā)展的第一驅(qū)動力。

從國家需求的觀點分析，2017年7月20日國務(wù)院發(fā)布的《規(guī)劃》明確規(guī)定：到2025年前要實現(xiàn)人工智能基礎(chǔ)理論的重大突破，到2030年要在理論、技術(shù)、應(yīng)用上達到國際領(lǐng)先水平。如果我們培養(yǎng)的學(xué)生沒有一定的科學(xué)理論基礎(chǔ)，將不可能實現(xiàn)《規(guī)劃》的目標(biāo)。

至于從整個國際競爭的大格局來看，如果我們培養(yǎng)的學(xué)生沒有一定的基礎(chǔ)理論水平與能力，將來我國的研究勢必受制于人。最近在信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生的“芯片”事件便是活生生的證明！

4 結(jié) 語

在滿足上述“內(nèi)涵”的條件下，人工智能領(lǐng)域的一級學(xué)科究竟稱為“人工智能”，還是“智能科學(xué)與技術(shù)”？其實都不是問題。關(guān)鍵的問題是，要使本領(lǐng)域一級學(xué)科培養(yǎng)的學(xué)生具備“理解智能機理，研發(fā)智能機器”的堅實基礎(chǔ)與能力。