徐宗本

人類社會、物理世界、信息空間構(gòu)成了當(dāng)今世界的三元。這三元世界之間的關(guān)聯(lián)與交互，決定了社會信息化的特征和程度。感知人類社會和物理世界的基本方式是數(shù)字化，聯(lián)結(jié)人類社會與物理世界的基本方式是網(wǎng)絡(luò)化，信息空間作用于物理世界與人類社會的方式是智能化。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是新一輪科技革命的突出特征，也是新一代信息技術(shù)的聚焦點。數(shù)字化為社會信息化奠定基礎(chǔ)，其發(fā)展趨勢是社會的全面數(shù)據(jù)化;網(wǎng)絡(luò)化為信息傳播提供物理載體，其發(fā)展趨勢是信息物理系統(tǒng)（CPS）的廣泛采用;智能化體現(xiàn)信息應(yīng)用的層次與水平，其發(fā)展趨勢是新一代人工智能。

數(shù)字化：從計算機化到數(shù)據(jù)化

數(shù)字化是指將信息載體（文字、圖片、圖像、信號等）以數(shù)字編碼形式（通常是二進制）進行儲存、傳輸、加工、處理和應(yīng)用的技術(shù)途徑。數(shù)字化本身指的是信息表示方式與處理方式，但本質(zhì)上強調(diào)的是信息應(yīng)用的計算機化和自動化。數(shù)據(jù)化（數(shù)據(jù)是以編碼形式存在的信息載體，所有數(shù)據(jù)都是數(shù)字化的）除包括數(shù)字化外，更強調(diào)對數(shù)據(jù)的收集、聚合、分析與應(yīng)用，強化數(shù)據(jù)的生產(chǎn)要素與生產(chǎn)力功能。數(shù)字化正從計算機化向數(shù)據(jù)化發(fā)展，這是當(dāng)前社會信息化最重要的趨勢之一。

數(shù)據(jù)化的核心內(nèi)涵是對信息技術(shù)革命與經(jīng)濟社會活動交融生成的大數(shù)據(jù)的深刻認(rèn)識與深層利用。大數(shù)據(jù)是社會經(jīng)濟、現(xiàn)實世界、管理決策等的片段記錄，蘊含著碎片化信息。隨著分析技術(shù)與計算技術(shù)的突破，解讀這些碎片化信息成為可能，這使大數(shù)據(jù)成為一項新的高新技術(shù)、一類新的科研范式、一種新的決策方式。大數(shù)據(jù)深刻改變了人類的思維方式和生產(chǎn)生活方式，給管理創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、科學(xué)發(fā)現(xiàn)等多個領(lǐng)域帶來前所未有的機遇。

大數(shù)據(jù)的價值生成有其內(nèi)在規(guī)律（服從大數(shù)據(jù)原理）。只有深刻認(rèn)識并掌握這些規(guī)律，才能提高自覺運用、科學(xué)運用大數(shù)據(jù)的意識與能力（大數(shù)據(jù)思維）。大數(shù)據(jù)的價值主要通過大數(shù)據(jù)技術(shù)來實現(xiàn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)是統(tǒng)計學(xué)方法、計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)的延伸與發(fā)展，是正在發(fā)展中的技術(shù)，當(dāng)前的熱點方向包括：區(qū)塊鏈技術(shù)、互操作技術(shù)、存算一體化存儲與管理技術(shù)、大數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)編程語言與執(zhí)行環(huán)境、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與核心算法、大數(shù)據(jù)機器學(xué)習(xí)技術(shù)、大數(shù)據(jù)智能技術(shù)、可視化與人機交互分析技術(shù)、真?zhèn)闻卸ㄅc安全技術(shù)等。大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展依賴一些重大基礎(chǔ)問題的解決，這些重大基礎(chǔ)問題包括：大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學(xué)基礎(chǔ)與計算理論基礎(chǔ)、大數(shù)據(jù)計算的軟硬件基礎(chǔ)與計算方法、大數(shù)據(jù)推斷的真?zhèn)涡耘卸ǖ取?/p>

實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略是推進數(shù)據(jù)化革命的重要途徑。自 2015 年我國提出實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略以來，我國大數(shù)據(jù)快速發(fā)展的格局已初步形成，但也存在一些亟待解決的問題：數(shù)據(jù)開放共享滯后，數(shù)據(jù)資源紅利仍未得到充分釋放;企業(yè)贏利模式不穩(wěn)定，產(chǎn)業(yè)鏈完整性不足;核心技術(shù)尚未取得重大突破，相關(guān)應(yīng)用的技術(shù)水平不高;安全管理與隱私保護還存在漏洞，相關(guān)制度建設(shè)仍不夠完善等等。

網(wǎng)絡(luò)化：

從互聯(lián)網(wǎng)到信息物理系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的自然延伸和拓展，它通過信息技術(shù)將各種物體與網(wǎng)絡(luò)相連，幫助人們獲取所需物體的相關(guān)信息。物聯(lián)網(wǎng)通過使用射頻識別、傳感器、紅外感應(yīng)器、視頻監(jiān)控、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息采集設(shè)備，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)、無線通信網(wǎng)絡(luò)把物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)物與物、人與物之間實時的信息交換和通信，以達到智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的目的?；ヂ?lián)網(wǎng)實現(xiàn)了人與人、服務(wù)與服務(wù)之間的互聯(lián)，？而物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了人、物、服務(wù)之間的交叉互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)包括：傳感器技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、海量數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、上層業(yè)務(wù)解決方案、安全技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將經(jīng)歷相對漫長的時期，但可能會在特定領(lǐng)域的應(yīng)用中率先取得突破，車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無人系統(tǒng)、智能家居等都是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)大顯身手的領(lǐng)域。

物聯(lián)網(wǎng)主要解決人對物理世界的感知問題，而要解決對物理對象的操控問題則必須進一步發(fā)展信息物理系統(tǒng)（CPS）。信息物理系統(tǒng)是一個綜合計算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，它通過 3C（Computer、Communication、Control） 技術(shù)的有機融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)對大型工程系統(tǒng)的實時感知、動態(tài)控制和信息服務(wù)。通過人機交互接口，信息物理系統(tǒng)實現(xiàn)計算進程與物理進程的交互，利用網(wǎng)絡(luò)化空間以遠(yuǎn)程、可靠、實時、安全、協(xié)作的方式操控一個物理實體。從本質(zhì)上說，信息物理系統(tǒng)是一個具有控制屬性的網(wǎng)絡(luò)。

不同于提供信息交互與應(yīng)用的公用基礎(chǔ)設(shè)施，信息物理系統(tǒng)發(fā)展的聚焦點在于研發(fā)深度融合感知、計算、通信和控制能力的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)。從產(chǎn)業(yè)角度看，信息物理系統(tǒng)的涵蓋范圍小到智能家庭網(wǎng)絡(luò)、大到工業(yè)控制系統(tǒng)乃至智能交通系統(tǒng)等國家級甚至世界級的應(yīng)用。更為重要的是，這種涵蓋并不僅僅是將現(xiàn)有的設(shè)備簡單地連在一起，而是會催生出眾多具有計算、通信、控制、協(xié)同和自治性能的設(shè)備，下一代工業(yè)將建立在信息物理系統(tǒng)之上。隨著信息物理系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和普及，使用計算機和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)功能擴展的物理設(shè)備將無處不在，并推動工業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)的升級換代，極大地提高汽車、航空航天、國防、工業(yè)自動化、健康醫(yī)療設(shè)備、重大基礎(chǔ)設(shè)施等主要工業(yè)領(lǐng)域的競爭力。信息物理系統(tǒng)不僅會催生出新的工業(yè)，甚至?xí)厮墁F(xiàn)有產(chǎn)業(yè)布局。

智能化：從專家系統(tǒng)到元學(xué)習(xí)

智能化反映信息產(chǎn)品的質(zhì)量屬性。我們說一個信息產(chǎn)品是智能的，通常是指這個產(chǎn)品能完成有智慧的人才能完成的事情，或者已經(jīng)達到人類才能達到的水平。智能一般包括感知能力、記憶與思維能力、學(xué)習(xí)與自適應(yīng)能力、行為決策能力等。所以，智能化通常也可定義為：使對象具備靈敏準(zhǔn)確的感知功能、正確的思維與判斷功能、自適應(yīng)的學(xué)習(xí)功能、行之有效的執(zhí)行功能等。

智能化是信息技術(shù)發(fā)展的永恒追求，實現(xiàn)這一追求的主要途徑是發(fā)展人工智能技術(shù)。人工智能技術(shù)誕生 60 多年來，雖歷經(jīng)三起兩落，但還是取得了巨大成就。1959—1976 年是基于人工表示知識和符號處理的階段，產(chǎn)生了在一些領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值的專家系統(tǒng);1976—2007 年是基于統(tǒng)計學(xué)習(xí)和知識自表示的階段，產(chǎn)生了各種各樣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);近幾年開始的基于環(huán)境自適應(yīng)、自博弈、自進化、自學(xué)習(xí)的研究，正在形成一個人工智能發(fā)展的新階段——元學(xué)習(xí)或方法論學(xué)習(xí)階段，這構(gòu)成新一代人工智能。新一代人工智能主要包括大數(shù)據(jù)智能、群體智能、跨媒體智能、人機混合增強智能和類腦智能等。

深度學(xué)習(xí)是新一代人工智能技術(shù)的卓越代表。由于在人臉識別、機器翻譯、棋類競賽等眾多領(lǐng)域超越人類的表現(xiàn)，深度學(xué)習(xí)在今天幾乎已成為人工智能的代名詞。然而，深度學(xué)習(xí)拓?fù)湓O(shè)計難、效果預(yù)期難、機理解釋難是重大挑戰(zhàn)，還沒有一套堅實的數(shù)學(xué)理論來支撐解決這三大難題。解決這些難題是深度學(xué)習(xí)未來研究的主要關(guān)注點。此外，深度學(xué)習(xí)是典型的大數(shù)據(jù)智能，它的可應(yīng)用性是以存在大量訓(xùn)練樣本為基礎(chǔ)的。小樣本學(xué)習(xí)將是深度學(xué)習(xí)的發(fā)展趨勢。

元學(xué)習(xí)有望成為人工智能發(fā)展的下一個突破口。然而，元學(xué)習(xí)研究還僅僅是開始，其發(fā)展還面臨一系列挑戰(zhàn)。

新一代人工智能的熱潮已經(jīng)來臨，可以預(yù)見的發(fā)展趨勢是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以模型與算法創(chuàng)新為核心、以強大的計算能力為支撐。新一代人工智能技術(shù)的突破依賴其他各類信息技術(shù)的綜合發(fā)展，也依賴腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)的實質(zhì)性進步與發(fā)展。