黃培紅

（福建省莆田市農(nóng)行科技部，莆田351100）

0 引言

安全的通用智能計(jì)算機(jī)是人們追求的一個(gè)重要目標(biāo)。圖靈在文獻(xiàn)[1]中提出了奠定現(xiàn)代計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的圖靈機(jī)模型，馮?諾伊曼機(jī)在圖靈機(jī)模型的基礎(chǔ)上提出了可運(yùn)行存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)模型[2]。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)也稱(chēng)馮?諾伊曼機(jī)（Von Neumann Machine，Stored Program Computer），與圖靈機(jī)（Turing Machine，TM）等價(jià)，所以也可以稱(chēng)為一種圖靈機(jī)。目前的計(jì)算機(jī)即傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，在信息的低水平處理與知識(shí)管理上提供了基本技術(shù)條件，但在信息深度處理和知識(shí)管理上支撐相對(duì)不夠，理解程度不高，故而對(duì)信息處理與利用不太充分，同時(shí)，智能處理的通用性、便捷化、安全性不夠顯著，因此妨礙了智能機(jī)器的大范圍開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。鑒于此，國(guó)際上已有不少?lài)?guó)家和組織紛紛致力于智能技術(shù)特別是自然語(yǔ)義理解的研究工作。目前，通用智能計(jì)算機(jī)能否成為安全可靠的信息處理工具，能否具通用性、便捷化特點(diǎn)，能否使智能計(jì)算機(jī)與通行的傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在使用和運(yùn)行上實(shí)現(xiàn)兼容性，是智能高科技產(chǎn)業(yè)化的重要基礎(chǔ)。

1 國(guó)家對(duì)安全的智能計(jì)算機(jī)研發(fā)的重要措施

所謂安全的智能計(jì)算機(jī)包括兩方面內(nèi)容：安全性與通用性。通用性包括除了可運(yùn)行智能機(jī)程序外，還可以兼容運(yùn)行傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序，其中智能機(jī)程序是一種通用程序。安全性方面，目前國(guó)家對(duì)信息安全與可信計(jì)算高度重視，2016 年12 月發(fā)布實(shí)施《國(guó)家網(wǎng)絡(luò)空間安全戰(zhàn)略》提出夯實(shí)網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)戰(zhàn)略任務(wù)，并強(qiáng)調(diào)對(duì)安全可信產(chǎn)品加快推廣引用。在智能計(jì)算機(jī)方面則有人工智能規(guī)劃。2017 年7 月中國(guó)政府發(fā)布了新一代人工智能規(guī)劃，即人工智能2.0 規(guī)劃，包括5 個(gè)方向：大數(shù)據(jù)智能、群體智能、跨媒體智能、人機(jī)混合增強(qiáng)智能與自主智能系統(tǒng)。所發(fā)布的這5 個(gè)方向?qū)Π踩耐ㄓ弥悄苡?jì)算機(jī)都有涉及并有所啟發(fā)，所以安全的智能計(jì)算機(jī)研制體現(xiàn)了國(guó)家安全可信與人工智能兩方面政策。安全的通用智能計(jì)算機(jī)是人工智能領(lǐng)域的重要研究方向，在目前人工智能規(guī)劃2.0 深入實(shí)施的形勢(shì)下，要實(shí)現(xiàn)人工智能研究“彎道超車(chē)”，開(kāi)展安全的通用的智能計(jì)算機(jī)研制是當(dāng)務(wù)之急。

在我國(guó)，大力發(fā)展安全的通用智能計(jì)算機(jī)，對(duì)促進(jìn)我國(guó)智能技術(shù)的應(yīng)用普及和建立智能計(jì)算機(jī)研發(fā)體系，實(shí)現(xiàn)智能技術(shù)的跨越式發(fā)展，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。然而，由于我國(guó)還沒(méi)有設(shè)立關(guān)于通用智能計(jì)算機(jī)的研發(fā)計(jì)劃，各智能研發(fā)團(tuán)隊(duì)或系統(tǒng)所研發(fā)的AI 芯片[3]一般都是專(zhuān)用芯片，雖然也模擬腦神經(jīng)元，但其處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到大腦神經(jīng)元的水平，不但可解釋性差，而且對(duì)信息的利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，其通用性?xún)H僅與通用CPU 相比也相差甚遠(yuǎn)。理解問(wèn)題是通用智能機(jī)的核心內(nèi)容，理解機(jī)制與智能計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)造就通用智能計(jì)算機(jī)是一種必經(jīng)之路，自然語(yǔ)義理解問(wèn)題取得突破之時(shí)就是通用智能計(jì)算機(jī)研發(fā)計(jì)劃提上議事日程之日。同時(shí)，隨著我國(guó)進(jìn)入人工智能2.0 時(shí)代，國(guó)外智能計(jì)算機(jī)研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)將不可避免，通過(guò)創(chuàng)建中國(guó)層面的通用智能計(jì)算機(jī)研發(fā)計(jì)劃，能充分反映我國(guó)智能計(jì)算機(jī)研發(fā)作為一支不可忽視研發(fā)力量而在世界智能計(jì)算機(jī)研究中占一席之地。

自然語(yǔ)義理解是安全的通用智能機(jī)器的核心問(wèn)題，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)（或稱(chēng)圖靈機(jī)）對(duì)信息的處理方式是：把信息形式化成符號(hào)，再進(jìn)行刺激反應(yīng)式的變換，其并未觸及形式化符號(hào)的語(yǔ)義，對(duì)信息的處理并不充分。智能充分處理處理信息，必然觸及信息符號(hào)的語(yǔ)義部分，所以通用智能一定可以理解信息形式化符號(hào)。通用智能計(jì)算機(jī)研制不但要傳承傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的刺激反應(yīng)式變換與時(shí)序執(zhí)行的成功經(jīng)驗(yàn)，還要與理解規(guī)律結(jié)合起來(lái)。文獻(xiàn)[4]提出了自然語(yǔ)義理解的有關(guān)定理，依靠視知覺(jué)等知覺(jué)元素構(gòu)成的自然語(yǔ)義與自然語(yǔ)言的跨模態(tài)連接，通過(guò)詞句篇章的理解證明分析了自然語(yǔ)言的理解過(guò)程，文獻(xiàn)[5]提出了自然語(yǔ)言加工中的what-why 理解效應(yīng)，它是自然語(yǔ)言理解理論的基礎(chǔ)，同時(shí)驗(yàn)證了自然語(yǔ)言理解理論的正確性。文獻(xiàn)[6]分析了圖靈機(jī)模型的局限性，提出自然語(yǔ)義理解與圖靈機(jī)模型相結(jié)合的認(rèn)知系統(tǒng)模型，文獻(xiàn)[7]展望了自然語(yǔ)義理解對(duì)人工智能領(lǐng)域的滲透作用及其廣泛的影響力。本課題組到目前為止的工作重點(diǎn)是從無(wú)到有摸清通用智能計(jì)算機(jī)工作的基本原理，雖然為通用智能機(jī)的研發(fā)奠定了必要而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但尚沒(méi)有得到有關(guān)方面對(duì)課題組研發(fā)的重視與支持，以至于這種新型的安全通用智能計(jì)算機(jī)不能早日面世而使得其作用未能得到充分地發(fā)揮和體現(xiàn)。因此，隨著人工智能2.0 規(guī)劃的頒布和實(shí)施深化，通用智能機(jī)的研發(fā)與推廣應(yīng)用將成為迫在眉睫的重要工作。通用智能機(jī)是人工智能研究成果的智慧結(jié)晶，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展具有重要意義，尤其是安全的通用智能機(jī)的研發(fā)成功對(duì)中國(guó)保持人工智能研究領(lǐng)先地位具有極其重要的作用。

2 新型安全通用智能計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

本文中所指的安全通用智能計(jì)算機(jī)即通用智能圖靈機(jī)（Intelligent Turing Machine，ITM），或稱(chēng)智能圖靈機(jī)，智能圖靈機(jī)是一種安全的通用智能計(jì)算機(jī)，安全通用智能計(jì)算機(jī)亦稱(chēng)通用智能計(jì)算機(jī)或通用智能機(jī)，本文中的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)即馮?諾伊曼計(jì)算機(jī)，等同于圖靈機(jī)（Turing Machine，TM）。人工智能方面，圖靈還發(fā)表了有關(guān)圖靈測(cè)試的論文[8]，如果把圖靈機(jī)模型與圖靈測(cè)試有機(jī)結(jié)合起來(lái)，將可以開(kāi)拓新的領(lǐng)域，圖靈機(jī)的智能化水平將大幅提高?；谶@種理念，通用智能圖靈機(jī)兼顧了符號(hào)概念的語(yǔ)義，從而比起傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)也稱(chēng)圖靈機(jī)更加智能化，并具備了新功能、新特點(diǎn)。其中，智能圖靈機(jī)比馮?諾伊曼計(jì)算機(jī)增加了理解協(xié)處理器，順序執(zhí)行與指令譯碼器2 個(gè)方面也有明顯差別；在存儲(chǔ)器、控制器設(shè)計(jì)過(guò)程中，通用智能機(jī)的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)原理、實(shí)際使用等都等同或等效于采用類(lèi)腦標(biāo)準(zhǔn)及其規(guī)律。智能圖靈機(jī)比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的先進(jìn)之處在于可提高包涵知識(shí)的復(fù)用性、并產(chǎn)生新知識(shí)。

（1）系統(tǒng)運(yùn)行的兼容性

智能圖靈機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)都是一種信息處理機(jī)器，但為了提高信息利用效率，智能圖靈機(jī)把語(yǔ)義嵌套在所處理的信息之中，并且解決了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)純粹是一種形式信息處理而不夠語(yǔ)義及其邏輯約束的弊端，見(jiàn)圖1。

圖1 智能圖靈機(jī)的語(yǔ)義處理

需要提出的是，圖靈機(jī)是智能圖靈機(jī)的一個(gè)特例，沒(méi)有語(yǔ)義嵌套的智能圖靈機(jī)就是傳統(tǒng)的圖靈機(jī)。所以，智能圖靈機(jī)可以兼容傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序，從而該智能圖靈機(jī)模型既可以運(yùn)行傳統(tǒng)的圖靈機(jī)程序，其運(yùn)行方式也可以是類(lèi)腦運(yùn)行模式：語(yǔ)義運(yùn)行方式。

（2）編程開(kāi)發(fā)的便捷性

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的編程方式，長(zhǎng)期以來(lái)比較單調(diào)，都要經(jīng)過(guò)繁瑣的形式化過(guò)程。因此，各種場(chǎng)景應(yīng)用開(kāi)發(fā)調(diào)試起來(lái)并不容易，而且還經(jīng)常易發(fā)故障，隨著時(shí)間推移需要變更軟件時(shí)也比較繁瑣。智能圖靈機(jī)場(chǎng)景應(yīng)用開(kāi)發(fā)有了很大改善，見(jiàn)圖2。其編程開(kāi)發(fā)的幾種可能形式：可調(diào)整成3 種（如傳統(tǒng)程序方式，過(guò)程描述方式，需求及其知識(shí)描述方式）、6 種（如組合方式）。由于場(chǎng)景應(yīng)用態(tài)勢(shì)不同，簡(jiǎn)單的情況，多種開(kāi)發(fā)形式可通過(guò)編程、描述相結(jié)合得到。如圖3（a），形式A 每次與形式B相結(jié)合，形成形式C，這是一種常見(jiàn)有效的形式。圖3（b）中，形式D 難度可能比較大，需要有充分的知識(shí)、足夠的需求目標(biāo)描述，可以與形式A、形式B 或形式C 相配合，即成為形式E、F、G。不同的開(kāi)發(fā)形式可以自由組合，不受約束限制，開(kāi)發(fā)非常方便。在理解知識(shí)庫(kù)足夠強(qiáng)大的前提下。智能圖靈機(jī)以自然語(yǔ)言的方式編程，具有便捷性。與傳統(tǒng)程序編程相比較，智能圖靈機(jī)編程不用繁瑣的測(cè)試，只需進(jìn)行邏輯正確性即可，實(shí)現(xiàn)真正的自然語(yǔ)言編程，自然語(yǔ)義解析執(zhí)行，從而開(kāi)發(fā)編程相當(dāng)便捷。

圖2 場(chǎng)景應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單化

圖3

（3）研發(fā)上的可行性

本智能圖靈機(jī)的原理即通過(guò)理解的方式對(duì)刺激進(jìn)行反應(yīng)。即對(duì)刺激物進(jìn)行理解后，根據(jù)理解結(jié)果分類(lèi)執(zhí)行反應(yīng)動(dòng)作。根據(jù)理解結(jié)果分類(lèi)，其分類(lèi)結(jié)果包括問(wèn)題類(lèi)別、步驟類(lèi)等，相應(yīng)地引發(fā)推理動(dòng)作、執(zhí)行動(dòng)作等。這些動(dòng)作可歸結(jié)為程序表系列。智能圖靈機(jī)的難點(diǎn)包括理解（序號(hào)07-1-1）、理解結(jié)果轉(zhuǎn)化為程序表序列（序號(hào)08-2-1）。先期已在自然語(yǔ)言真實(shí)理解上取得突破。關(guān)于理解難點(diǎn)（序號(hào)07-1-1），本研究把自然語(yǔ)言理解與圖靈機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)造新型的智能計(jì)算機(jī)。具有可實(shí)現(xiàn)性。關(guān)于程序表序列轉(zhuǎn)化難點(diǎn)（序號(hào)08-2-1），建立在自然語(yǔ)言理解之上的通過(guò)理解運(yùn)行的方式，通過(guò)理解取出可操作語(yǔ)義，由于操作語(yǔ)義具有確定性，對(duì)應(yīng)固定的字符串，可以映射到指令上，從而操控有關(guān)的部件（如邏輯運(yùn)算部件序號(hào)09-1-1）。由于兩難點(diǎn)都具有可實(shí)現(xiàn)性，所以智能圖靈機(jī)的原理上是可行的，其研發(fā)上具有可行性。

圖4 理解部件與程序表序列轉(zhuǎn)化情況

智能圖靈機(jī)對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的概念符號(hào)作了重要補(bǔ)充，如圖4，序號(hào)07-1-1 和序號(hào)08-2-1。改變以往計(jì)算機(jī)在形式化信息處理中，僅涉及信息的符號(hào)部分，并充分同步肯定語(yǔ)義的關(guān)鍵作用，形義并重處理有致。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的刺激反應(yīng)機(jī)制與順序執(zhí)行等本質(zhì)特征得以傳承?？梢?jiàn)，只是增加了對(duì)概念符號(hào)的語(yǔ)義部分的充分利用，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的直接溝通與處理，減少形式化編程過(guò)程或稱(chēng)編程的自動(dòng)化。類(lèi)似的理解協(xié)處理部件、推理部件、歸納部件等也作了相應(yīng)的增加擴(kuò)展。綜上，智能圖靈機(jī)對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的補(bǔ)充語(yǔ)義處理部分，隨著語(yǔ)義理解的突破變成了可能，成就了智能圖靈機(jī)實(shí)現(xiàn)的可行性。

（4）原理上的新穎性

智能圖靈機(jī)建立在新型的理論基礎(chǔ)之上，與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)智能計(jì)算機(jī)思路完全不同，它以全新的程序執(zhí)行方式、嶄新的體系結(jié)構(gòu)來(lái)展示出一種新型的通用智能計(jì)算機(jī)模型。智能圖靈機(jī)最大的特點(diǎn)是它以理解運(yùn)行的方式來(lái)執(zhí)行程序步驟，如圖5，完全不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的指令譯碼執(zhí)行方式。它的理論基礎(chǔ)是基于知覺(jué)形式化的自然語(yǔ)言真實(shí)理解理論，以前沒(méi)有類(lèi)似的報(bào)道過(guò)。智能圖靈機(jī)新穎性的另一大特點(diǎn)在于其在信息的處理精度上做到元素化。可以看出，比起傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，智能圖靈機(jī)處理信息序號(hào)08-10-01 和09-01-01 時(shí)，其自然語(yǔ)義部分的嵌套與表達(dá)（09-01-99、08-10-99）占了主導(dǎo)地位，見(jiàn)圖6。相應(yīng)地也將同步進(jìn)行元素精度上邏輯一致性檢測(cè)，因?yàn)檫@也是理解測(cè)試的組成部分?？傊⒃谧匀徽Z(yǔ)言真實(shí)理解之上的通用智能計(jì)算機(jī)國(guó)際上還沒(méi)有見(jiàn)過(guò)相關(guān)報(bào)道。

圖5 語(yǔ)義運(yùn)行方式

圖6 對(duì)應(yīng)信息序號(hào)08-10-01和09-01-01的語(yǔ)義是09-01-99、08-10-99，智能圖靈機(jī)對(duì)這些語(yǔ)義的處理精度做到元素化

（5）使用中的安全性

使用智能圖靈機(jī)時(shí)，應(yīng)首先考慮應(yīng)用場(chǎng)景，必要時(shí)增加應(yīng)用的安全性設(shè)計(jì)。這種安全性設(shè)計(jì)基本上分三種情況：①編程調(diào)試層面。對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)程序細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，智能圖靈機(jī)使用邏輯約束保證程序的正確性，因此不需要調(diào)試，靠的是靜態(tài)的語(yǔ)句間的邏輯證明。②智能圖靈機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該有對(duì)非敵方類(lèi)不造成傷害的規(guī)則約束，稱(chēng)敵友立場(chǎng)判定，其安全機(jī)構(gòu)為運(yùn)行過(guò)程中邊檢測(cè)邊使用，從規(guī)則上確保安全性，不造成我方傷害。③細(xì)節(jié)技術(shù)上智能圖靈機(jī)首先保證邏輯正確性，同時(shí)通過(guò)反饋發(fā)現(xiàn)執(zhí)行的正確性。智能圖靈機(jī)通過(guò)這三道防線(xiàn)保證系統(tǒng)的安全性與可靠性。

3 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)布新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃，將人工智能上升為國(guó)家戰(zhàn)略，計(jì)劃2030 年達(dá)到世界領(lǐng)先水平。隨著安全智能技術(shù)瓶頸的打破以及智能計(jì)算機(jī)裝置的大規(guī)模部署和持續(xù)發(fā)展，智能圖靈機(jī)將會(huì)不斷有舊的知識(shí)系統(tǒng)被迭代或進(jìn)化，也會(huì)不斷有新的場(chǎng)景應(yīng)用以及新知識(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生，智能機(jī)器對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的建模與認(rèn)識(shí)將不斷加深，人們利用機(jī)器改造世界的能力不斷增強(qiáng)。國(guó)家可在不太長(zhǎng)的歷史時(shí)期內(nèi)，通過(guò)智能化改造，實(shí)現(xiàn)“新四化”，即工業(yè)智能化、農(nóng)業(yè)智能化、國(guó)防智能化，并探索科學(xué)技術(shù)智能化的道路。作為對(duì)信息充分處理的機(jī)器，安全的通用智能計(jì)算機(jī)研制要與理解規(guī)律想相結(jié)合，相信自然語(yǔ)義理解與圖靈機(jī)模型相結(jié)合研究將推動(dòng)下一代通用智能計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展與普及，從而最終惠及大眾，促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。