前言

你也許已經(jīng)感受到了，人工智能這個(gè)概念被越來越頻繁地提及，網(wǎng)上、書中五花八門的關(guān)于人工智能的音頻、視頻、文字是當(dāng)前最容易抓住眼球的熱點(diǎn)，人工智能從一個(gè)陽春白雪、深藏于專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)名詞，迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品經(jīng)理和市場營銷人員的口頭禪，還成為普通大眾茶余飯后的談資。現(xiàn)在，在大家的眼里，有了“人工智能”，掌握了“機(jī)器學(xué)習(xí)”或者“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的電子系統(tǒng)，仿佛就有了自己學(xué)習(xí)進(jìn)化、獨(dú)立思考解決問題的可能性，甚至有了超越人類的無限智慧與魔力。而大家提起擁有智能的機(jī)器，往往還懷有一種科幻小說式的神秘與敬畏，一邊忍不住對未知的憧憬，想要從鑰匙孔中窺探潘多拉盒子里面藏著怎樣的秘密，一邊又擔(dān)心打開了這個(gè)盒子，會放出人類無法掌控的可怕力量。

你也許還沒有注意到，人工智能帶來的變化已在我們身邊悄然出現(xiàn)。當(dāng)你打開新聞，上面給你展示哪些文章，是由人工智能為你定制的，甚至就連文章的內(nèi)容，也可能是由機(jī)器根據(jù)當(dāng)前的搜索引擎、自媒體、網(wǎng)站的熱點(diǎn)自動(dòng)編寫而成的。當(dāng)你上網(wǎng)購物，打開首頁看到的是你最有可能感興趣、最有可能購買的商品，這是機(jī)器根據(jù)你最近上網(wǎng)的行為自動(dòng)推薦的。當(dāng)你打開郵箱時(shí)，系統(tǒng)已經(jīng)為你過濾掉你不關(guān)心的廣告和垃圾郵件，這些也是人工智能在背后工作的結(jié)果。今天這些智能化的成果已經(jīng)深深融入人們的工作和生活之中，這些細(xì)節(jié)變化背后的技術(shù)進(jìn)步，一點(diǎn)都不比機(jī)器能在棋盤上戰(zhàn)勝人類冠軍來得稍小。

無論你是否注意到了人工智能對我們生活潛移默化的改變，無論你對人工智能持有何種看法，是保守謹(jǐn)慎還是激進(jìn)樂觀，在說出你對人工智能的看法前，都不妨先花上幾個(gè)小時(shí)時(shí)間，全面客觀地觀察一下這個(gè)學(xué)科，弄懂“人工智能是什么？”“人工智能有什么？”這類最基礎(chǔ)的問題，再去討論和評價(jià)它的應(yīng)用、預(yù)測它的未來發(fā)展走向。而向廣大讀者—尤其是這方面沒有專業(yè)基礎(chǔ)的讀者解釋清楚這些問題，便是本書寫作的目的和意義所在。人工智能這門學(xué)科具體涉及內(nèi)容，它的背景淵源、來龍去脈，在它六十余年發(fā)展歷程中出現(xiàn)過的著名人物、重要?dú)v史事件，它的理論學(xué)說、走過的彎路、所取得的成果等，都是本書要一一討論到的話題。

讀者可以從討論的過程中，體會到人工智能的締造者和開拓者們是如何追尋“智能”的，以及相關(guān)理論、方法是如何運(yùn)作的。希望無論是與人工智能產(chǎn)業(yè)相關(guān)的業(yè)內(nèi)人員，還是這個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)研究者，或是信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的愛好者們，都能從本書中得到一些啟發(fā)。

智慧的疆界

之所以將本書定名為“智慧的疆界”，是因?yàn)檫@是全書的主旨。“智慧的疆界”是指何物？依筆者想來，應(yīng)是以下三點(diǎn)。

1）智慧的疆界應(yīng)是指人類探尋智能奧秘過程中，“已知”與“未知”之間的界線。以代表計(jì)算能力的圖靈機(jī)為起點(diǎn)，以掌握了意識和思維奧秘的終極智能為終點(diǎn)，在這條路上人類摸索前行，現(xiàn)在還不知道距離終點(diǎn)有多遠(yuǎn)，只是走得越久，知道得越多，看見的未知風(fēng)景越多。這段探索奧秘的歷程，當(dāng)然值得我們?nèi)ビ涗洝W(xué)習(xí)。

2）智慧的疆界應(yīng)是指人工智能誕生與發(fā)展過程中，貢獻(xiàn)畢生精力和智慧的開拓者們。從圖靈、香農(nóng)、馮·諾依曼、維納，到紐厄爾、司馬賀、麥卡錫、明斯基、皮茨、麥卡洛克，再到辛頓、燕樂存、奧本希、喬丹、尼爾森等，一位位天才學(xué)者不懈奮斗，為人類掌握“智能”這個(gè)科學(xué)的最終領(lǐng)域拓土開疆。這些學(xué)者的傳奇故事，當(dāng)然值得我們?nèi)ビ涗洝W(xué)習(xí)。

3）智慧的疆界應(yīng)是指“人類智能”與“人工智能”中間，那條迄今看來仍無法逾越的鴻溝。模仿、學(xué)習(xí)并最終掌握人類得以擁有智能的本質(zhì)原理，跨越這條鴻溝，得以用智慧制造出智慧是人工智能的最終目標(biāo)，經(jīng)過六十余年，甚至可以說是兩三百年的探索，終于找到了一些可能可行的路徑，總結(jié)了一些也許是正確的方法，做出了一點(diǎn)階段性但足以改變世界的成果，也遇到過不少令人望而生畏的巨大困難和挫折。這些跨越這條鴻溝，實(shí)現(xiàn)人工智能終極目標(biāo)的方法、理論、成功與失敗，當(dāng)然值得我們?nèi)ビ涗洝W(xué)習(xí)。

本書面向的讀者

筆者希望最后寫成的是一本人工智能領(lǐng)域的“入門”書。“入門”，不等同于簡單，更不能等同于粗陋。對于人工智能這種涉及數(shù)學(xué)、信息、生物、心理和大量其他專業(yè)知識的交叉學(xué)科，要做到技藝精深必然是極難的，僅入門這一步，就面臨著非常高的門檻，阻隔了許多慕名而來的興趣愛好者，這是一件多么令人遺憾的事啊。如何把本書寫得可供沒有專業(yè)背景的讀者作為入門讀物，筆者在下筆之前確實(shí)深思良久，感到壓力山大。

除了能夠讓讀者易于“入門”，筆者希望能寫出一本有溫度的人工智能專業(yè)書籍。所謂“溫度”，是相對于專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中一貫精密和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男蜗蠖缘摹Ｈ魏我婚T技術(shù)的出現(xiàn)，都有它的背景，有它要解決的問題、未來要探索的未知方向和目標(biāo)。我們學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)時(shí)不應(yīng)過于“勢利”，不能只去學(xué)習(xí)技術(shù)和方法，而忽視了這些技術(shù)、方法是如何被發(fā)現(xiàn)的，在發(fā)現(xiàn)過程中前人有過怎樣的思考和爭議，犯過哪些錯(cuò)，走過哪些彎路。“勢利”的學(xué)習(xí)方式，會使學(xué)習(xí)者所收獲的理解不完整。研究人工智能同樣如此，我們應(yīng)該站在巨人的肩膀上看世界，如果連“智能”這樣基礎(chǔ)的概念都沒有了解，不明白前人是如何思考、定義和判別的，一開始就從“深度學(xué)習(xí)”等當(dāng)前最熱門的幾個(gè)人工智能分支入手，會很容易陷入管中窺豹的境地。

人工智能已是個(gè)熱點(diǎn)話題，這個(gè)領(lǐng)域的書籍也已汗牛充棟。市場上發(fā)行的人工智能書籍基本上可以歸結(jié)為兩類：一類是回顧人工智能的歷史，對人工智能的應(yīng)用和發(fā)展做出商業(yè)、社會、經(jīng)濟(jì)等方面的分析與預(yù)測；另一類是對人工智能中某一個(gè)子領(lǐng)域的算法、工具，尤其是機(jī)器學(xué)習(xí)方面的算法和工具進(jìn)行解析。本書沒有落在這兩類之中，前面說過，本書是想講清楚“人工智能這個(gè)學(xué)科具體有些什么”，這是一個(gè)很“入門”級，但又非常有必要認(rèn)真探討的話題。筆者希望本書能夠作為人工智能學(xué)習(xí)的一個(gè)“大綱”，讓讀者了解這個(gè)學(xué)科的概貌，形成一個(gè)全面完整的印象，在學(xué)習(xí)工作中遇到人工智能某個(gè)分支的問題時(shí)，知道這是什么，然后再去找更進(jìn)一步的參考資料。只要能夠?qū)崿F(xiàn)“讓普通人只通讀一本書便能全面客觀地理解人工智能”這個(gè)目標(biāo)，便是筆者最大的成功。

本書可能不適合的讀者

對于寫書，筆者落筆總是抱有敬畏之心，不希望讀者在付出了數(shù)十元錢的同時(shí)，還浪費(fèi)幾個(gè)小時(shí)乃至更多的閱讀時(shí)間才發(fā)現(xiàn)書中的內(nèi)容并不適合自己。所以在這里筆者要介紹一下本書不適用的人群，后面會介紹主要的讀者對象，以供讀者購買時(shí)參考。

本書可能無法滿足基于以下兩類目的閱讀的讀者。

1）閱讀的目的是學(xué)習(xí)人工智能具體某一個(gè)分支的技術(shù)細(xì)節(jié)、工具使用、代碼解析等的讀者，如學(xué)習(xí)Caffe、TensorFlow、Torch等框架、工具的應(yīng)用。本書會全面介紹人工智能的理論、技術(shù)和應(yīng)用，力求說清楚它們“是什么”“解決哪些問題”“為什么要這樣解決”。但是涉及“具體如何解決”的內(nèi)容并不多，不足以令沒有這方面基礎(chǔ)的讀者閱讀之后直接應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。這類讀者可以根據(jù)自己感興趣的技術(shù)和產(chǎn)品，從教科書或工具書入手學(xué)習(xí)和實(shí)踐。

2）閱讀的目的是探討人工智能領(lǐng)域前沿模型、算法、技術(shù)的讀者。如果你已是一位在本領(lǐng)域有豐富經(jīng)驗(yàn)的學(xué)者或從業(yè)人員，想要了解人工智能最新成果，筆者認(rèn)為閱讀本書，乃至“讀書”都不是一個(gè)合適的方式。作為一位前沿的研究人員，讀論文以及直接與人交流是更有效率的選擇，囿于書籍出版的時(shí)滯性，讀書更適合作為系統(tǒng)學(xué)習(xí)的途徑而不是了解最前沿成果的途徑。

本書的主要讀者對象

1．人工智能領(lǐng)域的產(chǎn)品經(jīng)理、管理人員

本書可以作為整個(gè)人工智能領(lǐng)域的“大綱”，供產(chǎn)品經(jīng)理或技術(shù)管理人員了解人工智能可以解決什么問題，解決這些問題需要用到什么技術(shù)，哪些問題現(xiàn)在解決是靠譜的，哪些是不靠譜的，以前在這些問題上碰過哪些釘子……

2．需要使用智能軟、硬件的研發(fā)人員

本書的初衷是向研發(fā)人員—有大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)卻缺乏足夠數(shù)學(xué)知識去深入理解人工智能的人員，提供一種通過歷史和前人的探索思路，而不是完全依賴專業(yè)知識去了解人工智能的途徑。通過本書，研發(fā)人員可以用較為輕松的方式，達(dá)到對自己使用的人工智能工具、算法和技術(shù)知其然亦知其所以然的目的。

3．信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)愛好者

本書是一部講述近代科技的歷史書，也是一部科普書，還是一部講述人工智能思想和技術(shù)的教科書。通過本書可以了解到前輩們在探索人工智能道路上所做出的努力和思考，理解他們不同的觀點(diǎn)和思路，有助于開拓自己的思維和視野。

4．人工智能相關(guān)專業(yè)的研究人員

人工智能經(jīng)過六十多年的發(fā)展，已細(xì)分出了很多個(gè)研究方向，研究人員在關(guān)注自己領(lǐng)域的同時(shí)，可以通過本書對整個(gè)人工智能科學(xué)的發(fā)展歷程、要解決的問題和前人思考有一個(gè)全盤了解，這對讀者在自己研究的分支上進(jìn)行深入探索也很有好處。

如何閱讀本書

本書一共分為四個(gè)部分：以智慧創(chuàng)造智慧、學(xué)派爭鳴、第三波高潮、人機(jī)共生。各個(gè)部分之間有時(shí)間上的先后順序，前面章節(jié)是后續(xù)章節(jié)的基礎(chǔ)，所以建議讀者首次翻看本書時(shí)按照章節(jié)順序閱讀。各部分和章節(jié)的概要如下。

第一部分（第1、2章）以智慧創(chuàng)造智慧

第一部分闡述了在人工智能這個(gè)學(xué)科正式創(chuàng)立之前的萌芽時(shí)期，圖靈、香農(nóng)等先驅(qū)們對智能是什么、機(jī)器能否擁有智能這些問題的探索和思考；并介紹了人工智能起源標(biāo)志—達(dá)特茅斯會議的過程、成果以及日后被稱為一代傳奇學(xué)者的與會者們。

第1章 以“人工智能之父”圖靈的生平事跡為主線，介紹了計(jì)算的基礎(chǔ)圖靈機(jī)，圖靈測試，圖靈對智能的思考、理解和定義。

第2章 以達(dá)特茅斯會議為主線，通過對該會議的召集、過程、成果、參與人物以及該會議的后續(xù)影響的介紹，闡述了人工智能這個(gè)學(xué)科誕生的歷史背景，并討論了該學(xué)科研究的目標(biāo)和要解決的問題。

第二部分（第3～5章）學(xué)派爭鳴

目前，學(xué)術(shù)界研究人工智能的方法主要有三個(gè)學(xué)派，分別是符號主義、連接主義和行為主義，這三個(gè)學(xué)派分別從邏輯、仿生和行為三個(gè)角度來研究智能，既有自頂向下從智能的本質(zhì)出發(fā)，從一般到特殊，通過邏輯運(yùn)算推導(dǎo)智能行為；也有從行為出發(fā)，自底向上把智能當(dāng)作黑箱看待，從行為推導(dǎo)智能的本質(zhì)。這些學(xué)派在不同時(shí)期都曾是人工智能的主流，并各自取得了許多成果。

第3章 以紐厄爾、司馬賀的研究工作為主線，介紹了符號主義的邏輯理論基礎(chǔ)，解析符號主義學(xué)說的核心觀點(diǎn)—物理符號系統(tǒng)和啟發(fā)式搜索假說，并介紹了這個(gè)學(xué)派在知識表示、知識工程和知識系統(tǒng)上所取得的成就。

第4章 以“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)締造者”皮茨和“感知機(jī)之父”羅森布拉特兩位學(xué)者悲劇式的人生經(jīng)歷為主線，介紹了連接主義學(xué)派的核心思想，并介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初期形式，為后續(xù)講解深度學(xué)習(xí)和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)打下基礎(chǔ)。

第5章 以“控制論之父”維納的工作經(jīng)歷為主線，介紹了控制論創(chuàng)建的過程，以此介紹了行為主義研究的基本方法和觀點(diǎn)，以及機(jī)械因果論等思想。

第三部分（第6、7章）第三波高潮

人工智能迄今為止經(jīng)歷了三次高潮和兩個(gè)大的低谷，目前處于第三次高潮的頂峰，這次高潮是由機(jī)器學(xué)習(xí)，尤其是深度學(xué)習(xí)、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引領(lǐng)的。

第6章 本章是機(jī)器學(xué)習(xí)的導(dǎo)論，介紹了機(jī)器學(xué)習(xí)處理問題的一般方法。本章盡可能用最小的篇幅去說清楚“機(jī)器學(xué)習(xí)是什么”“它解決哪些問題”“它通過哪些步驟來解決”，以及“如何驗(yàn)證評估它的解決的效果”這四個(gè)問題。

第7章 以“深度學(xué)習(xí)教父”辛頓的人生經(jīng)歷為主線，介紹了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從低谷復(fù)興的過程，以及深度學(xué)習(xí)的提出和技術(shù)突破；并介紹了幾種典型的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以及這些新技術(shù)給學(xué)術(shù)界、工業(yè)界帶來的變化。

第四部分（第8章）人機(jī)共生

幾十年來，人工智能無時(shí)無刻不伴隨著爭論和分歧，人工智能這個(gè)人類最復(fù)雜精密的創(chuàng)造物與人類本身的關(guān)系確實(shí)必須仔細(xì)思考、慎重對待，這部分我們將探討人類和機(jī)器在追尋智能過程中得到的一些成果和產(chǎn)生的一些爭論。

第8章 用十多個(gè)人工智能方面的實(shí)際案例來嘗試回答幾個(gè)問題：經(jīng)過六十多年的發(fā)展，當(dāng)下的人工智能到底發(fā)展到什么程度了？現(xiàn)在距離我們設(shè)想的目標(biāo)還有多遠(yuǎn)？人工智能會對我們有什么影響？現(xiàn)在以及未來應(yīng)該如何與人工智能相處？

聯(lián)系作者

在本書交稿的時(shí)候，筆者并沒有想象中那樣興奮或放松，寫作之時(shí)那種“戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢、如履薄冰”的感覺依然縈繞在心頭。在每一章、每一節(jié)落筆之時(shí)，筆者都在考慮如何才能把各個(gè)知識點(diǎn)更有條理地講述出來，都在擔(dān)心會不會由于自己理解有偏差而誤導(dǎo)了大家。囿于筆者的寫作水平和寫作時(shí)間，書中難免存在不妥之處，所以特地開辟了一個(gè)讀者郵箱（understandingjvm@gmail.com），也可以通過新浪微博找到（https://weibo.com/icyfenix），大家如有任何意見或建議都?xì)g迎與筆者聯(lián)系。相信寫書與做學(xué)問、寫程序一樣，每個(gè)作品一定都是不完美的，正因?yàn)椴煌昝溃覀儾庞胁粩嘧非笸昝赖膭?dòng)力。