探索人工智能的真諦

人工智能的發(fā)展歷程、背后推力

一群小朋友在草地上追著哪吒，問(wèn)道：“哪吒哥哥，城里的大人現(xiàn)在天天都說(shuō)人工智能，人工智能到底是什么啊？它是從哪里來(lái)的呢？”哪吒摸了摸一個(gè)小朋友的頭，拍了拍旁邊的草地，說(shuō)道：“大家坐到我旁邊來(lái)，我來(lái)給你們講講人工智能的故事。先從人工智能從哪兒來(lái)的說(shuō)起吧！”

關(guān)于人工智能的起源，要從著名的圖靈測(cè)試開(kāi)始說(shuō)起。20世紀(jì)40年代，有一個(gè)偉大的科學(xué)家圖靈，他首次提出了一種測(cè)試機(jī)器是否具備人類智能的方法，掀起了關(guān)于“機(jī)器智能”的討論熱潮。

知識(shí)點(diǎn)

一個(gè)人在不接觸對(duì)方的情況下，通過(guò)一種特殊的方式和對(duì)方進(jìn)行一系列問(wèn)答，如果在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，他無(wú)法根據(jù)這些問(wèn)題判斷對(duì)方是人還是計(jì)算機(jī)，那么就可以認(rèn)為這臺(tái)計(jì)算機(jī)具有與人相當(dāng)?shù)闹橇Γ催@臺(tái)計(jì)算機(jī)是能思考的，是具備人類智能的。

20世紀(jì)50年代末期，美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院的專家組織召開(kāi)了一個(gè)夏季討論班，用長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的時(shí)間對(duì)人工智能的方方面面進(jìn)行了精確的定義與描述，這也標(biāo)志著人工智能正式成為一門學(xué)科，開(kāi)始蓬勃發(fā)展。

一個(gè)小朋友站了起來(lái)，迫不及待地問(wèn)道：“人工智能的‘出生’這么坎坷，那之后的發(fā)展怎么樣呢？”哪吒點(diǎn)了點(diǎn)頭，回答道：“是啊，每一次偉大的技術(shù)變革都要?dú)v經(jīng)長(zhǎng)期、不知疲倦的探索和追求，人工智能亦是如此。”

人工智能的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：計(jì)算智能、感知智能和認(rèn)知智能。

在計(jì)算智能時(shí)期，機(jī)器只具備快速計(jì)算和記憶、存儲(chǔ)的能力，人們重點(diǎn)關(guān)注計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力和存儲(chǔ)能力的提升。例如，1997年，一臺(tái)名為“深藍(lán)”的計(jì)算機(jī)橫空出世，一舉擊敗了國(guó)際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫，靠的就是其強(qiáng)大的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力。這臺(tái)計(jì)算機(jī)由美國(guó)IBM公司生產(chǎn)，重1270公斤，有32個(gè)微處理器，每秒可以計(jì)算2億步。該計(jì)算機(jī)里保存了100多年來(lái)優(yōu)秀棋手的200多萬(wàn)個(gè)對(duì)局，其計(jì)算能力是人類所不可比擬的。至此，人類在這種強(qiáng)運(yùn)算型的比賽方面就不能戰(zhàn)勝機(jī)器了。

在感知智能時(shí)期，機(jī)器已經(jīng)具備視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感知能力，能夠通過(guò)這些感知能力與自然界進(jìn)行交互，如自動(dòng)駕駛汽車就是通過(guò)激光雷達(dá)等感知設(shè)備和人工智能算法實(shí)現(xiàn)這樣的感知智能的。機(jī)器在感知世界方面比人類有優(yōu)勢(shì)。人類都是被動(dòng)感知的，但是機(jī)器可以使用激光雷達(dá)、微波雷達(dá)和紅外雷達(dá)等實(shí)現(xiàn)主動(dòng)感知。機(jī)器在感知智能方面已越來(lái)越接近于人類。

在認(rèn)知智能時(shí)代，機(jī)器可以做到“能理解，會(huì)思考”，具備自己的“大腦”，能夠定制化完成推理、規(guī)劃、聯(lián)想、創(chuàng)作等復(fù)雜任務(wù)。當(dāng)前社會(huì)正處于從感知智能向認(rèn)知智能邁進(jìn)的階段，我們可以大膽想象，如果有一天機(jī)器具備了認(rèn)知智能，那么我們的周圍就會(huì)出現(xiàn)很多電影里才能看到的智能機(jī)器，比如《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》里的大白、《人工智能》中的大衛(wèi)以及《超能查派》里的查派，這些智能機(jī)器有意識(shí)、有情感，并且有自己的善惡觀。

小朋友們不由得瞪大了雙眼，驚嘆道：“哇，那也太好了！到時(shí)候我一定要交一個(gè)機(jī)器人朋友！”“咦？為什么人工智能能在短短半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里發(fā)展得如此迅速啊？是有什么魔法嗎？”一直在旁邊沉思的小明突然發(fā)問(wèn)道。哪吒笑著說(shuō)：“你問(wèn)到了關(guān)鍵！”

數(shù)據(jù)、算力和算法稱為人工智能發(fā)展的三要素。數(shù)據(jù)就是我們?nèi)粘Ｊ褂秒娮釉O(shè)備看新聞、購(gòu)物、發(fā)微博、發(fā)微信時(shí)，產(chǎn)生的圖像、視頻、聲音、文本等。算力指的是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力，類似于你每小時(shí)能做多少道數(shù)學(xué)題。算法指的是解決某些具體問(wèn)題的方法模型，比如你想設(shè)計(jì)一個(gè)可以踢足球的機(jī)器人，那如何設(shè)計(jì)呢？其內(nèi)在邏輯是什么呢？得益于近年來(lái)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在數(shù)據(jù)、算力和算法三要素齊頭并進(jìn)的情況下，人工智能才得到如此迅猛的發(fā)展。

近年來(lái)，人工智能的研究與應(yīng)用越來(lái)越受到人們的重視，國(guó)內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)紛紛投入大量的人力、財(cái)力、物力開(kāi)展人工智能相關(guān)的研究，人工智能技術(shù)也在蓬勃發(fā)展中。

人工智能的技術(shù)方向及運(yùn)轉(zhuǎn)原理

小朋友們聽(tīng)完哪吒的講解，對(duì)人工智能充滿了好奇和向往。一個(gè)圓頭的小朋友問(wèn)道：“哪吒哥哥，那人工智能是怎么工作的呢？”哪吒笑了笑說(shuō)：“我剛到師父那里學(xué)習(xí)的時(shí)候也問(wèn)過(guò)這個(gè)問(wèn)題，我給你講講。”

眾所周知，人類之所以能夠進(jìn)行推理、學(xué)習(xí)、思考、規(guī)劃等復(fù)雜的思維活動(dòng)，主要依賴于我們的大腦。而人工智能就是研究怎樣使用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類大腦，去解決需要人類專家才能處理的復(fù)雜問(wèn)題，其主要目的是將人的思考過(guò)程、智能活動(dòng)通過(guò)計(jì)算機(jī)或機(jī)器實(shí)現(xiàn)。

一個(gè)小朋友一臉疑惑地問(wèn)道：“模擬人類大腦？人作為萬(wàn)物之靈，大腦這么厲害，怎么模擬啊？”哪吒沉思了一下，回答道：“還記得咱們上次一起去乾元山玩，我發(fā)現(xiàn)小明同學(xué)對(duì)有些蛇視而不見(jiàn)，對(duì)有些蛇卻避而遠(yuǎn)之，小明你是如何分辨哪個(gè)是毒蛇，哪個(gè)是無(wú)毒蛇的呢？”

小明哈哈大笑道：“這還不簡(jiǎn)單嘛！小時(shí)候我爹上山采藥常帶著我，我打小就見(jiàn)識(shí)過(guò)各種各樣的蛇，后來(lái)我通過(guò)顏色、頭部形狀、頭部姿勢(shì)就可以判斷出一條蛇是不是毒蛇了。毒蛇一般色彩比較鮮艷，無(wú)毒的蛇顏色比較黯淡；毒蛇的頭部小，一般呈三角形，而無(wú)毒的蛇頭部都是橢圓形或熨斗狀；毒蛇頭部通常保持攻擊姿態(tài)，高高昂起，無(wú)毒的蛇則正好相反。”

哪吒聽(tīng)罷滿意地笑了：“非常好！這就是人類分辨毒蛇的方法，主要從蛇的顏色、頭部形狀、頭部姿勢(shì)三種特征綜合判斷。大家想一想，如果把這三種特征分別賦值，用1到10之間的數(shù)值來(lái)分別表示蛇身顏色的亮度、蛇頭像三角形的程度、蛇頭堅(jiān)挺的程度，那么計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)了100條蛇的特征數(shù)據(jù)后，它就能分辨出毒蛇了。這種方法就叫作機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning）。”

“選取特征需要大量的經(jīng)驗(yàn)，像我這種根本不知道毒蛇和無(wú)毒蛇區(qū)別的人，豈不是無(wú)法煉制辨蛇法寶了？”小胖抓耳撓腮，有點(diǎn)沮喪地問(wèn)道。

哪吒聽(tīng)罷，忙安慰道：“不不不，可以利用深度學(xué)習(xí)（deep learning），你只需要向機(jī)器提供少量的毒蛇和無(wú)毒蛇的照片，它就可以自動(dòng)學(xué)習(xí)出蛇身顏色、蛇頭部的狀態(tài)和姿勢(shì)等特征，從而自動(dòng)分辨出毒蛇。”

哪吒喝了口水，接著講道：“我們首先思考一下，人是怎么知道一張圖片里面畫的是蛇呢？肯定是因?yàn)槲覀兊难劬κ紫瓤吹搅艘粡垐D片，這個(gè)信息會(huì)被迅速地傳到大腦皮層里的視覺(jué)神經(jīng)元，視覺(jué)神經(jīng)元就會(huì)接收到信號(hào)，然后我們會(huì)先根據(jù)宏觀邊緣特征確定圖片里是一條蛇，再根據(jù)微觀的形狀或者顏色等特征確定這條蛇是毒蛇還是無(wú)毒蛇。整個(gè)過(guò)程與視覺(jué)神經(jīng)元聯(lián)動(dòng)，分層次地獲取特征，才能達(dá)到辨識(shí)毒蛇的目的。”

深度學(xué)習(xí)就是借鑒了人類大腦識(shí)別物體這一過(guò)程，并對(duì)這個(gè)過(guò)程進(jìn)行建模。深度學(xué)習(xí)模型在底層接收到圖片的像素級(jí)特征，學(xué)習(xí)到圖片中的邊緣特征，再深一層學(xué)習(xí)到物體邊緣特征，并在更高層學(xué)習(xí)到物體的局部特征，最后識(shí)別出整個(gè)物體。其核心思想就是堆疊多個(gè)層，每一層的輸出是下一層的輸入，通過(guò)這種方式就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信息進(jìn)行分層、分級(jí)的表達(dá)。

小胖恍然大悟，連連點(diǎn)頭道：“原來(lái)如此，那人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)之間是什么關(guān)系呢？”

“關(guān)于它們之間的關(guān)系嘛，機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)都屬于人工智能學(xué)科體系，人工智能是一個(gè)宏大的愿景，機(jī)器學(xué)習(xí)只是實(shí)現(xiàn)人工智能的手段之一，深度學(xué)習(xí)是一種實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)。”哪吒解釋道。

“原來(lái)人工智能是一個(gè)這么龐大的學(xué)科，那它都有哪些研究?jī)?nèi)容啊？”圓頭的小朋友若有所思地問(wèn)道。

哪吒站起來(lái)說(shuō)：“人工智能主要是對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钪挟a(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。大家想想，我們平時(shí)都會(huì)產(chǎn)生哪些數(shù)據(jù)？”

“文字？圖片？視頻？語(yǔ)音？”大家七嘴八舌地議論起來(lái)。

“對(duì)，人工智能的研究領(lǐng)域主要包括自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音技術(shù)等，分別是針對(duì)大家所說(shuō)的語(yǔ)言、文字、圖像/視頻、語(yǔ)音進(jìn)行研究的。”

“那到底如何上手呢？需要用什么工具或平臺(tái)呢？”大家紛紛問(wèn)道。

哪吒急忙解釋：“當(dāng)然有，那就是深受廣大深度學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)者喜愛(ài)的百度PaddlePaddle平臺(tái)。PaddlePaddle的中文名是‘飛槳’，這個(gè)名字出自朱熹的詩(shī)句‘聞?wù)f雙飛槳，翩然下廣津’，可解釋為‘疾速劃動(dòng)的槳，亦借指飛快的船’，寓意PaddlePaddle將與廣大開(kāi)發(fā)者一同飛速成長(zhǎng)。飛槳能助力開(kāi)發(fā)者快速實(shí)現(xiàn)AI想法，高效上線AI業(yè)務(wù)，幫助越來(lái)越多的行業(yè)完成AI賦能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)智能化升級(jí)。”

哪吒話音剛落，小朋友們就激動(dòng)地鼓起了掌，個(gè)個(gè)躊躇滿志，紛紛表示：“人工智能這么厲害，我也要學(xué)會(huì)它！”哪吒感慨道：“青衿之志，履踐致遠(yuǎn)。行而不輟，未來(lái)可期。”