浅议人类智能、人工智能和计算智能

人工智能是近几年最热门的话题之一,党中央和国务院发布了《新一代人工智能发展规划》,制定和实施人工智能发展的国家战略,科技部也多次发文以推进人工智能的发展和产业部署,人类智能和计算智能由于也有智能二字并和人工智能密切相关,也引起人们的深度注视。在《数学与计算机》专栏里,我们用了七篇短文讨论“计算智能”,仍感智长文短。这里不尽要问,《人类智能、人工智能和计算智能》为什么会这么火?为什么这样引起人们的广泛和长期的重视?它们之间有何异同之处?现在就来说说这些问题,供参考。

这里先只说“智能、人类智能、人工智能、计算智能”这几个词语的词义,虽显不足,但已足以显出它们之间的不同和极其重要之处。

智能(Intelligence),是智力和能力的总称。一般把“智与能”看作是两个相对独立的概念,其中“智”指进行认识活动的某些心理特点,“能”则指进行实际活动的某些心理特点;也有人把二者结合起来,把“智能”视为一个整体,简单地说就是智慧能力,是综合、复杂的精神活动功能,是人类运用自己已有的知识和经验来学习新知识、新概念并且把知识和概念转化为解决问题的能力。智能活动往往和记忆力、感知力、思维、判断、联想、意志等有着密切的联系,人类的智能表现在能够进行归纳总结和逻辑演绎等等的智力活动。

人类智能(Human Intelligence),是人类认识世界和改造世界的才智和本领,包括“智”和“能”两种成分。人类的“智”主要是指人对事物的认识和思维的能力;人类的“能”主要是指人的行动能力,它包括各种技能和正确的习惯等等。人类的“智”和“能”是结合在一起而不可分离的,人类的劳动、学习和交往等活动都是“智”和“能”的统一,是人类独有的智能活动。

思维是人类智能的核心。人类智能的特点主要是思想,而思想的核心是思维。人是一种会思维的动物,没有思维就没有人类的智能。有了思维,人类才能形成各种较复杂的意向,从而主导着人的活动,表现出人类所特有的自觉能动性;有了思维,人类才能探索自然界的奥秘,发现自然现象背后的规律;有了思维,人类才能发明各种技术,突破自己认识器官和行动器官的限制,大大提高认识世界和改造世界的能力。

意向是人类智能的另一个重要方面。人的活动是有目的的、自觉的活动,一刻也离不开自己意向的主导。注意、需要、意图、情绪、意志、理想等都是人的意向活动形式。保持积极的意向、恰当的情绪和顽强的斗志等等,对人类智能的发展和发挥是十分重要的。

人工智能(Artificial Intelligence),英文缩写为AI,是一门研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及其应用系统的一门新的技术科学,是要实现所有目前还无法不借助人类智慧才能实现的任务的集合,是计算机科学的一个分支,用以了解智能的实质并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。也可以这么看,任何有助于让机器(尤其是计算机)模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法和技术,都可视为人工智能的范畴。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来,理论和技术日益成熟,应用领域也不断扩大,可以设想,未来人工智能带来的科技产品,将会是人类智慧的“容器”。

人工智能(摘自互联网)

二十世纪七十年代以来,人工智能就被称为世界三大尖端技术(即空间技术、能源技术、人工智能)之一,也被认为是二十一世纪三大尖端技术(即基因工程、纳米科学、人工智能)之一。这是因为近三十年来它获得了迅速的发展,在很多学科领域都获得了广泛应用,并取得了丰硕的成果,已逐步成为一个独立的分支,无论在理论和实践上都已自成一个系统。

人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为(如学习、推理、思考、规划等)的学科,主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机,使计算机能实现更高层次的应用。人工智能将涉及到计算机科学、心理学、哲学和语言学等学科,可以说几乎是自然科学和社会科学的所有学科,其范围已远远超出了计算机科学的范畴,人工智能与思维科学的关系是实践和理论的关系,人工智能是处于思维科学的技术应用层次,是它的一个应用分支。从思维观点看,人工智能不仅限于逻辑思维,要考虑形象思维、灵感思维才能促进人工智能的突破性的发展。数学常被认为是多种学科的基础科学,数学也进入语言、思维等领域,人工智能学科也必须借用数学工具,数学不仅在标准逻辑、模糊数学等范围发挥作用,数学进入人工智能学科,它们将互相促进而更快地发展。

从实用观点来看,人工智能是一门知识工程学,以知识为对象,研究知识的获取、知识的表示方法和知识的使用。

人工智能是对人的意识、思维的信息过程的模拟。人工智能不是人类智能,但能像人那样思考、也可能超过人类智能。从更广义的角度来看,情感是一种特殊的认知,意志又是一种特殊的情感,广义的人工智能包括狭义人工智能、人工情感与人工意志三个方面。

人工情感并不是指简单地模拟人的某些情感表达方式和情感识别方式,而是为了使电脑或机器人具有像人一样的内在情感,真实地具有像人一样的情感表达能力、情感识别能力、情感思维能力和情感实施能力。这方面的探讨还是很初步的,极待加强。

从核心技术的角度来看,三个层次的突破将有望进一步推动人工智能的发展,分别为平台(承载人工智能的物理设备、系统)、算法(人工智能的行为模式)以及接口(人工智能与外界的交互方式)。

在平台层面,当前大多数人工智能依赖以电子计算机为代表的计算设备加以实现。传统计算机的核心中央处理器CPU主要面向通用计算任务设计,虽然也可兼容人工智能所面对的所有智能任务,但效能相对较低。随着各行各业对人工智能的需求激增,研发更适合人工智能的高效能平台正成为一个日益凸显的需求。未来的人工智能将必然需要面对种类繁多且特点各异的智能任务,在各类处理器的基础上设计新的计算架构,并实现一个能服务于不同企业、不同需求的智能平台,将是未来技术发展的大趋势。此外,当前进展迅猛的量子计算技术,尤其是量子计算机的实现,也有望在将来为人工智能提供突破性的计算平台。

计算智能(Computational Intelligence),也称智能计算(Intellectual Computig软计算(Soft Computing),是受人类组织、生物界及其功能和有关学科内部规律的启迪,根据其原理模仿设计出来的求解问题的一类算法,当然不是人工智能可能用到的全部算法,它们既可用于人工智能中的计算,也可用于解决其它领域中的计算问题。智能计算所含算法的范围很广,主要包括神经网络、机器学习、遗传算法、模糊计算、蚁群算法、人工鱼群算法、粒子群算法、免疫算法、禁忌搜索、进化算法、启发式算法、模拟退火算法、混合智能算法等类型繁多、各具特色的算法。以上这些智能计算的算法都有一个共同的特点,就是通过模仿人类智能或生物智能的某一个或某一些方面而达到模拟人类智能、实现将生物智慧、自然界的规律等设计出最优算法,进行计算机程序化,用于解决很广泛的一些实际问题。当然,智能计算的这些不同研究领域和算法各有各的特点,虽然它们具有模仿人类和生物智能的共同点,但是在具体实现方法上还存在一些不同点。例如人工神经网络模仿人脑的生理构造和信息处理的过程,模拟人类的智慧;模糊计算模仿人类语言和思维中的模糊性概念,也是模拟人类的智慧;进化计算模仿生物进化过程和群体智能过程,模拟大自然的智慧等。

计算智能(摘自互联网)

智能计算,借鉴仿生学的思想,基于生物体系的生物进化、细胞免疫、神经细胞网络等诸多机制,用数学语言抽象描述的计算方法,是基于数值计算和结构演化的智能,是智能理论发展的高级阶段。智能计算有着传统计算无法比拟的优越性,它的最大特点就是不需要对问题自身建立精确的数学模型,非常适合于解决那些因为难以建立有效的形式化模型而用传统的数值计算方法难以有效解决、甚至无法解决的问题。

随着计算机系统智能性的不断增强,由计算机自动和委托完成任务的复杂性和难度也在不断增加。所以,智能计算也可以看作是一种经验化的计算机思考性的算法,是人工智能体系的一个分支,是辅助人类去处理各式问题的具有独立思考能力的系统。

智能计算是借助自然界、特别是生物界规律的启示,根据其规律,设计出求解问题的算法。数学、物理学、化学、生物学、心理学、生理学、神经科学和计算机科学等诸多学科的现象与规律都可能成为智能计算算法的基础和思想来源。从相互关系上来看,智能计算属于人工智能的一个分支。

算法决定了人工智能的行为模式,一个人工智能系统即使有当前最先进的计算平台作为支撑,若没有配备有效的算法,只会像一个四肢发达而头脑简单的人,并不能算真正具有智能。面向典型智能任务的算法设计,从人工智能这一概念诞生时起就是该领域的核心内容之一。可以想象,智能算法在人工智能的未来发展中仍将处于核心的位置。但与过去不同的是,今天的人工智能不再仅仅是隐藏在象牙塔或各种科研机构的学术研究,而是已经以各种形式出现在我们的日常生产、生活之中,和我们真实生活的社会、物理世界产生了越来越多的联系。而无论对于作为一个整体的人类社会、国家而言,或是对于作为个人而言,我们的文化、语言、生活、行为习惯都是在不断演变中。能否改变过去完全由手工输入计算机程序的算法实现方式,令算法通过自身的演化,自动适应这个“唯一不变的就是变化”的物理世界?这也许是“人工”智能迈向“类人”智能的关键。

18世纪中叶以来,先后发生了三次工业革命,如今正在迎来新一轮科技革命和产业变革。如果说以蒸汽技术驱动的第一次工业革命延伸了人的肢体,拓展了人类的力量。那么,以新一代人工智能技术为驱动的新一轮科技革命和产业变革将拓展人类的智能,极大提升人类智力所能创造的价值。

人工智能是引领这一轮科技革命和产业变革的战略性技术,具有溢出带动性很强的“头雁”效应。加快发展新一代人工智能是我们赢得全球科技竞争主动权的重要战略抓手,是推动我国科技跨越发展、产业优化升级、生产力整体跃升的重要战略资源。人工智能技术是一类通用技术,在人类社会各领域都能应用。预计未来智能程度还将不断提高,对各行业的带动和影响更为深刻,这是其他技术难以比肩的。

人工智能与人类智能的关系是互为补充、相互制约的,人与技术的融合是必然的。目前人工智能的更新升级必须依赖与人类智能,人类智能的进化程度关系到人工智能的先进程度,技术元素的进化也要受到社会条件的制约。人工智能可能在某一方面出现强大的功能,但是它缺乏思维和创造性,这一点是致命的缺陷,工具作为人类器官的延长,是人类智能的外化之物,被人类智能的发展程度所局限。

就说目前最先进的机器人也是依赖于软件运行的,而软件是通过人来完成更新升级和换代的。人工智能实际上是人类智能的外在表现,人体是一个复杂而庞大的系统,人有特定的背景和生活习惯,人脑的发育会受到所经历的事件和社会环境的影响,能够灵活运用,组合所接受的信息,具备综合分析问题的能力。人脑的控制系统复杂和精密程度远远超过智能机器人,因此,人工智能在技术上远不及人类智能,它依赖人类智能而进化,能够胜任人类制定的任务,却缺乏人类智能的创造性。

说到这几种智能之间的关系,打个比喻的话,智能好比是一棵顶天立地、根深叶茂、花美果硕的大树,人类智能是其根,人工智能是其干,智能技术、计算智能等是其枝、叶,其他如类脑机、智能机器人和语音、人脸识别及由AI+、AI*形成的诸多应用等是其鲜花、硕果。

人工智能前景远大,按照党中央和国务院的指示和部署,高度重视和大力组织研发,牢牢把握人工智能发展的重大历史机遇,紧扣发展,争取在最短的时间内,在人工智能的各个研发方向上取得突破和成功,占领世界人工智能研究和应用的各个前沿高地,构筑我国人工智能发展的先发优势。

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