美国人工智能国家战略行动最新动向洞察与借鉴

收稿日期:2020-11-09 修回日期:2020-12-01
基金项目:全国教育科学 十三五”规划国家一般项目 智慧教室环境下课堂互动教学的可视化分析与教育对策研究”(编号:BCA 200088)研究成果之一;江苏省社会科学应用研究精品工程项目 重大疫情期间大学生在线学习策略调查及其干预研究”(编号:20SYB -053)研究成果之一㊂
作者简介:贺　斌(ORCID :0000-0002-4561-4490),男,1973年生,博士,教授,硕士生导师,研究方向:人工智能+教育㊁大数据与学习分析;李红美(ORCID :0000-0002-7570-4380),女,1969年生,博士,教授,硕士生导师,研究方向:大数据与学习行为分析;王周秀(ORCID :0000-0002-0343-5216),女,1976年生,博士,副教授,硕士生导师,研究方向:机器学习;田雪林(ORCID :0000-0001-5203-1878),男,1974年生,硕士,特级教师,人工智能教育项目负责人,研究方向:移动计算㊂
美国人工智能国家战略行动最新动向:
洞察与借鉴
*
贺　斌1　李红美1　王周秀2　田雪林3
(1.南通大学教育科学学院　南通　226019;
2.南通大学人工智能未来教育研究所　南通　226019;
3.南通市第一中学　南通　226100)摘　要:[目的/意义]随着人类社会步入崭新的智能时代,人工智能成为国际竞争的新高地和新焦点㊂对美国人工智能国家战略行动最新动向的考察与洞析,可为中国人工智能管理体系㊁基础研究㊁实施路径㊁人才培养和产业融合等方面提供有益参考㊂[方法/过程]以美国两份国家人工智能研发战略规划以及其他六份重要人工智能国家战略文本为主要依据,分析和归纳了美国在人工智能的基础研究投资㊁人才队伍培养㊁领导地位增强㊁关键技术突破和创新生态建设等方面的举措和成效㊂[结果/结论]研究表明,美国人工智能国家战略行动对中国推进新一代人工智能发展规划具有重要启示,主要体现在优先投资㊁人才培养㊁生态建构㊁产业应用㊁标准与工具研发等方面㊂关键词:人工智能;国家战略;战略行动;最新动向;美国
中图分类号:TP 3 文献标识码:A 文章编号:1002-1965(2021)01-0025-08
引用格式:贺　斌,李红美,王周秀,等.美国人工智能国家战略行动最新动向:洞察与借鉴[J ].情报杂志,2021,40(1):25-32.
DOI :10.3969/j.issn.1002-1965.2021.01.004
The Latest Trends of American Artificial Intelligence National Strategic Action Plans :
Insight and Reference
He Bin 1　Li Hongmei 1　Wang Zhouxiu 2　Tian Xuelin 3
(1.School of Education Science ,Nantong University ,Nantong 226019;2.Institute of AI &Future Education ,Nantong University ,Nantong 226019;
3.Nantong No.1Middle School ,Nantong 226100)
Abstract :[Purpose /Significance ]As human society enters a new era of intelligence technology ,artificial intelligence has become a new highland and focus of international competition.The investigation and insight of the latest trends of the American national strategic action of artificial intelligence can provide useful reference for the management system ,basic research ,implementation path ,talent training and industrial convergence of China 's artificial intelligence.[Method /Process ]Based on the two American national R&D strategic plans and six other important AI national strategic documents ,this paper mainly analyzes and summarizes the measures and effects of the United States in basic research investment ,talent training ,leadership enhancement ,key technology breakthrough and innovative ecosystem construction.[Result /Conclusion ]The research shows that the American national strategic action of artificial intelligence has important enlightenment 第40卷　第1期2021年1月 情　报　杂　志JOURNAL OF INTELLIGENCE
Vol.40　No.1
Jan.　2021
for China to promote the new generation artificial intelligence development plan,which is mainly reflected in the aspects of priority invest⁃ment,talent cultivation,ecosystem construction,industry application,research and development of standards and tools etc.
Key words:artificial intelligence;nation strategy;strategy action;the latest trend;America
0　引　言
人工智能正引领着人类社会步入崭新的智能时代㊂在高速运转的智能时代,人工智能技术将会对经济㊁医疗㊁安全㊁法律㊁交通㊁环境等方面产生广泛而深刻的影响㊂美国作为当今世界人工智能的头号强国,已正式将人工智能升级为国家战略㊂奥巴马和特朗普政府先后颁发一系列重要的文件报告,在推动美国人工智能强劲发展的过程中发挥着极其重要的作用㊂在我国全面推进新一代人工智能 三步走”国家战略的进程中,分析和借鉴西方发达国家人工智能战略行动规划与推进策略,洞析人工智能发展最新动向具有十分重要的现实意义㊂
1　美国人工智能战略背景分析
当前,全球人工智能领导地位争夺赛已进入白热化阶段㊂近3年来,加拿大㊁日本㊁新加坡㊁中国㊁丹麦㊁法国㊁英国㊁德国㊁印度等国陆续发布了人工智能战略,积极推动人工智能研究开发和产业应用㊂随着现代科学与技术的迅猛发展,机器的算力㊁算法和海量场景数据等方面获得重大突破,使人工智能重获新生,呈现出井喷爆发之势㊂这些国家已经清醒认识到算法经济
(Algorithmic Economy)的潜力,正在采取行动以确保其相关产业能够在人工智能利用方面占据有利位置㊂尽管美国因最早运用大数据㊁云计算㊁物联网等先进技术在数字经济领域占据领导地位,但美国企业要在人工智能领域中保持领导力还未从根本上得以保证㊂如果不能根据美国政治经济的发展需要而制定相应的人工智能战略,美国的人工智能研发企业将在全球市场上失去优势,美国的组织机构将不会以最快速度接纳人工智能技术,因此,国会和白宫必须制定和资助一项系统全面的国家人工智能战略,以应对制约AI技术发展和使用的重大挑战[1]㊂
为此,美国联邦政府先后出台多个重要的报告文件,引领和助推人工智能国家战略发展㊂2016年,奥巴马政府紧急推出‘为人工智能的未来做好准备“[2] (2016年10月)㊁‘国家人工智能研发战略计划“(2016年10月)和‘人工智能㊁自动化与经济报告“(2016年12月)3份报告文件,它们分别就:①人工智能发展现状㊁应用领域以及社会公共政策问题;②美国优先发展的人工智能七大研发战略及两大建议;③人工智能驱动的自动化(AI-driven Automation)对美国就业市场和经济的影响以及建设性的政策回应等方面进行系统研究与深入分析㊂
2019年2月,特朗普总统签署了第13859号总统令‘保持美国在人工智能领域的领导地位“[3],启动了美国人工智能倡议行动(American Artificial Intelli⁃gence Initiative),标志着美国正式将人工智能上升为国家战略㊂特朗普政府强调,要继续保持美国在人工智能领域的领导地位,就必须齐心协力促进技术和创新的进步,保护美国的技术㊁经济安全和国家安全㊁公民自由㊁隐私和美国价值观,加强与外国伙伴和盟国之间的合作㊂2019年6月,美国国家科学技术委员会(NSTC)发布了‘国家人工智能研发战略规划2019更新版“,它的第一项指令强调联邦机构在其年度预算和规划过程中优先考虑人工智能研发,同时将奥巴马政府2016年规划的七大战略增至八大战略(增加了第8项: 扩展公私合作伙伴关系,加速人工智能的发展”战略)㊂2020年,白宫科技政策办公室发布首份‘美国人工智能倡议第一年度报告“,回顾了特朗普签署美国行政令以来,美国在实现国家AI战略目标方面取得了重大进展㊂
特朗普和奥巴马政府的人工智能国家政策虽有所侧重,但总体上呈现出精神契合㊁前后连贯㊁转向落实的关系,都强调保持美国在人工智能领域的领导地位,通过联邦政府汇集资源优先推动人工智能研发,促进国家经济繁荣,加强经济安全与国家安全,保护美国价值观,改善美国人民的生活质量㊂
2　美国人工智能国家战略研发行动洞察
人工智能已经成为新一轮科技革命和产业变革的重要引擎,世界主要发达国家都将人工智能上升为国家重大发展战略,力图在新一轮国际竞争中占据主导地位㊂为了抢抓全球人工智能重大发展机遇,美国联邦政府空前重视国家人工智能战略的整体规划和协调推进,先后颁布实施‘国家人工智能研发战略规划2016“(下文简称‘规划2016“)和‘国家人工智能研发战略规划2019更新版“(下文简称‘规划2019“)两个重要文件,为人工智能的优先投资㊁技术突破和创新应用奠定了坚实基础㊂这两项间隔仅3年的战略规划,既是美国本土推进AI前沿研究与开发的纲领性文本,也是引领全球人工智能技术未来发展的风向标㊂　2.1　‘国家人工智能研发战略规划2016“文本解析　‘规划2016“[4]由奥巴马政府的国家科学与技术委
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员会(NTSC ,National Science and Technology Council )颁布实施㊂NSTC 首要目标之一是为联邦政府科学技术投资(Federal S&T Investments )设立清晰的国家目标,准备了旨在实现多个国家目标的研发一揽子工程(R&D Packages )㊂因此,研究与开发战略成为‘规划
2016“最为核心的内容㊂
2.1.1　基本概要
a.国家人工智能研发战略计划的总体目标㊂该规划的根本目标是如何帮助美国为人工智能的
未来做好准备,从而继续保持美国在人工智能领域的领先地位㊂为了实现这一远大目标,2016年5月,白宫科技政策办公室(OSTP ,Office of Science and Tech⁃nology Policy )成立一个新的跨部门工作组(Interagen⁃cy Working Group ),
重点探讨了人工智能的益处与风 注:1.底层的研发基础对所有人工智能研究都很重要,中间层次的基本人工 智能研发是建立底层研发基础之上,并对顶层广泛的社会应用产生影响;2.右侧 虚线框是2019年更新版增加的内容
　图1　国家人工智能研发规划框架(2016-2019年)
险㊂2016年5~7月期间,OSTP 牵头组织四次研讨会和一次公开意见征求,积极推动人工智能的公众对话,拓展政府官员向公众和专家学习的渠道,共同确定AI 带来的挑战和机遇㊂后来系列研讨会的结果成为报告‘为人工智能的未来做好准备“的组成部分㊂2016年6月,NSTC 专门成立机器学习和人工智能分委会(MLAI ,Machine Learning and AI ),负责在联邦政府㊁私营部门和国际上跟进人工智能发展,并帮助协调联邦政府在人工智能领域的活动㊂MLAI 分委会要求,‘规划2016“要传达一系列明确的㊁足以支撑战略研究目标的研发重点,将联邦政府投资着重放在行业不太可能投资的领域,还要满足国家对AI 研发人才输送渠道加以维持和扩增的需求㊂
b.期待出现的结果㊂
第一,优先投资人工智能㊂联邦政府强调要对社会意义极其重大领域的人
工智能进行投资,如刑事司法㊁国家安全㊁公共卫生㊁环境可持续性以及有关AI 知识技术产出长期研究等领域㊂
第二,界定高水平战略研发框架㊂该框架能够帮助识别人工智能中的科技差距,并对用于填补这些差距的联邦研发投资进行跟踪调查㊂
第三,推进研发跨界协同㊂在人工智能领域的跨界协同研发努力,必将赋予AI 技术更多的积极影响,为政策制定者提供应对有关人工智能使用的复杂政策挑战方面所需的知识㊂
c.利用人工智能推进国家优先发展愿景㊂推动人工智能研发战略计划是基于一个面向未来充满希望的愿景㊂在不久的将来,人工智能在得以安
全使用的前提下为人类社会创造巨大利益㊂人工智能的进一步发展几乎为社会各行各业带来福祉,从而推动国家优先发展事项的提升 如经济繁荣得以递增㊁教育机会与生活质量得到改善㊁国家安全和国土安全得以增强㊂
2.1.2　研发战略　图1是对2016年和2019年
人工智能研发战略计划总体框架的图解说明㊂底层代表影响所有人工智能系统发展的潜在基础 将在战略3-战略7中加以描述(2019年版增加战略8:公私合作)㊂中间层包括了一些推进人工智能所需要的基础研究领域 将在战略1-战略2中加以说明㊂图的顶层是预计将从AI 的进步中获益的应用示例(2019年版增加了国防)㊂人工智能研发战略计划的这些组成部分共同为联邦投资定义了一个高层次的战略框架,可以在该领域带来重大进展和积极的社会效益㊂该规划中这些组成部分共同为联邦政府投资界定了一个高水平框架,能够推动人工智能领域取得重大进展并产生积极的社会效益㊂
战略1:对人工智能研究进行长期投资㊂
优先考虑对下一代人工智能投资,以此驱动重要发现与深度洞悉,使美国在AI 领域保持世界领先地位㊂主要包括:推进以数据为中心的知识发现方法;增强人工智能系统的感知能力;从理论层面理解人工智能的能力和限制;开展通用人工智能研究;开发可伸缩的人工智能系统;促进类人人工智能研究;开发更能干㊁可信的机器人;改善硬件提升人工智能系统性能等㊂
战略2:开发人类与人工智能有效协作的方法㊂大多数AI 系统将与人类合作以获得最佳绩效,而非取代人类㊂因此,我们需要对人类与人工智能系统之间有效互动地创建开展研究㊂主要包括:探寻具有
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72㊃　第1期 贺　斌,等:美国人工智能国家战略行动最新动向:洞察与借鉴
感知能力的人工智能新算法;开发增强人类的人工智能技术;开发用于可视化与人工智能-人界面(AI-hu⁃man Interfaces)的技术;开发更有效的语言处理系统等㊂
战略3:理解并解释人工智能的伦理㊁法律和社会含义㊂
我们期望AI技术能够按照我们对人类同胞相同的正式和非正式规范行事㊂要通过研究来理解人工智能的伦理㊁法律和社会含义,并开发符合伦理㊁法律和社会目标的AI系统的设计方法㊂主要包括:通过设计提高公平性㊁透明度和问责性;构建伦理化的人工智能;为伦理化的人工智能设计架构等㊂
战略4:确保人工智能系统的安稳与安全㊂
在人工智能系统被广泛使用之前,需要保证这些系统将以一种可控㊁定义明确和易于理解的方式安全㊁可靠运行㊂需要在研究方面取得进一步的进展,对创造可靠㊁可依赖的和可信任的人工智能系统的挑战作出应对㊂主要包括:提高解释力和透明度;建立信任;增强核检和验证;防御攻击;实现AI长期安全性和价值一致性等㊂
战略5:为人工智能培训和测试开发共享的公共数据集和环境㊂
训练数据集与资源的深度㊁质量和准确性会显著影响人工智能的性能㊂研究人员需要开发高质量的数据集和环境,让人们负责任地访问高质量的数据集以及有关测试和训练的资源成为可能㊂主要包括:开发和制作种类广泛的数据集,以满足对人工智能的广泛兴趣和应用的需求;使训练资源和测试资源能够对商业和公共利益做出回应;开发开源软件库和工具集等㊂战略6:通过标准和基准来衡量和评估人工智能技术㊂
对人工智能的进步至关重要的是用于指导和评估人工智能进展的标准㊁基准㊁测试平台和社区参与㊂需要进行更多的研究,以开发广泛的评价技术㊂主要包括:开发广泛谱系的人工智能标准;创建人工智能技术基准;增加人工智能测试平台的可用性;鼓励人工智能共同体参与标准和基准研究等㊂
战略7:更好地了解国家人工智能研发人才需求㊂人工智能的进步将需要一个强大的人工智能研究者社区㊂需要更好地了解当前和未来的AI领域研发人才需求,有助于保证有足够的人工智能专家参与处理本计划提及的战略研发领域㊂
2.1.3　相关建议
第一,根据本计划的战略1-战略6,要制定人工智能研究与开发实施框架,以便识别科学技术的机会并支持人工智能研发投资的有效协调㊂实施框架应根据各机构的使命㊁能力㊁权限和预算,考虑各机构的研发优先事项㊂在该实施框架的基础上,需要制定资助计划来配合国家人工智能研究议程的执行㊂
第二,根据本计划的战略7,要研究用来创建和保持一支健康的人工智能研发队伍的国家格局(National Landscape)㊂一支健康㊁充满活力的研发队伍对国家人工智能优先发展战略来说至关重要㊂因此,需要研究如何最好地刻画和界定当前及未来AI研发人才需求,确保随时有足够的研发人员来满足国家人工智能战略需求㊂
　2.2　‘国家人工智能研发战略规划2019更新版“文本解析　继特朗普总统发布13859号行政令之后, 2019年6月,美国国家科学与技术委员会(NSTC)积极响应并正式发布最新版的‘国家人工智能研发战略规划2019更新版“[5]㊂该规划的修订和改进工作主要由NSTC下属的人工智能专委会(Select Committee on AI)负责,并广泛征求㊁审核和采纳社会公众的有益意见,最终确立了美国AI研发投资的8项优先的战略领域㊂新规划更新的第1~7项战略是对2016版中7大战略的细化落实,另外还新增了第8项战略(见图1)㊂‘规划2019“用了90%左右的篇幅重点解读人工智能研发八大战略更新的紧急要务和(或)新的重点领域㊂战略1:保持在人工智能基础研究上的长期投资㊂
三年来,以明确定义任务领域的机器学习(Ma⁃chine Learning,ML)为代表的人工智能应用,不断涌现出强大的新性能,并在诸如基因序列分类㊁无线频谱资源管理㊁医学图像解读等领域产生巨大影响㊂如此迅猛的发展需要数十年的研究才能使技术和应用走向成熟㊂需要对技术和应用进行数十年的研究㊂美国为了在机器学习和其他AI领域持续进步,努力实现人工通用智能(AGI)的长期目标,联邦政府必须在机器学习和人工智能持续开展长期性的基础研究㊂对高风险研究进行长期而持续的投资可以带来高回报,这些回报会在未来五年㊁十年或更长时间内看到㊂最近,联邦政府投资已经优先考虑了机器学习和人工智能基础研究领域以及它们在国防㊁安全㊁能源㊁交通㊁卫生㊁农业和电信等部门中的应用㊂
战略2:开发能够补充和增强人类能力的人工智能系统,日益关注未来工作㊂
三年来,人类与AI的协同工作日益受到国家的关注㊂当AI系统能够补充和增强人类能力时,在许多场景中人类将与AI成为友好的合作伙伴㊂特别是在未来的工作环境中,人类与AI合作既是一种挑战,更是一种机遇㊂联邦机构应继续重视AI研发,推动可以融合并适应用户情境与目标的系统设计,让用户与AI系统无论是在预料之中或者出现意外的情境中也能协同
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工作㊂美国国家海洋与大气管理局(National Oceano⁃graphic and Atmospheric Administration,NOAA)正在推进AI与人类预报员在飓风㊁龙卷风和其他恶劣天气预报方面的合作,识别极端天气的前兆模式,改进恶劣天气报警生成机制㊂
战略3:加强对人工智能的伦理㊁法律和社会等因素的考量㊂
人工智能正改变着人类社会和经济生活的许多领域,人们越来越认识到人工智能系统必须友善㊁合规㊁可控㊂因此,需要深入开发AI架构,通过透明性和可解释性等技术机制,将伦理㊁法律和社会关注点纳入其中㊂美国国家科学基金会(NSF)和亚马逊(Amazon)正在合作开展专注于人工智能公平性方面的研究,其目标是创建易于接受和部署的㊁可信的人工智能系统,以应对社会面临的重大挑战㊂
战略4:建立健壮可信的人工智能系统㊂
过去三年间,已经出现了人工智能系统受对抗样本(Adversarial Example)㊁数据中毒和模型逆向攻击
(Model Inversion)的干扰而出现误做㊁误学和误显的棘手问题㊂然而,针对这些AI安全和保障问题的技术解决方案仍悬而未决㊂为抓紧解决这些问题,必须从初始设计㊁数据模型构建到验证㊁部署㊁操作和监查等AI系统生命周期的各个阶段,全程考虑人工智能系统的安全性㊂
战略5:增加对数据集和相关挑战的访问㊂
公开可用的数据集和环境在推进人工智能研发方面发挥着关键作用,尤其是在计算机视觉㊁自然语言处理和语音识别等领域㊂2018年,NSTC新成立了开放科学分委会(Subcommittee on Open Science),致力于协调联邦政府在数据开放以及数据可查找㊁可访问㊁互操作和可重用(FAIR,Findable,Accessible,Interopera⁃ble and Reusable)方面的工作㊂要加强对相关工具和资源研发的投资,让数据集(包括联邦数据集)的识别使用和操作㊁数据世系(Data Provenance)核查以及使用政策的遵奉变得更加容易㊂目前,弗吉尼亚州数据共享中心正在创建世界上最大的可支持ML和AI工具的医学基因组数据集㊂
战略6:支持人工智能技术标准和相关工具开发㊂评估㊁提升与确保AI各方面的可信度都需要通过一定的基准和标准来权衡和评测AI技术的性能㊂值得信赖的人工智能除了具备安全㊁稳定㊁可靠㊁有弹性㊁可解释和透明等特性之外,还必须在检测和避免失当偏见的同时能够保护隐私㊂随着AI技术的快速发展,需要开发新的测度标准和测试需求来验证这些基本特征㊂美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)参与了ISO/IEC JTC1SC42人工智能标准化项目㊂NIST成员通过标准组织(如美国机械工程师学会㊁IEEE和ISO/IEC)参加其他人工智能标准活动㊂活动主题涵盖:先进制造计算建模㊁机器人与自动化本体论㊁个人数据隐私和算法偏差等㊂
战略7:加强人工智能研发队伍建设,包括从事人工智能系统的研发人员和与之并肩工作的人员,以维持美国的领导地位㊂
世界各国谁先拥有过硬的人工智能研发队伍,谁就抢得先发优势和美好未来㊂预计到2028年,人工智能研究人员将依托智能技术为20国集团(G20)国家累计增长贡献高达11.5万亿美元[6]㊂美国劳工统计局(Bureau of Labor Statistics,BLS)预计,从2019年到2029年,从事计算机与信息研究的科学家职位数量将
增长15%,远高于所有职业平均水平[7]㊂为了加强人工智能研发后备人才队伍建设,美国在研究生奖学金项目中优先向计算与数据科学与工程倾斜㊂人工智能研发队伍通常由多学科团队构成,联邦机构必须继续培养横跨多个学科和技能类别的AI专业人才,以维持美国在人工智能领域中的领导地位㊂
战略8:增强公私合作关系,加速人工智能的发展㊂
美国在科学和工程研究与创新方面的领导地位,深深植根于美国独特的政府 大学 产业联合支撑的研发生态系统㊂政府 大学 产业研发合作关系为大学研究人员带来了行业所面临的紧迫的现实挑战,从而产生 应用激发的研究”(Use-inspired Research);利用行业的专业知识,加快将开放的和已发表的研究成果转化为市场上切实可行的产品和服务,借以促进经济增长;通过与行业代表㊁行业环境和行业工作建立联系,提高大学师生的研究能力和实操能力㊂这些伙伴关系建立在联邦机构之间的联合参与基础上,使各机构在任务交叉领域实现协同增效㊂联邦机构要继续寻求并加强AI研发领域的公私伙伴关系,通过在三方共有兴趣的领域利用投资和专业知识来推动技术开发和经济增长㊂
　2.3　两份研发战略规划比较分析　美国在人工智能创新方面处于世界领先地位,这在很大程度上归功于其强大的研发生态系统㊂总体上看,两版‘国家人工智能研发战略规划“都强调要抢抓人工智能发展战略机遇,加强AI新技术的研发与应用,籍以促进经济繁荣㊁提高生活质量㊁加速人才培养㊁增强国家安全㊂主要共性包括:一是重点突出对人工智能项目优先投资的国家意志;二是强调国家研发战略的引领和指导作用,以此推动联邦机构内部以及联邦机构与产业界㊁学术界之间的跨界协同;三是体现美国对人工智能研
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