第1章神奇的人工智能

图1-1 大卫·希尔伯特(德国人,1862—1943年,伟大的数学家) 注:1900年,希尔伯特在巴黎的国际数学家大 会 上 提 出 了 23 个 问 题。 这 些 问 题 为 20 世 纪 的数学研究指明了方向,被称 为 “希 尔 伯 特 问 题”。 希 尔 伯 特 的 第 2 个 问 题 为 “算 术 公 理 之 相 容 性”。在这一问题中,希尔伯特猜想一个公理系 统 可 以 一 致、完 备 地 生 成 所 有 真 值 命 题。 这 一 猜 想 在 1930 年 被 奥 匈 帝 国 数 学 家 库 尔 特 · 哥 德 尔 证 明 为 伪 。
第1章 神奇的人工智能
制造智能机器自古以来就是 人 类 一 直 追 求 的 梦 想,蕴 藏 在 浩 如 烟 海 的 民 间 故 事 、轶 事 和 传 说 之 中 。 《列 子 · 汤 问 》中 记 载 了 一 位 名 叫 偃 师 的 巧 匠 ,他 制 作 的 机 械 人能歌善舞,与真人无异。一天,偃 师 带 着 它 拜 见 周 穆 王,却 因 机 器 人 朝 向 穆 王 的 嫔 妃 们 抛 媚 眼 惹 得 穆 王 大 怒 ,将 它 剖 开 后 才 确 信 是 机 器 人 ,可 见 其 惟 妙 惟 肖 。 三 国 时期,传说蜀汉丞相诸葛亮发 明 了 可 以 自 动 行 走 的 木 牛 流 马,走 山 路 如 履 平 地,北 伐 时 常 用 以 搬 运 军 粮 ,立 了 大 功 。 在 中 世 纪 的 阿 拉 伯 ,博 学 者 加 扎 利 发 明 了 众 多 玩 偶机器人,包括送 饮 料 的 女 侍 者、可 演 奏 音 乐 的 机 器 人 乐 团 等,受 到 时 人 的 普 遍 欢迎。
数理逻辑的发展为未来的人工智能大厦奠定了第一块基石。数理逻辑的先驱 们认为一切智能活动都可以 转 化 为 逻 辑 过 程,因 此 逻 辑 过 程 的 可 计 算 意 味 着 人 类 智 能 的 可 计 算 。 希 尔 伯 特 (图 1-1)甚 至 曾 经 设 想 一 个 一 致 完 备 的 逻 辑 体 系 ,只 要 基 本假设是合理的,就可以通过 运 算 推 导 出 领 域 内 的 一 切 知 识。这 个 大 一 统 的 梦 想
什么叫逻辑推理形 式 化 呢? 可 以 通 过 一 个 例 子 来 简 单 理 解。 假 设 p、q、r 分 别表示“今天下雨”“我们今天不野餐”“我 们 明 天 野 餐”,那 么“如 果 今 天 下 雨,那 么 我们今天将不野餐。”可 表 示 为 p→q;“如 果 我 们 今 天 不 野 餐,那 么 我 们 明 天 将 野 餐。”可以表示为q→r。通过连续运用推理规则,即可由p→q 和q→r 推理出p→r。 这意味着“如果今天下雨,那 么 则 明 天 野 餐。”在 上 述 过 程 中,我 们 将 事 实 表 示 为 符 号,将推理表示成符号 间 的 蕴 含 关 系 (→),如 果 再 加 上 一 系 列 限 制 条 件 和 演 算 规 则,即可得到一套逻辑系统。在 这 套 系 统 中,p、q、r 是 独 立 于 事 实 本 身 的 变 量,因 此该系统描述的不是某一个 具 体 的 推 理 任 务,而 是 一 类 基 于 相 同 逻 辑 元 素 和 统 一 推 理 规 则 的 任 务 的 抽 象 表 示 。 基 于 此 ,推 理 过 程 被 转 化 成 符 号 演 算 ,这 是 数 理 逻 辑 的基本思路。
人 类 探 索 自 然 、改 变 自 然 的 强 大 工 具 和 亲 密 战 友 。
1.1 什么是人工智能
首先,让我们来看看“什么 是 人 工 智 能”。要 回 答 这 一 问 题,需 要 先 了 解 “什 么 是 智 能 ”。 依 维 基 百 科 的 定 义 ,智 能 (Intelligence)是 指 生 物 一 般 性 的 精 神 能 力 。 这 个能力包括:推理、理解、计 划、解 决 问 题、抽 象 思 维、表 达 意 念 以 及 语 言 和 学 习 的 能力。可 以 将 “智 能 ”通 俗 地 理 解 为 “思 考 的 能 力 ”。 而 人 工 智 能 (Artificial Intelligence,AI),就是让机器具 有 这 种 能 力 的 科 学,也 就 是 说 让 机 器 像 人 一 样 能 思会想。 如 果 机 器 真 的 具 备 了 这 种 能 力,就 可 以 称 为 智 能 机 器 (Intelligence Machine)。
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第1章 神奇的人工智能
家亚里士多德 (Aristotle)的 三 段 论 逻 辑 以 及 欧 几 里 得 (Euclid)的 形 式 推 理 方 法。 13世纪,加泰罗尼亚数学家和逻辑学家拉蒙·柳利(RaymundusLullus)用机 械 手 段模拟简单的逻辑操 作,通 过 演 绎 运 算 从 旧 知 识 中 推 理 出 新 知 识。17 世 纪,英 国 哲学家霍布斯 (Hobbes)和 数 学 家 莱 布 尼 茨 (Leibniz)等 进 一 步 提 出 “推 理 就 是 计 算”的思路,将逻辑变得可计算化。到了20世纪,在布 尔(Boole)、费 雷 格(Frege)、 希尔伯特(Hilbert)、罗 素(Russell)等 人 的 努 力 下,数 理 逻 辑(Mathematicallogic) 成 为 一 门 独 立 的 学 科 ,标 志 着 逻 辑 推 理 形 式 化 的 数 学 理 论 最 终 形 成 。
1.2.2 图灵:人工智能的真正创始人
1936年,年仅24岁的英国科学家图灵(Turing)在 他 的 论 文《论 可 计 算 数 及 其 在判定问题上的应用》中提出图灵机(Turing Machine)模型,证明基于简单的读写 操作,图灵机有能力处理非常复杂的计算,包 括 逻 辑 演 算。1945 年 6 月,美 国 著 名 数学家 和 物 理 学 家 约 翰 · 冯 · 诺 伊 曼(JohnvonNeumann)等 人 联 名 发 表 了 著 名 的“101页 报 告 ”,阐 述 了 计 算 机 设 计 的 基 本 原 则,即 著 名 的 冯 · 诺 伊 曼 结 构。 1946年2月14日,世界上 第 一 台 计 算 机 ENIAC 在 美 国 宾 夕 法 尼 亚 大 学 诞 生。 1951年,ENIAC 的 发 明 者 电 气 工 程 师 约 翰 · 莫 奇 利 (John William Mauchly)和 普雷斯波·艾克特(J.PresperEckert)依 据 冯 · 诺 伊 曼 结 构 对 ENIAC 进 行 了 升 级,即著名的 EDVAC 计算机。计算机的出现为快速逻辑演算准备好了工具,奠定 了人工智能大厦的第二块基石。
1.2 人工智能简史
1.2.1 数理逻辑:人工智能的前期积累
人工智能的发展初期以 如 何 刻 画 人 类 的 智 能 行 为 作 为 研 究 目 标,特 别 是 对 知 识的表达和推理过程的形式 化。换 句 话 说,就 是 如 何 将 人 类 的 智 能 行 为 用 计 算 机 模拟出来。事实上,对人类知识 结 构 和 推 理 方 法 的 研 究 最 早 可 上 溯 到 古 希 腊 哲 学
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最终被哥德尔(Godel)著名的不完备定理打 破,但数理逻辑的强大描述能力已经深 入人心,大大增加了人们制造智能机器的勇气。人们相信,只要逻辑系统设计得足够 好,就有望将人类的智能过程通过计算完美地复现,尽管当时计算机还没有出现。
延伸阅读: 哥德尔不完备定理 哥 德 尔 于 1930 年 证 明 ,任 意 一 个 足 够 强 大 的 逻 辑 系 统 都 是 不 完 备 的 ,总 有
从这种意义上讲,计算器是智能的,因 为 它 可 以 推 理 出 1+1=2;汽 车 不 是 智 能的,因为它只会在人的操 纵 下 行 走。然 而,众 所 周 知 汽 车 不 论 在 功 能、复 杂 程 度 上 都 远 高 于 计 算 器 。 因 此 ,智 能 机 器 未 必 比 非 智 能 机 器 先 进 ,非 智 能 机 器 里 也 有 很 多智能的元素。例如,对于汽车来说,ABS 系 统 在 汽 车 制 动 时,可 自 动 调 整 制 动 力 的 大 小 ,使 车 轮 不 被 抱 死 ,这 是 智 能 的 ,但 却 不 容 易 被 大 家 察 觉 。 因 此 ,智 能 更 多 的 是 功 能 上 的 概 念 ,而 非 对 某 一 设 备 的 评 价 。 事 实 上 ,几 乎 所 有 的 机 器 都 具 有 一 定 的 智 能 元 素 ,只 不 过 有 些 智 能 元 素 是 局 部 的 、辅 助 的 、不 易 察 觉 的 ,而 有 些 智 能 元 素 却 是全局的、主体的、表 现 出 明 显 的 智 能 性。 此 外,人 们 对 智 能 的 感 知 具 有 相 对 性。 自 动 洗 衣 机 在 问 世 之 初 无 疑 是 让 人 新 奇 的 智 能 机 器 ,但 当 它 普 及 之 后 ,人 们 就 习 以 为 常 了 ,智 能 的 标 签 就 不 存 在 了 。 这 也 说 明 了 “智 能 ”和 “智 能 机 器 ”本 身 的 模 糊 性 , 人 们 总 是 把 新 颖 的 、具 有 超 常 能 力 的 机 器 看 作 是 智 能 的 。 值 得 注 意 的 是 ,目 前 学 术 界和 产 业 界 并 没 有 一 个 关 于 人 工 智 能 的 确 切 定 义。 人 工 智 能 的 先 驱 John McCarthy(约 翰 · 麦 卡 锡 )在 1955 年 曾 给 出 这 样 的 定 义 :“人 工 智 能 是 制 造 智 能 机 器的科学与工程”。维基百 科 的 定 义 是:“人 工 智 能 又 称 机 器 智 能,是 指 由 人 制 造 出来的机器所表现出来的智能。通常人工智能是指通过普通计算机程序的手段实 现的类人智能技术。”虽然没有 一 个 公 认 的 定 义,但 研 究 者 对 人 工 智 能 的 研 究 目 标 是 明 确 的 ,即 为 机 器 赋 予 人 的 思 想 和 行 为 能 力 。
随着机械制造工艺的进步和 电 子 电 气 技 术 的 发 展,人 类 发 明 了 很 多 自 动 化 机 器,如各种加工机器、电器设 备 等。这 些 设 备 虽 然 具 有 一 定 程 度 的 自 主 性,但 远 未 达到“智能”的程度。计算机 的 出 现 极 大 地 推 动 了 智 能 机 器 的 发 展,由 此 催 生 了 一 门全新的学科———“人工智能”。自 20 世 纪 50 年 代 诞 生 以 来,人 工 智 能 技 术 飞 速 发展,从最初的简单搜索和推 理,到 自 动 定 理 证 明 和 专 家 系 统,再 到 如 今 各 种 能 听 会说、能思会想的智能机器,人 工 智 能 技 术 已 经 悄 无 声 息 地 走 入 我 们 的 日 常 生 活, 极 大 地 改 变 了 社 会 生 产 方 式 和 人 们 的 生 活 方 式 ,并 为 我 们 提 供 了 无 限 的 想 象 空 间 。 可 以 预 期 的 是 ,未 来 人 工 智 能 技 术 必 然 会 在 各 个 领 域 完 成 一 个 又 一 个 的 创 举 ,成 为