人工智能的三次浪潮与三种模式
■史爱武
谈到人工智能，人工智能的定义到底是什么？
达特茅斯会议上对人工智能的定义是：使一部机器的反应方式就像是一个人在行动时所依据的智能。
百度百科上对人工智能的定义是：它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，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，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。
尽管人工智能现在还没有非常严格准确或者所有人都接受的定义，但是有一些约定俗成的说法。通常人工智能是指机器智能，让机器达到人智能所实现的一些功能。人工智能既然是机器智能，就不是机械智能，那么这个机器是指什么呢？是指计算机，用计算机仿真出来的人的智能行为就可以叫作人工智能。
2017年7月，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》。2017年12月，人工智能入选“2017年度中国媒体十大流行语”。这一国家级战略和社会流行趋势标志着，人工智能发展进入了新阶段，我国要抢抓人工智能发展的重大战略机遇，构筑人工智能发展的先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国。
人工智能的三次浪潮
自1956年开始，人工智能经历了三起三落，出现了几次浪潮，现在人工智能已经是处于第三次浪潮了。
第一次浪潮（1956-1976年，20年），最核心的是逻辑主义
逻辑主义主要是用机器证明的办法去证明和推理一些知识，比如用机器证明一个数学定理。要想证明这些问题，需要把原来的条件和定义从形式化变成逻辑表达，然后用逻辑的方法去证明最后的结论是对的还是错的，也叫做逻辑证明。
早期的计算机人工智能实际上都是沿着这条路在走。当时很多专家系统，比如医学专家系统，用语言文字输入一些症状，在机器里面变换成逻辑表达，用符号演算的办法推理出大概得了什么病。所以当时的主要研究都集中在逻辑抽象、逻辑运算和逻辑表达等方面。
在第一次浪潮中，数学定理证明实际上是实现效果最好的，当时有很多数学家用定理思路证明了数学定理。为了更好地完成定理证明工作，当时出了很多和逻辑证明相关的逻辑程序语言，比如很有名的Prolog。
虽然当时的成果已经能够解开拼图或实现简单的游戏，却几乎无法解决任何实用的问题。
第二次浪潮（1976—2006年，30年），联结主义盛行
在第一次浪潮期间，逻辑主义和以人工神经网络为代表的联结主义相比，逻辑主义是完全占上风的，联结主义那时候不太吃香。然而逻辑主义最后无法解决实用的问题，达不到人们对它的期望，引起了大家的反思，这时候人工神经网络（也就是联结主义）就慢慢占了上风。
在70年代末，整个神经元联结网络、模型都有突飞猛进的进步，最重要的是BP前馈神经网络。1986年BP前馈神经网络刚出来的时候解决了不少问题，后来大家往更大的领域应用，实现了比较大的成果。在很多模式识别的领域、手写文字的识别、字符识别、简单的人脸识别也开始用起来，这个领域一下子就热起来，一时之间，人们感觉人工智能大有可为。随后十几年人们发现神经网络可以解决一些单一问题，解决复杂问题却有些力不从心。训练学习的时候，数据量太大，有很多结果到一定程度就不再往上升了。
这时期所进行的研究，是以灌输“专家知识”作为规则，来协助解决特定问题的“专家系统”为主。虽然有一些实际的商业应用案例，应用范畴却很有限，第二次热潮也就慢慢趋于消退。
第三次浪潮（2006—现在），基于互联网大数据的深度学习的突破
如果按照技术分类来讲，第二次和第三次浪潮都是神经网络技术的发展，不同的是，第三次浪潮是多层神经网络的成功，也就是深度学习取得突破。这里既有硬件的进步，也有卷积神经网络模型与参数训练技巧的进步。
若观察脑的内部，会发现有大量称为“神经元”的神经细胞彼此相连。一个神经元从其他神经元那里接收的电气信号量达某一定值以上，就会兴奋（神经冲动）；在某一定值以下，就不会兴奋。兴奋起来的神经元，会将电气信号传送给下一个相连的神经元。下一个神经元同样会因此兴奋或不兴奋。简单来说，彼此相连的神经元，会形成联合传递行为。我们透过将这种相连的结构来数学模型化，便形成了人工神经网络。
经模型化的人工神经网络，是由“输入层”“隐藏层”及“输出层”等三层构成。深度学习往往意味着有多个隐藏层，也就是多层神经网络。另外，学习数据则是由输入数据以及相对应的正确解答来组成。
为了让输出层的值跟各个输入数据所对应的正解数据相等，会对各个神经元的输入计算出适当的“权重”值。通过神经网络，深度学习便成为了“只要将数据输入神经网络，它就能自行抽出特征”的人工智能。
伴随着高性能计算机、云计算、大数据、传感器的普及，以及计算成本的下降，“深度学习”随之兴起。它通过模仿人脑的“神经网络”来学习大量数据的方法，使它可以像人类一样辨识声音及影像，或是针对问题做出合适的判断。在第三次浪潮中，人工智能技术及应用有了很大的提高，深度学习算法的突破居功至伟。
深度学习最擅长的是能辨识图像数据或波形数据这类无法符号化的数据。自2010年以来，Apple、Microsoft及Google等国际知名IT企业，都投入大量人力物力财力开展深度学习的研究。例如AppleSiri的语音识别，Microsoft搜索引擎Bing的影像搜寻等等，而Google的深度学习项目也已超过1500项。
深度学习如此快速的成长和应用，也要归功于硬件设备的提升。图形处理器（GPU）大厂英伟达（NVIDIA）利用该公司的图形适配器、连接库（Library）和框架（Frame⁃work）产品来提升深度学习的性能，并积极开设研讨课程。另外，Google也公开了框架TensorFlow，可以将深度学习应用于大数据分析。
人工智能的3种模式
人工智能的概念很宽泛，根据人工智能的实力可以分成3大类，也称为3种模式。
（1）弱人工智能：擅长于单个方面的人工智能，也叫专业人工智能。比如战胜世界围棋冠军的人工智能AlphaGo，它只会下围棋，如果让它下国际象棋或分辨一下人脸，它可能就会犯迷糊，就不知道怎么做了。当前我们实现的几乎全是弱人工智能。
（2）强人工智能：是指在各方面都能和人类比肩的人工智能，这是类似人类级别的人工智能，也叫通用人工智能。人类能干的脑力活，它都能干，创造强人工智能比创造弱人工智能难得多，目前我们还做不到。
（3）超人工智能：知名人工智能思想家NickBostrom把超级智能定义为“在几乎所有领域都比最聪明的人类大脑都聪明很多，包括科学创新、通识和社交技能”。超人工智能可以是各方面都比人类强点，也可以是各方面都比人类强很多倍。超人工智能现在还不存在，很多人也希望它永远不要存在。否则，可能像好莱坞大片里面的超级智能机器一样，对人类也会带来一些威胁或者颠覆。
我们现在处于一个充满弱人工智能的世界。比如，垃圾邮件分类系统是个帮助我们筛选垃圾邮件的弱人工智能；Google翻译是可以帮助我们翻译英文的弱人工智能等等。这些弱人工智能算法不断地加强创新，每一个弱人工智能的创新，都是迈向强人工智能和超人工智能的进步。正如人工智能科学家AaronSaenz所说，现在的弱人工智能就像地球早期软泥中的氨基酸，可能突然之间就形成了生命。如世界发展的规律看来，超人工智能也是未来可期的！
人工智能——专家系统从诞生到发展
文/陈根
自从1965 年世界上第一个专家系统 DENDRAL问世以来，专家系统的技术和应用，就在短短的30 年间获得了长足的进步和发展。尤其是在80年代中期以后，随着知识工程技术的日渐丰富和成熟，各种各样的实用专家系统推动着人工智能日益精进。
专家是指在学术、技艺等方面有专门技能或专业知识全面的人；特别精通某一学科或某项技艺的有较高造诣的专业人士。通常来说，专家拥有丰富的专业知识和实践经验，或者说专家们拥有丰富的理论知识和经验知识。专家还应该具有独特的思维方式，即独特的分析问题和解决问题的方法和策略。
专家系统，就是从“专家”而来，专家系统（ExpertSystem）也称专家咨询系统，是一种智能计算机（软件）系统。顾名思义，专家系统就是能像人类专家一样解决困难、复杂的实际问题的计算机（软件）系统。可以说，专家系统是一类特殊的知识系统。
作为基于知识的系统，建造专家系统就需要知识获取，即从人类专家那里或从实际问题那里搜集、整理、归纳专家级知识；知识表示，即以某种结构形式表达所获取的知识，并将其存储于计算机之中；知识的组织与管理，即知识库；建立与维护等和知识的利用，即使用知识进行推理等一系列关于知识处理的技术和方法。
DENDRAL作为世界第一个专家系统，由美国斯坦福大学的费根鲍姆教授于 1965年开发的。DENDRAL是一个化学专家系统，能根据化合物的分子式和质谱数据推断化合物的分子结构。
20世纪 70 年代，专家系统趋于成熟，专家系统的观点也开始广泛的被人们接受。70年代中期先后出现了一批卓有成效的专家系统，在医疗领域尤为突出。MYCIN就是其中最具代表性的专家系统。
MYCIN 系统是由EdwardH.Shortliffe等人于1972 年开始研制的用于诊断和治疗感染性疾病的医疗专家系统，其不仅能对传染性疾病作出专家水平的诊断和治疗选择，而且便于使用、理解、修改和扩充。此外，它可以使用自然语言同用户对话，并回答用户提出的问题，还可以在专家的指导下学习新的医疗知识。
MYCIN 第一次使用了知识库的概念，并使用了似然推理技术。可以说，MYCIN 是一个对专家系统的理论和实践都有较大贡献的专家系统，后来的许多专家系统都是在 MYCIN 的基础上研制的。
进入20世纪80年代，随着专家系统技术的逐渐成熟，其应用领域迅速扩大。20世纪70年代中期以前，专家系统多属于数据解释型（DENDRAL、PROSPECTOR、 HEARSAY 等）和故障诊断型（ MYCIN、CASNET、INTERNIST 等）。它们所处理的问题基本上是可分解的问题。
20世纪70年代后期，专家系统开始出现其他的类型，包括超大规模集成电路设计系统KBVLSI、自动程序设计系统 PSI 等设计型专家系统；遗传学实验设计系统MOLGEN、安排机器人行动步骤的NOAH等规划型专家系统；感染病诊断治疗教学系统 GUIDON、蒸气动力设备操作教学系统 STEAMER 等教育型专家系统；军事冲突预测系统 IW 和暴雨预报系统 STEAMER 等预测型专家系统。
与此同时，这一时期专家系统在理论和方法上也进行了较深入的探讨。适于专家系统开发的程序语言和高级工具也相继问世。尤其是专家系统工具的出现又大大加快了专家系统的开发速度，进一步普及了专家系统的应用。
20世纪80年代，专家系统在生产制造领域中的应用已非常广泛，比如CAD/CAM和工程设计、机器故障诊断及维护、生产过程控制、调度和生产管理等。这些应用在提高产品质量和产生巨大经济效益方面带来了巨大成效，从而极大地推动了生产力的发展。