人工智能的发展,主要经历哪几个阶段
人工智能的发展主要经历了五个阶段:(1)萌芽阶段,上世纪50年代,以申农为首的科学家共同研究了机器模拟的相关问题,人工智能正式诞生;(2)第一发展期,上世纪60年代是人工智能的第一个发展黄金阶段,该阶段的人工智能主要以语言翻译、证明等研究为主;(3)瓶颈阶段,上世纪70年代经过科学家深入的研究,发现机器模仿人类思维是一个十分庞大的系统工程,难以用现有的理论成果构建模型;(4)第二发展期,已有人工智能研究成果逐步应用于各个领域,人工智能技术在商业领域取得了巨大的成果;(5)平稳发展阶段,上世纪90年代以来,随着互联网技术的逐渐普及,人工智能已经逐步发展成为分布式主体,为人工智能的发展提供了新的方向。
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新一代人工智能的发展与展望
随着大数据、云计算等技术的飞速发展,人们生产生活的数据基础和信息环境得到了大幅提升,人工智能(AI)正在从专用智能迈向通用智能,进入了全新的发展阶段。国务院印发的《新一代人工智能发展规划》指出新一代人工智能相关学科发展、理论建模、技术创新、软硬件升级等整体推进,正在引发链式突破,推动经济社会各领域从数字化、网络化向智能化加速跃升。在4月10日“吴文俊人工智能科学技术奖”十周年颁奖盛典中,作为我国不确定性人工智能领域的主要开拓者、中国人工智能学会名誉理事长李德毅院士荣获“吴文俊人工智能最高成就奖”,并在大会上作题为《探索什么叫新一代人工智能》的报告,探讨了新一代人工智能的内涵和路径,引领着新一代人工智能的发展与展望。
人工智能这一概念诞生于1956年在美国达特茅斯学院举行的“人工智能夏季研讨会”,随后在20世纪50年代末和80年代初先后两次步入发展高峰,但因为技术瓶颈、应用成本等局限性而均掉入低谷。在信息技术的引领下,数据信息快速积累,运算能力大幅提升,人工智能发展环境发生了巨大变化,跨媒体智能、群体智能成为新的发展方向,以2006年深度学习模型的提出为标志,人工智能第三次站在了科技发展的浪潮之巅。
当前,随着移动互联网、物联网、大数据、云计算和人工智能等新一代信息技术的加速迭代演进,人类社会与物理世界的二元结构正在进阶到人类社会、信息空间和物理世界的三元结构,人与人、机器与机器、人与机器的交流互动愈加频繁。在多源数据、多元应用和超算能力、算法模型的共同驱动下,传统以计算机智能为基础的、依赖于算力算法和数据的人工智能,强调通用学习和大规模训练集的机器学习,正逐渐朝着以开放性智能为基础、依赖于交互学习和记忆、基于推理和知识驱动的以混合认知模型为中心的新一代人工智能方向迈进。应该说,新一代人工智能的内核是“会学习”,相较于当下只是代码的重复简单执行,新一代人工智能则需要能够在学习过程中解决新的问题。其中,学习的条件是认知,学习的客体是知识,学习的形态是交互,学习的核心是理解,学习的结果是记忆……因此,学习是新一代人工智能解释解决现实问题的基础,记忆智能是新一代人工智能中多领域、多情景可计算智能的边界和约束。进而当人类进入和智能机器互动的时代,新一代人工智能需要与时俱进地持续学习,不断检视解决新的问题,帮助人机加深、加快从对态势的全息感知递进到对世界的多维认知。
事实上,基于数据驱动型的传统人工智能,大多建立在“数据中立、算法公正和程序正义”三要素基础之上,而新一代人工智能更关注于交互能力,旨在通过设计“记忆”模块来模仿人脑,解决更灵活多变的实际问题,真正成为“不断学习、与时俱进”的人工智能。特别是人机交互支撑实现人机交叉融合与协同互动,目前已在多个领域取得了卓越成果,形成了多方面、多种类、多层次的应用。例如,在线客服可以实现全天候不间断服务,轻松解决用户咨询等问题,也可将棘手问题转交人工客服处理,降低了企业的管理成本;在智慧医疗领域,人工智能可以通过神经影像实现辅助智能诊断,帮助医生阅片,目前准确率已达95%以上,节省了大量的人力;2020年,在抗击疫情的过程中,新一代人工智能技术加速与交通、医疗、教育、应急等事务协作联动,在科技战“疫”中大显身手,助力疫情防控取得显著成效。
未来已来,随着人工智能逐渐融入居民生活的方方面面,将继续在智慧医疗、自动驾驶、工业制造智能化等领域崭露头角。一是基于新一代人工智能的智慧医疗,将助力医院更好记录、存储和分析患者的健康信息,提供更加精准化和个性化的健康服务,显著提升医院的临床诊断精确度。二是通过将新一代人工智能运用于自动驾驶系统的感知、预测和决策等方面,重点解决车道协同、多车调度、传感器定位等问题,重新定义城市生活中人们的出行方式。三是由于我国工业向大型化、高速化、精细化、自主化发展,对高端大规模可编程自动化系统提出迫切需求,新一代人工智能将推动基于工业4.0发展纲领,以高度自动化的智能感知为核心,主动排除生产障碍,发展具备有适应性、资源效率、人机协同工程的智能工厂应运而生。总之,如何展望人工智能通过交互学习和记忆理解实现自编程和自成长,提升自主学习和人机交互的效率,将是未来研究着力发展的硬核领域,并加速新一代信息技术与智能制造深度融合,推动数字化转型走深走实,有信心、有能力去迎接下一场深刻产业变革的到来。
人工智能的起源和人工智能发展历程
1.1图灵测试测试者与被测试者(一个人和一台机器)隔开的情况下,通过一些装置(如键盘)向被测试者随意提问。多次测试(一般为5min之内),如果有超过30%的测试者不能确定被测试者是人还是机器,那么这台机器就通过了测试,并被认为具有人类智能。
1.2达特茅斯会议1956年8月,在美国汉诺斯小镇宁静的达特茅斯学院中,
约翰·麦卡锡(JohnMcCarthy)
马文·闵斯基(MarvinMinsky,人工智能与认知学专家)
克劳德·香农(ClaudeShannon,信息论的创始人)
艾伦·纽厄尔(AllenNewell,计算机科学家)
赫伯特·西蒙(HerbertSimon,诺贝尔经济学奖得主)等科学家正聚在一起,讨论着一个完全不食人间烟火的主题:用机器来模仿人类学习以及其他方面的智能。
会议足足开了两个月的时间,虽然大家没有达成普遍的共识,但是却为会议讨论的内容起了一个名字:“人工智能”,因此,1956年也就成为了人工智能元年。
2、人工智能发展历程人工智能充满未知的探索道路曲折起伏。如何描述人工智能自1956年以来60余年的发展历程,学术界可谓仁者见仁、智者见智。我们将人工智能的发展历程划分为以下6个阶段:
第一是起步发展期:1956年—20世纪60年代初。
人工智能概念提出后,相继取得了一批令人瞩目的研究成果,如机器定理证明、跳棋程序等,掀起人工智能发展的第一个高潮。
第二是反思发展期:20世纪60年代—70年代初。
人工智能发展初期的突破性进展大大提升了人们对人工智能的期望,人们开始尝试更具挑战性的任务,并提出了一些不切实际的研发目标。然而,接二连三的失败和预期目标的落空(例如,无法用机器证明两个连续函数之和还是连续函数、机器翻译闹出笑话等),使人工智能的发展走入低谷。
第三是应用发展期:20世纪70年代初—80年代中。
20世纪70年代出现的专家系统模拟人类专家的知识和经验解决特定领域的问题,实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的重大突破。专家系统在医疗、化学、地质等领域取得成功,推动人工智能走入应用发展的新高潮。
第四是低迷发展期:20世纪80年代中—90年代中。
随着人工智能的应用规模不断扩大,专家系统存在的应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识获取困难、推理方法单一、缺乏分布式功能、难以与现有数据库兼容等问题逐渐暴露出来。
第五是稳步发展期:20世纪90年代中—2010年。
由于网络技术特别是互联网技术的发展,加速了人工智能的创新研究,促使人工智能技术进一步走向实用化。1997年国际商业机器公司(简称IBM)深蓝超级计算机战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫,2008年IBM提出“智慧地球”的概念。以上都是这一时期的标志性事件。
第六是蓬勃发展期:2011年至今。
随着大数据、云计算、互联网、物联网等信息技术的发展,泛在感知数据和图形处理器等计算平台推动以深度神经网络为代表的人工智能技术飞速发展,大幅跨越了科学与应用之间的“技术鸿沟”,诸如图像分类、语音识别、知识问答、人机对弈、无人驾驶等人工智能技术实现了从“不能用、不好用”到“可以用”的技术突破,迎来爆发式增长的新高潮。
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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!