人工智能的研究路径和发展途径是什么
人工智能的研究路径和发展途径是什么？来源：中国教育信息化网作者：李志民自2016年以来AlphaGo接连击败顶级的人类围棋棋手之后，AI(人工智能)的能力和潜力再次刷新了我们的认知，并在全球掀起了一场人工智能大发展的热潮。人工智能到底会如何发展，一直都是媒体和整个社会讨论的焦点，AI研究人员是如何看待的呢？
最近，偶然在微信圈里看到北京大学的黄铁军教授为2018年图灵奖获得者、卷积神经网络之父 YannLeCun的自传写的序，其中既有不谋而合之处，又有发人深省的地方。摘编如下：
黄教授在文中写道：人类智能是地球环境培育出的最美丽的花朵，我们在为自己骄傲的同时，也要警惕人类中心主义。地球不是宇宙的中心，人类智能也没有类似的独特地位，把人类智能视为人工智能的造物主，曾经禁锢了人工智能的发展。沉迷于寻求通用智能理论，将是阻碍人工智能发展的最大障碍。这个思想基本上贯穿全文，也是非常值得深思的部分。
对于智能的定义，黄教授认为，智能是系统通过获取和加工信息而获得的能力。智能系统的重要特征是能够从无序到有序（熵减）、从简单到复杂演化（进化）的。生命系统是智能系统，也是物理系统；既具有熵减的智能特征，也遵守熵增在内的物理规律。人工智能是智能系统，也是通过获取和加工信息而获得智能，只是智能载体从有机体扩展到一般性的机器。就像人可以分为精神和肉体两个层次（当然这两个层次从根本上密不可分），机器智能也可以分为载体（具有特定结构的机器）和智能（作为一种现象的功能）两个层次，两个层次同样重要。
AI技术的传统研究路径有符号主义、连接主义和行为主义。
符号主义有过辉煌，但不能从根本上解决智能问题，一个重要原因是“纸上得来终觉浅”：人类抽象出的符号，源头是身体对物理世界的感知，人类能够通过符号进行交流，是因为人类拥有类似的身体。计算机只处理符号，就不可能有类人感知和类人智能，人类可意会而不能言传的“潜智能”，不必或不能形式化为符号，更是计算机不能触及的。要实现类人乃至超人智能，就不能仅仅依靠计算机。
连接主义采取自底向上的路线，强调智能活动是由大量简单单元通过复杂连接后并行运行的结果，基本思想是：既然生物智能是由神经网络产生的，那就通过人工方式构造神经网络，再训练人工神经网络产生智能。它的困难在于，不知道什么样的神经网络能够产生预期智能，因此大量探索归于失败。20世纪80年代神经网络曾经兴盛一时，掀起本轮人工智能浪潮的深度神经网络只是少见的成功个案。
行为主义是第三条路径。生物智能是自然进化的产物，生物通过与环境以及其他生物之间的相互作用发展出越来越强的智能，人工智能也可以沿这个途径发展。这个学派在20世纪80年代末90年代初兴起，近年来颇受瞩目的波士顿动力公司的机器狗和机器人就是这个学派的代表作。行为主义遇到的困难和连接主义类似，那就是什么样的智能主体才是“可塑之才”。
黄教授认为，展望未来，人工智能的发展途径有三条：
一是继续推进“大数据+大算力+强算法”的信息技术方法，从而得到信息模型。收集尽可能多的数据，采用深度学习、注意力模型等算法，将大数据中蕴藏的规律转换为人工神经网络的参数，这实际上是凝练了大数据精华的“隐式知识库”，可以为各类文本、图像等信息处理应用提供共性智能模型。
二是推进“结构仿脑+功能类脑+性能超脑”的类脑途径，从而得到生命模型。把大自然亿万年进化训练出的生物神经网络作为新一代人工神经网络的蓝本，构造逼近生物神经网络的神经形态芯片和系统，站在人类智能肩膀上发展机器智能。
三是通过“强化学习+物理模型+算力”的自主学习途径，从而得到自主智能模型。其技术路线的核心是建立自然环境的物理模型，通过强化学习训练自主智能模型。比如，构造地球物理模型，训练出的人工智能系统能够适应地球环境，与人类共处共融；构造高精度物理模型（例如基于量子力学模型构造出粒子、原子、分子和材料模型），可以训练出能够从事物理学和材料学研究的人工智能；构造出宇宙及其他星球的物理模型，可以训练出的人工智能则有望走出地球，适应宇宙中更复杂的环境。（参考全文可查阅：黄铁军：沉迷于寻求通用智能理论，将是阻碍AI发展的最大障碍|YannLeCun自传《科学之路》序）
从以上研究路径和发展途径看，对现阶段的人工智能毋须过分魔幻，AI只是众多科研方向的其中之一。其研究方向可以概括为：符号主义学派把人类的感知抽象成“符号”，使用逻辑推理和演算的方法，通过解析物理符号系统假说和启发式搜索原理去寻找智能，它关心的是承载智能的心理结构和逻辑结构，即符号主义学派是在研究“心智”(Mind)；连接主义学派使用生物仿生学的方法，通过构建模拟生物体脑部的组织结构去寻找智能，它关心的是承载智能的生理结构，即连接主义学派是在研究“大脑”（Brain)；而行为主义学派认为智能是由环境习得的，通过环境反馈和智能行为之间的因果联系去寻找智能，既不关心智能的载体和其内部的生理结构，也不关心智能的逻辑和心理结构，只关心智能的外部可观察到的行为表现，即行为主义学派是在研究“行为”(Action)。
可以看出，当前的人工智能还只能说是由自动控制向自动化的升级，本质上还是人的智能，仅仅也就停留在弱人工智能的初级阶段，离有知觉、有自我意识，可以独立思考问题并制定解决问题的最优方案甚至有自己的价值观和世界观体系的强人工智能更是相差十万八千里。
所以我们应该去思考，人工智能没有解决的是什么？智能的形成机制是什么？有没有脑科学和神经科学的可靠理论支撑？难道智能仅仅是算法吗？搞清楚这些问题，我们就不会陷入科幻的杞人忧天和恐慌之中而得出自己的判断。自然人的智能只是电信号吗，只是靠电力吗？没有电力供应的智能机器怎么运转，人类在发明电力之前可是有过几千年的文明史。
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人工智能研究方法，3+1>4
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2018-12-2813:32:37
长期以来,由于研究者的专业和研究领域的不同以及他们对智能本质的理解有异,因而形成了不同的人工智能学派,各自采用不同的研究方法。与符号主义、联结主义和行为主义相应的人工智能研究方法为功能模拟法、结构模拟法和行为模拟法。此外,还有综合这3种模拟方法的集成模拟法。
功能
1.功能模拟法
符号主义学派也可称为功能模拟学派。他们认为:智能活动的理论基础是物理符号系统,认知的基元是符号,认知过程是符号模式的操作处理过程。功能模拟法是人工智能最早和应用最广泛的研究方法。功能模拟法以符号处理为核心对人脑功能进行模拟。本方法根据人脑的心理模型,把问题或知识表示为某种逻辑结构,运用符号演算,实现表示、推理和学习等功能,从宏观上模拟人脑思维,实现人工智能功能。
功能模拟法已取得许多重要的研究成果,如定理证明、自动推理、专家系统、自动程序设计和机器博弈等。功能模拟法一般采用显示知识库和推理机来处理问题,因而它能够模拟人脑的逻辑思维,便于实现人脑的高级认知功能。
功能模拟法虽能模拟人脑的高级智能,但也存在不足之处。在用符号表示知识的念时,其有效性很大程度上取决于符号表示的正确性和准确性。当把这些知识概念转换成推理机构能够处理的符号时,将可能丢失一些重要信息。此外,功能模拟难于对含有噪声的信息、不确定性信息和不完全性信息进行处理。这些情况表明,单一使用符号主义的功能模拟法是不可能解决人工智能的所有问题的。
结构
2.结构模拟法
联结主义学派也可称为结构模拟学派。他们认为:思维的基元不是符号而是神经元,认知过程也不是符号处理过程。他们提出对人脑从结构上进行模拟,即根据人脑的生理结构和工作机理来模拟人脑的智能,属于非符号处理范畴。由于大脑的生理结构和工作机理还远未搞清,因而现在只能对人脑的局部进行模拟或进行近似模拟。
人脑是由极其大量的神经细胞构成的神经网络。结构模拟法通过人脑神经网络、神经元之间的连接以及在神经元间的并行处理,实现对人脑智能的模拟。与功能模拟法不同,结构模拟法是基于人脑的生理模型,通过数值计算从微观上模拟人脑,实现人工智能。本方法通过对神经网络的训练进行学习,获得知识并用于解决问题。结构模拟法已在模式识别和图像信息压缩领域获得成功应用。结构模拟法也有缺点,它不适合模拟人的逻辑思维过程,而且受大规模人工神经网络制造的制约,尚不能满足人脑完全模拟的要求。
行为
3.行为模拟法
行为主义学派也可称为行为模拟学派。他们认为:智能不取决于符号和神经元,而取决于感知和行动,提出智能行为的“感知——动作”模式。结构模拟法认为智能不需要知识、不需要表示、不需推理；人工智能可能可以像人类智能一样逐步进化;智能行为只能在现实世界中与周围环境交互作用而表现出来。
智能行为的“感知——动作”模式并不是一种新思想,它是模拟自动控制过程的有效方法,如自适应、自寻优、自学习、自组织等。现在,把这个方法用于模拟智能行为。行为主义的祖先应该是维纳和他的控制论，而布鲁克斯的六足行走机器虫只不过是一件行为模拟法(即控制进化方法)研究人工智能的代表作,为人工智能研究开辟了一条新的途径。
尽管行为主义受到广泛关注,但布鲁克师的机器虫模拟的只是低层智能行为,并不能导致高级智能控制行为，也不可能使智能机器从昆虫智能进化到人类智能。不过,行为主义学派的兴起表明了控制论和系统工程的思想将会进一步影响人工智能的研究和发展。
集成
4.集成模拟法
上述3种人工智能的研究方法各有长短，既有擅长的处理能力,又有一定的局限性。仔细学习和研究各个学派思想和研究方法之后，不难发现,各种模拟方法可以取长补短,实现优势互补。过去在激烈争论时期,那种企图完全否定对方而以一家的主义和方法主宰人工智能世界的氛围,正被互相学习、优势互补、集成模拟、合作共赢、和谐发展的新氛围所代替。
采用集成模拟方法研究人工智能,一方面各学派密切合作,取长补短,可把一种方法无法解决的问题转化为另一方法能够解决的问题;另一方面,逐步建立统一的人工智能理论体系和方法论,在一个统一系统中集成了逻辑思维、形象思维和进化思想,创造人工智能更先进的研究方法。要完成这个任务,任重而道远。
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