左敏：現代信息技術與人工智能

                        

• 　　一、人類社會的發展時代

   

  　　從狩獵時代到農耕時代、工業時代，再到信息時代、智能時代，人類社會的發展階段是以人類獲取信息或運用知識的手段的變化來劃分的。

   

  　　狩獵時代，結繩計數就是人們獲取信息的一種手段。現代歐洲人祖先的近親尼安德特人（也稱尼人）身強體壯，力量很大，腦容量也比智人大，但最后卻被走出非洲的智人打敗了，究其原因就在于尼人以很小的單元獨自生活，而智人過著群居生活，組織非常嚴密，大家在一起通過交流獲取信息。

   

  　　農耕時代，人們通過交流獲取信息。例如，驛站快馬接力，馬載著人，人帶著信息，從驛站一級一級地傳遞。人借助畜力帶著信息一起傳輸。后來出現了電話、電報、電子郵件等現代信息技術，人就不再隨著信息一起傳輸了。

   

  　　工業時代，這是一個偉大時代。工業時代發明了機器，在流水線上，機器代替人來做一些工作，生產力得到極大提高。

   

  　　信息時代，隨著計算機的出現和普及，信息對整個社會的影響逐步提高到一種絕對重要的地位。信息量、信息傳播的速度、信息處理的速度以及應用信息的程度等都以幾何級數的方式增長。信息技術的發展對人們學習知識、掌握知識、運用知識提出了新的挑戰。

   

  　　智能時代，物聯網不是科技狂想，而是又一場科技革命。智能時代將帶來新一輪科技革命和產業變革，當然，也存在著只有人能做而機器做不了的事情。

   

  　　在人類社會的不同發展時代，人們都需要對信息進行加工、處理和利用。推動人類社會發展的動力是對信息的獲取和對知識的需求。

   

  　　二、人類社會的發展動力

   

  　　（一）人類視野由小到大

   

  　　古希臘哲學家亞里士多德認為地球是球形的。古希臘學者厄拉多塞內斯第一個測量出地球的半徑。厄拉多塞內斯發現，夏至這天，當太陽直射到賽伊城的水井S時，在亞歷山大城的一點A的天頂與太陽的夾角為7.2°。他認為，由于兩地在同一條子午線上，所以兩地間的弧所對應的圓心角就是7.2°（如下圖）。

   

  　　文稿圖片02_愛奇藝

   

  　　又從商隊旅行時測得賽伊城的水井S與亞歷山大城的一點A之間的距離約為5000古希臘里，按照弧長與圓心角的關系，厄拉多塞內斯計算出地球的半徑約為40000古希臘里。一般認為，1古希臘里約為158.5米，這樣，厄拉多塞內斯測得的地球半徑約為6340千米，與如今我們的地球半徑常用值極半徑（6356.9088千米）、赤道半徑（6377.830千米）以及平均半徑（6370.856千米）都非常相近。

   

  　　我們再看古希臘人借助日月食現象計算出地月距離。由于已經測量出地球半徑，古希臘人以此為基礎，進行了一個巧妙的幾何計算，得出的地月距離與如今我們的測量值非常相近。我們知道，在太陽底下的物體都會有一個陰影，那么，一個圓形的物體就會有一個圓形的陰影，隨著物體不斷升高，陰影逐漸形成一個黑點，這個黑點到物體的距離恰好是物體直徑的108倍，也就是說物體能形成自己直徑108倍長的陰影區，地球也是這樣。在月蝕的時候，月球由于被地球擋住了太陽光，導致我們無法看見反光的月球，這樣，無論月球大小，月蝕的時候都要通過地球造成的陰影區。根據古希臘人的估算，月球通過的這段陰影區長度大概是月球直徑的2.5倍。同樣，月球本身也是一個能夠遮擋太陽光的球體。和地球一樣，月球也會產生陰影區，而這個陰影區在地球上終止，且陰影末端的角度和地球相同。這樣，古希臘人就得到了三個相似三角形，最大的底邊為地球直徑，高是108倍地球直徑；最小的底邊是月球直徑，高為地月距離；中等大小的底邊為2.5倍月球直徑，由于三角形相似性，古希臘人就計算出地月距離。

   

  　　著名物理學家和天文學家G·伽莫夫在《從一到無窮大》科普讀物中，用一些有趣的比喻闡述了愛因斯坦的相對論和四維時空結構，并討論了人類在認識微觀世界（如基本粒子、基因等）和宏觀世界（如太陽系、星系等）方面的成就，有興趣的朋友可以閱讀一下，能夠幫助理解人類視野由小到大。

   

  　　（二）獲取知識是人類社會的發展動力

   

  　　目前，人工智能很多都運用了已有的科學成果。例如認知，認知是個體認識客觀世界的信息加工活動，通過心理活動（如形成概念、知覺、判斷或想象等）獲取知識。習慣上，我們將認知與情感、意志相對應。感覺、知覺、記憶、想象、思維等認知活動按照一定的關系組成一定的功能系統，從而實現對個體認識活動的調節作用。在個體與環境的作用過程中，個體認知的功能系統不斷發展并趨于完善。

   

  　　感覺，是人腦對直接作用于感覺器官的客觀事物的個別屬性的反映。感覺是最初級的認識過程，是一種最簡單的心理現象。當然，感覺并不一定在某一時間內只反映一種屬性，而是可以反映許多種屬性，但在感覺中，各種屬性之間既無組織又無界限。正如一個人進入到某個完全陌生的環境里，雖然這個環境中既有各種聲響，又有各種氣味，但他分不清哪個聲響來自哪種東西，哪種氣味散發自哪個物體，這時對他來說，各種聲響和氣味只是雜亂無章的一大堆刺激。

   

  　　知覺，是直接作用于感覺器官的事物的整體在人腦中的反映。知覺是人對感覺信息的組織和解釋的過程。例如，看到一個蘋果，聽到一首歌曲，聞到花香等，這些都是知覺現象。

   

  　　記憶，是過去經驗在人腦中的反映。記憶是進行思維、想象等高級心理活動的基礎。人類記憶與大腦海馬結構、大腦內部的化學成分變化有關。記憶作為一種基本的心理過程，是和其他心理活動密切聯系著的。記憶聯結著人的心理活動，是人們學習、工作和生活的基本機能。把抽象無序轉變成形象有序的過程就是記憶的關鍵。關于記憶的研究屬于心理學或腦部科學的范疇。盡管當今的科學技術已經有了長足的發展，現代人類對記憶的研究仍在繼續。信息加工理論認為，記憶過程就是對輸入信息的編碼、存儲和提取過程。只有經過編碼的信息才能被記住，編碼就是對已輸入的信息進行加工、改造的過程，編碼是整個記憶過程的關鍵階段。

   

  　　想象，是人腦對記憶表象進行分析綜合、加工改造，從而形成新的表象的心理過程。想象是思維的一種特殊形式。

   

  　　思維，是人類所具有的高級認識活動。按照信息論的觀點，思維是對新輸入的信息與人腦內儲存的知識經驗進行一系列復雜的心智操作的過程。20世紀50年代以后，腦科學有了新的重大進展，美國心理和生物學家羅杰·斯佩里等人對左腦和右腦功能的研究、對大腦機能區的定位研究、對神經回路的研究以及腦物理和腦化學的研究等，進一步揭示了思維的物質運動性質；與此同時，瑞士兒童心理學家讓·皮亞杰等人對兒童思維和成人思維的研究以及認知科學對人腦信息加工機理的研究，則更加豐富了人腦反映事物本質之機制的知識。這些研究成果為思維科學積累了新的科學資料。同時，當代各學科的多層次和橫向滲透發展，尤其是信息論和計算機科學的誕生，為深入研究人的思維開辟了新的途徑。

   

  　　語言，即傳遞信息的聲音，是人們進行溝通的主要表達方式，也是人類最重要的交際工具。廣義而言，指人們采用一套共同的處理規則進行表達的溝通指令，通常以視覺、聲音或觸覺等方式傳遞信息。人們需要通過學習來獲得語言能力，目的是交流觀念、意見、思想等。

   

  　　現代信息技術中，很多都運用了已有學科的研究成果。而在虛擬世界中，也是以獲取知識為第一動力的。

   

  　　三、現代信息技術引領新一輪科技革命和產業變革

   

  　　（一）數據、信息、知識與智能

   

  　　知識是符合文明方向的，人類對物質世界以及精神世界探索的結果總和。知識，至今也沒有一個統一而明確的界定。知識的價值判斷標準在于實用性，以能否讓人類創造新物質，得到力量和權力等為考量。有一個經典的定義來自于古希臘哲學家柏拉圖，他認為，一條陳述能稱得上是知識必須滿足三個條件：它一定是被驗證過的，正確的，而且是被人們相信的。

   

  　　和知識一樣，智能和人工智能至今也沒有一個統一而明確的界定。例如，對人工智能的界定可以分為兩部分，即人工和智能。人工比較好理解，爭議性也不大。但有時候我們需要考慮什么是人力所能及制造的，或者人自身的智能程度有沒有高到可以創造人工智能的地步，等等。

   

  　　關于什么是智能，那就問題多了。這涉及諸如意識、自我、思維（包括無意識的思維）等問題。人唯一了解的智能是人本身的智能，這是普遍認同的觀點。但是，我們對自身智能的理解非常有限，對構成人的智能的必要元素了解也有限，這就很難定義什么是“人工”制造的“智能”了。因此，人工智能的研究往往涉及對人的智能本身的研究。此外，關于動物或其它人造系統的智能研究，也普遍被認為是人工智能相關的研究課題。

   

  　　（二）工業革命與人工智能化

   

  　　工業1.0：蒸汽技術革命。第一次工業革命是指18世紀60年代從英國發起的技術革命，是技術發展史上的一次巨大革命，開創了以機器代替手工勞動的時代。這場革命以蒸汽機作為動力機被廣泛使用為標志，人類進入了“蒸汽時代”。

   

  　　工業2.0：電力技術革命。第二次工業革命是指19世紀60年代繼蒸汽技術革命之后的又一次科技革命，這場革命以電力技術革命為標志，人類進入了“電氣時代”。

   

  　　工業3.0：計算機及信息技術革命。第三次工業革命是指繼蒸汽技術革命、電力技術革命之后的又一次科技革命，這場革命以原子能、電子計算機、空間技術和生物工程的發明和應用為主要標志，人類進入了“信息時代”。這場革命涉及信息技術、新能源技術、新材料技術、生物技術、空間技術和海洋技術等諸多領域。

   

  　　工業4.0：人工智能化。第四次工業革命是指繼蒸汽技術革命、電力技術革命、計算機及信息技術革命之后的又一次科技革命。這場革命以人工智能、機器人技術、虛擬現實、量子信息技術、可控核聚變、清潔能源以及生物技術為技術突破口，人類將進入“智能時代”。

   

  　　（三）計算機及信息技術革命與第四次工業革命

   

  　　計算機，是一種用于高速計算的電子計算機器，可以進行數值計算和邏輯計算，具有存儲記憶功能，能夠按照程序自動、高速處理海量數據。這種現代化智能電子設備由硬件系統和軟件系統組成，分為超級計算機、工業控制計算機、網絡計算機、個人計算機、嵌入式計算機等，較先進的有生物計算機、光子計算機、量子計算機、神經網絡計算機、蛋白質計算機等。當今計算機系統的運算速度已經達到每秒萬億次，使大量復雜的科學計算問題得以解決。例如，衛星軌道的計算、大型水壩的計算、24小時天氣預報的計算等，過去人工計算需要幾年、幾十年，而現在用計算機只需幾天甚至幾分鐘就可以完成。隨著計算機存儲容量的不斷增大，可存儲記憶的信息越來越多，計算機不僅能進行計算，還能把參加運算的數據、程序以及中間結果和最后結果保存起來，以供用戶隨時調用。此外，計算機還能對各種信息（如視頻、語言、文字、圖形、圖像、音樂等）通過編碼技術進行算術運算和邏輯運算，甚至進行推理和證明。

   

  　　超級計算機通常是指由數百數千甚至更多的處理器（機）組成的、能計算普通PC機和服務器不能完成的大型復雜課題的計算機。超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，是國家科技發展水平和綜合國力的重要標志。中國神威·太湖之光超級計算機所使用的芯片是國產芯片“申威26010”。目前，神威·太湖之光超級計算機以每秒12.5億億次的峰值計算能力、每秒9.3億億次的持續計算能力，成為世界超算第一名，為國產大飛機、天宮系列等多個國家重大任務的研發測試工作做出了重要貢獻。

   

  　　通信，指由一地向另一地進行信息傳輸與交換，目的是傳遞信息。從廣義上說，無論采用何種方法，使用何種媒質，只要將信息從一地傳送到另一地，均可稱為通信。通信方式，古代有烽火臺、擊鼓、驛站快馬接力、信鴿、旗語等，現代有電話、傳真、衛星電話、電報、數據通信等。對于遠距離傳遞信息來說，古代最快也要幾天，現代則實現了即時通信。

   

  　　人類自存在以來就離不開信息傳遞。遠古時代，人類用表情和動作進行信息交流，這是最原始的通信方式。后來，人類在漫長的生活中創造了語言和文字，也發明了多種信息傳遞方式，如烽火臺、擊鼓、信鴿、旗語、航行用的信號燈等，這些都是用來解決遠距離傳遞信息的。

   

  　　進入19世紀后，人們開始用電信號進行通信。電纜通信是最早發展起來的通信技術，主要采用模擬單邊帶調制和頻分復用多路方式。電纜通信在通信中占有突出地位。在光纖通信和移動通信發展之前，電話、傳真、電報等各用戶終端與交換機的連接全靠電纜。電纜還曾是長途通信和國際通信的主要手段，大西洋、太平洋均有大容量的越洋電纜。

   

  　　互聯網，即廣域網、局域網及單機按照一定的通訊協議組成的國際計算機網絡。互聯網將兩臺或以上的計算機終端、客戶端、服務端通過信息技術手段聯系起來，人們可以與遠在千里之外的朋友發送電子郵件、共同完成一項工作、共同娛樂等，主要特點有通訊、社交、網上貿易、云端化服務、資源共享化、服務對象化等。互聯網在現實生活中應用很廣泛。我們可以在互聯網上聊天、玩游戲、查閱資料等，更為重要的是，我們還可以在互聯網上進行廣告宣傳和購物。互聯網極大地方便了我們的生活。

   

  　　云計算，指通過網絡“云”將巨大的數據計算處理程序分解成無數個小程序，然后通過多部服務器組成的系統進行處理和分析，將得到的結果返回給用戶。簡單地說，早期云計算就是簡單的分布式計算，解決任務分發并進行計算結果的合并，因而又稱為網格計算。但現在的云服務已經不單單是一種分布式計算，而是分布式計算、效用計算、負載均衡、并行計算、網絡存儲、熱備份冗余技術和虛擬化等計算機技術混合演進并躍升的結果。

   

  　　物聯網，顧名思義就是連接物品的網絡。按照國際電信聯盟的定義，物聯網主要解決物品與物品、人與物品、人與人之間的互聯。但是，與傳統互聯網不同的是，H2T是指人利用通用裝置與物品之間的連接，從而使得物品連接更加簡化，而H2H是指人之間不依賴于PC而進行的互聯。

   

  　　許多學者在討論物聯網時，經常會引入M2M的概念，它可以解釋為人到人、人到機器、機器到機器。但是，M2M并不僅限于解釋物聯網，它在互聯網中也得到了很好地闡釋。人到機器的交互一直是人體工程學和人機界面等領域研究的主要課題，而機器與機器之間的交互已由互聯網提供了最為成功的方案。本質上，人與機器、機器與機器的交互，大部分是為了實現人與人之間的信息交互。

   

  　　大數據，指以多元形式，從許多來源搜集而來的龐大數據組，往往具有實時性。從技術上看，大數據與云計算的關系就像一枚硬幣的正反面一樣密不可分。大數據必然無法用單臺計算機進行處理，必須采用分布式計算架構。大數據具有Volume（大體量）、Variety（多樣性）、Velocity（時效性）、Veracity（準確性）和Value（大價值）等特點。

   

  　　大數據時代已經來臨，將在眾多領域掀起變革的巨浪。大數據的核心在于為客戶挖掘數據中蘊藏的價值，而不是軟硬件的堆砌。針對不同領域的大數據應用模式、商業模式研究是大數據產業健康發展的關鍵。

   

  　　人工智能，是研究使計算機來模擬人的某些思維過程和智能行為（如學習、推理、思考、規劃等）的學科，主要包括研究計算機實現智能的原理、制造類似于人腦智能的計算機等，以實現更高層次的應用。人工智能涉及計算機科學、心理學、哲學和語言學等。

   

  　　（四）人工智能發展

   

  　　1956年，以麥卡錫、明斯基、羅切斯特和香農等為首的一批遠見卓識的年輕科學家，共同研究和探討用機器模擬智能，并首次提出“人工智能”這一術語，標志著“人工智能”作為一門新興學科正式誕生。

   

  　　目前，我們對人工智能的研究已有60多年的歷史，不同學科或學科背景的學者對人工智能都作出了各自的理解，提出了不同的觀點，由此產生了不同的學術流派。其中，對人工智能研究影響較大的有符號主義、連接主義和行為主義等。

   

  　　符號主義，是一種基于邏輯推理的智能模擬方法，原理是物理符號系統假設和有限理性原理，通過研究人類認知系統的功能機理，用某種符號來描述人類的認知過程，并把這種符號輸入到能夠處理符號的計算機中，從而模擬人類的認知過程，實現人工智能。長期以來，符號主義在人工智能中處于主導地位。這一學派認為，人工智能源于數學邏輯，人類認知和思維的基本單元是符號，認知過程是在符號表示上的一種運算。符號主義致力于用計算機的符號操作來模擬人的認知過程，實質上是模擬人的左腦思維。

   

  　　連接主義，又稱為仿生學派或生理學派，是一種基于神經網絡及網絡間的連接機制與學習算法的智能模擬方法，原理是神經網絡和神經網絡間的連接機制與學習算法。這一學派認為，人工智能源于仿生學，特別是人腦模型的研究。連接主義學派從神經生理學和認知科學的研究成果出發，把人的智能歸結為人腦的高層活動的結果，強調智能活動是由大量簡單的單元通過復雜的相互連接后并行運行的結果。其中，人工神經網絡是其典型的代表性技術。

   

  　　行為主義，又稱進化主義或控制論學派，是一種基于“感知——行動”的行為智能模擬方法。行為主義最早來源于20世紀初的一個心理學流派，這一學派認為，行為是有機體用以適應環境變化的各種身體反應的組合，研究目的在于預見和控制行為。例如，諾伯特·維納和麥洛克等人提出的控制論和自組織系統、錢學森等人提出的工程控制論和生物控制論等，影響了許多領域。行為主義把神經系統的工作原理與信息理論、控制理論、邏輯以及計算機聯系起來。早期的研究工作重點是模擬人在控制過程中的智能行為和作用，研究自尋優、自適應、自校正、自鎮定、自組織和自學習等控制論系統，并進行“控制動物”的研制。隨著控制論系統的研究取得進展，20世紀80年代，誕生了智能控制和智能機器人系統。

   

  　　美國斯坦福大學人工智能研究中心尼爾遜教授對人工智能下了這樣一個定義：“人工智能是關于知識的學科——怎樣表示知識以及怎樣獲得知識并使用知識的科學。”而美國麻省理工學院溫斯頓教授認為：“人工智能就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作。”這些說法反映了人工智能學科的基本思想和基本內容，即人工智能是研究人類智能活動的規律，構造具有一定智能的人工系統，研究如何讓計算機去完成以往需要人的智力才能勝任的工作，也就是研究如何應用計算機的軟硬件來模擬人類某些智能行為的基本理論、方法和技術。

   

  　　（五）人工智能引領新一輪科技革命和產業變革

   

  　　人工智能是引領新一輪科技革命和產業變革的戰略性技術，具有溢出帶動性很強的“頭雁”效應。在移動互聯網、大數據、超級計算、傳感網、腦科學等新理論新技術的驅動下，人工智能正加速發展。

   

  　　人工智能具有多學科綜合、高度復雜的特征。我們必須加強研判，統籌謀劃，協同創新，穩步推進，把增強原創能力作為重點，以關鍵核心技術為主攻方向，夯實新一代人工智能發展的基礎。要加強基礎理論研究，努力在人工智能發展方向和理論、方法、工具、系統等方面取得變革性、顛覆性突破。要主攻關鍵核心技術，以問題為導向，全面增強人工智能科技創新能力，加快建立新一代人工智能關鍵共性技術體系。要強化科技應用開發，緊緊圍繞經濟社會發展需求，充分發揮我國海量數據和巨大市場應用規模優勢，堅持需求導向、市場倒逼的科技發展路徑，積極培育人工智能創新產品和服務，推進人工智能技術產業化，形成科技創新和產業應用互相促進的良好發展局面。

   

  　　我國經濟已由高速增長階段轉向高質量發展階段，正處在轉變發展方式、優化經濟結構、轉換增長動力的攻關期，迫切需要新一代人工智能等重大創新添薪續力。我們要深入把握新一代人工智能發展的特點，加強人工智能和產業發展融合，為高質量發展提供新動能。要圍繞建設現代化經濟體系，以供給側結構性改革為主線，把握數字化、網絡化、智能化融合發展契機，在質量變革、效率變革、動力變革中發揮人工智能作用，提高全要素生產率。要培育具有重大引領帶動作用的人工智能企業和產業，構建數據驅動、人機協同、跨界融合、共創分享的智能經濟形態。要發揮人工智能在產業升級、產品開發、服務創新等方面的技術優勢，促進人工智能同一、二、三產業深度融合，以人工智能技術推動各產業變革，在中高端消費、創新引領、綠色低碳、共享經濟、現代供應鏈、人力資本服務等領域培育新增長點、形成新動能。