雷鋒網按:本文作者蔡自興,來自湖南省自興人工智慧研究院、中南大學智慧系統與智慧軟體研究所。文章來自北郵人機與認知實驗室。
智慧型機器是一種能夠呈現出人類智慧行為的機器。人工智慧(ArtificialIntelligence,AI)是電腦科學或智慧科學中涉及研究、設計和應用智慧型機器的一個分支。人工智慧的近期主要目標在於研究用機器來模仿和執行人腦的某些智力功能,而遠期目標是用自動機模仿人類的思維活動和智力功能。
人工智慧探索歷史
人類對人工智慧和智慧型機器的夢想與追求,可以追溯到3000 多年前。中國也不乏這方面的故事與史料。
近代科學技術的許多重大進展都是人類智慧、思維、夢想和奮鬥的成果。人類歷史上從來沒有出現過像今天這樣的思想大解放,關於宇宙、星球、生命、人類、時空、進化和智慧等思想與作品,如雨後春筍破土而出,似百花爭豔迎春怒放。其中,人工智慧尤其引人注目。進入20世紀後,人工智慧開始孕育於人類社會母胎。到20世紀30—40年代發生了兩件極其重要的事件:
數理邏輯的形式化
和
智慧可計算
(機器能思維)的思想,建立了計算與智慧關係的概念。被稱為“人工智慧之父”(The father of AI)的圖靈(Turing AM),于1936年創立了自動機理論,提出一個理論電腦模型,奠定電子電腦設計基礎,促進人工智慧特別是思維機器的研究。1950 年圖靈的論文“機器能思考嗎?”,為即將問世的人工智慧提供了科學性和開創性的構思。
1956 年夏季由麥卡錫(McCarthyJ)、明斯基(Minsky ML)、羅徹斯特(Lochester N)和香農(Shannon CE)共同發起,並邀請其他6位年輕的科學家,在美國達特茅斯(Dartmouth)大學舉辦了一次長達兩個月的十人研討會,討論用機器模擬人類智慧問題,首次使用“人工智慧”這一術語。
這是人類歷史上第一次人工智慧研討會,標誌著國際人工智慧學科的誕生
,具有十分重要的歷史意義。發起這次研討會的人工智慧學者麥卡錫和明斯基,則被譽為國際人工智慧的“奠基者”或“創始人”(The founding father),有時也稱為“人工智慧之父”。
中國的人工智慧經歷了怎樣的發展過程?取得哪些成績?存在什麼問題?面臨何種機遇?有哪些解決方案?本文力圖逐一探討。
一、發展過程
與國際上人工智慧的發展情況相比,國內的人工智慧研究不僅起步較晚,而且發展道路曲折坎坷,歷經了質疑、批評甚至打壓的十分艱難的發展歷程。直到改革開放之後,中國的人工智慧才逐漸走上發展之路。
1.迷霧重重
20世紀50—60年代,人工智慧在西方國家得到重視和發展,而在蘇聯卻受到批判,將其斥為“資產階級的反動偽科學”。當時,受蘇聯批判人工智慧和控制論(Cybernetics)的影響,中國在20世紀50年代幾乎沒有人工智慧研究;20世紀60年代後期和70年代,雖然蘇聯解禁了控制論和人工智慧的研究,但因中蘇關係惡化,中國學術界將蘇聯的這種解禁斥之為“修正主義”,人工智慧研究繼續停滯。那時,人工智慧在中國要麼受到質疑,要麼與“特異功能”一起受到批判,被認為是偽科學和修正主義。《摘譯外國自然科學哲學》月刊1976年第3期刊文稱:“在批判‘圖像識別’和‘人工智慧’研究領域各種反動思潮的鬥爭中,走自己的道路”。這足見中國人工智慧研究迷霧重重的艱難處境。
1978年3月,全國科學大會在北京召開。在華國鋒主持的大會開幕式上,鄧小平發表了“科學技術是生產力”的重要講話。大會提出“向科學技術現代化進軍”的戰略決策,打開解放思想的先河,促進中國科學事業的發展,使中國科技事業迎來了科學的春天[9]。這是中國改革開放的先聲,廣大科技人員出現了思想大解放,人工智慧也在醞釀著進一步的解禁。吳文俊提出的利用機器證明與發現幾何定理的新方法——幾何定理機器證明(圖1),獲得1978年全國科學大會重大科技成果獎就是一個好的徵兆。
20世紀80年代初期,錢學森等主張開展人工智慧研究,中國的人工智慧研究進一步活躍起來。但是,由於當時社會上把“人工智慧”與“特異功能”混為一談,使中國人工智慧走過一段很長的彎路。一方面,包括許多人工智慧學者在內的研究者把人工智慧與特異功能攪在一起“研究”;另一方面,社會上在批判“特異功能”時將“人工智慧”一起進行批判,把兩者一併斥之為“偽科學”。
2.艱難起步
20世紀70年代末至80年代,知識工程和專家系統在歐美發達國家得到迅速發展,並取得重大的經濟效益。當時中國相關研究處於艱難起步階段,一些基礎性的工作得以開展。
1) 派遣留學生出國研究人工智慧。
改革開放後,自1980 年起中國大批派遣留學生赴西方發達國家研究現代科技,學習科技新成果,其中包括人工智慧和模式識別等學科領域。這些人工智慧“海歸”專家,已成為中國人工智慧研究與開發應用的學術帶頭人和中堅力量,為發展中國人工智慧做出舉足輕重的貢獻。
2) 成立中國人工智慧學會。
1981 年9 月,中國人工智慧學會(CAAI)在長沙成立,秦元勳當選第一任理事長。於光遠在大會期間主持了一次大型座談會,討論有關人工智慧的一些認識問題。他指出:“人工智慧是一門新興的科學,我們應該積極支持;對所謂‘人體特異功能’的研究是一門偽科學,不但不應該支持,而且要堅決反對。”1982年,中國人工智慧學會刊物《人工智慧學報》在長沙創刊,成為國內首份人工智慧學術刊物。
CAAI首任理事長秦元勳也頗受爭議。秦元勳獲美國哈佛大學博士學位後於1948年回國,歷任中國科學院數學研究所研究員、執行副所長,中國核學會計算物理學會理事長,中國人工智慧學會首屆理事長等職。他在常微分方程的定性理論、運動穩定性、近似解析、機器推理等方面的研究,在中國處於開創的地位。其中極限環的研究,具有國際先進水準。他曾負責完成了中國第一顆原子彈和氫彈的威力計算工作,是1982年國家自然科學獎一等獎的原子彈氫彈設計原理中的物理力學數學理論專案的主要工作者之一,並開闢了計算物理學這一新的學科分支。
3) 開始人工智慧的相關專案研究。
20世紀70年代末至80年代前期,一些人工智慧相關專案已被納入國家科研計畫。例如,在1978年召開的中國自動化學會年會上,報告了光學文字識別系統、手寫體數位識別、生物控制論和模糊集合等研究成果,表明中國人工智慧在生物控制和模式識別等方向的研究已開始起步。又如,1978年把“智慧模擬”納入國家研究計畫。不過,當時還未能直接提到“人工智慧”研究,說明中國的人工智慧禁區有待進一步打開。
3.迎來曙光
1984年1月和2月,鄧小平分別在深圳和上海觀看兒童與電腦下棋時,指示“電腦普及要從娃娃抓起”。此後,中國人工智慧研究的境遇有所好轉。例如,人民日報關於人工智慧的報導也漸漸多了起來。20世紀80年代中期,中國的人工智慧迎來曙光,開始走上比較正常的發展道路。
國防科工委於1984年召開了全國智慧電腦及其系統學術討論會,1985年又召開了全國首屆第五代電腦學術研討會。1986年起把智慧電腦系統、智慧型機器人和智慧資訊處理等重大專案列入國家高技術研究發展計畫(863計畫)。
1986 年,清華大學校務委員會經過三次討論後,決定同意在清華大學出版社出版《人工智慧及其應用》著作。
1987年7月《人工智慧及其應用》在清華大學出版社公開出版,成為國內首部具有自主智慧財產權的人工智慧專著。接著,中國首部人工智慧、機器人學和智慧控制著作分別於1987年、1988 年和1990 年問世。1988 年2月,主管國家科技工作的國務委員兼國家科委主任宋健親筆致信蔡自興(圖2),對《人工智慧及其應用》的公開出版和人工智慧學科給予高度評價,指出該人工智慧著作的編著和出版“使這一前沿學科的最精彩的成就迅速與中國讀者見面,這對人工智慧在中國的傳播和發展必定會起到重大的推動作用……我深信,以人工智慧和模式識別為帶頭的這門新學科,將為人類邁進智慧自動化時期做出奠基性貢獻。”宋健對該書的高度評價,體現出他對發展中國人工智慧的關注和對作者的鼓勵,對中國人工智慧的發展產生了重大和深遠的影響。
在這封信中宋健還提到:“十年前,當我們和錢先生修訂工程控制論時,尚無系統參考書可言,只能斷斷續續介紹一些思路。現在錢先生看到此書,也一定會欣喜萬分。”這體現了宋健的謙虛品德,也表現出錢學森當時對人工智慧的熱烈支持。
1987年《模式識別與人工智慧》雜誌創刊。
1989年首次召開了中國人工智慧聯合會議(CJCAI),至2004年共召開了8次。此外,還曾經聯合召開過6屆中國機器人學聯合會議。
1993年起,把智慧控制和智慧自動化等專案列入國家科技攀登計畫。
1993年7月,宋健應邀為中國人工智慧學會智慧型機器人分會成立題詞“人智慧則國智科技強則國強”,向成立大會表示祝賀。本題詞很好地闡明了人工智慧與提高民族素質、增強科技實力和建設現代化強國的辯證關係,也是國家科技領域領導人對中國人工智慧事業的有力支持以及對全國人工智慧工作者的殷切期望。
4.蓬勃發展
進入21世紀後,更多的人工智慧與智慧系統研究課題獲得國家自然科學基金重點和重大專案、國家高技術研究發展計畫(863 計畫)和國家重點基礎研究發展計畫(973計畫)專案、科技部科技攻關專案、工信部重大專案等各種國家基金計畫支持,並與中國國民經濟和科技發展的重大需求相結合,力求為國家做出更大貢獻。這方面的研究專案很多,代表性的研究有視覺與聽覺的認知計算、面向Agent的智慧電腦系統、中文智慧搜尋引擎關鍵技術、智慧化農業專家系統、虹膜識別、語音辨識、人工心理與人工情感、基於仿人機器人的人機交互與合作、工程建設中的智慧輔助決策系統、未知環境中移動機器人導航與控制等。
2006年8月,中國人工智慧學會聯合其他學會和有關部門,在北京舉辦了“慶祝人工智慧學科誕生50周年”大型慶祝活動。除了人工智慧國際會議外,紀念活動還包括由中國人工智慧學會主辦的首屆中國象棋電腦博弈錦標賽暨首屆中國象棋人機大戰。東北大學的“棋天大聖”象棋軟體獲得機器博弈冠軍;“浪潮天梭”超級電腦以11:9的成績戰勝了中國象棋大師。這些賽事的成功舉辦,彰顯了中國人工智慧科技的長足進步,也向廣大公眾進行了一次深刻的人工智慧基本知識普及教育。主辦者認為,這次中國象棋人機大戰“無論贏家是人類大師或超級電腦,都是人類智慧的勝利”。
同年,《智慧系統學報》創刊(圖3),這是繼《人工智慧學報》和《模式識別與人工智慧》之後國內第3份人工智慧類期刊。他們為國內人工智慧學者和高校師生提供了一個學術交流平臺,對中國人工智慧研究與應用起到促進作用。
2009 年,中國人工智慧學會牽頭組織,向國家學位委員會和國家教育部提出設置“智慧科學與技術”學位授權一級學科的建議。該建議指出:現在資訊化向智慧化邁進”的趨勢已經顯現;因此,今天培養的智慧科學技術高級人才大軍,正好趕上明天資訊化向智慧化大規模邁進的需要。為此,一個順理而緊迫的建議就是:為了適應資訊化向智慧化邁進的大趨勢,為了實現建設創新型國家的大目標,在中國學位體系中增設智慧科學與技術博士和碩士學位授權一級學科。這個建議凝聚了中國廣大人工智慧教育工作者的心智心血和他們的遠見卓識,對中國人工智慧學科建設具有十分深遠的意義。
5.國家戰略
近兩年來,中國的人工智慧已發展成為國家戰略。國家最高領導人習近平、李克強發表重要講話,對發展中國人工智慧和機器人學給予高屋建瓴的指示與支持。
2014年6月9日,習近平總書記在中國科學院第十七次院士大會、中國工程院第十二次院士大會開幕式上發表重要講話強調:“由於大資料、雲計算、移動互聯網等新一代資訊技術同機器人技術相互融合步伐加快,3D列印、人工智慧迅猛發展,製造機器人的軟硬體技術日趨成熟,成本不斷降低,性能不斷提升,軍用無人機、自動駕駛汽車、家政服務機器人已經成為現實,有的人工智慧機器人已具有相當程度的自主思維和學習能力。……我們要審時度勢、全盤考慮、抓緊謀劃、扎實推進。”這是党和國家最高領導人首次對人工智慧和相關智慧技術的高度評價,是對開展人工智慧和智慧型機器人技術開發的莊嚴號召和大力推動。
2015年十二屆全國人大三次會議上,李克強總理在政府工作報告中提出:“人工智慧技術將為基於互聯網和移動互聯網等領域的創新應用提供核心基礎。未來人工智慧技術將進一步推動關聯技術和新興科技、新興產業的深度融合,推動新一輪的資訊技術革命,勢必將成為我國經濟結構轉型升級的新支點。”這是對人工智慧技術的重要作用給予的充分肯定,是對人工智慧的有力促進。
2015年5月,國務院發佈《中國製造2025》(圖4),部署全面推進實施製造強國戰略。這是中國實施製造強國戰略第一個十年的行動綱領。圍繞實現製造強國的戰略目標,《中國製造2025》明確了9項戰略任務和重點。
這些戰略任務,無論是提高創新能力、資訊化與工業化深度融合、強化工業基礎能力、加強品質品牌建設,或是推動重點領域突破發展、全面推行綠色製造、推進製造業結構調整、發展服務型製造和生產性服務業、提高製造業國際化發展水準,都離不開人工智慧的參與,都與人工智慧的發展密切相關。
人工智慧是智慧製造不可或缺的核心技術。
2016年4月,工業和資訊化部、國家發展改革委、財政部等三部委聯合印發了《機器人產業發展規劃(2016—2020年)》,為“十三五”期間中國機器人產業發展描繪了清晰的藍圖。該發展規劃提出的大部分任務,如智慧生產、智慧物流、智慧工業機器人、人機協作機器人、消防救援機器人、手術機器人、智慧型公共服務機器人、智慧護理機器人等,都需要採用各種人工智慧技術。人工智慧也是智慧型機器人產業發展的關鍵核心技術。
2016年5月,國家發改委和科技部等4部門聯合印發《“互聯網+”人工智慧三年行動實施方案》,明確未來3年智慧產業的發展重點與具體扶持項目,進一步體現出人工智慧已被提升至國家戰略高度。根據方案的內容,未來3年將在3個大方面、9個小項推進智慧產業發展。
國家最高領導人對人工智慧的高度評價和對發展我國人工智慧的指示,《中國製造2025》、《機器人產業發展規劃(2016—2020 年)》和《“互聯網+”人工智慧三年行動實施方案》的發佈與施行,體現了中國已把人工智慧技術提升到國家發展戰略的高度,為人工智慧的發展創造了前所未有的優良環境,也賦予人工智慧艱巨而光榮的歷史使命。
2015年7月在北京召開了“2015中國人工智慧大會”。發表了《中國人工智慧白皮書》,包括“中國智慧型機器人白皮書”、“中國自然語言理解白皮書”、“中國模式識別白皮書”、“中國智慧駕駛白皮書”和“中國機器學習白皮書”,為中國人工智慧相關行業的科技發展描繪一個輪廓,給產業界指引一個發展方向。
2016年4月由中國人工智慧學會發起,聯合20餘家國家一級學會,在北京舉行“2016 全球人工智慧技術大會暨人工智慧60 周年紀念活動啟動儀式”(圖5)。這次活動恰逢國際人工智慧誕辰60周年,穀歌AlphaGo與韓國圍棋九段棋手李世石上演“世紀人機大戰”(圖6),將人工智慧的關注度推到了前所未有的高度。啟動儀式共同慶祝國際人工智慧誕辰60周年,傳承和弘揚人工智慧的科學精神,開啟智慧化時代的新征程。
現在,人工智慧已發展成為國家發展戰略,中國已有數以10萬計的科技人員和大學師生從事不同層次的人工智慧相關領域研究、學習、開發與應用,人工智慧研究與應用已在中國空前開展,碩果累累,必將為促進其他學科的發展和中國的現代化建設做出新的重大貢獻。
二、主要成就
中國的人工智慧研究開發、學科建設、產業應用和社會服務等方面,已經取得不俗的成就,主要可以從以下幾點得到證實。
1.形成人工智慧學科
1981年9月建立了全國性的人工智慧組織中國人工智慧學會(CAAI),標誌著中國人工智慧學科的誕生。1982年在長沙創辦中國人工智慧學會刊物《人工智慧學報》,成為中國人工智慧學科領域的第一份學術刊物。中國人工智慧學會大會每兩年舉行一次,至目前已舉辦16屆。中國人工智慧學會成立後,又相繼成立了中國人工智慧學會智慧型機器人專業委員會、機器學習專業委員會、模式識別專業委員會、自然語言處理專業委員會和智慧控制專業委員會、人工智慧教育工作委員會等。
此外,中國電腦學會的一些二級學會也開展人工智慧相關學術活動,為中國人工智慧的發展做出了應有貢獻。例如,中國電腦學會成立了人工智慧與模式識別專業委員會,中國自動化學會成立了模式識別與機器智慧專業委員會以及智慧自動化專業委員會等二級學會。有些省市也成立了地方人工智慧學會。1989—2004 年,由中國人工智慧學會、中國電腦學會等多個學會聯合舉辦過7屆中國人工智慧聯合會議(CJCAI)。
與人工智慧密切相關的機器學習、模式識別、智慧型機器人、自然語言處理、專家系統等領域的學術組織也先後成立,學術活動也十分熱烈。例如,國內機器學習的重要學術活動包括每兩年舉行一次的中國機器學習會議和每年舉行的中國機器學習及其應用研討會。前者由中國電腦學會人工智慧與模式識別專業委員會協辦,目前已歷經15屆。後者每屆會議包括特邀報告、大會交流及Top Conference Review等部分,迄今已歷經13屆。又如,中國人工智慧學會智慧型機器人專業委員會自1993年成立以來,每兩年舉行一次全國智慧型機器人學術會議,已組織過11屆,還與其他學會共同舉辦過6次中國機器人聯合會議。在王湘浩宣導與組織下,全國高校人工智慧研討會研究班自1980年起每年舉行一次,是國內最早的人工智慧學術研討活動。
這些人工智慧學術組織和會議開展廣泛深入的國內外學術交流,對開展人工智慧學術活動和組織科技交流起到積極的作用,有力推動了中國人工智慧科技發展和學科建設。
2.科學研究成績斐然
國家已先後設立了各種與人工智慧相關的研究課題,如國家自然科學基金重大專項、重點項目和麵上專案,國家863計畫專案,國家重大戰略專案智慧製造2025等。在這些科研基金的支持下,國內人工智慧研究已取得許多突出成果。
1)人工智慧基礎研究成果突出
除了前面提到的幾何定理證明的“吳氏方法”外,吳文俊還於2004 年發表了重要論文“電腦時代的腦力勞動機械化與科學技術現代化”,宣佈他在幾何定理證明“機械化”方面的系列成果,指出:“在幾何定理機器證明取得成功之後的20多年來,筆者與許多志同道合的同志們在科技部、科學院、基金委等大力支持下,開展了一場可謂‘數學機械化’的‘運動’,在理論與應用諸多方面都已取得了若干成功。”
國內學者在人工智慧的諸多領域,如問題求解、不確定推理、泛邏輯理論、拓撲學、模式識別、影像處理、機器學習、專家系統、智慧計算和智慧控制等領域的基礎研究也多有建樹,取得一批具有國際先進水準的創造性成果。例如,在模式識別方面,對文字識別、語音辨識(圖7)、指紋識別、人臉識別、虹膜識別和步態識別等進行深入研究,涉及生物醫學、衛星遙感、機器人視覺、貨物檢測、目標跟蹤、自主導航、保安、銀行、交通、軍事、電子商務和多媒體網路通信等應用領域。
又如,
機器學習也是人工智慧的核心研究領域之一
。現在機器學習的大資料往往體現出多源異構、語義複雜、規模巨大、動態多變等特殊性質,為傳統機器學習技術帶來了新的挑戰。為應對這一挑戰,國內科技企業巨頭華為、百度等與國外巨頭谷歌、微軟、亞馬遜等展開競爭,紛紛成立以機器學習技術為核心的研究院,以充分挖掘大資料中蘊含的巨大商業與應用價值。深度學習是機器學習領域一個新興的子領域與研究方向,它是一種通過多層表示來對資料之間的複雜關係進行建模的演算法。深度學習模仿人腦結構,具有更強的建模和推理能力,能夠更有效地解決多類複雜的智慧問題。近年來,中國在深度學習研究方面也取得重要進展,一些研究成果接近或達到國際先進水準。
中國學者在自動規劃領域也取得開創性成果。1985年提出與發展了基於專家系統的機器人規劃機理與方法,實現了人工智慧專家系統與機器人技術的結合,為基於知識的自動規劃和高層控制開闢了一條新途徑,對提高生產的智慧化水準具有重要意義,並推動國內外機器人規劃研究的發展。該成果被廣泛引用,並被收入清華大學吳麒等主編的全國高校規劃教材《自動控制原理》。1999年以來,又在機器人進化規劃方面取得創新性成果。
國內在認知計算、情感計算、模式識別、神經網路、智慧駕駛、水下機器人和其他智慧型機器人等領域也取得一批具有國際先進水準的研究成果,培養了一批優秀的學術帶頭人:郭愛克、任繼福、李衍達、王守覺、焦李成、賀漢根、蔡鶴皋、徐玉如和黃心漢等。
此外,有些人工智慧基礎研究獲得國際獎勵,如1990年張鈸獲得ICL歐洲人工智慧獎,蔡自興指導的王勇博士獲得2015 IEEE計算智慧學會優秀博士學位論文獎等。
值得一提的是美籍華裔學者王浩對人工智慧的傑出貢獻。1958 年夏天,王浩在紐約州的IBM實驗室的一台IBM704機器上用組合語言編寫了3個程式,證明了羅素和懷特海《數學原理》中的200多個定理。他關於數理邏輯的一個命題被國際上定為“ 王氏悖論”。1966年,他在哈佛大學指導的博士生Stephen Cook,因NP 完全性方面的開創性研究成果而獲得1982年圖靈獎。王浩還與吳文俊進行了合作研究。
2)專用人工智慧開發有所突破
中國在專用人工智慧領域取得了突破性的進展,已在自然語言處理和語音辨識、圖像識別、機器學習、虛擬實境、智慧處理器、認知計算、智慧駕駛和智慧型機器人等方面取得一大批具有國際先進水準的應用成果。
互聯網和大資料推動人工智慧進入了新的發展階段。中國的智慧語音技術在移動互聯網、呼叫中心、智慧家居、汽車電子等領域的研究與應用逐步深入,帶動智慧語音產業規模持續快速增長。2013年科大訊飛以54.2%的市場份額繼續處於國內領先地位。
智慧語音正在成為主流的對話模式之一
。
近幾年在多層神經網路基礎上發展起來的深度學習和深度神經網路已在中國很多模式識別領域獲得成功應用。其中,中國科學院自動化研究所譚鐵牛團隊在虹膜識別領域,堅持從虹膜圖像資訊獲取的源頭進行系統創新,全面突破虹膜識別領域的成像裝置、影像處理、特徵抽取、識別檢索、安全防偽等一系列關鍵技術,建立了虹膜識別比較系統的計算理論和方法體系,還建成目前國際上最大規模的共用虹膜圖像庫,已大規模用於煤礦人員辨識和北京城鐵監控等,並在70個國家和地區的3000 多個科研團隊推廣使用,有力推動了虹膜識別學科發展。
在2010年舉行的國際上難度最高、規模最大的虹膜識別專業測評競賽中,譚鐵牛團隊提交的演算法,從來自25個國家和地區的41支參賽團隊裡脫穎而出,以測試性能指標超過第2名41.3%的絕對優勢蟬聯虹膜識別演算法賽事冠軍(圖8)。在2008年進行的上屆國際虹膜識別演算法競賽上,譚鐵牛團隊戰勝來自35個國家和地區的97支參賽隊伍。這充分展示出中國在虹膜識別領域領先國際的整體實力。
在模式識別領域,石青雲領銜的北大高科指紋技術有限公司在指紋識別領域取得領先成果,成為國家科技強警的利劍。
專家系統已在國內獲得廣泛應用,應用領域涉及工業、農業等行業,其經濟效益相當可觀。例如,在冶金專家系統的開發與應用方面,已把專家系統技術用於高爐建模、監控與診斷等,建立了基於多核學習的高爐自動化框架、基於Volterra級數的高爐系統資料驅動建模、高爐熱風爐流量設定、高爐爐溫預測、鐵水含矽量預報、資料獲取處理、布料狀態評估、爐況分析與監控、診斷與決策支持等專家系統,實現高爐煉鐵過程的智慧化(圖9)。
3)計算智慧與進化計算研究引人注目
計算智慧是人工智慧的新領域,涉及模糊計算,神經計算、進化計算和免疫計算等。近10多年來,中國在計算智慧特別是進化計算研究方面取得不少國際領先成果。中國科技大學、中南大學、西安電子科技大學和中國科學院自動化研究所等院校都做出頗具影響的貢獻。蔡自興團隊在進化計算領域研究取得的成果就是一個很好的例證。
蔡自興團隊提出的一些進化計算演算法處於國際領先水準,引起國際進化計算學界的廣泛重視,已成為相關演算法比較的基準,不僅對演算法設計觀點頗有指導價值,而且已成功地應用於國內外30多個領域,並得到國際高級檢索機構的頂級檢錄,已對國際計算智慧研究產生重要影響。例如,他們提出的一種單目標差分進化演算法CoDE,已成為美國加州大學伯克利分校Rickard O C 和Sitar N 設計的商務軟體bSLOP 的核心技術;該軟體已在蘋果官方網站上售出。Sahalos J N、Yao X 和Najy W K A 分別把CoDE 演算法成功地直接應用於移動通信系統設計、產品缺陷預測軟體和電網保護協調。很少有同類演算法能夠引起國際上如此密切關注和獲得這麼多的優化問題的成功應用。此外,他們提出的一種被國際上廣泛引用和應用的演算法,被稱為“蔡王演算法”(CW Algorithm),獲得好評。
近10多年來,計算智慧“中國海外軍團”異軍突起,成績斐然。在計算智慧與進化演算法研究領域,Yao X(姚Jin Y C(金耀初)等的研究成果獲得國際同行公認,成為進化計算領域的國際學術領軍人物,並為中國的計算智慧與進化計算研究起到促進作用。
3.著作和科技論文出版發行
據不完全統計,自1987 年人工智慧著作開禁以來全國已編著出版了70多部人工智慧著作。這些著作有專著,也有教材,不乏深受讀者歡迎的高水準作品。例如,上面提到的引領人工智慧著作開禁的《人工智慧及其應用》(圖10),已先後出版了7個版本,印刷50多次,發行40多萬冊,擁有上百萬讀者,得到廣泛應用,對國內人工智慧基礎研究、開發應用和人才培養發揮了重大作用。張鈸的專著《問題求解理論與應用》先後在國內外出版,提出基於統計推斷的啟發式搜索和基於拓撲的空間規劃方法,降低了計算複雜性,具有重要的應用價值。此外,譚鐵牛、陸汝鈐、何新貴、石青雲、何志均、塗序彥、鐘義信、李德毅、周志華、蔡自興、蔡文、史忠植、何華燦、施鵬飛、王萬森等在國內外出版的人工智慧相關專著,在一定程度上反映出中國人工智慧的研究成果,對進一步開展國內外學術交流起到重要作用。
此外,從事人工智慧相關研究人員和高校師生,已在國內外知名刊物與學術會議上發表了數以萬計的人工智慧相關論文。其中不乏高水準文章,例如,王勇與蔡自興合作的論文曾被列為2012 年進化計算國際頂級刊物《IEEETransactions on EvolutionaryComputation》他引次數最高的論文。
還有一些論文被評為國內外學術會議與學術刊物的優秀論文。
4.人工智慧教育培養大批專門人才
人工智慧教育和人才培養是人工智慧學科發展的重要基礎。國內自20世紀80年代中期始,在少數高校開設各種人工智慧類課程。經過推廣與提高,30年前的人工智慧星星之火如今已形成燎原之勢,數以百計的高校開設了各種層次的人工智慧課程,有些課程已成為我國高校教育園地上的奇葩。
例如,中南大學的“人工智慧”課程已成為首批國家級精品課程、教育部新世紀優秀網路課程、國家級全國雙語示範課程、首批國家級精品視頻公開課和國家級精品資源分享課程。表1所示為入選國家級品質工程的人工智慧類相關精品課程名單。這些人工智慧類課程在改革中不斷發展壯大,已為國家培養了成千上萬的人工智慧專門人才。雖然這些課程只占數以千計的國家級品質工程課程的冰山一角,但也表明人工智慧課程仍然佔有一席之地,並具有不可替代的作用,產生了非常的影響力。
全國智慧科學與技術教育暨教學學術會議是國內人工智慧教育與教學領域具有特色的最權威的學術盛會,自2003年起已舉辦10次,對於人工智慧及其相關學科的教育教學、學科建設和人才培養發揮了關鍵作用。
2005年在北京大學開設的智慧科學與技術專業,已在全國近30所大學開設,僅這些大學的“智慧”專業每年就培養大約2000名人工智慧專業人才。據估計,近30年來,全國高校已培養人工智慧及其相關學科的碩士和博士數以千計,本科畢業生數以萬計。這些高層次的人工智慧專門人才是中國發展人工智慧的最為寶貴的財富。他們有幸遇上難逢的人工智慧大好發展機遇,必將成為中國人工智慧跨越式發展的中堅力量。
5.人工智慧產業化蓬勃發展
儘管中國的人工智慧產業化應用尚存在較大不足,但仍然已建立了一定的基礎,並呈現蓬勃發展的勢頭。據不完全統計,最近5年內,中國在人工智慧產業化應用領域的投資已超過1000多億元。下面略舉數例說明中國人工智慧產業化的發展情況。
1)模式識別
在虹膜識別、步態識別、身份識別等領域取得新成果。近年來,在多層神經網路基礎上發展起來的深度學習和深度神經網路在很多模式識別應用領域產生了領先的性能,成為當前最熱門的方法。前面提到的虹膜識別及其在身份識別等方面的成功應用,已形成產業,佔領國內外市場,就是很好的例證。
2)語音辨識
中國在自然語言處理特別是語音辨識領域已經達到國際先進水準。
2015 年中國智慧語音產業規模達到40.3億元,較2014年增長41.0%,遠高於全球語音產業增長速度。預計到2017年,中國語音產業規模預計達到100.7億元。2015年智慧語音市場繼續保持寡頭壟斷格局,科大訊飛已躋身全球排名前五,佔有中文語音技術市場70%以上市場份額,語音合成產品市場份額達到70%以上。現在中國智慧語音的應用需求不斷增加,應用市場更加廣闊,已在智慧家居、智慧車載、智慧客服、智慧金融、智慧教育和智慧醫院等場合得到越來越多的應用。此外,一些海外留學人員也在語音辨識領域取得國際領先水準的成果,微軟研究院黃學東就是該領域的一位突出代表。
3)人機博弈
中國象棋是中華民族的文化瑰寶,是一種怡神益智的活動,千百年來長盛不衰,深受廣大群眾的喜愛。自2006年8月舉行“浪潮杯”首屆中國象棋人機大戰(圖11),至今已有10年,共舉行過5屆大賽,產生深遠影響。同樣中國也是國際圍棋的發源地,無論是國際圍棋或中國象棋,在國內具有眾多的人機博弈愛好者,其產業發展和市場前景十分看好。僅一款象棋對戰遊戲平臺軟體,就可以萬人同時參與線上對決。
4)專家系統
自20世紀80年代以來,專家系統在工業、農業、商業、科技、教育、服務業等領域獲得廣泛應用。以農業專家系統為例,開展了各種農業專家系統的研究、開發及推廣應用(圖12)。例如,作物病蟲預測專家系統、農作制度專家系統、玉米低溫冷害防禦專家系統、蠶育種專家系統、小麥專家系統等。
20世紀90年代以後,中國農業專家系統得到了迅速發展,已成為農業資訊技術的突破口。國家自然科學基金委、科技部、農業部和許多省級部門都安排了相應的攻關課題;863計畫項目已將農業專家系統等智慧化農業資訊技術列為國家重點課題,搭建了中國農業專家系統研究開發的戰略平臺,為農業專家系統的進一步開發起到了積極催化作用。進入2l 世紀以後,農業專家系統的開發速度日益加快,不僅數量增多,而且涉及的領域也更加全面,開發的深度和廣度有了很大的進展,為大範圍推廣應用農業專家系統鋪平了道路。如小麥栽培管理農業專家系統、水稻高產栽培專家決策系統、番茄栽培管理專家系統、溫室番茄病蟲害缺素診斷與防治系統等。這些農業專家系統的開發,促進了農業科技成果的轉化,為發展高產、優質、高效農業做出了巨大貢獻。
此外,我國在機器學習、智慧型機器人、智慧駕駛等人工智慧領域,也已有不同程度的產業集聚,產業化步伐逐步加快。
在中國人工智慧產業化過程中,企業巨頭搶灘佈局人工智慧產業鏈,各大IT公司積極投入人工智慧產業研發。
他們非常關注深度學習的應用前景,紛紛成立以機器學習技術為核心的研究院,充分挖掘大資料中蘊含的巨大商業與應用價值。例如,2012年,華為成立諾亞方舟實驗室,運用以深度學習為代表的人工智慧技術對移動資訊大資料進行挖掘,尋找有價值的規律。2013年,百度成立深度學習研究院,研究如何運用深度學習技術對大資料進行智慧處理,提高分類和預測等任務的準確性。近年來還湧現出寒武紀、甲骨文、地平線、北京雲知音和湖南自興等一批初露頭角的涉及人工智慧的創業實體,從某種程度上體現出人工智慧領域大眾創業萬眾創新的磅礴生機。
從整體來看,中國的人工智慧產業化仍處於起步階段。毫無疑問,在人工智慧產業創業與競爭過程中,會出現多家實力強大的企業,有些企業也會在某些領域內形成領先優勢甚至壟斷局面。
6.開設多種人工智慧獎項
為了總結中國人工智慧的研究成果,表彰人工智慧工作者的突出貢獻,鼓勵更多的人員投身人工智慧的創造性研究,設立了一些人工智慧獎項,其中比較重要的有如下幾種。
吳文俊人工智慧科學技術獎是中國智慧科學技術領域唯一以個人名字命名、依託社會力量設立的科學技術獎。該獎項以“尊重知識、尊重人才、尊重創造”為方針,獎勵在智慧科學技術活動中做出突出貢獻的單位和個人,以不斷推進中國智慧科學技術領域創新與發展。該獎項是經國家科學技術獎勵委員會批准設立的全國獎項,被譽為“ 中國人工智慧科技最高獎”,於2010年起開設,已舉行了5屆。
其中,有4位人工智慧傑出學者獲得(終身)成就獎。中國電腦學會也於2010年始設立終身成就獎,授予70歲以上、在計算領域做出卓越成就與貢獻、被業界廣泛認可的老科學家,其中,有2位從事人工智慧研究取得突出成果的電腦學者獲得此項殊榮。
“中國象棋人機大戰”電腦博弈大賽始於2006年,已舉行5屆,引起國內外人工智慧學界和主流媒體的高度重視。隨著今年AlphaGo與圍棋九段李世石人機對決引發的新一輪的人工智慧與機器博弈熱潮,中國象棋的人機大戰必將攀上新的高度,為推動中國人工智慧發展做出其獨特的貢獻。
自1998 年以來,已在中國舉行了數百場智慧系統、智慧型機器人和智慧小車比賽,其中包括一些國際比賽。這些比賽吸引了成千上萬的青少年學生參加,並獲得大批國內外獎勵,這對於提高他們對資訊科技特別是人工智慧的興趣,培養他們的創新思維和創新能力,鍛煉人工智慧科技接班人具有不可替代的重要作用。
中國一些學者和學生還獲得國際重要獎勵。例如,王勇獲得2015 年IEEE計算智慧學會優秀博士學位論文獎(圖17),這是中國大學首次獲得該項殊榮。
據不完全統計,表2給出獲得國內外人工智慧重要獎項的名單。
7.國際交流
改革開放以來,特別是進入21世紀以來,中國的人工智慧國際交流與合作進一步開展。
2006 年,中國人工智慧學會聯合美國人工智慧學會和歐洲人工智慧協調委員會,共同發起在北京召開了International Conference on ArtificialIntelligence(人工智慧國際學術會議,圖18),隆重慶祝國際人工智慧學科誕生50周年。時任全國人大常委會副委員長的許嘉璐等在大會上致詞。中國人工智慧研究開拓者和領軍人物吳文俊、模糊數學創始人美國Zadeh LA、國際EBMT機器翻譯方法發明人Nagao M等在大會上做主題報告。大會開得非常成功,影響廣泛。
2013年還承辦了第23屆國際人工智慧聯合會議(InternationalJointConference on Artificial Intelligence,IJCAI),這是國際人工智慧領域規模最大、影響最廣泛、學術地位最高的綜合性會議。承辦國際人工智慧聯合會議表明中國的人工智慧研究與應用已在世界範圍內產生積極影響。
中國還創辦與主辦一些人工智慧或與人工智慧密切相關的國際會議。例如,2010 年舉辦了全球智慧控制與自動化國際會議(The World Congresson Intelligent Control and Automation,WCICA),自1993年以來每2年舉行一次,共舉行了12屆。本會議已成為具有國際影響力的智慧科技盛會。此外,中國人工智慧學會還發起組織“國際高級智慧會議”,已經舉辦了2次。
8.人工智慧對社會的影響日益擴大
人工智慧的發展已對人類及其未來產生深遠影響,這些影響涉及人類的經濟利益、社會作用和文化生活等方面。僅社會影響而言,就包括勞動就業問題、社會結構變化、思維方式與觀念、心理上的威脅等。
1)勞務就業問題。由於人工智慧能夠代替人類進行各種腦力勞動,將會使一部分人不得不改變他們的工作方式或工種,甚至造成失業。
2)社會結構變化。社會結構正在悄然改變,人-機器的社會結構終將被人-智慧型機器(人工智慧)-機器的社會結構取代。從發展的角度看,從醫院裡看病的“醫生”和護理病人的“護士”,旅館、飯店和商店的“服務員”,辦公室的“秘書”,指揮交通的“交通警察”,到家庭的“勤雜工”和“保姆”等,都將由智慧型機器人取代。因此,人們將不得不學會與智慧型機器相處,並適應這種變化了的社會結構。
3)思維方式與觀念的變化。一旦智慧系統的使用者開始相信系統(智慧型機器)的判斷和決定,那麼他們有可能不願多動腦筋,變得懶惰,並失去對許多問題及其求解任務的責任感和敏感性。過分地依賴電腦的建議而不加分析地接受,將會使智慧型機器用戶的認知能力下降,並增加誤解。
4)心理上的威脅。人工智慧還使一部分社會成員感到心理上的威脅,或叫做精神威脅。人們一般認為,只有人類才具有感知精神,而且以此與機器相別。如果智慧型機器的人工智慧會超過人類的自然智慧,那麼人類可能淪為智慧型機器和智慧系統的奴隸。
上述這些影響在國內同樣存在。針對社會各界廣泛關注人工智慧對人類社會的影響,國內已開展人工智慧科技知識的普及宣傳。例如,通過視頻公開課普及人工智慧知識。精品視頻公開課是向大學生和社會大眾免費開放的科學與文化素質教育網路視頻課程與講座,著力廣泛傳播人類文明優秀成果和現代科學技術前沿知識,提升大學生及社會大眾的科學文化素養,服務社會主義先進文化建設,增強中國文化軟實力和中華文化國際影響力。國家級精品視頻公開課“人工智慧PK人類智慧”和“從自然世界到智慧時代”等,在國內網路媒體播出後,反映熱烈,深受歡迎,對擴大人工智慧對社會的正面影響,減少人工智慧對社會的負面影響起到積極引導的應有效果。