人工智能和深度学习导论
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1.1 什么是人工智能

“人工”这个词的字面意思是人造的、合成的,有时具有负面含义,即作为一个次等的替代品。然而,人造物(例如人造花)和它们的对应物非常相似,而且在某些时候可能是更有利的,比如它们没有任何维护需求(不需要阳光、水等)。

相比之下,智能的定义比人工的定义更难以捉摸。R. Sternberg在有关人类意识的文章中提供了以下有用的定义:“智能是个人从经验中学习、推理、记住重要信息,以及应付日常生活需求的认知能力。”

你可能还记得标准化测验中的如下问题:给定1,3,6,10,15,21这样的序列,下一个数字是什么?首先你要观察到,相邻数字的差每次递增1:从1到3,增加了2;从3到6,增加了3,以此类推。基于这种模式,可能的答案是28。这些问题旨在衡量我们识别模式中显著特征的熟练程度。

顺便说一下,“预测序列中的下一个值”这类数学问题可以有多个答案。例如,如果生成公式是,则序列2,4,8中可能的下一个数字是16。但是,如果生成公式为,那么序列中的下一个数字是22而不是16。有很多公式可以匹配2,4,8作为初始数字序列,但下一个数字可以与16或22不同。

让我们回到R. Sternberg对智能的定义,并考虑以下问题。

如何确定某人(某物)有智能?

动物有智能吗?

如果动物有智能,如何评估它们的智能?

我们倾向于通过与人们的互动来评估他们的智力:我们提出问题并观察对方的回答。虽然这种方法是间接的,但我们经常依靠这种方法来评估他人的智力。

对于动物的智力,我们还可以通过观察它们的行为来进行评估。聪明的Hans是一匹著名的马,它生活在大约1900年的德国柏林,据称它精通算术,例如计算加法和平方根。

实际上,Hans能够识别人类的情绪。结合敏锐的听觉,Hans可以在接近正确答案时,感觉到观众的反应。有趣的是,Hans在没有观众的情况下表现不佳。你可能不愿意将聪明的Hans的行为归因于智能,但是在得出结论之前,请仔细阅读R. Sternberg给出的定义。

再举一个例子,有些生物仅在群体中表现出智慧。蚂蚁是一种简单的昆虫,有关人工智能的文章很少关注它们个体的行为,但蚂蚁群体对复杂的问题表现出非凡的解决能力。实际上,蚂蚁可以找出从蚁穴到食物来源的最佳路线、搬运重物,以及搭起桥梁。因此,集体智慧来自个体昆虫之间的有效交流。

脑质量和脑-身体质量比是评估智力的两个指标,海豚在这两个指标上都优于人类。海豚的呼吸处于自主控制下,这可能是海豚的大脑质量过大,以及海豚左右半脑轮流睡眠的原因。海豚在诸如镜子测试的动物自我意识测试中得分很高,在这种测试中,海豚意识到镜子中的图像实际上是它们自己的样子。它们还可以表演复杂的把戏,海洋世界的游客可以证明这一点。这说明海豚有记忆和执行复杂的身体运动序列的能力。

工具的使用是检测智能的另一个试金石,经常被用来区分直立人和早期智人。海豚也与人类有同样的特点:海豚在觅食时使用深海海绵来保护它们的嘴。因此,智能不是人类独有的属性。许多生物都拥有某种程度的智能。

现在考虑以下问题:无生命的物体(例如计算机)可以拥有智能吗?人工智能的既定目标是创建表现出与人类相似思维的计算机软件或硬件系统,换句话说,让机器表现出通常被认为可以体现人类智能的特征。

机器可以思考吗?思维能力怎么样?请记住,思维与智能是有区别的。思维是推理、分析、评估和创造思想观念的工具。因此,并不是每个有思维能力的人都是聪明的。智能也许类似于高效和有效的思维。

许多人带着偏见对待这个问题,他们说计算机由硅制造、依赖电力供应,因此没有思维能力。而另一个观点则是,计算机的性能要比人类高得多,因此计算机必然比人类更智能。真相很可能介于这两个观点之间。正如我们已经讨论过的,不同的动物物种具有不同程度的智能。然而,相较于开发用于动物的标准化智商测试,我们更感兴趣的是确定机器智能存在的测试。也许Raphael说得好:人工智能是一门科学,它让机器完成了人类凭借智能才能完成的事情。

强人工智能与弱人工智能

目前关于人工智能有两大阵营:强人工智能阵营与弱人工智能阵营。弱人工智能与麻省理工学院有关,弱人工智能的支持者认为任何表现出智能行为的系统都是人工智能的例子。弱人工智能阵营关注的是程序是否正确执行,而不管人造物是否以人类的方式执行任务。电气工程、机器人和相关领域的人工智能项目主要关注结果是否令人满意。

另外一种达到人工智能的方法叫作生物可行性,它与卡内基·梅隆大学有关。根据这种方法,当一个人造物表现出智能行为时,它的执行应该基于人类使用的方法。例如,考虑一个具有听觉的系统:弱人工智能的支持者只关心系统的性能,而强人工智能的支持者可能希望通过模拟人类听觉系统来成功获得听觉。这种模拟将包括耳蜗、耳道、耳膜和耳朵其他部分的等效物,每个等效物在系统中执行各自的任务。

因此,弱人工智能的支持者仅根据系统表现来衡量他们构建的系统是否成功。他们认为,人工智能研究存在的理由是解决困难的问题,而不管它们实际上是如何解决的。

而强人工智能的支持者关心的是他们所构建系统的结构。他们认为,仅仅凭借拥有启发式方法、算法和知识的人工智能程序,计算机就可以具有意识和智能。众所周知,好莱坞制作了各种各样具有强人工智能阵营的电影,例如《我,机器人》(I, Robot)和《银翼杀手》(Blade Runner)。