《人工智能概论》（订购）

文常保 著

西安电子科技大学出版社

什么是人工智能

　　1956年，达特茅斯学院的John McCarthy、哈佛大学的Marvin Minsky、IBM公司的Nathaniel Rochester、贝尔实验室的Claude Shannon等科学家在达特茅斯会议上提出了“人工智能”的概念。几十年来，无论人们是否已经准备好，或者是否欢迎，人工智能伴随着AlphaGo、无人驾驶汽车、智能家居系统、智能交通系统、智能医疗系统等新鲜事物，已经来到身边，进入了人们的日常生活。同时，一个以人工智能为核心，以自然智能、人工智能、集成智能为一体的人工智能学科正在逐步兴起，并引起了人们的极大关注。

　　人工智能技术的高速发展和深入应用，不可避免地引起了人们一系列的疑问和思考：人工智能是什么？为什么要发展人工智能？人工智能专业应该学习什么？如何正确培养人工智能专业人才？人工智能技术在各个领域中有什么作用？人工智能技术在各个领域中是如何具体落地的？人工智能技术在应用中会存在哪些实际问题？未来人工智能技术会如何发展？人们如何正确面对人工智能的发展？等等。了解什么是人工智能是解决所有这些问题的基础和前提。

　　人工智能(Artificial Intelligence，AI)，从字面上进行解释，主要有“人工”和“智能”两个部分。“人工”很容易理解，就是指人造的、人为的，与自然界中本身存在的天然事物相对应，因此，“人工智能”中的“智能”就与自然中人类或其他动植物本身存在的“智能”相对应。而“智能”是智力和能力的总称。中国古代思想家一般将“智能”看作独立的两部分：“智”表征的是认知活动，而“能”表征的是实践活动；也有思想家将“智”和“能”结合起来作为考察人的标志。在美国哈佛大学的Howard Gardner教授提出的多元智能理论中，人类的智能可以分为八个部分：语言智能、数理智能、节奏智能、空间智能、动觉智能、自省智能、交流智能和自然观察智能。人类能够直接了解的智能只能是人类本身具有的智能，因此人工智能也就是制造具有人类智能的机器或装置。

　　作为一门专业学科，人工智能是研究如何使用机器来模拟人的学习、推理、思考、规划等思维过程和智能行为的学科，主要是通过研究计算机等机器或装置实现智能的原理，从而制造类似于人脑智能的仪器设备，进而实现其更高层次的应用。因此，在早期人们都认为人工智能是计算机学科的一个分支。但实际上它的研究不仅限于计算机科学，还涉及哲学和认知科学、数学、神经生理学、心理学、语言学、逻辑学、信息论、控制论、不定性论、仿生学、社会结构学等学科，几乎涵盖了自然科学和社会科学的所有学科，其范围已远远超出了计算机科学的范畴，是一门综合性的交叉学科和边缘学科。

　　人工智能与基因工程、纳米科学被认为是影响21世纪人类发展的三大尖端技术。2018年美国《麻省理工科技评论》评选的“全球十大突破性技术”中，人工智能与人造胚胎、生成式对抗网络、传感城市、量子材料、3D金属打印等热门技术榜上有名，且人工智能位列榜首。

　　人类的所有活动都离不开人类的智能，比如感知外界、身体活动、思考学习，甚至包括人工制造的过程等都涵盖在人类的智能中，而通过“机器”实现人类的智能就是人工智能的终极目标。目前，人工智能已经像雨后春笋般地在各个领域得到了广泛的关注，正如其应用的百花齐放，其定义也是百家争鸣，仁者见仁，智者见智。下面是人工智能研究领域的一些学者及前辈对人工智能的认识和定义。

　　人工智能革命时代先行者李开复和王咏刚认为人工智能的定义与其历史有关，也与探索人工智能的途径有关。他们在其所著的《人工智能》一书中给出了人工智能的五个定义，这些定义及其评价分别为：(1) 人工智能是让人觉得不可思议的计算机程序。这与其说是定义，不如准确地说是人们对于人工智能实现人类智能甚至超越人类智能的直观感受。(2) 人工智能是与人类思考方式相似的计算机程序。这种理解在人工智能出现早期非常流行，它是一种类似仿生学的思路，但该思路在很多情况下是行不通的。(3) 人工智能是与人类行为相似的计算机程序。该定义是对第(2)个定义的突破，只看结果，不看过程。(4) 人工智能是会学习的计算机程序。它强调算法，反映机器学习，特别是深度学习流行下的人工智能发展趋势。(5) 人工智能就是根据对环境的感知，做出合理的行动，并获得最大收益的计算机程序。这个定义涵盖了上面四个定义，面面俱到，但缺乏鲜明的特点。

　　麻省理工学院的Winston认为，人工智能是研究那些使理解、推理和行为成为可能的计算。美国匹兹堡大学的John Haugeland是古典人工智能的代表学者，也是人工智能符号派代表Hubert Dreyfus的学生，他认为，人工智能是一种使计算机能够思维，使机器具有智力的激动人心的尝试。美国应用数学家Richard Bellman认为，人工智能是那些与人的思维相关的活动，诸如决策、问题求解和学习等行为。美国著名发明家、作家、未来主义者Ray Kurzweil认为人工智能是一种能够执行需要人的智能的创造性机器的技术。美国学者Dean、Allen和Aloimonos在《Artificial Intelligence:Theory and Practice》一书中将人工智能定义为研究和设计具有智能行为的计算机程序，用来执行人或动物所具有的智能任务。被称为“专家系统之父”的斯坦福大学教授Edward Feigenbaum认为，人工智能是一个知识信息处理系统。人工智能学科研究创始人之一，斯坦福大学教授Nilsson认为，人工智能是关于知识的科学，即怎样表示知识、怎样获取知识和怎样使用知识的学科。克莱姆森大学教授Schalkoff编著了《Artificial Intelligence：An Engineering Approach》，他认为人工智能是一门通过计算过程力图理解和模仿智能行为的学科。另外，计算机研究者们认为人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。美国国家科学基金会计算机研究部将人工智能定义为一门用计算机模型来研究思维功能的科学。

　　以上是人工智能领域一些学者及前辈从不同角度对人工智能下的定义。人工智能的含义很广，具有不同学科背景的人工智能学者会对其有着不同的理解，并提出不同的定义。综合各种对人工智能的不同理解，可以从“能力”和“学科”两个角度对人工智能进行定义。

　　从能力角度考虑，人工智能是指用人工的方法在智能机器上实现类似于人类智能的行为，包括感知识别、学习思考、判断证明、推理设计、规划行动等。它是相对于人类智能而言的。

　　人工智能按照其智能程度可以分为弱人工智能、强人工智能和超人工智能三个层次。弱人工智能又称限制领域人工智能或应用型人工智　能，是只擅长于解决特定领域问题的人工智能。战胜世界围棋冠军的人工智能AlphaGo就属于弱人工智能，尽管在围棋对决中很强大，但面对其他问题，比如股市预测等，将会束手无策。强人工智能又称通用人工智能或完全人工智能，它不受领域的限制，能够胜任人类所有的工作。超人工智能将会是超越人类的存在，它比最聪明的人还要聪明能干。目前，各种应用及实现的几乎都是弱人工智能。

　　从学科角度考虑，人工智能是一门综合性的交叉学科和边缘学科，几乎涵盖了自然科学和社会科学的所有学科，是一门研究如何构造智能机器或智能系统，以模拟、延伸和扩展人类智能的学科。

起源与发展

　　人类与动物的根本区别是人类会制造和使用工具。从简单的石器，到炼制的铁器，再到后来的枪械等器械，最后到电子计算机，人类使用的工具越来越复杂，但越来越方便人们的生活。而终极的工具大概就是Good所描述的“足够温顺，完全可以告诉人们如何控制它”的“超智能机器”了，这也是人工智能的最终产物。人工智能从诞生发展到现在已经过了几十个年头，其发展过程大致可以分为人工智能0.0、1.0、2.0、3.0、4.0时代。

概　论

　　本书的编著对人工智能专业理论及应用专业人才培养具有重要的现实意义。

　　本书在内容的选取和编排上力求深入浅出、突出应用、图文并茂、通俗易懂。在保证内容系统性、完整性的基础上，重点解决“人工智能是什么？为什么要发展人工智能？人工智能专业应该学习什么？如何正确培养人工智能专业人才？人工智能技术在各个领域中有什么作用？人工智能技术在各个领域中是如何具体落地的？人工智能技术在应用中会存在哪些实际问题？未来人工智能技术会如何发展？人们如何正确面对人工智能的发展？”等一系列关于人工智能的疑问。

写作思路

　　本书简化了深奥的理论论述，从人工智能概述、人工智能专业的培养目标与课程体系、智能穿戴、智能制造、智能交通、电力系统智能化、智能楼宇、智能医疗、智能博弈、智能金融、智能物流、国防智能化、人工智能应用中的实现问题和伦理问题等方面入手，阐述了人工智能技术在生活、生产、交通、电力、建筑、医疗、博弈、金融、物流、国防等领域应用的最新进展。

章节内容

　　本书共13章。第1章是人工智能概述篇，主要阐述了“人工智能是什么？为什么要发展人工智能？”，从人工智能的定义、发展历程等角度出发对人工智能进行了总体介绍，并以中国、美国等世界主要国家和欧盟等地区组织的人工智能战略宏图为主线，阐述发展人工智能技术的战略意义和重要性，让读者深刻理解人工智能的概念以及加快发展新一代人工智能是事关国家和民族发展的重大战略问题。

　　第2章阐述了人工智能专业的培养目标与课程体系，从人工智能专业人才的需求，人工智能专业的培养目标、知识结构、课程体系角度出发，重点解决了“人工智能专业应该学习什么？”和“如何正确培养人工智能专业人才？”两个核心问题。

　　第3章～第12章从智能穿戴、智能制造、智能交通、电力系统智能化、智能楼宇、智能医疗、智能博弈、智能金融、智能物流、国防智能化等具体应用入手，阐述了人工智能技术在生活、生产、交通、电力、建筑、医疗、电竞、金融、物流、国防等领域应用的最新进展。回答了“人工智能技术在各个领域中有什么作用？”“人工智能技术在各个领域中是如何具体落地的？”“人工智能技术在应用中会存在哪些实际问题？”“未来人工智能技术会如何发展？”等具体的人工智能应用问题。

　　第13章从能耗、数据、算法、算力、落地以及主体性伦理、隐私伦理、责任伦理、公平伦理、安全伦理等方面出发，阐述了人工智能应用中的实现问题和伦理内涵，并抛砖引玉地回答了“如何正确面对人工智能的发展？”这一疑问。

未来发展

　　经过六十多年的发展，人工智能在技术、应用等诸多领域方面取得了重要突破，正处于从“不能用”到“可以用”的技术拐点，但是距离“很好用”还有不少难关。此外，各种“黑天鹅事件”不断出现，人工智能的实现和伦理等问题亟待梳理和解决。那么未来人工智能发展将会出现怎样的趋势与特征呢？未来人工智能将从专用人工智能向通用人工智能发展、从人机协同向自主智能发展、人工智能伦理道德并行发展。

　　专用智能面向特定的任务，具有边界清晰、知识丰富、建模简单的特点，形成了一个个人工智能的突破单点。人工智能近期的进展主要是专用智能，在部分单项测试中已经可以超越人类智能。譬如，AlphaGo在围棋比赛中战胜了人类冠军、人脸识别系统的识别准确率超过了人类等。然而人脑是一个通用的智能系统，能够处理感知、判断、推理、学习、思考、规划等各类人体活动，人工智能作为一门对人脑智能进行模拟和延伸的技术，完整意义上来说应该是一个通用的智能系统，这是目前科技水平远远达不到的。研究如何实现从专用人工智能向通用人工智能的跨越式发展，是未来人工智能发展的必然趋势。

　　人机协同是当前人工智能研发和应用的主要模式。在研发阶段，人工智能产品的诞生离不开大量的人工干预，比如人工设计深度神经网络模型、人工设定产品性能和目标、人工采集和标注训练数据等，非常费时又费力。目前科研人员已经开始关注减少人工干预的人工智能研究方法，如使用无监督学习算法、迁移学习算法等不依赖大量标注数据的算法，提高机器的自学习自适应能力免除使用时用户人工配置。在应用阶段，由于产品的智能化水平低，不能独立完成某些任务，需要人机协同，比如手术机器人无法独立完成手术过程，需要医生从旁指挥。但总体来说，人工智能技术不断进步，人机协同向自主智能发展，如驾驶从纯人工驾驶到智能辅助驾驶，再到无人驾驶的过程。

　　在人工智能技术不断发展的同时，以人为本、安全可靠、责任明确、有法可依的人工智能伦理也并行发展。以人为本就是要坚持人类在人工智能中的主体性地位，人工智能是以辅助性地位或者拟主体性地位出现的。未来的人工智能需要将人的主导地位考虑其中，对更高等级的人工智能开发要保持足够警惕，对于能够完全自主，甚至摆脱人的控制的人工智能技术要坚决制止。未来人工智能体可能有资格具有一定身份，甚至一定的权利，但这并不能表示这个身份能够等同于人类，或者具有控制人类的权利。安全可控指的是人工智能的发展必须要建立在安全这一基石之上，能够做到对其命脉、能源供给的控制。能够对所有人工智能系统功能原理进行公开，减少“黑箱操作”行为，其行为原因能够做出代码层面的解释和约束。在社会、经济、军事等重大领域层面形成完善的法律、规章、制度、准则，维护人民利益和国家安全，确保人工智能的安全、可靠、可控。责任明确就是当人工智能发生事故时，能够根据其原因定位到相关的责任人，而不会像现在出了问题后责任不明确。明确的责任也依附于健全的法治体系，明确的责任主体更有利于法律的追责。建立全新的人工智能侵权责任机制，能够更好地保障人工智能持续健康发展。有法可依是指建立健全的人工智能法律体系，并做到“有法可依、有法必依、执法必严、违法必究”。人工智能立法要适应不同阶段社会发展需求，将人工智能与人类社会发展目标一致性作为原则，建立人工智能统一、完备、科学的法律体系和制度。确保严格公正的执法和司法体系，对一切人工智能违法犯罪行为都要按照“以事实为依据，以法律为准绳”的原则，予以惩治。

意义所在

　　本书的编著对人工智能专业理论及应用专业人才培养具有重要的现实意义。本书在内容的选取和编排上力求深入浅出、突出应用、图文并茂、通俗易懂。在保证内容系统性、完整性的基础上，重点解决“人工智能是什么？为什么要发展人工智能？人工智能专业应该学习什么？如何正确培养人工智能专业人才？人工智能技术在各个领域中有什么作用？人工智能技术在各个领域中是如何具体落地的？人工智能技术在应用中会存在哪些实际问题？未来人工智能技术会如何发展？人们如何正确面对人工智能的发展？”等一系列关于人工智能的疑问。

来源：西安电子科技大学出版社