第一部分 基礎(chǔ)篇

第1章 初見人工智能

1.1 什么是人工智能

2016年3月，AlphaGo橫空出世對戰(zhàn)圍棋九段棋手李世石，將人工智能拉入了公眾視野，成為2016年度話題度最高的科技。人工智能的思想古今中外均有萌芽，公元前900多年我國有歌舞機(jī)器人傳說的記載，公元850年古希臘就有制造機(jī)器人幫助人們勞動的神話傳說。17世紀(jì)法國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家B.Pascal制成了世界上第一臺會演算的機(jī)械加法器；18世紀(jì)德國數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家Leibnitz做出了能做四則運算的手搖計算器并提出了關(guān)于數(shù)理邏輯的思想（把形式邏輯符號化）；1936年，英國數(shù)學(xué)家A.M.Turing在論文《理想計算機(jī)》中提出的圖靈機(jī)模型。

1950年，艾倫·圖靈（Alan Turing）（圖1-1）在他的論文《計算機(jī)器與智能》（Computer Machinery and Intelligence）中提出了著名的圖靈測試（Turing test）。在圖靈測試中，一名人類測試員會通過文字與密室里的一臺機(jī)器和一個人自由對話。如果測試員無法分辨與之對話的兩個實體誰是人誰是機(jī)器，則參與對話的機(jī)器就被認(rèn)為通過測試。雖然圖靈測試的科學(xué)性受到過質(zhì)疑，但是它在過去數(shù)十年一直被廣泛認(rèn)為是測試機(jī)器智能的重要標(biāo)準(zhǔn)，對人工智能的發(fā)展產(chǎn)生了極為深遠(yuǎn)的影響。

圖1-1 艾倫·圖靈（1912-1954）

1951年夏天，普林斯頓大學(xué)數(shù)學(xué)系的一位24歲的研究生馬文·閔斯基（Marvin Minsky）建立了世界上第一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器——SNARC（stochastic neural analog reinforcement calculator）。在這個只有40個神經(jīng)元的小網(wǎng)絡(luò)里，人們第一次模擬了神經(jīng)信號的傳遞。這項開創(chuàng)性的工作為人工智能奠定了深遠(yuǎn)的基礎(chǔ)。由于在人工智能領(lǐng)域的一系列奠基性的貢獻(xiàn)，閔斯基于1969年獲得計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的最高獎——圖靈獎。1955年，艾倫·紐厄爾（Allen Newel）、赫伯特·西蒙（Herbert Simon）和克里夫·肖（Cliff Shaw）建立了一個名為“邏輯理論家”（logic theorist）的計算機(jī)程序來模擬人類解決問題的技能。這個程序成功證明了一部大學(xué)數(shù)學(xué)教科書里面52個定理中的38個，甚至還找到了比教科書中更完美的證明方法。這項工作開創(chuàng)了一種日后被廣泛應(yīng)用的方法——搜索推理（reasoning）。

1956年，閔斯基·約翰、麥卡錫（John McCarthy）、克勞德·香農(nóng)（Claude Shan-non）和納撒尼爾·羅切斯特（Nathan Rochester）在美國組織了一次討論會。這次會議提出：“學(xué)習(xí)和智能的每一個方面都能被精確地描述，使得人們可以制造一臺機(jī)器來模擬它。”

這次會議為這個致力于通過機(jī)器來模擬人類智能的新領(lǐng)域定下了名字——“人工智能”（Artificial Intelligence，AI），從而正式宣告了人工智能作為一門學(xué)科的誕生。人工智能是在計算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)心理學(xué)、哲學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科，是集新思想、新觀念、新理論、新技術(shù)于一體的新興學(xué)科以及正在發(fā)展的前沿學(xué)科。百度百科上給出的人工智能的解釋是：“它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，它企圖了解智能的實質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等”。符號主義、聯(lián)結(jié)主義、行為主義分別代表了人工智能研究領(lǐng)域的三種主要發(fā)展觀。它們是人工智能學(xué)科發(fā)展的最重要的理論成果，同時又是人工智能學(xué)科發(fā)展的理論基礎(chǔ)。

人工智能在當(dāng)前被人們稱為世界三大尖端技術(shù)之一，美國斯坦福大學(xué)人工智能研究中心的尼爾遜（Nilson）教授這樣定義人工智能：“人工智能是關(guān)于知識的學(xué)科——怎樣表示知識以及怎樣獲得知識并使用知識的學(xué)科”。美國麻省理工學(xué)院的溫斯頓（Winston）教授認(rèn)為：“人工智能就是研究如何使計算機(jī)去做過去只有人才能做的智能的工作”。除此之外，還有很多關(guān)于人工智能的定義，至今尚未統(tǒng)一，但這些說法均反映了人工智能學(xué)科的基本思想和基本內(nèi)容，由此可以將人工智能概括為研究人類智能活動的規(guī)律，構(gòu)造具有一定智能行為的人工系統(tǒng)。

簡而言之，人工智能就是研究計算機(jī)來實現(xiàn)人類的智能，去模仿人類的知覺、推理、學(xué)習(xí)能力等，從而讓計算機(jī)能夠像人一樣思考和行動。例如，機(jī)器識別出動物（圖像識別）；機(jī)器感知到人類的語義和情感，并給出反饋（人機(jī)對話）；AlphaGo（圖1-2）、Master等讓機(jī)器自己思考去下棋（人機(jī)對弈）等。

圖1-2 AlphaGo和圍棋大師李在石