1 人工智能历史与现状
1.1 人工智能的概念和起源
1.1.1 人工智能的概念
人工智能 (Artificial Intelligence ,AI)是一门研究如何使计算机 能够模拟人类智能行为的科学和技术,目标在于开发能够感知、理解、 学习、推理、决策和解决问题的智能机器。人工智能的概念主要包含 以下几个方面:
(1)人工智能的目标是模拟人类的智能行为。人工智能致力于 使计算机能够像人类一样感知世界、理解信息、进行学习和决策,涵 盖视觉、语音、 自然语言处理、机器学习等领域的研究和应用。
(2)人工智能的学习能力。人工智能强调计算机能够从数据中学习,并根据学习的结果不断优化自己的性能。机器学习是人工智能 的重要分支,涉及到许多算法和模型,如监督学习、无监督学习、强化学习等。
(3)人工智能可以解决问题。人工智能的一个主要目标是使计算机能够解决各种复杂问题,包括图像识别、语音识别、自然语言处理、自动驾驶、医疗诊断等。通过深度学习等技术,计算机可以从大量数据中提取有用的信息,从而实现更高效的问题解决方法。
(4)人工智能的自主性与多样性。理想的人工智能系统应该能 够独立地进行学习、决策和行动,而不需要持续的人类干预。人工智能涉及到多个子领域,包括机器学习、计算机视觉、 自然语言处理、专家系统、智能控制等。这些子领域有着不同的研究方法和技术,共同构成了人工智能的多样性。
人工智能的发展不仅涉及到理论研究,还需要大量的实践和应用。 随着计算能力和数据量的增加,人工智能在各个领域都有了显著的应用,包括自动驾驶、智能语音助手、推荐系统、医疗诊断、 金融风控等。人工智能的发展将深刻地影响人类社会的方方面面,同时也带来了一系列的伦理和社会问题,需要人们共同思考和解决。
1.1.2 人工智能的起源
人工智能的起源可以追溯到早期科幻小说的人工智能(弗兰肯斯 坦)、阿西莫夫的机器人三定律、阿兰·图灵的计算机博弈论、图灵测 试以及 1956 年达特茅斯会议中人工智能概念的提出。
科幻小说的人工智能（弗兰肯斯坦）
人工智能的早期概念在文学中有所体现,其中最著名的例子是玛 丽·雪莱的 1818 年作品《弗兰肯斯坦》。这部小说描写了一位年轻的 科学家维克多·弗兰肯斯坦通过研究死尸和化学实验创造出了一个人 造人。尽管这并非现代意义上的人工智能,但这部小说引发了人们对 于人工创造生命的担忧以及对科学与道德之间冲突的思考。弗兰肯斯 坦对自己所创造的生命失去了控制,最终导致灾难性后果,这为人工 智能伦理和道德问题提供了一个早期的警示。
阿西莫夫的机器人三定律
在 20 世纪中期,美国作家艾萨克·阿西莫夫为科幻小说创造了机 器人三定律。这些定律首次出现在他 1942 年发表的作品《转圈圈》 (Runaround ,《我,机械人》(I, Robot)中的一个短篇)中,后来成 为科幻文学中一个广为人知的概念。机器人三定律包括:
第一定律:一个机器人不得伤害人类或因不采取行动导致人类受到伤害。
第二定律:一个机器人必须服从人类的命令,除非这些命令与第一定律相冲突。
第三定律:一个机器人必须保护自 己,除非这样做与前两定律相冲突。
机器人三定律引发了人们对人工智能伦理和道德的深入讨论。阿西莫夫的作品探讨了机器人与人类的关系,以及如何确保人工智能的 安全和符合道德准则。
阿兰·图灵的计算机博弈论和图灵测试
阿兰·图灵是计算机科学和人工智能的奠基人之一。他在 1950 年发表的论文《计算机与智能》中探讨了计算机是否能够表现出智能, 并提出了著名的图灵测试,即由一个裁判通过键盘与隐藏在另一个房间的一个人和一台计算机进行对话,如果裁判不能通过对话判断哪个是人,哪个是计算机,那么可以认为计算机具备了智能。
图灵测试成为人工智能领域中重要的测评方法,同时也引发了科学家们对于机器具有智能与思维可能性的关注与研究,为人工智能的发展奠定了基础。
人工智能概念的提出
在图灵测试的提出之后,人工智能领域的研究日益活跃。 1956 年夏天,达特茅斯学院召开了一次重要的研讨会,这次会议被认为是 人工智能学科的正式开始。会议聚集了一批科学家,包括约翰·麦卡 锡、马文·明斯基、艾伦·纽厄尔、赫伯特·西蒙等。他们共同讨论了如何使用计算机来模拟人类的智能行为,并对人工智能的未来发展进行了探讨。
在达特茅斯会议上,人工智能的概念被正式提出:人工智能是一 门旨在开发计算机能够模拟人类智能行为的科学。会议为人工智能的 研究和发展奠定了基础,并激发了科学家对于人工智能的探索和发展 热情。随着时间的推移,人工智能得到了显著的发展,成为计算机科学领域一个重要的研究方向。
1.2 人工智能的黄金时代
1.2.1 感知机
感知机是人工神经网络的早期模型,最早由美国学者弗兰克·罗森布拉特于 1957 年提出,但是它的发展和研究真正迅速起来是在1960 年代末和1970 年代初。感知机在当时被认为是一种具有潜力的智能系统,对人工智能的发展产生了深远的影响。感知机作为神经网络的先驱,也为深度学习技术做出了重要的贡献。
感知机模型是一种单层的前馈神经网络,其基本单元是人工神经 元 (也称为感知机元)。这些神经元接收输入,通过学习调整权重, 然后产生输出。感知机的主要目标是通过学习过程自动分类输入数据。在这个过程中感知机学习如何根据输入数据的特征将其分成不同的类别。
在 1960 年代和1970 年代早期,感知机的研究吸引了很多注意力, 它被认为是实现人工智能的重要途径之一。然而,随着时间的推移, 人们逐渐认识到感知机存在一些局限性,尤其是在解决复杂问题上的能力较弱。具体来说,感知机只能解决线性可分问题,即只能对线性可分的数据进行分类。这意味着对于复杂的非线性问题,感知机无法有效地处理。这一发现导致了感知机的研究进入了一个低谷期,人们对其效用产生了质疑。
1969 年,美国学者马文·明斯基和西蒙·佩珀特在一篇著名的论文中证明了感知机无法解决异或问题,也被称为感知机的 Minsky 问题。 这个结果进一步加剧了人们对感知机的批评,认为它在解决实际问题中是有限的。虽然感知机在解决复杂问题上存在局限性,但它仍为人工智能的发展奠定了基础。随着时间的推移,人们逐渐发现神经网络的潜力,特别是深度学习的崛起,促使了更多对神经网络的探索。
1.2.2 贝叶斯网络
贝叶斯网络作为一种概率图模型,对人工智能的发展产生了深远 的影响。贝叶斯网络也称为贝叶斯信念网络或概率图模型,该网络最早由美国数学家托马斯·贝叶斯提出,它是一种通过节点之间的概率关系表示变量之间相互依赖关系的图模型 。 它通过有向无环图 (Directed Acyclic Graph, DAG)来表示变量之间的依赖关系,并使用概率分布来描述这些依赖关系。
与传统的神经网络不同,贝叶斯网络采用概率论的方法来推断和预测数据,其具有更好的解释性和推理能力。贝叶斯网络的主要优势在于其可以通过观察到的数据来更新概率分布,从而实现对未知变量的预测和推理。贝叶斯网络的主要特点包括:
(1)不确定性建模。贝叶斯网络能够有效地处理不确定性问题。 它使用概率分布来表示变量之间的依赖关系,使得模型能够处理不完 整或不准确的数据,并对未知变量进行推理和预测。
(2)有向无环图结构。贝叶斯网络的图结构是有向无环图,意味着变量之间的依赖关系是有方向性的,不存在回路。这样的结构使得模型具有清晰的因果关系并且易于解释。
(3)数据集集成。贝叶斯网络可以集成来自不同来源的数据集, 并融合先验知识进行学习和推理。这种数据集集成的能力使得模型更加全面和强大。
(4)可解释性。相比于一些黑盒模型,贝叶斯网络具有更好的可解释性。图结构能够直观地表示变量之间的依赖关系,帮助人们理 解模型的决策过程。
(5)适应小样本数据。贝叶斯网络在处理小样本数据时表现出色。由于贝叶斯方法可以通过先验知识和概率推理来填补数据不足的问题,因此在数据量有限的情况下仍然能够有效地进行预测和推理。
基于上述特点,贝叶斯网络在自然语言处理、图像识别、医学诊断等领域取得了广泛应用。随着人工智能技术的不断发展,贝叶斯网络将继续发挥重要作用,为数据分析、决策支持等领域提供有效的建模和推理方法。
1.2.3 模式识别
随着计算机技术的不断发展和人工智能领域的兴起,模式识别得到了更多的关注和研究。在 20 世纪 60 年代和 70 年代,模式识别成为计算机科学、人工智能和模式识别领域的重要研究方向之一。许多基本的模式识别算法和方法也在这个时期提出和发展,如 k-最近邻算法和动态时间规整算法为后来的人工智能发展奠定了基础。
K-最近邻 (K-Nearest Neighbor ,KNN)算法最初由托马斯·科弗 和乔伊·哈特于 1968 年提出,是一种惰性学习方法。KNN 分类算法, 是一个理论上比较成熟的方法,也是最简单的机器学习算法之一。该方法的思路是:如果一个样本在特征空间中的 k 个最相似 (即特征空 间 中最邻近)的样本中的大多数属于某一个类别,则该样本也属于这 个类别。KNN 算法中,所选择的邻居都是已经正确分类的对象。该方法在分类决策上只依据最邻近的一个或者几个样本的类别来决定待分样本所属的类别。KNN 方法虽然从原理上也依赖于极限定理, 但在分类决策时,只与极少量的相邻样本有关。由于 KNN 方法主要靠周围有限的邻近的样本,而不是靠判别类域的方法来确定所属类别 的,因此对于类域的交叉或重叠较多的待分样本集来说,KNN 方法 较其他方法更为适合。
动态时间规整算法 (Dynamic Time Warping, DTW)是一种用于序列匹配和模式识别的重要方法。它最早由日本学者板仓于 1975 年提出,用于解决语音信号之间的时间拉伸和压缩问题。 在提出之初, DTW 主要用于语音信号的时间对齐,它通过动态规划的方式寻找两个时间序列之间的最优匹配路径,使得序列之间的相似性得到最大化。随着研究的深入,DTW 算法得到了扩展和改进。研究人员将其应用于手写体识别、行为识别、生物信息学等领域取得了显著的成果。受益于计算机硬件性能的提升和算法的不断优化,DTW 算法的应用范围不断扩大,成为序列匹配和模式识别领域的重要工具。它不仅在学术研究中得到广泛应用,还被应用于工业控制、医学诊断、音乐检索等实际应用中。随着人工智能技术的不断发展,DTW 算法将继续 发挥重要作用,并为更广泛的领域提供解决方案。
1.2.4 人机对话
人机对话 (Human-Computer Dialogue)成为人工智能领域的重要探索之一。人机对话是一种让机器能够理解和运用自然语言与人进行通信的技术,是实现人工智能与人类自然交流的关键。早期的人机 对话主要集中在基于规则的问答系统。其中最著名的项目之一是由约瑟夫·魏泽恩鲍姆于 1966 年开发的 ELIZA。
ELIZA 的设计灵感来自心理治疗师的角色,它通过简单的模式匹 配和替换,回应用户的输入。尽管 ELIZA 并没有真正的理解能力, 但这种模拟人类对话的能力在当时引起了公众的极大关注。ELIZA 能够以一种类似心理治疗师的方式与用户进行对话,回应他们的问题并 提出追问,使得用户产生了一种在与真实人类对话的错觉。当用户输入类似“我感到难过 ”时,ELIZA 会回复类似“你为什么感到难过?” 的问题,从而引导用户进一步表达自己的情感。
除了ELIZA ,还有一些其他早期的人机对话系统。例如,1968 年,特里·维诺格拉德开发的 SHRDLU 让机器人在虚拟的方块世界中移动积木块,用户可以通过指令让机器人进行相应操作。另外,1971年出现的名为 PARRY 的聊天机器人被设定成一个患有精神分裂症的 患者,拥有自己的情感状态。虽然这些系统都有一定的局限性,但它 们为后来更先进的自然语言处理研究奠定了基础。
在当时的技术条件下,这些早期的人机对话系统已经展现了计算机在语言理解和对话方面的潜力。虽然它们与当今的智能对话系统相 比还显得简单,但它们为人工智能的发展提供了宝贵的经验和启示。 随着技术的不断进步,人机对话的研究也在不断深入,如今的智能对话系统已经可以实现更加智能化和自然的对话交互。
1.2.5 知识表示
在 20 世纪 60-70 年代,科学家们开始研究如何有效地储存和组 织知识,以使计算机能够学习和推理,从而衍生出知识表示的研究。 这个研究涉及认知科学和人工智能领域,并是这两个领域共同存在的 一个挑战。在认知科学中,知识表示涉及人类如何存储和处理信息。 而在人工智能领域,知识表示的主要目标是将知识储存起来,使得程 序能够处理并表现出类似人类智慧的行为。然而目前知识表示领域仍然没有一个完美的解决方案。
阿兰·科尔梅劳尔等人在 1969 年提出的 Prolog 编程语言是一种基于逻辑的语言,它使用谓词逻辑来表示事实和规则,使得计算机能够通过推理来解决问题。Prolog 在人工智能领域推动了逻辑编程的发展, 并为知识表示的研究提供了重要的思路。在 Prolog 中,知识被以“事实-规则 ”的形式来表达。例如,我们可以定义“鸟类是有羽毛的 ”、 “企鹅是一种鸟类 ”等事实,以及“如果动物有羽毛并且不能飞,那 么它是一只企鹅”等规则。计算机可以通过对这些事实和规则进行逻 辑推理,来回答问题和解决问题。同一时期,用于知识表示学习的框 架理论不断提出,马文·明斯基等学者在知识表示领域进行深入的研究。
尽管在那个时期,知识表示和神经网络的发展还受到一些限制, 但这些里程碑事件为人工智能的未来发展奠定了基础,并为后来在知识表示和神经网络研究领域取得巨大进展打下了基础。如今,随着计算机技术的飞速发展,人工智能在知识表示和神经网络方面取得了显著进步,这使得人工智能的应用变得更加广泛和普遍。
1.2.6 计算机视觉
在 20 世纪 60-70 年代,计算机视觉 (Computer Vision)也成为人工智能研究的重要方向之一。然而,由于当时计算机性能和图像处理算法的限制,计算机视觉的研究进展缓慢。当时,早期的计算机视觉项目如“Blocks World ”和“夏季视觉项目 ”等,试图在虚拟方块世界中进行物体识别和视觉系统的构建。虽然存在许多问题,但这些项 目为后来的计算机视觉研究奠定了基础。
另一个重要进展是大卫·马尔于1970 年提出的“计算视觉理论 ”。 这一理论将视觉系统分为三个层次:原始视觉表示、2.5D 表面表示 和 3D 对象表示。在原始视觉表示阶段,视觉系统通过感知图像中的 基本特征,如边缘和角点,来构建简单的图像表示。在 2.5D 表面表示阶段,视觉系统对图像进行更深层次的分析,形成物体的表面和深 度信息。最后,在 3D 对象表示阶段,视觉系统通过整合多个 2.5D 表面信息,得出对物体的整体认知。这一理论为后来的计算机视觉算法的发展提供了理论基础,使得计算机在理解和处理图像方面取得了巨大进步。
综上所述,20 世纪 60-70 年代是人工智能领域取得重要突破的关 键时期。感知机、贝叶斯网络、模式识别、人机对话、知识表示和计 算机视觉等成为该时期的研究重点,为后来人工智能的发展奠定了坚实基础。虽然当时的技术条件受到限制,但这些里程碑事件为今天的智能对话系统、知识图谱和计算机视觉等技术的成熟提供了重要经验和启示。
1.3 人工智能的冬天
20 世纪 60 年代的人工智能繁荣期表现为人工智能研究和应用的 大爆发,但之后随之而来的寒冬发生在 20 世纪 80 年代。这主要是因 为在人工智能繁荣期开展的许多项目未能兑现承诺,人工智能研究者 对该领域的进展感到越来越失望。这导致了资金削减,许多人工智能 研究者被迫放弃项目,甚至离开该领域。根据英国科学研究委员会的 莱特希尔报告,人工智能并未实现当初的宏伟目标,在其各个领域中 的发现都跟当时所设想的相差甚远。这导致了正在进行的人工智能项 目数量显著减少,许多仍在进行的研究项目由于缺乏资源而无法取得重大进展。
造成该年代人工智能寒冬的主要原因如下:
(1)技术局限。1)知识表示问题。早期的人工智能系统使用符 号逻辑来表示知识,但这种方法在处理不确定性和模糊性方面存在困 难,导致系统表现不稳定。2)计算能力不足。人工智能研究需要大 量的计算资源,然而当时的计算机性能相对较低,这限制了复杂算法 和模型的实现。3)数据稀缺。人工智能需要大量的数据来进行学习 和训练,但在 80 年代,获取和存储数据的成本非常高,这导致数据 集的规模有限。4)缺乏有效应用。尽管人工智能技术在研究领域取得了一些成果,但其在实际应用中仍受限,即无法解决真实世界中的 复杂问题,这使得资金支持受到影响。
(2)公众预期落空。在 60 年代和 70 年人工智能在公众和媒体中被高度宣传,许多人对未来人工智能的前景充满期待。然而当 80 年代初的人工智能系统无法达到公众预期的智能水平时,公众 和投资者的热情开始降温。
(3)政府和企业投资削减。由于人工智能技术进展缓慢,政府 和企业逐渐减少了对其研究的资金投入。之前的投资者和政策制定者开始对人工智能的前景感到怀疑,他们认为人工智能的发展可能需要 更长时间,需要更多的投资和耐心。
(4)专家系统局限。人工智能早期的主要研究方向之一是专家 系统,然而这些系统在实际应用中也受到局限。虽然他们在某些特定领域取得了一定成功,但这其知识表示和推理能力有限,无法解决更加复杂和泛化的问题。
(5)商业化挑战。80 年代初的人工智能技术商业化困难。许多 潜在的应用领域并未准备好采用人工智能技术,导致了商业投资的不足。
综上所述,20 世纪 80 年代人工智能领域资金短缺的问题主要是由技术局限、公众预期落空、政府和企业投资削减、专家系统局限以 及商业化挑战等因素共同造成的结果。尽管人工智能面临挑战,但该领域并未完全消失。一些研究者在此期间继续致力于人工智能项目, 并取得了重要进展。
20 世纪 80 年代的人工智能发展大致如下:
1980 年:WABOT-2 在早稻田大学建成。WABOT 的出现使得这个人形机器人能够与人们进行交流,阅读乐谱,并在电子风琴上演奏音乐。
1982 年:日本国际贸易产业省拨款 8.5 亿美元用于“ 第五代计算 机”项目,该项目旨在开发可以交谈、翻译语言、解释图片并表现出类似人类推理的计算机。
1984 年:史蒂夫·巴伦执导的电影《电子情缘》上映。情节围绕 着一个男人、女人和一个名为“Edgar ”的有感知能力的个人电脑之 间的爱情三角关系展开。
1984 年:在人工智能协会上,人工智能理论家罗杰·尚克和认知 科学家马文·明斯基警告了人工智能寒冬,这是人工智能研究的兴趣 和资金会减少的第一个实例。他们的警告在三年内成为现实。
1986 年:梅赛德斯-奔驰在恩斯特·迪克曼斯的指导下建造并发布了一辆配备摄像头和传感器的无人驾驶货车。它能够在没有其他障碍 物和人类驾驶员的道路上以每小时 55 英里的速度行驶。
1988 年:计算机科学家和哲学家朱迪亚·珀尔出版了《智能系统 中的概率推理》。珀尔还因发明贝叶斯网络而受到赞誉,这是一种“概率图模型 ”,通过有向无环图表示一组变量及其依赖关系。
1988 年:程序员和两个聊天机器人 Jabberwacky 和 Cleverbot(于 1990 年代发布)的发明者罗洛·卡彭特,开发了 Jabberwacky 以“ 以 有趣、娱乐和幽默的方式模拟自然人类聊天 ”。这是一个通过聊天机 器人与人们进行交流的人工智能的例子。
总的来说,20 世纪 80 年代的人工智能寒冬是人工智能发展史上 的一个重要里程碑,它展示了人工智能研究和发展的挑战和局限性。 它也成为投资者和政策制定者的一则警示故事,让他们认识到围绕人 工智能的炒作有时可能夸大其辞,而该领域的进展需要持续的投资和 承诺。
1.4 人工智能的复兴期
20 世纪 80 年代,由于计算能力和数据量的限制,人工智能技术 陷入了低谷。但随着计算机硬件的发展和算法的改进,人工智能开始走出低谷,进入复兴期。在此阶段人工智能在机器学习、 自然语言 处理、神经网络、遗传算法和超级计算机等领域有了显著的进步。
1.4.1 机器学习
机器学习是人工智能的核心技术之一,其目标是使计算机系统能 够通过数据来学习和改善性能。在复兴期,许多经典的机器学习算法 如支持 向 量机 ( Support Vector Machine , SVM )、条件随机场 (Conditional Random Field ,CRF)、Boosting 算法等被提出并广泛应 用。
支持向量机
SVM 通过构建一个最大间隔的超平面,使得数据点离超平面的 距离最大化,从而实现分类或回归任务。在发展初期,SVM 主要应用于二分类问题。后来,研究者们对 SVM 进行了扩展,使其可以用于多分类和回归问题。SVM 的发展得益于统计学和优化理论的进展, 特别是核函数的引入,使得 SVM 能够处理复杂的非线性问题。由于 SVM 具有较好的特征选择能力和较高的准确性,其能够处理高维稀 疏的文本特征,可有效地对文本进行分类和标注,因此被广泛应用于文本分类、情感分析、命名实体识别等任务。此外,SVM 能够通过 训练样本学习到分离不同类别的超平面,从而能够对新的图像进行分类和识别,因此 SVM 也常被用于图像分类、目标检测、 人脸识别等任务。
条件随机场
CRF 是一种用于序列标注和结构化预测的概率图模型,它能够对 标记序列的依赖关系进行建模,它可以考虑上下文信息,并通过学习 训练数据中的相关特征来预测给定输入序列的标记。其最早由拉弗蒂 等人提出。CRF 的缺点主要是收敛速度慢,训练时间长,模型复杂度 高。但 CRF 可以自然地将上下文标记间的联系纳入模型的考虑中, 从而灵活地设计特征,因而它也是自然语言处理领域最常用也是表现 最好的模型之一。在实际应用中,CRF 主要用于序列标注问题,如命 名实体识别、词性标注、句法分析等,相比于其他统计模型,它能够 更好地利用上下文信息,提高标注的准确性。
Boosting 算法
Boosting 是一种集成学习方法,其目标是通过组合多个弱学习器 来构建一个强大的学习器。罗伯特·夏柏尔于 1990 年提出最初的 Boosting 算法。但该算法需要知道一些实践中难以事先得知的信息, 这导致其仅具备理论意义。在此基础上,罗伯特·夏柏尔和约夫·弗洛 恩德于 1996 年提出改进算法 AdaBoost(Adaptive Boosting)。AdaBoost 是 Boosting 算法的先驱,它通过调整每个样本的权重来逐步增强弱分 类器的表现。其仅需 10 行代码但却十分有效,并且经修改推广能应 用于诸多类型的任务 。杰罗姆·弗里德曼于 1999 年提出了 GBM (Gradient Boosting Machines)算法,它是一种梯度提升算法,通过 最小化损失函数的负梯度来训练新的分类器,进一步优化预测结果。 相较于 AdaBoost ,GBM 能够处理更一般化的损失函数,从而更好地 拟合复杂的数据集。GBM 与 AdaBoost 一样均为现代 Boosting 算法的基础。
它们的提出和广泛应用促进了机器学习算法的发展,并为后续的 深度学习和神经网络等技术的兴起提供了重要的思路和方法。此外SVM ,CRF 和 Boosting 的成功应用也使得人们对于模型的可解释性 的重要性有了更深入的认识,为后续的研究提供了启示。
1.4.2 自然语言处理
随着计算机运算能力的提高以及大型数据库的建立,自然语言处理领域经历了一些重要的发展,研究人员提出了高效的文本表示方法, 并开始借助大数据的力量,开发了一系列新的工具和技术来建立统计模型。这些模型使用机器学习算法来分析文本,并且通过对大规模数 据集的学习来不断提高正确性和鲁棒性。其中的代表性算法为词袋模 型(Bag of Words, BAG)。
1990 年代初期,普林斯顿大学开展了一个名为 WordNet 的项目,建立了一个大规模的英语词汇数据库。WordNet 将单词组织成义项集, 描述了单词之间的语义关系,为语义分析和词义消歧等任务提供了重要的资源。
在文本表示任务中,词袋模型是自然语言处理领域中一种常用的 文本表示方法。它将一个文本看作一个由单词组成的集合,忽略单词 之间的顺序和语法结构,仅统计每个单词在文本中出现的频率或存在 与否。具体来说,词袋模型将文本转化为一个向量,向量的每个维度 对应一个单词,值表示该单词在文本中的出现次数或存在与否。词袋 模型在文本分类、情感分析、文本生成等任务中,可以作为输入特征, 帮助机器学习算法理解和处理文本数据。
词袋模型为信息检索和搜索引擎的发展提供了基础。通过将查询 文本和文档表示为词袋模型,可以计算它们之间的相似度,并实现相 关性排序,从而提高搜索结果的准确性和效率。总的来说,词袋模型 的发展奠定了自然语言处理和人工智能领域的基础,为后续技术的爆 发提供了重要的支持和启发。它简单而有效的表示方式,为文本处理 和信息检索提供了基本工具和思路。同时,其发展也促进了对文本特征提取和表示方法的深入研究,推动了自然语言处理技术的发展和创新。
1.4.3 神经网络
塞普·霍克赖特和尤尔根·施密特胡伯于1997年提出长短期记忆网络 (Long Short-Term Memory, LSTM),它是一种重要的循环神经网络 (Recurrent Neural Network ,RNN)架构,专门用于处理序列数据,如文本、语音、时间序列等。设计 LSTM 的目的是解决传统 RNN 在处理长序列数据时容易出现的梯度消失和梯度爆炸问题,从而能够更好地捕捉长期依赖关系。
LSTM 的核心思想是引入了一种称为“记忆单元”的结构,记忆 单元可以在长期时间跨度内保留信息,从而实现对长期依赖的建模。 记忆单元由一个单元状态和三个门控 (输入门、遗忘门和输出门)组 成,它们协同工作来控制信息的输入和输出。单元状态是 LSTM 的关 键组成部分,用于保存序列中的信息,它允许 LSTM 有效地保持长期 以来关系,从而避免了传统 RNN 中的梯度消失问题。 在门控中,输 入门决定哪些新输入的信息需要被更新到单元状态中 ,它通过 Sigmoid 激活函数来生成一个在 0-1 之间的值,表示要更新的程度。 遗忘门控制单元状态中哪些信息需要被遗忘,通过 Sigmoid 激活函数 生成一个 0 到 1 之间的值来表示要保留的信息量。输出门决定从当前 单元状态中输出哪些信息,控制信息在 LSTM 中的流动。
LSTM 的灵活性和能力使其在自然语言处理、语音识别、机器翻 译和时间序列预测等任务中取得了重要的成就。尽管后来出现了更复 杂的模型如 Transformer ,但 LSTM 作为序列建模的基础和重要工具, 在研究和实践中仍然具有重要地位。
1.4.4 遗传算法
遗传算法 (Genetic Algorithms ,GA)是一种演化计算技术,其 灵感来源于生物学中的遗传和进化过程。遗传算法通过模拟生物进化 机制来搜索最优解,逐代优化种群中的个体,并通过遗传操作(选择、交叉和变异)来产生新的解。进入 1990 年代后,遗传算法不仅应用 领域有所扩大,且利用遗传算法进行优化和规则学习的能力也显著提 高。新的理论和方法在应用研究中的迅速发展也为遗传算法增添了新的活力。
其重要发展可列为:
(1)遗传算法与其他算法的界限逐渐模糊,正日益与神经网络、 模糊推理等其他智能计算方法相互渗透结合,这对 21 世纪新的智能 计算技术发展有重要的意义。
(2)并行处理的遗传算法的研究十分活跃, 已经渗透到了新一 代智能计算机体系的结构组成中,并成为重要一环。
(3)遗传算法正与人工生命的新型研究领域相结合。生物的自 适应、进化和免疫等现象是人工生命的重要研究对象,遗传算法在其 中可发挥一定作用。
(4)遗传算法和进化计算理论日益结合。进化计算理论同遗传 算法一样,也是模拟自然界生物进化机制的智能计算方法,有相同之 处,也有各自的特点,将两者结合成为当时热点。
1.4.5 深蓝超级计算机
1997 年,人工智能领域发生了一件里程碑事件:美国 IBM 技术 人员研制的“深蓝 ”超级计算机在常规时间控制下以 3.5:2.5 (2 胜 1 负 3 平)战胜了当时世界排名第一的职业国际象棋棋王-卡斯帕罗夫。 这也是历史上第一个成功在标准国际象棋比赛中打败世界冠军的计 算机系统,在当时引发了不小的轰动和人们对机器与人工智能快速发 展的焦虑。
尽管深蓝并没有使用传统意义上的人工智能技术,例如机器学习 或神经网络,但它仍然采用了一些高级算法和专家系统来支持其下棋 决策。深蓝的设计依赖于基于规则的推理系统,它使用了大量的开局 库、图书馆和搜索算法来评估每一种可能的棋局,并通过搜索算法在数十亿个可能的走法中找到最佳的下一步。此外,深蓝还利用了并行 计算的能力,通过多个处理单元同步计算以提高计算速度和效率。这 种并行计算技术在当时来说是非常先进的,为深蓝在短时间内进行大 规模计算提供了支持。
深蓝的胜利对后续人工智能技术的发展产生了重要影响,其主要 表现在三个方面:
(1)提高了人们对计算机在复杂任务上的实力认识。深蓝战胜 国际象棋世界冠军将计算机在复杂智力任务上的能力展示给了全世 界,这加速了人工智能技术的研究及应用进程。
(2)推动了搜寻算法和决策优化技术的研究。深蓝采用的搜索 算法是在有限时间内评估数亿个可能走法并找到最佳决策的关键。这 促使研究者在搜寻算法和决策优化领域进行更深入的研究,为其他领 域的问题解决提供了启示。
(3)推动了并行计算技术的发展。这对后续人工智能技术的发 展起到了积极推动作用,尤其在大规模数据处理和复杂模型训练方面。
1.5 人工智能的爆发期
人工智能的发展在 2010 年左右进入了一个爆发期,深度学习作 为人工智能最有前景的算法,得到了大规模的应用其在机器视觉、 自然语言处理、机器翻译、生物蛋白质计算等领域均取得了许多令人瞩目的成就。
1.5.1 卷积神经网络
在图像分类领域,2012 年提出的深度卷积网络 AlexNet 是对传统图像分类算法的革命,其在当年举办的 ILSVRC (基于大规模通用物 体识别数据库 ImageNet 上的大规模图像识别比赛)比赛中取得了突 破性成就,其将 Top5 识别错误率从 26.2%降到了 15.3%;此后,出 现了更多更深的、更优秀的深度卷积网络。
AlexNet 网络结构主要由 8 个学习层组成,含 5 个卷积层和 3 个全连接层。5 个卷积层中每个卷积层都包含卷积核、偏置项、ReLU 激活函数和局部响应归一化模块。前两个全连接层后面都连接了 ReLU 函数、Dropout 处理,最后一个全连接层连接的是 softmax 函数 进行分类。AlexNet 使用了分布式GPU 训练,将卷积层和全连接层分 别放到不同的GPU 上进行并行计算,提高了训练速度。
继 AlexNet 之后,每年的 ILSVRC 竞赛大家几乎都使用深度卷积 网络,因而诞生了更深的 ZFNet ,GoogleNet ,VGG 和 ResNet 。在对 深度学习网络的研究中,人们发现对于深度学习网络,如果只是简单 地增加网络层数,训练时会出现网络退化现象,即随着网络深度的增 加,训练集的训练误差会逐渐下降,然后趋于饱和,但当再增加网络 层数时,网络就会迅速退化,即训练集误差增大。残差网络是解决退 化问题的一个重要方法。残差网络具有良好的性能,是深度学习领域 的一个重要突破,受到了学者们的广泛关注。残差网络的基本模块是 残差单元,其主要由卷积层、批处理归一化层和ReLU 激活函数堆叠 而成。残差网络的标准框架为:给定输入数据,残差网络将输入数据 依次输送到卷积层、ReLU 和批处理归一化层,然后将获得的结果送 到多个残差单元,再将得到的结果输入到归一化层和多个全连接层, 最后得到最终的输出结果。研究者们也对残差网络做出了部分改进, 主要体现在残差单元和网络框架上。
1.5.2 生成对抗网络
生成对抗网络 (Generative Adversarial Net ,GAN)是重要的深度 学习模型之一。GAN 包含两个模型,一个是生成模型(generative model),另一个是判别模型(discriminative model)。生成模型的目标 是生成看起来真实的、和原始数据接近的实例,其实质是获取真实数 据的概率分布。判别模型的目标是判断给定的实例是真实的还是人为 伪造的。在训练阶段,生成模型的任务就是尽量生成真实的图片去欺 骗判别模型,判别模型的任务就是把生成模型生成的图片和真实的图片分辨出来。二者通过相互对抗训练,使网络达到博弈均衡来实现更 好的学习效果,即让判别模型无法准确判断输入数据是真实的还是伪 造的。GAN 被广泛应用在各个领域,如图像增强、风格迁移、序列 数据生成和视频生成等。GAN 目前面临的主要问题是模式崩溃,具 体是由于判别器不能很好的惩罚生成器,从而使生成器在一个极小的 分布区域内发生崩塌,导致了生成结果缺乏多样性。
1.5.3 变分自动编码器
杨立昆称对抗训练是“过去十年里 ML 最有趣的想法 ”。尽管 GAN 很有趣,也有前景,但它只是深度生成模型家族的一部分。另一个主 流深度生成模型是变分自动编码器(Variational AutoEncoder ,VAE)。
VAE 模型是一种包含隐变量的生成模型,其能够提供隐空间中观 察结果的概率描述,它利用神经网络训练得到两个函数(也称为推断 网络和生成网络),进而生成训练数据中不包含的数据。VAE 模型在 生成多种复杂数据方面已经显示出了巨大的潜力,包括手写数字图像、 人脸图像、 门牌号图像、CIFAR 图像、场景物理模型、分割图像以 及从静态图像进行预测等。VAE 模型具有连续的隐空间,这样可以使 随机采样和插值更加方便。VAE 可以处理各种类型的数据,序列的或 非序列的,连续的或离散的,甚至有标签的或无标签的,这使它们成 为非常强大的生成工具。但是 VAE 存在一个主要缺点是它们生成的 输出模糊,VAE 模型有时会产生不现实的、模糊的样本。
1.5.4 迁移学习
尽管 VAE 模型已经取得了较好的生成效果,但其作为无监督学 习方法终究存在局限性,因此我们介绍一种使用较少训练数据便能进 行监督学习的模型:迁移学习。由于直接对目标域从头开始学习成本 太高,因此我们期望运用已有的相关知识来辅助尽快地学习新知识, 也就是把现有的经验迁移过去。迁移学习是机器学习的一个分支,大 多使用神经网络的方法,以训练模型为主,通常就是拿一套模型的参数去做另一套的初始值减少模型训练的复杂度。迁移学习按照学习方 式可以分为四类:
(1)基于样本。对不同的样本给予不同的权重,样本越相似,权 重越高。高权重样本优先级更高,完成迁移;
(2)基于特征。将目标域和训练数据域映射到同一空间,最小化 二者对应点的距离,完成迁移;
(3)基于模型。把模型和样本结合起来,通过调整模型参数完成 迁移;
(4)基于关系。发掘相似场景的关系,两组中如果有一组训练数 据域和目标域的关系可确定,可以迁移到另一组相似数据上。
迁移学习通常适用于下面的一些场景:
(1)大部分数据样本是无标注的,要继续增加更多的数据标注, 需要付出巨大的成本。此时,利用迁移学习思想,可以寻找一些和目标数据相似而且已经有标注的数据,利用数据之间的相似性对知识进 行迁移,提高对目标数据的预测效果或者标注精度。
(2)模型想要具有更强的泛化能力,但是数据样本较少。当前机器 学习的成功应用依赖于大量有标签数据的可用性。然而,高质量有标 签数据总是供不应求。传统的机器学习算法常常因为数据量小而产生 过拟合问题,因而无法很好地泛化到新的场景中。
(3)数据来自不同的分布时。传统的机器学习算法假设训练和测 试数据来自相同的数据分布。然而在许多情况下,数据分布不仅会随 着时间和空间而变化,也会随着不同的情况而变化,因此我们可能无 法使用相同的数据分布来对待新的训练数据。在不同于训练数据的新场景下,已经训练完成的模型需要在使用前进行调整。
1.5.5 知识图谱
深度学习不仅在学界取得了长足的进步同时也在工业界得到越 来越广泛的关注和更多垂直行业的场景应用,比如知识图谱和自动驾驶领域。
什么是知识图谱,本质上知识图谱的主要目标是描述真实世界中存在的各种实体和概念,以及他们之间的关系,因此可以认为是一 种语义网络。从发展的过程来看,知识图谱是在自然语言处理的基础 上发展而来的。知识图谱和自然语言处理有着紧密的联系。知识图谱与深度学习的结合可以从语义层面理解用户意图,改进搜索质量。例如,为搜索引擎提供更精准的搜索结果:知识图谱可以建立实体之间的关系,对于搜索词语,通过关联实体,可以为搜索引擎提供更准确、 更丰富的搜索结果,帮助用户更快速地找到所需信息。知识图谱可以帮助问答系统进行自然语言理解,对用户的提问进行深入分析,从而抽取出其中的实体、属性、关系等信息。这种语义理解可以让问答系统更好地理解用户的意图从而给出更加准确的答案。
1.5.6 自动驾驶
自动驾驶技术的进步,主要得益于深度学习和人工智能的进步。 在自动驾驶开发中,深度学习可以用于实现车辆的感知、决策和控制 等功能。
在使用深度学习进行自动驾驶开发时,需要使用大量标注的图像 和视频数据来训练神经网络模型。这些模型可以实现车辆的视觉感知 功能,例如识别道路、车辆、行人和障碍物等。此外,深度学习还可 以用于实现车辆的决策和控制功能,例如预测车辆的行驶路径、速度 和方向等。
在地图构建和定位中:深度学习可以帮助自动驾驶车辆进行高精 度地图构建和实时定位,从而支持自动驾驶车辆的路径规划和决策。 在这种应用中,输入可能是车辆的传感器数据,如摄像头、激光雷达 和 GPS 等,输出可能是车辆在地图上的精确位置、速度和方向等信 息。
在行为规划和决策中:深度学习可以帮助自动驾驶车辆进行行为规划和决策,从而实现对车辆的控制和驾驶。在这种应用中,输入可 能是车辆的传感器数据和地图信息,输出可能是车辆的转向、制动、 加速和路径选择等控制信号。
在驾驶员状态检测中:深度学习可以帮助自动驾驶车辆检测驾驶 员的状态,如疲劳、分神和情绪等,从而提高驾驶员的安全性和舒适 性。在这种应用中,输入可能是车内的摄像头和传感器数据,输出可 能是驾驶员的情绪和注意力等状态信息。
1.5.7 AlphaGO
随着算力、算法和数据的发展,AlphaGO、AlphaFold 和 ChatGPT 等大模型的横空出世和应用给人工智能带来了新的繁荣。
AlphaGo 是 DeepMind 公司开发的计算机围棋程序。围棋作为一 种复杂的策略游戏,过去一直被认为是人工智能领域的挑战之一,因 为其庞大的状态空间和难以预测的走棋可能性。然而,AlphaGo 采用 了神经网络和蒙特卡洛树搜索等先进技术成功解决了这一难题。
2016 年3 月,AlphaGo 与韩国围棋冠军李世至进行了一系列五局比赛, 结果AlphaGo 以 4:1 的成绩取得了胜利。这是人工智能历史上的一次 里程碑,也是计算机在围棋对弈上首次战胜顶级人类选手。AlphaGo 的成功激发了人工智能领域的研究和发展,它证明了深度强化学习在复杂游戏中的潜力,为其他领域的 AI 应用提供了启示。人工智能在 游戏中的成功也为人们展示了AI 在真实世界问题中的应用前景。
AlphaGo 的胜利引起了讨论人机合作的重要性。与传统意义上的 人机竞赛不同,AlphaGo 向世界展示了 AI 与人类棋手相互协作的可 能性,使得 AI 在许多领域发挥辅助作用,而不是取代人类。总体来 说,AlphaGo 的起源和发展标志着人工智能领域的一次重大突破。它 的成功在围棋领域产生了深远的影响,并且激发了更多对于人工智能 和深度学习的研究和探索。同时,AlphaGo 的胜利也为人们揭示了人工智能在解决复杂问题和推动科技进步中的巨大潜力。
1.5.8 AlphaFold
AlphaFold 是由 DeepMind 开发的蛋白质结构预测系统。 它的起 源可以追溯到 2016 年,当时 DeepMind 的团队成功开发了AlphaGo , 一款在围棋领域取得显著成就的人工智能程序。受 AlphaGo 的启发, DeepMind 决定将类似的技术应用于解决蛋白质结构预测的挑战。经 过多年的研究和开发,DeepMind 在 2020 年推出了 AlphaFold 2.0 版 本,这是一个基于深度学习和神经网络的蛋白质折叠预测系统。AlphaFold 的发展经历了多个版本迭代,通过不断改进算法和模型, 最终取得了卓越的预测性能。
AlphaFold 的成功对科学和医学领域的影响有以下几个方面:(1) 加速蛋白质研究。AlphaFold 的高准确性使得科学家能够更快速地预 测和分析蛋白质的结构和功能,加速了蛋白质学研究的进展。(2)推 动药物研发。蛋白质结构预测对于药物研发至关重要。AlphaFold 的 准确预测能力为药物设计提供了更多的目标蛋白质结构,帮助科学家 开发更有效的药物。(3)解决蛋白质结构空缺问题。在过去,蛋白质 结构的实验测定速度较慢 ,导致蛋白质结构库中存在大量空缺。AlphaFold 的出现弥补了这一缺失,为科学家提供了更全面的蛋白质 结构信息。(4)启发更多AI 在生物学中的应用。AlphaFold 的成功证 明了深度学习和神经网络在生物学领域的潜力,为更多 AI 技术在生 物学研究中的应用提供了动力。
总的来说,AlphaFold 的起源、发展和应用对蛋白质学和生物学 领域产生了巨大的影响。它为蛋白质结构预测带来了突破性的进展, 为科学家提供了强大的工具,加速了蛋白质研究和药物研发的进程。
1.5.9 ChatGPT
ChatGPT 是由 OpenAI (人工智能研究实验室)开发的自然语言 处理模型。它基于 GPT (Generative Pre-trained Transformer)架构, 是一种基于 Transformer 的大规模预训练语言模型。GPT 系列起源于GPT-1 ,后来发展为 GPT-2 和 GPT-3 ,而 ChatGPT 则是 GPT-3 的特 定应用版本,专注于对话式交互。GPT-3 是 ChatGPT 的基础,它在 训练过程中使用了大规模的互联网文本数据集。通过预训练大量的语 言模型,GPT-3 能够学习到丰富的语言知识和语义理解。随后,OpenAI 对 GPT-3 进行了微调和优化,将其打造成适用于对话式交互的 ChatGPT。
ChatGPT 被设计为一个开放式对话系统,可以与用户进行自然而 流畅的交流。它在多个应用领域展现了广泛的用途,包括:(1)问题 解答和信息检索。ChatGPT 可以回答用户的问题,提供实时信息检索, 并为用户提供准确的答案。(2)编程辅助。ChatGPT 可以为程序员提 供代码提示、语法建议和解决问题的方法。(3)写作和创意。ChatGPT 可以帮助创作者生成文本内容,包括文章、故事、诗歌等。(4)教育和学习。ChatGPT 可以作为在线学习平台,为学生提供解答和辅导。 (5)自然语言理解。ChatGPT 有助于自然语言处理任务,如文本分类、情感分析等。
ChatGPT 的出现在 自然语言处理领域产生 了 巨大的影响 。 ChatGPT 开创了更自然、更流畅的人机交互方式,使得人工智能系统 能够更加贴近人类的语言表达和需求。ChatGPT 可以根据用户的交互 和反馈进行个性化的学习和适应,提供更具个性化的服务。ChatGPT 的广泛应用拓展了人工智能在各个领域的应用可能性,为企业、教育、 媒体等领域提供了更多的创新解决方案。ChatGPT 推动了自然语言理 解和生成领域的研究,为 自然语言处理技术的进步和发展提供了重要 动力。
尽管 ChatGPT 在许多方面取得了显著进展,但仍然存在挑战, 如确保准确性、避免偏见和不当内容等。然而,随着技术的不断改进 和优化,ChatGPT 将继续为人工智能领域的发展带来新的契机与可能 性。
1.6 人工智能的未来
随着对人类意识和思维信息过程模拟的不断深入,人工智能在各 个领域日益受到关注,并逐渐应用于机器人、医疗、制造、环保、网 络建设等行业。人工智能的吸引力和颠覆性使其成为几乎每个行业的 研究趋势。此外,随着科学技术的不断发展,人工智能的应用将不断 出现在人们日常生活中越来越多的方面。经调研,人工智能的未来发 展有以下趋势。
1.6.1 可信人工智能
可信人工智能指确保人工智能技术在安全、隐私、公平和可解释 性方面做到可信赖的能力,其目标是让人类能够信任、理解和控制人 工智能系统,从而提高人工智能的社会效益和道德责任。然而,可信 人工智能面临几个主要的技术风险:(1)安全风险。深度学习算法的 设计漏洞和恶意攻击可能导致人工智能系统失效或被篡改,影响其可 靠性和稳定性。(2)隐私风险。训练数据的收集、使用和共享可能侵 犯和滥用个人隐私。(3)公平风险。数据中存在的偏见和歧视可能被 算法进一步固化或放大,导致智能决策出现偏差或歧视。(4)可解释风险。算法的复杂性和不确定性以及模型运行的自主性可能导致人工 智能系统出现“黑箱 ”问题。通过不断改进算法设计、加强安全措施、 采用隐私保护技术、消除数据偏见以及提高模型的可解释性,可以逐 步实现可信人工智能的目标。
1.6.2 多模态预训练模型
多模态预训练模型代表着人工智能从单一模态智能向多模态融合的通用智能发展的进程,其目标在于增强模型的通用人工智能能力, 消除各模态之间的信息障碍,逐步规范模型的行为和逻辑。目前,CLIP和 BEiT 等项目在多模态预训练模型技术上取得了显著进展。通过结合多领域知识,构建统一、跨场景、多任务多模态的基础模型已成为人工智能的重要发展方向。大模型将成为未来的基础设施实现对图像、文本和音频的统一知识表示从而实现具备推理、回答问题、总结和创造能力的认知智能的进化。
1.6.3 多任务模型
通常人工智能模型被赋予特定目标,但仅考虑单一目标可能导致次优的结果。多任务模型可以同时处理多个不同领域和任务,例如图像检索、目标检测、 视觉问答、 自然语言理解等。多任务模型的优势在于充分利用不同任务之间的相关性和互补性,提高模型的泛化能力和效率,同时减少参数数量和计算资源的消耗,实现更通用和灵活的人工智能应用。多任务大模型能更好地模拟人类的认知过程,实现跨领域和跨模态的知识融合和迁移。此外,它还为复杂和开放的场景, 如自动驾驶、机器人、智能医疗等,提供更强大的感知和理解能力。 通过统一的架构和参数处理各种不同的输入和输出,多任务模型还能简化人工智能系统的设计和部署。
1.6.4 基于人工智能的网络安全
人工智能和机器学习技术在检测和应对网络安全威胁方面扮演着日益关键的角色。在企业网络安全架构中应用人工智能不仅提高了 效率和数据防御准确性,还为网络攻击提供了改进手段。自动化恶意软件广泛应用,特别是对物联网设备构成的威胁不断增长。物联网设 备缺乏安全考虑,用户也很少关注其安全性,使其成为攻击首选目标。 在网络安全防御方面自动化可以节省网络安全团队的时间和成本。 团队面临频繁事件、内部威胁和设备管理挑战,许多日常任务需要自动化处理,以便更好地应对关键任务。通过自动化这些常规任务,不仅释放人力资源,还能在更短时间内获得更准确的结果。
1.6.5 边缘计算和联合学习
边缘计算是未来人工智能发展的一大趋势。它将智能计算和数据处理能力推向网络边缘,接近数据源和设备。这意味着在边缘设备上可以实现更实时的智能决策和推理,而不需要依赖云端服务。边缘计算的优势在于它带来了更低的延迟和更高的隐私保护,对于一些对实 时性要求高、数据敏感的场景(如自动驾驶车辆、智能家居等)尤为 重要。此外,联合学习作为一种新兴的合作学习模式,将多个设备或数据持有者联合起来,实现在本地端点上共同学习和优化模型,而不是将数据集中在一个地方。联合学习不仅保护了数据隐私,还能提高 学习效率和模型的泛化能力。它在医疗领域、物联网环境下的智能决 策等场景中具有巨大潜力,为人工智能的发展带来新的可能性。
1.6.6 人机协作与交互
未来的人工智能系统将更多地与人类实现紧密协作。人机协作是通过增强学习和自适应算法实现的,使机器能够从人类的反馈和指导 中不断学习,并优化其行为。这种紧密的协作关系将有助于提高人工 智能系统的个性化服务和用户体验,使其更好地适应不同用户的需求。 同时,智能助理将成为未来人类日常生活中的重要伙伴。通过自然语 言处理和人机交互技术,智能助理能够更好地理解用户意图,并为用 户提供个性化的信息和建议。智能助理已经广泛被应用于智能手机、 智能音箱等设备中,未来将进一步融入各个领域,如医疗保健、教育、金融等,为人类提供更智能化、便捷的服务体验。
1.6.7 从大数据转向多样化小数据
人工智能和机器学习模型在训练和优化过程中需要大量数据,然而突发事件可能导致历史数据的过时和不可靠。为了更有效地利用可 用数据,多样化小数据成为了一种重要方法。即在小数据场景中,采用合成数据、少样本学习或自监督学习等技术,用较少的数据获取相 应的知识。多样化数据分析和协同利用各种小型和大型、非结构化和 结构化数据源,包括文本、图像、视频、音频、语音等,并寻找不同 数据模态之间的关联性和多样性。这两种方法都减少了对大数据的依赖,提高了信息利用率和语义理解能力。它们可应用于多个领域,例 如需求预测、安全检测、 自适应自主系统等。这种以小数据为基础的多样化方法,将在未来的人工智能发展中扮演着重要的角色,为数据 不足或不完整的场景提供了更具有实际应用价值的解决方案。
1.6.8 人工智能伦理
随着人工智能技术的广泛应用,人工智能伦理和社会影响问题日 益凸显。在发展人工智能的同时,我们必须重视伦理层面的考量。其中包括如何确保人工智能系统的决策是公正和无偏的,如何保护用户 隐私和数据安全,以及如何确保人工智能在应用中不造成负面影响。 未来人工智能伦理的研究和实践将成为人工智能发展的重要一环, 确保人工智能技术的应用更加合理和负责。同时人工智能的广泛应用将对社会产生深远影响。包括就业市场、经济结构、教育体系、医疗保健等方面都需要积极探索如何应对相关的挑战和变革,最大程度地利用人工智能技术带来的潜在好处。
1.6.9 人工智能平台的操作化
人工智能平台的操作化对于推动业务转型显得紧迫而重要,因为它能够将人工智能项目从概念转化为生产,使企业能够依赖人工智能解决方案来解决各种问题。研究表明只有一半的人工智能项目能够成功地从试点阶段进入生产阶段,而且这些成功进入生产的项目平均需要长达九个月的时间。然而创新的人工智能编排和自动化平台以及模型操作化技术,提高了人工智能解决方案的可重用性、可扩展性和治理性,从而加速了人工智能的采用和增长。这些操作化的工具和 平台使得企业能够更加高效地部署和管理人工智能项目,使其能够更快地在实际业务中产生价值,实现业务转型的目标。
