12 月 10 日 - 11 日,由浙江省委人才辦、紹興市委市政府、《麻省理工科技評論》主辦的全球青年科技領袖峰會暨《麻省理工科技評論》中國 “35 歲以下科技創新 35 人” 頒獎典禮在紹興上虞舉行。“35 歲以下科技創新 35 人” 2020 年中國榜單正式發布。
在現場,北京航空航天大學自動化學院秦曾昌教授通過主題演講,分享了在人工智能(AI)與計算思維的領域的一些探索和思考。
秦曾昌表示,人類的認知可以被近似看成是一種系統的信息處理過程,這個研究思路基本奠定了今天人工智能研究的基礎。
用數學和邏輯學構建人工智能基礎
如果說物理學是通過數學方程式來解釋自然法則的科學,那么人工智能就是使用算法來解釋人類思維法則的科學。
秦曾昌指出,人類的認知可以近似被看成是一種信息處理系統,把人類信息處理的過程描述為可被計算的數學關系,這是現代人工智能技術的基礎。
布爾代數是最早通過數學研究人類思維規律的嘗試,雖然在初期因為缺乏物理背景導致進展緩慢,但隨著研究的深入,布爾代數在數學、邏輯演算、集合論等領域都得到了廣泛應用。
1937 年,圖靈(計算機之父)在戰爭時期通過對于德軍密碼破譯的研究,開始深入地考慮如何通過有限的步驟來證明一個命題的真偽。從而構建了 “圖靈機” 的思想模型,成為我們今天計算機的理論基礎。
后來由于半導體產業的發展,以前被用于計算電路的繼電器漸漸用晶體管所替代。通過利用 0 和 1 的邏輯運算來實現算數運算,成為當今計算機發展的核心技術。
計算思維是人類解決問題的一種方式
值得注意的是,雖然目前計算機的運算能力已經足夠強大,計算思維、編程思維也被教育界頻頻提起,但是計算思維并不等價于編程,它有更豐富的內涵和外延。
“我們認為計算思維是人們用機器解決現實問題的思路和方法,而編程更像是解決這種問題的一種工具。你可以用筆手寫也可以用電腦打字,但是會打字或寫字并不能說明你是個有著豐富內涵作家,但是如果你是個作家,你一定必須會寫字。” 秦曾昌說。
計算思維是人類通過計算解決問題的一種方式。尤其在面對復雜運算問題的時候,計算思維能極大提升解決問題的效率。同時,計算思維中的方法和模型拓展了人類的思維,可以預測未來的更多可能。
計算思維主要包含但并不局限于以下四個大部分:
分解:把一個復雜的問題或系統分解成更小、更容易處理的模塊。
模式識別:尋找問題之間和或數據背后潛在的規律。
抽象:現實問題的抽象化、數學化,忽略不相關的繁文縟節。
算法:為問題制定一個基于計算的解決方案,或解決問題所遵循的規則。
秦曾昌表示,“計算思維的過程,就是一個化繁為簡的過程。我們希望把復雜的問題分解成簡單的小問題,每個小問題單獨用一個模塊化的解決辦法單獨擊破,這是計算思維方式解決復雜問題的主要方法之一。”
與人類思維相比,計算思維更看得見摸得著。秦曾昌表示,用計算思維來解決問題的方式需要我們理解編程,在某些問題的處理方面,計算思維也具備優于人類思維的能力:
遞歸和循環:以倫敦地鐵線路圖為例,選取地圖上任意兩個地點,從 A 點到 B 點有多少路徑,哪一條最省時間,哪一條換乘最少,這類問題特別適合用機器來解決,通過計算能力換取最佳路徑。
誤差修正(Error Correction):計算思維是從預防、保護、遏制和錯誤糾正等環境中進行思考的。這就要求編程過程中的嚴謹性。
“我們在生活或者其他方面處理問題的時候總會遇到錯誤,但是編程的時候是不允許有任何錯誤的,任何一個符號都可以讓結果失之毫厘、謬以千里。” 秦曾昌表示。
秦曾昌稱,計算思維可以用來解決很多實際問題,以視覺為例,這也是人工智能領域的經典問題。
人類的視覺實際上是有欺騙性的。某種程度上來講,人看到的視覺有時候還不如機器。
“計算思維就是將所有的圖片變成像素和矩陣,每一張圖都是高維空間里的點,我們通過學習數學的函數之后把這些點分開,這個就是今天機器學習或者人工智能主流的方法。”
人類處理問題的時候,都會受到視覺偏見的影響,但機器某種程度上會消除這種偏見。從這個角度來看,機器視覺的應用包括人臉識別、掌紋、指紋識別等,是可以超過人類對此類問題處理的能力。
除此之外,計算思維還會在大數據、醫療、科學等領域發揮作用,還有一些更復雜的領域可以用計算思維去描述。
“比如樹上的葉子,每個都形狀各異,雖然沒辦法用一個公式去描述它們,但是在 ‘人工生命’的研究領域,你可以通過算法把系數做一些調整,利用自動程序而生成了很多不同形狀的虛擬葉子。”秦曾昌舉例說道。
像生命科學這樣的領域包含了很多生物的復雜性,不是所有的東西都能用公式來定義。我們研究人工智能,就是讓機器通過模型和算法找到事物之間的聯系。“從這個角度來看,也許我們的世界就是一個被算法描述的世界,甚至連宇宙的形成也是某些算法起到的作用。” 秦曾昌總結道。
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原文標題:北航自動化教授秦曾昌:人類認知信息處理過程奠定了AI基礎
文章出處:【微信號:deeptechchina,微信公眾號:deeptechchina】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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