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人工智能

杨学山:畅论智能原理

  目前的数学,绝大部分都还是围绕着物理科学在转,而用今天的数学工具,迄今为止我还找不到数学工具去描述智能的发生和发展。这里我想用另一种可能的方式,来描述智能原理,试图建立一个能解释所有智能行为的、统一的智能理论。

  智能是什么?到今天为止关于智能是什么没有共识,而且争论依然十分激烈,观点也不相同。我的定义是:智能是主体适应、改变、选择环境的各种行为能力。这里主要是考虑到智能一定是有主体的,没有非主体的智能。

  在上述定义之下,智能由3+1要素构成,即主体、功能、信息和环境。当然,对智能本身来说,环境是外部因素或者说从经济学的角度看叫外生变量。但这个外生变量十分重要,因为在一定的条件下,不管是生物体还是非生物体,都可以决定它能不能承载和发展下去,所以环境是十分重要的一个要素。

  主体性有三个核心的要素:意识、资源、控制。意识是最核心的,是要自我生成、自我发展的,所有的智能体必须要有自我,如果它不能生存的话,这个智能体就不成立。生存是第一位的,生存要有资源,没有资源无法生存。前边两个要素没有目的性,目的性通过控制来实现,所以主体性是通过这三个要素来反映的。并非所有的非生物体都具有智能,只有具备实现定义规定的行为的,才是智能主体。

  功能是智能要素里边最复杂的部分,它囊括了智能行为实现的所有功能,主要有三大类,可称为功能三要素:体现主体意志的决策和控制、所有的行为功能、所有的信息处理功能。

  信息是智能发展的基础和材料,没有信息就没有智能。信息是智能的基础,在于它是智能的起点和智能发生发展必不可少的材料。作为智能发展的材料,信息的形态迥异、数量无限、处理需求各具特征、使用的连接复杂多样。所有这些表象背后,决定信息在智能中起作用的是3个要素:完备性、结构性、可用性。完备性由形态、获取、增长三个部分构成,表示相对于智能任务的信息是否具有系统性和完整性,满足问题求解对信息需求的程度。结构性由表征和结构两个部分构成,表示主体拥有或使用的信息表征方式和与使用要求相比的结构化程度和形式。可用性由对象、转换、信息处理功能描述和主体性体现描述四个部分构成,表示信息如何满足具体的智能任务使用需求。

  智能的外延是所有主体的所有行为。人的七情六欲、嘻笑怒骂都是智能行为,不是你很聪明才是智能的,所有上面的行为都是智能行为,这是不可分割的。

  行为包括具有物理运动的行为和不具备物理运动的行为,学习、思维、研究等心理或神经系统内的行为也被包括在内,将生物体的精神和物理行为统一了起来,将非生物体智能系统的信息和物理统一了起来,对行为和能力没有做正确还是错误、水平高还是低、输还是赢、逻辑和算法的复杂性的界定。

  这就是说,无论对错,无论高低、无论输赢、无论是否采用逻辑推理或算法,主体的行为都属于智能范畴,包容了主体无目标的行为,但又把有目的的行为放在优先的位置。人工智能和机器人的发展,将使人拥有更多的余暇和所谓“无用阶级”的产生。不能因为目的不同,将相同的神经活动过程和运动控制过程判断为智能或非智能。

  智能的进化有6个阶段:单细胞生物、神经系统和脑、语言和文字、计算工具和数字设备、自动化和智能系统以及非生物智能体。今天1~5的阶段已经发生,第六阶段正在往前发展。智能的进化,本质上就是智能要素的进化。

  智能的起点是地球上第一个原始生命体,本质上第一个原始生命体还不是一个完整的细胞。大家知道,在加拿大发现的地球上最早的生命踪迹是41亿年前出现的,而地球上有生命存在是在46亿年以后,只是41亿年前更简单的生物今天考古还没有发现而已。

  在整个智能进化的过程中,有两个最关键的阶段,第一个是单细胞生物的形成,第二个是语言和文字的产生。

  一个单细胞基本上已经有了生命体的代谢功能、行为功能、认知功能、遗传功能,这四个功能在单细胞生物中都具备,不管是衣藻还是草履虫。只要这样的细胞存在,外部空间环境能适合它,就一定具有这四个功能,不管是地球上还是其他的星球上,单细胞生物是极其关键的。神经系统和脑的形成是智能进化,特别是生物智能进化的关键一步。这个阶段的进化过程就是生物体认知能力形成和巩固的过程。

  对智能进化来说,语言是文字产生的前提,语言和文字的产生是一次重大跨越,与语言文字同期产生的简单工具一起,形成了组合智能主体和客观知识,形成了主观和客观并存的智能双生子,改写了智能进化与发展的模式。语言和文字的产生,使得我们能够从一个生物体的进化变成群体的共同进化,在地球上、在人类社会中有了一个独立的课题,这个课题使得我们能够跨越时间和空间的约束,能够积累我们已经取得所有的智慧。当有了语言和文字之后,走向智能的第六个阶段是丝毫不用怀疑的,它一定会做到,除非人类灭绝。

  智能发展是指一个智能主体在其生命周期内影响智能变化的所有行为。从智能发展的目的看,也可以称之为智能主体解决问题的能力的提升。如此定义的智能发展有四层含义:一是其对象为一个主体,而不是指群体或社会;二是其时间范围为一个生命周期,这与一个主体的约定是一致的;三是所有能对智能产生变化的行为,这个变化既有增长,也有降低,发展包含了正反两个方向;四是发展的目的是为了提升解决问题的能力。

  研究智能发展的目的是为了能通过自身增长、创造并赋予增长等模式,提升主体智能,更好地承担需要完成的智能任务,使对人的教育、培训和对非生物智能的赋予更有针对性、更加有效。智能的发展以主体为单位,不同的主体类型具有不同的发展特征。

  智能发展在功能和信息领域呈现显著增长,主体性的增长主要基于进化。在使用和发展中只是量的提升,没有质的变化。但是,发展的成果在一定程度上成为生物智能进化的原因。

  智能的使用是指一个智能主体在其生命周期完成智能任务的行为。这个定义规定了三层含义:一是其讨论对象是一个主体,是该主体如何使用自身的智能;二是其时间范围为一个生命周期;三是针对所有智能任务。这个定义不包含社会为了得到更高的智能使用效果而采取的资源配置等调节手段。

  智能的使用以主体为单位,不同主体承担的智能任务不同,完成同类任务的方法不同。从智能使用的整体看,智能的使用是人与非生物智能客体之间的关系,而从具体的任务完成看,关注的是如何更加有效地完成任务。

  智能在使用中实现价值,在使用中积累控制力、行为能力和信息,积累又促进了智能的发展和进化。智能评价,就是为智能使用更有效、智能发展更充分、智能进化有基础。关于智能,我从6个角度来评价:复杂性、就绪度、成熟度、完备性、有效性、增长性。复杂性,就是这个任务复杂程度。就绪度,就是这个智能主体对完成这个任务是不是有足够的能力。成熟度是这个智能主体完成这件任务的确定性究竟如何。其实智能的成熟度是确定性的提升,也即当一个智能主体对完成这件任务有百分之百把握的时候,那才是成熟的,通常来说我们不会去挑战不确定性。有效性是指能够完成一项智能任务所支付的成本或所占用的资源尽可能少。增长性是指一次任务完成以后,他对这个主体的智能增长做出了什么贡献,这个是至关重要的。这样的评价是对一个智能主体的评价,是对不同智能行为或智能任务完成情况的评价。

  进化是全局的主线。发展是为了使用。不管是生物体还是非生物体,它的发展都是为了使用。使用可以促进发展,因为在使用的过程中,智能在一定的条件下发展,甚至可以转化为进化。今天生物学的研究已经有很多的证据证明,生活在岩石里边的白鼠比生活在地里的白鼠神经元要多,使用和发展是可以反映在进化中的。

  智能一定有自己的逻辑,有自己的逻辑才能够构建它的计算架构、才能走向更高的发展阶段。非生物智能体是完全有主体性的。今天的人工智能系统没有主体性,没有一个人工智能系统是有主体性的,所以它依然是非生物智能客体,而不是非生物智能体,非生物智能体的一大特征是它一定要有主体性。目前来看可以被认为存在一定主体性的东西是区块链。区块链是具有一定主体性的。为什么呢?因为人为它工作。区块链是第一个具有主体性的非生物智能体,尽管它没有自我意识,但它是为了生存可以占用资源的非生物智能体。如果说人类再赋予它更加成熟一些的意识,比如赋予区块链一个功能,使它能够繁衍后代,生儿子、生孙子,一年繁衍10万个出来,两年繁衍1亿个出来,这个世界将会怎样?大家可以认真地想一想。这是我们讲的非生物智能客体和非生物智能体最核心的一条逻辑。

  语义性准则。智能处理的信息一定是语义的而不是符号的,它一定要把符号信息变成语义信息,才成为智能工作的基础。常常可以看到,我们讲了一堆所谓的算法,只是为了一件事情,就是让系统把处理的符号变成语义。

  结构准则。智能都是主体,任何一个主体智能都是由一个个具体的结构化的单元构成。智能结构的逻辑起点是最小智能单元,而最小智能单元又由最小主体单元、最小功能单元、最小信息单元组成。语义和结构准则是决定智能处理和智能逻辑特征的基础,是所有其它准则的基础。

  具体性和有限性准则。具体性是说智能事件、智能任务和智能行为是具体的,智能结构的逻辑操作也是具体的,均不可约简、抽象。基于智能结构和具体性准则,任何主体的智能构件是有限的,任何智能任务涉及的智能构件是有限的。这是结构准则的直接推论。智能是有限的,人工智能问题求解的时候,我们指的都是一个可穷极的有限空间,不管是解的空间还是其他空间都是可穷尽的有限空间。对于智能,无限不考虑,只考虑有限。当然有限可以是指很大的数,可以大到不可想象,但再大它也是有限的。

  连接准则。生物智能的功能进化以无与伦比的连接构成了复杂的脑功能。连接是智能逻辑中最核心的东西。今天很多人都在讲神经系统、讲神经网络,但从来没讲神经系统每一个神经元为什么要有1000个神经突触。神经突触就是为了连接,而且这个连接完全是语义的而不是符号的,因为人的大脑没有处理符号信息的能力。人的大脑根本没有能力处理不是语义的信息,它对不是语义的信息视而不见、听而不闻,绝不处理。

  叠加、递减、融通三项准则。以具体主体为分析基础的智能增长有三种模式,一是叠加式增长,二是递减式增长,三是融通式增长。叠加、递减、融通三项都属于叠加准则,是智能发展的主要逻辑形态之一。这是语义操作主要的操作符,或者说主要的操作行为。

  容错和规范准则。允许出错、广泛包容是所有智能行为的普遍准则。允许不完美是容错准则的自然推论。容错准则存在于智能进化、发展、使用的所有进程中。容错是指只要不能证明绝对错、无用的东西,在智能主体里面一定要保留着,不能扔掉。基因组到现在还只是破译了2%,98%没有破译。这些东西没有参与到具体生命过程中,依然保留着98%。容错是至关重要的东西。因此,选择按照一定规范来做的事情,可以保持行为的理性。

  与基于符号处理的冯诺依曼计算架构不同,智能计算的架构是以语义为基础,以智能主体为中心,以感知或其他路径触发智能行为,经过策略确定、资源调用、任务执行、过程评价、成果学习、智能拓展的循环,形成以智能行为过程为基础的智能计算循环。以这个过程为基础,主体的智能逐步提升。智能计算架构不是支持计算,是支持智能的形成和发展。

  新的智能计算架构是什么?有三个部分,一部分是流程性的,从感知或者其他方式出发,生成这个事件如何应对、这个任务如何完成的策略,要有策略生成性,策略生成后要有执行,执行以后要有评价,这是流程性的。内部是计算所拥有的资源,有四类资源:智能主体,外部事件和外部资源,外部事件触发或者应对,外部资源利用或释放,这和冯诺依曼的计算架构相同。所有主体的所有行为都可以用这个架构来解释,而且这个架构是可以做出来的。

  在这个架构中有三个东西是极其重要的。第一个是微功能单元、第二个是微处理器、第三个是内计算。这是三个极其重要的概念。在这个架构中最基础的是微功能单元,但是这个单元有自处理能力。它不是一个静态的单元,而是一个动态的,不仅是被动的还可以是主动的。

  微处理器执行微功能单元中所有的功能。微处理器拥有并只拥有一项不可分割的处理功能,如果能分割就变成两个,直至不能分割。比如说“1+1”,它在微处理器里有两种处理方式,一种方式只做“1+1”,另一种是不处理,中间处理过程没有直接连到结论2。从微处理器为中心,一层一层叠加,变成处理的主动性而不是被动性。微处理器在逐层叠加以后变成一个系统。

  内计算是指非生物智能体计算架构自身发起并实现的计算功能。其基础是微计算系统的主动功能。智能计算架构在该架构达到完善之前处于不停息的计算之中,通过计算走向成长。只有在所有内部路径遍历之后没有新的学习材料或没有来自外部的学习材料,内计算才会停止。

  目前的冯诺依曼体系架构,计算都是通过外部赋予。非生物智能体,如果按计算的任务数量,其主要任务是内计算而不是外部赋予的,它自己需要计算,这是十分重要的。内计算有两个,一个成长性,一个维护性。所谓成长性内计算,也称为学习性内计算,可以增长内部功能。区块链也是一样,它是唯一一个真正有自己维持自己生存的非生物智能客体。之所以它还不是主体,因为它没有真正的意识,如果它有真正的意识,那么早就开始繁衍了。维护性内计算是它的功能的维持,是非生物智能体保持自身处于就绪状态的功能。

  到了今天,已经不存在超越人的生物智能进化路径,我这样说是十分严肃、严谨的。由于人的诞生,地球上其他生物进化成像人这样智能的可能性就不存在了。只要其他动物有与人相同的进化路径,人一定会切断它而不让它发生。智能已经进化到如此复杂的高级阶段,我们已经有了太多的智能主体和智能存在,不经人的赋予产生非生物智能体的可能性基本不存在。区块链是人赋予的,AlphaGo也是人赋予的。非生物智能体,不管其智能特征如何,起点都是由人赋予的。

  智能已经到了复杂的高级阶段。成长的主要模式是交互,特别是人与非生物智能体的交互,也包括非生物智能体之间跨架构的交互。

  信息和智能是不可分割的。从智能进化角度来看,没有信息就没有智能,没有信息完备表述,记忆与一切智能所有基于语义逻辑的智能行为都会失去基础。很多科学大家认为智能没有原理,当我把书已出版的书定为“智能原理”,确实冒着很大的风险,但到现在,我已经把心放下,统一的智能理论,最起码框架已经找到,虽然细节还有很多的缺口,但是总的来说,一个基本的框架已经存在。

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