前言：

二十世紀(jì)初为朋，人工智能的概念尚未誕生患亿。且看大衛(wèi)·希爾伯特传蹈、庫爾特·哥德爾、艾倫·圖靈步藕、約翰·馮·諾依曼惦界、諾伯特·維納這五位大師如何從數(shù)學(xué)問題出發(fā)，奏響人工智能之夢的序曲咙冗。

10月24日開始沾歪，集智AI學(xué)園將陸續(xù)推送“人工智能簡史”系列文章。?原文收錄于集智俱樂部第一本實(shí)體圖書《科學(xué)的極致：漫談人工智能》雾消。

《科學(xué)的極致：漫談人工智能》

人工智能之夢

——夢的開始（1900-1956）

制造出能夠像人類一樣思考的機(jī)器是科學(xué)家們最偉大的夢想之一灾搏。用智慧的大腦解讀智慧必將成為科學(xué)發(fā)展的終極。而驗(yàn)證這種解讀的最有效手段立润，莫過于再造一個(gè)智慧大腦——人工智能（Artificial Intelligence狂窑，AI）。

人們對(duì)人工智能的了解恐怕主要來自于好萊塢的科幻片桑腮。這些熒幕上的機(jī)器（見圖1-1）要么殺人如麻泉哈，如《終結(jié)者》《黑客帝國》；要么小巧可愛，如《機(jī)器人瓦利》丛晦；要么多愁善感奕纫，如《人工智能》；還有一些則大音希聲烫沙、大象無形匹层，如《黑客帝國》中的Matrix網(wǎng)絡(luò)，以及《超驗(yàn)駭客》《超體》锌蓄。所有這些熒幕上的人工智能都具備一些共同特征：異常強(qiáng)大又固、能力非凡。

然而煤率，現(xiàn)實(shí)中的人工智能卻與這些熒幕上的機(jī)器人相差甚遠(yuǎn)仰冠，但它們的確已經(jīng)在我們身邊。搜索引擎蝶糯、郵件過濾器洋只、智能語音助手Siri、二維碼掃描器昼捍、游戲中的NPC（非玩家扮演角色）都是近60年來人工智能技術(shù)實(shí)用化的產(chǎn)物识虚。這些人工智能都是一個(gè)個(gè)單一功能的“裸”程序，沒有堅(jiān)硬的妒茬、靈活的軀殼担锤，更沒有想象中那么善解人意，甚至不是一個(gè)完整的個(gè)體乍钻。為什么想象與現(xiàn)實(shí)存在那么大的差距肛循？這是因?yàn)椋嬲娜斯ぶ悄艿奶剿髦烦錆M了波折與不確定银择。

歷史上多糠，研究人工智能就像是在坐過山車，忽上忽下浩考。夢想的肥皂泡一次次被冰冷的科學(xué)事實(shí)戳破夹孔，科學(xué)家們不得不一次次重新回到夢的起點(diǎn)。作為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科析孽，人工智能的發(fā)展非常奇葩搭伤。它不像其他學(xué)科那樣從分散走向統(tǒng)一，而是從1956年創(chuàng)立以來就不斷地分裂袜瞬，形成了一系列大大小小的子領(lǐng)域怜俐。也許人工智能注定就是大雜燴，也許統(tǒng)一的時(shí)刻還未到來吞滞。然而佑菩，人們對(duì)人工智能的夢想?yún)s是永遠(yuǎn)不會(huì)磨滅的。

本章將按歷史的順序介紹人工智能的發(fā)展裁赠。從早期的哥德爾殿漠、圖靈等人的研究到“人工智能”一詞的提出，再到后期的人工智能三大學(xué)派：符號(hào)學(xué)派佩捞、連接學(xué)派和行為學(xué)派绞幌，以及近年來的新進(jìn)展：貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)一忱、通用人工智能莲蜘；最后我們將對(duì)未來的人工智能進(jìn)行展望。

夢的開始（1900—1956）

大衛(wèi)?希爾伯特

說來奇怪帘营，人工智能之夢開始于一小撮20世紀(jì)初期的數(shù)學(xué)家票渠。這些人真正做到了用方程推動(dòng)整個(gè)世界。

歷史的車輪倒回到1900年芬迄，世紀(jì)之交的數(shù)學(xué)家大會(huì)在巴黎如期召開问顷，德高望重的老數(shù)學(xué)家大衛(wèi)?希爾伯特（David Hilbert）莊嚴(yán)地向全世界數(shù)學(xué)家們宣布了23個(gè)未解決的難題。這23道難題道道經(jīng)典禀梳，而其中的第二問題和第十問題則與人工智能密切相關(guān)杜窄，并最終促成了計(jì)算機(jī)的發(fā)明。

希爾伯特的第二問題來源于一個(gè)大膽的想法——運(yùn)用公理化的方法統(tǒng)一整個(gè)數(shù)學(xué)算途，并運(yùn)用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推理證明數(shù)學(xué)自身的正確性塞耕。這個(gè)野心被后人稱為希爾伯特綱領(lǐng)，雖然他自己沒能證明嘴瓤，但卻把這個(gè)任務(wù)交給了后來的年輕人扫外，這就是希爾伯特第二問題：證明數(shù)學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)同時(shí)具備一致性（數(shù)學(xué)真理不存在矛盾）和完備性（任意真理都可以被描述為數(shù)學(xué)定理）。

庫爾特?哥德爾

希爾伯特的勃勃野心無疑激勵(lì)著每一位年輕的數(shù)學(xué)家廓脆，其中就包括一個(gè)來自捷克的年輕人：庫爾特?哥德爾（Kurt Godel）畏浆。他起初是希爾伯特的忠實(shí)粉絲，并致力于攻克第二問題狞贱。然而刻获，他很快發(fā)現(xiàn)，自己之前的努力都是徒勞的瞎嬉，因?yàn)橄柌氐诙栴}的斷言根本就是錯(cuò)的：任何足夠強(qiáng)大的數(shù)學(xué)公理系統(tǒng)都存在著瑕疵：一致性和完備性不能同時(shí)具備蝎毡。很快，哥德爾倒戈了氧枣，他背叛了希爾伯特沐兵，但卻推動(dòng)了整個(gè)數(shù)學(xué)的發(fā)展，于1931年提出了被美國《時(shí)代周刊》評(píng)選為20世紀(jì)最有影響力的數(shù)學(xué)定理：哥德爾不完備性定理便监。

盡管早在1931年扎谎，人工智能學(xué)科還沒有建立碳想，計(jì)算機(jī)也沒有發(fā)明，但是哥德爾定理似乎已經(jīng)為人工智能提出了警告毁靶。這是因?yàn)槿绻覀儼讶斯ぶ悄芤部醋饕粋€(gè)機(jī)械化運(yùn)作的數(shù)學(xué)公理系統(tǒng)胧奔，那么根據(jù)哥德爾定理，必然存在著某種人類可以構(gòu)造预吆、但是機(jī)器無法求解的人工智能的“軟肋”龙填。這就好像我們無法揪著自己的腦袋脫離地球，數(shù)學(xué)無法證明數(shù)學(xué)本身的正確性拐叉，人工智能也無法僅憑自身解決所有問題岩遗。所以，存在著人類可以求解但是機(jī)器卻不能解的問題凤瘦，人工智能不可能超過人類宿礁。

但問題并沒有這么簡單，上述命題成立的一個(gè)前提是人與機(jī)器不同蔬芥，不是一個(gè)機(jī)械的公理化系統(tǒng)窘拯。然而，這個(gè)前提是否成立迄今為止我們并不知道坝茎，所以這一問題仍在爭論之中涤姊。關(guān)于此觀點(diǎn)的延伸討論請(qǐng)參見本書第4章（《一條永恒的金帶》）。

艾倫?圖靈

另外一個(gè)與哥德爾年齡相仿的年輕人被希爾伯特的第十問題深深地吸引了嗤放，并決定為此奉獻(xiàn)一生思喊。這個(gè)人就是艾倫?圖靈（Alan Turing）。

希爾伯特第十問題的表述是：“是否存在著判定任意一個(gè)丟番圖方程有解的機(jī)械化運(yùn)算過程次酌『蘅危”這句話的前半句比較晦澀，我們可以先忽略岳服，因?yàn)楹蟀刖涫?b>重點(diǎn)剂公，“機(jī)械化運(yùn)算過程”用今天的話說就是算法。然而吊宋，當(dāng)年纲辽，算法這個(gè)概念還是相當(dāng)模糊的。于是璃搜，圖靈設(shè)想出了一個(gè)機(jī)器——圖靈機(jī)拖吼，它是計(jì)算機(jī)的理論原型，圓滿地刻畫出了機(jī)械化運(yùn)算過程的含義这吻，并最終為計(jì)算機(jī)的發(fā)明鋪平了道路吊档。

圖靈機(jī)模型（見圖1-2）形象地模擬了人類進(jìn)行計(jì)算的過程。假如我們希望計(jì)算任意兩個(gè)3位數(shù)的加法：139+919唾糯。我們需要一張足夠大的草稿紙以及一支可以在紙上不停地涂涂寫寫的筆怠硼。之后鬼贱，我們需要從個(gè)位到百位一位一位地按照10以內(nèi)的加法規(guī)則完成加法。我們還需要考慮進(jìn)位香璃，例如9+9=18这难，這個(gè)1就要加在十位上。我們是通過在草稿紙上記下適當(dāng)?shù)臉?biāo)記來完成這種進(jìn)位記憶的增显。最后，我們把計(jì)算的結(jié)果輸出到了紙上脐帝。

圖靈機(jī)把所有這些過程都模型化了：草稿紙被模型化為一條無限長的紙帶同云，筆被模型化為一個(gè)讀寫頭，固定的10以內(nèi)的運(yùn)算法則模型化為輸入給讀寫頭的程序堵腹，對(duì)于進(jìn)位的記憶則被模型化為讀寫頭的內(nèi)部狀態(tài)炸站。于是，設(shè)定好紙帶上的初始信息疚顷，以及讀寫頭的當(dāng)前內(nèi)部狀態(tài)和程序規(guī)則旱易，圖靈機(jī)就可以運(yùn)行起來了。它在每一時(shí)刻讀入一格紙帶的信息腿堤，并根據(jù)當(dāng)前的內(nèi)部狀態(tài)阀坏，查找相應(yīng)的程序，從而給出下一時(shí)刻的內(nèi)部狀態(tài)并輸出信息到紙帶上笆檀。關(guān)于圖靈機(jī)的詳細(xì)描述忌堂，請(qǐng)參見本書第2章（《圖靈的計(jì)算王國》）。

圖靈機(jī)模型一經(jīng)提出就得到了科學(xué)家們的認(rèn)可酗洒，這無疑給了圖靈莫大的鼓勵(lì)士修。他開始鼓起勇氣，展開想象的翅膀樱衷，進(jìn)一步思考圖靈機(jī)運(yùn)算能力的極限棋嘲。1940年，圖靈開始認(rèn)真地思考機(jī)器是否能夠具備類人的智能矩桂。他馬上意識(shí)到這個(gè)問題的要點(diǎn)其實(shí)并不在于如何打造強(qiáng)大的機(jī)器沸移，而在于我們?nèi)祟惾绾慰创悄埽匆罁?jù)什么標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)一臺(tái)機(jī)器是否具備智能侄榴。于是阔籽，圖靈在1950年發(fā)表了《機(jī)器能思考嗎？》一文牲蜀，提出了這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：如果一臺(tái)機(jī)器通過了“圖靈測試”笆制，則我們必須接受這臺(tái)機(jī)器具有智能。那么涣达，圖靈測試究竟是怎樣一種測試呢在辆？

如圖1-3所示证薇，假設(shè)有兩間密閉的屋子，其中一間屋子里面關(guān)了一個(gè)人匆篓，另一間屋子里面關(guān)了一臺(tái)計(jì)算機(jī)：進(jìn)行圖靈測試的人工智能程序浑度。然后，屋子外面有一個(gè)人作為測試者鸦概，測試者只能通過一根導(dǎo)線與屋子里面的人或計(jì)算機(jī)交流——與它們進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)聊天箩张。假如測試者在有限的時(shí)間內(nèi)無法判斷出這兩間屋子里面哪一個(gè)關(guān)的是人，哪一個(gè)是計(jì)算機(jī)窗市，那么我們就稱屋子里面的人工智能程序通過了圖靈測試先慷，并具備了智能。事實(shí)上咨察，圖靈當(dāng)年在《機(jī)器能思考嗎论熙？》一文中設(shè)立的標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)寬泛：只要有30%的人類測試者在5分鐘內(nèi)無法分辨出被測試對(duì)象，就可以認(rèn)為程序通過了圖靈測試摄狱。

2014年6月12日脓诡，一個(gè)名為“尤金”（Eugene Goostman）的聊天程序（見圖1-4）成功地在5分鐘內(nèi)蒙騙了30%的人類測試者，從而達(dá)到了圖靈當(dāng)年提出來的標(biāo)準(zhǔn)媒役。很多人認(rèn)為祝谚，這款程序具有劃時(shí)代的意義，它是自圖靈測試提出64年后第一個(gè)通過圖靈測試的程序酣衷。但是踊跟，很快就有人提出這只不過是一個(gè)噱頭，該程序并沒有宣傳的那么厲害鸥诽。例如商玫，谷歌公司的工程總監(jiān)、未來學(xué)家雷?庫茲韋爾（Ray Kurzweil）就表示牡借，這個(gè)聊天機(jī)器人號(hào)稱只有13歲拳昌，并使用第二語言來回答問題，這成為了該程序重大缺陷的借口钠龙。另外炬藤，測試者只有5分鐘與之展開互動(dòng)，這大大增加了他們在短期內(nèi)被“欺騙”的概率碴里。

由此可見沈矿，圖靈將智能等同于符號(hào)運(yùn)算的智能表現(xiàn)，而忽略了實(shí)現(xiàn)這種符號(hào)智能表現(xiàn)的機(jī)器內(nèi)涵咬腋。這樣做的好處是可以將所謂的智能本質(zhì)這一問題繞過去羹膳，它的代價(jià)是人工智能研制者們會(huì)把注意力集中在如何讓程序欺騙人類測試者上，甚至可以不擇手段根竿。所以陵像，對(duì)于將圖靈測試作為評(píng)判機(jī)器具備智能的唯一標(biāo)準(zhǔn)就珠，很多人開始質(zhì)疑。因?yàn)槿祟愔悄苓€包括諸如對(duì)復(fù)雜形式的判斷醒颖、創(chuàng)造性地解決問題的方法等妻怎，而這些特質(zhì)都無法在圖靈測試中體現(xiàn)出來。

總而言之泞歉，圖靈的研究無疑大大推動(dòng)了人工智能的進(jìn)展逼侦。然而，圖靈本人卻于1954年死于一個(gè)被劇毒氰化物注射過的蘋果腰耙，享年僅僅42歲榛丢。傳聞他是一名同性戀，這在當(dāng)時(shí)的英國是非法的沟优。于是英國政府強(qiáng)行給他注射一種藥物抑制他的同性戀傾向涕滋，這導(dǎo)致他最終在治療期間痛苦萬分地自殺了睬辐。據(jù)說挠阁，蘋果公司為了紀(jì)念這位計(jì)算機(jī)科學(xué)之父，特意用那個(gè)被圖靈咬掉一口的蘋果作為公司的logo溯饵。1966年侵俗，美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)設(shè)立了以圖靈命名的圖靈獎(jiǎng)，以專門獎(jiǎng)勵(lì)那些對(duì)計(jì)算機(jī)事業(yè)作出重要貢獻(xiàn)的人丰刊，這相當(dāng)于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)隘谣。

約翰?馮?諾依曼

就在哥德爾絞盡腦汁捉摸希爾伯特第二問題的時(shí)候，另外一個(gè)來自匈牙利布達(dá)佩斯的天才少年也在思考同樣的問題啄巧，他就是大名鼎鼎的約翰?馮?諾依曼（John von Neumann）寻歧。

然而，馮?諾依曼遠(yuǎn)沒有哥德爾走運(yùn)秩仆。到了1931年码泛，馮?諾依曼即將在希爾伯特第二問題上獲得突破，卻突然得知哥德爾已經(jīng)發(fā)表了哥德爾定理澄耍，先他一步噪珊。于是，馮?諾依曼一氣之下開始轉(zhuǎn)行研究起了量子力學(xué)齐莲。就在他的量子力學(xué)研究即將結(jié)出碩果之際痢站，另外一位天才物理學(xué)家保羅?狄拉克（Paul Dirac）又一次搶了他的風(fēng)頭，出版了《量子力學(xué)原理》选酗，并一舉成名阵难。這比馮?諾依曼的《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》整整早了兩年。

受到兩次打擊之后芒填，馮?諾依曼開始把部分注意力從基礎(chǔ)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)向了工程應(yīng)用領(lǐng)域多望，終于大獲成功嫩舟。1945年，憑借出眾的才華怀偷，馮?諾依曼在火車上完成了早期的計(jì)算機(jī)EDVAC的設(shè)計(jì)家厌，并提出了我們現(xiàn)在熟知的“馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)”。

馮?諾依曼的計(jì)算機(jī)與圖靈機(jī)是一脈相承的椎工，但最大的不同就在于饭于，馮?諾依曼的讀寫頭不再需要一格一格地讀寫紙帶，而是根據(jù)指定的地址维蒙，隨機(jī)地跳到相應(yīng)的位置完成讀寫掰吕。這也就是我們今天所說的隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器（Random Access Memory，RAM）的前身颅痊。關(guān)于馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的工作原理殖熟，請(qǐng)參見本書第3章（《從零開始的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》）。

馮?諾依曼的計(jì)算機(jī)終于使得數(shù)學(xué)家們的研究結(jié)出了碩果斑响，也最終推動(dòng)著人類歷史進(jìn)入了信息時(shí)代菱属，使得人工智能之夢成為了可能。

諾伯特?維納

我們要介紹的最后一位數(shù)學(xué)家是美國的天才神童諾伯特?維納（Norbert Wiener）舰罚。據(jù)說維納三歲的時(shí)候就開始在父親的影響下讀天文學(xué)和生物學(xué)的圖書纽门。七歲的時(shí)候他所讀的物理學(xué)和生物學(xué)的知識(shí)范圍已經(jīng)超出了他父親。他年紀(jì)輕輕就掌握了拉丁語营罢、希臘語赏陵、德語和英語，并且涉獵人類科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域饲漾。后來蝙搔，他留學(xué)歐洲，曾先后拜師于羅素考传、希爾伯特吃型、哈代等哲學(xué)、數(shù)學(xué)大師伙菊。維納在他70年的科學(xué)生涯中败玉，先后涉足數(shù)學(xué)、物理學(xué)镜硕、工程學(xué)和生物學(xué)运翼，共發(fā)表240多篇論文，著作14本兴枯。

然而血淌，與我們的主題最相關(guān)的，則要數(shù)維納于1948年提出來的新興學(xué)科“控制論”（Cybernetics）了。“Cybernetics”一詞源于希臘語的“掌舵人”悠夯。在控制論中癌淮，維納深入探討了機(jī)器與人的統(tǒng)一性——人或機(jī)器都是通過反饋完成某種目的的實(shí)現(xiàn)，因此他揭示了用機(jī)器模擬人的可能性沦补，這為人工智能的提出奠定了重要基礎(chǔ)乳蓄。維納也是最早注意到心理學(xué)、腦科學(xué)和工程學(xué)應(yīng)相互交叉的人之一夕膀，這促使了后來認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展虚倒。

這幾位數(shù)學(xué)大師不滿足于“躲進(jìn)小樓成一統(tǒng)”，埋頭解決一兩個(gè)超級(jí)數(shù)學(xué)難題产舞。他們的思想大膽地?fù)肀Я税唏g復(fù)雜的世界魂奥，最終用他們的方程推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，開啟了人工智能之夢易猫。

未完持續(xù)......

后續(xù)文章：

人工智能之夢——夢的延續(xù)（1956-1980）

人工智能之夢——群龍無首（1980-2010）

人工智能之夢——夢醒何方（2010至今）

原書：《科學(xué)的極致：漫談人工智能》豆瓣評(píng)分8.3

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