人工智能通識教程 第2版 課件 第1章 思考的工具

第2版人工智能通識教程什么是ChatGPTOpenAI是一家人工智能研究實驗室，進(jìn)行AI研究的目的是促進(jìn)和開發(fā)友好的AI。OpenAI系統(tǒng)運行在世界上第五強(qiáng)大的超級計算機(jī)上。馬斯克、微軟都是該組織的捐助者。2020年OpenAI發(fā)布GPT-3，這是一種在大型互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集上訓(xùn)練的語言模型，旨在用自然語言回答問題，但它也可以在語言之間進(jìn)行翻譯并連貫地生成即興文本。什么是ChatGPT2021年OpenAI推出DALL-E，這是一種深度學(xué)習(xí)模型，可以從自然語言描述中生成數(shù)字圖像。2022年12月，OpenAI推出基于GPT-3.5的新型AI聊天機(jī)器人ChatGPT，受到媒體的廣泛報道。在發(fā)布僅兩個月后就擁有1億用戶（成為史上用戶增長最快的應(yīng)用）。2023年3月14日，OpenAI發(fā)布了GPT-4聊天機(jī)器人語言模型。相比GPT3.5，GPT4.0訪問更加穩(wěn)定，數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，并且更加符合我們?nèi)祟惖乃季S方式。簡而言之，更智能！什么是MidjourneyMidjourney（簡稱MJ）是AI繪圖里實用性最強(qiáng)的軟件，其開發(fā)團(tuán)隊是美國舊金山的小型自籌資金團(tuán)隊，專注于設(shè)計、人類基礎(chǔ)設(shè)施和人工智能。MJ是一個致力于探索新的思維方式并擴(kuò)展人類的想象力的人工智能繪圖平臺。它于2022年7月12日首次公測，并于2022年3月14日正式以架設(shè)在Discord上的服務(wù)器形式推出，用戶注冊Discord并加入MJ服務(wù)器即可開始AI創(chuàng)作。ChatGPT+Midjourney一雙丹鳳三角眼，兩彎柳葉吊梢眉，身量苗條，體格風(fēng)騷，粉面含春威不露，丹唇未啟笑先聞。ApairofDanfengtriangleeyes,Twocurvedwillowleaveshangingeyebrows,Slimandcoquettish,Powdernoodlescontainspringpower,Dandidn'tsmileandsmellfirst.谷歌翻譯：王熙鳳ChatGPT+Midjourney一雙丹鳳三角眼，兩彎柳葉吊梢眉，身量苗條，體格風(fēng)騷，粉面含春威不露，丹唇未啟笑先聞。ApairofDanfengtriangleeyes,Twocurvedwillowleaveshangingeyebrows,Slimandcoquettish,Powdernoodlescontainspringpower,Dandidn'tsmileandsmellfirst.谷歌翻譯：王熙鳳第1章周蘇教授QQ：81505050思考的工具導(dǎo)讀案例：聰明的漢斯大約在1900年，德國柏林有一匹馬，人稱“聰明的漢

斯”，據(jù)說這匹馬精通數(shù)學(xué)。01計算的淵源02巴貝奇與數(shù)學(xué)機(jī)器03計算機(jī)的出現(xiàn)04計算機(jī)的智能行為目錄/CONTENTS05人工智能大師人類，又稱智人，即有智慧的人，這是因為智能對于人類來說尤其重要。幾千年來，人們一直在試圖理解人類是如何思考和行動的，不斷地了解人類的大腦是如何憑借它那小部分的物質(zhì)去感知、理解、預(yù)測并操縱一個遠(yuǎn)比其自身更大更復(fù)雜的世界。第1章思考的工具人工智能（artificialintelligence，AI）是計算機(jī)科學(xué)的重要分支，它涉及理解和構(gòu)建智能實體，并確保這些機(jī)器在各種情況下都能有效和安全地行動。人工智能對世界的影響“將超過迄今為止人類歷史上的任何事物”，它包含從學(xué)習(xí)、推理、感知等通用領(lǐng)域到下棋、數(shù)學(xué)證明、寫詩、駕駛或疾病診斷等子領(lǐng)域，人工智能可以與任何智能任務(wù)產(chǎn)生聯(lián)系。第1章思考的工具PART01計算的淵源幾千年來，人類一直在利用工具幫助其思考。最原始的工具之一可能就是小鵝卵石了。牧羊人會將與羊群數(shù)量一致的小石頭放在包里隨身攜帶。當(dāng)他想要確定是否所有羊都在時，只需要數(shù)一只羊

掏出一顆石頭，如果包里的石頭還有剩余，

那一定是有羊走丟了。1.1計算的淵源從人們開始用石頭代表數(shù)字，慢慢地，用來代表5、10、12、20等不同數(shù)字的石頭也就出現(xiàn)了，中世紀(jì)無處不在的計數(shù)板就直接來源于此，同樣的理念還催生了現(xiàn)代算盤。幾個世紀(jì)以來，人類發(fā)明的如計算尺和計算器這樣的工具，在一定程度上減輕了人們的腦力勞動量。1.1計算的淵源古人利用機(jī)械進(jìn)行的腦力勞動遠(yuǎn)不止計數(shù)。地處英格蘭威爾特郡索爾茲伯里平原上，約建造于公元前2300年左右的巨石陣，是歐洲著名的史前時代文化神廟遺址，它由一些約重50噸的巨大石頭組成，呈環(huán)形屹立在綠色的曠野間。巨石陣的主軸線、通往石柱的古道和夏至日早晨初升的太陽在同一條線上，其中還有兩塊石頭的連線指向冬至日落的方向。在英國人的心目中，這是一個神圣的地方。1.1.1巨石陣巨石陣遺跡被用來確定冬至和夏至，同時也可以用于預(yù)測日食及其他天文事件，其實數(shù)字就蘊(yùn)藏在它們的結(jié)構(gòu)中。比如，遺跡正中呈馬蹄形分布的19塊巨石，太陽和月亮的位置以19年為一周期周而復(fù)始。按照這種做法，人們只要每個月將標(biāo)記從一塊石頭移到另一塊石頭上，就可以利用它們來預(yù)測日食。日食的發(fā)生十分不穩(wěn)定，取決于特定時間內(nèi)不同長度的幾個周期的重合，因此，預(yù)測日食需要人們進(jìn)行大量艱辛的計算，能夠追蹤這些周期的工具自然就十分珍貴。不過，并沒有證據(jù)表明古人曾出于這樣的目的使用過這個巨石陣。石陣中的數(shù)字很可能只是用于展現(xiàn)圣知，展現(xiàn)神的力量。1.1.1巨石陣1900年，一群海洋潛水員在希臘的安提基特拉島附近發(fā)現(xiàn)了一艘位于海平面以下約45米的羅馬船只殘骸。當(dāng)?shù)卣篮笈煽脊艑W(xué)家對沉船進(jìn)行了為期一年的考察，還原了許多物件。在這些物件中，人們發(fā)現(xiàn)了許多目前認(rèn)為是天體觀測儀的金屬殘片，這些殘片被嚴(yán)重腐蝕，只是表面上還留有轉(zhuǎn)盤的痕跡，被稱之為安提基特拉機(jī)械殘片。1.1.2安提基特拉機(jī)械人們花了相當(dāng)長的時間才揭開這個機(jī)械的秘密。1951年拍攝的X光片證明它比我們原想的要復(fù)雜得多。直到21世紀(jì)，人們才得以利用先進(jìn)科技辨別它的細(xì)節(jié)設(shè)計，這一探索過程至今仍在進(jìn)行當(dāng)中。安提基特拉機(jī)械可追溯至公元前150—前100年，它包含至少36個手工齒輪，只需要設(shè)置日期盤，就能夠預(yù)測太陽和月亮的位置以及某些恒星的上升和下降。該機(jī)械可能還曾被用于預(yù)測日食，因為人們發(fā)現(xiàn)在一塊殘片上，19年這一周期被刻成了螺旋狀，此外，很有可能它還展示了當(dāng)時所知的五顆行星的位置。它的操作可謂神奇，只要簡單地轉(zhuǎn)動手柄就可以查看天際旋轉(zhuǎn)，工藝如此復(fù)雜的機(jī)械恐怕再過一千年都很難被復(fù)刻，其價值難以估量。1.1.2安提基特拉機(jī)械傳說在13世紀(jì)左右，一個德國商人告訴他的兒子，如果他只是想學(xué)加法和減法，上德國的大學(xué)就足夠了，但如果他還想要學(xué)乘法和除法，那就必須去意大利才行。數(shù)千年甚至數(shù)萬年來，人類智商并沒有什么突破性的變化，簡單的算術(shù)何以變得如此困難呢？因為當(dāng)時所有的數(shù)字都是用羅馬數(shù)字寫成的，只要想象一下將VI乘以VII得到XLII的復(fù)雜程度，就能想到像今天一樣在紙上計算是完全不可能的，這種復(fù)雜的操作需要依賴于計數(shù)板才能進(jìn)行。板的表面標(biāo)有網(wǎng)格，有表示個位、十位、百位等的豎列。1.1.3阿拉伯?dāng)?shù)字人們將計數(shù)器放在板上，按照規(guī)則進(jìn)行計算，與我們的長除法和長乘法大致相同，這些計數(shù)板讓算術(shù)成為可能。但正如上面的故事所表現(xiàn)出來的那樣，這個過程一點也不容易。實際上，古印度很早就想出了解決這些難題的方法。印度數(shù)學(xué)家使用一套十位數(shù)碼，規(guī)定每個位置的數(shù)字所代表的數(shù)位，按個、十、百依次類推。這一規(guī)則與今天的進(jìn)位制一致，在讀到“234”這個數(shù)字時，我們可以知道它包含了兩個一百、三個十及個位數(shù)四。1.1.3阿拉伯?dāng)?shù)字這個概念一路向西經(jīng)過阿拉伯傳到了歐洲，途中遭遇了無數(shù)質(zhì)疑和抵制的目光。遭受非議最多的就是數(shù)字“0”，在那之前這個數(shù)字幾乎沒有被提及過。有時候“0”沒有實際意義，比如，出現(xiàn)在數(shù)字“3”前面構(gòu)成“03”時，“03”和“3”在本質(zhì)上沒有區(qū)別。但有些時候它可以與其他數(shù)字相乘，構(gòu)成十位數(shù)、百位數(shù)，甚至更大數(shù)位的數(shù)字，比如，“30”和“3”就完全不同了。與印度數(shù)碼不同，每一個羅馬數(shù)字的值都是恒定不變的，“I”就代表1，“X”就代表10。一開始，“0”不是被當(dāng)成數(shù)字對待，而是不倫不類的外來者。然而，隨著時間的推移，新方法的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來，并最終取代了原來的舊體系，從而大大提高了計算速度和解答復(fù)雜問題的能力。1.1.3阿拉伯?dāng)?shù)字PART02巴貝奇與數(shù)學(xué)機(jī)器1821年，英國數(shù)學(xué)家兼發(fā)明家查爾斯·巴貝奇開始了對數(shù)學(xué)機(jī)器的研究，這也成為他幾乎奮斗一生的事業(yè)。不像今天我們擁有的便攜式計算器和智能手機(jī)應(yīng)用，當(dāng)時人們還沒有辦法快速解決復(fù)雜計算問題，只能通過紙筆運算，過程漫長并且極有可能出錯。于是，人們針對一些特殊應(yīng)用制成了相應(yīng)的速算表格，例如，可以根據(jù)給定的貸款利率確定還款額，或計算一定范圍內(nèi)的槍支射角和裝載量，但由于這些表格需要手工排版和描繪，所以出錯還是在所難免。1.2巴貝奇與數(shù)學(xué)機(jī)器一次，巴貝奇在與好友約翰·赫歇爾費盡心思檢查這樣的函數(shù)表時，不禁感嘆：如果這些計算能通過蒸汽動力執(zhí)行該有多好！這位天才數(shù)學(xué)家也因此立志要實現(xiàn)這一目標(biāo)。1.2巴貝奇與數(shù)學(xué)機(jī)器在英國政府的資金支持下，巴貝奇創(chuàng)造了差分機(jī)。差分機(jī)與我們熟知的計算機(jī)不同，它只能進(jìn)行諸如編制表格這樣的簡單計算。差分機(jī)體積龐大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重達(dá)3.6公噸（4噸）。然而，由于巴貝奇與工匠在機(jī)器零部件方面產(chǎn)生分歧，英國政府在支出1.75萬英鎊后也對該項目失去了信心，因此差分機(jī)一直都沒能最終完成。1.2.1差分機(jī)在差分機(jī)工程停歇的時候，巴貝奇遇見了時年17歲的數(shù)學(xué)家埃達(dá)·拜倫，她是詩人拜倫勛爵的女兒。巴貝奇被埃達(dá)的數(shù)學(xué)能力所折服，邀請埃達(dá)參觀差分機(jī)，埃達(dá)也癡迷上了這類機(jī)器。1.2.1差分機(jī)巴貝奇繼續(xù)進(jìn)行他的工作，不過不再是差分機(jī)，而是一項被稱為分析機(jī)的更加宏大的工程。分析機(jī)利用了與提花機(jī)所用類似的鑿孔卡紙，可以勝任所有數(shù)學(xué)計算，本有希望成為真正的機(jī)械計算機(jī)。1.2.2分析機(jī)1801年提花織機(jī)首次面世，這是第一臺使用鑿孔卡紙來記錄數(shù)據(jù)的設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)特點是利用紙帶鑿孔控制頂針穿入，代替經(jīng)緯線組織點。提花機(jī)能夠編織出復(fù)雜精美的花樣，大大提高了紡織效率。1.2.2分析機(jī)1842年，巴貝奇請求埃達(dá)幫他將一篇與機(jī)器相關(guān)的法文文章翻譯成英文，并按照她的理解添加注解。埃達(dá)在注解中包含了一套機(jī)器編程系統(tǒng)，這也被認(rèn)為是人類首個出版的計算機(jī)程序，埃達(dá)因此被人們稱為第一位計算機(jī)程序員?？梢院艽_定地說，埃達(dá)對分析機(jī)的了解程度不比除巴貝奇之外的任何人低，然而她卻對機(jī)器能帶來智能產(chǎn)物這一點深感懷疑。她曾寫道：“分析機(jī)不該自命不凡，自詡無論什么問題都能解決。它只能完成我們告訴它應(yīng)該怎么做的事情。它能遵循分析，但沒有能力預(yù)測任何解析關(guān)系或事實。它的職責(zé)就是幫助我們利用那些我們已經(jīng)熟知了的事情。”1.2.2分析機(jī)分析機(jī)的制造仍然沒有完成，甚至設(shè)計都不完整，自始至終只是一系列局部圖表而已。然而，在研究分析機(jī)的過程中，巴貝奇總結(jié)了一些原則和提升空間，從而提出了一套全新的差分機(jī)設(shè)計方案。缺乏資金支持的第二代差分機(jī)后來還是被制作了出來。1985—2002年，倫敦科學(xué)博物館根據(jù)巴貝奇的設(shè)計方案，利用19世紀(jì)可以得到的材料，在容差范圍內(nèi)完成了二代差分機(jī)的制作，機(jī)器也正如巴貝奇預(yù)料的那樣能正常工作。1.2.2分析機(jī)公元8年，羅馬詩人奧維德完成了他的15卷史詩《變形記》，其中（第十卷，故事七）包含了皮格瑪利翁的故事。皮格瑪利翁厭棄身邊女子的頹靡做派，雕刻了一座象牙少女像并愛上了她，他將雕像當(dāng)成自己的妻子，給她穿上華美的衣裳，戴上美麗的珠寶，甚至與她同床共枕。維納斯節(jié)來臨時，他真摯地祈禱：“如果神能夠賦予一切，請將這座象牙雕像變成我的妻子。”維納斯聽到了他的禱告，當(dāng)他再次回到雕像身邊時，驚訝地發(fā)現(xiàn)雕像竟在他的愛撫下變成了一位活生生的少女。1.2.3“機(jī)器人”的由來除了表現(xiàn)人類癡迷于人工智能，很明顯，這個故事背后還蘊(yùn)藏著其他含義，它表明，在那個時代，將無生命的物體變成有生命的存在并不是一件不可思議的事情?？ɡ谞枴で∨蹇说摹读_梭的萬能工人》是一部于1920年首次展演的舞臺劇。該劇的捷克語劇名被譯為英語，其中的“Robot”一詞就源于古捷克語，意為“強(qiáng)迫性勞工”。該劇中的機(jī)器人（Robot）不是機(jī)械裝置，而是沒有情感的人造生命體。一開始這些機(jī)器人還沒有近似人類，直到最后，在消滅了人類種族之后，它們才擁有了愛的能力。1.2.3“機(jī)器人”的由來PART03計算機(jī)的出現(xiàn)科學(xué)家創(chuàng)造出了汽車、火車、飛機(jī)、收音機(jī)這樣無數(shù)的技術(shù)系統(tǒng)，它們模仿并拓展了人類身體器官的功能。但是，技術(shù)系統(tǒng)能不能模仿人類大腦的功能呢？到目前為止，人們對人類大腦還知之甚少，僅僅知道它是由100億到1000億個神經(jīng)細(xì)胞組成的器官，模仿它或許是天下最困難的事情了。1.3計算機(jī)的出現(xiàn)20世紀(jì)40年代，那時候還沒有“計算機(jī)（Computer）”這個詞。在Z3計算機(jī)、離散變量自動電子計算機(jī)和小規(guī)模實驗機(jī)面世之前，“Computer”指的是做計算的人。這些計算員在桌子前一坐就是一整天，面對一張紙、一份打印的指示手冊，可能還有一臺機(jī)械加法機(jī)，按照指令一步步地費力工作，最后得出一個結(jié)果。只有他們足夠仔細(xì)，結(jié)果才可能正確。1.3計算機(jī)的出現(xiàn)面對全球沖突，戰(zhàn)爭的雙方都會通過無線電發(fā)送命令和戰(zhàn)略信息，而這些信號同樣可以被敵方截獲，為了防止信息泄露，軍方會對信號進(jìn)行加密。能否破解敵方編碼關(guān)乎著成百上千人的性命，自動化破解過程顯然大有裨益。于是，一幫數(shù)學(xué)家開始致力于盡可能快地解決復(fù)雜數(shù)學(xué)問題。這樣，到戰(zhàn)爭結(jié)束時，人們已經(jīng)制造出了兩臺機(jī)器，它們可以被看做是現(xiàn)代計算機(jī)的源頭。1.3.1為戰(zhàn)爭而發(fā)展的計算機(jī)器一臺是美國的電子數(shù)字積分計算機(jī)（ENIAC），它被譽(yù)為世界上第一臺通用電子數(shù)字計算機(jī)，另一臺是英國的巨人計算機(jī)（Colossus）。這兩臺計算機(jī)都不能像今天的計算機(jī)一樣進(jìn)行編程，配置新任務(wù)時需要進(jìn)行移動電線和推動開關(guān)等一系列操作。但受其制造經(jīng)驗的啟發(fā)，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后僅用了三年的時間，第一臺真正意義上的計算機(jī)就成功問世了。1.3.1為戰(zhàn)爭而發(fā)展的計算機(jī)器早期計算機(jī)，諸如英國曼切斯特大學(xué)研制的小規(guī)模實驗機(jī)（SSEM）和美國陸軍彈道研究實驗室研制的離散變量自動電子計算機(jī)（EDVAC）已經(jīng)具備了真正計算機(jī)的特性，它們是通用的，此外，它們的存儲器還會對程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存。Z3計算機(jī)是第二次世界大戰(zhàn)期間德國研制成功的，比同盟國所有計算機(jī)都要先進(jìn)，作為通用計算機(jī)，它與現(xiàn)代計算機(jī)唯一不同之處，是其利用紙帶而非存儲器來存儲程序。1943年，Z3計算機(jī)在盟軍對柏林的空襲中毀于一旦。而ENIAC計算機(jī)專為美國陸軍軍械部隊所造，主要用于計算大炮射程表，對氫彈研制背后的數(shù)學(xué)計算也做出了重要貢獻(xiàn)。1.3.1為戰(zhàn)爭而發(fā)展的計算機(jī)器在第二次世界大戰(zhàn)期間，人們?yōu)橥瓿商囟ㄈ蝿?wù)而研制的計算機(jī)，如同差分機(jī)一樣只能進(jìn)行一項計算工作，如果目標(biāo)任務(wù)改變就必須重新再設(shè)計一臺。因此，為了簡化操作，人們推出了電子數(shù)字積分計算機(jī)，它由一系列零部件構(gòu)成，通過線路的不同組合可以進(jìn)行不同計算。由此，在面對新任務(wù)時，人們不再需要重新制造計算機(jī)，只要將一臺機(jī)器的線路重新組合即可。1.3.1為戰(zhàn)爭而發(fā)展的計算機(jī)器今天，計算機(jī)幾乎存在于所有電子設(shè)備之中，通常只是因為它比其他選項都要便宜，這類計算機(jī)被稱為嵌入式計算機(jī)。比起亂七八糟的一堆組件，嵌入式計算機(jī)只用一個簡單芯片就可以實現(xiàn)所有功能。這類計算機(jī)運行速度不同、體積大小不一，但從根本上講，它們的功用都是一樣的。1.3.2計算機(jī)無處不在烤面包機(jī)內(nèi)嵌的計算機(jī)存儲器可能無法運行電子制表程序，它也沒有顯示屏、鍵盤和鼠標(biāo)供人機(jī)交互使用，但這些都是物理限制。如果為其配備更高級的存儲器和合適的外圍設(shè)備，它同樣能夠用來運行指定的任何程序。事實上，這類計算機(jī)大部分只在工廠進(jìn)行一次編程，這樣做是為了對運行的程序進(jìn)行加密，同時降低可能因改編程序引起的售后服務(wù)成本。與臺式計算機(jī)相比，嵌入式計算機(jī)的運行速度要慢得多。1.3.2計算機(jī)無處不在機(jī)器人其實就是配有特殊外圍設(shè)備的電子設(shè)備，諸如手臂和輪子，以幫助其與外部環(huán)境進(jìn)行交互。機(jī)器人內(nèi)部的計算機(jī)能夠運行程序，它的攝像頭拍攝物體影像后，相關(guān)程序通過數(shù)據(jù)中心里的貓和狗的照片就可以對影像進(jìn)行區(qū)分，以此來幫助機(jī)器人在現(xiàn)實環(huán)境中辨認(rèn)物體。1.3.2計算機(jī)無處不在電子計算機(jī)簡稱計算機(jī)，俗稱電腦，是一種通用的信息處理機(jī)器，它能執(zhí)行可以充分詳細(xì)描述的任何過程。用于描述解決特定問題的步驟序列稱為算法，算法可以變成軟件（程序）以確定硬件（物理機(jī)）能做什么。創(chuàng)建軟件的過程稱為程序設(shè)計，也稱編程。1.3.3通用計算機(jī)中國的第一臺電子計算機(jī)誕生于1958年。在2023年6月的榜單中，進(jìn)入全球超算前十強(qiáng)的超級計算機(jī)中，中國入圍兩家，神威·太湖之光和天河二號位列第七和第十。1.3.3通用計算機(jī)量子計算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機(jī)。量子計算機(jī)的特點主要有運行速度較快、處置信息能力較強(qiáng)、應(yīng)用范圍較廣等。與一般計算機(jī)比較起來，信息處理量愈多，對于量子計算機(jī)實施運算也就愈加有利，也就更能確保運算具備精準(zhǔn)性。1.3.3通用計算機(jī)全球有100多家量子計算公司投入了巨大的人力物力進(jìn)行研制。美國IBM公司在2019年將其商用量子計算機(jī)交付部署，加拿大的量子計算公司2011年出售了其第一個量子計算機(jī)。中科院量子信息重點實驗室的科技成果轉(zhuǎn)化平臺合肥本源量子科技公司在2020年已上線國內(nèi)首臺國產(chǎn)超導(dǎo)量子計算機(jī)本源悟源，并通過云平臺面向全球用戶提供量子計算服務(wù)；2021年2月8日，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的量子計算機(jī)操作系統(tǒng)“本源司南”發(fā)布。圖1-12本源悟源超導(dǎo)量子計算機(jī)1.3.3通用計算機(jī)至今，合肥本源量子已研發(fā)出多臺國產(chǎn)量子計算機(jī)，并成功交付給用戶使用，使我國成為世界上第三個具備量子計算機(jī)整機(jī)交付能力的國家，這是我國繼實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”之后，又一次牢固確立在國際量子計算研究領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。據(jù)了解，本源量子在2022年發(fā)布國內(nèi)首個量子計算機(jī)和超級計算機(jī)協(xié)同計算系統(tǒng)解決方案，該方案可以雙向發(fā)揮量子計算機(jī)和超級計算機(jī)的優(yōu)勢。當(dāng)?shù)貢r間2022年6月9日，英國國防部宣布，獲得政府首臺量子計算機(jī)。2022年8月25日，百度發(fā)布集量子硬件、量子軟件、量子應(yīng)用于一體的產(chǎn)業(yè)級超導(dǎo)量子計算機(jī)“乾始”。1.3.3通用計算機(jī)量子計算機(jī)已經(jīng)成為各國競爭的焦點之一，越來越多的研究單位和大型公司企業(yè)的加入，將加速可實用化通用量子計算機(jī)研制的進(jìn)程。計算機(jī)到底是什么機(jī)器？一個計算設(shè)備怎么能執(zhí)行這么多不同的任務(wù)呢？現(xiàn)代計算機(jī)可以被定義為“在可改變的程序的控制下，存儲和操縱信息的機(jī)器”。該定義有兩個關(guān)鍵要素：第一，計算機(jī)是用于操縱信息的設(shè)備。這意味著人們可以將信息存入計算機(jī)，計算機(jī)將信息轉(zhuǎn)換為新的、有用的形式，然后顯示或以其他方式輸出信息。1.3.3通用計算機(jī)第二，計算機(jī)在可改變的程序的控制下運行。計算機(jī)不是唯一能操縱信息的機(jī)器。人們用簡單的計算器來運算一組數(shù)字時，就執(zhí)行了輸入信息（數(shù)字），處理信息（如計算連續(xù)的總和），然后輸出信息（如顯示）。另一個簡單的例子是油泵，給油箱加油時，油泵利用某些輸入：當(dāng)前每升汽油的價格和來自傳感器的信號，讀取汽油流入汽車油箱的速率。油泵將這個輸入轉(zhuǎn)換為加了多少汽油和應(yīng)付多少錢的信息。但是，計算器或油泵并不是完整的計算機(jī)，盡管這些設(shè)備實際上可能包含有嵌入式計算機(jī)，與通用計算機(jī)不同，它們被構(gòu)建為執(zhí)行單個特定任務(wù)。1.3.3通用計算機(jī)在讀取—執(zhí)行周期中，存儲器內(nèi)的指令會被依次讀取并執(zhí)行，計算機(jī)理解的指令組決定了編程的有效性。所有計算機(jī)都能完成一樣的工作，但有些只需要一個指令就能執(zhí)行，其他的可能需要好幾個指令才能執(zhí)行。普通臺式計算機(jī)可用的指令成百上千，其中還包括一些可用于解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)或圖形問題的指令。但制造單一指令計算機(jī)也是有可能的。就像詞匯構(gòu)成語言一樣，計算機(jī)理解的指令構(gòu)成了計算機(jī)語言，也就是機(jī)器代碼，這是一種用二進(jìn)制數(shù)值表示的復(fù)雜語言，由人類寫入十分困難。1.3.4計算機(jī)語言小規(guī)模實驗機(jī)、離散變量自動電子計算機(jī)以及后來出現(xiàn)的大多數(shù)計算機(jī)都將程序和程序運行數(shù)據(jù)儲存在同一存儲器中，這就意味著有些程序可以編寫和修改其他一些程序。在計算機(jī)的幫助下，人們可以設(shè)計出更有表現(xiàn)力、更加優(yōu)雅的語言，并指示機(jī)器將其翻譯為讀取—執(zhí)行周期能夠理解的模式。1.3.4計算機(jī)語言計算機(jī)語言有許多種，其中有一些是專為利基應(yīng)用——針對企業(yè)的優(yōu)勢細(xì)分出來的市場——而設(shè)計的，產(chǎn)品推進(jìn)利基市場是因為其有盈利的基礎(chǔ)。有些計算機(jī)語言有助于操控文本，有些則能夠有效處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)或是簡明應(yīng)用數(shù)學(xué)概念。大部分計算機(jī)語言（但并非所有）都由規(guī)則和計算構(gòu)成，這也是大部分人所理解的計算機(jī)。1.3.4計算機(jī)語言計算機(jī)科學(xué)家常常會談及建立某個過程或物體的模型，這并不是說要拿卡紙和軟木來制作一個實際的復(fù)制品。這里，“模型”是一個數(shù)學(xué)術(shù)語，意思是寫出事件運作的所有方程式并進(jìn)行計算，這樣就可以在沒有真實模型的情況下完成實驗測試。由于計算機(jī)運行十分迅速，因此，與真正的實驗操作相比，計算機(jī)建模能夠更快得出答案。在某些情況下進(jìn)行實驗可能是不實際的，氣候變化就是一個典型例子。根本沒有第二個地球或是時間可供我們進(jìn)行實驗。計算機(jī)模型可以非常簡單也可以非常復(fù)雜，完全取決于我們想要探索的信息是什么。1.3.5計算機(jī)建模假設(shè)我們想要對橡皮球運動進(jìn)行物理學(xué)建模。在理想環(huán)境中，掉落的橡皮球總是會反彈到其的一定高度。如果從1米處掉落，它可能會反彈至0.5米，下一次反彈的高度可能只有0.25米，再下一次0.125米，依此類推。反彈所需的時間可以從掉落物體的物理運動中得出。這就是兩個簡單的方程式及兩個數(shù)字，給出了每次反彈的高度及所需時間。理想小球在停止運動前會進(jìn)行無限次彈跳，但由于每次彈跳時間遞減，所以小球會在有限時間內(nèi)結(jié)束有限次數(shù)的彈跳。不過理想小球并不存在。1.3.5計算機(jī)建模在計算上建立這樣的模型十分容易但并不精確。因為小球彈跳的次數(shù)不僅取決于球本身，還與反彈觸及的表面有關(guān)。此外，小球在每次彈跳的過程中還會因反彈摩擦力和空氣阻力丟失能量。將所有這些因素都囊括進(jìn)模型中需要大量研究和物理學(xué)背景作為支撐，但這并不是不可完成的任務(wù)?，F(xiàn)在假設(shè)要計算球拍擊球后網(wǎng)球在球場上彈跳的路徑，需要考慮球可能以不同角度接觸不同平面，以及球本身的旋轉(zhuǎn)。此外，每次彈跳都會對球內(nèi)空氣進(jìn)行加熱并改變其特性，要建立起這樣的模型就更加困難。1.3.5計算機(jī)建模最后，假設(shè)我們要設(shè)計某種武器，能夠?qū)⑾鹌で蛞詷O快的速度朝定點射出，速度太快以致球會在沖擊力作用下破碎。我們需要對小球的構(gòu)成材料進(jìn)行建模，并且追蹤每一塊四散飛開的小球碎片。在建立起足夠精確的模型之前，我們甚至需要模擬橡皮球的每一個原子。在現(xiàn)有的計算機(jī)上，這樣的模型的運行速度一定會十分緩慢，但也是有可能建立起來的，因為我們了解物理和化學(xué)的基本原理。人工智能最根本也最宏偉的目標(biāo)之一就是建立人腦般的計算機(jī)模型。完美模型固然最好，但精確性稍遜的模型也同樣十分有效。1.3.5計算機(jī)建模PART04計算機(jī)的智能行為研究人員曾經(jīng)研究過幾種不同版本的人工智能：有些根據(jù)對人類行為的復(fù)刻來定義智能，而另一些喜歡用“理性”來抽象正式地定義智能，直觀上的理解是做“正確的事情”。智能主題的本身也各不相同：一些人將智能視為內(nèi)部思維過程和推理的屬性，而另一些人則關(guān)注智能的外部特征，也就是智能行為。1.4計算機(jī)的智能行為從人與理性以及思想與行為這兩個維度來看，有4種可能的組合，即類人行為、類人思考、理性思考和理性行為。追求類人智能（前兩者）必須在某種程度上是與心理學(xué)相關(guān)的經(jīng)驗科學(xué)，包括對真實人類行為和思維過程的觀察和假設(shè)；而理性主義方法（后兩者）涉及數(shù)學(xué)和工程的結(jié)合，并與統(tǒng)計學(xué)、控制理論和經(jīng)濟(jì)學(xué)相聯(lián)系。1.4計算機(jī)的智能行為圖靈測試是由艾倫·圖靈提出的（1950），它被設(shè)計成一個思維實驗，用以回避“機(jī)器能思考嗎？”這個哲學(xué)上模糊的問題。如果人類提問者在提出一些書面問題后無法分辨書面回答是來自人還是來自計算機(jī)，那么計算機(jī)就能通過測試。1.4.1類人行為：圖靈測試目前，為計算機(jī)編程使其能夠通過嚴(yán)格的應(yīng)用測試尚有大量工作要做。計算機(jī)需要具備下列能力：·自然語言處理，以使用人類語言成功地交流；·知識表示，以存儲它所知道或聽到的內(nèi)容；·自動推理，以回答問題并得出新的結(jié)論；·機(jī)器學(xué)習(xí)，以適應(yīng)新的環(huán)境，并檢測和推斷模式。1.4.1類人行為：圖靈測試圖靈認(rèn)為，沒有必要對人進(jìn)行物理模擬來證明智能。然而，其他研究人員提出了完全圖靈測試，該測試需要與真實世界中的對象和人進(jìn)行交互。為了通過完全圖靈測試，機(jī)器人還需要具備下列能力：·計算機(jī)視覺和語音識別功能，以感知世界；·機(jī)器人學(xué)，以操縱對象并行動。1.4.1類人行為：圖靈測試以上6個方面構(gòu)成了人工智能的大部分內(nèi)容。然而，人工智能研究人員很少把精力用在通過圖靈測試上，他們認(rèn)為研究智能的基本原理更為重要。當(dāng)工程師和發(fā)明家停止模仿鳥類，轉(zhuǎn)而使用風(fēng)洞并學(xué)習(xí)空氣動力學(xué)時，對“人工飛行”的探索取得了成功。航空工程學(xué)著作并未將其領(lǐng)域的目標(biāo)定義為制造“能像鴿子一樣飛行，甚至可以騙過其他真鴿子的機(jī)器”。1.4.1類人行為：圖靈測試只有知道人類是如何思考的，才能說程序像人類一樣思考。可以通過3種方式來了解人類的思維：（1）內(nèi)省——試圖在自己進(jìn)行思維活動時捕獲思維；（2）心理實驗——觀察一個人的行為；（3）大腦成像——觀察大腦的活動。一旦有了足夠精確的心智理論，就有可能把這個理論表達(dá)為計算機(jī)程序。如果程序的輸入/輸出行為與相應(yīng)的人類行為相匹配，那就表明程序的某些機(jī)制也可能在人類中存在。1.4.2類人思考：認(rèn)知建模例如，開發(fā)通用問題求解器的艾倫·紐厄爾和赫伯特·西蒙并不僅僅滿足于讓他們的程序正確地求解問題，他們更關(guān)心的是將推理步驟的順序和時機(jī)與求解相同問題的人類測試者進(jìn)行比較。認(rèn)知科學(xué)這一跨學(xué)科領(lǐng)域匯集了人工智能的計算機(jī)模型和心理學(xué)的實驗技術(shù)，用以構(gòu)建精確且可測試的人類心智理論。認(rèn)知科學(xué)本身是一個引人入勝的領(lǐng)域。我們會偶爾評論人工智能技術(shù)和人類認(rèn)知之間的異同，但真正的認(rèn)知科學(xué)必須建立在對人類或動物實驗研究的基礎(chǔ)上。1.4.2類人思考：認(rèn)知建模計算機(jī)視覺領(lǐng)域?qū)⑸窠?jīng)生理學(xué)證據(jù)整合到了計算模型中。此外，將神經(jīng)影像學(xué)方法與分析數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合，開啟了“讀心”能力（即查明人類內(nèi)心思想的語義內(nèi)容）的研究。這種能力反過來可以進(jìn)一步揭示人類認(rèn)知的運作方式。1.4.2類人思考：認(rèn)知建模希臘哲學(xué)家亞里士多德（公元前384—公元前322）是最早試圖法則化“正確思維”的人之一，他將其定義為無可辯駁的推理過程。他的三段論為論證結(jié)構(gòu)提供了模式，當(dāng)給出正確的前提時，總能得出正確的結(jié)論。舉個經(jīng)典的例子，當(dāng)給出前提蘇格拉底是人和所有人都是凡人時，可以得出結(jié)論蘇格拉底是凡人。這些思維法則被認(rèn)為支配著思想的運作，他們的研究開創(chuàng)了一個稱為邏輯的領(lǐng)域。1.4.3理性思考：“思維法則”19世紀(jì)的邏輯學(xué)家建立了一套精確的符號系統(tǒng)，用于描述世界上物體及其之間的關(guān)系。這與普通算術(shù)表示系統(tǒng)形成對比，后者只提供關(guān)于數(shù)的描述。到1965年，任何用邏輯符號描述的可解問題在原則上都可以用程序求解，人工智能中所謂的邏輯主義就希望在此類程序的基礎(chǔ)上創(chuàng)建智能系統(tǒng)。1.4.3理性思考：“思維法則”按照常規(guī)的理解，邏輯要求關(guān)于世界的認(rèn)知是確定的，而實際上這很難實現(xiàn)。例如，人們對政治或戰(zhàn)爭規(guī)則的了解遠(yuǎn)不如對國際象棋或算術(shù)規(guī)則的了解。概率論填補(bǔ)了這一鴻溝，允許我們在掌握不確定信息的情況下進(jìn)行嚴(yán)格的推理。原則上，它允許我們構(gòu)建全面的理性思維模型，從原始的感知到對世界運作方式的理解，再到對未來的預(yù)測。它無法做到的是形成智能行為。1.4.3理性思考：“思維法則”智能體（agent）是指某種能夠采取行動的東西。當(dāng)然，所有計算機(jī)程序都可以完成一些任務(wù)，但我們期望計算機(jī)智能體能夠完成更多的任務(wù)：自主運行、感知環(huán)境、長期持續(xù)存在、適應(yīng)變化以及制定和實現(xiàn)目標(biāo)。理性智能體需要為取得最佳結(jié)果或在存在不確定性時取得最佳期望結(jié)果而采取行動。1.4.4理性行為：理性智能體基于人工智能的“思維法則”方法重視正確的推斷。做出正確的推斷有時是理性智能體的一部分，因為采取理性行為的一種方式是推斷出某個給定的行為是最優(yōu)的，然后根據(jù)這個結(jié)論采取行動。但是，理性行為的有些方式并不能說與推斷有關(guān)。例如，從火爐前退縮是一種反射作用，這通常比經(jīng)過深思熟慮后采取的較慢的動作更為成功。1.4.4理性行為：理性智能體通過圖靈測試所需的所有技能也使智能體得以采取理性行為。知識表示和推理能讓智能體做出較好的決策。我們需要具備生成易于理解的自然語言句子的能力，以便在復(fù)雜的社會中生存。我們需要學(xué)習(xí)不僅是為了博學(xué)多才，也是為了提升我們產(chǎn)生高效行為的能力，尤其是在新環(huán)境下，這種能力更加重要。1.4.4理性行為：理性智能體與其他方法相比，基于人工智能的理性智能體方法有兩個優(yōu)點。首先，它比“思維法則”方法更普適，因為正確的推斷只是實現(xiàn)理性的幾種可能機(jī)制之一。其次，它更適合科學(xué)發(fā)展。理性的標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)學(xué)上是明確定義且完全普適的。我們經(jīng)?？梢詮倪@個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中得出可以被證明能夠?qū)崿F(xiàn)的智能體設(shè)計，而把模仿人類行為或思維過程作為目標(biāo)的設(shè)計在很大程度上是不可能的。1.4.4理性行為：理性智能體由于上述原因，在人工智能領(lǐng)域的發(fā)展中，基于理性智能體的方法都占據(jù)了上風(fēng)。在最初的幾十年里，理性智能體建立在邏輯的基礎(chǔ)上，并為了實現(xiàn)特定目標(biāo)制定了明確的規(guī)劃。后來，基于概率論和機(jī)器學(xué)習(xí)的方法可以使智能體在不確定性下做出決策，以獲得最佳期望結(jié)果。1.4.4理性行為：理性智能體簡而言之，人工智能專注于研究和構(gòu)建做正確的事情的智能體，其中正確的事情是我們提供給智能體的目標(biāo)定義。這種通用范式非常普遍，它不僅適用于人工智能，也適用于其他領(lǐng)域?？刂评碚撝?，控制器使代價函數(shù)最小化；運籌學(xué)中，策略使獎勵的總和最大化；統(tǒng)計學(xué)中，決策規(guī)則使損失函數(shù)最小；經(jīng)濟(jì)學(xué)中，決策者追求效用或某種意義的社會福利最大化。1.4.4理性行為：理性智能體然而，在復(fù)雜的環(huán)境中，完美理性（總是采取精確的最優(yōu)動作）是不可行的，它的計算代價太高了，因此需要對標(biāo)準(zhǔn)模型做一些重要的改進(jìn)，也就是在沒有足夠時間進(jìn)行所有可能的計算的情況下，適當(dāng)?shù)夭扇⌒袆?。但是，完美理性仍然是理論分析的良好出發(fā)點。1.4.4理性行為：理性智能體人為定義的任務(wù)，如國際象棋或最短路徑計算之類的，都附帶固有的目標(biāo)。然而，在真實世界中，我們越來越難以完全正確地指定目標(biāo)。例如，在設(shè)計自動駕駛汽車時，我們可能會認(rèn)為目標(biāo)是安全到達(dá)目的地。但是，由于存在其他如司機(jī)失誤、設(shè)備故障等原因，在任何道路上行駛都有可能受傷，因此，