孙茂松

人工智能的“热”现状

人工智能很“热”，我们现在谈论人工智能更多是从应用来看，从大众角度来说。人工智能的研究初心是让机器人具有人类个体的智能，也就是感知和认知的能力。感知，虽然不是人类独有的，但与人类认知密切相关。认知则是人们获得知识或应用知识的过程，或信息加工的过程，像语言、记忆、推理、思维、想象等，都属于认知。人工智能这些年的发展，特别是随着互联网的兴起，产生了超越初心的部分——群体智能，这是个体智能所没有的，比如智慧城市等。人工智能发展历史经历了大的“三起两落”，发端于2010年的第三次“起”趋于真实，人工智能研究从象牙塔走向社会，其最早的显著性标志是语音识别。进入21世纪后大约有十年的时间，全世界研究者尝试了各种机器学习的方法，语音识别的错误率怎么也降不下去。2010年人工智能進化到以深层神经网络为代表的深度学习，使得语音识别的错误率大幅下降，开启了这一波人工智能的高潮。2012年图像识别、2015年机器翻译也取得了类似的效果。图像识别用的深层神经网络是卷积神经网络CNN，差不多可以说它是直接借鉴了脑的视觉处理机理，在国际公开测试集上前几年已超过了人类的识图能力。机器翻译用的是循环神经网络RNN。最近，有研究者发现人脑中存在类似的机制，这个脑科学的发现反而是受到了计算机科学的启发。2016年谷歌研发的人工智能AlphaGo，利用了人类历史上所有的优秀棋谱，同时加上机器学习，让机器自己跟自己下，终于战胜了人类顶尖棋手;不过，其后迭代出的AlphaGo Zero却不再需要任何人类棋局，完全由机器自己跟自己下，结局是AlphaGo Zero完胜AlphaGo。如此种种，令人工智能留给公众“神乎技矣”的深刻印象，大家对它产生了高度关注和期待。

人工智能的“冷”思考

这一代人工智能技术是以CNN和RNN为主要手段的深度学习技术，在大数据、大算力的支持下，人工智能得以发挥作用，产生了惊艳的效果。需要注意的是，我们现在可能过多强调了人工智能“强势”的一面，对其局限性则关注不够。前几年，我们总在讨论人工智能是否会超越人类，答案应该是“否”。实际上，这一代的人工智能技术要超越人类，需具备几个基本条件。

首先是单一任务，任务的边界是清楚的，比如下棋就是下棋，不能是炒菜。该任务还必须同时满足如下性质：第一，其可能状态是有限的，不能有超出预期的状态出现;第二，元规则要确定，比如下棋，规定好你走一步我走一步，什么叫“死棋”，什么叫“活棋”;第三，信息完备，信息对双方都是公开的;第四，也是最为重要的是，结果判断可量化。人工智能面对满足上述条件的任务，一定能够战胜人类顶级高手。但问题是，现实任务同时符合这几个条件的几乎没有，无论是图像识别、语音识别、机器翻译还是自动驾驶，都至少不具备其中一个条件。在这些领域，目前的深度学习技术，即使给它足够大的数据，要超越人类顶级高手实质上是不可能的，但确实有可能比大多数人做得好，所以可以辅助人类去替代一些相对简单、重复性的智力劳动，这是这一代人工智能技术应用的基本定位。

为什么这一代人工智能有局限性？深层神经网络的中间是一层一层的神经元，层与层之间的神经元以各种权重连接。它的长处是通过大量与任务相关的输入输出数据，可以自主学出来一个求解该任务的“函数”。理论上已经证明，如果一个神经网络足够复杂，它可以模拟、逼近任何函数。所以它的能力非常强，这是相当了不起的;但问题也恰恰出在这儿——说到底，它仅仅是一个针对特定任务的“函数”而已，我们并不清楚其中的功能机理，所以它的可解释性、鲁棒性都比较弱，运用显式知识的能力差，推理能力缺乏，可用性也会打折扣。也就是说，它的长处和短处是共生并存的。如果某个输入数据超出了这个“函数”的视野所及，是它没有学过的，很可能马上就会“犯糊涂”，产生种种令人意想不到的错误。如在自动驾驶中，本已训练好的AI系统可以很好地识别STOP交通标志，但如果存心在上面贴上若干小纸条之类，人看一点儿问题也没有，机器却很可能会识别错，你要是自动驾驶或许一下子就掉下悬崖了。

深层神经网络的特点决定了AI很容易被没有见到的情景所迷惑，而犯人不会犯的低级错误。人容易犯的高级错误，AI因为学习充分却可能不会犯。人工智能可能随时会犯低级错误，所以在自动驾驶之类关乎人的生命安全的应用场合中，一定要十分慎重，设计好应急措施。我们要正视人工智能的缺陷，辩证地看问题。

人工智能与脑科学及智慧教育一瞥

这些年人工智能和脑科学的研究一直在试图互相借鉴。人工智能学界始终在留意脑科学的最新研究成果，看看哪些对设计新的人工智能算法或模型有启发，虽然目前为止收获不大，但这肯定是会越来越得到更多重视的一个方向。另一方面，现阶段或许脑科学更容易从深度学习中找到新的实验方法。脑科学的实验数据足够大，符合人工智能大数据运算的特点，利用深度学习技术，很有希望提出脑科学数据分析的新手段甚至开辟出新范式。

当前人工智能作用于教育并取得确定性成效的工作还不太多，虽然国际上已经有了不少初步的工作，如在线学习会产生大量数据，可通过人工智能技术发现学习者的特点，进行个性化学习，也就是因材施教。有研究根据学习者的以往学习数据，比如某个视频看了多长时间、做题效果如何等，通过RNN神经网络预先判断作业的难度，有针对性地推送适合学生个体水平的、难度适中的作业;也有研究根据学习者行为让AI自动判断课程中哪一部分内容比较难。其实不同的学生感到困难的地方是不一样的，并非固定不变，而以前决定课程内容的难度，多是基于教师的主观判断;此外还有通过CNN神经网络，借助视频技术来分析老师讲课的状态，如是精神饱满还是比较平淡的照本宣科。教育学研究表明，在线教育中教师讲课的生动性，是能否抓住学习者的关键因素。对教学视频进行大规模的自动分析，再同学习者大数据建立关联，有望对教师的在线教学提出改进建议。总体上看，人工智能赋能的智慧教育，其进展还是可圈可点的，但人工智能融合脑科学的智慧教育，似乎才刚刚起步。