雖然現(xiàn)在有了諸如Siri、Cortana、IBM Watson等各類(lèi)人工智能產(chǎn)品，也有像DeepBlue、AlphaGo人機(jī)大戰(zhàn)等人工智能的新聞和事件不時(shí)出現(xiàn)，但相比起電腦、網(wǎng)絡(luò)、智能手機(jī)這類(lèi)直接地、革命性地改變?nèi)藗児ぷ魃罘绞降目萍汲晒?，在人工智能上所取得的成?jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，沒(méi)有達(dá)到最初的設(shè)想期望。

讓機(jī)器擁有智能這個(gè)事情到底有多難？人類(lèi)精英們做了怎樣的努力和探索嘗試？目前人工智能領(lǐng)域到底發(fā)展到什么階段了呢？以下，暢銷(xiāo)書(shū)《智慧的疆界》作者周志明老師將在文中一一與大家探討。

“人工智能”作為一個(gè)專(zhuān)業(yè)名詞，是在1956年首次出現(xiàn)，但是人類(lèi)對(duì)人造機(jī)械智能的想象與思考卻是源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。

在古代的神話(huà)傳說(shuō)中，技藝高超的工匠可以制作人造人，并為其賦予智能或意識(shí)，希臘神話(huà)中出現(xiàn)了諸如赫淮斯托斯的黃金機(jī)器人和皮格馬利翁的伽拉忒亞這樣的機(jī)械人和人造人；根據(jù)列子輯注的《列子·湯問(wèn)》記載，中國(guó)西周時(shí)期也已經(jīng)出現(xiàn)了偃師造人的故事。

人類(lèi)對(duì)人工智能的憑空幻想階段一直持續(xù)到了20世紀(jì)40年代。由于第二次世界大戰(zhàn)交戰(zhàn)各國(guó)對(duì)計(jì)算能力、通訊能力在軍事應(yīng)用上迫切的需求，使得這些領(lǐng)域的研究成為人類(lèi)科學(xué)的主要發(fā)展方向。信息科學(xué)的出現(xiàn)和電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明，讓一批學(xué)者得以真正開(kāi)始嚴(yán)肅地探討構(gòu)造人造機(jī)械智能的可能性。

01 信息革命

從1939年到1945年，在二戰(zhàn)發(fā)生的6年時(shí)間里，美國(guó)的國(guó)民生產(chǎn)總值（GDP）就增長(zhǎng)了一倍，這是人類(lèi)經(jīng)濟(jì)歷史有GDP記錄以來(lái)錄得的最高增速，并且這種驚人的速度還是發(fā)生在一個(gè)基礎(chǔ)規(guī)模已經(jīng)極為龐大的經(jīng)濟(jì)體上，更是連最瘋狂經(jīng)濟(jì)學(xué)家都不敢設(shè)想的奇跡。

美國(guó)作為二戰(zhàn)中唯一本土不被戰(zhàn)火直接波及的世界性大國(guó)，通過(guò)軍事援助與戰(zhàn)爭(zhēng)貸款將各國(guó)的經(jīng)濟(jì)命脈與自身相連，從而迅速取代歐洲和亞洲，成為世界“經(jīng)濟(jì)的心臟”。穩(wěn)定的社會(huì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)飛躍式的發(fā)展為軍事、科技的發(fā)展注入了強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)力，戰(zhàn)爭(zhēng)中大量受到納粹迫害的各種領(lǐng)域頂尖的人才多以美國(guó)為避風(fēng)港，天然地促使美國(guó)匯聚了全球最頂尖的人才與技術(shù)，令美國(guó)也成為了“世界的大腦”。

在這種單一國(guó)家內(nèi)幾乎集中了全球經(jīng)濟(jì)資源和智慧力量的時(shí)代背景下，在二戰(zhàn)這場(chǎng)幾乎波及全人類(lèi)的龐大戰(zhàn)爭(zhēng)壓力推動(dòng)下，以美、英兩國(guó)學(xué)術(shù)界為首的人類(lèi)精英學(xué)者們展現(xiàn)了出無(wú)與倫比的智慧和創(chuàng)造力。新軍事技術(shù)對(duì)計(jì)算與通訊需求，更具體的是當(dāng)時(shí)新出現(xiàn)的導(dǎo)彈、精確火炮等遠(yuǎn)程武器對(duì)計(jì)算速度、精確性和系統(tǒng)控制能力的要求，以及雷達(dá)、電話(huà)電報(bào)網(wǎng)絡(luò)等偵查、通訊系統(tǒng)對(duì)信息傳輸安全和效率的要求，直接催生了信息科學(xué)和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)始生根發(fā)芽。

二戰(zhàn)結(jié)束之后僅一年（1946年）時(shí)間，世界第一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)，電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī)“埃尼阿克”（Electronic Numerical Integrator And Computer，ENIAC）在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生，并實(shí)際應(yīng)用于陸軍火炮彈道和火力計(jì)算工作，這個(gè)事件標(biāo)志了通用可編程的計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅是理論已成熟，而且已經(jīng)有了初步的工業(yè)化成果。

在兩年之后（1948年），諾伯特·維納（Norbert Wiener，1896-1964）和克勞德·香農(nóng)（Claude Shannon，1916-2001）分別發(fā)表了兩部極具開(kāi)創(chuàng)性的著作，創(chuàng)立了“控制論”和“信息論”，再結(jié)合上之前路德維希·馮·貝塔朗菲（Ludwig Von Bertalanffy，1901-1972）在1945年發(fā)表的對(duì)“系統(tǒng)論”的總結(jié)性著作，整個(gè)信息科學(xué)仿佛被上帝的手推動(dòng)著，后世稱(chēng)之為“信息學(xué)三論”的三門(mén)支柱性理論幾乎于同一時(shí)刻問(wèn)世，短短幾年時(shí)間里面一下子就完成了過(guò)去需要幾十年時(shí)間才可能完成的發(fā)展突破。

信息科學(xué)的研究，不論是理論上還是工程上，都從之前各個(gè)學(xué)者、機(jī)構(gòu)零散研究摸索的狀態(tài)一下子變得系統(tǒng)有序起來(lái)。

信息科學(xué)這門(mén)學(xué)科在20世紀(jì)40年代誕生以后，很快就取得了一系列令人矚目的成就，這讓從政府官員、科學(xué)家等精英到社會(huì)的底層群眾都感受鼓舞，大家似乎已樂(lè)觀地預(yù)見(jiàn)到了蒸汽機(jī)械代替人類(lèi)的體力勞作的工業(yè)革命后，下一場(chǎng)由智能機(jī)械代替人類(lèi)做腦力勞作的信息革命的到來(lái)。

從大半個(gè)世紀(jì)后的今天回望當(dāng)初，我們確實(shí)在蒸汽動(dòng)力革命、電力革命之后，見(jiàn)證了信息革命的來(lái)臨，不過(guò)，即使有互聯(lián)網(wǎng)這樣超出了所有前人想象的技術(shù)出現(xiàn)，但在當(dāng)時(shí)的大家看見(jiàn)的目標(biāo)藍(lán)圖里，信息革命的最重要成果還不僅是大家現(xiàn)在能接觸的電腦和網(wǎng)絡(luò)，今天計(jì)算機(jī)可以根據(jù)人類(lèi)預(yù)設(shè)的指令和程序，快速的傳遞、計(jì)算和處理人類(lèi)無(wú)法想象的天量數(shù)據(jù)，而當(dāng)時(shí)人們所期望的信息時(shí)代的新型機(jī)械，不僅能夠完成計(jì)算和信息傳輸，甚至還將是一種能夠和人類(lèi)一樣可看、可聽(tīng)、可寫(xiě)、可說(shuō)、可動(dòng)、可思考、可以復(fù)制自身甚至可以有意識(shí)的機(jī)械。

筆者所描繪的這個(gè)場(chǎng)景，不是來(lái)自于可以隨意憑空想象的科幻小說(shuō)，而是引述了當(dāng)年刊登在《紐約時(shí)報(bào)》上，美國(guó)海軍對(duì)“感知機(jī)Mark-1”（這臺(tái)機(jī)器可以說(shuō)是連接主義在工程實(shí)踐上的開(kāi)端，我們后面章節(jié)中還要提到它）的期望和評(píng)價(jià)：

The embryo of an electronic computer that (the Navy) expects will be able to walk, talk, see, write, reproduce itself and be conscious of its existence.

這段六十多年前的報(bào)道，現(xiàn)在聽(tīng)起來(lái)是不是都還有一點(diǎn)莫名的熟悉感和科幻感？在互聯(lián)網(wǎng)上大家對(duì)人工智能的期盼、想象、甚至恐懼的觀點(diǎn)都也與此類(lèi)似；我們今天在電影和小說(shuō)中見(jiàn)到的各種機(jī)器人，與那時(shí)候人們對(duì)信息革命所設(shè)想的目標(biāo)，也并沒(méi)有太大差別。

信息科學(xué)在20世紀(jì)40年代的開(kāi)場(chǎng)可以說(shuō)是一個(gè)完美的開(kāi)局，接下來(lái)的數(shù)十年內(nèi)，信息科學(xué)和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)也是一帆風(fēng)順，迅速發(fā)展，在計(jì)算機(jī)、通訊、互聯(lián)網(wǎng)等方面取得了豐碩的成果。但在人工智能這個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展過(guò)程就是幾經(jīng)波折，三起兩落。

雖然現(xiàn)在也有了諸如Siri、Cortana、IBM Watson等各類(lèi)人工智能產(chǎn)品、也有像DeepBlue、AlphaGo人機(jī)大戰(zhàn)等人工智能的新聞和事件不時(shí)出現(xiàn)，但相比起電腦、網(wǎng)絡(luò)、智能手機(jī)這類(lèi)直接地、革命性地改變?nèi)藗児ぷ魃罘绞降目萍汲晒裕谌斯ぶ悄苌纤〉玫某煽?jī)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，沒(méi)有達(dá)到最初的設(shè)想期望。

為何信息學(xué)在人工智能領(lǐng)域的進(jìn)展上會(huì)不如預(yù)期，甚至幾段特定的時(shí)間里面完全陷入了泥潭？讓機(jī)器擁有智能這個(gè)事情到底有多難？人類(lèi)精英們做了怎樣的努力和探索嘗試？目前人工智能領(lǐng)域到底發(fā)展到什么階段了呢？這些都是筆者希望與大家一同探討的問(wèn)題。

02 圖靈機(jī)，計(jì)算的基石

英國(guó)數(shù)學(xué)和密碼學(xué)家阿蘭·圖靈（Alan Turing，1912-1954，人工智能之父），今天被一些英國(guó)的學(xué)者和媒體評(píng)價(jià)為“未開(kāi)一槍?zhuān)瑓s勝百萬(wàn)雄兵”，“在二戰(zhàn)中間接拯救了上千萬(wàn)人生命”的傳奇學(xué)者。

他做出的重要貢獻(xiàn)之一是在二戰(zhàn)期間與布萊切利園的同事們（Bletchley Park）共同研制了名為“炸彈（Bombe）”的密碼破譯機(jī)器，成功破解了從1920年起開(kāi)始商用，德國(guó)人直到戰(zhàn)敗都認(rèn)為絕不可能被破解的加解密方法“迷”（Enigma），導(dǎo)致德軍的軍事部署在盟軍面前再無(wú)秘密可言。

圖靈的成果直接加快了盟軍獲得戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的速度，因軍事指揮通訊被Bombe破譯，引發(fā)了當(dāng)時(shí)位列世界第一的德國(guó)戰(zhàn)列艦俾斯麥號(hào)在丹麥海峽被英軍伏擊并圍殲擊沉，以及后來(lái)山本五十六的座機(jī)航線(xiàn)被盟軍獲知，進(jìn)而遭攔截并擊落等直接影響戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)程的事件。在二戰(zhàn)期間，圖靈的工作成果雖然沒(méi)有對(duì)公眾公開(kāi)，但已經(jīng)在盟軍的密碼學(xué)圈子內(nèi)部聲名遠(yuǎn)揚(yáng)，已是一顆耀眼明星了。

破解德軍Enigma密碼的Bombe

1942年末，圖靈被英國(guó)政府秘密派到美國(guó)，和美國(guó)海軍交流破譯德國(guó)的北大西洋潛艇艦隊(duì)密碼的研究成果。結(jié)束在華盛頓交流后，圖靈又來(lái)到了貝爾實(shí)驗(yàn)室，參與這里的安全語(yǔ)音通訊設(shè)備的研發(fā)工作。這樣，當(dāng)時(shí)正在貝爾實(shí)驗(yàn)室數(shù)學(xué)組供職的香農(nóng)就獲得了一個(gè)和圖靈合作的機(jī)會(huì)。

圖靈在當(dāng)是破譯了包括希特勒通話(huà)在內(nèi)的多項(xiàng)德軍秘密通訊的密碼學(xué)破譯專(zhuān)家，而香農(nóng)當(dāng)時(shí)的工作是通過(guò)數(shù)學(xué)方法證明“Ｘ系統(tǒng)”——這是美國(guó)總統(tǒng)羅斯福到英國(guó)首相丘吉爾之間的加密通訊系統(tǒng)，是不可能被他人所破譯的，他們兩位經(jīng)過(guò)在密碼學(xué)上“矛和盾”的攻防探討，很快讓圖靈和香農(nóng)成為了惺惺相惜的好友。

雖說(shuō)圖靈是去美國(guó)做交流的，但是軍事上的事情，尤其是密碼的加密和破解這種事情，只要不在軍方明確允許的范圍內(nèi)，平常時(shí)間是不允許交流各自進(jìn)展情況的，所以在密碼學(xué)上的話(huà)題，他們工作之外無(wú)法隨意討論什么。所幸香農(nóng)和圖靈在計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)上的興趣和研究范圍都極為廣泛，經(jīng)常飯?zhí)瞄e聊就經(jīng)常拉到其他各種的前沿領(lǐng)域上。

一次，他們?cè)谧灾蛷d見(jiàn)面時(shí)，圖靈給香農(nóng)看了他還在劍橋大學(xué)念碩士時(shí)（1936年）寫(xiě)的一篇論文《論可計(jì)算數(shù)及其在判定性問(wèn)題上的應(yīng)用》（“On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem”），這篇文章是可計(jì)算性領(lǐng)域的里程碑式作品。

關(guān)于可計(jì)算理論可以追溯到1900年，當(dāng)時(shí)著名的大數(shù)學(xué)家大衛(wèi)·希爾伯特（David Hilbert，1962-1943）在世紀(jì)之交的數(shù)學(xué)家大會(huì)上給國(guó)際數(shù)學(xué)界提出了著名的“23個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題”。其中第10問(wèn)題是這樣的：

存不存在一種有限的、機(jī)械的步驟能夠判斷“丟番圖方程”（Diophantine Equation）是否存在解？

這里就提出來(lái)了有限的、機(jī)械的證明步驟的問(wèn)題，用今天的話(huà)說(shuō)就是“算法”。但在當(dāng)時(shí)，通用計(jì)算機(jī)還要半個(gè)世紀(jì)之后才會(huì)出現(xiàn)，人們還不知道“算法”是什么。不過(guò)，當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)領(lǐng)域中已經(jīng)有很多問(wèn)題都是跟“算法”密切相關(guān)了，對(duì)“算法”，即“如何計(jì)算求解問(wèn)題的步驟”的定義和是否可被算法計(jì)算的判定呼之欲出。

圖靈這篇論文的解決可計(jì)算性如何定義和度量的問(wèn)題，其中的關(guān)鍵是引出了今天被稱(chēng)為“圖靈機(jī)（Turning Machine）”的概念模型。“圖靈機(jī)”與“馮·諾依曼架構(gòu)”并稱(chēng)現(xiàn)代通用計(jì)算機(jī)的“靈魂”與“軀體”，它的對(duì)可計(jì)算性理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能都影響深遠(yuǎn)，可以說(shuō)是一項(xiàng)改變了人類(lèi)近代科學(xué)史的偉大發(fā)明，

“圖靈機(jī)”這種虛擬的計(jì)算機(jī)器實(shí)際上是一種理想中的計(jì)算模型，它的基本思想是用機(jī)械操作來(lái)模擬人們用紙筆進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過(guò)程。通俗地講，圖靈把“計(jì)算”這一件日常的行為抽象概括出來(lái)，看作是下列兩種簡(jiǎn)單動(dòng)作的不斷重復(fù)：

1.在紙上寫(xiě)上或擦除某個(gè)符號(hào)。

2.把注意力從紙的一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置。

在每個(gè)動(dòng)作完成后，人要決定下一步的動(dòng)作是什么，這個(gè)決定依賴(lài)于此人當(dāng)前所關(guān)注的紙上某個(gè)位置的符號(hào)和此人當(dāng)前思維的狀態(tài)。為了模擬人的這種運(yùn)算過(guò)程，圖靈構(gòu)造出一臺(tái)假想的機(jī)器，該機(jī)器由以下幾個(gè)部分組成：

• 一條無(wú)限長(zhǎng)的紙帶TAPE。紙帶被劃分為一個(gè)接一個(gè)的小格子，每個(gè)格子上包含一個(gè)來(lái)自有限字母表的符號(hào)，字母表中有一個(gè)特殊的符號(hào)“_”表示空白。紙帶上的格子從左到右依次被編號(hào)為0，1，2，…，紙帶的右端可以無(wú)限伸展。
• 一個(gè)讀寫(xiě)頭HEAD。該讀寫(xiě)頭可以在紙帶上左右移動(dòng)，它能讀出當(dāng)前所指的格子上的符號(hào)，并能改變當(dāng)前格子上的符號(hào)。
• 一套控制規(guī)則TABLE。它根據(jù)當(dāng)前機(jī)器所處的狀態(tài)以及當(dāng)前讀寫(xiě)頭所指的格子上的符號(hào)來(lái)確定讀寫(xiě)頭下一步的動(dòng)作，并改變狀態(tài)寄存器的值，令機(jī)器進(jìn)入一個(gè)新的狀態(tài)。
• 一個(gè)狀態(tài)寄存器。它用來(lái)保存圖靈機(jī)當(dāng)前所處的狀態(tài)。因?yàn)榧拇嫫鲾?shù)量是有限的，所以圖靈機(jī)的所有可能狀態(tài)的數(shù)目是有限的，并且規(guī)定有一個(gè)特殊的狀態(tài)，稱(chēng)為停機(jī)狀態(tài)，代表計(jì)算完成。

這種機(jī)器的每一部分都是有限的，但它有一個(gè)潛在的無(wú)限長(zhǎng)的紙帶，因此這種機(jī)器只是一個(gè)理想的設(shè)備，不會(huì)被真正的制造出來(lái)。圖靈的論文證明了這臺(tái)機(jī)器就能模擬人類(lèi)所能進(jìn)行的任何計(jì)算過(guò)程。

圖靈機(jī)思想的價(jià)值所在是因?yàn)樗m然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但卻可以描述任何人類(lèi)能夠完成的邏輯推理和計(jì)算過(guò)程，換句話(huà)說(shuō)，圖靈機(jī)的計(jì)算能力是人類(lèi)能夠完成的所有計(jì)算的全集，只要一個(gè)問(wèn)題是可判定的，它的計(jì)算過(guò)程可以被符號(hào)和算法所表達(dá)出來(lái)，它就可以使用圖靈機(jī)來(lái)完成計(jì)算。當(dāng)時(shí)很多學(xué)者都無(wú)法想象這么一臺(tái)聽(tīng)起來(lái)跟打字機(jī)差不多的東西，會(huì)是一個(gè)能夠承載人類(lèi)所有可以完成的邏輯和運(yùn)算計(jì)算模型，此前，“計(jì)算”能力是被視為與“思考”相類(lèi)似的人類(lèi)抽象能力，大家一時(shí)間很難接受“計(jì)算”可以被如此簡(jiǎn)單的模型所概括。

如果了解過(guò)可“計(jì)算性理論”（Computability Theory）這個(gè)學(xué)術(shù)分支歷史的讀者會(huì)知道，在圖靈機(jī)被提出之前其實(shí)就已經(jīng)有了能模擬人類(lèi)所能進(jìn)行的全部計(jì)算過(guò)程的模型被設(shè)計(jì)出來(lái)。例如圖靈在碩士階段的導(dǎo)師，普林斯頓大學(xué)的阿隆佐·邱奇（Alonzo Church，1903-1995）教授于1928年就提出的“Lambda演算”就是其中之一。

但圖靈機(jī)相比起其他計(jì)算模型的優(yōu)勢(shì)在于它極為直觀易于理解，而且很容易通過(guò)機(jī)械或者電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，圖靈機(jī)的價(jià)值被人們所發(fā)現(xiàn)后，迅速成為了計(jì)算機(jī)解決“如何計(jì)算”問(wèn)題的基礎(chǔ)，在計(jì)算理論上也成為了可計(jì)算性的對(duì)標(biāo)物。當(dāng)一個(gè)新的計(jì)算模型出現(xiàn)，人們會(huì)判定它是否能解決所有在算法上可計(jì)算的問(wèn)題，如果是的話(huà)，它就被稱(chēng)為是圖靈等價(jià)或者圖靈完備的。今天，我們稱(chēng)某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是圖靈完備的，意思也是所有可計(jì)算的算法都能夠用這種語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)（如今天常見(jiàn)的C、C++、Java、JavaScript等都是圖靈完備的，而HTML/CSS這些語(yǔ)言則不是圖靈完備的）。

由于筆者是個(gè)程序員，所以這里就再多寫(xiě)一句題外話(huà)，由于圖靈機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性，不考慮編碼效率和可讀性的話(huà)，只需寥寥幾個(gè)操作指令就能照著圖靈機(jī)的定義實(shí)現(xiàn)出一款圖靈完備的語(yǔ)言，制造出腦洞大開(kāi)的效果，大家有興趣的話(huà)可以搜索一下“BrainFuck”和“Whitespace”這兩門(mén)語(yǔ)言看看。

03 人工智能的萌芽

在和圖靈的交流中，香農(nóng)很快就理解并接受了圖靈機(jī)的概念，并對(duì)此非常感興趣。因?yàn)樗c圖靈都看到了一個(gè)令人激動(dòng)的前景——

既然圖靈機(jī)這樣一個(gè)并不復(fù)雜的計(jì)算模型就可以抽象人類(lèi)邏輯和計(jì)算能力，而邏輯和計(jì)算又是人類(lèi)最具代表性的智能表現(xiàn)之一，那“思考”能力，也就是“智能”是否也可以被一個(gè)模型所承載抽象，并且被機(jī)器所實(shí)現(xiàn)呢？圖靈機(jī)是否也可以擴(kuò)展為概括所有智能活動(dòng)的模型？如果圖靈機(jī)不足以成為這種模型的話(huà)，是否有其他的抽象模型可以代替，成為人造智能的基石呢？

有必要再?gòu)?qiáng)調(diào)一下，當(dāng)時(shí)是1943年，處于信息科學(xué)的萌芽期，連正經(jīng)的通用電子計(jì)算機(jī)都還不曾出現(xiàn)的時(shí)代，并沒(méi)有實(shí)際的圖靈機(jī)和編程，圖靈和香農(nóng)所討論的一切對(duì)智能的構(gòu)想都停留在數(shù)學(xué)和哲學(xué)層面，而兩位人工智能的先驅(qū)所討論的這幾個(gè)基礎(chǔ)理論問(wèn)題，在今天仍然是人工智能學(xué)界未能解決的問(wèn)題，他們當(dāng)時(shí)討論的內(nèi)容對(duì)計(jì)算機(jī)和人工智能的研究仍有很大啟發(fā)意義。

當(dāng)時(shí)他們的討論主要是圍繞圖靈機(jī)能否作為智能的基礎(chǔ)模型、如何令機(jī)械擁有智能展開(kāi)的，要解決這些問(wèn)題，首先要解決的就是要定義什么是“智能”。香農(nóng)提出考慮機(jī)器智能問(wèn)題時(shí)，應(yīng)當(dāng)把藝術(shù)、情感、音樂(lè)等方面的能力一并考慮進(jìn)去，這很接近今天對(duì)多元智能理論中對(duì)智能的理解。而圖靈則不認(rèn)可，圖靈認(rèn)為智能既然是由物質(zhì)（指人類(lèi)大腦）所承載的，就應(yīng)該是可由物理公式去推導(dǎo)，可以用數(shù)學(xué)的方式去描述的，不應(yīng)該把這些文化方面的內(nèi)容包含進(jìn)去。

據(jù)《圖靈傳》（“Alan Turing: The Enigma”）的記載，一次他們兩個(gè)在討論智能的定義時(shí)發(fā)生了爭(zhēng)論，圖靈反駁香農(nóng)時(shí)是這么說(shuō)的：“不！我對(duì)如何建造一顆無(wú)所不能的大腦完全不感興趣，我只要一顆并不太聰明的大腦，和美國(guó)電報(bào)電話(huà)公司董事長(zhǎng)的腦袋那樣就差不多行了！”，如果這位躺槍的董事長(zhǎng)先生（貝爾實(shí)驗(yàn)室是AT&T下轄的研究機(jī)構(gòu)，董事長(zhǎng)既是他們兩個(gè)的老板）在場(chǎng)的話(huà)，大概不會(huì)同意圖靈給智能所作的定義。

對(duì)于機(jī)器如何實(shí)現(xiàn)智能這個(gè)問(wèn)題，圖靈提出了兩條可能的發(fā)展路線(xiàn)：一種是基于建設(shè)“基礎(chǔ)能力”的方法，通過(guò)編寫(xiě)越來(lái)越龐大完善的程序，使機(jī)器具備越來(lái)越多的能力，譬如可以與人下棋、可以分析股票、可以識(shí)別圖形等等這樣的能力，圖靈認(rèn)為這是完全可以做到的。但他更有興趣的是基于“思維狀態(tài)”來(lái)建造大腦。

這種方法的指導(dǎo)信念是，人類(lèi)大腦一定存在著某種內(nèi)在機(jī)制來(lái)產(chǎn)生智能，因?yàn)椴](méi)有什么更高等的神秘力量在為人腦編程，所以一定存在著某種方法，可以使機(jī)器自動(dòng)地學(xué)習(xí)，就像人類(lèi)大腦一樣。圖靈進(jìn)一步解釋到：新生兒的大腦是不具備智能的，因此，找到人類(lèi)大腦獲得智能的途徑，然后應(yīng)用于機(jī)器上，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以自己學(xué)習(xí)成長(zhǎng)，成為機(jī)器掌握任何領(lǐng)域技能的一攬子解決方案。

圖靈在美國(guó)交流期間，他和香農(nóng)并未能解決“如何定義智能”、“圖靈機(jī)能否作為智能的承載模型”等問(wèn)題，但是他們?cè)谪悹枌?shí)驗(yàn)室一系列關(guān)于智能的討論，代表這個(gè)時(shí)期學(xué)者對(duì)“機(jī)器和智能”思考的萌芽，是人工智能從“科幻”走向“科學(xué)”踏出的第一步。

圖靈回到英國(guó)之后，他與香農(nóng)仍然保持著聯(lián)系，香農(nóng)還在戰(zhàn)后到英國(guó)回訪(fǎng)過(guò)圖靈，他們?nèi)匀粸榻鉀Q幾個(gè)問(wèn)題而不懈努力。在本章中，筆者將繼續(xù)以圖靈的工作為主線(xiàn)進(jìn)行講解，而香農(nóng)的研究工作也間接地導(dǎo)致了人工智能史上另一個(gè)重要里程碑事件的發(fā)生，而這就是下一章的內(nèi)容了。

04 圖靈測(cè)試：何謂智能？

1945年到1947年期間，圖靈從美國(guó)回到英國(guó)之后居住在倫敦的漢普頓區(qū)。這段時(shí)間內(nèi)他在為“英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室”（National Physical Laboratory，NPL）工作，工作的具體內(nèi)容是設(shè)計(jì)一款名為“自動(dòng)計(jì)算引擎”（Automatic Computing Engine，ACE）的通用電子計(jì)算機(jī)。1946年2月，圖靈發(fā)表了世界上詳細(xì)論述帶程序存儲(chǔ)功能（Stored-Program）的計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)的最早論文之一。但是由于政府決策者的短視，ACE完成理論設(shè)計(jì)后，反而陷入了一連串研發(fā)電子計(jì)算機(jī)的工作是否值得現(xiàn)在就去投入的爭(zhēng)論中，并未能立刻進(jìn)入建造階段。圖靈因此感到心灰意冷，離開(kāi)NPL回到大學(xué)校園（劍橋大學(xué)和曼切斯頓大學(xué)），專(zhuān)心研究機(jī)械與智能去了。

關(guān)于ACE的歷史，其實(shí)很值的詳細(xì)書(shū)寫(xiě)一番，如果ACE當(dāng)時(shí)立即啟動(dòng)建造，將很有可能和馮·諾依曼的“離散變量自動(dòng)電子計(jì)算機(jī)”（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，EDVAC）競(jìng)爭(zhēng)“現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的鼻祖”的頭銜（當(dāng)ACE建造工作重新啟動(dòng)之后，在1950年竣工，EDVAC則在1949年完成，兩者完成時(shí)間僅差不到1年），也許今天的學(xué)校的計(jì)算機(jī)課本教授到體系架構(gòu)時(shí)就不再稱(chēng)為馮·諾依曼架構(gòu)了。圖靈和馮·諾依曼（Von Neumann，1903-1957）都是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的天才，他們雖然沒(méi)有直接的合作，分別在兩個(gè)國(guó)家獨(dú)立研究，但對(duì)計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)的觀點(diǎn)卻出奇的一致，只是運(yùn)氣上馮·諾依曼要比圖靈幸運(yùn)得多。圖靈關(guān)于ACE的工作和人工智能關(guān)系有限，我們就不再花費(fèi)筆墨在這上面了。

由于英國(guó)政府的保密要求，回到劍橋后，圖靈所做的關(guān)于機(jī)械智能的研究在當(dāng)時(shí)并未公開(kāi)發(fā)表（圖靈的論文《智能機(jī)器》（“Intelligent Machinery”）寫(xiě)于1948年，直至1992年才在《艾倫·圖靈選集》中發(fā)表）。直到1950年，圖靈在《心靈》（“Mind”）雜志上發(fā)表了另一篇?jiǎng)潟r(shí)代的論文：《計(jì)算機(jī)器和智能》（“Computing Machinery and Intelligence”），筆者相信大部分讀者都沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)這文章，但也敢肯定有很多人聽(tīng)說(shuō)過(guò)“圖靈測(cè)試（Turing Test）”，正是這篇文章提出了著名的“圖靈測(cè)試”?？梢哉f(shuō)，也正是因?yàn)檫@篇論文對(duì)圖靈研究工作的總結(jié)，使得后來(lái)圖靈被世人冠以人工智能之父的榮耀。

1950年圖靈在《心靈》雜志中發(fā)表《計(jì)算機(jī)器和智能》，圖為《心靈》雜志的目錄

我們先來(lái)介紹圖靈測(cè)試，與當(dāng)年和香農(nóng)爭(zhēng)論“智能該如何定義”這個(gè)問(wèn)題時(shí)的思路不同，經(jīng)過(guò)幾年時(shí)間的探索，圖靈已經(jīng)意識(shí)到在當(dāng)時(shí)的學(xué)術(shù)積累下強(qiáng)行定義智能將是適得其反的。因此，在《計(jì)算機(jī)器和智能》的開(kāi)篇就直接說(shuō)明了他不會(huì)正面地的明確定義何謂“智能”，而是先假定智能可以被機(jī)器所模擬，然后對(duì)機(jī)器是否擁有智能給出了一個(gè)側(cè)面的判定途徑：

如果人類(lèi)由于無(wú)法分辨一臺(tái)機(jī)器是否具備與人類(lèi)相似的智能，導(dǎo)致無(wú)法分辨與之對(duì)話(huà)的到底是人類(lèi)還是機(jī)器，那即可認(rèn)定機(jī)器存在智能。

這個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器對(duì)人類(lèi)的“模仿游戲”便是現(xiàn)今舉世聞名的圖靈測(cè)試。圖靈在提出圖靈測(cè)試的時(shí)候，并未想到會(huì)對(duì)后世帶來(lái)如此深遠(yuǎn)的影響。大概1998年互聯(lián)網(wǎng)興起開(kāi)始，每隔一段時(shí)間就有企業(yè)或機(jī)構(gòu)出來(lái)聲稱(chēng)自己研制的機(jī)器人通過(guò)了圖靈測(cè)試，其實(shí)這幾乎都是商業(yè)操作和宣傳的噱頭，無(wú)一例外都是特定條件下，如“在5分鐘或者20句的對(duì)話(huà)中，成功令若干個(gè)的受測(cè)者認(rèn)為與他對(duì)話(huà)的機(jī)器是個(gè)13歲的孩子”這一類(lèi)型的“通過(guò)測(cè)試”。

而圖靈所定義的圖靈測(cè)試，更接近于一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，并未規(guī)定參加測(cè)試的機(jī)器要和人對(duì)話(huà)多長(zhǎng)時(shí)間，要騙過(guò)受測(cè)者中多少人，參加測(cè)試的人類(lèi)智力、年齡等應(yīng)該在什么樣的水平，機(jī)器應(yīng)該模仿一個(gè)年齡多大的人類(lèi)等等（論文中倒是列舉了很多可能提的問(wèn)題和計(jì)算機(jī)回答的場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行論述，但并未對(duì)測(cè)試加以任何判定的條件限制）。圖靈測(cè)試中所指的人類(lèi)，也更多是一個(gè)泛稱(chēng)，而非特定的某類(lèi)人或某個(gè)人類(lèi)個(gè)體。

迄今為止，沒(méi)有任何機(jī)器能夠通過(guò)真正意義上的圖靈測(cè)試。有趣的是，因?yàn)闄C(jī)器在圖靈測(cè)試上一次又一次的失敗，人類(lèi)基于機(jī)器通過(guò)這種測(cè)試的困難度，反而創(chuàng)造出圖靈測(cè)試最廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，這種應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)上隨處可見(jiàn)——圖形驗(yàn)證碼。驗(yàn)證碼的英文單詞“Captchac”其實(shí)就是 “通過(guò)圖靈測(cè)試來(lái)完全自動(dòng)地分辨出計(jì)算機(jī)和人類(lèi)”這句話(huà)的首字母縮寫(xiě)（Completely Automated Public Turing test to tell Computers and Humans Apart）

05 智能與人類(lèi)的界限

今天主流的人工智能研究中，直接以創(chuàng)造出能通過(guò)圖靈測(cè)試的人造智能機(jī)械為目標(biāo)的研究項(xiàng)目其實(shí)極為罕見(jiàn)的，這一方面原因是因?yàn)閳D靈測(cè)試的難度實(shí)在是太高，難以出成果；還有另一方面的原因是圖靈測(cè)試所提出的目標(biāo)，其實(shí)是已經(jīng)超過(guò)了人類(lèi)自身的需要了，好比人類(lèi)要不斷制造更好飛機(jī)的目的肯定是為了更快更舒適的旅行，而不是為了它飛的更像鴿子以至于能欺騙掉其他鳥(niǎo)類(lèi)。

通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的集合關(guān)系，可以令我們以更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞絹?lái)理解“人類(lèi)所需的智能”和“能夠模仿人類(lèi)通過(guò)圖靈測(cè)試的智能”這兩個(gè)問(wèn)題的差別。如圖所示，我們定義了兩個(gè)集合：“全部智能行為”和“全部人類(lèi)行為”，以及兩者的交集“屬于人類(lèi)需要范疇的智能行為”，并以此舉例：

• 屬于全部智能行為可以回答的問(wèn)題：“圍棋規(guī)則中執(zhí)黑需要貼目多少才能確保公平？”
• 屬于全部人類(lèi)行為可以回答的問(wèn)題：“周志明和周杰倫誰(shuí)唱歌比較好聽(tīng)？”
• 屬于人類(lèi)范疇的智能行為可以回答的問(wèn)題：“菠菜3元一斤買(mǎi)3斤需要多少錢(qián)？” 

顯而易見(jiàn)，圖靈測(cè)試所判定的“智能”是能夠模擬全部人類(lèi)行為的智能，但是全部人類(lèi)行為的范圍內(nèi)并非都是“屬于人類(lèi)需要范疇的智能行為”，也并非所有人類(lèi)行為都有讓計(jì)算機(jī)代替人類(lèi)去完成的必要，你沒(méi)必要讓計(jì)算機(jī)替你分辨出“榴蓮到底是不是一種好吃水果”，覺(jué)得榴蓮是否好吃這種問(wèn)題也不會(huì)用來(lái)衡量回答者有沒(méi)有智能或者作為判斷智商的高低的依據(jù)，對(duì)吧？

今天學(xué)術(shù)界人工智能研究的主流是機(jī)器從事人類(lèi)范疇的智能行為（當(dāng)然，機(jī)器天生就可以完成一部分人類(lèi)之外的智能行為，譬如速算，所以要研究的問(wèn)題是機(jī)器還完成不了的人類(lèi)范疇的智能行為）這部分內(nèi)容，而筆者相信現(xiàn)在絕大部分人都很容易接受人工智能的研究定位在人類(lèi)范疇的智能行為是合理的。

但是當(dāng)時(shí)的主流學(xué)者并不都這么認(rèn)為，在1950年以及之后的一、二十年里，人們對(duì)機(jī)械實(shí)現(xiàn)智能的難度估計(jì)普遍都表現(xiàn)出極為樂(lè)觀的態(tài)度，很多的投入是花費(fèi)在“意識(shí)”（Consciousness）、“心智”（Mind）、“自我”（Self）這一類(lèi)今天劃歸于強(qiáng)人工智能范疇的研究之中，以至于在20世紀(jì)80年代大家終于接受快速實(shí)現(xiàn)人工智能的愿望已不切實(shí)際這個(gè)現(xiàn)實(shí)后，出現(xiàn)了一系列關(guān)于人工智能前途的大討論，如“技術(shù)奇異點(diǎn)”的討論、“中文房間”實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)弱人工智能之分等都是這個(gè)時(shí)期提出的。

關(guān)于作者：周志明，矩陣數(shù)字經(jīng)濟(jì)智庫(kù)專(zhuān)家，資深Java技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和企業(yè)級(jí)開(kāi)發(fā)技術(shù)專(zhuān)家，現(xiàn)任遠(yuǎn)光軟件研究院院長(zhǎng)，人工智能博士在讀。

著作頗豐，著有知名暢銷(xiāo)書(shū)《深入理解Java虛擬機(jī)：JVM高級(jí)特性與最佳實(shí)踐》《深入理解Java虛擬機(jī)》《深入理解OSGi》，翻譯了《Java虛擬機(jī)規(guī)范》等著作。其中《深入理解Java虛擬機(jī)》第1版出版于2011年，已經(jīng)出至第2版，叫好又叫座，累計(jì)印刷超過(guò)30次，仍長(zhǎng)銷(xiāo)不衰，是中文計(jì)算機(jī)圖書(shū)領(lǐng)域公認(rèn)的、難得一見(jiàn)的佳作。