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“機(jī)器能思考嗎？”

70多年前，計(jì)算機(jī)科學(xué)之父艾倫·圖靈在《計(jì)算機(jī)械與智能》一文的開頭提出這一問題，至今仍被追問不已。

人類的思維難以定義。圖靈因而設(shè)計(jì)了一場(chǎng)“模仿游戲”，通過檢驗(yàn)計(jì)算機(jī)替代人類后的游戲結(jié)果，倒推思維是否存在于機(jī)器中。后來，這一設(shè)想發(fā)展為我們熟知的“圖靈測(cè)試”：計(jì)算機(jī)假扮人和裁判對(duì)談，如果超過30%的裁判誤以為和自己說話的是人而非計(jì)算機(jī)，那么就可以認(rèn)為計(jì)算機(jī)“能思考”或“有智能”。

實(shí)際中，“圖靈測(cè)試”并非判斷人工智能的標(biāo)準(zhǔn)，但“有思維的機(jī)器”這一命題卻為眾多科幻作品提供了靈感。

不論是《2001太空漫游》中不具人形卻有自我保全意識(shí)的計(jì)算機(jī)哈爾9000，還是《人工智能》中引人疼惜的“類人”男孩戴維，擁有比擬人類思維甚至情感的“熒幕機(jī)器”，無一不演繹出催人深省的故事，建構(gòu)了許多人對(duì)“人工智能”的終極幻想。

然而，如果我們從科幻世界轉(zhuǎn)向現(xiàn)實(shí)生活，看到的“人工智能”卻是另一種截然不同的形態(tài)——語音助手、人臉識(shí)別、智能家居服務(wù)我們的日常生活，自動(dòng)駕駛、智能制造、智能計(jì)算推動(dòng)科技革命和產(chǎn)業(yè)變革。AlphaGo與李世石的世紀(jì)大戰(zhàn)中，“機(jī)器戰(zhàn)勝人類”這一科幻電影里的可怕結(jié)局，反被譽(yù)為人類技術(shù)勝利的又一次證明。

究竟，什么是“人工智能”？它將把人類的未來引向何方？當(dāng)我們跨越“智慧的疆界”，又該以何種姿態(tài)擁抱新一輪的技術(shù)革命？

近日，在西湖大學(xué)的湖心講堂上，圍繞這些話題，計(jì)算機(jī)科學(xué)家姚期智和歷史學(xué)家葛兆光，展開了一場(chǎng)科技與人文的跨界對(duì)話。

尋找“智慧”源頭

“怎樣教一部計(jì)算機(jī)識(shí)別出手寫的阿拉伯?dāng)?shù)字‘8’？”姚期智向觀眾拋出了個(gè)“腦筋急轉(zhuǎn)彎”。

“乍一看，‘8’可以被分解為兩部分，因此，可以告訴計(jì)算機(jī)，在圖像中找到兩個(gè)圈，判斷它們的相對(duì)位置，這是傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法?！币ζ谥钦f，“但‘深度學(xué)習(xí)’舍棄了這種人工分析曲線特征的思路，只給機(jī)器提供大量原始手寫數(shù)據(jù)，通過優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)，就能訓(xùn)練它最終辨別出‘8’來?！?/p>

深度學(xué)習(xí)賦予了人工智能強(qiáng)大的“自學(xué)”的能力，它的基礎(chǔ)是被稱作“人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的算法模型。物如其名，該模型的靈感正來自人類自身的“智慧中樞”——大腦。

從某種意義上說，人腦可謂世界上最復(fù)雜精密的計(jì)算機(jī)。人腦大約有860億神經(jīng)元。在學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)，外界信號(hào)刺激神經(jīng)元間形成突觸，信息便開始傳遞，同一個(gè)信號(hào)的反復(fù)刺激，則能強(qiáng)化突觸傳遞該信息的能力。一個(gè)人的“知識(shí)網(wǎng)”，正是隨著神經(jīng)網(wǎng)的生長(zhǎng)越織越細(xì)密，越系越牢固。

作為人腦結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)抽象，“人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”中同樣有一層層排布的“神經(jīng)元”節(jié)點(diǎn)，它處理數(shù)據(jù)的過程也與突觸傳遞信號(hào)頗為相似：輸入層“神經(jīng)元”接收初始信息后，上一層的數(shù)據(jù)經(jīng)過加權(quán)函數(shù)運(yùn)算激活下一層“神經(jīng)元”，層層正向推進(jìn)，直到在輸出層得到結(jié)果。對(duì)比結(jié)果與預(yù)期，優(yōu)化信息又“反向傳播”，“訓(xùn)練”神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整權(quán)重和偏差。這樣一來，一旦有了海量輸入數(shù)據(jù)的支撐，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就能在循環(huán)往復(fù)的訓(xùn)練中漸趨完善。

“深度學(xué)習(xí)就好比換一種方式學(xué)語言。”姚期智又形象地打了個(gè)比方，“成年人學(xué)語言，要分析語音、語法、詞匯，現(xiàn)在我們用小孩學(xué)語言的方法，讓他浸潤(rùn)于該語言的母語環(huán)境中，自己琢磨，自然而然他就能說得很流利，效果還可能更好?！?/p>

早在上世紀(jì)末，圖靈獎(jiǎng)得主、深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的先驅(qū)人物楊立昆（Yann LeCun）就率先使用反向傳播和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)出了能識(shí)別手寫數(shù)字的系統(tǒng)LeNet，用于自動(dòng)讀取銀行支票上的數(shù)字。這是深度學(xué)習(xí)在計(jì)算機(jī)視覺中的最早應(yīng)用之一。但在當(dāng)時(shí)，它還是默默無聞的小眾算法，沒有在學(xué)界業(yè)界掀起太大波瀾。

直到2012年，深度學(xué)習(xí)才再度出現(xiàn)在大眾視野。在這一年的ImageNet大規(guī)模視覺識(shí)別挑戰(zhàn)賽上，基于深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的AlexNet一戰(zhàn)成名，圖像識(shí)別錯(cuò)誤率遠(yuǎn)低于第二名10%，開啟了人工智能熱的新紀(jì)元。AlexNet也“開宗立派”，后來出現(xiàn)的許多新算法中無不有它的影子。到今天，深度學(xué)習(xí)在圖像識(shí)別、語音識(shí)別、自然語言等領(lǐng)域大展身手，一度成為人工智能的代名詞。

有人說，圍棋是人類智慧的“最后一道防線”。真正讓深度學(xué)習(xí)“出圈”的標(biāo)志性事件非AlphaGo和圍棋世界冠軍李世石的人機(jī)大戰(zhàn)莫屬。倘若深究AlphaGo的制勝奧秘，除深度學(xué)習(xí)多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)外，強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法也功不可沒。

姚期智以“老鼠吃奶酪”的經(jīng)典案例解釋當(dāng)前在游戲和機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的“強(qiáng)化學(xué)習(xí)”：想象有一只老鼠在走迷宮，在出口它能吃到奶酪，每走錯(cuò)路它就會(huì)撞到墻上，久而久之，它再進(jìn)入迷宮時(shí)就能根據(jù)記憶走出去。強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，就在于讓計(jì)算機(jī)自主與環(huán)境互動(dòng)，在正負(fù)反饋中找到通路。

AlphaGo的訓(xùn)練就好比在棋局的迷宮中不斷搜索勝利的“奶酪”——它并不鉆研“棋藝”，而是通過吸收大量人類專家的棋譜，再進(jìn)行大量自我博弈，根據(jù)結(jié)果評(píng)估得失，總結(jié)出走迷宮的“經(jīng)驗(yàn)”。

人機(jī)對(duì)弈僅一年后，使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)的 AlphaGo Zero更是擺脫了除圍棋規(guī)則外的任何棋譜，經(jīng)過3天的訓(xùn)練就無師自通，以100∶0的戰(zhàn)績(jī)擊敗了前輩AlphaGo。至此，人工智能棋手的意義已不再是與人類冠軍一決高下，它自身的迭代與突破，就足以證明人類智慧的勝利。

“深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)這兩大算法引擎，極大推動(dòng)了過去十幾年我們目睹的人工智能‘新浪潮’。”姚期智總結(jié)道。

學(xué)科疆界如何打破

“從今天起，確定幾乎全部已知蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，都會(huì)像使用谷歌搜索一樣簡(jiǎn)單?！薄蹲匀弧冯s志今年7月28日宣告，DeepMind公司研發(fā)的AlphaFold人工智能系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)測(cè)出約100萬個(gè)物種中的2億多種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，幾乎涵蓋了地球上所有已知蛋白質(zhì)。整個(gè)生命科學(xué)界再度為之震顫。

蛋白質(zhì)是生命不可或缺的元素，獨(dú)特的折疊結(jié)構(gòu)則決定了每種蛋白質(zhì)的不同功能。五十年前，科學(xué)家就開始艱難攻克這個(gè)極富挑戰(zhàn)性的生物現(xiàn)象，直到人工智能的出現(xiàn)帶來了質(zhì)的飛躍。

這場(chǎng)顛覆性革命幾年前就已萌芽。2018年，AlphaFold首次在國(guó)際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)大賽上亮相，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確分比得分最高的人類團(tuán)隊(duì)高出近20分。到了2020年，它的全局描述符表總體平均得分已超90分，與人類的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相上下。換句話說，結(jié)構(gòu)生物學(xué)家用復(fù)雜實(shí)驗(yàn)手段解析出的結(jié)構(gòu)，人工智能通過計(jì)算就能得到。

“原子分辨率的結(jié)構(gòu)常被看作是生物學(xué)問題的終極解釋。以往生物學(xué)研究遵循著一定的模式，從發(fā)育到遺傳，尋找到基因之后再到細(xì)胞生物學(xué)探尋其功能，然后到生物化學(xué)研究對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)如何起作用，最后才到結(jié)構(gòu)來解釋?！爆F(xiàn)場(chǎng)，西湖大學(xué)校長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)家施一公說，“人工智能的出現(xiàn)，打破了這一研究常規(guī)，把生命的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)瞬間拓展了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，結(jié)構(gòu)走到了生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)，甚至遺傳學(xué)前面?！?/p>

如果說AlphaFold把我們對(duì)已知生命世界的認(rèn)知推向了極致，那么當(dāng)我們把目光轉(zhuǎn)向物理學(xué)，自然界中不曾存在的未知物質(zhì)，也在人工智能的幫助下被創(chuàng)造了出來。

姚期智說，“時(shí)間晶體”的實(shí)現(xiàn)就是一個(gè)很好的例子。十年前，“時(shí)間晶體”的概念被首次提出——這種奇妙的物質(zhì)如同四維空間的萬花筒，具有“時(shí)間平移對(duì)稱性被破壞”的特征，即在時(shí)間上有規(guī)律地重復(fù)自身的狀態(tài)，如“永動(dòng)機(jī)”一般不消耗任何能量。

今年7月，浙江大學(xué)和清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)在超導(dǎo)量子芯片上，結(jié)合人工智能算法和全數(shù)字化量子模擬，創(chuàng)造出了全新具有“拓?fù)湫浴钡摹皶r(shí)間晶體”——鏈狀晶體邊緣和內(nèi)部特征不同，只有兩端呈現(xiàn)出時(shí)間平移性的破壞。人工智能與量子計(jì)算強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，展現(xiàn)出在量子世界探索更多新奇物質(zhì)和現(xiàn)象的巨大潛能。

不斷涌現(xiàn)的成果表明，人工智能已成為兼具速度與準(zhǔn)確性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)工具。數(shù)百年來，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的開普勒范式和第一性原理驅(qū)動(dòng)的牛頓范式是科學(xué)研究的兩大支柱。如今機(jī)器學(xué)習(xí)，尤其是深度學(xué)習(xí)異軍突起，讓科學(xué)家看到了新范式誕生的曙光。

那么，我們可否再往前一步，大膽暢想，如果人工智能將徹底改變社會(huì)生活，科學(xué)與人文的疆界是否也終將被突破？

有觀眾提問，深度學(xué)習(xí)可以像預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)一樣，預(yù)測(cè)歷史事件嗎？

或許，縱觀歷史長(zhǎng)河，我們所處的社會(huì)是一盤無邊無際的棋，比宇宙更為深不可測(cè)。算法無法在千變?nèi)f化的變量中歸納出歷史的“必然”定律。如葛兆光說：“歷史的必然性是無數(shù)偶然性的疊加，每到一個(gè)路口，前方都有無數(shù)條岔路。是人的無數(shù)偶然選擇才讓歷史‘成為必然’?！?/p>

但這并不阻礙學(xué)者把越來越多的“參數(shù)”引入歷史研究中。“過去我們討論階級(jí)、戰(zhàn)爭(zhēng)、制度對(duì)歷朝歷代的影響，現(xiàn)在更多的非政治因素，比如環(huán)境問題、氣候變化、疾病傳播都成為了研究主流?！备鹫坠庹f，“舉例說，明朝百萬大軍為何抵擋不住少其十余倍人的清軍？除了老生常談的朝政腐敗和農(nóng)民起義，橫跨明清的小冰期導(dǎo)致的糧食危機(jī)，可能更清晰地解釋社會(huì)問題的根源?！?/p>

隨著更多新參數(shù)被納入考量，歷史文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)不斷壯大，人工智能在分析歷史事件的趨勢(shì)與因果上或有用武之地。

如果我們著眼更實(shí)際的應(yīng)用，人工智能擅長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)視覺在考古文物復(fù)建、古籍文字識(shí)別等方面都已發(fā)揮出重要作用。今年3月，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Ithaca就登上了《自然》雜志封面，這是一個(gè)專門用于從受損碑文中破譯古希臘文字的人工智能系統(tǒng)，將幫助歷史學(xué)家掌握通向古文明的語言鑰匙。

科技向善是終極答案

“我所渴望探求的乃是天地之奧秘。我要弄清楚究竟是什么力量在支配著我？是構(gòu)成事物的外部物質(zhì)，還是大自然的本身意志和人的神秘的靈魂？”弗蘭肯斯坦的自白是工業(yè)革命時(shí)代技術(shù)狂熱的縮影，他的悲劇敲響了科技倫理的警鐘。

兩個(gè)世紀(jì)前的隱憂始終未曾消散，百年間，每一種新技術(shù)的誕生，都或多或少在顛覆舊思想、舊方法的同時(shí)，帶來爭(zhēng)議、困惑和焦慮。而從第一個(gè)科學(xué)怪人的誕生一直到今天科幻電影大量渲染的“人造人”危機(jī)，我們對(duì)所謂人類“造物主情結(jié)”的警惕，似乎隨著人工智能時(shí)代的到來愈演愈烈。

機(jī)器能思考嗎？人工智能會(huì)發(fā)展出意識(shí)與情感嗎？如果那一天真的到來，人類與人工智能的邊界在哪里？現(xiàn)場(chǎng)，同樣有觀眾抱有這樣的疑問。

事實(shí)上，如果僅從技術(shù)層面看，科幻電影中描繪的那些擁有獨(dú)立自我意識(shí)、自主思維能力的人工智能，屬于“強(qiáng)人工智能”或“通用人工智能”的范疇，現(xiàn)在的知識(shí)技術(shù)水平對(duì)此還望塵莫及。

“從行為的角度，我們或許可以通過分析自我意識(shí)的‘表象’要素，通過計(jì)算機(jī)程序把它們表達(dá)出來?！币ζ谥腔卮穑暗珡谋举|(zhì)上來說，什么是‘意識(shí)’，什么是‘情感’，這又是另一個(gè)哲學(xué)問題?！闭绗F(xiàn)在，越來越多的機(jī)器能夠通過圖靈測(cè)試，讓人在表面上無法分辨其和人類的不同之處，但背后是否有“自我意識(shí)”的作用，這很難定論。

既然如此，是否意味著科幻作品只是杞人憂天，人工智能的倫理問題離我們還很遙遠(yuǎn)？

“我們?nèi)宋膶W(xué)者，始終要給出一個(gè)偏向悲觀的結(jié)論，這是為了提醒世人記住經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。但是科學(xué)家一定要傳達(dá)樂觀的精神，因?yàn)樗麄兊墓ぷ髅嫦蛭磥?，這兩者其實(shí)并不矛盾?！备鹫坠庹f。如瑪麗·雪萊以超現(xiàn)實(shí)的故事試圖打破對(duì)技術(shù)的絕對(duì)崇拜，虛構(gòu)與想象的價(jià)值不在于預(yù)知未來，也并非為了激起恐懼，而是為了讓人們保持對(duì)科技“雙刃劍”效應(yīng)的思考。

而隨著人工智能研究向縱深邁進(jìn)，兩位學(xué)者都相信，“強(qiáng)人工智能”的實(shí)現(xiàn)不是“是與否”的問題，而是“還要多長(zhǎng)時(shí)間”的問題。

在演講結(jié)尾，姚期智特別引用了加州大學(xué)伯克利分校計(jì)算機(jī)科學(xué)家斯圖爾特·羅素的名言:“想先設(shè)計(jì)出極度聰明的機(jī)器，然后再去研究如何控制它，別做夢(mèng)了！”

說到底，未雨綢繆永遠(yuǎn)不會(huì)為時(shí)過早。

至于當(dāng)下，人工智能也還面臨著更現(xiàn)實(shí)的技術(shù)瓶頸與倫理考驗(yàn)。比如，有關(guān)人工智能應(yīng)用中隱私保護(hù)和算法公平的呼吁早已出現(xiàn)。又比如，社會(huì)亟待“可信AI”解除人工智能的信任危機(jī)。

姚期智指出：“現(xiàn)在的人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)有魯棒性（穩(wěn)定性）差、可解釋性不強(qiáng)的通病?！痹囅耄绻斯ぶ悄懿荒苓_(dá)到絕對(duì)穩(wěn)定，那么在自動(dòng)駕駛的應(yīng)用中，即使千分之一的差錯(cuò)率都會(huì)造成巨大的災(zāi)難；如果由于深度學(xué)習(xí)的“黑箱”特征，人工智能醫(yī)生無法向患者提供醫(yī)療診斷的依據(jù)，它的可信度又還剩幾分？

引導(dǎo)科技向善，讓人工智能更好地服務(wù)美好生活與社會(huì)進(jìn)步，是科學(xué)家的使命，也取決于整個(gè)社會(huì)的立場(chǎng)與態(tài)度。

“成熟的文明像一艘古老的大船，很穩(wěn)定、很安全，但是要轉(zhuǎn)身時(shí)，可能就不如小船，小船在風(fēng)雨飄搖中顛簸，但往往能靈活調(diào)轉(zhuǎn)?！备鹫坠庀蛭覀兘忉?，古代中國(guó)根深蒂固、自成一體的文化傳統(tǒng)與政治秩序，如何在它與科技進(jìn)步間劃出了一條本不存在的“疆界”，拉開了它與西方世界的距離。

如今，中國(guó)這艘現(xiàn)代化的大船正朝著科技強(qiáng)國(guó)的燈塔乘風(fēng)破浪，在人工智能這條航道上，技術(shù)創(chuàng)新力與倫理價(jià)值觀的共同護(hù)航，方能助我們行穩(wěn)致遠(yuǎn)。