第七章 人工智能的发展历程

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2022年7月31日 (日) 07:00Cslt讨论 | 贡献的版本

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教学目标

  • 了解图灵去世后(1950)到达特茅斯会议之前(1956),人工智能学者们的探索,理解人工智能产生的历史背景
  • 了解香农、约翰·麦卡锡、马文·闵斯基、赫伯特·西蒙、艾伦·纽厄尔等人工智能早期代表人物的工作
  • 了解达特茅斯会议所讨论的内容,了解人工智能学者们所关注的问题
  • 通过本节讲解,进一步引导学生建立正确的人工智能史观,理解人工智能研究的对象和领域(例如,人工智能只是编程吗?人工智能是机器人吗?)

教学内容

风起云涌

  • 上世纪50年代,通用计算机刚刚诞生,其强大的计算能力引起来了研究者的广泛关注。另一方面,随着数理逻辑的发展,思维可计算的理念已经深入人心。受图灵“机器智能”思想的影响,利用计算机来模拟人类思维、实现类人智能激发起年轻学者的极大热情。
  • 1950年,人工智能的开创者,著名计算机学家图灵自杀离世,大洋彼岸的美国却有一批年轻人接过了图灵未竟的事业,开启了对后世产生深远影响的一场惊天革命。
  • 1950-1956年间,一批新的研究成果涌现,包括的克劳德·香农的对弈算法,赫伯特•西蒙和艾伦•纽厄尔的“逻辑理论家”定理证明系统, 马文·闵斯基的SNARC神经网络学习机。这些成果启发人们,计算机能做的事可能远超过人们的想象。

成果酝酿1:对弈程序

  • 对弈一向被认为是需要很强智能才能完成的游戏,因此,对弈机器一直承载着人类的智能梦想。最早的自动对弈机器由西班牙数学家莱昂纳多·托里斯于1910年发明[1]
  • 计算机发明以后,包括图灵在内的很多科学家都研究过对弈算法(图灵没有机器,是用笔算的走棋步骤)。其中,克劳德·香农的研究最为深入。他在1949年的一篇论文中深入探讨了一种称为MinMax的走棋算法,并给出了优化方案。同年,香农还设计了一台电动走棋机器[2]

成果酝酿2:定理证明

  • 定理证明是一项高智商活动。然而,数理逻辑的发展让人们相信,基于若干基础假设和简单的推理规则,通过计算是可以实现定理证明的。
  • 1955年,赫伯特•西蒙和艾伦·纽厄尔开始探讨机器定理证明的可能性,最后由来自兰德的计算机程序员约翰·克里夫·肖完成了程序编写。他们把这个程序命名为“逻辑理论家”[3]
  • 逻辑理论家是一个树搜索程序,根结点是基础假设,通过设计好的推理原则进行扩展,直到扩展到定理的结论。这一程序的诞生具有深刻的历史意义,是“思维即计算”这一哲学思想的有力证明。

成果酝酿3:神经网络

  • 科学家们很早就知道,大脑是我们的智能中枢,而大脑是由大量神经元组成。这些神经元是同质的,互相连接起来产生功能。通过模拟大脑的这种连接机制,有可能复现人类的智能。
  • 1951年,当时还是普林斯顿大学数学系研究生的马文·闵斯基设计了一个称为SNARC[4]的人工神经网络。这个网络包括40个神经突触,从随机状态开始运行,并通过操作员的反馈进行训练。SNARC是早期神经网络的代表性工作。

约翰·麦卡锡

  • 1927年9月4日,麦卡锡出生于美国波士顿一个共产党家庭。父母的工作性质决定全家需不断搬迁,从波士顿迁到纽约,然后又到了洛杉矶。
  • 信仰爱尔兰天主教的父亲当过木匠、渔夫和工会组织者,同时也是一位发明家,拥有捻船缝机和桔汁冷冻机两项专利。他的母亲是立陶宛犹太人,最初在联合通讯社当记者,后来在一家共产党报社工作。夫妻俩都曾参加过美国给出的,受父母的影响,麦卡锡从小就把自己对科学的兴趣与家庭的政治倾向结合起来。
  • 麦卡锡认为自己的青少年时期平淡无奇,但事实证明并非如此。在上高三时,他得到了一份加州理工学院的课程目录,上面列出了该校一年级和二年级的微积分课本。他买了这些书,完成了所有的练习题目。这使得他最终在 1944 年进入加州理工后得以免修头两年的数学课程。
  • 1948年,他获得了加州理工学院数学学士学位,在1951年又获得了普林斯顿大学数学博士学位。
  • 1948年9月,他参加了加州理工主办的希克森脑行为机制研讨会,大数学家、计算机设计大师冯·诺依曼在会上演讲了一篇关于自复制自动机的论文,这是一种可以对自身进行复制的机器。
  • 尽管当时的与会人员并没有明确地将机器智能与人类智能联系起来,但冯·诺依曼的讲话却激发了麦卡锡的好奇心。麦卡锡敏锐地将机器智能与人的智能联系起来,打算从事更深入的研究。第二年,在普林斯顿大学数学系做博士论文时,麦卡锡幸运地与冯·诺依曼一起工作。
  • 在冯·诺依曼的鼓励和支持下,麦卡锡决定从在机器上模拟人的智能入手,主要研究方向定为计算机下棋。

达特茅斯会议申请

  • 1952年,普林斯顿大学的一个研究生向麦卡锡建议,可以找一些对机器智能感兴趣的人去收集一些该领域的文章。麦卡锡找到了贝尔实验室的克劳德·香农——“信息论”的创始人。在人工智能方面的若干深入探讨之后,他们萌生召开一次研讨会的共识。在洛克菲勒基金会的一笔微薄的赞助下,他们邀请到当时哈佛大学的明斯基和IBM工程师罗彻斯特等几位学者,参加这次会议
  • 1955年9月2日,约翰·麦卡锡(达特矛斯学院数学助理教授)联合克劳德·香农(贝尔电话实验室数学家) ,马文·闵斯基(哈佛大学数学与神经学初级研究员)和纳撒尼尔·罗切斯特(IBM信息研究经理)向洛克菲勒基金会提出申请,希望举办一次为期两个月,大约10人参加的讨论会。
  • 在申请中,麦卡锡等人首次提出“人工智能 (Artificial Intelligence)”的概念,为一门新学科的诞生埋下了种子[5]


达特茅斯会议

  • 会议大约开始于6月18号,差不多8月17号结束,前后大约有47人参加。讨论在达特矛斯数学系一座教学楼里进行,有时候会有人做主讲报告成果,更多时候是自由讨论。
  • 除了组织者麦卡锡、香农、闵斯基、罗切斯特,与会者还包括赫伯特·西蒙、艾伦·纽厄尔、阿瑟·塞缪尔、雷·所罗门诺夫、约翰·纳什等。这些人在接下来的几十年里都是人工智能领域的领军人物,完成了一次又一次创举和突破,包括麦卡锡的LISP语言,塞费里奇的机器感知理论,塞缪尔的机器学习方法等。
  • 特茅斯会议宣告人工智能作为一门新学科正式登上历史舞台。

会议讨论的内容

  • 麦卡锡等人的达特茅斯会议申请中列出的讨论内容包括:
  • 如何对计算机进行编程;
  • 如何让计算机理解和使用语言;
  • 如何用神经网络来表达概念;
  • 如何定义计算效率和复杂性;
  • 如何实现机器的自我改进;
  • 如何实现对象的抽象表示;
  • 如何实现随机性和创造性。
  • 可见,当时人工智能的研究方向还是很宽泛的,很多基础的事情都需要人工智能的学者们考虑。尽管如此,现代人工智能的主要研究内容已经基本确定了。
  • 从某种意义上讲,人工智能可能是计算机诞生后的第一个研究方向。当时计算机刚出现,人们对计算机的强大能力极为期待,希望它做更多的事情。让它做什么事呢?研究者们首先想到的是让它模似人的能力,成为人们的助手。“除了计算,那就干点儿人干的事”,这是当时很自然的思路。
  • 随着人们探索的深入,才出出了如网络,多媒体处理等细分研究领域,而这些技术在没有出现之前,也是“智能”的,也是人工智能学者们想要达到的目标。