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人工智能的三位卓越先驅

數千年來,人類一直夢想著為無生命的物體注入生命。但當談到人工智能在普通人中的普及時,就得從世界上第一台可編程計算機——重達30噸的巨型計算機ENIAC開始說起。在1945年「二戰」結束後僅6個月,賓夕法尼亞大學就製造出了兼具電子數字集成器和計算器功能的ENIAC。這台計算機耗費了500 000美元的美國軍事基金,其運算速度比作為競爭對手的其他機電機器快了大約1 000倍。這台機器及其所代表的理念令媒體極為感興趣。他們將這台計算機稱為「巨腦」。

建造這樣一個「巨腦」的想法令人們為之神往。「二戰」結束以前,「電腦」專指在記賬等領域進行計算的人。忽然之間,電腦所代表的不再是人了,而是裝有電子管和晶體管的機器,而且這些機器的計算速度甚至比最有計算天賦的人還要快得多。「二戰」及其餘波激發了人們對認知心理學的興趣。僅在戰時,美國心理學會的會員人數就從2 600人增至4 000人。到1960年,僅15年間,會員人數就激增到了12 000人。認知心理學研究人員將人類大腦想像成一台機器,複雜行為可以通過這台機器表現為多重簡單響應的綜合結果。認知心理學家關注的是人類行為中切實可觀測到的事物,而非在無法證實的「心理實體」上浪費時間。「行為主義」等領域因此應運而生,因老鼠實驗而聞名的著名心理學家伯爾赫斯·弗雷德裡克·斯金納(B. F. Skinner)稱行為主義為「行為的技術」。

工程師們之前一直對心理學形而上學的層面避而不談,但是他們都被一個概念深深吸引,即人腦可能成為電腦。他們同樣開始醉心於研究記憶、學習和推理,許多心理學家都將其視為人工智能的基礎。激動人心的是,他們同樣意識到,與人類相比,計算機具有潛在優勢。例如,ENIAC每分鐘能夠計算多達20 000次乘法,這樣的計算能力著實令人驚訝。人類的記憶並不可靠,而相比之下,一台每微秒訪問數千條項目的機器更能凸顯出優勢。

專門介紹現代計算誕生的書籍有很多,其中三名作者脫穎而出,他們為我們現在所熟知的人工智能領域奠定了哲學和技術基礎。他們就是:約翰·馮·諾依曼、艾倫·圖靈和克勞德·香農。

馮·諾依曼是土生土長的匈牙利人,1903年出生在布達佩斯的一個猶太銀行家家庭。1930年,馮·諾依曼來到普林斯頓大學擔任數學教師,三年後成為新成立的普林斯頓高等研究院的6位教授之一,並擔任這一職位直至去世。無論以什麼標準來衡量,馮·諾依曼都堪稱才智驚人。相傳,他在6歲時就能計算8位數的除法。「二戰」期間,馮·諾依曼在洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)參與了曼哈頓計劃(Manhattan Project),他的一項艱巨任務就是計算氫彈爆炸的精確高度,即在什麼位置爆炸能夠造成最大的破壞效果。馮·諾依曼對計算領域做出的主要貢獻是,提出在計算機存儲器中設置計算機程序存儲的理念。實際上,馮·諾依曼是第一個將「記憶」這一人類專用術語應用於計算機的人。與同時期的其他人不同,馮·諾依曼並不認為計算機能夠像人類一樣思考,但是他卻創建了與人類面相學相並行的學說。他在一篇文章中指出,計算機零件「相當於人類神經系統中的神經元。感覺神經元(傳入神經元)和運動神經元(傳出神經元)之間的共同點仍有待探討」。其他人會很高興接過這一挑戰。

艾倫·圖靈是英國的數學家和密碼專家。「二戰」期間,他在英國布萊切利公園密碼破譯中心擔任政府密碼學校的領導,並提出了許多破譯德軍密碼的方法,其中最著名的就是發明了能夠破譯英格瑪(Enigma)密碼機設置的機電裝置。這使他在破譯截獲信息方面發揮了重要作用,最終幫助同盟國戰勝了納粹。圖靈對「思考的機器」這一想法十分著迷,並設計了著名的圖靈測試,我們在後面的章節會進行詳細探討。圖靈小時候非常喜歡一本書——《每個孩子都應該知道的自然奇觀》(Natural Wonders Every Child Should Know),作者艾德文·坦尼·布魯斯特(Edwin Tenney Brewster)稱:「這本書試圖引導8—10歲的孩子對如下問題自問自答:『我與其他生物有什麼相同之處?我們之間又有哪些不同?』」布魯斯特在書中寫道:

當然,這就是一台機器。雖然它比以往任何機器都複雜得多,但歸根結底也只是一台機器。人們曾把它比作一台蒸汽機,但那時我們對它的瞭解遠沒有現在多。它實際上是一台燃氣機:就像汽車、摩托艇或飛行器的引擎。

圖靈的一個重要理念就是通用圖靈機(Universal Turing Machine)。與其他擁有單一功能的電腦相比,圖靈詮釋了如何通過閱讀磁帶上的分步說明來使用電腦去完成多個任務。他寫道,電腦「實際上能夠作為其他機器的模型」。這就意味著沒必要在完成每項任務時使用不同的機器。圖靈指出:「我們無須再為不同的任務製造不同的機器,只需對通用機進行『編程』即可完成這些任務。」

圖靈猜測,其中一項任務就是模仿人工智能。他在《智能機器》這篇文章中將在機器中複製人工智能稱為「一項特殊的挑戰」,因為當時的計算機還存在一定的局限性。他認為「人腦的存儲容量大約為100億二進制數字,但其中大部分存儲容量被用於記憶視覺印象,或以其他方式浪費掉了。人們有理由希望通過數百萬字節的計算機內存而在人工智能方面取得實際的進展」。

人工智能的另一位創始人為克勞德·香農,也就是今天的「信息理論」之父。香農出生於1916年,是三位創始人中最年輕的一位,他為計算領域做出的最大貢獻是提出了晶體管的工作原理。晶體管是數十億個微小的開關,電腦就是由這些開關組成的。算法就是指令序列,通過打開或關閉晶體管向電腦傳達指令。香農認為,電腦在接到其他晶體管指令後打開或關閉特定的晶體管,通過這一方式進行基本的邏輯分析。他指出,如果在打開2號和3號晶體管的同時打開1號晶體管,那麼這就是一個邏輯運算。如果在打開2號或3號其中一個晶體管時打開1號晶體管,這就構成第二個邏輯運算。如果在2號晶體管關閉的情況下打開1號晶體管,這就是第三個邏輯運算。就像簡單的口語詞彙一樣,所有計算機算法都可以歸為以下三種狀態之一:與、或、否。香農將這些簡單的狀態合併成複雜的指令序列,並且建議執行複雜的邏輯推理鏈。