介 绍
在 人 类 探 索 建 立 智 能 机 的 过 程 中 ， 根 据 最 可 行 的 实 现 方 法 和 原 理 ，
人 工 智 能 领 域 已 形 成 若 干 个 研 究 发 展 方 向 。 这 些 可 行 的 原 理 主 要 以
两 种 方 法 来 实 现 ： 自 底 向 上 和 自 顶 向 下 。 自 底 向 上 方 法 通 过 建 立 人
脑 的 神 经 网 络 的 仿 真 来 实 现 人 工 智 能 ， 而 自 顶 向 下 则 通 过 编 写 模 仿
人 脑 的 思 维 方 式 计 算 机 程 序 来 实 现 人 工 智 能 。
神 经 网 络 和 并 行 计 算
人 类 的 大 脑 是 由 数 十 亿 神 经 细 胞 互 联 形 成 的 复 杂 网 络 组 成 ， 理 解 它
的 复 杂 结 构 和 作 用 是 目 前 科 学 研 究 的 最 前 沿 的 课 题 。 自 底 向 上 的 人
工 智 能 研 究 者 正 致 力 于 研 究 人 脑 的 神 经 网 络 结 构 ， 希 望 能 构 造 出 象
人 脑 神 经 工 作 的 仿 真 电 路 。 尽 管 目 前 对 人 脑 的 工 作 原 理 的 许 多 细 节
尚 不 清 楚 ， 但 已 经 知 道 ， 正 是 复 杂 的 神 经 网 络 使 人 具 有 智 能 。 就 神
经 网 络 本 身 而 言 ， 单 个 神 经 元 细 胞 并 没 有 智 能 ， 但 当 它 们 互 联 成 网
络 ， 就 可 以 传 递 信 号 。
刺 激 神 经 元 细 胞 ， 传 递 信 号 到 链 路 的 另 一 端 。研 究 已 发 现 ： 当 一 个
神 经 元 收 到 一 个 信 号 ， 它 会 通 过 树 突 部 分 传 递 出 去 ， 传 递 到 轴 突 。
两 个 神 经 细 胞 之 间 的 间 隙 称 为 神 经 元 突 触 。 当 信 号 传 递 到 突 触 时 ，
为 了 传 递 到 下 个 神 经 下 个 细 胞 ， 会 由 电 能 转 化 为 化 学 能 ， 然 后 由 下
个 神 经 细 胞 接 收 和 继 续 处 理 。Waren McCulloch 在 从 耶 路 大 学 医 学 院 毕 业
后 ， 和 数 学 家Walter Pitts 一 起 提 出 一 个 假 说 ： 该 假 说 解 释 了 神 经 网 络
使 人 脑 工 作 的 基 本 原 理 。 通 过 神 经 元 的 实 验 ，McCulloch 和Pitts 发 现 ，
神 经 细 胞 可 看 作 为 处 理 二 进 制 数 字 的 设 备 。 而 二 进 制 数 字 （ 用 1 和 0
代 表 真 和 假 ）， 作 为 逻 辑 数 学 的 重 要 基 础 ， 同 时 也 是 电 子 计 算 机 的 基
础 。 这 种 联 系 奠 定 了 计 算 机 仿 真 神 经 网 络 （ 并 行 计 算 ） 的 实 现 基 础 。
早 在 一 个 世 纪 以 前 ， 乔 治 布 尔 就 提 出 布 尔 定 律 ， 对 二 进 制 数 字 的 真 /
假 特 性 给 出 了 理 论 描 述 。 同 时 布 尔 定 律 还 阐 述 了 布 尔 操 作 集： 逻 辑
与 、 或 、 非 操 作。 例 如 ： 根 据 布 尔 定 律 ， 假 设 所 有 苹 果 都 是 红 色 ，命 题 ：
“苹 果 是 红 的 ” 为 真
“苹 果 是 红 的 ” A N D “ 桔 子 是 紫 色 ” 为 假
“苹 果 是 红 的 ”OR “桔 子 是 紫 色 ” 为 真
“苹 果 是 红 的 ”AND “桔 子 不 是 紫 色 ” 为 真
布 尔 认 为 ：人 类 的 思 维 活 动 遵 守 布 尔 定 律 ， 因 此 ， 人 的 思 维 活 动 都 是
因 果 活 动 。 九 年 后 ， 仙 农 将 布 尔 定 律 应 用 于 电 路 设 计 中 ， 形 成 现 代
电 子 计 算 机 的 蓝 图 。 布 尔 对 未 来 的 计 算 机 和 人 工 智 能 的 发 展 所 做 出 的
贡 献 是 不 可 估 量 的 ， 他 的 逻 辑 论 形 成 了 神 经 网 络 理 论 的 基 础 。
McCulloch 和Pitts 应 用 布 尔 定 律 ， 发 表 了 一 篇 关 于 神 经 网 络 理 论 的 论 文 。
这 篇 文 章 详 细 描 述 神 经 网 络 进 行 逻 辑 操 作 的 方 法 和 原 理 。 文 中 还 写 到 ：
在 单 层 神 经 元 通 过 释 放 或 不 释 放 一 个 脉 冲 来 告 知 大 脑 真 或 假 的 状 态 。
根 据 反 馈 理 论 ， 文 中 还 解 释 了 传 感 器 到 大 脑 到 肌 肉 的 反 馈 动 作 环 节 。
同 样 ， 得 出 结 论 ： 记 忆 可 以 理 解 为 闭 合 回 路 的 神 经 元 网 络 。 尽 管 我 们
现 在 已 认 识 到 人 的 大 脑 的 逻 辑 思 维 活 动 并 不 是 象McCulloch 和Pitts 所 描 述
的 那 样 由 单 层 神 经 网 络 实 现 ， 而 是 由 多 层 网 络 实 现 的 ， 但 他 们 对 人 工
智 能 领 域 的 贡 献 仍 然 是 巨 大 的 。 因 为 从 刺 激 到 人 脑 做 出 反 应 的 过 程 是
如 何 实 现 的 。McCulloch 和Pitts 的 理 论 人 工 神 经 网 络 理 论 的 基 础 。根 据 理 论 ，
McCulloch 和 Pitts 设 计 了 神 经 网 络 的 电 子 仿 真 模 型 ， 来 展 示 电 气 网 络 如 何
能 产 生 逻 辑 动 作 。 同 时 ， 它 们 还 预 测 ， 未 来 的 神 经 网 络 将 能 够 模 式 学
习 和 模 式 识 别 。 两 人 的 研 究 成 果 和Weiner 的 著 作 掀 起 了 人 工 智 能 发 展 的
高 潮 ， 在 全 国 各 地 ， 建 立 了 许 多 研 究 计 算 机 仿 真 神 经 的 实 验 室 。
但 构 造 全 尺 寸 的 神 经 网 络 仍 然 到 受 到 两 个 主 要 因 素 的 限 制 。 其 一 ，
建 立 一 个 神 经 网 络 的 智 能 机 价 格 十 分 昂 贵 ， 即 使 建 立 一 个 神 经 元 数 量
和 蚂 蚁 神 经 元 数 量 相 当 的 仿 真 智 能 机 也 十 分 昂 贵 。 尽 管 现 在 愿 器 件 的
成 本 已 下 降 了 许 多 ， 但 如 果 要 建 立 一 台 全 尺 寸 仿 真 人 类 大 脑 的 神 经 网
络 计 算 机 会 比 现 有 的 计 算 机 尺 寸 大 上 千 倍 。 其 次 ， 当 前 的 计 算 机 结 构 ，
标 准 冯 诺 曼 计 算 机 结 构 ，元 器 件 之 间 缺 乏 足 够 的 互 联 通 路 。 专 家 正 在
研 究 用 于 神 经 网 络 计 算 机 的 其 他 可 行 的 计 算 机 结 构 。
即 使 存 在 这 些 制 约 因 素 ， 人 工 智 能 的 应 用 仍 然 给 人 们 意 想 不 到 的 惊 喜 。
Frank Rosenblatt ， 长 期 致 力 于 计 算 机 仿 真 网 络 研 究 ， 曾 制 造 出 一 台 可 以
模 仿 人 思 考 ， 识 别 字 母 的 智 能 机 器 。 但 目 前 ， 自 顶 向 下 的 方 法 更 为 流
行 ， 并 行 计 算 已 付 诸 应 用 。 现 在 ， 神 经 网 络 已 开 始 有 具 体 应 用 ， 一 些
研 究 人 员 相 信 ， 通 过 采 用 新 的 计 算 机 结 构 、 并 行 计 算 和 自 顶 向 下 的 研
究 方 向 ， 会 给 建 立 人 工 智 能 的 研 究 带 来 巨 大 的 推 动 力 。
自 顶 向 下 的 实 现 方 法 ： 专 家 系 统 因 为 计 算 机 的 大 容 量 存 储 能 力 ， 专 家
系 统 在 翻 译 统 计 ， 公 式 推 导 上 有 应 用 的 潜 力 。 一 个 专 家 系 统 要 象 破 案
的 侦 探 一 样 ， 利 用 各 种 信 息 ， 逻 辑 关 系 和 规 则 ， 来 解 决 各 种 各 样 的 问
题 。 例 如 ， 一 个 设 计 用 来 区 分 鸟 的 专 家 系 统 如 下 图 所 示 ：
象 如 图 所 示 的 图 表 代 表 了 专 家 系 统 的 通 常 逻 辑 算 法 。 使 用 类 似 的 在 一
组 规 则 ， 专 家 系 统 可 以 有 各 种 各 样 的 应 用 领 域 。 通 过 改 进 和 完 善 用 户
接 口 ， 计 算 机 可 以 有 范 围 很 广 的 应 用 。
国 际 象 棋 程 序
基 于 人 工 智 能 的 游 戏 程 序 将 人 工 智 能 和 娱 乐 有 机 结 合 在 一 起 。 人 工 智
能 结 合 最 强 的 游 戏 程 序 是 国 际 象 棋 程 序 。 参 加 国 际 象 棋 锦 标 赛 的 国 际
象 棋 程 序 可 以 看 二 十 多 步 ， 而 且 ， 国 际 象 棋 程 序 可 以 不 断 学 习 ， 因 此
可 以 不 断 的 提 高 水 平 。 程 序 也 不 会 象 人 那 样 下 棋 。 三 分 钟 内 ， “深 思 ”
， 一 个国 际 象 棋 程 序 ， 可 以 思 考 一 亿 二 千 六 百 万 步 ， 而 人 类 的 国 际 象 棋
大 师 平 均 只 能 思 考 不 超 过 两 步 。 哈 波 特 西 蒙 认 为 ， 人 类 的 国 际 象 棋 大
师 熟 悉 每 一 步 可 行 的 合 适 的 位 置 和 小 片 区 域 内 的 位 置 间 的 关 系 。 而 计
算 机 程 序 不 考 虑 这 些 位 置 间 的 关 系 ， 只 通 过 搜 索 所 有 可 走 的 步 来 确 定
要 走 的 下 一 步 。 而 且 计 算 机 走 的 每 一 步 都 来 自 上 一 步 的 学 习 得 到 。 一
个 运 行 与 克 雷 计 算 机 的 国 际 象 棋 程 序 拥 有 2 6 0 0 分 等 级 分 ， 相 当 于 俄
罗 斯 国 际 象 棋 世 界 冠 军 卡 斯 帕 罗 夫 级 别 的 水 平 。
结 构
许 多 程 序 用 来 表 示 知 识 的 方 法 是 结 构 。 首 先 由 玛 文 明 斯 基 采 用 的 结 构
理 论 可 以 封 装 了 各 种 信 息 包 。 例 如 ， 遇 到 生 日 聚 合 的 时 候 ， 计 算 机 会
调 用 生 日 结 构 ， 并 将 其 中 包 含 的 内 容 应 用 于 当 前 的 场 合 。 由 此 ， 计 算
机 会 知 道 通 常 生 日 聚 会 上 有 蛋 糕 和 礼 物 ， 因 为 生 日 数 据 结 构 中 有 如 此
的 信 息 。 当 然 ， 结 构 可 以 重 叠 覆 盖 ， 可 以 包 含 结 构 。 通 过 使 用 结 构 ，
计 算 机 可 以 不 断 的 增 加 知 识 。 结 构 并 未 被 所 有 的 人 工 智 能 的 开 发 人 员
所 接 受 ， 但 它 已 广 泛 应 用 于 象 S A M 程 序 这 样 具 有 理 解 能 力 的 人 工 智 能
程 序 的 开 发 中 。
结 论 ：
这 篇 文 章 涉 及 了 建 立 人 工 智 能 的 基 本 方 法 。 这 些 方 法 可 应 用 于 各 种 各
样 的 程 序 中 。 就 象 人 工 智 能 开 发 的 发 展 一 样 ， 除 了 目 前 使 用 的 方 法 以
外 ， 一 些 基 于 其 他 理 论 的 方 法 也 在 人 工 智 能 程 序 的 开 发 应 用 中 使 用 。
2006-06-11 19:51
