1.1 人工智能的背景

1.1.1 什么是人工智能

人工智能（Artificial Intelligence，简称AI），是计算机科学的一个分支，是一门用于研究模拟和拓展人类行为与思考方式的新兴科学技术。

人工智能的概念也可以从名字中“人工”部分和“智能”部分来理解。“人工”比较容易理解，指人力所能及的即可以感知、理解、预测复杂世界的人类行为。“智能”意义较为抽象，它所涉及的问题包含思维、意识、自我等智能特征，还包含学习、推理、思考、规划等智能行为。人工智能的研究也试图利用智能理论、方法及技术，探究代替人类智力行为的科学应用，例如机器视、听、触、感觉及思维方式的模拟，人脸识别，视网膜识别，专家系统，智能搜索，逻辑推理，博弈，信息感应与辨证处理。人工智能技术也被认为是21世纪三大尖端技术（基因工程、纳米科学、人工智能）之一，如图1-1所示。

总的来说，人工智能是一门极为复杂、极具挑战又极具前景的科学。这门科学不仅需要计算机科学知识，还需要心理行为学与哲学等学科知识。

1.1.2 人工智能的诞生：模仿人类行为与思考

1956年的夏天，明斯基、麦卡赛、申农和罗切斯特等一批年轻的优秀科学家聚会一起讨论采用机器来模拟人类智能的一系列特征与行为时，首次提出了“人工智能”这一术语，随后这一术语被其他科学家广泛采用，也标志着“人工智能”这门学科的诞生。

但是在这次聚会之前，计算机之父阿兰·图灵建议与其去争论智能体所需要的能力不如去提供一个可以用来检测人类智能的方法，而且人类智能是相比于其他智能无可争议的智能形式。因此，为了辨别实体智能，阿兰·图灵提出了图灵测试（Turing test），并且首先应用于计算机的能力检测。如果在人类询问者提出一系列书面问题后，人类无法判断答案是否由人答出，那么计算机就通过了测试。

目前，我们为计算机编制的程序要想通过图灵测试还需要做大量的工作。计算机尚需具备的能力主要有：

· 自然语言处理，计算机可以成功与人类进行语言交流；

· 知识表示，计算机可以存储它知道的或听到的信息；

· 自动推理，运用计算机存储的信息回答问题和提取新的结论；

· 机器学习，能适应新的环境并能检测和推断新的模式；

· 计算机视觉，可以感知物体；

· 机器人技术，可以操纵和移动物体。

这六个领域构成了人工智能的主要内容，图灵测试也成为计算机智能发展方向的标志，引领智能技术的发展。图灵测试的操作过程如图1-2所示。

图灵测试为我们提供了一个很好的检测模仿人类行为功能的方法。但是计算机能否像人一样思考呢？

我们思考这个问题时，需要深入了解人类思维的真实工作过程。在探索人类思维真实工作过程方面，很多科学家做了大量研究工作，试图寻找模仿人类思考的认知模型方法。目前，有两种常用方法可以达到这个目的，一种是通过捕捉自身思维过程的内省行为；另一种是通过人类心理学的心理测试。

如果我们获得关于人类思维足够清晰准确的原理知识，那么我们就能够让计算机通过程序来模仿表达。一旦计算机的输入/输出与人类思考前后的行为较为一致，则证明程序是可以按照人类的思考模式进行运转的。甚至，如一些科学家艾伦·纽厄尔、赫伯特·西蒙等，他们并不满足于计算机可以正确地解决问题，而是更加关注计算机解决问题过程中的推理轨迹。他们试图利用计算机所建立的 AI 模型与心理学的实验技术相结合，反过来探究人类思维工作方式理论的认知科学。

现如今，认知科学也随着 AI 获得了快速发展，尤其在机器视觉和自然语言领域。例如，AI人脸识别，AI无人驾驶，生产原料纹理识别，批量产品质量缺陷检测及拣取分类。自然语言处理（Natural Language Processing，NLP）是人工智能的一个子领域，也是目前人工智能面临解决的最困难问题之一，如图1-3所示。但是，随着语音识别技术的快速发展，智能语音识别产品也如雨后春笋般出现在机器人客户服务、手机应用等中。

自然语言智能研究的时间从图灵测试出现算起至今已经 60 余年了，但自然语言对话应用的快速发展才刚刚开始。2011年，苹果Siri应用被安装在iPhone 4S中，它是第一个成熟应用的比较知名的对话系统，接着微软（Microsoft）开发出了小冰、亚马逊（Amazon）开发出了Alex。智能语音服务助手、聊天机器人、智能翻译助手、语言学习助手等都是目前人工智能NLP领域开发的热门产品。

在智能语音领域，我国科技公司以百度、科大讯飞、华为为代表，发展也非常迅速。应用产品有百度旗下的人工智能助手小度、小米公司旗下的小爱同学、阿里巴巴开发的天猫精灵智能音箱等，如图1-4所示。