全媒体专家专访 | 浙江大学上海高等研究院常务副院长、人工智能研究所所长吴飞:一名学者眼中的人工智能变局与发展
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全媒体视角

当今,新一代人工智能正在全球范围内蓬勃兴起,为经济社会发展注入新的动能,并深刻改变人们的生产生活方式。但作为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量,人工智能的历史发展如何回溯,新一代人工智能发展有什么特点,目前中国人工智能技术的发展面临哪些挑战……关于人工智能诸多问题尚需被系统性认识。近日,中教全媒体专访了浙江大学上海高等研究院常务副院长、人工智能研究所所长吴飞教授,他介绍了人工智能发展的现状、存在的问题和面临的挑战,并谈及了浙江大学所构建的“教材、课程和平台”三位一体教育教学新模式以及一直以来他所践行的人工智能科学普及工作。

浙江大学上海高等研究院常务副院长、人工智能研究所所长 吴飞

吴飞:浙江大学求是特聘教授、浙江大学上海高等研究院常务副院长、浙江大学人工智能研究所所长,国家杰青获得者。教育部人工智能科技创新专家组工作组组长(2018.8-2020.12)、科技部科技创新2030“新一代人工智能” 重大科技项目指南编制专家、中国工程院院刊《Engineering》信息与电子工程学科执行主编,国家一流本科课程负责人。入选“高校计算机专业优秀教师奖励计划”,曾获中国电子学会科技进步一等奖、世界人工智能大会最高奖“卓越人工智能引领者奖”。著有《人工智能导论:模型与算法》、《人工智能初步》、《走进人工智能》等著作。主要研究领域为人工智能、多媒体分析与检索。

新一代人工智能发展特点:应用驱动 使能技术 赋能社会

中教全媒体:回顾人工智能历史发展,当前新一代人工智能发展有什么特点?

吴飞:1955年8月,时任达特茅斯学院数学系助理教授、1971年度图灵奖获得者麦卡锡 (John McCarthy),时任哈佛大学数学系和神经学系青年研究员、1969年度图灵奖获得者明斯基(Marvin Lee Minsky),时任贝尔实验室数学家、信息论之父香农(Claude Shannon)和时任IBM信息研究主管、IBM第一代通用计算机701主设计师罗切斯特(Nathaniel Rochester)四位学者向美国洛克菲勒基金会递交了一份题为“关于举办达特茅斯人工智能夏季研讨会的提议”的建议书,希望洛克菲勒基金会资助拟于1956年夏天在达特茅斯学院举办的人工智能研讨会。在这份建议书中,“人工智能(artificial intelligence)”这一术语被首次使用,标志着人工智能开始登上人类历史舞台。

图一 1955年8月31日开启人工智能研究的建议书

该建议书在开篇写到:我们建议于1956年夏天在新罕布什尔州汉诺威小镇的达特茅斯学院进行为期2个月、共10人参与的人工智能研究。建议书提出了如下两个设想:1)学习的每个方面或智能的任何其他特性原则上可以被精确描述,以至于可以用机器来模拟;2)我们将尝试探究如何教机器能使用语言、让机器具备抽象能力和概念形成能力,解决各种本来人类才能解决的问题;3)研究使机器不断提升自身能力的方法。

项目书建议精心挑选一组科学家对这些挑战共同研究一个夏天,以便能够在若干方面取得重大进展。这份建议书同时详细列举了七个在达特茅斯会议中重点讨论的问题,分别是自动计算机、计算机编程、神经网络、计算的复杂度、智能算法的自我学习与提高、智能算法抽象能力、智能算法随机性与创造力等。

3个月后,即在1955年11月,洛克菲勒基金会主管此事的生物与医学部门主任莫里森(Robert S.Morison)博士给四位建议者回复了基金会对这一建议书讨论的结果。基金会在回复中没有使用“人工智能”这一单词来描述建议书拟研究内容,而是使用了“思维的数学模型”(Mathematical Models for Thought)这一单词。基金会认为虽然申请书所提及研究内容难以让人明确领悟(difficult to grasp very clearly),但是鉴于这一研究具有长期挑战性,基金会愿意资助其申请经费的一半,即批准7500美元来支持这个研讨会。要说明的是,莫里森本人是神经生理学家,离开洛克菲勒基金会后,先后在康奈尔大学和麻省理工学院(MIT)任教、直至退休。从这里可以看出,人工智能在其启航之际,与神经科学和脑科学等联系很紧密。

1956年6月18日至8月17日,近30位学者齐聚达特茅斯学院展开了持续8周的研究讨论,从学科意义上而言,从此人工智能开始登上人类历史舞台。

当前新一代人工智能正在迅猛发展,正成为引领这一轮科技革命和产业变革的战略性技术和重要驱动力量,并发挥很强的“头雁效应”。人工智能研究呈现深度学习、跨界融合、人机协同、群智开放、自主操控等新特征,引发链式突破,成为新一轮产业变革的核心驱动力。

中国工程院原常务副院长、国家新一代人工智能战略咨询委员会主任委员潘云鹤院士曾经指出,“回顾人工智能发展历程中的主要挫折,我们不难发现,当它与信息环境的变化趋势不符时,往往就会导致失败。促使人工智能变化的动力既有来自人工智能研究的内部驱动力,也有来自信息环境与社会目标的外部驱动力,两者都很重要,但相比之下,往往后者的动力更加强大。”

因此,当前人工智能显著特点是应用驱动、使能技术、赋能社会,正如恩格斯所言,“社会一旦有技术上的需要,这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进(社会历史发展的动力来自实践需求)” 。

中教全媒体:如何理解人工智能具有社会属性和技术属性相互结合的特点?

吴飞:2017年7月国务院印发的《新一代人工智能发展规划》明确指出,“把握人工智能技术属性和社会属性高度融合的特征。既要加大人工智能研发和应用力度,最大程度发挥人工智能潜力;又要预判人工智能的挑战,协调产业政策、创新政策与社会政策,实现激励发展与合理规制的协调,最大限度防范风险。”

人工智能在赋能社会进步和经济发展过程中,带来的伦理学讨论不再只是人与人之间的关系,也不是人与自然界既定事实之间的关系,而是人类与自己所发明一种产品在社会中所构成的关联,因此人工智能具有技术性和社会性双重属性,需要关注人与机、机与机以及人机共融所形成社会形态应遵守道德准则和法律法规。

当前人工智能所呈现的人机协同和自主控制等特点,使得算法、机器和系统成为人类社会不可或缺的一个组成部分,隐私泄露、大数据杀熟、机器杀手、机器换人、算法歧视等现象出现,给社会治理、法律规范等带来了严峻挑战。我们需要通过算法来保证人工智能算法赋能社会的安全性。这包括如下两个方面:一是要保证人工智能算法的准确性,即运行结果要与算法设计期望目标保持一致。为了确保程序的“正确性”,可对程序所处理的各种情况进行“穷举式测试”或者从理论上进行证明。二是要保证人工智能系统的可靠性。在现实生活中,人工智能系统会被黑客攻击,如在无人车系统中,黑客可能会远程操控无人车或在识别样本中添加噪声,使得人工智能系统在行驶过程中错误辨识目标而造成严重影响,如将行人辨识为建筑物。因此人工智能系统要做好应对恶意攻击的准备,保证算法可靠性。

英国技术哲学家大卫·科林格里奇(David Collingridge)在1980 年出版的《技术的社会控制(The Social Control of Technology)》一书的“前言”中写道:我们不能在一种技术的生命早期阶段就预言到它的社会后果。然而,当我们发现其不好的后果之时,技术通常已经成为整个经济与社会结构的一部分,以至于对它的控制变得极端困难。这就是控制的困境。当容易进行改变时,对它的需要无法得以预见;当改变的需要变得清楚明了之时,改变已经变得昂贵、困难而且颇费时日。这就是对新技术进行控制的困境,也被称为“科林格里奇困境(Collingridge’s Dilemma)”。

在人工智能技术深度与社会发展融合时代,为了突破“科林格里奇困境”,需要树立“边发展,边治理”理念,在某项技术大范围推广前,在受控的范围内进行“真实世界”研究,找到合适的规则和制度,趋利避害。

面对人工智能发展挑战 走好学科交叉融合之路

中教全媒体:目前中国人工智能技术的发展面临哪些挑战?

吴飞:中国人工智能发展面临如下挑战:勇闯人工智能理论无人区、培养人工智能人才、养育人工智能生态。

在“数据是燃料、人工智能是引擎”的数据驱动机器学习时代,人工智能正在经历“大数据、小任务;小数据、大任务”的涅槃,如何从娴熟于“炼金术”的调参师向笃定于“厚积薄发”推理机迈进,是面临的巨大挑战。机器学习(machine learning)这一单词首次出现时被定义为“不需要确定性编程就可以赋予机器某项技能的研究领域”,其目标是构造一种学习机器(learning machine),使之像人一样具有“learning to learn”的能力。科技发展的事实已经表明,重大科技问题的突破,乃至新学科的创建,常常是不同学科知识交叉融合的结果。发现不同学科之间知识与问题的契合,实施学科之间交叉和综合,可形成新的科学的网络,是知识产生的前沿。因此,需要通过学科交叉勇闯人工智能理论无人区,推动更为通用人工智能(more general artificial intelligence)理论模型研究。

人工智能、教育先行、人才为本,人才是构筑人工智能发展先发优势的战略资源力量。中国对人工智能人才培养倾注了大量精力。国务院于2017年7月印发《新一代人工智能发展规划》中,规划了六个方面重点任务。其中,在任务一“构建开放协同的人工智能科技创新体系“中明确要求“完善人工智能领域学科布局,设立人工智能专业,推动人工智能领域一级学科建设,尽快在试点院校建立人工智能学院,增加人工智能相关学科方向的博士、硕士招生名额”。为了落实《新一代人工智能发展规划》,2018年4月教育部印发了《高等学校人工智能创新行动计划》以及教育部、发改委、财政部于2020年1月联合发布了《关于“双一流”建设高校促进学科融合加快人工智能领域研究生培养的若干意见》两个文件来推动人工智能人才培养。这两个文件对人工智能专业设置、学科发展、人才培养、科技创新进行了规划,强调在人才培养和科技创新方面要“特别重视多维融合的推动策略”,即:学科建设强调“融合发展”,健全学科设置机制,以学科重大理论和实践应用问题为牵引,促进人工智能方法与技术向更多学科渗透融合;人才培养模式强调“复合培养”,探索以问题为导向的学科交叉人才培养模式,深化产教融合,大力提升研究生创新和实践能力;课程体系建设强调“精密耦合”,以“全链条”“开放式”“个性化”为目标,打造人工智能核心知识课程体系和应用模块课程;评价机制强调“组合创新”,以成果评价为突破口,科学评价论文、专利、软件著作权等多种成果形式,推进不同类型研究生的分类评价机制。时至今日,440所高校设置人工智能本科专业、190所高校设置了智能科学与技术本科专业、若干985高校自主设置了人工智能交叉学科。人工智能本科和研究生层次人才培养体系已经呈现。

对中国而言,推动新一代人工智能发展是一个战略决策,其将提升科学技术的发展水平、改善工业领域和提高生产力,因此需要构建人工智能良好的发展生态。人工智能生态是一个有机连接产业、初创公司、资本、研究机构和市场的活跃网络,通过相互合作和成果转化而孕育创新产品和竞争服务。在人工智能生态系统中,每一个来自不同领域的参与者都可郁郁葱葱、乘势成长。

中教全媒体:如何理解人工智能多学科交叉内禀?

吴飞:跨学科(interdisciplinary)这一术语最早由1937年12月出版的《牛津英语词典》(Oxford English Dictionary)引进,并被用在一种社会学杂志上。自然科学领域最早的跨学科研究可追溯到1984年美国伊利诺伊大学所收到金额为4000万美元的最大一笔公立学校私人捐助经费,成立贝克曼研究院(Beckman Institute)开始。

科技发展的事实已经表明,重大科技问题的突破,新理论乃至新学科的创生,常常是不同学科理论交叉融合的结果。学科之间的交叉和渗透在现代科学技术发展历程中推动了链式创新。利用不同学科之间依存的内在逻辑关系,在学科之间相互渗透、交叉和综合,可实现科学的整体化,是知识生产的前沿。学科交叉正在成为科学发展的主流,推动着科学技术的发展。

人工智能本身就是计算机、自动控制、认知心理学等学科交叉的产物,并且也如同电动机那样,作为一种“使能”技术,具备与诸多学科交叉发展的潜力。其与脑科学交叉,为攻克重大脑疾病诊治难题带来希望;与物理和材料科学的结合,重塑科学规律和新材料的发现范式;与生物科学交叉,能预测蛋白质三维空间结构,为探秘“生命之舞”提供全新视角;与工程科技结合,为设计、制造、运行的智能化提供支持等等。

2021年11月,国务院学位委员会发布《交叉学科设置与管理办法(试行)》征求意见稿,指出“交叉学科是在学科交叉的基础上,通过深入交融,创造一系列新的概念、理论、方法,展示出一种新的认识论,构架出新的知识结构,形成一个新的更丰富的知识范畴,已经具备成熟学科的各种特征”。在这一征求意见稿中,拟新设置“交叉学科”第14个学科门类,包括集成电路科学与工程、设计学、智能科学与技术等交叉学科。

构建“教材、课程和平台”三位一体的教育教学新模式 推动人工智能一流人才培养

中教全媒体:请具体介绍下浙江大学在人才培养方面所构建的“教材、课程和平台”三位一体的教育教学新模式?

吴飞:1978年,何志均先生在浙江大学创建计算机系时,将“研究人工智能理论、设计新型计算机”作为建系工作方案第一条,凸显人工智能重要性。浙江大学一直很重视人工智能方向的人才培养。1978年浙江大学计算机系招收第一批硕士研究生时,当时的考生王申康老师(后毕业后留校任教授)所保留下来准考证中,在报考专业栏目填写内容是“人工智能”。

最近几年,浙江大学以“教材建设、课程共享和平台增效”三位一体手段来加强人工智能领域一流创新性人才培养。教材体现了教育思想和教学内容,课程是教材的教学育人实践载体,平台则是将教材和课程的增效手段,三位一体推动科教融合和产教融合,促进人才链、产业链和创新链的有效衔接。

图二 教材、课程和平台等要素推动人工智能一流人才培养

教材是国家事权,体现了教育思想、理念和内容。2018年3月,高等教育出版社在北京组织成立了“新一代人工智能系列教材”编委会,由潘云鹤院士担任编委会主任,郑南宁院士、高文院士、吴澄院士、陈纯院士和林金安副总编辑担任编委会副主任委员。“新一代人工智能系列教材” 包含人工智能基础理论、算法模型、技术系统、硬件芯片和伦理安全以及“智能+”学科交叉等方面内容,形成了理论技术和应用实践两个互相协同系列。潘云鹤院士为系列教材撰写了序言,希望“编写具有中国特色的人工智能一流教材体系,建设在线开放共享课程,形成各具优势、衔接前沿、涵盖完整、交叉融合的教材体系,为人工智能各类型人才培养做出应有贡献”。目前,新一代人工智能系列教材(理论技术)一共24本,由来自浙江大学、北京大学、清华大学、上海交通大学、复旦大学、西安交通大学、天津大学、哈尔滨工业大学、同济大学、西安电子科技大学、桂林电子科技大学、南开大学、成都电子科技大学等13所高校老师参与编写。新一代人工智能系列教材(实践系列)一共10本,由来自微软亚洲研究院、哈尔滨工业大学、天津大学、四川大学、北京大学、天津大学、北京理工大学、浙江大学、上海交通大学等高校和科研院所老师参与编写。

课程是人才培养的核心要素,是影响学生发展最直接的中介和变量,课程质量直接决定着人才的培养质量。每位出版“新一代人工智能系列教材”的作者,均被要求建设在线课程。目前,《人工智能导论:模型与算法》、《可视化导论》和《设计思维与创新设计》已经建设了在线慕课,且两门课程入选首批国家级一流本科课程(线上课程)。

当前教育教学目标从“知识本位教育”向“能力本位教育”转变,培养学生的知和行统一能力。为此浙江大学研制搭建了实训平台、教研平台和AI+X平台来增效人才培养。2020年7月,浙江大学人工智能研究所组织发布了“新一代人工智能科教创新开放平台——智海”,该平台列入科技部科技创新2030-“新一代人工智能”重大项目支持(编号:2021ZD0110700)”;2020年4月开设“华五首倡、六校联合、企业参与”的AI+X微专业,以课程共建共选、学分互认、证书共签的形式,开启为非计算机专业培养人工智能人才的先例;浙江大学计算机学院主持教育部 “AI+X ”微专业教学研究中心和“人工智能引论”课程教学研究中心两个“虚拟教研室”项目,正在探索“智能+”时代基层教学组织建设模式,创新AI+X教研形态、共建优质资源、组织学科交叉下师资培训。

投身人工智能科学普及 在全社会范围内形成人工智能创新风尚

中教全媒体:科技创新和科学普及是实现创新发展的两翼,科学普及与科技创新同等重要。可否请您谈谈在人工智能科学普及方面的工作?

吴飞:大学是引领社会风尚和先进文化的社会组织,大力传播先进文化、弘扬科学精神、引领社会风尚是一个重要方面。科技创新和科学普及是实现创新发展的两翼,科学普及与科技创新同等重要。

为了加强中学生人工智能素质教育和能力培养,受浙江省教育厅信息技术教研室委托,我主编了普通高中信息技术教科书《人工智能初步》(浙江教育出版社2019年12月出版),从智能之路、智能之源、智能之力、智能之用和智能之基等方面给高中生朋友讲解人工智能。在省教育厅组织下,我参与了对高中信息技术教师的教材培训工作。目前这一教材在浙江全省以及北京、山东、湖南、湖北等10个省份地区使用。

为了向非计算机专业背景的人士、尤其是青少年朋友介绍人工智能,使之从这门前沿科学的技术思想与方法体系中受益,2022年1月我在高等教育出版社出版了数字有声科普读物《走进人工智能》,在喜马拉雅等平台发布。《走进人工智能》用150分钟时间,全面科普人工智能历史发展脉络、技术手段形态、学科交叉研究以及创新人才培养。在内容介绍中将散落在历史长河中学者人物和故事情节汇聚在一起,增添内容趣味,如笛卡尔的“人类思想字母表”、魏国宰相李悝“谷贱伤农,谷贵伤民”的“平籴法”、诺贝尔物理学奖获得者费米的“四个参数画大象”、 伯克利招生录取率之谜、囚徒困境与纳什均衡、晚唐诗人杜牧所感叹“东风不与周郎便”的历史遐想等。

图三 浙江省普通高中人工智能教学试点及研训活动(2020年1月)

2010年年底,浙江大学前任校长、中国工程院院士潘云鹤教授得知我刚刚从美国加州大学伯克利分校统计系访学回来,饶有兴趣问我“是否带回了一门对计算机学院学生有用的课程?”。从老校长的问话中,我深深感受到了一门好课程、一本好教材对学生成长具有重要意义。

北宋教育家和思想家胡瑗在《松滋县学记》曾言“致天下之治者在人才,成天下之才者在教化,教化之所本者在学校”,这种致力于人才培养的精神一直激励和鼓舞着我。

以人工智能为代表的现代科技的发展,不仅需要技术上的硬实力,还需要在技术理性之外投入更多的人文关怀和责任担当。更多的科技高峰,正等待着吴飞教授和他的学生们一起攀登,为中国人工智能的发展贡献属于他们的一份力量。

文 / 中教全媒体 张晓攀

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