嵌入式系统与人工智能资料下载

作者：何立民 “思考”与“行为”是人类智能的两种类型。“思考”是大脑独立的思维方式，“行为”是作用于客体的智力表现。 两种不同的智能类型决定了人工智能两种形式、两条道、两种工具、两个领域。人工智能源自图灵机模型，图灵机在实现了人工智能的实用化智力内核(微处理器)后，迅速分化成两种不同的智力内核(通用微处理器与嵌入式微控制器)，以满足人工智能两个领域的全面需求。 人类智能的两种表现 思维与智力行为是人类智能的两种表现方式，人类思考方式是思维，人类的行为方式是智力。无论是思维还是智力，都是知识基础上的能力与行为。动物没有知识，人们很难窥见动物思考，只能从动物的行为中了解它们的智力。人们常常喜欢将某些宠物的智力与人类相比，殊不知两者有本质不同：马戏团的小狗会数数，只是条件反射的训练结果，没有任何知识内涵。因此，人类智能是知识基础上的行为与能力。 人类智能与动物智力的本质差异是人类几百万年演化的结果。人类与动物的根本差异在于：动物们在自然竞争中演化，人类摆脱了自然竞争，进入到“认识世界、改造世界”的特殊演化道路。认识世界的思考与改造世界的行为能力构成了人类特殊智能。人们可以从人类大脑的特殊进化中，了解到这种特殊智能的演化结果。 首先是大脑容量的异常进化。百万年来，人类相对于其他物种，唯一明显的进化特征，是脑容量的急剧增长。 据人类学家统计，几百万年前，黑猩猩的脑量平均为400毫升，作为人类祖先的“南方古猿”，脑量为400~770毫升，其后进化的“爪哇人”为775~900毫升、“北京人”为850~1300毫升，现代人脑量平均为1400毫升。与此同时演化的黑猩猩，其脑容量却没有明显变化。现代神经医学研究指出，人类大脑容量的增加，主要是大脑皮层的异常发育所致。大脑皮层主管高级神经活动，体现了人类感知、认知、思维、思考的知识效应，充分表明人类智能的基础是知识。 其次，是人类左大脑的异常进化。20世纪60年代，美国心理生物学家斯佩里博士发现了人类左右大脑的割裂现象，提出了大脑不对称性的“左、右脑分工理论”，荣获1981年诺贝尔生理学或医学奖。人类左右大脑不同功能的分工现象表现在：左半脑主要负责逻辑、理解、记忆、时间、语言、判断、排列、分类、逻辑、分析、书写、推理、抑制、感觉(视、听、嗅、触、味觉)等，其思维方式具有连续性、延续性和分析性，因此左脑可以称作“意识脑”、“学术脑”、“语言脑”。右半脑主要负责空间形象记忆、直觉、情感、身体协调、视知觉、美术、音乐节奏、想象、灵感、顿悟等，思维方式具有无序性、跳跃性、直觉性等，因此右脑又可以称作“本能脑”、“潜意识脑”、“创造脑”、“音乐脑”、“艺术脑”。 百万年来，在认识世界、改造世界中演化，为了生存成为人类进化的主旋律，人类的智能最终形成了以左脑为主的思维、行为方式。可以看出，人类智能主要是知识基础上左大脑的思维(思考)与行为(智力)能力。现阶段，人工智能也将沿着这两种能力表现进行探索与实践。 一个源头的两个分支 1956年夏天，一批有远见卓识的年轻科学家聚在一起，共同研究和探讨用机器模拟人类智能的一系列有关问题，并首次提出了“人工智能”这一概念，人们认为它标志着“人工智能”这门新兴学科的正式诞生。 人工智能，除了理论研究，还必须有能实现人工智能的先进技术与工具，这就是现代计算机。因此，不少人把人工智能看成是计算机的一个分支，其源头则是图灵学者们对“可计算原理”的开创性研究成果。 图灵学者们提出“万物皆可为函数”的可计算原理，1936年5月，图灵发表了著名论文《论可计算数及其在判定问题上的应用》，并提出了图灵机概念。1946年，在图灵机思想影响下，第一台数字计算机“ENIAC”在美国宾夕法尼亚大学诞生，但体积庞大、造价高昂，与图灵理想的人工智能机相距甚远，“ENIAC”的实用化发展也受到诸多限制，直到半导体微处理器诞生，情况才得到根本的转变。 人工智能之父图灵 20世纪60年代半导体集成电路诞生后，Intel于1971年、1972年相继推出了第一代4位微处理器4004与第一代8位微处理器8008。紧随其后的是微处理器的不断改进与微处理器基础上现代计算机的快速发展。在嵌入式系统领域，1974年仙童半导体公司推出了第一个微控制器系列F8，随后微控制器开始了爆发式的创新热潮。 1976年Intel公司开始了MCS 48探索，1980年又完善成经典的8位微控制器MCS 51系列。在通用计算机领域，1981年IBM 公司在8088微处理器基础上，创建了通用计算机IBMPC。 从上面的追溯中可以看出，20世纪30年代，一批图灵学者们以“一切皆可计算”的理论与模型，成为人工智能的源头;1955年，由约翰·麦卡锡(John McCarthy)等人发起的达特茅斯会议上正式定义“人工智能”，催生了人工智能革命;20世纪70年代微处理器诞生，开启了人工智能的实践时代，其后“人工智能”大行其道，成为20世纪与空间技术、能源技术并列的三大尖端科技，又与基因工程、纳米科学一起成为21世纪三大前沿技术。 两个并行发展的人工智能领域 与人类智能的两个领域(思维与行为)相对应，微处理器诞生后，也迅速分化为通用微处理器与嵌入式微处理器，这是一个十分有趣的科技现象。“思考”是大脑在知识基础上的“思维能力”;“行为能力”是人类个体与客观世界的交互状态，除知识以外，还必须有对外部世界的感知与控制。微处理器诞生后，现代计算机智力革命就是沿着这两个领域并行发展。通用微处理器基础上的通用计算机用于实现人类大脑思维能力仿真;嵌入式微处理器基础上的嵌入式系统用于实现人类智力行为替代的智能化工具。 早期，人们以为人工智能就是对人类思维信息过程的模拟，它包括人脑的结构机制模拟与制造“类人脑”的功能模拟。微处理器诞生后，通用计算机承担了思维信息过程模拟的重任;嵌入式系统以智能化工具来替代人类智力行为，这无疑将早先人工智能的“思维仿真”进一步扩大到“行为替代”的广义领域，从此掀开了人工智能历史的新篇章。对此，有人用“强人工智能”与“弱人工智能”来区别这两种不同的人工智能领域。 “强人工智能”，是研究人类大脑及大脑思维仿真的人工智能领域。1980年，美国加州大学伯克利分校哲学教授约翰·罗杰斯·希尔勒(JohnRogersSearle)认为：“计算机不仅是用来研究人的思维的一种工具，而且，只要运行适当的程序，计算机本身就是有思维的。”因此，强人工智能领域有两类，即类人的人工智能与非类人的人工智能。类人的人工智能目标是实现人造大脑，使机器能像人类一样思考和推理，是人工智能的顶级工程，也有人称它为超强人工智能。非类人的人工智能，即机器对人脑功能的仿真。深蓝计算机“国际象棋大师”、沃森计算机“智力竞赛”、AlphaGo“围棋大师”都是机器对人脑的功能仿真，它们起源于20世纪70年代计算机的专家系统研究。 “弱人工智能”，是指用机器实现人类的智能行为，用于代替人类个体的脑力劳动。由于现代计算机的完善与广泛应用，用专家系统及智能化工具形式实现的人工智能比比皆是，充斥在人们周围，人们却视而不见。约翰·麦卡锡这位在20世纪50年代提出人工智能概念的学者也感叹于我们日常生活中每天都在使用人工智能，同时也抱怨于“一旦一样东西用人工智能实现了，人们就不再叫它人工智能了”。另外，不要一提到人工智能就想着机器人，所有内部嵌有微控制器的工具，或在计算机上实现人类思维能力的计算机软件，都是人工智能的表现形式。 全方位渗透的人工智能革命 结合现代人工智能学者温斯顿教授的简明观点—人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作，可以看出，20世纪50年代人工智能诞生后，由于计算机工具的滞后，人工智能领域一直没有实质性的进展。20世纪70年代半导体微处理器诞生后，微处理器基础上的现代计算机才成为实现人工智能应用的有力武器，从此开始了以人工智能为中心的现代计算机智力革命。由此构成形形色色、用于替代人类智能的工具，如集成电路芯片、通用计算智力仿真的专家系统和嵌入式系统的智能化工具。 许多业内人士都知道，半导体集成电路可以替代电子工程师的部分智力工作。过去设计一个电子时钟要了解计时原理、设计与调试计时电路，有了集成电路时钟芯片后，电子工程师只要在时钟芯片基础上添加人机交互界面即可。16位模/数转换曾经是国家级科研项目，有了16位模/数转换芯片之后，再也无人从事模/数转换的科学研究。最具说服力的是目前工科院校中模拟电路、数字电路课程内容的不断萎缩，以及大量模拟电路、数字电路专家岗位的丧失现象。 在通用计算智力仿真领域，20世纪70年代兴起了专家系统热潮，随后是形形色色的商品化软件(办公软件、科学计算/分析软件、管理软件、工程设计软件等)问世。这些商品化软件渗透到各行各业，代替人们的脑力劳动。当这些智力仿真成果铺天盖地而来时，人们不以为然。幸好有深蓝计算机“国际象棋大师”、沃森计算机“智力竞赛”、AlphaGo的“围棋大师”对人工智能的普及，让人们对人工智能有了初步的认识。 在嵌入式系统领域，微控制器以智力内核角色嵌入到工具中，实现人类工具的智能化革命。早期的工具智能化是传统电子系统的智能化改造，改造后的智能化工具代替了使用者的智力劳动。自动洗衣机代替了洗衣工的智力劳动，汽车故障自动检测系统免除了维修技师的智力劳动，智能手机多方面代替了人们生活中的智力劳动。在前沿科技领域，众多的智能化设备代替了科学家的智力劳动。 如今，在AlphaGo掀起的这股人工智能热潮中，引发了人们对机器人的众多遐想与议论。在这些遐想与议论中，人们应该意识到，我们已沉浸在一个人工智能的汪洋大海之中。多年来，人工智能彻底改变了我们的生活方式，改变了我们的世界观，只是我们往往浑然不知。 (mbbeetchina)