智慧的疆界：从图灵机到人工智能

你也许已经感受到了，人工智能这个概念被越来越频繁地提及，网上、书中五花八门的关于人工智能的音频、视频、文字是当前 容易抓住眼球的热点，人工智能从一个阳春白雪、深藏于专业实验室的学术名词，迅速转变为产品经理和市场营销人员的口头禅，还成为普通大众茶余饭后的谈资。现在，在大家的眼里，有了“人工智能”，掌握了“机器学习”或者“神经网络”的电子系统，仿佛就有了自己学习进化、独立思考解决问题的可能性，甚至有了超越人类的无限智慧与魔力。而大家提起拥有智能的机器，往往还怀有一种科幻小说式的神秘与敬畏，一边忍不住对未知的憧憬，想要从钥匙孔中窥探潘多拉盒子里面藏着怎样的秘密，一边又担心打开了这个盒子，会放出人类无法掌控的可怕力量。
你也许还没有注意到，人工智能带来的变化已在我们身边悄然出现。当你打开新闻，上面给你展示哪些文章，是由人工智能为你定制的，甚至就连文章的内容，也可能是由机器根据当前的搜索引擎、自媒体、网站的热点自动编写而成的。当你上网购物，打开首页看到的是你 有可能感兴趣、 有可能购买的商品，这是机器根据你 近上网的行为自动推荐的。当你打开邮箱时，系统已经为你过滤掉你不关心的广告和垃圾邮件，这些也是人工智能在背后工作的结果。今天这些智能化的成果已经深深融入人们的工作和生活之中，这些细节变化背后的技术进步，一点都不比机器能在棋盘上战胜人类冠军来得稍小。
无论你是否注意到了人工智能对我们生活潜移默化的改变，无论你对人工智能持有何种看法，是保守谨慎还是激进乐观，在说出你对人工智能的看法前，都不妨先花上几个小时时间，全面客观地观察一下这个学科，弄懂“人工智能是什么？”“人工智能有什么？”这类 基础的问题，再去讨论和评价它的应用、预测它的未来发展走向。而向广大读者—尤其是这方面没有专业基础的读者解释清楚这些问题，便是本书写作的目的和意义所在。人工智能这门学科具体涉及内容，它的背景渊源、来龙去脉，在它六十余年发展历程中出现过的著名人物、重要历史事件，它的理论学说、走过的弯路、所取得的成果等，都是本书要一一讨论到的话题。
读者可以从讨论的过程中，体会到人工智能的缔造者和开拓者们是如何追寻“智能”的，以及相关理论、方法是如何运作的。希望无论是与人工智能产业相关的业内人员，还是这个领域的专业研究者，或是信息科学和计算机科学的爱好者们，都能从本书中得到一些启发。
智慧的疆界
之所以将本书定名为“智慧的疆界”，是因为这是全书的主旨。“智慧的疆界”是指何物？依笔者想来，应是以下三点。
1）智慧的疆界应是指人类探寻智能奥秘过程中，“已知”与“未知”之间的界线。以代表计算能力的图灵机为起点，以掌握了意识和思维奥秘的终极智能为终点，在这条路上人类摸索前行，现在还不知道距离终点有多远，只是走得越久，知道得越多，看见的未知风景越多。这段探索奥秘的历程，当然值得我们去记录、学习。
2）智慧的疆界应是指人工智能诞生与发展过程中，贡献毕生精力和智慧的开拓者们。从图灵、香农、冯·诺依曼、维纳，到纽厄尔、司马贺、麦卡锡、明斯基、皮茨、麦卡洛克，再到辛顿、燕乐存、奥本希、乔丹、尼尔森等，一位位天才学者不懈奋斗，为人类掌握“智能”这个科学的 终领域拓土开疆。这些学者的传奇故事，当然值得我们去记录、学习。
3）智慧的疆界应是指“人类智能”与“人工智能”中间，那条迄今看来仍无法逾越的鸿沟。模仿、学习并 终掌握人类得以拥有智能的本质原理，跨越这条鸿沟，得以用智慧制造出智慧是人工智能的 终目标，经过六十余年，甚至可以说是两三百年的探索，终于找到了一些可能可行的路径，总结了一些也许是正确的方法，做出了一点阶段性但足以改变世界的成果，也遇到过不少令人望而生畏的巨大困难和挫折。这些跨越这条鸿沟，实现人工智能终极目标的方法、理论、成功与失败，当然值得我们去记录、学习。
本书面向的读者
笔者希望 后写成的是一本人工智能领域的“入门”书。“入门”，不等同于简单，更不能等同于粗陋。对于人工智能这种涉及数学、信息、生物、心理和大量其他专业知识的交叉学科，要做到技艺精深必然是极难的，仅入门这一步，就面临着非常高的门槛，阻隔了许多慕名而来的兴趣爱好者，这是一件多么令人遗憾的事啊。如何把本书写得可供没有专业背景的读者作为入门读物，笔者在下笔之前确实深思良久，感到压力山大。
除了能够让读者易于“入门”，笔者希望能写出一本有温度的人工智能专业书籍。所谓“温度”，是相对于专业技术领域中一贯精密和严谨的形象而言的。任何一门技术的出现，都有它的背景，有它要解决的问题、未来要探索的未知方向和目标。我们学习专业技术时不应过于“势利”，不能只去学习技术和方法，而忽视了这些技术、方法是如何被发现的，在发现过程中前人有过怎样的思考和争议，犯过哪些错，走过哪些弯路。“势利”的学习方式，会使学习者所收获的理解不完整。研究人工智能同样如此，我们应该站在巨人的肩膀上看世界，如果连“智能”这样基础的概念都没有了解，不明白前人是如何思考、定义和判别的，一开始就从“深度学习”等当前 热门的几个人工智能分支入手，会很容易陷入管中窥豹的境地。
人工智能已是个热点话题，这个领域的书籍也已汗牛充栋。市场上发行的人工智能书籍基本上可以归结为两类：一类是回顾人工智能的历史，对人工智能的应用和发展做出商业、社会、经济等方面的分析与预测；另一类是对人工智能中某一个子领域的算法、工具，尤其是机器学习方面的算法和工具进行解析。本书没有落在这两类之中，前面说过，本书是想讲清楚“人工智能这个学科具体有些什么”，这是一个很“入门”级，但又非常有必要认真探讨的话题。笔者希望本书能够作为人工智能学习的一个“大纲”，让读者了解这个学科的概貌，形成一个全面完整的印象，在学习工作中遇到人工智能某个分支的问题时，知道这是什么，然后再去找更进一步的参考资料。只要能够实现“让普通人只通读一本书便能全面客观地理解人工智能”这个目标，便是笔者 的成功。
本书可能不适合的读者
对于写书，笔者落笔总是抱有敬畏之心，不希望读者在付出了数十元钱的同时，还浪费几个小时乃至更多的阅读时间才发现书中的内容并不适合自己。所以在这里笔者要介绍一下本书不适用的人群，后面会介绍主要的读者对象，以供读者购买时参考。
本书可能无法满足基于以下两类目的阅读的读者。
1）阅读的目的是学习人工智能具体某一个分支的技术细节、工具使用、代码解析等的读者，如学习Caffe、TensorFlow、Torch等框架、工具的应用。本书会全面介绍人工智能的理论、技术和应用，力求说清楚它们“是什么”“解决哪些问题”“为什么要这样解决”。但是涉及“具体如何解决”的内容并不多，不足以令没有这方面基础的读者阅读之后直接应用于生产实践。这类读者可以根据自己感兴趣的技术和产品，从教科书或工具书入手学习和实践。
2）阅读的目的是探讨人工智能领域前沿模型、算法、技术的读者。如果你已是一位在本领域有丰富经验的学者或从业人员，想要了解人工智能 新成果，笔者认为阅读本书，乃至“读书”都不是一个合适的方式。作为一位前沿的研究人员，读论文以及直接与人交流是更有效率的选择，囿于书籍出版的时滞性，读书更适合作为系统学习的途径而不是了解 前沿成果的途径。
本书的主要读者对象
1.人工智能领域的产品经理、管理人员
本书可以作为整个人工智能领域的“大纲”，供产品经理或技术管理人员了解人工智能可以解决什么问题，解决这些问题需要用到什么技术，哪些问题现在解决是靠谱的，哪些是不靠谱的，以前在这些问题上碰过哪些钉子……
2.需要使用智能软、硬件的研发人员
本书的初衷是向研发人员—有大量工程实践经验却缺乏足够数学知识去深入理解人工智能的人员，提供一种通过历史和前人的探索思路，而不是完全依赖专业知识去了解人工智能的途径。通过本书，研发人员可以用较为轻松的方式，达到对自己使用的人工智能工具、算法和技术知其然亦知其所以然的目的。
3.信息科学和计算机科学爱好者
本书是一部讲述近代科技的历史书，也是一部科普书，还是一部讲述人工智能思想和技术的教科书。通过本书可以了解到前辈们在探索人工智能道路上所做出的努力和思考，理解他们不同的观点和思路，有助于开拓自己的思维和视野。
4.人工智能相关专业的研究人员
人工智能经过六十多年的发展，已细分出了很多个研究方向，研究人员在关注自己领域的同时，可以通过本书对整个人工智能科学的发展历程、要解决的问题和前人思考有一个全盘了解，这对读者在自己研究的分支上进行深入探索也很有好处。
如何阅读本书
本书一共分为四个部分：以智慧创造智慧、学派争鸣、第三波高潮、人机共生。各个部分之间有时间上的先后顺序，前面章节是后续章节的基础，所以建议读者首次翻看本书时按照章节顺序阅读。各部分和章节的概要如下。
部分（第1、2章）　以智慧创造智慧
部分阐述了在人工智能这个学科正式创立之前的萌芽时期，图灵、香农等先驱们对智能是什么、机器能否拥有智能这些问题的探索和思考；并介绍了人工智能起源标志—达特茅斯会议的过程、成果以及日后被称为一代传奇学者的与会者们。
第1章　以“人工智能之父”图灵的生平事迹为主线，介绍了计算的基础图灵机，图灵测试，图灵对智能的思考、理解和定义。
第2章　以达特茅斯会议为主线，通过对该会议的召集、过程、成果、参与人物以及该会议的后续影响的介绍，阐述了人工智能这个学科诞生的历史背景，并讨论了该学科研究的目标和要解决的问题。
第二部分（第3～5章）　学派争鸣
目前，学术界研究人工智能的方法主要有三个学派，分别是符号主义、连接主义和行为主义，这三个学派分别从逻辑、仿生和行为三个角度来研究智能，既有自顶向下从智能的本质出发，从一般到特殊，通过逻辑运算推导智能行为；也有从行为出发，自底向上把智能当作黑箱看待，从行为推导智能的本质。这些学派在不同时期都曾是人工智能的主流，并各自取得了许多成果。
第3章　以纽厄尔

内容简介
这是一部对人工智能充满敬畏之心的匠心之作，《深入理解Java虚拟机》作者耗时一年完成，它将带你从奠基人物、历史事件、学术理论、研究成果、技术应用等5个维度全面读懂人工智能。
本书以时间为主线，用专业的知识、通俗的语言、巧妙的内容组织方式，详细讲解了人工智能这个学科的全貌、能解决什么问题、面临怎样的困难、尝试过哪些努力、取得过多少成绩、未来将向何方发展，尽可能消除人工智能的神秘感，把阳春白雪的人工智能从科学的殿堂推向公众面前。
全书共8章，逻辑上分为4个部分：
部分 人工智能的起源（第1~2章）
阐述了在人工智能学科创立之前，图灵、香农等先驱们对智能的探索和思考。首先以“人工智能之父”图灵的生平事迹为主线，介绍了图灵机、图灵测试，以及图灵对智能的思考、理解和定义；然后以达特茅斯会议为主线，通过该会议及其后续的影响，介绍了人工智能学科诞生的历史背景，并讨论了该学科研究的目标和要解决的问题。
第二部分 学派争鸣（第3~5章）
学术界成体系的研究人工智能的方法主要有三个学派：分别是以纽厄尔、司马贺为代表的符号主义、以“神经网络缔造者”皮茨和“感知机之父”罗森布拉特为代表的连接主义和以“控制论之父”维纳为代表的行为主义。这三个学派分别从逻辑、仿生和行为三个角度来研究智能，都曾在不同时期充当过人工智能的主流，并各自做出了许多成果。
第三部分 第三波高潮（第6~7章）
迄今为止，人工智能经历了三次高潮和两个大的低谷，目前处于第三次高潮的 。这次高潮是以深度学习、深度神经网络为代表的机器学习所引领的。首先以尽可能小的篇幅把机器学习的导论性内容介绍清楚了，然后以“深度学习教父”辛顿的人生经历为主线，介绍了神经网络从低谷到复兴的过程，以及深度学习的提出和技术突破。
第四部分 人机共生（第8章）
几十年来，人工智能无时无刻都伴随着争论和分歧，本部分探讨了人类和机器在追寻智能的过程中取得的成果和一些争论。用十多个人工智能的实际案例尝试回答了几个问题：经过60多年的发展，当下的人工智能到底发展到什么程度了？现在距离我们设想的目标还有多遥远？会对我们有什么影响？现在以及未来应该如何与人工智能相处？

周志明
资深Java技术、机器学习和企业级开发技术专家，现任远光软件研究院院长，人工智能博士在读，著有知名畅销书《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与 佳实践》。
开源技术的积极倡导者和推动者，对计算机科学和相关的多个领域都有深刻的见解，尤其是人工智能、Java开发和敏捷开发等领域。曾受邀在InfoQ和IBM DeveloperWorks等网站撰写技术专栏。
著作颇丰，著有《深入理解Java虚拟机》《深入理解OSGi》，翻译了《Java虚拟机规范》等著作。其中《深入理解Java虚拟机》第1版出版于2011年，已经出至第2版，不仅销量好，而且口碑更好，累计印刷超过30次，仍长销不衰，是中文计算机图书领域公认的、难得一见的佳作。

前言
致谢
部分　以智慧创造智慧
第1章　洪荒年代 / 2
1.1 概述 / 2
1.2 引言：信息革命 / 3
1.3 图灵机，计算的基石 / 5
1.4 人工智能的萌芽 / 10
1.5 图灵测试：何谓智能？ / 12
1.6 智能与人类的界限 / 16
1.7 机器能思考吗？ / 17
1.8 机器拟人心 / 21
1.9 机器拟人脑 / 24
1.10 机器拟人身 / 27
1.11 本章小结 / 28
第2章　迈向人工智能 / 30
2.1 概述 / 30
2.2 引言：不经意间改变世界 / 31
2.3 达特茅斯会议 / 35
2.4 有学术就有江湖 / 41
2.5 有江湖就有传奇 / 48
2.6 人工智能早期成果 / 54
2.7 本章小结 / 63
第二部分　学派争鸣
第3章　符号主义学派 / 66
3.1 概述 / 66
3.2 引言：五分钟逻辑学 / 68
3.3 描述已知，推理未知 / 73
3.4 知识！知识！知识！ / 87
3.5 从演绎到归纳 / 96
3.6 符号主义的现状和未来 / 101
3.7 本章小结 / 103
第4章　连接主义学派 / 105
4.1 概述 / 105
4.2 引言：命运 / 106
4.3 大脑模型 / 108
4.4 崛起的明星 / 114
4.5 陨落的流星 / 118
4.6 感知机 / 121
4.7 凛冬将至 / 129
4.8 人工智能的繁荣与寒冬 / 137
4.9 本章小结 / 141
第5章　行为主义学派 / 143
5.1 概述 / 143
5.2 引言：昔日神童 / 145
5.3 自动机对抗自动机 / 147
5.4 从“控制论”说起 / 151
5.5 机械因果观和行为主义 / 154
5.6 自复制机和进化主义 / 157
5.7 机器人学 / 161
5.8 本章小结 / 170
第三部分　第三波高潮
第6章　机器学习概览 / 172
6.1 概述 / 172
6.2 什么是机器学习 / 174
6.3 机器学习的意义 / 177
6.4 机器学习解决的问题 / 179
6.5 进行机器学习：实战模型训练 / 185
6.6 评估验证 / 233
6.7 本章小结 / 242
第7章　深度学 / 244
7.1 概述 / 244
7.2 引言：深度学习教父 / 245
7.3 逆反之心 / 247
7.4 复兴之路 / 249
7.5 深度学 / 263
7.6 深度神经网络 / 290
7.7 从实验室到企业 / 309
7.8 挑战与反思 / 317
7.9 本章小结 / 322
第四部分　人机共生
第8章　与机器共生 / 326
8.1 概述 / 326
8.2 引言：天才还是白痴 / 327
8.3 与机器竞技 / 329
8.4 与机器共舞 / 360
8.5 本章小结 / 368
附录　人工智能历史大事记 / 370

内容简介
这是一部对人工智能充满敬畏之心的匠心之作，《深入理解Java虚拟机》作者耗时一年完成，它将带你从奠基人物、历史事件、学术理论、研究成果、技术应用等5个维度全面读懂人工智能。
本书以时间为主线，用专业的知识、通俗的语言、巧妙的内容组织方式，详细讲解了人工智能这个学科的全貌、能解决什么问题、面临怎样的困难、尝试过哪些努力、取得过多少成绩、未来将向何方发展，尽可能消除人工智能的神秘感，把阳春白雪的人工智能从科学的殿堂推向公众面前。
全书共8章，逻辑上分为4个部分：
部分 人工智能的起源（第1~2章）
阐述了在人工智能学科创立之前，图灵、香农等先驱们对智能的探索和思考。首先以“人工智能之父”图灵的生平事迹为主线，介绍了图灵机、图灵测试，以及图灵对智能的思考、理解和定义；然后以达特茅斯会议为主线，通过该会议及其后续的影响，介绍了人工智能学科诞生的历史背景，并讨论了该学科研究的目标和要解决的问题。
第二部分 学派争鸣（第3~5章）
学术界成体系的研究人工智能的方法主要有三个学派：分别是以纽厄尔、司马贺为代表的符号主义、以“神经网络缔造者”皮茨和“感知机之父”罗森布拉特为代表的连接主义和以“控制论之父”维纳为代表的行为主义。这三个学派分别从逻辑、仿生和行为三个角度来研究智能，都曾在不同时期充当过人工智能的主流，并各自做出了许多成果。
第三部分 第三波高潮（第6~7章）
迄今为止，人工智能经历了三次高潮和两个大的低谷，目前处于第三次高潮的 。这次高潮是以深度学习、深度神经网络为代表的机器学习所引领的。首先以尽可能小的篇幅把机器学习的导论性内容介绍清楚了，然后以“深度学习教父”辛顿的人生经历为主线，介绍了神经网络从低谷到复兴的过程，以及深度学习的提出和技术突破。
第四部分 人机共生（第8章）
几十年来，人工智能无时无刻都伴随着争论和分歧，本部分探讨了人类和机器在追寻智能的过程中取得的成果和一些争论。用十多个人工智能的实际案例尝试回答了几个问题：经过60多年的发展，当下的人工智能到底发展到什么程度了？现在距离我们设想的目标还有多遥远？会对我们有什么影响？现在以及未来应该如何与人工智能相处？

周志明
资深Java技术、机器学习和企业级开发技术专家，现任远光软件研究院院长，人工智能博士在读，著有知名畅销书《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与 佳实践》。
开源技术的积极倡导者和推动者，对计算机科学和相关的多个领域都有深刻的见解，尤其是人工智能、Java开发和敏捷开发等领域。曾受邀在InfoQ和IBM DeveloperWorks等网站撰写技术专栏。
著作颇丰，著有《深入理解Java虚拟机》《深入理解OSGi》，翻译了《Java虚拟机规范》等著作。其中《深入理解Java虚拟机》第1版出版于2011年，已经出至第2版，不仅销量好，而且口碑更好，累计印刷超过30次，仍长销不衰，是中文计算机图书领域公认的、难得一见的佳作。