人工智能算法：改寫戰(zhàn)爭的無形之手

王雪誠

還記得在人機大戰(zhàn)中表現(xiàn)出精湛技藝的“阿爾法狗”嗎？它就是人工智能算法的杰出代表。早在以“阿爾法狗”為代表的人工智能在圍棋領域完勝人類之時，就有人曾預言，人工智能算法或將對未來戰(zhàn)爭產生巨大變革。日前，美國國防部正式簽訂“Voltron”計劃，旨在通過人工智能算法找尋美國軍方操作系統(tǒng)和定制程序中的漏洞。無獨有偶，改寫信息化戰(zhàn)爭“游戲規(guī)則”的“戰(zhàn)爭算法”也正加速到來，美國已經成立“算法戰(zhàn)跨職能小組”，通過“算法武器”對涉及無人機目標探測、分類和預警的計算機視覺算法進行升級，將為分析處理美軍打擊“伊斯蘭國”等作戰(zhàn)任務的全動態(tài)視頻信息提供技術支持。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭離不開算法。人工智能的出現(xiàn)，為“戰(zhàn)爭算法”與“算法戰(zhàn)”注入了新的生命力。尤其是隨著類腦計算等可實時處理非結構化信息、具有學習能力的超低功耗新型計算方式的出現(xiàn)，算法必將成為未來戰(zhàn)爭智能決策、指揮協(xié)同的關鍵核心。隨著人工智能及戰(zhàn)爭算法的進步，未來的“算法戰(zhàn)”將既精于計算，又善于“算計”，既能做計劃、定方案，又能出戰(zhàn)法、生謀略，是“智能型”軍隊必須搶占的戰(zhàn)略制高點。

“戰(zhàn)爭算法”從幕后走向前臺

算法是指解題一類問題的準確且完整方案的描述，代表著用系統(tǒng)的方法解決問題的清晰指令和策略機制。除用于求解常見問題外，現(xiàn)代戰(zhàn)爭的各類作戰(zhàn)問題同樣可以依托算法進行求解與分析，進而找出更為科學合理的作戰(zhàn)規(guī)律和方法，實現(xiàn)戰(zhàn)場上的“百戰(zhàn)百勝”。

長期以來，妙用算法改變戰(zhàn)爭勝負就是公開的軍事秘密。且不說我國古代依據(jù)戰(zhàn)場需要出現(xiàn)的各類兵法、陣法與戰(zhàn)法，單是第一次世界大戰(zhàn)前，德國總參謀部的軍官就經過無數(shù)次兵棋推演、演習、圖上作業(yè)和復雜的數(shù)學公式推演，最終精確地計算出調動一支百萬人以上大軍的集結、行軍、作戰(zhàn)和補給的時間表，不僅將參謀機關的作戰(zhàn)智慧效率發(fā)揮到了極致，更為戰(zhàn)爭初期的軍事行動提供了有力支撐。

近年來，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭加速向信息化邁進，“戰(zhàn)爭算法”和軍用軟件逐漸從幕后走向前臺。1914年提出的蘭徹斯特方程就是通過算法對戰(zhàn)斗力及作戰(zhàn)毀傷進行精確評估的案例，奠定了作戰(zhàn)模擬的科學基礎。海灣戰(zhàn)爭時期，美軍在開展“沙漠風暴”行動之前就利用兵棋推演發(fā)現(xiàn)作戰(zhàn)計劃中可能出現(xiàn)的問題，經過完善后的實際作戰(zhàn)，結果與兵棋推演時幾乎毫無差別。

隨著以“阿爾法狗”為代表的人工智能在圍棋領域的大獲全勝，人們對于人工智能算法在軍事領域的應用關注度與日俱增?！捌寰纸詰?zhàn)局”，軍事指揮作戰(zhàn)與圍棋有很大的相似性，雙方都具備隨機性、對抗性等諸多特點，在制勝機理領域極為相似。人工智能甚至還可根據(jù)已知因素和學習算法，全盤推演未來戰(zhàn)爭的攻防模式和發(fā)展趨勢，或將深刻改寫未來戰(zhàn)爭的發(fā)展方向。2017年4月26日，美國國防部正式發(fā)布名為“Project Maven”的備忘錄，旨在通過成立“算法戰(zhàn)跨職能小組”，進一步推動人工智能、大數(shù)據(jù)及機器學習等“戰(zhàn)爭算法”關鍵技術研究。

同時，信息化戰(zhàn)爭對“戰(zhàn)爭算法”的數(shù)據(jù)處理能力也提出了較高要求，目前已經出現(xiàn)了仿真、模擬和學習借鑒人腦的神經系統(tǒng)結構和信息處理過程，構建出可實時處理非結構化信息、具有學習能力的超低功耗“類腦計算”系統(tǒng)，或將成為強人工智能戰(zhàn)爭時代的“最強戰(zhàn)腦”。美國國防部除運用新型算法從海量情報中快速獲取戰(zhàn)場情報外，還將依托算法為未來戰(zhàn)爭指戰(zhàn)員提供數(shù)據(jù)響應建議，或在網(wǎng)絡戰(zhàn)和導彈防御中減少人類判斷的失誤。未來戰(zhàn)場上的人工智能將在情報分析、輔助決策、計劃校驗、精確協(xié)同、智能指揮等方面發(fā)揮關鍵作用，現(xiàn)代數(shù)學、大數(shù)據(jù)和類腦計算等高新技術更將推動“戰(zhàn)爭算法”進入“制勝未來戰(zhàn)爭”的全新高度。

開始為打贏戰(zhàn)爭撰寫代碼

“戰(zhàn)爭算法”源自實戰(zhàn)中遇到的棘手難題。信息化戰(zhàn)爭來自地面、海上和空中的情報偵察與監(jiān)視預警信息爆炸式增長，軍事物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的各類戰(zhàn)場信息傳感器遍布陸、海、空、外層空間和電磁網(wǎng)絡空間，海量的信息數(shù)據(jù)勢必導致收集時間冗長、缺乏時效性或傳遞錯誤等一系列嚴峻問題。以美軍為例，從無人機源源不斷傳來的海量視頻資料，讓數(shù)千名美軍情報分析員忙得焦頭爛額，即便他們每天對著屏幕搜索敵人的蛛絲馬跡，成功率依舊不高。同時，正在加速興起的無人機蜂群和群化武器同樣對軟件決策和算法提出了較高要求。

借助人工智能算法，美軍算法戰(zhàn)跨職能小組旨在研制出可將無人機收集的海量視頻數(shù)據(jù)快速分類的軟件，并實現(xiàn)對目標的探測、分類和預警計算，以便提供更多具有實際價值的情報，提高軍事決策水平。未來，算法戰(zhàn)跨職能小組還將把觸角伸向其他國防情報任務領域，并將進一步加強與情報任務領域相關的人工智能、自動化、機器學習、深度學習以及計算機視覺算法的研究。

在“戰(zhàn)爭算法”領域，美軍早已為打贏戰(zhàn)爭而撰寫代碼，尤其值得我們學習與借鑒。長期以來，美軍都在借助ScenGen和LGC等任務規(guī)劃軟件計算任務中所有的可能結果，進而為任務決策提供智力輔助。

目前，美軍借助人工智能的計算機兵棋推演算法與系統(tǒng)堪稱世界一流。美軍不僅取得了無人機蜂群的大量試驗數(shù)據(jù)，更在探索有人機與無人機的混合作戰(zhàn)編隊“阿凡達”項目，算法已經成為這支特混編隊的“作戰(zhàn)大腦”。同時，美軍正在加速研發(fā)戰(zhàn)場推理軟件，運用深度學習技術訓練出具有邏輯分析能力的機器，發(fā)揮機器的速度和理性優(yōu)勢，以便為人類作戰(zhàn)提供態(tài)勢評估、建議甚至實施決策。就更不用說“飛行的計算機”F-35戰(zhàn)機攜帶了幾千萬條代碼，以及完全由電腦操控的X-47B無人轟炸機代表了“戰(zhàn)爭算法”的極高水平。

開啟未來戰(zhàn)爭的“最強戰(zhàn)腦”

早在“阿爾法狗”與職業(yè)圍棋選手對局引發(fā)高度關注之時，就有人推測“阿爾法狗”采用的已經是“類人腦”的高度智能。其實，“阿爾法狗”只是結合了類腦與非類腦的計算與智能，其平均每局圍棋耗電費近3000美元，而僅僅由大量神經元通過突觸連接在一起的人類大腦則顯得既“聰明”又“省電”。尤其是隨著圖像處理、模式識別、機器翻譯、數(shù)據(jù)挖掘等一系列以智能為核心的人工智能算法軍事應用加速興起，傳統(tǒng)“電腦”的計算能力愈發(fā)“余額不足”，比“曼哈頓計劃”更具挑戰(zhàn)性的“仿腦”和“造腦”計劃早已開始。

目前，模擬人腦神經元信息處理機制的深度神經網(wǎng)絡技術，已經成為“智能時代”最為重要的信息處理與建模方法，把深度神經網(wǎng)絡技術與計算機融合成“類腦計算”也日益受到世界各科技強國的高度關注?！邦惸X計算”就是指通過仿真、模擬和學習借鑒人腦的神經系統(tǒng)結構和信息處理過程的裝置、模型與方法，構建出可實時處理非結構化信息、具有學習能力的超低功耗新型計算系統(tǒng)，目標就是制造可被稱為真正“電腦”的類腦計算機。未來功耗更低、更加智能的“類腦計算”一旦到來，或將開啟智能化革命的序幕，對社會生產生活和國防軍事變革帶來廣泛而深刻的影響。

與人腦一樣，神經網(wǎng)絡芯片打造的“類腦計算”也具有顯著的高速運行和低能耗特征。研究表明，人類大腦平均每秒可執(zhí)行1億億次操作，所需能量卻只有10～25瓦。如果讓一臺超級計算機來完成同等任務的工作，它需要消耗的能量是人腦的1000萬倍，巨大的能耗壓力也成為計算能力增長的一大技術瓶頸。此外，在處理諸如模式識別等復雜任務時，計算機的運算能力其實遠遠不如人腦?！邦惸X計算”研究的初衷就是在不影響性能的前提下進一步降低現(xiàn)有計算設備功耗，或是在相同功耗下實現(xiàn)更高的計算速度。不過，能夠大大降低能耗或是加快速度對于實現(xiàn)更高水平的“智能計算”雖然有很大幫助，但要想真正實現(xiàn)高度“類人”水平的通用人工智能，關鍵還需要進一步理解人腦對于信息所做的計算及學習算法。

正是基于此，美國早已將關注點聚焦到“類腦計算”，試圖通過搶占“類腦計算”研究高地打造未來戰(zhàn)爭的最強“戰(zhàn)腦”。早在20世紀80年代，美國國家航空航天局就已經開始利用大規(guī)模集成電路實現(xiàn)神經網(wǎng)絡計算的項目研究資助。美國國防高級研究計劃局從2008年起就開始資助IBM公司的脈沖神經網(wǎng)絡芯片研究。目前，美國空軍研究實驗室正在與IBM公司合作研制大腦啟發(fā)式超級計算系統(tǒng)，這種由芯片陣列組成的“類腦計算”系統(tǒng)的識別和感官處理能力，相當于人腦的6400萬個神經元和160億個神經突觸。美國國防部投入巨資資助的計算機芯片“真北”，采用了類腦神經網(wǎng)絡設計，集運算、通信、存儲功能于一體，在執(zhí)行圖像識別與綜合感官處理等復雜認知任務時，效率遠遠高于傳統(tǒng)計算機芯片。美國國防高級研究計劃局也在積極發(fā)展能夠模擬人腦認知和推理能力的類腦芯片處理器，開展了包括“傳感與分析自適應局部學習”在內的數(shù)十項旨在提高對大腦了解和應用的研究項目，其中可靠神經接口技術、恢復編碼存儲器集成神經裝置等項目已經初具“類腦計算”的諸多特征。就拿目前Google公司提出的深度增強學習算法而言，可實現(xiàn)通過不斷試錯學習提高人工智能水平，將為未來模式識別的軍事應用發(fā)揮重要作用。

“無形之手”或將改寫未來戰(zhàn)爭

未來戰(zhàn)爭，算法只會比炸彈更可怕。人機大戰(zhàn)中“阿爾法狗”表現(xiàn)出的精湛技藝就是深度學習算法的杰作。戰(zhàn)場雖不是棋盤，卻也有著與棋局相似的思維方式。信息化戰(zhàn)爭的本質是智能化，算法是智能化加速到來的催化劑。隨著人工智能及算法的進步，未來的計算機系統(tǒng)將既精于計算，又善于“算計”，既能做計劃、定方案，又能出戰(zhàn)法、生謀略。

目前，美國國防部已經將可從更多信息源中獲取大量信息的軟件或可為人類提供數(shù)據(jù)建議的算法明確稱為“戰(zhàn)爭算法”，甚至專門成立包括戰(zhàn)略能力辦公室、快速能力辦公室和國防創(chuàng)新實驗單元等機構專門為聯(lián)合作戰(zhàn)部隊開發(fā)新型人工智能“算法武器”?？梢灶A見，隨著“算法武器”與“算法戰(zhàn)爭”的加速到來，人工智能算法將在實現(xiàn)智能決策、指揮協(xié)同、情報分析、戰(zhàn)法驗證以及電磁網(wǎng)絡攻防等關鍵作戰(zhàn)領域發(fā)揮重要作用。同時，軍用人工智能機器翻譯、密碼破譯、海上目標敵我識別、智能電子戰(zhàn)以及發(fā)射后“不管”的全自動制導智能導彈、智能地雷、智能魚雷和水下軍用作業(yè)系統(tǒng)等也將成為人工智能的重要軍事應用方向。

未來戰(zhàn)爭，有希望依托算法增強現(xiàn)有作戰(zhàn)系統(tǒng)的對抗能力，以強人工智能為“大腦”的各類作戰(zhàn)裝備將學習人類優(yōu)秀作戰(zhàn)經驗，實現(xiàn)自主搜索目標、自動處理海量數(shù)據(jù)、自動判定威脅程度和自主決策作戰(zhàn)行動。人工智能等算法將逐步介入戰(zhàn)爭指揮，在輔助指揮員選擇戰(zhàn)爭時機、判斷敵我態(tài)勢、計算戰(zhàn)爭規(guī)模、預測戰(zhàn)爭持續(xù)時間等方面發(fā)揮獨特作用，甚至成為中軍帳中不可或缺的“算法參謀”。同時，每一名信息化武裝的戰(zhàn)士將首先是一名優(yōu)秀的“算法師”。屆時，“戰(zhàn)爭算法”所改變的已經不僅僅是一臺計算機中的戰(zhàn)場數(shù)據(jù)，而是可“算計”陸、海、空、天、網(wǎng)、電等多維作戰(zhàn)域的智能作戰(zhàn)系統(tǒng)，人類甚至將成為戰(zhàn)爭的“收尾者”和“旁觀者”。這種對于未來戰(zhàn)爭的跨時代性巨大變革，正由“戰(zhàn)爭算法”加速實現(xiàn)。

除了用科技組裝的“作戰(zhàn)大腦”，未來軍事應用最為火爆的當屬具有“類腦智能”的新一代機器人。美國國防高級研究計劃局已經開展了名為“阿凡達”的研究項目，旨在通過探索人類機能整合神經代碼，進行進攻性武器和系統(tǒng)的“類腦”控制?？梢韵胂?，隨著人工智能軍事算法的發(fā)展完善，算法將成為未來軍事對抗的制高點，更是揭開戰(zhàn)爭制勝機理面紗的“金鑰匙”。唯有大力發(fā)展創(chuàng)新軍事算法，培養(yǎng)優(yōu)秀的“算法戰(zhàn)士”，才能贏得未來信息化戰(zhàn)爭的勝利。

當然，算法支撐下的人工智能、兵棋推演乃至作戰(zhàn)實踐，雖然能為未來作戰(zhàn)提供有力支撐，但也并非完美無缺。擁有幾千萬條代碼的美軍F-35戰(zhàn)機對控制系統(tǒng)軟件就有著嚴重依賴，曾經暴露出的兩百余項各類問題幾乎都與其軟件算法高度關聯(lián)。一旦軟件系統(tǒng)出現(xiàn)一點問題，戰(zhàn)機將無法有效運轉，甚至連最起碼的安全起降都成問題。同時，“類腦計算”等相關人工智能算法目前也只處于研究的初步階段。要想取得未來戰(zhàn)爭的勝利，還必須通過實踐不斷完善戰(zhàn)爭算法，才能實現(xiàn)人工智能時代軍事領域變革的有力推手。

責任編輯：張傳良