人工智能時代的計算機程序設(shè)計教學(xué)探討

胡國際

(長沙航天學(xué)校，湖南長沙 410205）

高性能計算與大數(shù)據(jù)的高速發(fā)展為機器學(xué)習(xí)尤其是深度學(xué)習(xí)提供了強大的引擎。自2006年取得突破以來，深度學(xué)習(xí)一直長驅(qū)直入，在圖像分類與語音識別領(lǐng)域取得了驕人的成績，在圖像識別上甚至超過了人眼識別的準(zhǔn)確率。尤其是2016年Google研發(fā)的機器人AlphaGo擊敗世界圍棋冠軍李世石，使人工智能在經(jīng)歷了兩次寒冬之后再次復(fù)蘇并以極其強勁的態(tài)勢進(jìn)入大眾的視野。事實上，人工智能正在全面進(jìn)入人類生產(chǎn)和生活的方方面面，成為繼互聯(lián)網(wǎng)之后第四次工業(yè)革命的推動力量。人類正在進(jìn)入人工智能時代，人工智能正在成為這個時代的基礎(chǔ)設(shè)施。人臉識別、自動駕駛、聊天機器人、工業(yè)和家居機器人、股票推薦，人工智能的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用正在遍地開花。

1 人工智能概述

人工智能作為一門新興學(xué)科，發(fā)展時間還不是太長，但已經(jīng)顯現(xiàn)出較強的發(fā)展前景，其主要通過計算機系統(tǒng)對人類的思維活動予以模擬，以使電腦系統(tǒng)擁有人類學(xué)習(xí)、推理等行為，進(jìn)而具備人類的知識，對自然與人類的基本語言有更好的掌握。它在學(xué)科研究領(lǐng)域廣泛、綜合性很強，囊括了很多學(xué)科的知識內(nèi)容，很有發(fā)展前途。人工與智能是人工智能的重點內(nèi)容，他們主要研究的內(nèi)容包括處理自然語言和知識系統(tǒng)的應(yīng)用以及機器人學(xué)科。人工智能的技術(shù)特征涵蓋了搜索、知識表達(dá)、推理、抽象、語音識別和處理模糊信息這幾大能力。

2 計算機輔助教學(xué)的概述

利用計算機輔助教學(xué)已經(jīng)成為教育領(lǐng)域的發(fā)展方向，借助計算機完成部分教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)形式更加多樣化，頗受師生的歡迎。利用計算機輔助教學(xué)功能，學(xué)生可以根據(jù)自己的實際情況，隨時隨地地進(jìn)行學(xué)習(xí)、交流。其適用性更強，同時有效實現(xiàn)了資源共享，實現(xiàn)了交互式學(xué)習(xí)，使各項教學(xué)資料更能滿足學(xué)生發(fā)展的需求，也完成了傳統(tǒng)的教師教和學(xué)生學(xué)中的一些難點重點的突破，使教與學(xué)的效果更加突出。更為重要的是，利用計算機智能化系統(tǒng)可以隨時掌握分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，將信息反饋給教師，教師及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，更好地完成教學(xué)目標(biāo)。

當(dāng)然計算機輔助教學(xué)中也存在一些問題，例如：學(xué)生的學(xué)習(xí)不夠主動，在學(xué)習(xí)中存在惰性等，這些問題在以后的計算機輔助教學(xué)中需要改進(jìn)，才能更好地促進(jìn)計算機輔助教學(xué)的發(fā)展。

3 人工智能時代的計算機程序設(shè)計語言

人工智能時代的編程自然以人工智能研究和開發(fā)人工智能應(yīng)用為主要目的。很多編程語言都可以用于人工智能開發(fā)，很難說人工智能必須用哪一種語言來開發(fā)，但并不是每種編程語言都能夠為開發(fā)人員節(jié)省時間及精力。Python由于簡單易用，是人工智能領(lǐng)域中使用最廣泛的編程語言之一，它可以無縫地與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和其他常用的AI算法一起使用。Py-thon之所以適合AI項目，其實也是基于Python的很多有用的庫都可以在AI中使用。一位Python程序員給出了學(xué)習(xí)Python的7個理由：（1）Python易于學(xué)習(xí)。作為腳本語言，Python語言語法簡單、接近自然語言，因此可讀性好，尤其適合作為計算機程序設(shè)計的入門語言。（2）Python能夠用于快速Web應(yīng)用開發(fā)。（3）Python驅(qū)動創(chuàng)業(yè)公司成功。支持從創(chuàng)意到實現(xiàn)的快速迭代。（4）Python程序員可獲得高薪。高薪反映了市場需求。（5）Python助力網(wǎng)絡(luò)安全。Python支持快速實驗。（6）Python是AI和機器學(xué)習(xí)的未來。Python提供了數(shù)值計算引擎（如NumPy和SciPy）和機器學(xué)習(xí)功能庫（如scikit-learn，Keras和TensorFlow），可以很方便地支持機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析。（7）不做只會一招半式的碼農(nóng)。多會一門語言，機會更多。

4 人工智能技術(shù)對計算機輔助教學(xué)的影響

目前，各項教學(xué)活動都與計算機技術(shù)有著密切的聯(lián)系，不僅指知識的傳授，還指對知識結(jié)構(gòu)的整體認(rèn)識。在獲取知識的過程中，需要新舊知識的銜接，需要教師的引導(dǎo)。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，在實踐活動中積極探索，這是傳統(tǒng)的教學(xué)模式，而人工智能技術(shù)中的各個模塊承擔(dān)著不同的功能，例如“專家模塊”給予的幫助、解答更加專業(yè)，而且打破了時間空間的限制，且交流無障礙，更符合學(xué)生的需求；“學(xué)生模塊”能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行統(tǒng)計與分析，并建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，為教學(xué)的有效性提供客觀、真實的數(shù)據(jù)，教師以此為依據(jù)，在教學(xué)中因材施教。這些正是人工智能技術(shù)的優(yōu)勢。

5 計算機人工智能技術(shù)的應(yīng)用

（1）查找問題并制定解決路徑和相關(guān)規(guī)劃。 實際生活及生產(chǎn)中人們總會遇到各種各樣的問題，為解決這些問題需要通過很多路徑去查找解決問題的關(guān)鍵，這無疑會花費人們很多時間，故通常情況下人們都會選擇最小的路徑來探索解決問題的辦法，而利用計算機人工智能技術(shù)能夠設(shè)計一個路徑查找系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對各種問題的查找，并有效解決問題。另外一方面，利用計算機人工智能技術(shù)能夠模擬出人類對事情的感知，并將這些感存儲到相應(yīng)的機器程序中去，使機器具有自動識別功能，從而能夠自動檢查問題、分析問題和解決問題。盡管一些復(fù)雜的問題單獨利用計算機人工智能技術(shù)難以解決，但也能幫助人們在短時間內(nèi)找到問題原因，因此能夠高效解決問題。

（2）遠(yuǎn)程自主規(guī)劃和控制。遠(yuǎn)程自主規(guī)劃和控制主要是指利用計算機人工智能技術(shù)編制遠(yuǎn)程智能程序，并構(gòu)建遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，然后在系統(tǒng)中提前設(shè)定好任務(wù)和目標(biāo)，最后實現(xiàn)遠(yuǎn)程自主操作、規(guī)劃及控制。利用計算機人工智能技術(shù)能夠優(yōu)化航天器控制系統(tǒng)，使航天工作人員能夠在上百萬公里以外太空中，對航天器進(jìn)行遠(yuǎn)程規(guī)劃和控制，例如：美國航天局在航天器設(shè)置計算機智能跟蹤程序，使美國航天局在離航天器幾千里以外的地方就能實現(xiàn)對航天器的規(guī)劃及控制，同時還可以進(jìn)行操作和調(diào)整，實現(xiàn)了真正意義上的遠(yuǎn)程遙控。

（3）預(yù)測步驟，提高博弈技巧。計算機人工智能技術(shù)應(yīng)用在很多時候都像是下棋，因為應(yīng)用過程中會涉及到各方面的知識點及問題，通過數(shù)據(jù)信息能夠查找這些知識及問題，而這些問題又能分成若干個小問題，所以計算機人工技術(shù)的作用很多都在于提供下棋數(shù)據(jù)信息，使其朝著搜索和問題歸納等方向發(fā)展，從而為下棋者科學(xué)決策提供支持。近年來計算機人工智能技術(shù)已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，并在各大領(lǐng)域得到了應(yīng)用。但是我國的計算機人工智能技術(shù)還達(dá)不到國際水平，相當(dāng)于博弈過程中我國計算機人工智能技術(shù)近達(dá)不到國際象棋錦標(biāo)賽的水平，但解決人類棋手的表達(dá)能力和洞察能等能力還是很強的，所以要具體問題具體分析，以進(jìn)一步提高計算機人工智能技術(shù)水平。

（4）現(xiàn)時代，計算機人工智能技術(shù)應(yīng)用水平還有待提高，因此要盡可能將該技術(shù)應(yīng)用于各大領(lǐng)域，并加強研究，以完善計算機人工智能技術(shù)。例如，可以將計算機人工智能技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，以突破傳統(tǒng)醫(yī)療診斷弊端的同時提高診斷水平；再如，利用計算機人工智能技術(shù)建立概率分析系統(tǒng)，并應(yīng)用醫(yī)療診斷程序構(gòu)建中，以同時提高醫(yī)療診斷水平及專家醫(yī)師的實踐水平，實現(xiàn)真正意義上的程序診斷，雖然利用程序?qū)Σ∪诉M(jìn)行檢查引起了相關(guān)人士的質(zhì)疑，但很多這方面的專家都闡述了程序檢查的因素及可能引起的并發(fā)癥，并進(jìn)行相關(guān)試驗，證實了程序診斷突破傳統(tǒng)醫(yī)療診斷弊端，并且不會引發(fā)任何并發(fā)癥，因此能夠有效提高醫(yī)療診斷水平及醫(yī)療水平。

6 未來發(fā)展方向

第一，自動推理化發(fā)展方向，自動推理一直都是計算機人工智能技術(shù)的主要研究方向，而計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)則是自動推理研究的理論基礎(chǔ)，即在這兩項技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)動態(tài)特點，構(gòu)建可以進(jìn)行自動推理的系統(tǒng)；第二，智能接口的搭建，智能接口的實現(xiàn)能夠加強人與計算機的交流，進(jìn)而為人們的工作及生活提供幫助，使計算機人工智能技術(shù)更具有應(yīng)用價值，所以完善智能接口也成為計算機人工智能技術(shù)的研究及發(fā)展方向；第三，數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)一直以來都是計算機及人工智能技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用基礎(chǔ)，所以計算機人工智能技術(shù)也同樣離不開數(shù)據(jù)，這意味著數(shù)據(jù)挖掘是計算機人工智能技術(shù)發(fā)展必須進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，并且數(shù)據(jù)挖掘?qū)⑹怯嬎銠C人工技術(shù)的發(fā)展方向，這主要因為在數(shù)據(jù)中能夠探索到新知識，并且能夠找到客觀世界各事物之間的聯(lián)系及規(guī)律，這就能夠為人工智能技術(shù)奠定良好基礎(chǔ)。

7 結(jié)語

總而言之，計算機人工智能技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到各大領(lǐng)域，推動各行各業(yè)信息化及智能化發(fā)展，使我國社會經(jīng)濟及科學(xué)技術(shù)水平得到了提高。計算機人工智能技術(shù)與其他現(xiàn)代化技術(shù)相比，更具有信息化及智能化特點，因此得到了社會各方人士的關(guān)注。但就目前來說，我國計算機人工智能技術(shù)還不夠成熟，其發(fā)展比較慢且中受其他技術(shù)牽制，所以進(jìn)一步研究計算機人工智能技術(shù)是必要和重要的。