論人工智能技術(shù)應用研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景＊

王嫄，解文霞，孔德莉，高喜平

論人工智能技術(shù)應用研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景＊

王嫄，解文霞，孔德莉，高喜平

（天津科技大學 人工智能學院，天津 300457）

“人工智能”這一概念從1956年被首次提出以來，發(fā)展迅速，在各個領(lǐng)域的應用和應用前景充分體現(xiàn)了其作為一門交叉學科的優(yōu)勢。大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)等詞匯沖擊著人們的視野，人工智能作為目前發(fā)展最為火熱的科學被廣泛議論和研究。介紹了人工智能的主要應用范疇和人工智能技術(shù)目前最廣泛的應用，展望了人工智能廣闊應用前景。人工智能技術(shù)改變著人們的生活和生產(chǎn)方式，雖然隨著這一技術(shù)的迅速發(fā)展，相關(guān)的倫理討論被提出，但只要人類合理利用科技的力量，這一技術(shù)終將為人類服務。

人工智能；應用研究；5G技術(shù)；發(fā)展前景

1 引言

“人工智能”這一概念1956年在達特茅斯會議上被首次提出，到現(xiàn)在已經(jīng)有了60多年的發(fā)展歷程。人工智能是一門交叉、廣泛的科學，它的研究目的是使機器能夠像人類一樣識別、學習、思考。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，人工智能技術(shù)不斷革新，應用領(lǐng)域不斷擴大。

人工智能的發(fā)展曲折起伏[1]，在其發(fā)展的早期取得如機器定理證明等一些成果，這些成果激勵人們對人工智能領(lǐng)域有了更高的期望，然而由于理論技術(shù)的局限，人們提出了一些不合理的目標，翻譯機器鬧出的笑話等失敗的研究使得人們的預期落空。20世紀70年代初到80年代中，通過模擬人類專家的知識和經(jīng)驗去解決特定問題的專家系統(tǒng)應用在化學、醫(yī)療等領(lǐng)域，實現(xiàn)了人工智能從理論到實際應用的重大突破；緊接著人工智能技術(shù)迎來發(fā)展的低迷期，專家系統(tǒng)知識儲備不足、分析問題方式單一等問題暴露出來；1997年，深藍計算機戰(zhàn)勝國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫；2011年至今，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等快速發(fā)展，以神經(jīng)網(wǎng)絡為基礎(chǔ)的人工智能技術(shù)極大地促進了科學轉(zhuǎn)化為應用，圖像識別、語音識別、無人駕駛等迎來前所未有的發(fā)展高潮。大量以深度學習為基礎(chǔ)的人工智能技術(shù)有著人工干預的局限性，科研人員試圖使用減少人工干預的自主智能方法來降低人員成本，未來人機混合智能將會成為主要發(fā)展方向。

2017-07，國務院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，為搶占全球人工智能制高點，中國已將其上升至國家戰(zhàn)略，國務院要求從小學起增加人工智能相關(guān)課程，形成人才梯隊，搶抓人工智能發(fā)展機遇將會給科技發(fā)展和產(chǎn)業(yè)變革帶來重大影響。

2 人工智能的主要研究范疇

2.1 自然語言處理

語言是人類區(qū)別于其他動物的本質(zhì)特征，人類的智慧大多以語言的實質(zhì)得以記載或者流傳，自然語言處理是人工智能領(lǐng)域的重要分支，主要包括自然語言理解和自然語言生成，它的目的是實現(xiàn)人機間自然語言通信，把帶有潛在歧義的自然語言輸入轉(zhuǎn)換成某種無歧義的計算機內(nèi)部表示。想要實現(xiàn)通用的、高質(zhì)量的自然語言處理是人類的終極目標。雖然目前這一項研究針對一定應用已經(jīng)產(chǎn)生實用系統(tǒng)，一部分已經(jīng)企業(yè)化，甚至開始產(chǎn)業(yè)化，但是自然語言處理面臨的主要問題仍是詞義結(jié)合不到語境中，容易產(chǎn)生歧義。

2.2 計算機視覺

計算機視覺方向是研究使機器“看”的科學，利用攝影機和計算機模擬生物的眼睛對目標進行識別和跟蹤，使系統(tǒng)從圖像或多維數(shù)據(jù)中感知并且獲取信息。目前計算機視覺技術(shù)包主要包括圖像識別、圖像處理、空間形狀描述，計算機視覺技術(shù)應用領(lǐng)域廣泛，人臉識別、指紋識別、虹膜識別在門禁認可、身份識別等方面精準可靠，這一方向的研究極大地促進了制造業(yè)的發(fā)展。

2.3 深度學習

人工智能技術(shù)具有標準化的數(shù)據(jù)庫和深度學習的能力；人工智能技術(shù)的幾個亞領(lǐng)域包括機器學習、代表性學習、深度學習，監(jiān)督學習是目前最成功的機器學習算法，會使輸出部分的錯誤最小化。深度學習算法旨在利用計算機，建立模擬人類大腦分析學習的神經(jīng)網(wǎng)絡，從而獲取知識和技能，重新組織知識結(jié)構(gòu)使之不斷改善自身性能。深度學習可應用在人工智能技術(shù)研究的各個方向，比如基于深度學習的智能搜索不僅能綜合考察文獻的重要性、相關(guān)性等指標，還可以對檢索結(jié)果進行排序，提高檢索效率；除此之外為用戶提供興趣自動識別、智能信息化過濾等功能，如瀏覽器上“除了這些，你可能還喜歡的是”，購物網(wǎng)站上“試試用這些篩選”“你可能喜歡”。深度學習算法在計算機視覺、語音識別、機器翻譯、數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域都取得很多成果。

3 人工智能目前最廣泛的應用

人工智能是一門邊緣學科，也是一門交叉學科，人工智能技術(shù)的發(fā)展涉及計算機、數(shù)學、心理學、社會學等眾多學科。人工智能近年來發(fā)展迅速，在醫(yī)療、文教娛樂行業(yè)、制造業(yè)和服務業(yè)等領(lǐng)域應用最為廣泛，以下舉例說明人工智能技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應用。

3.1 人工智能在醫(yī)療衛(wèi)生服務中的應用

新聞報道中已經(jīng)提及中國的人工智能在診斷腦瘤上打敗了醫(yī)生；人工智能技術(shù)可以監(jiān)測帕金森病和多發(fā)性硬化癥（MS）等疾??；比專家發(fā)現(xiàn)更多的皮膚癌變；比專家更準確、更快地發(fā)現(xiàn)腦瘤和其他疾病，通過數(shù)據(jù)分析遏制過度用藥危機；研究人員利用已經(jīng)掌握的化學相互作用知識，通過人工智能算法得到與動物實驗結(jié)果相同的檢測結(jié)果，這一研究未來可能取代動物實驗，預測成千上萬的化學物質(zhì)毒性。人工智能相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，給醫(yī)療行業(yè)帶來了前所未有的希望曙光。

以下舉例說明人工智能技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生服務中的應用。

3.1.1 人工智能在基層醫(yī)療衛(wèi)生服務中的應用

人工智能技術(shù)在基層醫(yī)療衛(wèi)生中的應用更新發(fā)展迅速，趙嘉瑩等[2]提出人工智能技術(shù)可以按照已編寫好的計算機診斷程序?qū)颊哌M行診斷，根據(jù)患者的癥狀提出治療建議，當遇到程序無法診斷的疑難雜癥時，人工智能技術(shù)利用已有的數(shù)據(jù)給出轉(zhuǎn)診建議，幫助患者轉(zhuǎn)到?？漆t(yī)生那里進行治療。?？漆t(yī)生的診療信息可以反饋給人工智能相關(guān)設(shè)備和算法，使人工智能設(shè)備增加病例信息，以便以后遇到相似的疾病時對患者進行診斷。人工智能技術(shù)還可以在?？漆t(yī)生給出治療方案后，對患者進行后期的恢復觀察和管理?；鶎俞t(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)的建設(shè)無疑將帶給中國基層醫(yī)療衛(wèi)生服務飛躍式的進步。

3.1.2 人工智能技術(shù)在護理領(lǐng)域的應用

程攀[3]指出，人工智能技術(shù)在護理領(lǐng)域的應用主要體現(xiàn)在飲食護理、慢性病護理、智能病房，在飲食護理中，失能老年人和患病老年人隨著人口老齡化的數(shù)量越來越多，通過人機交互系統(tǒng)提供人機交互和輔助進食服務幫助老年人進食；隨著中國慢性病人口數(shù)量的增加，慢性病患者對護理需求更大，利用人工智能技術(shù)監(jiān)測患者相關(guān)指標數(shù)據(jù)的變化，幫助患者增強自我管理，提高患者生活質(zhì)量；智能病房依托于自然語言技術(shù)和認知計算，通過說話可以控制房間里的溫度、燈光等。將人工智能技術(shù)應用在護理領(lǐng)域，患者可在就診前完成健康評估，為后期的治療和護理做好保障，同時護理人員減少手寫記錄，提高護理工作效率，減輕護理工作負擔。不僅如此，科學的數(shù)據(jù)也能提供更為優(yōu)化的護理方案，使患者早發(fā)現(xiàn)早治療，通過數(shù)據(jù)和智能監(jiān)測保障人們的生命安全。

3.1.3 人工智能在心臟磁共振成像中的應用

人工智能技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應用受到好評，這與其在難度較大的研究中發(fā)揮重要作用有極大關(guān)系。由于人工智能相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，自動化操作已經(jīng)用于心臟磁共振成像程序的選擇、成像計劃、影像的采集和重建[4]。心臟磁共振成像可被用于心室功能、灌注、血流、組織特性的測量，基于深度學習的左室功能全自動測量方法得到的參數(shù)與專家手動得到的數(shù)據(jù)集的結(jié)果高度一致，研究顯示由于心臟磁共振成像較單光子發(fā)射計算機斷層成像相比具有更高的空間分辨率，診斷結(jié)果準確性更高。深度學習算法的典型模型卷積神經(jīng)網(wǎng)絡和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡，目前在圖形識別領(lǐng)域應用十分廣泛，通常在深度神經(jīng)網(wǎng)絡中組合使用。通過深度學習算法，心臟磁共振成像技術(shù)幫助分析與結(jié)果相關(guān)的數(shù)據(jù)，能夠預測事件發(fā)生的概率。對相關(guān)研究指標標準化將極大推動心臟磁共振成像圖像分析算法的發(fā)展。

不僅如此，人工智能技術(shù)還在醫(yī)療機器人、藥物研發(fā)、醫(yī)療影像、基因測序、健康管理等方面不斷有突破性進展。

3.2 人工智能技術(shù)在文教娛樂領(lǐng)域中的應用

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，打破了過去紙質(zhì)版?zhèn)鞑サ木窒?，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)的智能搜索、智能化學習模式在改變著人們接受知識的方式，智能化教育更是為文教行業(yè)帶來新的商業(yè)模式和產(chǎn)業(yè)鏈。

以下舉例說明人工智能技術(shù)在文教娛樂領(lǐng)域中的應用。

3.2.1 人工智能技術(shù)在教育行業(yè)中的應用

人工智能相關(guān)技術(shù)已經(jīng)在教育行業(yè)中得到應用，中國用人工智能技術(shù)來給作業(yè)評分，利用自然語言處理技術(shù)對作文進行評判已被廣泛應用于教學中，例如在英語作文評判中可以保證在詞匯、語法方面統(tǒng)一評價標準，但是也存在評價過于機械化的缺陷，使學生的分數(shù)差距不是太大；在英語教學中[5]，人工智能可以根據(jù)學生的實際水平和情況為學生匹配口語練習資料，同時陪伴學生練習口語；在護理教育中，人工智能技術(shù)可提供更加個性化、人性化的學習環(huán)境，針對學生的學習興趣、現(xiàn)實需求和學習習慣制定出合適的個性化的學習規(guī)劃，并對學生進行實時跟進和評測，旨在對學生做出更加客觀的評價，人工智能技術(shù)也能在數(shù)據(jù)挖掘之下獲得學生學習狀況與外部條件的關(guān)系從而預估學習趨向，對于基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的“私人訂制”個性化教程，不可否認其確實對教學起到輔助作用。

3.2.2 人工智能技術(shù)在出版行業(yè)中的應用

武菲菲[6]提出，在“萬物皆媒”的人工智能時代，人工智能技術(shù)在出版行業(yè)也得到了應用，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，人工智能對于新聞內(nèi)容生產(chǎn)、圖書編輯、用戶需求挖掘、選題營銷決策等產(chǎn)生積極影響。人工智能可在數(shù)據(jù)采集后進行數(shù)據(jù)分析，設(shè)計傳達內(nèi)容，編寫出簡單的新聞稿件；利用大數(shù)據(jù)分析，抓取讀者對于熱點的關(guān)注度，分析讀者的興趣所在，從而為讀者提供個性化的閱讀方案；營銷人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析做出更具針對性的營銷方案。

3.2.3 人工智能技術(shù)在圖書館的應用

國內(nèi)已有圖書館進行智慧圖書館建設(shè)，智能檢索和智能參考咨詢技術(shù)為應用最廣泛的兩項技術(shù)，楊九龍等人[7]指出，智能檢索可以根據(jù)用戶歷史檢索信息為用戶提供感興趣的信息，或者預測熱點信息，提高檢索成功率；智能參考咨詢主要體現(xiàn)在智能聊天、實時提供咨詢服務方面。人工智能技術(shù)在圖書館的應用為建設(shè)現(xiàn)代化智能圖書館奠定基礎(chǔ)。在網(wǎng)頁技術(shù)方面，微軟推出人工智能網(wǎng)頁設(shè)計工具，可以將手工繪制的網(wǎng)頁模型轉(zhuǎn)換為功能性的HTML標記，而不是依賴應用程序?qū)γ鞔_的指令做出奴性的回應。

3.3 人工智能技術(shù)在制造業(yè)和服務行業(yè)中的應用

人工智能技術(shù)被應用到制造業(yè)和服務行業(yè)中，正在改變著人們的工作方式和生活方式，機器工作極大地解放了勞動力，智能化的機器更是為制造業(yè)和服務業(yè)的產(chǎn)業(yè)成果、產(chǎn)業(yè)質(zhì)量提供更加可靠的保障。

以下舉例說明人工智能技術(shù)在制造業(yè)和服務行業(yè)中的應用。

3.3.1 人工智能技術(shù)在紡織行業(yè)的應用

根據(jù)蔣高明等人[8]的研究，利用深度學習算法，快速精準地在圖案數(shù)據(jù)庫中檢索到與實物圖相符的產(chǎn)品，在線織物疵點檢測中，以機器視覺技術(shù)為基礎(chǔ)的人工智能技術(shù)發(fā)揮了極大作用，這項技術(shù)有檢測速度快、定位精度高、疵點類型覆蓋廣、機械損耗和維護成本較低的優(yōu)點；利用決策樹算法找出各生產(chǎn)要素與產(chǎn)品質(zhì)量的相互關(guān)系，構(gòu)建合理的質(zhì)量決策模型，提高生產(chǎn)質(zhì)量。人工智能技術(shù)不止對針織產(chǎn)品的生產(chǎn)過程有所幫助，而且在生產(chǎn)管理方面也提高了行業(yè)工作效率。在質(zhì)量實時監(jiān)測、產(chǎn)量報表生成、訂單跟蹤等方面人工智能技術(shù)可以在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上指導生產(chǎn)管理，根據(jù)實際原料與生產(chǎn)能力為企業(yè)提出合理的生產(chǎn)計劃，以滿足顧客的需求和應對市場競爭。不僅如此，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡還可以對未來流行趨勢進行預測，促進行業(yè)的升級。

3.3.2 人工智能技術(shù)在煉化領(lǐng)域的應用

煉化企業(yè)中人工巡檢并不能滿足現(xiàn)巡檢的要求，開發(fā)智能巡檢機器人可以降低巡檢強度、提高巡檢質(zhì)量、降低人身傷害風險[9]，由于煉化企業(yè)裝置密集，開發(fā)巡檢機器人代替人工進行巡檢的難度很大，目前鮮有應用，但也有公司進行嘗試和應用。

巡檢機器人應當具備自動或半自動移動能力、現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)診斷能力、有毒有害和爆炸性氣體檢測能力以及報警能力，為了滿足現(xiàn)實以上應用要求，智能巡檢機器人將主要由導航與控制系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)、智能識別系統(tǒng)以及實時通信系統(tǒng)五部分組成，這是未來巡檢機器人的發(fā)展趨勢。一旦巡檢機器人應用在煉化企業(yè)，這一領(lǐng)域的工作效率將會大幅提升，工作人員可以從事更為精細的檢查服務，確保煉化企業(yè)中的巡檢工作達到標準更高的狀態(tài)。

3.3.3 人工智能技術(shù)在客服系統(tǒng)的應用

王錚等人[10]提出，語音識別技術(shù)、自然語言處理、知識庫管理、語音合成技術(shù)等技術(shù)是客服系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，利用信號處理對語音進行識別，甚至可以產(chǎn)生多種識別結(jié)果，識別結(jié)果帶著置信度的標識，應用程序根據(jù)置信度向客戶展示這些結(jié)果，供客戶進行二次選擇；通過獨特的詞向量處理和適當?shù)亩叹淦ヅ?，可以有效處理一些無法找到責任方甚至無法處理的問題，將人工智能技術(shù)應用于處理普遍性突出、重復性高的工單處理環(huán)節(jié)中，可以極大地提高工作效率，降低人工成本。在語音服務方面，雖然存在著機器回復生硬、死板的問題，但不可否認人工智能技術(shù)在客服系統(tǒng)中有著廣闊的應用前景。

3.3.4 人工智能技術(shù)在銀行業(yè)的應用

人工智能技術(shù)在各個領(lǐng)域的應用是大勢所趨，近年來，國際國內(nèi)的不少金融機構(gòu)引入人工智能技術(shù)促進行業(yè)發(fā)展，比如利用人工智能技術(shù)，根據(jù)投資者的實際情況的投資目標，為投資者推薦投資計劃的智能投顧；非接觸性的人臉識別技術(shù)大大提高業(yè)務辦理速度，同時避免了接觸性操作帶來的疾病傳播；智能柜臺基本可以自助辦理所有業(yè)務，從前臺的個性化服務，到中臺的提供專業(yè)決策支持，再到大堂迎賓、業(yè)務咨詢、分流引導的服務均可實現(xiàn)；通過大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)智能風控，降低金融風險；成立無人智能銀行，通過智能機器人引導客戶辦理各種業(yè)務。將人工智能技術(shù)應用在銀行業(yè)中，對客戶而言提高了審核速度，減少了排隊等候時間，簡化了繁雜的流程[11]。

3.3.5 人工智能技術(shù)在食堂配餐系統(tǒng)的應用

目前已有學校、機構(gòu)在使用人工智能技術(shù)支配的機器人進行炒菜和自動打飯[12]，使用機器人炒菜能更加精準控制油溫，避免因溫度過高導致油變質(zhì)，同時機器人可以精準控制油、鹽的添加量，使飯菜更加健康，機器人操作也避免了掉入頭發(fā)、汗水等情況，保證實物更為衛(wèi)生。自動打飯使得飯量更為精準，避免因人為操作導致飯量不同帶來的用餐心理不平衡，用餐體驗差。此外，印度鐵路公司也已經(jīng)通過人工智能技術(shù)檢測確保食物衛(wèi)生。

4 人工智能的發(fā)展前景

目前對于人工智能技術(shù)的討論和研究十分火熱，根據(jù)人工智能的實力，將其分為弱人工智能、強人工智能和超人工智能，現(xiàn)階段人類的科技已經(jīng)達到一定水平，但是仍然處于弱人工智能時代，每一個弱人工智能的創(chuàng)新都是在為通往強人工智能時代和超人工智能時代添磚加瓦。中國已將人工智能發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略，因此政府必將投入更多人力、物力以促進其發(fā)展?，F(xiàn)有行業(yè)在人工智能技術(shù)的支持下已經(jīng)發(fā)生前所未有的變化，用科技重構(gòu)著人類的生產(chǎn)生活方式，為人類帶來極大的便捷。未來人工智能技術(shù)將作為基本要素重塑各個行業(yè)、深入各個行業(yè)，人工智能技術(shù)的發(fā)展勢不可擋，但是有一部分比較傳統(tǒng)的人不能接受此類技術(shù)帶來的變化，不接受這一技術(shù)的人將會被接受這一技術(shù)的人所取代。

關(guān)于人工智能取代人類的這類擔憂有些杞人憂天，人工智能技術(shù)在迅速發(fā)展的同時確實引發(fā)了關(guān)于人文倫理的討論，但是技術(shù)終將服務于人類而不是取代人類。只要明確發(fā)展目標，找準發(fā)展方向，力求建立全面系統(tǒng)的智能社會，合理地利用科學的力量，讓技術(shù)服務于人類，那么科學家和研究人員的愿望也就實現(xiàn)了。

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TP18

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.20.008

2095－6835（2019）20－0018－04

王嫄（1989—），女，博士，講師，碩士生導師。解文霞（1999—），女?？椎吕颍?981—），女，講師，天津科技大學人工智能學院學生工作辦公室主任、院團委書記。高喜平（1982—），男，高級政工師，天津科技大學人工智能學院黨委副書記。

濱海新區(qū)科工創(chuàng)新委支持項目（編號：BHXQKJXM-SF-2018-22）

〔編輯：嚴麗琴〕