從模仿游戲看機器的智慧

陳凱　王嘉忱

20世紀50年代，阿蘭·圖靈發(fā)表了在人工智能發(fā)展史上具有里程碑意義的《計算機器與智能》一文，著名的“圖靈測試”就源自此文，圖靈認為，若測試者無法通過對話的行為區(qū)分出機器和人，便可作為機器具有智能的判定標準，這個觀點引發(fā)了科學界和哲學界廣泛和持久的討論。本文的重點，是想說明所謂的“圖靈測試”不只是一個思想實驗，“圖靈測試”中提出的模仿游戲，對于理解機器何以能夠借由運行程序而擁有通用計算的能力，具有很強的啟發(fā)作用。

● 用人來模仿人

圖靈的論文中，在提及“圖靈測定”之前，先引出了以判別性別為目標的模仿游戲，經(jīng)筆者實踐檢驗，是完全能在課堂中照樣實施的。實施大致過程如下：在班級中各選擇一位男生和一位女生，隨機稱為甲和乙，將他們請到教室外的走廊中，班級中所有同學都可以是測試者，由教師作為中介將測試者的問題傳達給被測試者甲或乙，甲和乙的回答由教師代為轉(zhuǎn)達給留在教室中的測試者，在一系列的對話結(jié)束后，由測試者判定甲和乙的性別。對話時要注意，不能詢問只有被測試者自己知道的隱私問題。

根據(jù)圖靈的論文，被測試者要做的，并不是證明自己的性別，而是盡量讓測試者產(chǎn)生難以分辨的混淆，所以，在正式開展實驗前，可以先示范性地給出一些對話的例子，如作為男性的被測試者，可以這樣參與對話來掩飾身份：

測試者：請問甲，我們班中哪個男生是最帥的？

被測試者甲：當然是我們老師了。

測試者：請問甲，你認為自己漂亮嗎？

被測試者甲：你覺得我可愛嗎？

類似的例子有助于提高教學活動的效率，因為筆者曾在活動中遇到這樣的情況，有學生提出的第一個問題是：“請問甲，你認為自己漂亮嗎？”被測試者甲回答：“我很漂亮！”于是全班一致認定某甲是男生。模仿游戲大約要持續(xù)半節(jié)課的時間，雖然耗時較長，但對于人工智能教學后續(xù)內(nèi)容——尤其是普適計算對人工智能實現(xiàn)的重要性——的順利開展，具有很重要的鋪墊作用。

● 用機器來模仿機器

圖靈的論文中，在介紹完判別性別的模仿游戲后，就開始討論關(guān)于機器參與到模仿游戲?qū)υ捴羞@一問題?？紤]到在這個地方，圖靈的思維跳躍可能大得讓普通人難以接受，所以在教學中，可以補充一些有趣的實驗，逐步引導(dǎo)學生思維走向深入。

實驗要用到Notepad++這個文本編輯工具，Notepad++具有的宏的功能，就使得教學過程中，即便不編寫程序代碼，也能體會到人工智能實現(xiàn)中的一些關(guān)鍵性的思想方法，適用于程序算法學習水平較低或水平不一致的學習群體。當然，使用其他帶有宏功能的文本編輯軟件也一樣能達到目的。

機器模仿實驗1：用查找和替換模仿搬木頭

實驗很簡單，就是通過反復(fù)執(zhí)行查找和替換操作，將一串只有0和1字符串中的所有的1，聚集到字符串的一端，如初始時字符串是0100100010，最后需要達到的效果是0000000111。

在這個實驗中，查找和替換的規(guī)則很簡單，就是查找“10”，替換成“01”，在反復(fù)執(zhí)行替換時，能看到某種動畫片一樣的效果。所以，也可以稱為搬運木頭游戲：用查找和替換操作，來模仿木頭的搬運。

機器模仿實驗2：用跳舞恐龍模仿查找和替換

這個實驗仍然采用初始字符串：0100100010。然而這一次，是將這些數(shù)字想象成一群在跳舞的恐龍，其中有的在快速轉(zhuǎn)圈，用俯瞰的角度就是“0”的形狀，有的沒有轉(zhuǎn)圈，用俯瞰的角度就是“1”（這里自然需要一些想象力）。但在舞蹈家恐龍的隊列旁邊，還有一只指揮家恐龍，指揮家恐龍也通過跳舞來指示跳舞恐龍的行為，指揮家恐龍用字母q表示，其狀態(tài)也用數(shù)字表示，為了看起來方便，就做成表格的樣子（如表1）。

指揮家恐龍是這樣工作的，如果它轉(zhuǎn)著圈，并且它所面對的恐龍也轉(zhuǎn)圈，那么，它自己就繼續(xù)轉(zhuǎn)圈，它對面的恐龍也繼續(xù)轉(zhuǎn)圈，然后指揮家恐龍右移一個位置。指揮家恐龍的這一系列動作可以用一串符號來表示：q0，0：q0，0，>。

其中，q開頭的數(shù)字代表指揮家恐龍的動作，沒有q開頭的數(shù)字代表普通舞蹈恐龍的動作，右箭頭表示指揮家恐龍向右移動。動作完成后，跳舞的隊列就變成如表2所示的樣子了。

指揮家恐龍總共有4套指揮動作，除了q0和q1，可以將q2看成是恐龍甩腦袋，q3看成是恐龍搖頭擺尾，如果預(yù)先設(shè)定好指揮家，遇見普通舞蹈家后動作變化情況如圖1所示。

舉例說，q1，0：q2，1，<這串符號的意思是，不轉(zhuǎn)圈的指揮家遇見轉(zhuǎn)圈的舞蹈家，則指揮家變成甩腦袋，舞蹈家變成不轉(zhuǎn)圈，然后指揮家向左移動。

可以看出，某一特定時刻，總能匹配到其中的一組規(guī)則，所以接下來舞蹈隊列的變化如表3～表5所示。

這里就能看出，這群恐龍只是看上去在跳舞，其實它們是在查找所有的“10”并將其變成“01”，如果有耐心一直觀看節(jié)目到最后，這列跳舞恐龍最終就變成了這樣：0000000111。

仔細想想，這些跳舞恐龍只是看上去在跳舞，其實它們在執(zhí)行著查找替換的操作，并且，它們只是看上去在執(zhí)行查找和替換的操作，其實正在表演搬木頭。如果把恐龍?zhí)枘Ｐ驼娴挠脤嵨镏谱鞒鰜聿⑦\行起來，那么它其實擁有一個很響亮的名字，叫做圖靈機。

機器模仿實驗3：用查找和替換來模仿跳舞恐龍

接下來又是Notepad++出場的時候了，可以在Notepad++中設(shè)置初始字符串如下：

_q00000000111_

其中，下畫線表示沒有恐龍，而列首的q0當然就代表指揮家恐龍了，因為字符串是一維的，所以只能把指揮家和舞蹈家并列在一起了，但這并不影響指揮家的工作。

然后，可以做一系列的查找替換操作，由于操作數(shù)量有點多，所以可以在教學前，將這些查找和替換操作預(yù)先設(shè)置成宏，然后就可以在Notepad++自動執(zhí)行了（如圖2）。

如果反復(fù)執(zhí)行上述查找替換操作，那么最后字符串就變成了：_q00000000111_。如果沒有被繞暈，那么就能發(fā)現(xiàn)，上述字符串的查找替換動作，實際上模仿了恐龍的舞蹈動作，然后，恐龍的舞蹈動作，實際上模仿了查找替換動作，然后，查找替換動作又模仿了搬木頭的工作。

到這里可以解釋一個問題，程序的本質(zhì)是什么？用比喻的方式說，程序就是一系列的規(guī)則，一個機器可以根據(jù)這些規(guī)則模擬出一個執(zhí)行某特定任務(wù)的虛擬的機器，這樣，這個機器就具有普適計算的能力了。

● 用機器來模仿人

接下來是思考一個可能讓人對自己智能產(chǎn)生懷疑的問題，假如讓人在頭腦中玩一個用字符串模仿搬木頭的游戲，并將整個字符串變化的過程在頭腦中依次顯現(xiàn)，那么，為什么人的頭腦能夠做到這一點？盡管搬木頭很簡單，但問題的關(guān)鍵是，人的頭腦是如何完成這個模擬和想象工作的？這可不是能夠簡單回答的問題。

參考上述機器模仿實驗3，所謂的搬木頭只是一種模仿的表象，而實質(zhì)只是一種查找替換操作，問題是這個查找替換操作其實也是表象……圖靈認為，所謂的智能其實是一系列模仿過程的計算結(jié)果（但哥德爾并不同意這一點，這里就不進一步展開討論了）。

簡單來說，人是具有玩搬木頭游戲的智能的，但那其實是神經(jīng)元進行計算和模仿操作的結(jié)果。同樣，機器也可以借助計算和模仿，達到與人同等的搬木頭游戲的智能。那么擴展想一下，人所能做的每一個看上去有智能的活動，其實機器都能模仿。圍繞這個觀點，可以產(chǎn)生出一系列有趣的問答，這些開放性的討論未必一定要有標準的結(jié)論，討論的目的是激發(fā)學習者積極主動的思辨，例如：

問：為什么能模仿有智能的行為，就判定它有智能？

答：那么，除此以外還有其他判定辦法嗎？

問：我認為我的行為是真的有智能的，不是模仿出來的，這怎么解釋？

答：你怎么可能證明這一點？

問：我能知道自己在搬木頭，機器知道嗎？

答：你通過觀察自己的思維變化才知道這一點，何以確定將來的機器做不到這一點？另外，你是否想過你頭腦的神經(jīng)元是否知道它們正在搬木頭呢？

……

若是能引發(fā)激烈的交鋒，那便是十分理想的課堂狀態(tài)了。但教師終究還是要從紛繁的觀點中找出共識，為教學活動進行總結(jié)。筆者自己的總結(jié)是：①可以用一個機器，來模仿出另一個完整的機器的行為（這其實是圖靈論證的結(jié)果）。②被模仿出來的機器，不會思考自己是否是模仿的結(jié)果，也并不會思考，自己的行為有可能進一步模仿了其他機器，到目前為止，這是機器和人不同的地方。