計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展研究

楊福康

(新疆大學(xué) 軟件學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830091)

0 引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)不斷擴(kuò)大，其中，人工智能技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)重要的學(xué)科分支[1]，對(duì)促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步發(fā)揮了不可忽視的作用?，F(xiàn)階段，人工智能技術(shù)快速發(fā)展，成為一項(xiàng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛的計(jì)算機(jī)技術(shù)，并不斷深入到大眾的娛樂(lè)、生活和工作中，使得人們的生活更加方便快捷且具豐富色彩。計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)社會(huì)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)方面具有很大的推動(dòng)作用，由于該技術(shù)在計(jì)算速度、精準(zhǔn)度、統(tǒng)計(jì)分析方面遠(yuǎn)超人類，在各行業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)中可以很好地替代人工操作，降低人工主觀判斷失誤的出錯(cuò)率，如交通領(lǐng)域、航天領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、服務(wù)行業(yè)領(lǐng)域、企業(yè)管理領(lǐng)域等。

1 計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)概述

人工智能技術(shù)指的是研究如何使計(jì)算機(jī)具有人類思維模式的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)[1]，并且能夠模擬人類的某些特殊能力，例如學(xué)習(xí)、推理、語(yǔ)音、動(dòng)作等人類特有的行為模式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展延伸，使其具備人類無(wú)法簡(jiǎn)單完成的動(dòng)作或某種特殊能力。憑此，在某些需要復(fù)雜的人工操作的特殊工作中，就可以使用人工智能代替人類來(lái)完成困難工作，實(shí)現(xiàn)智能化。并且由于人工智能在計(jì)算能力、推理能力以及工作精度方面的優(yōu)勢(shì)，使得人工智能的工作能力和工作效率遠(yuǎn)比人類高，同時(shí)避免了由于人類主觀方面的失誤造成的嚴(yán)重后果。

人工智能技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的重要學(xué)科分支，涉及多個(gè)學(xué)科知識(shí)，如心理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等[2]。人工智能技術(shù)相較于其他技術(shù)，在理論以及實(shí)踐中具有綜合性的優(yōu)勢(shì)，其內(nèi)容主要涉及4個(gè)方面。

(1)智能感知方面?？梢岳萌斯ぶ悄芗夹g(shù)使機(jī)器能夠具備感知周圍事物的能力，并收集獲取周圍事物的感知信息。

(2)智能學(xué)習(xí)方面。學(xué)習(xí)能力是人類區(qū)別普通機(jī)器最主要的特征之一，人工智能可以將獲取的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，并通過(guò)相應(yīng)算法，利用數(shù)學(xué)方法，建立特定的數(shù)學(xué)模型，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬訓(xùn)練，將訓(xùn)練結(jié)果存儲(chǔ)到系統(tǒng)中。

(3)智能推理方面。具有代表性的就是專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)通過(guò)學(xué)習(xí)積累知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，利用推理機(jī)結(jié)合已有知識(shí)規(guī)則進(jìn)行智能推理，并得出相應(yīng)結(jié)論。

(4)智能運(yùn)動(dòng)方面。人工智能的智能運(yùn)動(dòng)主要體現(xiàn)在機(jī)器人學(xué)，需要結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等方面的知識(shí)。近年來(lái)，機(jī)器人學(xué)發(fā)展迅速，但還未突破關(guān)鍵技術(shù)，運(yùn)動(dòng)方面還未達(dá)到較高階段。

2 計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的分類

計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是模擬人類的思維模式，并能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展延伸，使其具備學(xué)習(xí)能力。人工智能技術(shù)主要可分為3類。

2.1 認(rèn)知AI

認(rèn)知AI在計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)中屬于基礎(chǔ)的技術(shù)手段，主要使人工智能具備認(rèn)知運(yùn)算[3]。認(rèn)知計(jì)算具備模擬人腦的認(rèn)知、學(xué)習(xí)的能力，可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與人類進(jìn)行簡(jiǎn)單的溝通交流，解決人類不容易解決的問(wèn)題。另外，隨著大數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的不斷研究[3]，人工智能技術(shù)可通過(guò)認(rèn)知計(jì)算進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，使其處理方式能夠類似人類的思考過(guò)程，有利于進(jìn)一步延伸人工智能的應(yīng)用范圍。

2.2 機(jī)器學(xué)習(xí)AI

目前，使用機(jī)器學(xué)習(xí)AI具有代表性的就是汽車無(wú)人駕駛系統(tǒng)，可以使汽車脫離駕駛員行駛。該系統(tǒng)可對(duì)實(shí)時(shí)路況信息進(jìn)行分析，并做出相應(yīng)操作，能模擬人類駕駛員對(duì)汽車進(jìn)行適當(dāng)操作以達(dá)到更加安全的行駛條件。機(jī)器學(xué)習(xí)需要借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及特定算法使機(jī)器能夠進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，輸入大量數(shù)據(jù)對(duì)特定模型進(jìn)行模擬訓(xùn)練，達(dá)到模擬人類思維模式的效果，是人工智能技術(shù)中極其重要的一項(xiàng)技術(shù)。

2.3 深度學(xué)習(xí)AI

相較于機(jī)器學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)技術(shù)更加尖端，結(jié)合了無(wú)監(jiān)督算法，并構(gòu)建了模擬人腦復(fù)雜結(jié)構(gòu)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在學(xué)習(xí)能力上，深度學(xué)習(xí)具備學(xué)習(xí)更加復(fù)雜概念的能力。數(shù)據(jù)量上，深度學(xué)習(xí)擁有更加龐大的數(shù)據(jù)量，能夠?qū)D像、語(yǔ)音、文字等信息進(jìn)行識(shí)別提取，并像人類一樣擁有分析學(xué)習(xí)能力。深度學(xué)習(xí)AI不僅具有強(qiáng)大的分析學(xué)習(xí)能力，而且在自主意識(shí)實(shí)現(xiàn)方面較為先進(jìn)，可以在日常生活中與人類進(jìn)行正常對(duì)話交流，甚至能夠進(jìn)入家庭生活中，幫助人們處理家中的事務(wù)，解決遇到的難題。

3 計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的發(fā)展歷程

自20世紀(jì)中期至今，計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)持續(xù)發(fā)展，從概念提出到廣泛應(yīng)用到各行業(yè)領(lǐng)域甚至家庭生活，大致上可將其發(fā)展歷程劃分為3個(gè)階段。

3.1 初始階段

隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展，20世紀(jì)中葉，“人工智能”一詞被提出。隨后，很多學(xué)者及研究人員對(duì)人工智能的概念及原理進(jìn)行拓展延伸，并進(jìn)行更深入的研究。用于研究人工智能的基本語(yǔ)言LISP的出現(xiàn)[4]，對(duì)人工智能技術(shù)能夠繼續(xù)發(fā)展并應(yīng)用到各社會(huì)領(lǐng)域有著重要作用，以及定理機(jī)器證明廣泛應(yīng)用于人工智能系統(tǒng)[4]，對(duì)解決發(fā)展人工智能技術(shù)遇到的難題時(shí)發(fā)揮了極其重要的作用。然而，由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及與人工智能相關(guān)的學(xué)科技術(shù)并不先進(jìn)，導(dǎo)致人工智能技術(shù)發(fā)展速度較為緩慢。

3.2 應(yīng)用階段

20世紀(jì)70年代，專家系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著人工智能技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，其應(yīng)用領(lǐng)域也在進(jìn)一步擴(kuò)大延伸。專家系統(tǒng)中存儲(chǔ)了人類專家解決問(wèn)題的能力和經(jīng)驗(yàn)，能夠像人類專家一樣對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行求解，借助復(fù)雜算法具備了對(duì)問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)推理的能力，在工作方面有著極高的效率。憑借專家系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，人工智能技術(shù)在行業(yè)領(lǐng)域方面應(yīng)用廣泛，例如可以對(duì)股市進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，幫助企業(yè)更好地統(tǒng)籌規(guī)劃。雖然專家系統(tǒng)在一定程度上促進(jìn)了人工智能技術(shù)的發(fā)展，但由于其技術(shù)并不完善，在很多方面并不能滿足特定需求，進(jìn)而使得人工智能技術(shù)的發(fā)展受到一定的阻礙。

3.3 集成階段

近幾十年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)以及與人工智能相關(guān)的各類技術(shù)不斷發(fā)展完善，人工智能技術(shù)進(jìn)步迅速，專家系統(tǒng)相較于應(yīng)用階段時(shí)期更加完善，功能更加齊全，能夠?qū)σ恍┤祟悷o(wú)法解決的問(wèn)題進(jìn)行分析推理。在集成概念中，人工智能技術(shù)融入各類技術(shù)及行業(yè)領(lǐng)域中，小到日常生活中使用的智能手機(jī)、家務(wù)機(jī)器，大到航天控制、空間領(lǐng)域。同時(shí)，各類高級(jí)編程語(yǔ)言的出現(xiàn)也對(duì)人工智能技術(shù)的發(fā)展起到極大的作用，例如Python、Java等高級(jí)編程語(yǔ)言，能夠與AI各類常用算法契合使用。

4 計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的具體應(yīng)用領(lǐng)域

4.1 交通領(lǐng)域的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)在交通領(lǐng)域中最為重要的一項(xiàng)技術(shù)就是無(wú)人駕駛技術(shù)。無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展，有利于降低因駕駛員錯(cuò)誤判斷或疲勞駕駛而造成的交通事故率[5]。無(wú)人駕駛技術(shù)可通過(guò)在車輛上安裝各類傳感器，感知周圍車況信息，并將信息處理優(yōu)化后傳輸?shù)饺斯ぶ悄芟到y(tǒng)中。通過(guò)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的分析，可以自動(dòng)設(shè)置車輛行駛的速度、路徑以及采取各類緊急措施。在安全性方面，傳統(tǒng)駕駛過(guò)程中，駕駛?cè)藛T往往經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)的車輛駕駛后，注意力及判斷力將會(huì)大大降低，若偶遇突發(fā)車況，駕駛?cè)藛T會(huì)因反應(yīng)時(shí)間的增加，最終導(dǎo)致無(wú)法避免的交通事故。而由于人工智能技術(shù)在計(jì)算速度、精準(zhǔn)度以及分析能力方面的優(yōu)勢(shì)，無(wú)人駕駛技術(shù)無(wú)論在判斷精準(zhǔn)度上還是反應(yīng)時(shí)間上都比人類駕駛車輛更加具有優(yōu)勢(shì)，可以有效降低交通事故率。此外，無(wú)人駕駛技術(shù)可有效減少能源的消耗，無(wú)人駕駛技術(shù)可以通過(guò)高效計(jì)算以及結(jié)合車輛自身狀況規(guī)劃線路，選擇最優(yōu)路徑，能夠在行駛過(guò)程中計(jì)算出最低能耗功率，達(dá)到降低能源消耗的目的。

4.2 航天領(lǐng)域的應(yīng)用

目前世界各國(guó)對(duì)航天技術(shù)的重視度非常高，一個(gè)國(guó)家在航天領(lǐng)域的成就可以展現(xiàn)國(guó)家的綜合實(shí)力，對(duì)提高國(guó)際影響力以及加強(qiáng)國(guó)家的國(guó)防能力具有極其重要的作用。人工智能技術(shù)在航天中的應(yīng)用過(guò)程，可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)航天技術(shù)的快速發(fā)展。通過(guò)計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)，可以遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)在大氣層外的衛(wèi)星及其他航天器，利用人工智能系統(tǒng)對(duì)航天器的運(yùn)行軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)控制[6]，并在飛行過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各類參數(shù)，通過(guò)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的分析，自動(dòng)判斷調(diào)整或?qū)⑿畔鬟f至地面操控臺(tái)，對(duì)其進(jìn)行精確操控。使用探測(cè)器探測(cè)火星及月球時(shí)，利用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的感知及探測(cè)能力，可對(duì)地表及周圍環(huán)境進(jìn)行有效分析，對(duì)各國(guó)探索未知發(fā)揮著極其重要的作用。由此分析，人工智能技術(shù)的發(fā)展程度對(duì)探測(cè)航天事業(yè)的關(guān)鍵性不言而喻，相信我國(guó)未來(lái)可以將人工智能技術(shù)發(fā)展得更加完善，能夠更好地應(yīng)用于航天事業(yè)，促進(jìn)其發(fā)展。

4.3 醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)代醫(yī)療事業(yè)的快速發(fā)展需要各類先進(jìn)技術(shù)的支持。在信息時(shí)代各技術(shù)的支持下，醫(yī)療事業(yè)發(fā)展迅速，很多過(guò)去無(wú)法解決的難題，憑借各類先進(jìn)技術(shù)成功克服困難，推動(dòng)醫(yī)療進(jìn)步。計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)在醫(yī)療事業(yè)中的廣泛應(yīng)用，可謂是發(fā)揮了極其重要的作用。智能輔助診療是利用人工智能技術(shù)幫助醫(yī)生對(duì)患者的病情進(jìn)行確診[7]，由于人工智能在計(jì)算速度及精準(zhǔn)度的優(yōu)勢(shì)，可利用專家系統(tǒng)進(jìn)行判斷或快速查詢大量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確判斷患者病情，同時(shí)可以降低由于醫(yī)生人為分析錯(cuò)誤而造成誤診的概率。智能影像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中可準(zhǔn)確全面地分析患者影像信息[7]，在人工智能技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療之前，需人工分析患者影像信息，但由于人類無(wú)法擁有人工智能的計(jì)算分析速度以及精準(zhǔn)度，往往會(huì)因各種因素導(dǎo)致對(duì)影像信息分析不準(zhǔn)確，無(wú)法對(duì)患者病情準(zhǔn)確判斷，借助智能影像識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，便可突破障礙，精準(zhǔn)分析影像信息。在藥物研發(fā)方面，由于人工智能可借助大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并可對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)存儲(chǔ)，研發(fā)新型藥物時(shí)，可根據(jù)已學(xué)習(xí)的大量知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)新藥物的作用及影響進(jìn)行初步判斷，有效減少藥物的研發(fā)時(shí)間。

4.4 服務(wù)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)如今，人工智能技術(shù)深入到人類的日常生活中，無(wú)人超市及無(wú)人酒店等服務(wù)行業(yè)被大力提倡。通過(guò)將人工智能技術(shù)應(yīng)用在此類行業(yè)中，能提高被服務(wù)人員的體驗(yàn)感，人工智能機(jī)器人在與客戶對(duì)話過(guò)程中，能夠使用更加禮貌、幽默的語(yǔ)言，與客戶進(jìn)行智能無(wú)障礙交流，并能滿足客戶的個(gè)性化要求，讓客戶得到更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)[8]。隨著人們對(duì)生活舒適、便利性需求的不斷提升，智能家居、智能服務(wù)機(jī)器人不斷進(jìn)入人們的家庭生活中，通過(guò)其可實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器的遠(yuǎn)程控制[8]，外出時(shí)也可對(duì)其進(jìn)行操控，構(gòu)建安全且便利的家居環(huán)境。總之，未來(lái)服務(wù)行業(yè)領(lǐng)域勢(shì)必朝著更加智能化的方向發(fā)展，能夠?yàn)槿祟惿钐峁└颖憷沫h(huán)境。

4.5 企業(yè)管理領(lǐng)域的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)在企業(yè)管理中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在機(jī)械自動(dòng)化及人工智能管理等方面。在機(jī)械自動(dòng)化方面，相較于企業(yè)員工，人工智能在精準(zhǔn)度以及效率方面更加有優(yōu)勢(shì)。例如在汽車制造業(yè)，許多精密零件對(duì)技術(shù)上的要求較高，一般員工無(wú)法勝任，而利用人工智能，憑借其強(qiáng)大的計(jì)算能力及對(duì)大量數(shù)據(jù)信息分析處理能力，能夠?qū)C(jī)器零件進(jìn)行有效處理[9]，并將人工智能技術(shù)與激光掃描、超聲波等先進(jìn)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用在精密制造中，大大提高其精準(zhǔn)度及零件質(zhì)量。同時(shí)，將人工智能應(yīng)用在機(jī)械化中，其在工作速度及批量化生產(chǎn)中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，對(duì)企業(yè)提高生產(chǎn)效率并降低人工成本發(fā)揮著極其重要的作用。在人工智能管理方面，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)及人工智能技術(shù)，能夠?qū)ζ髽I(yè)信息實(shí)現(xiàn)智能化管理，并能充分發(fā)揮其在網(wǎng)絡(luò)安全管理中的優(yōu)勢(shì)，防止企業(yè)信息泄露，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息安全自動(dòng)化管理。

5 計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的發(fā)展前景

在未來(lái)，人工智能技術(shù)無(wú)疑會(huì)成為提高人類生活水平的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，甚至對(duì)推動(dòng)人類文明進(jìn)步具有無(wú)限潛力。從計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的發(fā)展階段分析，要想進(jìn)一步發(fā)展人工智能技術(shù)，需要融合各類先進(jìn)技術(shù)來(lái)推動(dòng)其發(fā)展。在無(wú)人駕駛領(lǐng)域，雖然近年來(lái)對(duì)無(wú)人駕駛技術(shù)的研究投入較大，但在智能算法、動(dòng)態(tài)交互及感知方面仍存有不足。因此，未來(lái)應(yīng)針對(duì)無(wú)人駕駛所需的智能芯片加大研究力度，對(duì)其智能算法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，爭(zhēng)取能夠在安全性、智能化方面達(dá)到較高層面，能真正代替人類駕駛車輛，從而降低交通事故率，對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步提供保障。醫(yī)療同樣是人類社會(huì)關(guān)注度較高的應(yīng)用領(lǐng)域，人工智能技術(shù)的未來(lái)發(fā)展中，應(yīng)著力研究其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，例如，發(fā)展智能化機(jī)器人代替醫(yī)生為患者做手術(shù)，充分發(fā)揮其在計(jì)算能力及精準(zhǔn)度方面的優(yōu)勢(shì)，可在手術(shù)過(guò)程中進(jìn)行更加精確快速的計(jì)算，保證手術(shù)成功率。通過(guò)人類科學(xué)的研究，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已解決部分疾病的問(wèn)題，但仍有大量人類疾病問(wèn)題無(wú)法真正攻克，若能在人工智能技術(shù)中突破關(guān)鍵，提高人工智能在科學(xué)研究中的能力，相信能夠?qū)︶t(yī)學(xué)的發(fā)展發(fā)揮極其重要的作用?？傊?jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的未來(lái)發(fā)展，應(yīng)致力于人類社會(huì)關(guān)注度較高的方面，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，為人類社會(huì)做出貢獻(xiàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要分支，充分結(jié)合各類先進(jìn)技術(shù)，在各領(lǐng)域的應(yīng)用中能夠發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，為人們的生活、工作提供便利和保障，為人類社會(huì)文明的進(jìn)步做出重要貢獻(xiàn)。同時(shí)，計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)作為21世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)之一，技術(shù)上仍存在較大的發(fā)展空間，在未來(lái)人工智能技術(shù)發(fā)展中需要投入更大的研究力度，以期能夠?yàn)槿祟惿鐣?huì)做出更大的貢獻(xiàn)。