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中学人工智能教育札记(一):让机器像人一样思考

2020/9/19 15:28:52 文章标签:

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1 对高等教育的一点感慨

从本周开始,我去中学给老师们做一个中学人工智能教育方面的培训,内容呢,是人工智能的一般常识。说实话,去讲这么一个课程,我内心呢,还是蛮激动的,因为以前呢,我自己也是一名中学老师,那么到今天为止的话,我已经离开中学整整28个年头了,那么阔别28年以后,我再一次又回到了中学的这个讲台上。

这么多年来呢,一直在这个外面东跑西颠的哈,那么也见到过不少这个大学生、研究生啊。其实我觉得咱们中国高等教育啊,存在一个比较严重的问题,就是呢,在这个学生能力培养方面,我觉得淡化了,而在死记硬背方面,做的有些过头了。所以咱们学生呢,往往是讲起书本理论来一套一套的,遇到新的问题啊,就想不出一些有创造性的办法来,从这个方面来讲的话,我们和美国,欧洲的这个精英教育相比啊,差距还是很大的。

最近,我们在招聘适合做这个人工智能教育方面的应届毕业生。面试的时候,对很多学生我都会问他们这样一个问题,比如我给你提供一个实际问题啊,你看用什么方法来解决那这些问题。学生们呢?他往往都是拿出课本上讲的那些标准的方法。其实我会问他们,如果不用这些方法用其他的办法,别管好的还是坏的,你还能不能想出更多的这个方法来呢?这个大部分学生真的是毫无思路啊,那也就是说呢,老师教一个他就知道一个,一点没有任何自己的想法。

比如说有些学生会问她,我现在手里边呢,有一组这个身高和体重的这个数据,那你觉得如果让我们研究一下身高和体重的这样一个关系,应该用什么方法来解决?那么大家都会知道,这是个线性回归问题,我们可以用那个最小二乘法来解决这个问题。当我如果不用这个方法,还有其他什么办法的时候呢?大家基本上是毫无思路。所以从这个例子来看,我觉得真的咱们这个高等教育非常失败,这个让孩子们呢,死记硬背记住了很多公式、很多方法,但是,这个就在新方法的发明创造方面呢,我觉得毫无建树。如果我们就是说用这样一个态度,去教我们的中学生啊,去用这样一个方法做中学的人工智能教育,那简直就是误人子弟。

相对来说的话,我觉得那个中国的中学教育啊,实际上在学生能力和这个素质的培养方面,是远远高于这个中国的高等教育的哈,咱们的高等教育,我感觉从教学方法上来讲呢,根本就没达到一个基本的入门水平。

2 人工智能技术与传统技术的本质区别

实际上中学啊,他们在这个计算机信息学方面和这个创客这个教育方面已经搞了好多年了,他们有着很丰富的这样一个经验的一个积累。那么在人工智能教育方面,这个中学的这个老师们啊,实际上大部分还是认为呢,这个和传统的信息学和这个创客教育啊,应该是非常类似的,所以呢,对这个人工智能这个教育呢,在思想上呢,我觉得大部分老师们一开始不会就是说,能够正确地理解这个问题。

对我们来讲的话,那么第一节课呢,实际上就是要从思想上让大家认识到,那么目前的人工智能技术,它是和传统的这些技术啊,这个有着本质性的一个区别的啊,尤其是从这个思想方法上,它是有本质的不同的,那么借助这样一个课程的一个教育的话,实际上有助有助于呢去打开孩子们的思路啊,让他们意识到利用自己所学的这个各门学科的知识可以综合起来。我们解决一些比较复杂的一些问题啊,也能够意识到呢,自己所学的数,什么数学、物理、化学啊,甚至包括文科的这些知识,那么在将来在人工智能领域当中呢,都是大有用武之地的。

所以呢,第一节课介绍人工智能背景的时候,那么我从莱布尼斯的手摇计算机,到布尔发明这个逻辑代数,然后到图灵这个提出那个图灵机这样一个计算模型,然后到冯诺依曼构体系的发明,最后呢,到了达特摩斯会议上这个人工智能概念的提出,一系列令人赞叹的理论和发明,让我们感觉到人工智能技术发展到了一个高潮,对吧?

接着呢,话锋一转,我们抛出了很多有识之士提出的一些质疑啊。这儿呢,我就引用了这个一本名著,《哥德尔、埃舍尔、巴赫——集异避之大成》这么一本书,向大家展示了埃舍尔的美术作品,还有巴赫的这个钢琴作品,从艺术的角度感受一下对传统的人类知识的正确性的一个质疑,那么最后呢,我们介绍了哥德尔定理,那么最后呢落脚到了人工智能符号主义学派这套哲学思想的基础上。在解决人工智能问题方面,人类传统知识方法的局限性,能力的限度,哥德尔给出一个,算是一个总结性的结论吧!

然后呢,大家意识到从甲骨文开始的人类文明发展和知识的积累呢,让我们现在能够用python、,用C++、Java来编程。那么用这个基于这样的一套知识体系和科学技术,我们能不能实现真正有智能的这样一个智能化的机器?这里边是有很多问号的。所以呢,这会导致很多新的方法新的思想方法、新的思路的一个崛起,对不对啊?这时候呢,我们引导大家开始思考人工智能的本质,介绍现代人工智能的基本思想方法,和当今取得的这些前沿的成就。

3 关于埃舍尔和巴赫

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80年代,我刚参加工作的时候,读过一本书,叫做《GEB一条永恒的金带》。这本书里边呢,我第一次看到了埃舍尔的作品,也看到了一个对这个巴赫音乐的一个介绍。

其中这个埃舍尔,他的作品啊,主要是围绕着数学上的一些概念,尤其是逻辑学上的一些概念创作的。那么,对人类这个知识能否正确的反映自然规律啊,实际上是做出了很多质疑性的,在他的这个作品当中呢,就充分地反映出了这么一点。

实际上在埃舍尔看来呢,人类的知识啊,就像他的作品一样,你去看他的每一个局部,感觉到真实感都是非常强的,但是呢,你纵观他的整体,就会发现很多自相矛盾的现象。关于这人类对大自然认识的这种质疑呢,在他的作品当中可以说是反映的淋漓至尽致。

那个,然后呢,对巴赫的音乐呢,这个这本书也做了一个很多介绍。就是说当时巴赫在给皇帝演奏钢琴的时候呢,为了表现出一种一直向上进步、越来越接近这个上帝啊,这样一个感觉,他的曲子就做了很多循环升调啊,就是这个转得越来越高,但是实际上你仔细听起来,它就构成了一个死循环。那么他的这个作品呢,和埃舍尔的美术作品在逻辑上几乎是完全一样的,都是在利用逻辑的、听觉的错觉,展示出不可能出现的逻辑结果。

在这个课程里边呢,我展现了一段儿巴赫的那个这个《螃蟹卡农》,这一首曲子,同样一段乐谱,他用右手先弹了一遍,然后用左手呢,又倒过来从右边到左边又弹了一遍,然后呢,左右手一正一反,又弹了一遍,最后呢,竟然把这段乐谱呢,像姆比乌斯带一样,结成一个无限循环的一个圆环,那么呢,姆比乌斯带的特点,必然演奏的过程当中必然会出现这个曲子上下颠倒过来,因为五线谱上下颠倒过来也是可以演奏的啊,所以你可以看出呢,这个巴赫呢,在这个曲子当中呢,利用数学的方法制造的这个无限的循环啊,这样一个逻辑,真的令人脑洞大开。

巴赫《螃蟹卡农》动画演示

4 关于连接主义学派

我记得啊,有人曾经说过,这个咱们现在这个电脑啊,是用了无数个非常可靠的小零件,构成了一个非常不可靠的一个整体,但是人脑呢,恰恰是另外一种架构,人脑的每个神经元,每个细胞儿实际上都是非常不可靠的,但是它们构成了一个整体,却是非常可靠。对吧,可以连续无故障的工作几十年,甚至上百年都不出问题,那么人类做的机器、电脑哪有这么高的可靠性?所以这一点呢,它反映出了我们目前利用人类的知识所打造的这些机器啊,这些计算机啊,实际上它是有很严重的这样一个问题的。

要想让机器能够像人类一样思维,具备人类这样的智能的话,目前的这样一个基于冯诺依曼这样一个架构体系,或者说基于这个图灵机、布尔代数这样一个架构体系,是有问题的。也就是说呢,基于这个咱们传统的这个符号学派建立起来的这一套理论,是没办法做成像人类这样一个智能的机器的。

所以呢,连接主义这个学派的兴起啊,他就是说这个要做成一个有智力的机器啊,必须得向人脑学习啊,我们通过神经元之间的这样一个链接让他构成智能对不对?那么这样一个解决问题的方案,这个思路出来以后,实际上它等于讲呢,我们利用传统的这样一个精确的这样一个数据和逻辑、计算来建立一个精确的机械化的这样一个模型啊,它的局限性是显而易见的,它不可能具备人类的创造性。反而呢,我们应该采用另外一个方式,应该采用一种不用那么精确的,对吧,一种计算方法,甚至很多情况下我们用概率的方法,用扔硬币的方法来解决问题啊,最后呢,得出了一个比较好的一个问题的这个解决方案,那么这样一种技术的话,将来才真的有可能引领人类呢,创造出一个有思维,有创造力啊甚至有意识的这样一个机器,那么这个呢,也就代表着人工智能的未来的一个发展的方向,而且这样一个技术的话,目前在很多领域实际上都取得了一些一些惊人的进展,对吧。我们在课堂上给大家展示了很多,比如说类似人脸识别啊,然后呢,这个利用这个计算机,来做一些图像的一些生成啊、机器人的运动控制呀等等,这个我们提供了大量的一些案例。这些案例的话,用传统的那种数学方法,是不可能产生这样一个结果的。

5 小结

啰嗦说了这么多,其实啊,总之呢,就是一句话,做这个人工智能教育啊,不是说要把我们目前啊,已经实现了这种先进的方法理论啊,这个告诉学生就完事儿了,实际上我们是要启发学生去多动脑力去思考,让学生呢,自己学会呢,去发现,创造一些新的方法,新的理论,要激发学生的这个好奇心,给孩子们充分发挥想象力的空间,培养他们的创造力和创新精神,这个才是我们教育的目的。


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