4 計算的自動化5

人工智能1956年夏天，美國達(dá)特莫斯(Dartmouth)大學(xué)召開了一次歷時長達(dá)兩個多月會議。會議首次提出了“人工智能”（ArtificialIntelligence，簡稱AI）這一術(shù)語，標(biāo)志著人工智能作為一門新興學(xué)科正式誕生。這次會議聚會本來屬于朋友間沙龍式

的學(xué)術(shù)研討，與會者也僅僅只有10個

人。會議的主要發(fā)起人是該校青年助

教麥卡錫（JohnMcCarthy，1971年獲

圖靈獎，1985年獲計算機(jī)先驅(qū)獎）。人工智能此外會議發(fā)起者還有哈佛大學(xué)明斯基（MarvinMinsky，1969年獲圖靈獎）貝爾實(shí)驗(yàn)室香農(nóng)IBM公司信息研究中心羅徹斯特(N.Lochester)MarvinMinsky人工智能他們邀請了卡內(nèi)基—梅隆大學(xué)紐厄爾

（AllenNewell）和西蒙(

HerbertAlexanderSimon),

兩人共獲1975年的圖靈獎MIT塞夫里奇(O.Selfridge)和索羅門夫（R.Solomamff）IBM公司塞繆爾（A.Samuel）和莫爾（T.More）。他們的研究專業(yè)包括數(shù)學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、信息論和電腦科學(xué)，分別從不同的角度共同探討人工智能的可能性。AllenNewell(right)andHerbertSimon,1958.人工智能1977年，費(fèi)根鮑姆(EdwardAlbertFeigenbaum,1936～)，在第五屆國際人工智能大會上提出了“知識工程”的概念，標(biāo)志著人工智能研究從傳統(tǒng)的以推理為中心，進(jìn)入到以知識為中心的新階段。人工智能重新獲得人們的普遍重視，逐步跨進(jìn)了復(fù)興期。人工智能費(fèi)根鮑姆曾是西蒙的研究生，1994年獲圖靈獎，被稱為“知識工程之父”。由他主編的《ComputersandThought》是世界上第一本人工智能的經(jīng)典專著，含21篇著名論文，1963年出版。世紀(jì)之戰(zhàn)1956年夏天，達(dá)特茅斯大學(xué)舉行的夏季學(xué)術(shù)討論會，IBM公司的工程師塞繆爾也被邀請參加，其研究專長正是電腦下棋。1952年，他就成功研制了世界上第一個跳棋程序，并于1959年擊敗了他本人，1962年，又擊敗了美國一個州的冠軍。1970年開始，ACM每年舉辦一次計算機(jī)國際象棋錦標(biāo)賽直到1994年（1992年間斷過一次），每年產(chǎn)生一個計算機(jī)國際象棋賽冠軍，1991年，冠軍由IBM的“深思Ⅱ（DeepThoughtⅡ）”獲得。ACM的這些工作促進(jìn)了人工智能領(lǐng)域的發(fā)展。世紀(jì)之戰(zhàn)1997年5月11日北京時間早晨4時50分，紐約公平大廈，“深藍(lán)”(DeepBlue)以兩勝一負(fù)三平戰(zhàn)勝國際象棋大師卡斯帕羅夫標(biāo)志著機(jī)器在某一方面的智能已經(jīng)開始超過人類。世紀(jì)之戰(zhàn)“深藍(lán)”是美國IBM公司研制的一臺高性能并行計算機(jī)，它由256（32node*8）個專為國際象棋比賽設(shè)計的微處理器組成，據(jù)估計，該系統(tǒng)每秒可計算2億步棋。“深藍(lán)”的前身是“深思”，始建于1985年。1989年，卡斯帕羅夫首戰(zhàn)“深思”，后者敗北。1996年，在“深思”基礎(chǔ)上研制出的“深藍(lán)”曾再次與卡斯帕羅夫交戰(zhàn)，并以2：4負(fù)于對手。世紀(jì)之戰(zhàn)“深藍(lán)”戰(zhàn)勝卡斯帕羅夫后，以“深藍(lán)”主管譚崇仁（C.J.Tan，美籍華人）、設(shè)計師許峰雄（C.B.Hsu，美籍華人）、象棋顧問本杰明（GM.J.Benjamin）及其他科學(xué)家、工程師加盟的“深藍(lán)隊”獲得獎金70萬美元，卡斯帕羅夫獲40萬美元。另外，IBM公司也從中獲得了大約5000萬美元的廣告收益。因此，與其說是“深藍(lán)”戰(zhàn)勝了卡斯帕羅夫，還不如說是“深藍(lán)隊”戰(zhàn)勝了卡斯帕羅夫。世紀(jì)之戰(zhàn)結(jié)論“深藍(lán)”戰(zhàn)勝人類最偉大的棋手卡斯帕羅夫后，在社會上引起了軒然大波。一些人認(rèn)為，機(jī)器的智力已超越人類，甚至還有人認(rèn)為計算機(jī)最終將控制人類。其實(shí)人的智力與機(jī)器的智力根本就是兩回事，因?yàn)?，人們現(xiàn)在對人的精神和腦的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識還相當(dāng)缺乏，更不用說對它用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)語言來進(jìn)行描述了，而電腦是一種用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)語言來描述的計算機(jī)器。第五代計算機(jī)隨著時代的進(jìn)步，以前采用的超大規(guī)模集成電路的技術(shù)現(xiàn)在已接近了極限，人們需要速度更快、性能更高的計算機(jī)系統(tǒng)。從第一代到第四代，計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)都是相同的，即都由控制器，存儲器，運(yùn)算器和輸入輸出設(shè)備組成，稱為馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)。第五代計算機(jī)1981年，“第五代計算機(jī)”研討會在日本東京召開，隨后制定出研制“第五代計算機(jī)”的長期計劃?！暗谖宕嬎銠C(jī)”是一種更接近人的人工智能計算機(jī)，它能識別處理聲音、文字和圖像等各種形式的信息，人無需編寫程序，靠講話就能驅(qū)使它工作。它能將一種知識信息與有關(guān)的知識信息連貫起來，作為對某一知識領(lǐng)域具有淵博知識的專家系統(tǒng)。“第五代計算機(jī)”還是能“思考”的計算機(jī)，能進(jìn)行學(xué)習(xí)、聯(lián)想、推理和判斷，具有邏輯思維能力。第五代計算機(jī)1984年，日本新世代計算機(jī)科技研究所（InstituteforNewGenerationComputerTechnology，簡稱ICOT）著手研制“第五代計算機(jī)”。新一代計算機(jī)要求能夠大規(guī)模并行處理信息，采用新的儲存器結(jié)構(gòu)、新的程序設(shè)計語言和新的操作方式。淵一博(KazuhiroFuchi,ふちかずひろ)

和研究人員把他們研制的機(jī)器命名為

“知識信息處理系統(tǒng)”（Knowledge

InformationProcessingSystem，

簡稱KIPS）。第五代計算機(jī)ICOT宣稱KIPS將以Prolog為機(jī)器的語言，其應(yīng)用程序?qū)⑦_(dá)到知識表達(dá)級。費(fèi)根鮑姆認(rèn)為它引起了“重要的第二次計算機(jī)革命”。據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報道，“第五代計算機(jī)”計劃最終目標(biāo)是組裝1000臺要素信息處理器來實(shí)現(xiàn)并行處理，解題和推理速度達(dá)到每秒10億次；與此相連接的是容量高達(dá)10億信息組的數(shù)據(jù)庫和知識庫，包括1萬個日語和外國語言的基本符號，以及語法規(guī)則2000條，可以分析95％以上的文章，自然語言識別率達(dá)到95％。此外，還將配置語音識別裝置和儲存10萬個圖象的模式識別裝置等等。第五代計算機(jī)然而，1992年，因最終沒能突破關(guān)鍵性的技術(shù)難題，無法實(shí)現(xiàn)自然語言人機(jī)對話、程序自動生成等目標(biāo)，導(dǎo)致了該計劃最后階段研究的宣告失敗。日本第五代計算機(jī)計劃的失敗，給了我們很大的啟示。我們分析它失敗的主要原因有兩點(diǎn)：第一就是基礎(chǔ)理論研究不夠。人腦工作原理、人工智能、人機(jī)接口等基本理論問題沒有解決，在這這些基本理論基礎(chǔ)上的應(yīng)用更是無從談起。還有一個原因就是日本設(shè)計的第五代計算機(jī)沒有計算模型。也有人認(rèn)為，“第五代計算機(jī)”計劃不能算作失敗，它在前兩個階段基本上達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。其它計算機(jī)（1）生物計算機(jī)遺傳基因——脫氧核糖核酸（DNA）的雙螺旋結(jié)構(gòu)能容納巨量信息，其存儲量相當(dāng)于半導(dǎo)體芯片的數(shù)百萬倍。一個蛋白質(zhì)分子就是一個存儲體，而且阻抗低、能耗少、發(fā)熱量極小?；诖耍玫鞍踪|(zhì)分子制造出基因芯片，研制生物計算機(jī)（也稱分子計算機(jī)、基因計算機(jī)），已成為當(dāng)今計算機(jī)技術(shù)的最前沿。生物計算機(jī)比硅晶片計算機(jī)在速度、性能上有質(zhì)的飛躍，被視為極具發(fā)展?jié)摿Φ摹暗诹嬎銠C(jī)”。其它計算機(jī)（2）光計算機(jī)光計算機(jī)和傳統(tǒng)硅芯片計算機(jī)的差異在于用光束來代替電子作為信息載體，進(jìn)行運(yùn)算和存儲。它用不同波長的光來代表不同的數(shù)據(jù)，可快速完成復(fù)雜的計算工作。然而要想造出光計算機(jī)，需要開發(fā)出可用一條光束控制另一條光束變化的光學(xué)“晶體管”?，F(xiàn)有的光學(xué)“晶體管”龐大而笨拙，用其造成臺式計算機(jī)，將有一輛汽車那么大。因此，短期內(nèi)光計算機(jī)達(dá)到實(shí)用很困難。其它計算機(jī)（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)模擬人的大腦思維。用硬件實(shí)現(xiàn)或用軟件模擬的方法、按照人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理而研制的計算機(jī)系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代以來，人們一直對動物或人的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)為何能如此有效地進(jìn)行信息處理進(jìn)行著研究，并企圖從中得到有關(guān)改進(jìn)自動信息處理系統(tǒng)的啟發(fā)。其它計算機(jī)（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)用許多微處理機(jī)模仿人腦的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，采用大量的并行分布式網(wǎng)絡(luò)就構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)除有許多處理器外，還有類似神經(jīng)的節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)與許多點(diǎn)相連。若把每一步運(yùn)算分配給每臺微處理器，它們同時運(yùn)算，其信息處理速度和智能會大大提高。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)的信息不是存在存儲器中，而是存儲在神經(jīng)元之間的聯(lián)絡(luò)網(wǎng)中。若有節(jié)點(diǎn)斷裂，計算機(jī)仍有重建資料的能力，它還具有聯(lián)想記憶、視覺和聲音識別能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)將會廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。它能識別文字、符號、圖形、語言以及聲納和雷達(dá)收到的信號、判讀支票、對市場進(jìn)行估計、分析新產(chǎn)品、進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷、控制智能機(jī)器人、實(shí)現(xiàn)汽車自動駕駛和飛行器的自動駕駛、發(fā)現(xiàn)和識別軍事目標(biāo)、進(jìn)行智能決策和智能指揮等.

其它計算機(jī)（4）并行計算機(jī)并行計算機(jī)在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在科學(xué)計算、實(shí)時仿真、圖象處理、人工智能、數(shù)據(jù)庫建立和計算機(jī)輔助設(shè)計等方面。其中科學(xué)計算尤其重要。在當(dāng)代飛行器的設(shè)計中，氣動力學(xué)和風(fēng)洞試驗(yàn)、自由飛行一起構(gòu)成了獲得飛行器氣動力數(shù)據(jù)的三種手段。其它計算機(jī)（5）網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)（NetworkComputer，簡稱NC）是專用于高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的計算機(jī)終端設(shè)備。是一種新的桌面計算機(jī)。NC除了有人機(jī)交互必需的顯示器，鍵盤鼠標(biāo)外，它沒有硬盤，軟盤，光驅(qū)等外部存儲設(shè)備，是一種瘦客戶機(jī)。NC的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)都放在服務(wù)器上，通過網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器上獲取大部分資源。網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)適應(yīng)了現(xiàn)代高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對客戶端計算機(jī)的要求，能充分利用計算機(jī)的資源。

可計算性與圖靈

ENIAC——第一臺數(shù)字電子計算機(jī)馮·諾依曼與計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展計算機(jī)系統(tǒng)及其相關(guān)學(xué)科第4章計算的自動化—計算機(jī)硬件數(shù)字邏輯與數(shù)字電路邏輯代數(shù)在研究邏輯關(guān)系問題的各種方法中，最基本的數(shù)學(xué)理論是愛爾蘭數(shù)學(xué)家喬治·布爾創(chuàng)立于1849年的布爾代數(shù)。這一理論后來再到亨廷頓（Huntington）、香農(nóng)等人的發(fā)展和應(yīng)用，形成一個完整的理論體系。隨看電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，布爾代數(shù)在數(shù)個完整的理論體系，布爾代數(shù)在數(shù)字邏輯電路的分折和設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用，所以布爾代數(shù)常被稱為邏輯代數(shù)（LogicAlgebra）。數(shù)字邏輯與數(shù)字電路

邏輯代數(shù)是借助符號、利用數(shù)學(xué)方法研究邏輯推理和邏輯計算的一個數(shù)學(xué)分支。對于任何一個邏輯問題，都是從一定的邏輯條件出發(fā)，通過推理或計算得到一定的邏輯結(jié)論。其中很重要的一類邏輯關(guān)系，其條件和結(jié)論只能取兩種對立的情形，例如是和非、對和錯、真和假等等。由于這類邏輯關(guān)系中的邏輯變量只能處理對立的兩個值，所以稱其為二值邏輯。二值邏輯常見的基本運(yùn)算有與邏輯（AND）、或邏輯（OR）和非邏輯（NOT）。邏輯與（AND）邏輯或（OR）邏輯非（NOT）ABAANDBABAORBANOTA0000000101001110010110111111邏輯運(yùn)算規(guī)則數(shù)字邏輯與數(shù)字電路數(shù)字電路

由于物理學(xué)的重大突破，電子技術(shù)在20世紀(jì)取得了驚人的進(jìn)步，微電子技術(shù)和其他高新技術(shù)取得飛速發(fā)展。電子技術(shù)中的工作信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號兩大類。模擬信號是指時間上和數(shù)值上都是連續(xù)變化的信號，如電視的圖像和伴音信號。傳輸、處理模擬信號的電路成為模擬電路。數(shù)字信號是指時間和數(shù)值上都是不連續(xù)變化的離散信號，它們的變化發(fā)生在離散的瞬間。它們的值也僅在有限個量化值間階躍變化。數(shù)字電路處理的是數(shù)字信號，這類信號在兩種穩(wěn)定狀態(tài)（如電位的高低或脈沖的有無）之間作階躍式變化，可以分別表示為“0”和“1”兩種信號。

數(shù)字邏輯與數(shù)字電路數(shù)字電路經(jīng)典電路理論形成于二十世紀(jì)初至1960年代。經(jīng)典的時域分析于1930年代初已初步建立，并隨著電力、通訊、控制三大系統(tǒng)的要求發(fā)展到頻域分析與電路綜合。六、七十年代至今發(fā)展了現(xiàn)代電路理論。它隨著電子革命和計算機(jī)革命而飛躍發(fā)展，特點(diǎn)是：頻域與時域相結(jié)合，并產(chǎn)生了拓?fù)洹顟B(tài)、邏輯、開關(guān)電容、數(shù)字濾波器、有源網(wǎng)絡(luò)綜合、故障診斷等新的領(lǐng)域?；镜碾娐菲骷校弘娮杵?、電容器、線圈、變壓器、晶體管、運(yùn)算放大器、傳輸線、電池。

集成電路集成電路集成電路最重要的生產(chǎn)過程包括：①開發(fā)電子設(shè)計自動化（ElectronicDesignAutomation，簡稱EDA）工具；②利用EDA進(jìn)行集成電路設(shè)計，根據(jù)設(shè)計結(jié)果在硅圓片上加工芯片（主要流程為薄膜制造、曝光和刻蝕）；③對加工完畢的芯片進(jìn)行測試；④為芯片進(jìn)行封裝；⑤最后經(jīng)應(yīng)用開發(fā)將其裝備到整機(jī)系統(tǒng)上與最終消費(fèi)者見面。信息網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)計算信息網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)技術(shù)自誕生以來，其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了以往任何一種技術(shù)，其應(yīng)用之廣泛也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了以往的技術(shù)，從航空航天、自動控制到家庭的娛樂、通信，無所不在，而熟悉計算機(jī)操作也成了謀職的重要條件之一。然而也正是由于其驚人的發(fā)展速度，帶來了一些明顯的或潛在的問題。計算機(jī)硬件的巨大處理能力和軟件結(jié)構(gòu)及開發(fā)模式的革命制造了良好的計算環(huán)境，然而就像自然界的生存法則一樣，計算機(jī)業(yè)的競爭也是十分激烈的，這就造成了各種不同標(biāo)準(zhǔn)的共存，尤其當(dāng)20世紀(jì)90年代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)席卷全球之后，由于各種不同標(biāo)準(zhǔn)的存在而帶來的不方便越來越困擾著各類用戶，在追趕時代的腳步、利用新技術(shù)所帶來的強(qiáng)大功能的同時，如何能保護(hù)現(xiàn)有的投資，利用現(xiàn)有技術(shù)，擴(kuò)大選擇范圍和購買的靈活性，最終提高效率，是公司、企業(yè)及開發(fā)人員所關(guān)注的焦點(diǎn)。信息網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)計算網(wǎng)絡(luò)計算網(wǎng)絡(luò)計算（NetworkComputing）是把網(wǎng)絡(luò)連接起來的各種自治資源和系統(tǒng)組合起來，以實(shí)現(xiàn)資源共享、協(xié)同工作和聯(lián)合計算，為各種用戶提供基于網(wǎng)絡(luò)的各類綜合性服務(wù)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，Internet上實(shí)現(xiàn)資源的“廣泛共享、有效聚合、充分釋放”面臨的挑戰(zhàn)。信息網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)計算網(wǎng)絡(luò)計算首先，Internet上的資源急劇膨脹，其相互關(guān)聯(lián)關(guān)系不斷發(fā)生變化，缺乏有效的管理，呈現(xiàn)出無序狀態(tài)，人們已經(jīng)很難有效地控制整個系統(tǒng)。第二，Internet上的局部自治系統(tǒng)各自為政，相互之間缺乏有效的交互、協(xié)作和協(xié)同能力，難以聯(lián)合起來共同完成大型的應(yīng)用任務(wù)，嚴(yán)重影響了全系統(tǒng)綜合效用的發(fā)揮，也影響了局部系統(tǒng)的利用率。第三，Internet上的資源存在著多方面的差異，這種千差萬別的狀態(tài)加大了網(wǎng)絡(luò)計算系統(tǒng)的使用難度，在一定程度上限制了網(wǎng)絡(luò)計算的發(fā)展空間。信息網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)計算目前網(wǎng)絡(luò)計算的形式大致可以分為四種：企業(yè)計算、網(wǎng)格計算、對等計算和