什么是人工智能？——会思考的机器

第 1 章：什么是人工智能？——会思考的机器

从一个神奇的早晨说起

想象一下这样的早晨：闹钟还没响，你的手机就已经根据你的睡眠周期，在最合适的时间轻轻震动，把你从美梦中唤醒。你伸了个懒腰，对手机说了一声“小爱同学，今天天气怎么样？”几秒钟后，一个温柔的声音回答你：“今天多云转晴，最高温度26度，适合穿薄外套。”你打开电脑，想要找一首喜欢的歌曲，首页上竟然正好推荐了一首你从没听过但又特别对胃口的歌。你点开购物软件想买支笔，页面上一排排的文具用品，让你眼花缭乱，但每一件看起来都像是专门为你挑选的。

聪明的你，有没有想过这一切是怎么发生的？为什么手机知道你什么时候醒最好？为什么音乐软件知道你喜欢什么歌？为什么购物网站好像比你自己还了解你想要什么？

答案就是——人工智能，英文名字叫 Artificial Intelligence，简称 AI。

你身边的“隐形小助手”

其实，人工智能已经悄悄地来到了我们生活的每一个角落。让我来给你数一数，看看有多少“隐形小助手”正在为你服务。

当你和家人视频通话时，手机屏幕上会出现一个个可爱的小方框，准确地框住每个人的脸——那是人工智能在帮你追踪人脸。当你拍了一张照片，想要把背景换成蓝天白云，只需要轻轻一点，背景就神奇地换好了——那是人工智能在帮你识别哪里是人物、哪里是背景。当你对着翻译软件说出一句中文，它马上就能翻译成英文或者日文——那是人工智能在帮你理解语言。

再想想看，你有没有玩过那些特别聪明的游戏？比如下棋的程序，不管你怎么走，它好像都能猜到你的下一步，还总能赢你。或者你有没有和智能音箱聊过天？对着它说“嘿，Siri”或者“小爱同学”，它就能回答你的问题，帮你查天气、定闹钟、讲笑话。

这些事情听起来好像都是“活”的——它们会看、会听、会想、会回答。就像有一个看不见的朋友，一直在帮助你、陪伴你、服务你。

但是，人工智能真的是“活”的吗？它真的会“思考”吗？

要回答这个问题，我们得先弄清楚一件事：什么是人工智能？

人工智能到底是什么

人工智能这个词，看起来好像很简单。人工，就是人造的、人工做出来的。智能，就是聪明、会思考。所以人工智能嘛，就是“人造出来的、会思考的东西”。

这个解释对不对呢？对，但又不完全对。

人工智能确实是人造出来的，但它“思考”的方式，和我们人类思考的方式有很大的不同。打个比方，我们人类学习认识一只猫，是看过很多只猫之后，自然而然地就知道“这就是猫”。我们看到一只胖胖的、会抓老鼠的、毛茸茸的小动物，就会知道它是一只猫。我们可能从来没有见过一只没有尾巴的猫，但当看到一只柯尼斯卷毛猫时，我们也能认出它是一只猫，因为我们学会的是“猫”的概念，而不仅仅是具体的某一只猫。

但是，如果让你写一段程序，告诉计算机什么是“猫”，你会怎么写呢？你可能会说：“猫有四条腿。”但是狗也有四条腿。你可能会说：“猫会喵喵叫。”但是小婴儿也会哇哇哭。你可能会说：“猫有胡须。”但是鱼也有胡须……

看，这就是让计算机认识“世界”很难的地方。因为我们人类可以用直觉和经验，而计算机需要的是精确的、一步一步的指令。

那人工智能是怎么做到的呢？

给机器一个“超级大脑”

其实啊，科学家们想到了一个聪明的方法。与其让计算机一步一步地遵循我们告诉它的规则，不如让计算机自己去学习。

想象一下，如果你要学习踢足球，你会怎么做？你不会只是坐在教室里，听老师讲“足球是要用脚踢的球类运动”就能学会的，对吧？你需要真的下场去踢——试着射门、试着传球、试着守门。一开始你可能会踢空，可能会摔倒，可能会把球踢到观众席上。但是踢着踢着，你就学会了。你知道用脚的哪个部位踢最准，什么时候该传球，什么时候该射门。

人工智能学习东西的方式，和这个很像。

科学家们会准备很多很多的数据——比如几百万张各种各样的猫的照片，有大的有小的，有胖的有瘦的，有站着的在睡觉的，有黑猫有白猫有花猫。然后，人工智能会一张一张地“看”这些照片。刚开始的时候，它可能什么也看不出来，就像一个刚出生的小婴儿，分不清什么是猫什么是狗。但是慢慢地，它会发现一些规律：猫的眼睛好像都有一个特点，猫的鼻子都是小小的，猫的耳朵都是尖尖的……看得多了，它就学会了。

当它看过足够多的猫的照片之后，你再给它看一张它从来没见过的猫的照片，它就能认出这是一只猫了。这就是人工智能最神奇的地方——它能从例子中学习，而不需要我们一条一条地告诉它规则。

科学家们给这种让机器学习的方法起了个名字，叫做“机器学习”，英文是 Machine Learning。机器学习是人工智能的一个重要分支，是让计算机变“聪明”的关键方法。

那些会“思考”的小助手

好，现在我们知道了人工智能是什么。简单来说，人工智能就是让计算机能够像人一样学习和思考的技术。但是，人工智能具体是怎么工作的呢？让我们来看看几个你可能已经见过的例子。

智能音箱：你的声音小管家

你有没有对着智能音箱说过“帮我定一个明天早上七点的闹钟”或者“播放一首轻快的音乐”？你知道它是怎么听懂你说的话的吗？

这个过程其实很复杂。当你说话的时候，智能音箱会先把你的声音录下来。声音是什么呢？声音其实是一种波，就像把一颗石子扔进水里，水面上会荡起一圈一圈的涟漪一样。你的声音也是一种波，它会让空气振动，智能音箱的麦克风会接收这些振动，把它们变成一串数字信号。

接下来，人工智能要做的，就是把这串数字信号变成你说的话。这个过程叫做“语音识别”，英文是 Speech Recognition。人工智能会分析这些数字的模式，然后告诉你：“哦，这个声音说的是'定闹钟'，那个人想要定一个闹钟。”

但是，知道你说了什么还不够，人工智能还得知道你是什么意思。“定闹钟”可以是“帮我定一个闹钟”，也可以是“把闹钟取消”，这两个意思完全相反。人工智能需要根据你说话的情境、你平时的习惯、还有对话的上下文，来判断你到底想要什么。这个过程叫做“自然语言处理”，英文是 Natural Language Processing，简称 NLP。

最后，智能音箱会根据你的意图，去执行相应的操作——真的帮你定一个闹钟，或者真的播放你喜欢的音乐。

所以，你看，虽然智能音箱只是一个圆滚滚的小盒子，但是它的“肚子”里，装着好多种人工智能技术呢！它会“听”你的话、会“懂”你的意思、会“帮你”做事——如果人工智能真的有“肚子”和“脑子”的话。

推荐系统：猜你喜欢

你有没有这样的经历：在某个视频网站刷视频，明明只是想看一个五分钟的小视频，结果一抬头，发现已经过去了两个小时？你有没有想过，为什么平台推荐的每一个视频都那么好看，让你一个接一个地停不下来？

这背后，就是“推荐系统”在发挥作用。

推荐系统是人工智能的一个重要应用。它的目标很简单：猜出你可能喜欢什么，然后把它推荐给你。

那推荐系统是怎么猜的呢？

首先，它会收集你的一些信息。比如，你点开过哪些视频？你给哪些视频点了赞？你看视频的时候，是很快就划走了，还是从头看到尾？这些都是重要的线索。如果你看一个视频看了很多遍，或者看完了还点了赞，那说明你很喜欢这个视频。如果你只看了开头就划走了，那说明这个视频可能不合你的胃口。

然后，推荐系统会把这些信息和你与其他用户的对比。如果你喜欢看的视频，和另一个小朋友喜欢看的视频很像，那你们就是“同类”。推荐系统会假设：如果那个小朋友喜欢某个新视频，那你可能也会喜欢。

最后，推荐系统会综合所有的信息，给出一个推荐列表。它可能会想：“这个小朋友经常看科普视频，最近迷上了太空主题，还给好几个讲火星的视频点了赞。那么，我应该给他推荐一个关于火星探测器最新发现的视频！”

听起来是不是很神奇？推荐系统就像一个非常了解你的朋友，总是能在海量的视频、歌曲、商品里，找到你最喜欢的那一个。

但是，这里有一个问题：推荐系统真的“懂”你吗？

答案是：它懂你的“喜好”，但不一定懂你的“感受”。

推荐系统知道你喜欢看什么类型的视频，但它不知道你今天心情好不好。它知道你可能会点击某个商品，但它不知道你是不是真的需要这个东西。所以，虽然推荐系统很“聪明”，但它还远远没有达到真正的“理解”人类的程度。

人脸识别：火眼金睛的机器

现在很多手机都可以“刷脸”解锁了。你只需要把脸对着屏幕，手机就能认出你是不是它的主人。如果是你，就能解锁；如果是你爸妈的脸，就解不开。这个技术叫做“人脸识别”，英文是 Face Recognition。

人脸识别是怎么工作的呢？

首先，人工智能需要学会“画”人脸。它会分析一张照片上，哪里是眼睛、哪里是鼻子、哪里是嘴巴、哪里是耳朵。听起来好像很简单，但其实很难！因为世界上有这么多的人，每个人的脸都不一样。有的人眼睛大，有的人眼睛小；有的人鼻子高，有的人鼻子塌；有的人脸圆，有的人脸长……

而且，同一个人的脸，在不同的时候也不一样。你笑的时候和不笑的时候不一样，你扎马尾和披头发的时候不一样，你在白天和晚上的时候不一样……人工智能需要能够应对所有这些变化。

为了做到这一点，科学家们又想出了一个聪明的办法。他们让人工智能去“看”海量的照片——几百万张、几千万张、甚至是几亿张照片！这些照片里有各种各样的人，在各种各样的环境下，做出各种各样的表情。

慢慢地，人工智能就学会了一个“绝技”：它能从一张人脸的照片中，提取出一些关键的“特征”，比如两个眼睛之间的距离、鼻子和嘴巴的相对位置、脸的轮廓形状等等。不管你是在笑还是在哭，不管你是在室内还是在室外，人工智能都能准确地识别出你的这些特征。

当你把脸对着手机的时候，手机会提取你脸上的一些特征，然后和之前存储的你的特征进行比较。如果它们很匹配，那就证明你是手机的主人，可以解锁。如果不匹配，那就说明不是本人，拒绝解锁。

这个人脸识别技术，除了用来解锁手机，还有很多其他的用途呢。比如，在火车站进站的时候，你不用排队刷身份证，只要对着摄像头看一眼，就能完成身份验证。在一些商店，结账的时候你可以“刷脸支付”，不用掏手机不用掏钱包，只要看着摄像头笑一笑，就能完成付款。在一些安保级别很高的地方，人脸识别系统可以认出每一个人，确保没有陌生人进入。

人工智能不是魔法

看到这里，你是不是觉得人工智能特别神奇？好像什么都能做？

但是，我要告诉你一个秘密：人工智能并没有那么“聪明”。

你可能很难相信这个事实。毕竟，人工智能能认出你的脸，能听懂你说话，能猜到你喜欢什么歌，好像真的很厉害嘛！

但是，让我来问你几个问题：

问题一： 如果你让一个人工智能去识别图片里的猫，它能不能告诉你，这只猫是高兴还是生气？

可能不能。虽然人工智能能认出这是一只猫，但它不一定能理解猫的情绪。

问题二： 如果你让一个人工智能去下棋，它能不能同时和你聊天、给你讲笑话？

可能不行。专门下棋的人工智能，可能只会下棋，不会做其他事情。

问题三： 如果你让一个人工智能看了一万张苹果的照片，它能不能认出一个塑料做的假苹果？

可能……要看情况。如果假苹果和真苹果足够像，人工智能可能会被骗。但如果你问它“这是一个水果吗”，它可能就答不上来了，因为它只学过识别苹果，没有学过“水果”这个更广泛的概念。

你看，人工智能虽然能在某些特定的任务上表现得很好，但它其实并不“理解”自己在做什么。它只是在按照数学公式计算，在寻找数据中的规律。它没有真正的“常识”，没有真正的“理解”，更没有真正的“感情”。

就像一个非常会做数学题的学生，他可能能够算出任何一道数学题的答案，但他并不一定“懂”数学的意义。他只是在按照老师教的公式来计算。同样的道理，一个人工智能可能能够认出图片中的物体，但它并不真的“知道”那个物体是什么。

人工智能不是魔法，而是数学。

所有的“智能”行为背后，都是一堆复杂的数学公式和数字计算。当你问智能音箱“今天天气怎么样”的时候，它的“脑子”里并没有一个真实的天气概念，而是一串数字。它把“今天天气怎么样”这几个字变成了一串数字，然后在数据库里找到了对应的天气信息，又把这串信息变成了一句话告诉你。

这个过程很快，快到你几乎感觉不到。但是它确实只是计算，不是“思考”。

聪明的机器和聪明的人

你可能会想：既然人工智能只是在“计算”，那它和真正的“思考”有什么区别呢？

要回答这个问题，我们先来说说什么是“思考”。

当你看到一只猫的时候，你会想到什么？你可能会想到你家的猫，或者你曾经喂过的那只流浪猫。你可能会想到猫很可爱，也可能想到猫有时候很傲娇。你可能会想到猫会抓老鼠、会爬树、会发出咕噜咕噜的声音。你可能会想到“cat”这个英文单词，或者“喵星人”这个网络流行语……

这就是人类的思考——它会唤起无数的联想、情感和记忆。

而当你让一个人工智能识别一张猫的图片时，它会想到什么呢？它只会想到“这是一只猫”这几个字，或者一个概率数字：“我有99.7%的把握认为，这是一只猫”。

你发现了区别吗？人类的思考是丰富的、多维的、有情感的；而人工智能的“思考”，目前还只是精确的、计算的、基于数据的。

但是，我们也不能小看人工智能。虽然它没有人类的那些联想和情感，但它在某些方面，确实比人类强很多。

比如，人工智能可以同时看一百万张照片，而人类只能一张一张地看。人工智能可以记住一整个图书馆的所有内容，而人类可能会忘记昨天吃了什么。人工智能可以24小时不休息地工作，而人类需要吃饭睡觉。

所以，人工智能和人类，其实是各有优势的。人工智能擅长处理大量的数据、做重复性的工作、在既定的规则下寻找最优解。而人类擅长理解复杂的情况、产生新的想法、处理没有见过的问题。

最好的未来，不是人工智能取代人类，也不是人类完全依赖人工智能，而是人类和人工智能一起工作，互相补充，发挥各自的长处。

人工智能的昨天、今天和明天

其实，人工智能并不是什么新鲜事物。人类很早以前就在幻想：能不能造出一个会思考的机器？

在很久很久以前，有一些聪明的古人就幻想过会自动干活的机器人。中国古代有“木甲术”的传说，据说西周时期有一个叫偃师的工匠，制作了一个能歌善舞的木质偶人。希腊神话中有一个叫“皮格马利翁”的雕塑家，他爱上了自己雕刻的雕像，最后雕像居然活了过来。

这些当然只是神话传说。但是，人类的梦想一直没有停止。

到了20世纪中期，计算机被发明出来了。人们开始想：既然计算机可以计算，那么能不能让它“学会”思考呢？

1956年，一群科学家在美国的一个大学里开了一个会，他们给这种“会思考的机器”起了一个名字，叫做“人工智能”。从那以后，人工智能作为一个正式的学科，开始了它的历史。

但是，发展人工智能的道路并不平坦。有时候，科学家们太乐观了，以为很快就能造出真正会思考的机器，结果却发现困难重重。有时候，资金和兴趣都减少了，人工智能的研究陷入低谷。这种情况，在历史上发生过好几次。

幸运的是，经过几十年的积累，人工智能终于迎来了它的黄金时代。现在的计算机比以前快了几百万倍，能存储的数据比以前多了几万亿倍。还有一个特别重要的技术突破，叫做“深度学习”，它让人工智能的学习能力大大提升。现在的人工智能，已经可以认出图片里的物体、听懂我们的语音、翻译外国的语言，甚至还可以下棋打败世界冠军。

但是，科学家们并没有停下脚步。他们还在研究更厉害的人工智能，希望有一天，人工智能能够真正地理解人类、帮助人类、和人类一起创造更美好的未来。

那人工智能的未来会是什么样子的呢？

没有人知道确切的答案。但是，我们可以想象一些可能性：

也许有一天，人工智能可以成为你的私人老师，帮你找到最适合你的学习方法。也许有一天，人工智能可以帮助医生诊断疾病，让更多的人得到及时的治疗。也许有一天，人工智能可以帮助我们探索宇宙，去那些人类暂时去不了的地方。也许有一天……

当然，也有人会担心：如果人工智能越来越聪明，会不会有一天取代人类？

这个问题很复杂，需要我们认真思考。但是有一点是肯定的：人工智能是由人类创造的，它是我们手中的工具。工具是好人用还是坏人用，取决于使用工具的人，而不是工具本身。所以，我们学习人工智能知识，不是为了被它取代，而是为了更好地使用它、创造它、让它成为我们的好帮手。

这本书会带你做什么

好，现在你已经知道了人工智能的一些基本知识。你知道了人工智能是什么、它是怎么工作的、它能做些什么、它有什么局限。

接下来的十四章，我们会一起深入探索人工智能的奥秘。

在第二章，我们会认识人工智能的“眼睛”——计算机视觉，了解机器是怎么看世界的。在第三章，我们会探索人工智能的“耳朵”——语音识别，了解机器是怎么听懂我们说话的。在第四章，我们会学习机器是怎么从数据中学习的，也就是机器学习的原理。在第五章，我们会了解神经网络和深度学习，这些让人工智能变得更强大了。在第六章，我们会看看人工智能是怎么下棋、打游戏、解决问题的。

然后，我们会进入一些更有趣的领域。第七章，我们会看看人工智能是怎么创作音乐和画作的——它能成为艺术家吗？第八章，我们会了解人工智能是怎么理解语言的——它真的能读懂一本书吗？第九章，我们会探索机器人世界——那些有身体的人工智能。

接下来的章节，我们会讨论一些更深层次的问题。第十章，我们会看看人工智能现在面临的问题和挑战。第十一章，我们会聊聊人工智能的伦理问题——它会不会作弊、会不会偏见、会不会威胁人类。第十二章，我们会了解人工智能是怎么工作的“幕后英雄”——算法和芯片。第十三章，我们会看看人工智能在各个行业的应用。第十四章，我们会展望人工智能的未来。

最后一章，也就是第十五章，我们会动手做一些有趣的人工智能实验，亲身体验一下人工智能的魅力。

准备好了吗？让我们一起踏上这段奇妙的旅程吧！

知识小总结

在这一章里，我们学到了很多重要的概念。让我来帮你回顾一下：

什么是人工智能？ 人工智能，简称 AI，就是让计算机能够像人一样学习和思考的技术。它不是真正的“思考”，而是通过大量的数据学习，找到规律，做出判断。

人工智能是怎么学习的？ 人工智能通过“机器学习”来学习。机器学习就像人类学习踢足球一样，需要大量的练习。人工智能会看很多很多的例子，然后慢慢学会认识新的例子。

人工智能有哪些应用？ 我们身边有很多人工智能的应用，比如智能音箱、推荐系统、人脸识别、语音助手、自动驾驶汽车等等。

人工智能和人类的区别是什么？ 人工智能擅长处理大量的数据和做重复性的工作，但目前它并没有真正的“理解”和“感情”。人类擅长理解复杂的情况和产生新的想法。最好的未来是人类和人工智能一起工作。

人工智能的发展历史？ 人工智能的概念在1956年被正式提出，经过几十年的发展，特别是“深度学习”技术突破之后，人工智能取得了巨大的进步，现在已经应用到了我们生活的方方面面。

思考小练习

学完这一章，你有什么想法呢？让我们来思考几个问题：

第一个问题： 你觉得智能音箱“理解”你说的话吗？它是真的知道你在说什么，还是只是在按照程序运行？

第二个问题： 如果你是一个小小科学家，你会让人工智能学习认识什么？你会给它看什么样的数据？

第三个问题： 你觉得人工智能和人类相比，谁更“聪明”？为什么？