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《人工智能的进化》第8章 符号与符号处理

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这一章名为“符号与符号处理”,实际是介绍计算机科学。计算机科学始于艾伦·图灵的图灵机研究(见On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem)。有些学者推崇非符号形式的人工智能(例如文章Connectionist AI, symbolic AI, and the brain),但他们实际谈论的依然是符号处理,只不过是在用数字代表符号(如符号代数中的例子),而非使用非数字概念(如符号逻辑中的例子)。

这两个例子谈到的问题是计算机科学的核心,且非常有趣。一道题可以有多种解答方法,并且属性各不相同,计算机科学家花了大量时间和精力研究算法,即题的各种解答方法(参见Algorithmics: The Spirit of Computing)。

在符号代数中,求解方程组的标准算法是高斯消元(Gaussian Elimination)(参见Schaum’s outline of theory and problems of linear algebra)。其属性是,对于具有n个变量的n个方程,通过大约n3步可以求得一个解。这就是说,即使方程组里有成百上千万个变量,依然能够解决。

但在符号逻辑当中,目前为止最好的算法可能就是DPLL(数字锁相环,可参见文章Satisfiability solvers的例子)。逻辑问题存在有n个变量,求解大约需要2n步The intractability of resolution。(而证明这点则需要根据消解规则,对DPLL进行变体(A machine-oriented logic based on the resolution principle),文中已经提到)。这就是说,即使是最快的计算机,对于只有100个变量的逻辑问题也无能为力。

这又引出了两个问题。首先,我们在想是否会有比DPLL更好的算法。在数学领域,这个问题的精确版就是著名的P=NP问题,这个问题由斯蒂芬·库克(Stephen Cook)于20世纪70年代首次提出(参见The complexity of theorem-proving procedures)。从那时起到现在,虽然已有成千上万名计算机科学家和数学家竭尽全力,试图攻克难题,但是依然没有答案。由于这个问题与其他众多题目息息相关,因此被视为计算机科学领域最为重要的开放问题(参见文章The status of the P versus NP problem)。

第二个问题涉及前一章提到的长尾现象。DPLL的工作方式是系统性地搜索逻辑上的所有可能。有趣的是,在随机构建的测试当中,DPLL执行此类操作所需的步骤却都很少。实际上,上述测试所需的步骤与上一章中的长尾数字非常相似。因为样本测试案例越多,平均值就越高,所以在实践中,根本不可能估算出DPLL所要求的步数。有关详情,请参阅Heavy-tailed phenomena in satisfiability and constraint satisfaction problems一文。

如果需要其他材料来教孩子系统学习这些程序,请参考Computational thinking一文。