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人工智能到底有多厉害?

1.什么是人工智能

人工智能(Artificial Intelligence):它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。1956年由约翰.麦卡锡首次提出,当时的定义为“制造智能机器的科学与工程”。人工智能目的就是让机器能够像人一样思考,让机器拥有智能。时至今日,人工智能的内涵已经大大扩展,是一门交叉学科。

2.人工智能的层次结构

基础设施层:回顾人工智能发展史,每次基础设施的发展都显著地推动了算法层和技术层的演进。从20世纪70年代的计算机的兴起,80年代计算机的普及,90年代计算机运算速度和存储量的增加,互联网兴起带来的电子化,均产生了较大的推动作用。到21世纪,大规模集群的出现,大数据的积累,GPU与异构/低功耗芯片兴起带来的运算力的提升,促成了深度学习的诞生,点燃了人工智能的爆**潮,其中海量的训练数据是人工智能发展的重要燃料。

算法层:机器学习是指利用算法使计算机能够像人一样从数据中挖掘出信息,而深度学习作为机器学习的一个子集,相比于其他学习方法,使用了更多的参数、模型也更复杂,从而使得模型对数据的理解更加深入也更加智能。

计算机视觉:计算机视觉的历史可以追溯到1966年,人工智能学家Minsky在给学生布置的作业中,要求学生通过编写一个程序让计算机告诉大家它通过摄像头看到了什么,这也被认为是计算机视觉最早的任务描述。计算机视觉借鉴了人类看东西的方法,即“三维重构”与“先验知识库”。计算机视觉除了在比较成熟的安防领域外,也应用于金融领域的人脸识别身份验证、电商领域的商品拍照搜索、医疗领域的智能影像诊断、机器人/无人车上作为视觉输入系统等。

语音处理:让机器学会“听”和“说”,实现与人类的无障碍交流一直是人工智能、人机交互领域的一大梦想。1920年生产的“Radio Rex”玩具狗可能是世界上最早的语音识别器,第一个真正基于语音识别系统出现在1952年,AT&T贝尔实验室开发的Audrey的语音识别系统,能够识别10个英文数字,正确率高达98%。比如Apple Siri,Echo等。

自然语言处理:人类的日常社会活动中,语言交流是不同个体间信息交换和沟通的重要途径。对机器而言,能否自然的与人类进行交流、理解人类表达的意思并作出合适的回应,被认为是衡量其智能程度的一个重要参照。

规划决策系统:人工智能规划决策系统的发展,一度是以棋类游戏为载体的。比如,AlphaGo战胜李世石,Master对顶级选手取得60连胜,机器人,无人车。

3. 人工智能应用场景

3.1. 语音处理

• 语音处理主要是自动且准确的转录人类的语音。一个完整的语音处理系统,包括前端的信号处理、中间的语音语义识别和对话管理以及后期的语音合成。

– 前端处理:说话人声检测,回声消除,唤醒词识别,麦克风阵列处理,语音增强等。

– 语音识别:特征提取,模型自适应,声学模型,语言模型,动态解码等。

– 语义识别和对话管理:更多属于自然语言处理的范畴。

– 语音合成:文本分析、语言学分析、音长估算、发音参数估计等。

• 应用:包括医疗听写、语音书写、电脑系统声控、电话客服等。

• 未来:真正做到像正常人类一样,与他人流畅沟通,自由交流,还有待时日。

3.2. 计算机视觉

• 计算机视觉指计算机从图像中识别出物体、场景和活动的能力,包含图像处理、识别检测、分析理解等技术。

– 图像处理:去噪声、去模糊、超分辨率处理、滤镜处理等。

– 图像识别:过程包括图像预处理、图像分割、特征提取、判断匹配,可以用来处理分类、定位、检测、分割问题等。

– 图像理解:本质是图像与文本间的交互,可用来执行基于文本的图像搜索、图像描述生成、图像问答等。

• 应用:

– 医疗成像分析被用来提高疾病的预测、诊断和治疗。

– 在安防及监控领域被用来指认嫌疑人。

– 在购物方面,消费者现在可以用智能手机拍摄下产品以获得更多信息。

• 未来:计算机视觉有望进入自主理解、分析决策的高级阶段,真正赋予机器“看”的能力,在无人车、智能家居等场景发挥更大的价值。

3.3. 自然语言处理

• 自然语言处理的几个核心环节:知识的获取与表达、自然语言理解、自然语言生成等,也相应出现了知识图谱、对话管理、机器翻译等研究方向。

– 知识图谱:基于语义层面对知识进行组织后得到的结构化结果。

– 对话管理:包含闲聊、问答、任务驱动型对话。

– 机器翻译:由传统的PBMT方法到Google的GNMT,流畅度与正确率大幅提升。

• 应用:搜索引擎、对话机器人、机器翻译、甚至高考机器人、办公智能秘书。

4. AI、机器学习、深度学习的关系

4.1. 人工智能四要素

1) 数据

如今这个时代,无时无刻不在产生大数据。移动设备、廉价的照相机、无处不在的传感器等等积累的数据。这些数据形式多样化,大部分都是非结构化数据。如果需要为人工智能算法所用,就需要进行大量的预处理过程。

2) 算法

主流的算法主要分为传统的机器学习算法和神经网络算法。神经网络算法快速发展,近年来因为深度学习的发展到了高潮。

3) 算力

人工智能的发展对算力提出了更高的要求。以下是各种芯片的计算能力对比。其中GPU领先其他芯片在人工智能领域中用的最广泛。GPU和CPU都擅长浮点计算,一般来说,GPU做浮点计算的能力是CPU的10倍左右。

另外深度学习加速框架通过在GPU之上进行优化,再次提升了GPU的计算性能,有利于加速神经网络的计算。如:cuDNN具有可定制的数据布局,支持四维张量的灵活维度排序,跨步和子区域,用作所有例程的输入和输出。在卷积神经网络的卷积运算中实现了矩阵运算,同时减少了内存,大大提升了神经网络的性能。

4) 场景

人工智能经典的应用场景包括:

用户画像分析基于信用评分的风险控制欺诈检测智能投顾智能审核智能客服机器人机器翻译人脸识别

4.2. 三者关系简述

人工智能:是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法及应用系统的一门新的技术科学。

机器学习:专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为,以获取新的知识或技能,重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。是人工智能的核心研究领域之一,任何一个没有学习能力的系统都很难被认为是一个真正的智能系统。

深度学习:源于人工神经网络的研究,含多隐层的多层感知器就是一种深度学习结构。深度学习是机器学习研究中的一个新的领域,其动机在于建立、模拟人脑进行分析学习的神经网络,它模仿人脑的机制来解释数据,例如图像,声音和文本。

本科数学专业与计算机专业选哪个比较好呢?

人工智能和数学领域有着非常密切的联系,让大家来进行论述和探讨。

一、数学与人工智能

人工智能是一个交叉学科,应用的领域也非常广阔。不同的应用领域所要求的数学背景知识也不尽相同。但是线性代数、概率论、微积分和统计学是人工智能用于表述的“语言”。学习数学知识将有助于深入理解底层算法机制,便于开发新算法。

线性代数是描述深度学习算法的基础也是核心。它通过矩阵表示法来实现深度学习方法,将待处理的非结构化数据都转换成离散的矩阵或向量形式。比如一张图像可以表示为按顺序排列的像素数组形式,声音数据可以表示为向量形式,神经网络就是无数的矩阵运算和非线性变换的结合。大家都知道,概率论与统计学可以用来研究数据分布与如何处理数据。深度学习算法所做的绝大多数事情就是预测,预测源于不确定性,而概率论与统计就是讨论不确定性的学科。另外,微积分是数学分析的基础。

二、AI在数学界的作用

人工智能最大的优势,在于可以帮助人们寻找出人类思维不易发现的联系,也就是帮助人类寻找“直觉”。现在的AI,已经可以通过一定的算法,分析大量数据间存在的关系以及规律,从而帮助发现一些新的猜想。一旦在AI的帮助下找到新的猜想,接下来数学家们就要对这些新猜想,进行深层次地推演和证明。那些被证明为“真”的猜想,最终将会作为定理为人类直接应用。目前,AI已经可以提供一个强大的框架,在有大量数据或难以利用经典方法研究的数学领域中,发现了不少有趣且可以获得论证的猜想。

数学在人工智能领域中发挥着重要的作用。如神经网络中的所有参数都被存储在矩阵中;线性代数使矩阵运算变得更加快捷简便,尤其是在GPU上训练模型时,因为GPU可以并行地以向量和矩阵运算。图像在计算中被表示为按序排列的像素数组。视频游戏使用庞大的矩阵来产生令人炫目的游戏体验。在机器翻译中,如何检测你输入的语言种类会用到概率论的相关知识。一种简单的方法就是把你输入的词或句子进行分解,计算各语言模型的概率,然后概率最高的是最后确定的语言模型。另外,用神经网络进行图像分类,网络的输出是衡量分类结果可信程度的概率值,即分类的置信度,大家选择置信度最高的作为图像分类结果。而混合高斯模型、隐马尔科夫模型等传统语音处理模型都是以概率论为基础的。

三、AI未来对数学界产生的颠覆性影响

就像计算机对于数学的发展造成了一系列影响,不同程度的“人工智能”在当下已经与数学有所交融,在未来也可能以各种方式起到颠覆性的作用。如能够将简单重复的计算工作交给计算机,使得“数值解”成为“解析解”的一大补充,也使一部分解析表达式 (例如级数)在理论分析之外有了更多的应用。

由于强大算力的介入,以迭代、大规模计算等等为基础的算法不再仅存在于理论之中,而是在优化、求解等方面有了更大的实用价值。这从思维方式上改变了数学的研究,不仅提供了更多的工具来解决问题,也丰富了计算数学等领域的研究内容。

人工智能的介入使得“将简单重复的推理和验证工作交给计算机”成为可能。即使是这些非常弱意义下的“人工智能”也能够进一步改变数学研究的方式。例如通过人工推导限制讨论的情况数目,再通过机器逐一验证来完成证明。

一方面,人工智能为大家提供了便利。另一方面,人工智能也可以通过数据来学习和了解人类。人工智能浪潮催生了一批以人工智能算法为驱动的互联网公司。大家身处一个巨变的时代,毋庸置疑,人工智能已经成为科技前沿之一,将给许多行业带来颠覆性的影响。基于数据的人工智能和基于模型的数学方法,两者有机结合,既能推动人工智能的进步,也促进了数学研究的创新。随着“人工智能”的能力提升和应用推广,其他领域的数学研究也会获得一定的帮助,甚至在新工具的帮助下取得前所未有的成果。例如一些将讨论情况数目限制到小范围或者积累成果已经足够丰富的猜想,其证明可以通过机器来打通最后一步。

综上所述,AI在数学界有着举足轻重的地位,很多人工智能应用都需要数学的相关知识来支撑。同时,AI也会在未来会对数学界产生深远和颠覆性的影响。

本文分享自华为云社区《【云驻共创】AI在数学界有哪些作用?未来对数学界会有哪些颠覆性影响?》,作者: 龙腾九州 。


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