一切從智能講起
本文所講述的智能,就是在人類和動物身上和以模擬生物智能方式創造的人造(人工)智能。 智能是一種可以通過學習而積累的思維能力,智能的作用是解決智能體要面對的問題,它是一種具塑造性的解決問題的邏輯能力,學習(訓練)塑造並提高了智能。
在人類和動物中,智能來自蛋白質構造的大腦器官,大腦中的神經網絡產生智能,在動物的大腦中能找到神經網絡,只是網絡的結構和複雜程度與人類不能相比。那就以人類大腦為例,先來簡單認識下,蛋白神經網絡是如何運作的。
大腦由大腦細胞(neurons)所組成﹐大腦細胞與身體其它部份細胞的不同點﹐在於它們有軸突(axons)和樹突(dendrites)﹐大腦細胞之間就以軸突與樹突接觸的方式連接,如下。
突軸是一種大腦細胞的延伸分支﹐它的形狀長而細。最短的可以只有幾毫米長﹐最長的有超過一米的長度﹐這種長的突軸用來連接大腦在另一邊的細胞﹐大腦不同位置的細胞部份﹐也通過這種長突軸相連。神經脈衝是由一些微弱的電流組成﹐當這股電流從大腦細胞的一端傳至另外一端后﹐在開始這一端的突軸會因為接收到電流信號而分泌出一種叫「神經傳遞素(neurotransmitter)」的化學物質(發生化學作用)﹐這種物質會通過滲透的方式﹐穿越在兩個大腦細胞之間的縫隙﹐接觸到下一個細胞的突軸﹐令它觸發下一股的神經電流﹐然后再傳至這個大腦細胞的另一端來激發再下一次的神經傳遞素分泌。神經信號的傳遞﹐基本上就是以這種大腦細胞的接力方式來進行的。突軸是一個信號發生者和傳播者﹐而樹軸則可以理解為一個信號的接收者﹐兩者的合力就達成了整個接力過程。
以上是一個微觀的傳遞動作﹐在宏觀方面﹐每一個細胞可能同時接觸到上千個其它的細胞﹐這令到在一瞬間內﹐這個細胞可能從其它細胞那裡接收到上千個神經信號﹐再在第一時間內把它傳到另一個細胞。我們可以想象﹐整個大腦細胞的網絡結構呈現立體形狀。因為突軸的長度不一﹐這令到大腦細胞不單在局部區域內有網絡式的聯系﹐而且位於各區域的細胞也有跨區域之間的接觸。大腦細胞之間的接觸將會以可能是上千倍幾何級數的方式向外發散﹐一個細胞連接上千個其它細胞﹐這上千個中的每一個細胞可能再接觸到接著來的上千個細胞﹐大腦有大約9億個這樣的神經細胞組成這個網絡,其數量之多可比宇宙中星球之數。這種龐大的網絡結構是當今任何一個人造的非神經網絡系統(包括計算機或電訊網絡)都無法與之比擬的﹐它的信息處理速度令人嘆為觀止(參考《導論﹕大腦﹑思維與語言文字》)。一個細胞的之間的連接點以今天電腦科學的⻆度看, 可以被稱之為一個「邏輯門(Logic gate)」,這種邏輯門的狀態是可改可增的,它與其他門的聯結也是可增的,它可以通過信息的輸入而改變或增加邏輯門的數量, 改變後的邏輯門可以改變輸出的邏輯結果,以信息的輸入來改變邏輯的判斷方式,就是一種對神經網絡的「訓練」,以神經網絡的⻆度看是一種「學習」。神經網絡之所以被稱為智能,因為它不是一個硬性執行指令的組織(硬性執行指令是,如果有A為條件就輸出 B,如果是B就輸出C,邏輯門排列次序是固定不變的,一個初始輸入的數值將永遠得到固定不變的結果)。
智能體的工作就是處理信息,信息的流動只有两個方面,輸入與輸出信息,就是從外部世界輸入(導入)信息進入智能體,又從智能體中導出信息反饋回外部世界,輸出信息可稱為結果,這就構成了可交換信息的信息回路。在智能與外部世界之間的交接處我們稱之為「介面」(眼耳手脚皮膚等器官為介面),我們可以說,智能體通過介面輸入和輸出信息。
人與動物
在人工智能面世之前,這個地表上只存在著兩種智能體,就是人類和動物智能,最後人類智能戰勝動物智能,永遠地成為地球上的主人。現在,首先讓我們通過同為生物智能體的人與動物之間的競爭,來認知「智能」和「介面」在競爭上作出的決定性作用。
自恐龍滅絕,人類開始出現,慢慢進化發展成為「直立人」。從那刻開始,人類就為了其他地表生動 – 動物的「天敵」,兩者的競爭從此展開直到人類完全統治地表。
如果我們忽略宗教中提到的上帝和測想中外星高智生物對人類誕生的干預因素,本文就按科學進化論的方面分析,既然人類和動物同為以介面包裹的智能體,那麼為甚麼只有人類才可以不停進化,最後成為今天的高等智能動物,而其他動物則基本上,只停留在生物結構層面上的改變而没有在智能上有任何的提升呢? 要解釋這點我們就要認識人類的介面對智能的促進作用,我們稱為「訓練/學習」。
如上文提及,人類與動物都擁有一副蛋白質構造的神經網絡,神經網絡的複雜度是以神經點之間的聯繫數量來決定,這也決定了智能的高低。大腦是神經網絡的物理載體,可以肯定較大的大腦體積可以承載更多的神經細胞,大腦神經網絡需要更大體積的大腦作為條件,同時神經網絡在支點與密度上的提升會增加大腦的重量,以上的結論在動物身上己經可以被證實。因為海上的浮力,所以鯨魚可以發展出生物界中最大最重的身軀體積,同時大堖的體積與重量也是最大最重的,它被證實擁有動物界中最高的智力。相反,澳洲樹熊的大腦體積只有它眼球的大小,所以澳洲樹熊的動作特慢,因為它每次只能做一件事,進食時不能行動,行動時則不能進食,樹熊的低智能大腦只能做些極簡單的信息處理。
我們己經知道大腦體積對智能的影响作用,我們也了解到人類能夠直立生活,垂直的身體脊椎對抗地心吸力,這令脊椎能夠承托起,比其他水平脊椎生物相對身體重量更高的大腦重量。因此,人類大腦的體積可以獲得長足的發展,大腦內神經系統的空間和複雜度也得到了解放,這為日後的智能訓練學習鋪平了道路,這時的人類大腦已經做好了等待信息的輸入,作為訓練學習的素材的準備。
信息的輸入需要通過介面,智能體需要介面來與外部世界交換信息,介面搭建起信息回路,是信息的必經之路。介面的功能或形體起到了決定了輸入信息的質與量的關鍵作用,而正是人類擁有比動物更强大功能的介面,所以人類能交換到更高質與更大量的信息,籍此訓練出今天的高度智能,從而征服了動物世界。那人類又是如何做到的呢?
首先人類進化出直立行走的雙脚,具有精細視力的雙眼和帶有十個手指頭的雙手,雙脚給予人類無可比擬的「機動性」,這機動性十分重要(文中還會多次强調智能體的機動性對提高(訓練)智能的重要性)。基於機動性,智能體能夠不受約束地轉移到不同的空間,更重要的是,能把智能體帶到期望的空間,逹到完成學習的目的。在不同的空間中,智能體可以通過另一個介面 – 雙眼去攝取外部信息。人類的雙脚不僅讓人類可以奔跑於平地平原,還可以走上或爬上(加上雙手的協助)陡峭的地形,這樣就可以攀山越岒 ,借助直立的雙腿和雙手的協助(攀爬與游泳),人類從非洲的發源地,通過長途跋涉的遷徙,碾轉間就擴散到地球每一個⻆落,這種遷移的機動性是其他動物無法比擬的。人類大遷徙所到之處,就是大體形動物的滅亡。因為人類比動物具有更高智能,這是因為在空間轉移下,智能體(神經網絡)能夠接收更多的信息(而且這是智能所寻找的信息),這是一種信息的交換,也實現了學習的目的。正是智能體可以有目的地跑進森林中去,觀察自己期望的一種昆蟲習性,實現這種學習,只有人類的機動性和具有可接收精細信息的視覺能力方可逹到。
另一個介面是手指,這是一個與外部世界作互動再獲取信息的橋樑,在地表生物界中,只有靈長類和人類天生擁有指頭這工具,猩猩有人類一樣的指頭,但是,它們沒有像人類那樣發展出智能,没有足夠的智能去利用指頭,這就不能逹到完全的信息反饋,從而逹到學習的目的。人類通過指頭去學習,以學習所得作為基礎,再用指頭去製造工具,又在使用工具的過程中,以觀察去總結信息,再成為新的知識。例如人類智能通過視覺觀察,發現圓的物件可通過滾動的方式移動,而人類靈活的手指可以選擇出不一樣的物件作實驗,加强神經網絡的認知,最後會發現把圓圓的樹杆用工具切割可以鋪在地上,架上木板就可以巧妙地移動上面的物件,這是輪子車的初型。
在這個從學習到製成工具的過程中,離不開人類獨特的介面:機動的雙脚、靈活的指頭和具精細視力的雙眼,再加上最重要的可增長的神經網絡 – 大腦,在大腦中可以通過神經網絡的增長,記錄下學習的結果,這就是智能的積累。
基於介面從外部世界輸入信息進入神經網絡,神經網絡再通過介面輸出消息,改變外部環境的狀態再反饋入新的消息,一條信息流的路徑因此閉合,成為外部與智能體的互動,這就是學習(訓練)。智能體的天然介面是有局限的,但人類在學習後懂得以製造工具和馴服其他動物的方式延長自己的介面,打破天然介面的局限。人類沒有猛獸般的利牙與爪,但有製造的長予,甚至還可以投射,再而發明了可彈射的弓箭;人類欠缺奔跑的速度,但馴服的馬匹可以拉車或直接成為坐駕; 人類缺乏涉水渡海的能力,但學會了製造船隻;人類也缺乏有力量的肌肉,但可以馴服牛馬去運載物件和拉動工具做功。於是人類不論在智能上和在天然延伸的介面上,都己遠遠超越動物,從此人類正式成為了地表上的主人。