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• 清華大學(xué)劉知遠教授答疑

• 各大開設(shè)人工智能的院校

在計算機專業(yè)和人工智能日益火爆的當下，很多人對這兩個專業(yè)又是好奇又是憧憬。對此，清華大學(xué)劉知遠教授近日在知乎上分享了一些內(nèi)容，以幫助考生更加理性地選擇專業(yè)，希望更多真正喜歡 CS/AI 的考生選好學(xué)校選對專業(yè)。

劉知遠教授從人工智能是什么、學(xué)什么、怎么學(xué)、以及去哪兒學(xué)的問題入手，對此進行了答疑。

清華大學(xué)劉知遠教授答疑

人工智能是什么？

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是一門年輕的學(xué)科，從 1956 年達特茅斯會議正式提出 AI 名稱至今不過 65 年；從阿蘭圖靈 1950 年提出判斷機器是否能夠思考的圖靈測試至今也不過 70 年時間。

AI 的 70 年發(fā)展史匯集了來自數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、邏輯學(xué)、哲學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、語言學(xué)等不同領(lǐng)域?qū)W者的努力，是典型的交叉學(xué)科。同時，從整體來看 AI 仍然是計算機科學(xué)技術(shù)的主要分支。

人工智能是什么？簡言之，人工智能學(xué)科是利用計算機實現(xiàn)人類智能。人類智能并沒有公認的定義與界限，實際上也隨著 AI 的發(fā)展而有所變化。某項人類技能被計算機所掌握后，人們往往不再認為它代表人類"真正"的智能。

例如，1997 年 IBM 深藍戰(zhàn)勝人類國際象棋冠軍卡斯帕羅夫后，就有評論說 IBM 計算機只是在暴力搜索，不是真正的智能，that's not thinking！這種現(xiàn)象又被稱為"AI Effect"。

所以，人工智能總是聚焦在那些尚未被計算機破解的人類智能能力上。比較簡單的人類智能已經(jīng)被解決了，例如計數(shù)能力有了計算器，數(shù)據(jù)記憶和查詢有了數(shù)據(jù)庫，下棋能力有了下棋軟件，剩下的是那些困難的高級智能。

簡單而言，如果我們把大腦看做一個黑盒，它能夠接受外部世界的刺激信號，大腦處理這些信號產(chǎn)生輸出反饋，人類智能正體現(xiàn)在這些"刺激-反饋"的對應(yīng)中。針對不同刺激信號和反饋處理的復(fù)雜性，AI 下面有很多專門的領(lǐng)域開展相關(guān)研究和探索。

目前，公認的 AI 核心課題包括：機器學(xué)習(xí)、計算機視覺、自然語言處理、語音處理、知識表示與計算、推理與規(guī)劃，等等，并在此基礎(chǔ)上支持著許多重要應(yīng)用場景如無人駕駛、機器人等。

• 機器學(xué)習(xí)：旨在讓計算機具備自動學(xué)習(xí)的能力，能夠解決分類、聚類、回歸、關(guān)聯(lián)分析等任務(wù)。目前主流是從大規(guī)模數(shù)據(jù)中自動學(xué)習(xí)和總結(jié)規(guī)律，從而能夠?qū)π碌臄?shù)據(jù)進行預(yù)測，也被稱為統(tǒng)計機器學(xué)習(xí)。簡單地講，機器學(xué)習(xí)是從大量"刺激-反饋"數(shù)據(jù)中自動總結(jié)規(guī)律的技術(shù)。

• 計算機視覺：旨在讓計算機理解和處理圖像數(shù)據(jù)（包括圖片、視頻等），使計算機掌握"看"的能力。圖像是典型的無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，由像素組成，如何從一幅圖像中自動識別不同層次的對象（如輪廓、人臉、場景等）及其復(fù)雜關(guān)聯(lián)，是計算機視覺面臨的挑戰(zhàn)問題。

• 語音處理：旨在讓計算機理解、處理和生成人類語音，使計算機掌握"聽"和「說」的能力。語音也是一種典型的無結(jié)構(gòu)序列數(shù)據(jù)，看似簡單的一維語音信號包含著豐富的信息如內(nèi)容、意圖、身份、情感、信道、場景、干擾等。以語音識別為例，目前在深度學(xué)習(xí)技術(shù)的支持下，普通場景的語音轉(zhuǎn)文本的效果已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。而在多人、方言、強噪、遠場等挑戰(zhàn)場景下，語音識別效果還需要進一步提升。

• 自然語言處理：旨在讓計算機理解和處理人類語言。與 C++、Java 等人工設(shè)計的編程語言不同，人類語言是大自然的產(chǎn)物，因此被稱為"自然語言"。人類語言也是典型的無結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，由字詞組合而成，如何理解一句話、一篇文章甚至一本書的意思，也是人工智能面臨的挑戰(zhàn)問題。由于語言是人類特有的傳遞豐富信息和知識、表達復(fù)雜思想和情緒的載體，甚至被認為是人類思考的重要工具，因此自然語言處理問題更接近人類高級認知智能，有很多重要的開放問題。

• 知識表示與計算：人類對世界的認識積累形成了知識，知識是人類理解外部信息、實現(xiàn)各種智能能力的基礎(chǔ)。近年來隨著知識圖譜的廣泛應(yīng)用，成為研究界和工業(yè)界關(guān)注的重點問題。

由于上述這些課題都關(guān)涉人類智能，所以互相密切關(guān)聯(lián)、不分彼此，例如計算機視覺、語音識別和自然語言處理都是機器學(xué)習(xí)算法的重要應(yīng)用場景，知識表示與計算也成為計算機視覺和自然語言處理方向的重要話題，等等。

正因為年輕，這些方向都充滿著活力，一方面最新技術(shù)日益深遠地影響著人類社會生活的方方面面，同時學(xué)科體系和技術(shù)框架也在飛速地日新月異、推陳出新，現(xiàn)在去翻十年前的教材很多內(nèi)容都顯得過時了。

從學(xué)科設(shè)置來看，國內(nèi)大學(xué)遵照教育部《學(xué)位授予和人才培養(yǎng)學(xué)科目錄》來頒發(fā)學(xué)位。最初的計算機一級學(xué)科是"計算機科學(xué)與技術(shù)"，下設(shè)"計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)"、"計算機軟件與理論"、"計算機應(yīng)用技術(shù)"三個二級學(xué)科，其中"計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)"對應(yīng)高性能計算（超算）和計算機網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)（互聯(lián)網(wǎng)），后來單獨成立出"網(wǎng)絡(luò)空間安全"一級學(xué)科；"計算機軟件與理論"對應(yīng)軟件工程和計算機理論科學(xué)等，后來單獨成立出"軟件工程"一級學(xué)科；而"計算機應(yīng)用技術(shù)"則對應(yīng)計算機的各類應(yīng)用技術(shù)，很大程度上正沿著從信息化到自動化再到智能化的路線前進，可以想見，如果現(xiàn)在這波 AI 浪潮還能持續(xù)幾年，單獨成立"人工智能"一級學(xué)科也指日可待。

從研究配置來看，AI 研究隊伍主要分布在計算機、自動化、電子工程等信息科學(xué)相關(guān)院系中，這與 AI 起源有密切關(guān)系，計算機的奠基人圖靈、馮諾依曼，自動化的主要理論基礎(chǔ)"控制論"的奠基人維納，以及電子工程和信號處理的主要組成"信息論"的奠基人香農(nóng)，均為 AI 的創(chuàng)立貢獻了思想。

所以，計算機系主要從計算理論和計算機應(yīng)用的角度研究 AI，自動化系從自動控制的角度理解 AI，電子工程系則從信號處理（將 AI 關(guān)心的視覺、文本、聽覺等模態(tài)理解問題看做信號處理）的角度解讀 AI。

當然，在哲學(xué)、腦神經(jīng)等其他領(lǐng)域也有從事人工智能探索的學(xué)者。不過總體而言，由于人工智能核心目標是探索如何將人類智能轉(zhuǎn)化為可計算問題，因此它主要還是落在計算機領(lǐng)域。

如果希望對 AI 發(fā)展有比較通俗全面的了解，可以參考以下兩本書：《人工智能狂潮》雖然標題名略顯中 2，內(nèi)容比較扎實，淺顯全面并及時涵蓋到最近的深度學(xué)習(xí)浪潮；《人工智能簡史》是華人尼克的大作，作者搜集的史料全面扎實，夾敘夾議有很多干貨，讀起來很過癮，不過很多地方點到即止，如果沒有相關(guān)背景知識很難看懂作者所指。

人工智能學(xué)什么？

如前所述，人工智能大致還是一個計算機應(yīng)用的課題。雖然這兩年國內(nèi)外已有很多高校開設(shè)了人工智能班和專業(yè)，課程設(shè)置還沒有形成共識。我們可以從國內(nèi) AI 本科教育體系的先聲——南京大學(xué)人工智能學(xué)院發(fā)布的《南京大學(xué)人工智能本科專業(yè)教育培養(yǎng)體系》做一些分析。

作為對比，這里列出清華大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系的選課指導(dǎo)清單，其中用紅框標出了與人工智能有關(guān)的限選課程。

可以看到，人工智能需要學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容包括：

1. 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課：清華 CS 和南大 AI 都需要學(xué)習(xí)的有 微積分（或數(shù)學(xué)分析）、代數(shù)與幾何、離散數(shù)學(xué)（或數(shù)理邏輯、圖論等）、概率論。南大 AI 新增 最優(yōu)化方法，這在清華 CS 為研究生課程。

2. 學(xué)科基礎(chǔ)課：清華 CS 和南大 AI 都需要學(xué)習(xí)的有 程序設(shè)計基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、人工智能導(dǎo)論、計算機原理、數(shù)字電路、系統(tǒng)控制。南大 AI 新增 機器學(xué)習(xí)、知識表示、計算機視覺、自然語言處理 作為學(xué)科基礎(chǔ)課，這在清華 CS 均為高年級選修課或研究生課程；清華 CS 需要額外學(xué)習(xí) 電路原理、信號處理、操作系統(tǒng)、編譯原理、形式語言與自動機，這些被南大 AI 列為專業(yè)選修課。

3. 專業(yè)選修課：南大 AI 設(shè)立了很多 AI 相關(guān)的專業(yè)選修課，如 自動規(guī)劃、概率圖模型、強化學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等，在清華 CS 均為人工智能方向研究生課程；而南大 AI 設(shè)立的很多認知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、計算金融、計算生物學(xué)、計算語言學(xué)等交叉課程，在清華則分散在各院系開設(shè)的課程。

由此可以總結(jié)，目前看 AI 本科專業(yè)核心課程的設(shè)置與計算機專業(yè)相比，重疊部分要遠大于差異部分?？梢钥闯瞿洗笤?AI 課程體系構(gòu)建方面花費了大量心力，非常符合 AI 的當前發(fā)展特點。

所以，回到這個問題，人工智能學(xué)什么？_建議就是以計算機核心課程（數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課）為學(xué)科主線，以 機器學(xué)習(xí)、知識表示、計算機視覺、自然語言處理 為學(xué)科特色，以學(xué)科交叉為輔助。

因此，我們也可以說，無論是在以南京大學(xué)人工智能學(xué)院為代表的新成立的人工智能專業(yè)，還是以清華大學(xué)計算機系為代表的計算機專業(yè)，都可以完成對人工智能基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。

不同之處在于，前者預(yù)置為學(xué)科基礎(chǔ)課，后者則成為高年級時的可選方向（計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機軟件與理論、計算機應(yīng)用技術(shù)）之一的計算機應(yīng)用技術(shù)，如下是該方向的專業(yè)限選課程列表，其中超過一半課程是 AI 相關(guān)。

如果對這些課程要學(xué)什么感興趣，可以購買查閱《南京大學(xué)人工智能本科專業(yè)教育培養(yǎng)體系》或者使用搜索引擎檢索相關(guān)介紹。

人工智能怎么學(xué)？

清華大學(xué)章程明確提出"價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授"三位一體的育人模式，劉知遠教授認為這是高水平 AI 人才養(yǎng)成方式的最佳描述。

知識傳授這層不必多說，師者傳道受業(yè)解惑，在大學(xué)里通過課程講授和課下實踐，研習(xí)精通計算機和人工智能理論與技術(shù)，每位同學(xué)通過一門門課程成績反映出的，正是專業(yè)知識掌握的水平。絕大部分同學(xué)都能明白課程學(xué)習(xí)的重要性。然而，大學(xué)之道不僅于此，不然大學(xué)就不過是個專業(yè)技校。

在知識傳授之上就要構(gòu)筑能力培養(yǎng)，這對 CS/AI 專業(yè)而言尤其重要。計算機和人工智能是非常年輕的學(xué)科，正處在飛速發(fā)展的朝陽時期，學(xué)科知識更新?lián)Q代很快，大部分最新知識根本無法在短時間內(nèi)及時沉淀到教科書中。而進入教科書的那些知識，與實際應(yīng)用場景往往已有較大距離。

很多 CS/AI 高科技公司自身就站在學(xué)科最前沿，亟需有快速學(xué)習(xí)和獨立解決開放問題能力的人才。這樣，一方面要求同學(xué)有意識建立終身學(xué)習(xí)的理念，有較強的獨立學(xué)習(xí)的能力；另一方面則要求同學(xué)注意通過實驗室研究等方式鍛煉科研創(chuàng)新能力。

CS/AI 同學(xué)們需要主動參與科研工作的全過程，樹立專業(yè)志趣，培養(yǎng)獨立學(xué)習(xí)的能力、自我學(xué)習(xí)的習(xí)慣、提出問題的意識、以及獨立解決開放問題的能力，這是大學(xué)培養(yǎng) CS/AI 高水平人才的必由之路。因此，大學(xué)教師在 CS/AI 開展高水平原創(chuàng)研究的能力，也一定程度上決定了他們對學(xué)生進行能力培養(yǎng)的水平。

最后一層價值塑造也許是最玄乎的，但更加重要。一個人在知識和能力確定的情況下，Ta 的努力方向和堅持程度最終決定其成長的高度。找到在術(shù)業(yè)上的堅持方向，就是價值塑造的過程。

這個過程絕不是簡單粗暴的灌輸和宣講就能實現(xiàn)的，要有高水平的教師一起教學(xué)相長，有志存高遠的同學(xué)共同努力拼搏，有各界奮斗的學(xué)長作為示范榜樣，有校外海外的實踐平臺廣開視野。實踐出真知，只有自己多聽多看多想，才能找到自己喜歡的、努力的方向，也才更有后勁堅持不懈。

所以，不管是人工智能、計算機專業(yè)還是其他什么專業(yè)，只要想把自己培養(yǎng)成為該領(lǐng)域的可堪大用之才，就需要從知識、能力和價值這三個層面來努力提升自己。

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