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人工智慧憑什麼叫做人工智慧?AI的名稱政治學──《科學月刊》

科學月刊_96
・2018/04/28 ・2690字 ・閱讀時間約 5 分鐘
  • 李國偉/中央研究院數學所兼任研究員。

汽車跑得快,不叫「人工馬」;飛機飛得高,不叫「人工鳥」。怎麼計算機本領大了,就要稱作「人工智慧(Artificial Intelligence, AI)」?(延伸閱讀:迎接人工智慧時代,你我都該上的 30堂必修課

人工智慧一詞的創造

麥卡錫。圖/GeeJo @wikimedia

故事要由麥卡錫(John McCarthy)講起。麥卡錫早年就顯露很高的數學天賦,24 歲從普林斯頓大學拿到數學博士,並在萊夫謝茨(Solomon Lefschetz)指導下寫出學位論文〈射影算子與偏微分方程〉(Projection Operators and Partial Differential Equations)。

1955年, 麥卡錫獲聘為達特茅斯學院(Dartmouth College)的助理教授,9月向洛克菲勒基金會提出一份申請書,希望獲得「達特茅斯人工智慧夏季研究計畫(Dartmouth Summer Research Project on Artificial Intelligence)」的經費補助。計畫書裡出現的「人工智慧」名稱,是公認麥卡錫首創的新詞。

麥卡錫放棄微分方程轉往全新領域,其實有端倪可循。1952年夏季,他到貝爾實驗室擔任大名鼎鼎夏農(Claude Shannon)的助理,協助夏農編輯有關「自動機(automata)」的論文集。也正是夏農後來幫他跟洛克菲勒基金會牽線,在申請經費補助時當共同提案人(雖然此事多被後人淡忘)。

圖/wikimedia

根據麥卡錫在紀念研討會50 周年時回憶,舉辦這項活動的主要目的就是要「豎立鮮明旗幟(nail the idea to the mast)」。

研究計畫的主題沒有採用自動機,因為他嫌夏農太偏抽象數學理論。他也迴避使用另外一個火紅的名詞,就是維納(Norbert Wiener)發明的「控制論(cybernetics)」,一方面是嫌控制論研究對象還牽扯到類比機制,另一方面則是不願與好辯的大老交手。

為了想凸顯自己研究發展路徑的特色,他也拒絕重複別人用過的名稱,像「複雜訊息處理」、「機器智能」等。他豎立的人工智慧這面鮮明旗幟,非常能激發人的想像,從而抓住人的眼球。命名要「性感」,可謂「名稱政治學」巧妙的第一步!

圖/giphy

名稱雖性感,但是如何替內容畫界呢?麥卡錫在經費申請書裡開宗明義說:

「從事本研究的基礎立足於以下的臆測:關於學習的每個方面,或者智慧的任何其他特徵,只要原則上能精確地給予描述,那麼就能使機器做出模擬。」

所以麥卡錫勾勒出的範圍幾乎是沒有範圍,因為一切都仰仗預設「只要原則上能精確地給予描述」須成立。似有還無的界線使得攻守兩宜,這是「名稱政治學」巧妙的第二步。

名稱漂亮又如何

在著重商業行銷的美國,即使是學術領域的興衰,也經常與帶頭人的行銷技巧密切相關,由前兩步可看出麥卡錫顯然深得其中三眛。但是,不管1956年夏季的研究活動多麼新穎,如果沒有研究基地、經費與人員的持續投入,新的學科也很難健康茁壯,這當兒麥卡錫剛好得到天時眷顧。

在美國毫無預警的狀況下,1957年10月蘇聯成功地把史普特尼克人造衛星放上太空。因為警覺到國家安全遭受嚴重威脅,美國把大量經費投入高校,積極推動強化國防的研究工作。

圖/Sethwoodworth @wikipedia

在達特茅斯經費申請書上排名第二的是閔斯基(Marvin Minsky),1958年他與麥卡錫都到了麻省理工學院。有一天他們倆在走廊上碰到部門主管,麥卡錫伺機向主管表示想成立人工智慧實驗室。當主管問他們需要什麼的時候,麥卡錫提出實驗室空間、一位秘書、一台打卡機、兩位寫程式的技術員。主管不僅馬上答應,還同時奉送他們六位研究生。

原來新增經費多養了六位數學系研究生,主管不知該怎麼安排,索性叫他們去搞新花樣吧!人工智慧號稱能產生機器自動翻譯,幫美國軍方閱讀蘇聯的各種文件,從而得到國防經費的長年挹注。其實自從冷戰時期開始,很多重要科技進展的研發經費,都直接或間接受到軍方的支持。而這有效引起國防軍工當局的青睞,也是「名稱政治學」的重要撇步。

將新學科命名「人工智慧」是非常成功的策略,甚至可能有點過於成功,導致對於人工智慧產出的期望過高。當大量金錢投進研發,而成效往往達不到原先宣傳的願景時,熱潮就不可避免會衰減。人工智慧的發展有過幾回戲劇性的起伏,還歷經兩次所謂的「人工智慧的冬天」,到1980年代末幾十億美金的相關產業逐漸蕭條。人工智慧烏托邦的泡沫化,留下了「名稱政治學」辯證發展的軌跡。

圖/JordanHoliday@pixabay

「人工智慧」將成歷史名詞?

自從2016 年AlphaGo 打敗圍棋高手李世乭之後,新一波人工智慧的浪頭簡直勢不可擋。2005年數位時代預言家庫茲威爾(Raymond Kurzweil)在《奇點臨近》(The Singularity Is Near: When Humans Transcend Biology)書中曾說:

「許多觀察家仍然認為人工智慧的冬天就是故事的終結,自此之後人工智慧就毫無創建了。其實今天成千上萬的人工智慧應用程式,已經深入包含在每種工業的基礎建設裡。」

為什麼這種類似「隱姓埋名」的策略會發生呢?道理就在於這些發展本來就是計算機該做的事,人工智慧標籤好用的時候就拿出來用,不好用的時候就打出其他招牌,像什麼「機器學習」、「以知識為基礎的系統」、「認知系統」、「智能系統」、「深度學習」,不一而足。

圖/MedicalFuturist 

這一波人工智慧的振興,主因之一是克服大量增加類神經網路層次的難關。模擬神經網路的研究早已有之,但是閔斯基與派普特(Seymour Papert)在1969年出版了影響力極大的《感知器》(Perceptron)一書,暴露了類神經網路處理非線性問題本質上的不足。所以今日人工智慧的核心方法,曾經被人工智慧領袖幾乎掃地出門。今昔對比,可說是「名稱政治學」裡借殼上市鹹魚翻身的一章。

現在飽受矚目的人工智慧應用,其實都是在特定範圍裡增廣人的能力,因此顯現超越人力的結果本應在預期之內。像涂林測試(Turing test)所瞄準的不限範圍的機器智能,目前距離最終目標還相當遙遠。我們預期當人們對各個領域五花八門的人工智慧產品習慣後,「人工智慧」在「名稱政治學」的場域裡,終將完成其階段性任務,從而退隱為歷史名詞。

想知道更多人工智慧發展史嗎?迎接人工智慧時代,你我都該上的 30堂必修課

 

〈本文選自《科學月刊》2018年4月號〉

什麼?!你還不知道《科學月刊》,我們48歲囉!

入不惑之年還是可以當個科青

 

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災難片成真!?小行星「貝努」行蹤飄忽,撞地球的機率有多大?

EASY天文地科小站_96
・2021/09/19 ・2765字 ・閱讀時間約 5 分鐘
  • 文/陳子翔(現就讀師大地球科學系, EASY 天文地科團隊創辦者)

知名物理學家史蒂芬.霍金(Stephen Hawking)認為,小行星撞擊是宇宙中高等智慧生命最大的威脅之一。而回首地球的過去,六千五百萬年前的白堊紀末期,造成恐龍消失的生物大滅絕,也肇因於一顆直徑約十公里的小行星撞擊。那麼,我們應該擔心小行星帶來如同災難片場景的巨大浩劫嗎,人類又能為這件事做什麼準備呢?

我們該擔心哪些小行星,小行星撞擊能被預測嗎?

太陽系中的小行星不可勝數,但並非所有小行星都對於地球有潛在的危害。那麼,哪些小行星是應該注意的呢?

我們可以簡單從兩個條件,篩選出對地球有潛在威脅的小行星:第一是小行星的軌道,第二則是小行星的大小。如果一個天體的運行軌道與地球的運行軌道沒有交會,那也就不需要擔心它會部會撞到地球了。而直徑越大的小行星,撞擊地球產生的災害就會越大,例如一顆直徑 10 公尺的小行星墜落能造成小範圍的建築物受損,而直徑 50 公尺的小行星撞擊,其威力則足以摧毀整座大型城市。

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/59/Chelyabinsk_meteor_event_consequences_in_Drama_Theatre.jpg/1024px-Chelyabinsk_meteor_event_consequences_in_Drama_Theatre.jpg
2013 年俄羅斯車里亞賓斯克小行星墜落事件,隕石在空中爆炸的震波震碎大片玻璃。圖/Nikita Plekhanov

過去天文學家透過遍布世界的天文台,不斷在夜空中尋找近地小天體,並持續監測它們的動向。而透過觀測資料推算其軌道,就可以算出這些危險的小鄰居未來與地球發生「車禍」的機率有多大,而這篇文章的主角「貝努」,就是一顆被認為有較大機會撞擊地球,因此被重點關注的對象。

貝努撞地球會是未來的災難嗎?

貝努在 1999 年被發現,是一顆直徑約 500 公尺的小行星,它以橢圓軌道繞行太陽,公轉週期大約 437 天。由於貝努的軌道與地球相當接近,它每隔幾年就會接近地球一次,而本世紀貝努最接近我們的時刻將會發生在西元 2060 年,不過別擔心,該年貝努與地球最接近時,距離預計也還有七十萬公里,大約是地球至月球距離的兩倍,撞擊風險微乎其微。

綠色為地球軌道,藍色為貝努軌道。圖/University of Arizona

然而天文學家真正關注,撞擊風險較大的接近事件則會發生在下一個世紀。根據目前的軌道計算,貝努在西元 2135 年和 2182 年的兩次接近,會有較大的撞擊風險。說到這裡可能許多讀者會覺得,既然我們都活不到那個時候,何必去操心那些根本遇不到的事情呢?

那麼,讓我們想像一個情境:

如果今天天文學家突然發現了一顆與貝努一樣大的小行星,並算出它將在一年後撞上地球,那身為這個星球上「最有智慧的物種」,我們能怎麼應對呢?

很遺憾的:我們很可能對於撞擊束手無策。當前人類並沒有任何成熟的技術,能夠在這麼短的時間內改變小行星的軌道。這時候人們可能就會希望前人早點望向星空,調查小行星,好讓人們能夠有多一百年的時間準備應對的方法了!

小行星軌道計算不就是簡單的牛頓力學,為什麼算不準?

那麼貝努在未來 100〜200 年到底會不會撞擊地球呢?其實天文學家也說不太準,只能給出大概的機率而已,而且時間越久,預測的不確定性就越大。

你也許會想,天體的運行軌道不就只是簡單的牛頓力學,三百年前的人就已經掌握得很好了,在電腦科技發達的現代怎們會算不準呢?確實,如果要算地球與火星在 100 年後的相對位置,那電腦還能輕鬆算出相當精確的答案,但如果是計算小行星 100 年後的位置,事情就變得棘手多了……

由於小行星的質量很小,就算是相對微小的引力干擾還是足以改變其運行方向,而混沌理論(Chaos theory)告訴我們,任何微小的初始條件差異,都能造成結果極大的不同。因此要對小行星軌道做長期預測,就不能只考慮太陽的引力,而是必須把行星等其他天體的引力也納入計算,才能獲得比較準確的結果。尤其是當這些小行星與地球擦肩而過時,即使只有幾百公尺的位置偏差,受到的引力也會有相當的不同,使得小行星的未來軌跡出現巨大的差異。

而更令天文學家們頭痛的是,有些問題甚至不是萬有引力能夠解決的,其中一個因子就是「亞爾科夫斯基效應」(Yarkovsky Effect)。這個效應是這樣的:當陽光照在自轉中的小行星上,陽光會加熱小行星的受光面,而被加熱的這一面轉向背光面時,釋放的熱能會像是小小的火箭引擎一樣推動小行星。這個作用的推力非常小,但長期下來還是足以對質量很小的天體造成軌跡變化,也讓軌道預測多了很大的不確定性。

亞爾科夫斯基效應的動畫。影片/NASA

OSIRIS-REx 任務揭露貝努的神秘面紗,也讓軌道推估更精確

為了更深入了解貝努,NASA 在 2016 年發射 OSIRIS-REx 探測器探查這顆小行星。OSIRIS-REx 主要的任務包括從貝努表面採取樣本並送回地球分析、對整顆小行星做完整的調查,以及評估各種影響貝努運行軌道的因子,改善貝努軌道的預測模型,評估將來的撞擊風險。

在軌道分析方面,OSIRIS-REx 一方面能在環繞貝努的過程中緊盯貝努的「一舉一動」,讓天文學家透過精確的觀測結果反推貝努的軌道特性。另一方面,要評估亞爾科夫斯基效應對小行星軌道的影響,也需要考量小行星的地形地貌、反照率等等因素,因此 OSIRIS-REx 的各項觀測資料,也有助於建立更精確的軌道預測模型。

OSIRIS-REx 探測器。圖/University of Arizona/NASA Goddard Space Flight Center

目前 OSIRIS-REx 的任務還沒有結束,但是在取得更準確的軌道預測模型與撞擊風險評估上,已經有了初步的成果。根據這次任務提供的觀測資料,天文學家將預測貝努未來軌道的時間極限,從原本的西元 2200 年延長至 2300 年。而西元2300年之前,貝努撞上地球的機率大約是 0.057% (1/1750),最危險的一次接近則會發生在西元 2182 年

「知己知彼,百戰不殆」。面對像貝努這樣的危險鄰居,唯有盡可能認識它的一切,才越能夠掌握其未來的動向,進而在將來思考要如何面對小行星的撞擊的風險。另外,目前 OSIRIS-REx 也正在返航地球的旅途上,期待 2023 年 OSIRIS-REx 能順利的帶著貝努的樣本回到地球,帶給我們更多有關小行星的重要資訊!

參考資料

EASY天文地科小站_96
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