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中国的人工智能在科学研究方面获得了哪些成绩?

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国家已先后设立了各种与人工智能相关的研究课题,如国家自然科学基金重大专项、重点项目和面上项目,国家863计划项目,国家重大战略项目智能制造2025等。在这些科研基金的支持下,国内人工智能研究已取得许多突出成果。

1)人工智能基础研究成果突出

除了前面提到的几何定理证明的“吴氏方法”外,吴文俊还于2004 年发表了重要论文“计算机时代的脑力劳动机械化与科学技术现代化”,宣布他在几何定理证明“机械化”方面的系列成果,指出:“在几何定理机器证明取得成功之后的20多年来,笔者与许多志同道合的同志们在科技部、科学院、基金委等大力支持下,开展了一场可谓‘数学机械化’的‘运动’,在理论与应用诸多方面都已取得了若干成功。”

国内学者在人工智能的诸多领域,如问题求解、不确定推理、泛逻辑理论、拓扑学、模式识别、图像处理、机器学习、专家系统、智能计算和智能控制等领域的基础研究也多有建树,取得一批具有国际先进水平的创造性成果。例如,在模式识别方面,对文字识别、语音识别(图7)、指纹识别、人脸识别、虹膜识别和步态识别等进行深入研究,涉及生物医学、卫星遥感、机器人视觉、货物检测、目标跟踪、自主导航、保安、银行、交通、军事、电子商务和多媒体网络通信等应用领域。

又如,机器学习也是人工智能的核心研究领域之一。现在机器学习的大数据往往体现出多源异构、语义复杂、规模巨大、动态多变等特殊性质,为传统机器学习技术带来了新的挑战。为应对这一挑战,国内科技企业巨头华为、百度等与国外巨头谷歌、微软、亚马逊等展开竞争,纷纷成立以机器学习技术为核心的研究院,以充分挖掘大数据中蕴含的巨大商业与应用价值。深度学习是机器学习领域一个新兴的子领域与研究方向,它是一种通过多层表示来对数据之间的复杂关系进行建模的算法。深度学习模仿人脑结构,具有更强的建模和推理能力,能够更有效地解决多类复杂的智能问题。近年来,中国在深度学习研究方面也取得重要进展,一些研究成果接近或达到国际先进水平。

中国学者在自动规划领域也取得开创性成果。1985年提出与发展了基于专家系统的机器人规划机理与方法,实现了人工智能专家系统与机器人技术的结合,为基于知识的自动规划和高层控制开辟了一条新途径,对提高生产的智能化水平具有重要意义,并推动国内外机器人规划研究的发展。该成果被广泛引用,并被收入清华大学吴麒等主编的全国高校规划教材《自动控制原理》。1999年以来,又在机器人进化规划方面取得创新性成果。

国内在认知计算、情感计算、模式识别、神经网络、智能驾驶、水下机器人和其他智能机器人等领域也取得一批具有国际先进水平的研究成果,培养了一批优秀的学术带头人:郭爱克、任继福、李衍达、王守觉、焦李成、贺汉根、蔡鹤皋、徐玉如和黄心汉等。

此外,有些人工智能基础研究获得国际奖励,如1990年张钹获得ICL欧洲人工智能奖,蔡自兴指导的王勇博士获得2015 IEEE计算智能学会优秀博士学位论文奖等。

值得一提的是美籍华裔学者王浩对人工智能的杰出贡献。1958 年夏天,王浩在纽约州的IBM实验室的一台IBM704机器上用汇编语言编写了3个程序,证明了罗素和怀特海《数学原理》中的200多个定理。他关于数理逻辑的一个命题被国际上定为“ 王氏悖论”。1966年,他在哈佛大学指导的博士生Stephen Cook,因NP 完全性方面的开创性研究成果而获得1982年图灵奖。王浩还与吴文俊进行了合作研究。

2)专用人工智能开发有所突破

中国在专用人工智能领域取得了突破性的进展,已在自然语言处理和语音识别、图像识别、机器学习、虚拟现实、智能处理器、认知计算、智能驾驶和智能机器人等方面取得一大批具有国际先进水平的应用成果。

互联网和大数据推动人工智能进入了新的发展阶段。中国的智能语音技术在移动互联网、呼叫中心、智能家居、汽车电子等领域的研究与应用逐步深入,带动智能语音产业规模持续快速增长。2013年科大讯飞以54.2%的市场份额继续处于国内领先地位。智能语音正在成为主流的交互方式之一。

近几年在多层神经网络基础上发展起来的深度学习和深度神经网络已在中国很多模式识别领域获得成功应用。其中,中国科学院自动化研究所谭铁牛团队在虹膜识别领域,坚持从虹膜图像信息获取的源头进行系统创新,全面突破虹膜识别领域的成像装置、图像处理、特征抽取、识别检索、安全防伪等一系列关键技术,建立了虹膜识别比较系统的计算理论和方法体系,还建成目前国际上最大规模的共享虹膜图像库,已大规模用于煤矿人员辨识和北京城铁监控等,并在70个国家和地区的3000 多个科研团队推广使用,有力推动了虹膜识别学科发展。

在2010年举行的国际上难度最高、规模最大的虹膜识别专业测评竞赛中,谭铁牛团队提交的算法,从来自25个国家和地区的41支参赛团队里脱颖而出,以测试性能指标超过第2名41.3%的绝对优势蝉联虹膜识别算法赛事冠军(图8)。在2008年进行的上届国际虹膜识别算法竞赛上,谭铁牛团队战胜来自35个国家和地区的97支参赛队伍。这充分展示出中国在虹膜识别领域领先国际的整体实力。

在模式识别领域,石青云领衔的北大高科指纹技术有限公司在指纹识别领域取得领先成果,成为国家科技强警的利剑。

专家系统已在国内获得广泛应用,应用领域涉及工业、农业等行业,其经济效益相当可观。例如,在冶金专家系统的开发与应用方面,已把专家系统技术用于高炉建模、监控与诊断等,建立了基于多核学习的高炉自动化框架、基于Volterra级数的高炉系统数据驱动建模、高炉热风炉流量设定、高炉炉温预测、铁水含硅量预报、数据采集处理、布料状态评估、炉况分析与监控、诊断与决策支持等专家系统,实现高炉炼铁过程的智能化

3)计算智能与进化计算研究引人注目

计算智能是人工智能的新领域,涉及模糊计算,神经计算、进化计算和免疫计算等。近10多年来,中国在计算智能特别是进化计算研究方面取得不少国际领先成果。中国科技大学、中南大学、西安电子科技大学和中国科学院自动化研究所等院校都做出颇具影响的贡献。蔡自兴团队在进化计算领域研究取得的成果就是一个很好的例证。

蔡自兴团队提出的一些进化计算算法处于国际领先水平,引起国际进化计算学界的广泛重视,已成为相关算法比较的基准,不仅对算法设计观点颇有指导价值,而且已成功地应用于国内外30多个领域,并得到国际高级检索机构的顶级检录,已对国际计算智能研究产生重要影响。例如,他们提出的一种单目标差分进化算法CoDE,已成为美国加州大学伯克利分校Rickard O C 和Sitar N 设计的商业软件bSLOP 的核心技术;该软件已在苹果官方网站上售出。Sahalos J N、Yao X 和Najy W K A 分别把CoDE 算法成功地直接应用于移动通信系统设计、产品缺陷预测软件和电网保护协调。很少有同类算法能够引起国际上如此密切关注和获得这么多的优化问题的成功应用。此外,他们提出的一种被国际上广泛引用和应用的算法,被称为“蔡王算法”(CW Algorithm),获得好评。

近10多年来,计算智能“中国海外军团”异军突起,成绩斐然。在计算智能与进化算法研究领域,Yao X(姚Jin Y C(金耀初)等的研究成果获得国际同行公认,成为进化计算领域的国际学术领军人物,并为中国的计算智能与进化计算研究起到促进作用。

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