李航：人工智能的未来 ——记忆、知识、语言

本文作者李航，首发于《中国计算机学会通信》2018 年第 3 期

从一个悲剧故事谈起

黛博拉(Deborah)轻轻地推开房门，探头往里看。克莱夫(Clive)发现进来的是妻子，脸上露出无限的喜悦。他直奔门前，高喊「太好了」，并张开双臂紧紧地抱住黛博拉。克莱夫一边和黛博拉亲吻，一边说「你来了，真让我吃惊」。接着两人又开始拥抱，好像分别已久。坐下来后，黛博拉用温柔的眼光看着克莱夫说「其实我今天早上也来过」，克莱夫摇摇头反驳道「不可能，这是我今天第一次见到你。」这样的场景每天都在黛博拉和克莱夫之间重复上演。

克莱夫·韦尔林(Clive Wearing)是英国的一位音乐家¹ 。他四十多岁的时候突然患上了病毒性脑炎，这是一种死亡率很高的疾病。幸运的是他活了下来，不幸的是疾病给他留下了失忆症(amnesia)。过去发生的很多事情已不能记起，但他还认识妻子，却不认识女儿。更严重的是他对当前发生的事情不能记忆到脑子里，几分钟后就会完全忘记。他的行动没有任何问题，语言和思维似乎也正常，可以饮食、行走、说话、写字，甚至弹琴、唱歌，看上去和正常人一样。但他就是长期记忆(long term memory)出了问题。他感受到的世界和大家是一样的，但转过头去，刚发生的一切就会从脑海中消失，他所拥有的只是「瞬间到瞬间的意识」，没有过去可以联系，也没有未来可以展望。

克莱夫·韦尔林用自己不幸的经历为我们揭示了长期记忆对我们的智能，乃至我们的人生的重要意义。

记忆与智能

人脑的记忆模型如图 1 所示，由中央处理器、寄存器、短期记忆和长期记忆组成。视觉、听觉等传感器从外界得到输入，存放到寄存器中，在寄存器停留 1~5 秒。如果人的注意力关注这些内容，就会将它们转移到短期记忆，在短期记忆停留 30 秒左右。如果人有意将这些内容记住，就会将它们转移到长期记忆，半永久地留存在长期记忆里。人们需要这些内容的时候，就从长期记忆中进行检索，并将它们转移到短期记忆，进行处理[1]。

图 1 人脑记忆模型

长期记忆的内容既有信息，也有知识。简单地说，信息表示的是世界的事实，知识表示的是人们对世界的理解，两者之间并不一定有明确的界线。人在长期记忆里存储信息和知识时，新的内容和已有的内容联系到一起，规模不断增大，这就是长期记忆的特点。

大脑中，负责向长期记忆读写的是边缘系统中的海马体(hippocampus)。克莱夫·韦尔林患失忆症，是因为海马体受到了损伤。长期记忆实际上存在于大脑皮层(cerebral cortex)。在大脑皮层，记忆意味着改变脑细胞之间的链接，构建新的链路，形成新的网络模式。

我们可以认为，现在的人工智能系统是没有长期记忆的。无论是阿尔法狗，还是自动驾驶汽车，都是重复使用已经学习好的模型或者已经被人工定义好的模型，不具备不断获取信息和知识，并把新的信息与知识加入到系统中的机制。假设人工智能系统也有意识的话，那么其所感受到的世界和克莱夫·韦尔林是一样的，那就是，只有瞬间到瞬间的意识。

那么，意识是什么？这是当今科学的最大疑团之一，众说纷纭，莫衷一是。日裔美国物理学家加莱道雄 (Michio Kaku)给出了他的定义。如果一个系统与外部环境（包括生物、非生物、空间、时间）互动过程中，其内部状态随着环境的变化而变化，那么这个系统就拥有「意识」[2]。按照这个定义，温度计、花儿是有意识的系统，人工智能系统也是有意识的。拥有意识的当前的人工系智能系统缺少的是长期记忆。

具有长期记忆将使人工智能系统演进到一个更高的阶段。这应该是人工智能今后发展的方向。

智能问答系统

未来人工智能技术不断发展，预计将会出现智能性的问答系统，系统包括语言处理模块、短期记忆、长期记忆、中央处理模块（如图 2 所示）。有大量的结构化的、非结构化的信息和知识作为输入，也有大量的问答语对作为训练数据。系统能够自动获取信息与知识，掌握语言理解与生成能力，将信息和知识处理存储到长期记忆，理解用户用自然语言提的问题，利用记忆的信息与知识给出正确的答案。

图 2 智能问答系统

在某种意义上，现在已经存在这种系统的原型，例如，互联网搜索引擎就可以看作是其简化版。但是要真正构建人类的智能信息助手，还有许多难关要攻克，有许多课题要解决。

知识问答的本质问题是：(1)语义分析，即将输入的自然语言的表示映射到内部的语义表示；(2)知识表示，即将输入的信息知识转换为内部的语义表示。最大的挑战来自语言的多义性和多样性，以及知识的模糊性。

语言具有多义性(ambiguity)，也就是说一个表达可以表示不同的意思。下面是语言学家查尔斯·菲尔默(Charles Fillmore)给出的例子。英语单词 climb，其基本语义是四肢用力沿着一条轨迹向上移动，表示「向上爬」的意思。所以如果用 climb 造句，大家一般会给出这样的句子「The boy climbed the tree」（男孩爬上了树）。但是 climb 一词的语义会向不同方向扩展，可以说「Prices are climbing day by day」（物价每日飙升），这里 climb 就没有了四肢用力移动的意思。也可以说「He climbed out of a sleeping bag」（他从睡袋中爬出），这里 climb 就没有了向上移动的意思。语言的词汇都具有如下性质：有一个核心的语义，对应一些典型说法，可以由一些特征表示。但部分特征可以缺失，形成新的语义，产生新的说法。语言中，除了词汇的多义性，还有句法的多义性。

同时语言也具有多样性(variability)，也就是说多个表达可以表示同一个意思。比如，「地球和太阳的距离」，「地球离太阳有多远？」，「太阳和地球相隔有多少公里？」等，都是同义表达。

（编辑：广州站长网）

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