機(jī)器人與人工智能的關(guān)系，終于有人講明白了

01 機(jī)器人的人工智能

機(jī)器人是由什么組成的，它與機(jī)器又有什么不同呢？這個問題的答案在過去80年間已經(jīng)發(fā)生了變化。類人自動機(jī)，如Rossum's Universal Robots和The Metropolis中的那些，就是以人體為模型的，但缺乏平滑的人體特征和肢體方向，也缺少人類情感。

隨著工業(yè)和制造業(yè)的發(fā)展以及生產(chǎn)線和汽車工業(yè)的自動化，機(jī)器人的概念或多或少被局限于從事重復(fù)的“拿和放”作業(yè)的機(jī)械手臂。用于移動和其他比較高級的用途（如導(dǎo)航、簡單行為、社交作用等方面）的機(jī)器人，在Walter的海龜之后才開始有起色。

不同于工業(yè)機(jī)械臂，人工智能機(jī)器人會對本地環(huán)境進(jìn)行導(dǎo)航和探索，具有明顯的智能，很多時候是為了完成特定的任務(wù)或作為特定角色的，如探索機(jī)器人、家用機(jī)器人、搜救機(jī)器人等。

Bekey提出了以下機(jī)器人定義：

……機(jī)器人是一個機(jī)器，在世界上感覺、思考、行動……

這個定義并沒有與給定的任務(wù)相關(guān)聯(lián)，也沒有突出機(jī)器人與環(huán)境的交互。因此以下4類機(jī)器人都被此定義涵蓋了：

1. 從事重復(fù)性工作的機(jī)器人，如工業(yè)級機(jī)器人和機(jī)械手臂；

2. 那些缺少明確指令的機(jī)器人，如火星探測器；

3. 社交機(jī)器人領(lǐng)域的那些有著人類外觀的自動機(jī)或類人機(jī)器人；

4. 通過擴(kuò)展生物技術(shù)制造的未來機(jī)器人，如Android機(jī)器人和半機(jī)器人。

這個定義不局限于普遍接受的機(jī)器人機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)，即通過處理單元將機(jī)械和電子進(jìn)行了融合。然而，工程方向的角度傾向于限制這個定義，即機(jī)器人應(yīng)該有電子、機(jī)械硬件以及處理單元。沒有電子和處理單元的驅(qū)動更多是在自動機(jī)領(lǐng)域，由壓縮彈簧、氣動閥和/或液壓控制，比如Philon設(shè)計(jì)的那些以及日本的Karakuri木偶。

自那之后，機(jī)器人的定義就基于它們參與實(shí)際任務(wù)的能力，沒有外在控制，人們傾向于認(rèn)為機(jī)器人真的在“思考”，因?yàn)樗幚韥碜詡鞲衅鞯臄?shù)據(jù)到處理單元的動作與人類大腦的工作方式很相似。盡管這僅僅是執(zhí)行代碼段，本質(zhì)上并非思考。

機(jī)器人的特定目標(biāo)可以是具體的，如線跟蹤、光線追蹤或撿起空可樂瓶，也可以是朝著預(yù)定的方向邁進(jìn)的一系列雜務(wù)，如軍事機(jī)器人、護(hù)士機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人或者辦公室助理機(jī)器人。

Murphy給出了一個更以人工智能為中心的定義：

一個可以自主運(yùn)作的機(jī)械生物。

這個定義特別提到“生物”，和擬人論一致，也和Toda與Wilson的作品相吻合。不言而喻，它也暗示著自主功能和智能行為有重合之處。

作為本文范圍內(nèi)的有效定義，機(jī)器人是一個自主或者半自主的主體，在人類的直接控制下進(jìn)行工作；或者是部分自主，由人類監(jiān)督并由人類監(jiān)督訓(xùn)練；或者是完全自主。我們會發(fā)現(xiàn)這個定義并不完善，隨著我們朝著基于智能體的機(jī)器人的更新領(lǐng)域前進(jìn)，這個定義將被修正。

艾倫·圖靈在20世紀(jì)30年代末提出了早期的人工智能概念，以及他稱為自動機(jī)的假設(shè)模型，之后被命名為圖靈機(jī)。這是中央處理器的骨架，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)在戰(zhàn)后時代的設(shè)計(jì)。在McCarthy、Minsky、Newell和Simon的開創(chuàng)性努力下，這些早期的概念形成了一門新興學(xué)科。

人工智能可以分為以下7個分支：

1. 知識表示

機(jī)器人如何表示世界？在人類環(huán)境中，對于簡單的工作，比如定位，我們傾向于用地圖或地標(biāo)并依靠之前的知識和經(jīng)驗(yàn)。

機(jī)器人則用激光或聲吶來做這件事，現(xiàn)實(shí)世界里的一張桌子將被轉(zhuǎn)換為一個與傳感器感知強(qiáng)度相對應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)組。如果機(jī)載微處理器不是很強(qiáng)大，這些方法會根據(jù)維度進(jìn)行近似，把物體縮小成各種各樣的立方體、長方體等，就像一個縮小版的世界。

2. 自然語言

語言是獨(dú)一無二的，因?yàn)檫@種句法和語義結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一只存在于人類而不存在于動物身上，語言是我們文化和社會體系的決定性基礎(chǔ)。著名的語言學(xué)家Noam Chomsky認(rèn)為，語言處于兩個突出的認(rèn)知過程的接合處：它是外化的感覺運(yùn)動，是更有目的性和協(xié)商式的概念化心理過程。

讓機(jī)器人理解并回應(yīng)人類的聲音僅僅在設(shè)計(jì)和開發(fā)更復(fù)雜的機(jī)器人當(dāng)中發(fā)揮作用，這些機(jī)器人可以和人類社會緊密互動。自然語言處理庫和聊天機(jī)器人很具發(fā)展前景。基于語音的系統(tǒng)仍然在探索中，蘋果的Siri、微軟的Cortana、谷歌的Google Now都是很具前景的。

3. 學(xué)習(xí)

在編程機(jī)器人時，會帶有很多任務(wù)特定的策略，但是這些并不詳細(xì)，而且為了能有效地運(yùn)行，機(jī)器人必須從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)。流行的學(xué)習(xí)范式有基于案例的方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯以及進(jìn)化方法。幾乎所有最先進(jìn)的機(jī)器人都有一個學(xué)習(xí)模塊。

4. 計(jì)劃和問題解決

制訂計(jì)劃或者算法步驟去完成一個目標(biāo)并解決過程中遇到的問題的能力是AI智能體所固有的，并且通常是它們運(yùn)行表現(xiàn)的一個標(biāo)志。對于簡單的機(jī)器人來說，計(jì)劃大多是運(yùn)動規(guī)劃。然而，更有意思的任務(wù)也需要計(jì)劃，如解決魔方問題、下棋、玩滑塊拼圖、堆積木、制定日常家務(wù)日程表等。

5. 推理

從不完整或不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)集中得出結(jié)論。機(jī)器人經(jīng)常從傳感器得到不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。為了應(yīng)對這種情況，避免系統(tǒng)完全崩潰，機(jī)器人必須依賴推理，確保過程的連續(xù)性。

6.搜索

對于機(jī)器人通常意味著在物理空間中進(jìn)行搜索——搜索一個物體或一個目標(biāo)點(diǎn)，但也可以意味著啟發(fā)式的搜索，機(jī)器人以分析的方式搜索解決方案。

7. 視覺

已經(jīng)成為機(jī)器人的一個主要部分。對人類來說，和其他感官相比，視覺是獨(dú)一無二的，和我們的大部分運(yùn)動動作都相關(guān)，這一點(diǎn)同樣適用于大部分動物世界。因此發(fā)明能夠處理其本地環(huán)境的智能模型的努力必須訴諸視覺。

心理學(xué)家認(rèn)為，視覺影響著我們的內(nèi)心世界，而幾乎我們的每一個行為結(jié)果都會先在內(nèi)心世界中進(jìn)行模擬，然后才在真實(shí)世界中做出行動。

自Gibson和隨后的Marr的早期先驅(qū)研究開始，視覺在人工智能中就占有重要的一席之地。視覺不像其他感官，“看”和“看見”的融合似乎是一個協(xié)商式過程，涉及我們大腦的快速處理。但是最近，動作性模式已經(jīng)將視覺作為一種開發(fā)性感覺運(yùn)動模型。

02 什么是“智能體”

術(shù)語“智能體”可交替地用于機(jī)器人、程序、行為、動畫角色等，并可以表示軟件和硬件實(shí)現(xiàn)。Russell和Norvig將智能體限定為一個抽象實(shí)體，通過傳感器感知環(huán)境，通過效應(yīng)器作用于環(huán)境。移動機(jī)器人研究中“自主智能體”這個術(shù)語非常普遍，自主更多是根據(jù)情境或者根據(jù)行為定義。

松散自主也就意味著不需要其他實(shí)體進(jìn)行輸入，也不需要其他條件保持其運(yùn)行。機(jī)器人能夠在動態(tài)環(huán)境中感知和行動，以實(shí)現(xiàn)給定的和隱含的目標(biāo)，而且它們可以在沒有任何外部干預(yù)的情況下持續(xù)工作很長一段時間。

在Russell和Norvig確認(rèn)了感知和行動之間的聯(lián)系的基礎(chǔ)上，F(xiàn)ranklin和Graesser為自主智能體提出了如下定義：

自主智能體是一個位于環(huán)境中并且是這個環(huán)境的一部分的系統(tǒng)，它能夠感知環(huán)境，并隨著時間的推移對其進(jìn)行作用，以追求自己的目標(biāo)，從而影響其未來的感知。

這里智能體是環(huán)境的一部分，并在交互的基礎(chǔ)上成長，如圖2.1所示。這條思路引出了一個分類，由Luck等人提出，如圖2.2所示。

▲圖2.1 智能體—世界循環(huán)。智能體與世界循環(huán)地交互：智能體作用于世界，世界的改變影響著智能體的感知

▲圖2.2 自主智能體定義，改編自Luck等人

然而，因?yàn)橹黧w是基于環(huán)境的，對智能體和非智能體的嚴(yán)格分類，就算不是重復(fù)的，也是不必要的。每個智能體都位于世界之中，也是這個世界的一部分。它能夠和世界交互，改變這個世界以及自身的認(rèn)知。請注意區(qū)分軟件智能體和程序。

舉例來說，打印一行文字的程序不算是智能體，因?yàn)樗窃趤碜杂脩舻妮斎肷瞎ぷ鞯摹Ｋ鼪]有任何與環(huán)境（在真實(shí)世界中）或其他程序（在軟件世界中）交互的設(shè)備。它的輸出也不會影響之后運(yùn)行的程序，它只運(yùn)行一次就會停止，缺乏時間的連續(xù)性。

電腦游戲里的角色（如Pac Man中的幽靈）就是智能體，因?yàn)樗鼈冇凶约旱母兄⑶矣幸庾R地與世界（Pac Man二維宇宙）交互，玩家的每一個動作都會產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)果，而這些結(jié)果又會激活來自幽靈的動作，從而動態(tài)地改變環(huán)境，并且一旦運(yùn)行，游戲角色就會一直執(zhí)行它們的任務(wù)，直到游戲結(jié)束。

快速瀏覽一下已有的各種各樣的智能體定義是很值得的。最早的定義之一是由著眼于移動智能體技術(shù)的Virdhagriswaran提出的：

術(shù)語智能體用于呈現(xiàn)兩個正交概念。第一個是智能體的自主執(zhí)行能力，第二個是智能體執(zhí)行面向領(lǐng)域的推理的能力。

Russell和Norvig承認(rèn)感知和行動之間的聯(lián)系：

自主智能體是一個位于環(huán)境中并且是這個環(huán)境的一部分的系統(tǒng)，它能夠感知環(huán)境，并隨著時間的推移對其進(jìn)行作用，以追求自己的目標(biāo)，從而影響其未來的感知。

Maes從機(jī)器人學(xué)家的角度，增加了智能體對一組目標(biāo)的內(nèi)在追求：

自主智能體是存在于一些復(fù)雜動態(tài)環(huán)境中的計(jì)算系統(tǒng)，在環(huán)境中自主感知和行動，由此實(shí)現(xiàn)為它們設(shè)計(jì)的一組目標(biāo)或者任務(wù)。

Hayes-Roth的定義將智能體交互看作是感知、行動和推理的重疊：

智能化智能體持續(xù)地執(zhí)行3個功能：環(huán)境中的動態(tài)條件感知，行動以影響環(huán)境中的條件，以及推理以解釋感知、解決問題、進(jìn)行推斷和決定行動。

這些定義還可以進(jìn)一步擴(kuò)展，即：

1. 如大部分移動機(jī)器人那樣，作為認(rèn)知智能體，有從世界感知信息的能力；

2. 與大量智能體協(xié)調(diào)一致工作，形成集體動力，就像在機(jī)器人組和群體機(jī)器人中那樣；

3. 表現(xiàn)出很強(qiáng)的自主性、意向行為以及對定義道德行為能力（人工道德主體，Artificial Moral Agent，AMA）的責(zé)任的關(guān)注；

4. 能夠構(gòu)建兩個或兩個以上事件的因果關(guān)系以及表現(xiàn)意識相似性的能力，這些都會引出有意識的主體。

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