人工智能三大主要學派:符號主義、連接主義、行為主義

人工智能的發展,在不同的時間階段經歷了不同的流派

,並且相互之間盛衰有別。目前人工智能的主要學派有下列三家:

  1. 符號主義(symbolicism),又稱為邏輯主義、心理學派或計算機學派,其原理主要為物理符號系統,即符號操作系統,假設和有限合理性原理。
  2. 連接主義(connectionism),又稱為仿生學派或生理學派,其主要原理為神經網絡及神經網絡間的連接機制與學習算法
  3. 行為主義(actionism),又稱為進化主義或控制論學派,其原理為控制論及感知-動作型控制系統。

會發現三者的根源依據存在著較大的差異性,也為後世的學派發展產生了較為深遠的影響。

符號主義(優秀的老式人工智能)

認為人工智能源於數理邏輯,主張用

公理和邏輯體系搭建一套人工智能系統。代表的有支持向量機(SVM),長短期記憶(LSTM)算法。

數理邏輯從19世紀末起得以迅速發展,到20世紀30年代開始用於描述智能行為。計算機出現後,又在計算機上實現了邏輯演繹系統。其有代表性的成果為啟發式程序LT邏輯理論家,它證明了38條數學定理,表明了可以應用計算機研究人的思維過程,模擬人類智能活動。

正是這些符號主義者,早在1956年首先採用“人工智能”這個術語。後來又發展了啟發式算法 > 專家系統 > 知識工程理論與技術,並在20世紀80年代取得很大發展。

符號主義曾長期一枝獨秀,為人工智能的發展作出重要貢獻,尤其是專家系統的成功開發與應用,為人工智能走向工程應用和實現理論聯繫實際具有特別重要的意義。在人工智能的其他學派出現之後,符號主義仍然是人工智能的主流派別。

人工智能三大主要學派:符號主義、連接主義、行為主義

優點:越來越多的人認識到,高風險決策領域對人工智能系統有需求,因此這些系統的行為要有可驗證性與可解釋性,而這恰恰是符號主義AI的優勢,聯結主義算法的短板。

不足:雖然符號主義AI技術可以處理部分不可觀察概率模型,但這些技術並不適用於有噪輸入信號,也不適用於無法精確建模的場合。在那些可以準確判斷出特定條件下特定動作利弊與否的場合中,它們會更有效。此外,算法系統還要提供適當的機制來實現清晰的規則編碼與規則執行。

符號主義算法會剔除不符合特定模型的備選值,並能對符合所有約束條件的所求值做出驗證,以後者而言,符號主義AI遠比聯結主義AI便捷。因為符號主義AI幾乎或根本不包括算法訓練,所以這個模型是動態的,能根據需要迅速調整

連接主義(壯年最普遍的人工智能)

認為人工智能源於仿生學,神經網絡,特別是對人腦模型的研究,主張模仿人類的神經元,用神經網絡的連接機制實現人工智能。

人工智能三大主要學派:符號主義、連接主義、行為主義

它的代表性成果是1943年由生理學家麥卡洛克(McCulloch)和數理邏輯學家皮茨(Pitts)創立的腦模型,即MP模型,開創了用電子裝置模仿人腦結構和功能的新途徑。

它從神經元開始進而研究神經網絡模型和腦模型,開闢了人工智能的又一發展道路。20世紀60~70年代,連接主義,尤其是對以感知機(perceptron)為代表的腦模型的研究出現過熱潮,由於受到當時的理論模型、生物原型和技術條件的限制,腦模型研究在20世紀70年代後期至80年代初期落入低潮。

直到Hopfield教授在1982年和1984年發表兩篇重要論文,提出用硬件模擬神經網絡以後,連接主義才又重新抬頭。1986年,魯梅爾哈特(Rumelhart)等人提出多層網絡中的反向傳播(BP)算法。此後,連接主義勢頭大振,從模型到算法,從理論分析到工程實現,偉神經網絡計算機走向市場打下基礎。

人工智能三大主要學派:符號主義、連接主義、行為主義

現在,對人工神經網絡(ANN)的研究熱情仍然較高,但研究成果沒有像預想的那樣好。

行為主義

行為人工智能源於控制論。控制論思想早在20世紀40~50年代就成為時代思潮的重要部分,影響了早期的人工智能工作者。維納(Wiener)和麥克洛克(McCulloch)等人提出的控制論,和自組織系統以及錢學森等人提出的工程控制論和生物控制論,影響了許多領域。

人工智能三大主要學派:符號主義、連接主義、行為主義

控制論把神經系統的工作原理與信息理論、控制理論、邏輯以及計算機聯繫起來。早期的研究工作重點是模擬人在控制過程中的智能行為和作用,如對自尋優、自適應、自鎮定、自組織和自學習等控制論系統的研究,並進行“控制論動物”的研製。

到20世紀60~70年代,上述這些控制論系統的研究取得一定進展,播下智能控制和智能機器人的種子,並在20世紀80年代誕生了智能控制和智能機器人系統。行為主義是20世紀末才以人工智能新學派的面孔出現的,引起許多人的興趣。

這一學派的代表作者首推布魯克斯(Brooks)的六足行走機器人,它被看作是新一代的“控制論動物”,是一個基於感知-動作模式模擬昆蟲行為的控制系統。

人工智能三大主要學派:符號主義、連接主義、行為主義

總結

三大主義,從不同的側面研究了人的自然智能,與人腦的思維模型有著對應的關係。粗略地劃分,可以認為

  1. 符號主義研究抽象思維;
  2. 連接主義研究形象思維;
  3. 而行為主義研究感知思維。

研究人工智能的三大學派、三條途徑發揮到各個領域,又各有所長。

  1. 符號主義注重數學可解釋性;
  2. 連接主義偏向於仿人腦模型,更加感謝;
  3. 行為主義偏向於應用和模擬。


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