【科普】吴飞教授：《走进人工智能》---第1讲 万物虽皆数，万物皆可算？

由高等教育出版社、高等教育电子音像出版社出品，浙江大学上海高等研究院联合上海人工智能实验室智能教育中心共同打造了原创人工智能前沿科普有声通识数字栏目——《走进人工智能》，主理人为浙江大学上海高等研究院常务副院长，浙江大学人工智能研究所所长、中国图象图形学学会理事、动画与数字娱乐专业委员会副主任 吴飞教授 ，本栏目已在喜马拉雅平台正式上线。

本期内容为《走进人工智能》：第1讲 万物虽皆数，万物皆可算？

《走进人工智能》

第1讲

从机器人偶到图灵机模型：迈向自动计算时代

万物虽皆数，万物皆可算？

现在，我们从机器人偶的故事回归到人工智能。人工智能是以机器为载体，对数字化的信息进行处理后所实现的人类智能或生物智能。古希腊哲学家毕达哥拉斯（Pythagoras）及其信徒组成的学派认为“万物皆数”，也就是说事物的性质是由某种数量关系决定的，万物按照一定的数量比例而构成和谐的秩序。

“工欲善其事，必先利其器”，那么目前实现智能算法的计算之器、也就是现在被广泛用来对数据进行分析处理的计算机从何而来呢? 任何事物的产生都需要有理论基础，人类从手工计算到自动计算经历了漫长的年代，是可计算思想的蓬勃发展直接推动了现代计算机的产生。

什么是可计算思想呢？20世纪初，人们发现有许多问题无法找到解决的方法和答案，比如费马猜想中的方程后来就被证明是无解的。于是当时一些学者开始猜测，是否对于这些问题来说根本就不存在算法，也就是说这些问题是不可计算的。为了研究可计算和不可计算等问题，可计算性思想得以提出。

为了研究可计算思想，必须要有计算的工具，也就是计算之器。20世纪30年代，科学家们分别设计了一些计算武器，包括哥德尔（Kurt Friedrich Gödel）从数学角度提出的原始递归函数、阿隆佐·邱奇（Alonzo Church）从数理逻辑角度提出的λ-演算(λ-calculus)

而真正推动人类第一台计算机诞生的是1937年由图灵（Alan Turing）从机械角度、在发表于《论数字计算在决断难题中的应用》一文中提出的图灵机模型。在图灵机模型中，我们事先将已经写好的程序存入程序控制器，一旦图灵机从两端无限长的纸带上读入数据或任务指令，就可以“按部就班”地触发预设程序，直至图灵机停机，完成可计算的任务。由于图灵机从机械角度来完成计算任务，图灵机成为人类历史上诞生的第一台计算机的理论模型。任何一个任务，如果它是可计算的，它就一定能被图灵机所完成；反过来，如果一个任务不能被图灵机完成，或者图灵停机，那么这个任务就是不可计算的。

图灵机模型推动了计算机的诞生，使得人类从手工计算时代迈入自动计算时代，成为人工智能的“机器载体”。由于这一伟大贡献，图灵被誉为理论计算机之父，计算机界的最高奖就是用他的名字命名的，图灵奖相当于计算机界的诺贝尔奖。2021年6月，英国启用了新的50英镑纸币，在纸币上使用了图灵的肖像，并且印上1949年6月11日图灵在接受《泰晤士报》采访时曾说过的一句话：这不过是将来之事的前奏，也是将来之事的影子。

当今社会计算无所不在，似乎万物皆可算、一算解千愁。我们需要理解，完成所有计算的物理载体都由图灵机模型所定义。在这一语境下，人脸识别、账单支付等程序事先被写好，存入计算机，等待被稍后就绪的数据触发或事件触发，完成计算任务。但是，一旦图灵机在执行某一任务时无法停机，则表明这一任务不可计算。

1965年诺贝尔物理学奖获得者费曼（Richard Feynman）曾经说过，“不可造者, 未能知也”（What I cannotcreate, I do not understand），透过今天计算机外在之形了解其计算之内禀，更能感叹计算之伟大、计算之局限！

产品名称：走进人工智能∣有声通识十五讲

主理人：吴飞

出品机构：高等教育出版社 、高等教育电子音像出版社

合作机构：浙江大学上海高等研究院、上海人工智能实验室智能教育中心

出品时间：2022年1月

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