知圈专栏 | AI超越人类，完全可能— 智能的原理（下）

2023-08-27 03:08

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编者按：

在全民皆可成为信息源的今天，科学的推广和触达有了更容易的途径，但碎片化令思考停留于浅表也是不可忽略的负面效应。在知社的读者群里，不乏有常规科研人员之外的严肃思考者和孜孜求索者，感于他们的努力，我们决定增设“知圈专栏”，不定期选发相关文章，与读者共探科学发展与传播之路。首期话题：智能。本文作者为李新宇先生，分上中下三篇发布，本篇为中篇。

摘要：

本文从哲学概念上主观与客观的关系入手，分析世界的随机性本质是产生智能的必要条件，从数学上描述了智能的超集——元选择体，由于元选择体可以由简单单元连接构成，所以智能也可以由简单单元连接构成，在此基础上提出智能的两个重要本质特征：压缩输入输出状态和必然消耗能量。根据对智能原理的归纳，本文的结论是：机器智能达到和超越人类不存在原理上的障碍，需要得到充分的重视。

关键词：智能，人工智能，主观，客观，智能原理

图片来源：geralt

1.9 输入状态和输出状态的组合爆炸

前面我们提到对于任意复杂的元选择体，都可以用最简单的元选择单元连接构成，只需要根据等效原理，将输入进行有限量化，最后将输入转化成单热点的状态输入即可。

读者会很快的注意到，这仅仅是理论上的成立，如果真正将输入和输出状态数进行展开，实际中是不可能的，因为将输入转换为单热点状态数是一个和输入维度增长指数相关的量。

以中国围棋举例，中国围棋有19横19竖共计361个点位，每个点位有黑子、白子、空三种状态，那么整个棋盘共有3361种棋局状态，其中包括不可能成立的无效棋局状态，对于每种棋局状态，每一步下棋应对的输出状态最多有361种。

从理论上说，针对每一个输入状态，都有一定的概率分布在361种落子选择中选择一种进行输出。可以构造有3361个输入状态和361个输出状态棋的元选择体。由于对于每个输入状态，其输出状态概率分布的不同，可以构建若干个这样的元选择体，其中能够正确的下围棋的优秀的元选择体，会被认为具有下围棋的“智能”。在下棋的竞争中越强的元选择体，其下棋“智能”越高。

如果换一个说法，就是穷举法，对于每一个输入状态，都有对应的输出，如果输出是”合适的”或“恰当的”，那么这套映射体系就是“智能”。

然而，仅仅是围棋的总输入状态个数就高达3的361次方个，在这个基础上能构造的不同元选择体更是远远多于这个数字，元选择体谁来构造，构造出具有“智能”的元选择体更是其中的万亿亿亿亿亿亿亿亿亿分之一，尽管我用了这么多个亿字，但如果真的从数学上描述，这么多个亿仍然是远远不够的。如果不是神，谁能创造这个奇迹？真的存在智能构造的科学方法吗？

1.10 神奇的复制，变异与淘汰

抽象地来看，不管是单细胞生物，多细胞生物，动物，植物，乃至于人类的企业、部门乃至国家都可以在数学上抽象为元选择体。因此智能的构造和发展完全可以和生命以及社会相类比。

但是面对元选择体输入输出状态数组合的指数增长，以及近乎无穷尽的元选择体构造方式，怎样才能让元选择体被构造，脱颖而出形成”智能”体。这样万万亿亿分之一的只能归功于“奇迹”或“神迹”吗？

如果把构成一个人所需要的各种原子材料都备齐，用数学里排列组合的方法将任意的进行原子组合，形成一个个的物理个体，那么其中某一个个体是人的比例无限趋近于零。但是自然界仍然产生了人这样复杂精妙的物种，这是“奇迹”或“神迹”吗？

目前科学界基本确认生物是由简单到复杂逐步演化出来的，这就启发我们智能也存在从简单到复杂的演化路径，只要我们找对方法。

数学上能够对抗指数增长的只有指数增长，生命体有一个指数增长的特性，就是对自己的复制，或者称为繁衍。正是这个特性，让生命从简单到复杂的演化成为可能。

让我们从生命的起源开始，看看生命是怎样从无到有，从简单到复杂的过程。

生命从无到有的过程，生物学的科学家们推演了多种假设，主要分为两大类，一类是来自外星，一类是从地球自然产生。

想象一个环境系统中充满了合适的原子，分子，离子，系统内还有一个适当的能源提供者。其中的原子、分子在能源的激励下能不断分化、组合，构成各种物理结构体。也许在某一时刻，也许只是一个偶然，当某一些物理结构开始能够在系统环境中不断保持并复制自己，演化就可能开始了。

复制、变异与自然选择决定了生物的不断演化，从简单到复杂，从低级到高级。每个生物在数学上都可以抽象为我们前面定义的元选择体，而抽象的智能体是属于元选择体的，因此生物的发展完全可以作为智能发展的借鉴。

生命演化的几个要素：复制、变异、竞争、环境选择淘汰。

前面我们讨论了智能的基本性质之一，即智能必然消耗能量，之所以强调这个看似简单的性质，就是因为它是智能体从众多元选择体中脱颖而出的关键因素之一，是智能不断向前发展的动力。

构成智能的元选择体可以由元选择体基本单元构成，既然智能消耗能量，那么物理上元选择体，只有能更好的获得能量和复制自己的元选择体才能被保留，并向前发展成智能体。

1.11 智能原理

理论上智能可以通过简单的单元构造出来。然而，仅仅是理论上的成立，实际上用单热点表达输入输出的话，输入输出状态数都是指数级的增长，如果真的用基本元选择单元构造，那么全宇宙的物质加起来也不够搭建所需的元选择体，实际中构成智能的必须是高度简化和优化的元选择体。

下面的问题是：谁来构造它，如何构造，计算机程序和AI可以由人来设计，人的智能谁来设计，神吗？

自然界已经用相对简单的脑神经元构建出了人类的大脑，人类也通过或与非三个逻辑门构建出了具有初步智能的电脑。

那么智能的原理究竟是什么？

2003年，归纳加上大胆的假设，我提出了一个智能原理假说：

“智能是随机产生，环境选择的结果，智能的目标是获得负熵，让智能体抵抗熵增和复制自己。”

不管智能体的表现有多么复杂，智能发展的原理就是这么简单的一句话，智能是环境从元选择体中筛选出来的。

这句话与达尔文的演化论惊人的相似，这不奇怪，我认为生命、智能乃至社会，都是同一个客观规律的体现，只是表现的形式不同而已。

正是基于上面的认知，在2003年的论文中，我预测通过神经网络让机器自学习自进化是未来人工智能发展的方向，机器学习这些年的发展则印证了这个预测。

智能、生命、社会是相似的，它们背后是同一个客观规律，因而彼此之间的发展方法可以对比借鉴，这会有助于找到实现通用机器智能的路径。

从智能的原理可以推出两个重要的结论：

1.只要能构造出元选择体，就可以构造出智能，所以智能并不只是碳基生物才能拥有。

2.机器智能达到和超越人的智能不存在原理上的障碍。

近期ChatGPT的表现可以认为已经通过了图灵测试，马斯克等签署千人联名信，要求立即停止巨型AI实验；从智能原理的角度，人工智能对人类的构成威胁是成立的，需要高度重视。

参考文献：

1. Charles Darwin. On the Origin of Species. 1859.

2. Turing, A.M . Computing machinery and intelligence. Mind, 59, 433-460. 1950.

3. Searle J.R. Minds，brains and programs.The Behavioral and Brain Sciences，3. 1980.

4. 李新宇.一个智能原理的假说及其通用单元模型.中国人工智能学会第十届全国学术年会论文集。2003.P77-82.

5. Bohr, N.：Discussion with Einstein on Epistemological Problems in Atomic Physics . Albert Einstein：Philosopher-Scientist（1949），publ. Cambridge University Press，1949. Neils Bohr’s report of conversations with Einstein and Einstein’s reply.

6. Yaodong Yu, Kwan Ho Ryan Chan, Chong You, Chaobing Song, Yi Ma. Learning Diverse and Discriminative Representations via the Principle of Maximal Coding Rate Reduction.

7. 尼尔森. 人工智能. 机械工业出版社. 郑扣根庄越挺译. 2003-12 p1

*本文系投稿作品，著作权利归原作者所有。本文分上中下三篇连载，本篇为中篇。