书名：写给青少年的人工智能:起源
ISBN：978-7-115-56183-1
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著 核桃编程
责任编辑 吴晋瑜
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
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这是一本写给青少年看的人工智能科普图书，目的是启蒙科学素养，开阔科学视野，培养科学思维，锻炼动手能力，让小读者们了解人工智能的过去、现在和未来，从而更好地融入人工智能时代。通过阅读本书，小读者们不仅会了解到“存在这样那样的人工智能”，还会一睹很多人工智能发展的过程和细节：科学家如何提出问题并想到绝妙的点子，技术如何从第一代逐渐演变到第N代，等等。所有这些都旨在激发孩子们的好奇心，帮助他们体会科学研究应具备的精神。
本书用了大量的形象比喻，用贴近生活的案例作类比，把书中的抽象概念和难点以诙谐幽默的手绘插画形式诠释出来，力求让小读者们喜欢读、读得懂。
本书从“什么是人工智能”讲起，沿着人类使用工具的历史，讲述了人类智能与人工智能的关系，原始工具到智能机器的演进，人工智能从史前时代发展到工业4.0时代过程中的重要事件、科学家及其发明创造的故事，堪称人工智能的“历史博物馆”。
内容总策划：曾鹏轩 王宇航
执 行 主 编：庄 淼 丁倩玮 陈佳红 杨 威 孔熹峻
插 画 师：闫佩瑶 林方彪 黄昱鑫 王晶宇
小读者们，大家好！我是“核桃编程”的宇航老师。提到“人工智能”（AI），你会想到什么呢？是能听懂你说话的智能音箱语音助手，还是能打败围棋世界冠军的AlphaGo？是无人驾驶汽车，还是科幻电影里的超能机器人？相信你一定会浮想联翩，因为人工智能已经渗入我们生活、学习中的方方面面。
你一定很疑惑：这些各不相同的东西，为什么都叫作“人工智能”？本书—《写给青少年的人工智能 起源》会告诉你答案。本书从“什么是人工智能”讲起，沿着人类使用工具的历史，带你回顾人类有史以来的原始工具以及人工智能的开端—达特茅斯会议，并介绍近几十年来人工智能领域重要的发明创造。
那么，科学家们又是怎样研究出这些人工智能产品的呢？《写给青少年的人工智能 发展》一书会让你仿佛“进入”科学家的大脑，沿着他们研究问题的思路，去亲身经历人工智能发展的过程，并最终了解常用的几种研究人工智能的思路：让机器学会推理，让机器掌握知识，让机器学会预测，让机器学会学习，等等。读完这本书，你一定有一种恍然大悟的感觉：哇，原来科学家是这样想的啊！
经过几十年的努力，科学家们“八仙过海，各显神通”，研究出了各种各样的人工智能产品，将人工智能技术应用到了生活、娱乐、商业、科研、医疗、农业等领域。《写给青少年的人工智能 应用》一书会选取人工智能在各行各业典型而有趣的应用，让你了解现在的人工智能到底“智能”到了什么程度、“智能”体现在哪些方面。
到这里，你已经了解了人工智能的起源、发展和应用，有没有一种跃跃欲试想要参与其中的想法呢？别急，《写给青少年的人工智能 实践》一书会带你动手试一试，引导你尝试开发一些属于自己的人工智能程序，让你从实践中体会其中的奥妙。
最后，还要告诉你一件好玩儿的事。为了让小读者们读得懂、喜欢读，我们把人工智能科学中不好理解的名词和概念，尽可能地用形象的比喻或者贴近生活的类比加以解释，把抽象的知识点用风趣幽默的手绘插画加以诠释。插画中的这些角色可都是“核桃世界”的动漫明星噢，快去和他们打个招呼吧！
小读者们，希望你们能喜欢这套书，快翻开它，开启你的人工智能启蒙之旅吧！
核桃编程联合创始人 王宇航
桃子：我可以拥有像电影《超能陆战队》里面的大白那样的机器人朋友吗？
禾木：如果外星智慧生物入侵地球，人工智能会帮助人类渡过难关吗？
桃子：人工智能可以帮助人类战胜疾病，实现长生不老的梦想吗？
禾木：如果人工智能变得和人类一样聪明，那么机器人中也会出现像爱因斯坦一样的大科学家吗？
小核桃：
这些问题都和人工智能有关系，只是目前还没有确切的答案。电影《超能陆战队》里的大白是一个私人健康顾问，也是一个智能机器人。无论主人让大白做什么，只要能让主人开心起来，他就会去做，但是始终不会违反一条原则—不能伤害人类。大白之所以这么“暖”，是因为人工智能的本质就是很“暖”的，它可以帮助人们解决问题，让生活、学习、工作变得更容易。
科学家们已经在研究可穿戴的和可植入的人工智能设备。在未来，你可以购买可穿戴的机器人套装，让自己变得更强大。如果哪天碰上了外星智慧生物，你也丝毫不逊色于它们！人类自己演变成一种新的智慧形态，也不是完全没有可能噢！
众所周知，人类的很多疾病是由单个基因突变导致的，新型的基因疗法有望彻底治愈这些疾病，而人工智能可以帮助我们更快、更精准地理解特定基因的作用，从而快速找到治疗方法，大大延长人类的寿命。也许有一天， 100岁的人只能算作“中年人”了。
再如，为了降低医护人员被感染的风险，有些医疗中心会使用机器人进行辅助治疗。机器人配有摄像头、麦克风和电子听诊器。医生在隔离病房外操控机器人，通过摄像头观察患者的病情和医疗设备的数据，通过电子听诊器监测患者的心跳和呼吸频率；当然，患者也可以通过麦克风和医生交流。
说到底，人工智能是用机器来模拟人的智能。要想了解人工智能，就得先了解人类智能。那么，什么是人类智能？人类智能又是从哪里来的呢？
早在46亿年前，地球刚刚形成，由于不断受到来自太空的彗星和陨石的撞击，地球表面的温度高达几千摄氏度，和现在太阳表面的温度差不多。地球大约用了1亿年的时间，才把它的表面温度降到适合生命体存活的度数。在远古时期，地球上没有什么生命体，可不像今天这样生机勃勃。后来，海洋中出现了核糖核酸（英文缩写为RNA）和蛋白质——它们组成了病毒这种最原始的生命体形态。病毒通常非常小，用电子显微镜放大几十万倍才看得到。病毒是由RNA和蛋白质外壳构成的，传染性很强的SARS病毒和新型冠状病毒就是这样的，如图1-1所示。再后来，脱氧核糖核酸（英文缩写为DNA）出现了。RNA的形状是单一链条，是单螺旋结构；而DNA的形状却是双链条，也就是经典的双螺旋结构,如图1-2所示。生命体的遗传信息都记录在DNA中，比如，你之所以和你的爸爸妈妈长得很像，那是因为你的DNA和你的爸爸妈妈的DNA有相似之处。
图1-1 由RNA和蛋白质外壳构成的病毒
图1-2 RNA和DNA的形状对比
DNA与RNA和蛋白质共同组合，形成了地球初期的生命体。地球早期的生命体都生活在海洋中，这样可以避开陆地上的恶劣环境，比如强烈的紫外线照射。这些原始的生命形态后来进化成了像蓝藻那样的单细胞生物。藻类可以进行光合作用，释放大量氧气。在紫外线的照射下，地球上逐渐形成了臭氧层，大大减轻了紫外线对生物的危害。于是，水生生物终于有机会到陆地上生活了。这个时候，生命体还没有进化出神经细胞，更别提什么大脑了。
在地球生命体几十亿年的进化史中，有几件事特别重要，其中一件就是单细胞生物进化为多细胞生物。生命体内的细胞不再是孤军奋战，而是多个细胞互相分工合作。比如，有的细胞负责感知光线，有的细胞负责消化食物，有的细胞负责警戒危险。人就是一种多细胞生物，人类的大脑由超过1000亿个细胞构成。
有了多细胞生物，三叶虫这样的节肢动物才出现了。如今我们常吃的虾和螃蟹都是与三叶虫类似的节肢动物。功能相同的神经细胞集合成一种结节状结构，这就是神经节。又经过很长时间的进化，生命体背部的神经节逐渐形成了脊髓。人类后背上的脊椎里就包裹着脊髓。慢慢地，脊髓的顶端进化出了由几亿个神经细胞（也叫神经元）组成的大脑。至此，生命体进化出了脊椎动物，而且有了大脑。脊椎动物大致按照“鱼类→两栖动物→爬行动物→鸟类→哺乳动物”这样的顺序出现，而人类也是一种哺乳动物。生命体进化史如图1-3所示。
生命体在进化，其大脑也在不断进化。尤其是人类出现以后，大脑的记忆功能变得越来越强。人类在与周围环境的接触过程中，不断接受来自周围的各种感官刺激，使其大脑的各种功能（如观察能力、语言能力、推理能力）不断增强，因此脑容量也变得越来越大。不同生物大脑皮层神经元数量如图1-4所示。进化后的大脑反过来又使人类与周围环境更好地接触和互动，使人类能更好地适应环境，生存下来，并由此产生新的刺激，不断促使大脑进化。最后，大脑中由大量神经元组成的复杂网络互相交织在一起，才具备了产生高级智能的条件。
图1-3 生命体进化史
图1-4 不同生物大脑皮层神经元数量
“给我一个支点，我就能撬起整个地球！”这是古希腊科学家阿基米德的一句名言，是对杠杆原理的生动描述。那你知道我国古代的秤和桔槔（一种原始的提水工具）吗？它们也是杠杆原理的应用。在漫长的历史进程中，人类逐渐意识到使用一些工具就可以撬起很重的东西，于是总结出了杠杆原理，并且用它解决了很多需要花大力气才能完成的任务。比如，我们用很小的力气压低买菜小车的手柄，就可以抬起车内很重的菜；再如，我们只要抬高开瓶器的手柄然后把它压下来，就可以轻松撬开瓶盖儿,如图1-5所示。这些都是人类使用杠杆原理解决问题的例子。简单来说，人类智能就是人类运用自己在生活中获得的经验和知识，通过学习和探索等方式，获取新知识（比如杠杆原理）并解决问题的能力和本领。
图１-5 利用杠杆原理轻松省力地抬起买菜小车里的菜和用开瓶器撬开瓶盖
人类智能有很多种表现形式，除了前文提到的运用工具，还包括学习语言文字、进行数学运算、逻辑分析、创作音乐、认识自我、与人合作、感知空间，等等。现实中，一些人造的工具（既可能是机器，也可能是一个软件）可以模仿人类的一些智能活动，能让人类更快、更省力地做事，甚至代替人类做事，这样的工具就是人工智能,如图1-6所示。
图１-6 人工智能可以模仿人类的一些智能活动
这里，我们并不要求机器必须按照与人脑相同的工作方式来模仿人类的一些智能活动，只要机器最后表现得像人类那样有智能就可以！比如，以前我们用扫把扫地，现在可以用扫地机器人。只需设置好清洁模式，它就能规划行进路线，自动打扫，用最短的时间把地面打扫干净，如图1-7所示。如果电量不足了，它还能自己“跑”到充电器附近去充电。再如，智能电视机可以根据你平时看过的动画片自动推荐相似的动画片，满足你的个性化需求，省去你筛选动画片的时间。还有，智能洗衣机可以根据你“告诉”它所要清洗的衣物类型（比如毛衣、衬衣、羽绒服等），自动根据选择相应的洗衣模式，如图1-8所示。智能洗衣机甚至能自动对衣物进行称重，然后根据衣物的重量智能地投放合适剂量的洗衣液。这些电子设备都有一定的智能，而且它们又都是人造的，自然就叫“人工智能”啦！
图1-7 扫地机器人可以自动规划行进路线
图１-8 智能洗衣机自动选择洗衣模式
其实，人工智能并不是什么神奇的东西，它在我们的日常生活中随处可见，比如美颜相机、智能录音笔，等等。智能机器看上去很神奇，实际上拆开来看，它无非就是一堆电子元器件和机械零件。智能机器能走路是因为有轮子或者履带，智能机器能看到周围的情境是因为有摄像头和测距仪，智能机器能识别人的语音指令是因为有算法和编写好的程序，智能机器能感受到不同的材质、温度、重量是因为有各种传感器，如图1-9所示。人工智能就是由这些东西组成的吗？没错！这也体现出人工智能的特点：它既可能是实体的，也可能是电子的、没有外壳，只是一段程序，看不见、摸不着。通常，人们看不到人工智能里面的结构，想不通背后的原理，自然就觉得神奇。为什么没人觉得电灯很神奇呢？因为大家懂发光原理，电灯的内部结构也很简单，而且对于这种电学、物理学的知识，人类一百多年前就掌握了，自然不会觉得有什么神奇之处。比如，灯泡坏了，你可能知道哪里坏了、能不能修。但是下围棋的人工智能AlphaGo到底是怎样学习棋谱、怎样提高对弈水平的，大多数人并不知道。因为你还不了解机器是如何学习的，所以就觉得人工智能很神奇。开发出AlphaGo的科学家们自然不认为这有多神奇，因为他们掌握了机器学习的知识，亲自设计了人工智能程序，所以他们明白这台机器为什么可以战胜人类世界冠军。
图1-9 由各种电子元器件和程序组成的智能机器
不要一提到人工智能就只想到机器人。机器人只是人工智能的一种，人工智能有时候以人的样子呈现，有时候则不是，它甚至可能是一个软件或者一段程序。比如之前提到的智能电视机和智能洗衣机，虽然不是人的样子，但它们也是人工智能。再如，苹果手机的智能语音助手Siri，其背后的大量数据和语音识别算法也是人工智能，如图1-10所示。这些程序处理数据和运行程序的速度极快，让你觉得它好像具备了人的智能。Siri使用人类说话的声音，只是为了方便人类用最自然的方式（说话）与Siri交流—这是人工智能拟人化的体现，Siri本身并没有机器人身体。
图1-10 人工智能也可能只是一个软件或者一段程序
人类智能：人类运用自己在生活中获得的经验和知识，通过学习和探索等方式，获取新知识并解决问题的能力和本领。
通常，我们按照人工智能的能力把它分为弱人工智能和强人工智能两大类。弱人工智能只擅长处理某个方面的任务。比如，IBM公司发明的人工智能“深蓝”擅长下国际象棋，可你要问它怎么从北京图书馆到故宫，它可能就不知道怎么回答了。目前，人类发明的人工智能都属于弱人工智能的范畴，它们在我们的生活中无处不在。另一类叫作强人工智能，也就是与人类智能水平相当甚至强于人类智能的人工智能，用一句话描述就是，人类能做的一些事情它能做，人类不能做的一些事情它也能做，如图1-11所示。可惜，创造强人工智能比创造弱人工智能要难得多，现在科学家还无法创造强人工智能。我们期待着未来有一天能实现强人工智能，进入一个完全不一样的世界。
人工智能：一种人造的工具（既可能是机器，也可能是一段程序），可以模仿人类的一些智能活动，能帮助人类更快、更省力地做事，甚至代替人类做事。
弱人工智能：只擅长处理某个方面的任务的人工智能。
图1-11 跟人类智能水平相当的强人工智能
强人工智能：与人类智能水平相当的人工智能。人类能做的事情它都能做，人类不能做的一些事情它也能做。
