再先進的AI也不能解決所有問題

????????警用裝備網(wǎng)訊：?受到人工智能技術的賦能，今天的計算機可以與人進行令人信服的對話(感謝ChatGPT)，創(chuàng)作歌曲、畫畫、下棋和圍棋，診斷疾病，等等，這只是它們技術能力的幾個例子。

　　這些成功可能會讓人認為計算沒有限制。要看是否如此，重要的是要理解是什么使計算機變得強大。

　　計算機的強大有兩個方面：其硬件每秒可以執(zhí)行的操作數(shù)和它運行的算法的效率。硬件速度受到物理定律的限制。算法(基本上是一組指令)由人類編寫，并轉(zhuǎn)換成計算機硬件可以執(zhí)行的操作序列。即使計算機的速度可以達到物理極限，由于算法的限制，仍然存在計算障礙。

　　這些障礙包括計算機無法解決的問題和理論上可解決但實際上超出了今天最強大版本計算機能力范圍的問題。數(shù)學家和計算機科學家試圖通過在一個想象中的機器上嘗試它們來確定一個問題是否可解。

　　想象中的計算機

　　現(xiàn)代對于算法的概念，稱為圖靈機，是由英國數(shù)學家Alan Turing在1936年提出的。它是一個想象中的設備，模仿了用鉛筆在紙上進行算術運算的過程。圖靈機是今天所有計算機都基于的模板。

　　為了適應手動完成時需要更多紙張的計算，在圖靈機中假設想象中紙張供應無限。這相當于一條無限長或“無窮”的方格帶或“紙帶”，每個方格要么空白要么包含一個符號。

　　這臺機器由一組有限的規(guī)則控制，并從紙帶上的一個初始符號序列開始。機器可以執(zhí)行的操作有移動到相鄰的方格、擦除一個符號和在空白方格上寫一個符號。機器通過執(zhí)行這些操作的序列來進行計算。當機器停止或“停機”時，紙帶上剩下的符號就是輸出或結(jié)果。

　　計算通常是關于有是或否答案的決策。類比地，醫(yī)學檢測(問題類型)檢查患者的標本(問題實例)是否有某種疾病指標(是或否答案)。實例，在圖靈機中以數(shù)字形式表示，就是初始符號序列。

　　如果圖靈機對每個實例都能停機，無論正面還是負面，并正確地確定實例產(chǎn)生的答案，那么一個問題就被認為是“可解”的。

　　不是每個問題都能解決

　　許多問題可以用圖靈機來解決，因此可以在計算機上解決，而許多其他問題則不能。例如，多米諾骨牌問題，由華裔美國數(shù)學家Hao Wang在1961年提出的鋪砌問題的一個變體，就是不可解的。

　　任務是使用一組多米諾骨牌來覆蓋整個網(wǎng)格，并遵循大多數(shù)多米諾骨牌游戲的規(guī)則，在相鄰多米諾骨牌末端匹配點數(shù)。事實證明，沒有一種算法可以從一組多米諾骨牌開始，并確定這組骨牌是否能完全覆蓋網(wǎng)格。

　　保持合理性

　　有許多可解問題可以由在合理時間內(nèi)停機的算法來解決。這些“多項式時間算法”是高效的算法，意味著可以用計算機來解決它們的實例。

　　還有數(shù)千個可解問題，盡管人們不斷努力尋找這樣的算法，但目前還沒有已知的多項式時間算法。這些問題包括旅行商問題。

　　旅行商問題是問一個有一些點直接相連的點集，稱為圖，是否有一條路徑從任意一點開始，恰好經(jīng)過每個其他點一次，并回到原點。想象一個推銷員想要找到一條路線，恰好經(jīng)過一個社區(qū)里的所有家庭一次，并返回起點。

　　這些問題被稱為NP完全問題，在20世紀70年代初由兩位計算機科學家獨立提出并證明了它們的存在，他們是美國加拿大人Stephen Cook和烏克蘭裔美國人Leonid Levin。Cook的工作先于Levin，他因此獲得了1982年圖靈獎，這是計算機科學領域最高的獎項。

　　準確知道的代價

　　目前已知的NP完全問題的最佳算法本質(zhì)上是從所有可能答案中搜索一個解決方案。在幾百個點組成的圖上運行旅行商問題可能需要超級計算機花費數(shù)年時間。這樣的算法是低效率的，意味著沒有數(shù)學上的捷徑。

　　在現(xiàn)實世界中處理這些問題的實用算法只能提供近似值，盡管近似值正在改善。是否存在能夠解決NP完全問題的高效多項式時間算法是21世紀初Clay數(shù)學研究所公布的七個千年難題之一，每個難題都懸賞100萬美元。

　　超越圖靈

　　是否存在一種超越圖靈框架的新型計算方式？1982年，美國物理學家、諾貝爾獎得主Richard Feynman提出了基于量子力學的計算思想。

　　1995年，美國應用數(shù)學家Peter Shor提出了一個多項式時間的量子算法來分解整數(shù)。數(shù)學家們相信，在圖靈框架中，這是一個無法由多項式時間算法解決的問題。分解一個整數(shù)就是找到一個大于1且能夠整除該整數(shù)的較小整數(shù)。例如，整數(shù)688,826,081可以被較小的整數(shù)25,253整除，因為688,826,081 = 25,253 x 27,277。

　　一種被廣泛用于保障網(wǎng)絡通信安全的重要算法叫做RSA算法，它是基于分解大整數(shù)的計算難度而設計的。Shor的結(jié)果表明，如果量子計算能夠成為現(xiàn)實，它將改變網(wǎng)絡安全領域的格局。

　　能否建造出一個完全功能的量子計算機來分解整數(shù)和解決其他問題呢？有些科學家認為是可以的。世界各地有幾個科學團隊正在努力構(gòu)建這樣一臺計算機，有些已經(jīng)建造了小規(guī)模的量子計算機。

　　然而，就像之前發(fā)明過的所有新技術一樣，量子計算也幾乎肯定會遇到一些問題，這些問題會給它帶來新的限制。

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