圖靈機到人工智慧,誰讓電腦強大?是數學!

人工智慧圍棋程式 AlphaGo,壓倒性擊敗棋王而轟動全世界,令人不禁疑問:機器可以思考嗎?機器可以超越人類心靈嗎?而著名的「涂林測試」 (Turing Test),就是對此問題的一種判定。
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本篇來自 研之有物 ,INSIDE 經授權轉載。

人工智慧圍棋程式 AlphaGo,壓倒性擊敗棋王而轟動全世界,令人不禁疑問:機器可以思考嗎?機器可以超越人類心靈嗎?而著名的「圖靈  測試」(Turing Test),就是對此問題的一種判定。

李國偉說,圖靈測試就是「模仿遊戲」。 1950 年圖靈 (Alan Turing) 發表了 Computing machinery and intelligence 這篇文章,討論「電腦會不會思考」,成為人工智慧的重要思想來源。由於「思考」本身很難定義,圖靈訴諸可供判定的方法:一台電腦和一個人交談,如果交談的人始終分不清楚誰是電腦、誰是人,那這台電腦在行為上已經接近人的思考能力。

「圖靈測試」是利用電腦模仿人類交談的遊戲,來判斷機器是否像人一樣有思考能力。

AlphaGo 擊敗棋王,可以說是通過圖靈測試了嗎?李國偉解釋,雖然電腦很多能力的確比人強,不僅下圍棋,計算數學的能力也早就超越人類,但是圖靈測試是「漫無目標」的智能測驗,包括各種「常識」。電腦在很多專業知識上都超越人腦,但是最弱的就是常識。至今,還沒有一台機器真正通過涂林測試。

不過,如何訓練機器擁有常識,是有方向可循。如同 AlphaGo,訓練機器的方法,就是從一個「嬰兒機器」開始,讓它不斷學習、演化。下棋的好方法保留下來,壞方法淘汰掉,機器就不斷增強。

事實上,機器學習的方法,早在圖靈 1950 年的文章中就已經提出。當時沒有相應的硬體條件可以實際做出,直到現在,GPU, TPU 等硬體效能趕上軟體運算的需求,開始表現出早期人們預期人工智慧能達到的事情。

在圖靈的時代,有許多先進的工程師,甚至不相信電腦有可能幫人算帳。

只有圖靈,深刻了解數學的核心慨念,所以思想沒有受制於當時的硬體,認為未來電腦的能力將會大幅提升

圖靈為何有先見之明?憑藉的就是他發展出的一套理論數學計算機模型──圖靈機 (Turing Machine)。圖靈機的故事說來話長,李國偉從 19 世紀的數學發展聊起。

從數學難題到資訊科學的開端

19 世紀末的數學家,發現一些數學的基礎出了問題,例如「無窮」的概念定義不清。他們想從最簡單的概念出發,就像歐幾里得建立 公理、公設 一樣,重新建立起一套數學的體系。他們想到,在  自然數 之前,更基礎的是 and、or、not 之類的邏輯概念。

and、or、not 的邏輯概念,也是電子電路、電腦程式碼的基礎。
圖片重製│張語辰

試圖找出算術的基礎,數學家  弗雷格 (Gottlob Frege) 嘔心瀝血寫成大作,嚴謹定義什麼叫做「集合」。沒想到,當時才二十幾歲的  羅素 (Bertrand Russell) 找到致命的矛盾:當我考慮把所有「自己不屬於自己」的集合,放在一個集合 A 裡,那麼那個集合 A 屬於不屬於自己?這就導出了著名的「羅素悖論」。

世界頂尖的數學家都跳進來解決集合論基礎問題。若要解決,必須把「自己不屬於自己」這種奇怪的東西,排除到數學王國之外。問題來了,數學王國的圍牆怎麼蓋?大數學家  希爾伯特 (David Hilbert) 選擇了一條安全的途徑:假裝我們每天講的數學,都是以符號寫成。他從「形式系統」出發,完全玩符號遊戲。

但是,問題又來了。怎麼證明一個形式系統是一致的,沒有矛盾?李國偉說,如果用機械化的方法,一步一步寫出來所有系統裡的定理,即使矛盾一直沒有出現,這種方式還是無法說服人!希爾伯特試著尋找真正有效的證明。

沒想到,在 1931 年,年輕數學家  哥德爾(Kurt Gödel) 證明了相反的結果:如果你的系統複雜到可以講一點點的自然數理論,那就沒有辦法在你的系統裡面,保證不出矛盾。希爾伯特的夢想是達不到的!

順著這些數學脈絡發展,圖靈從一個新的角度切入,才充分捕捉到「機械性的計算」的概念。

圖靈機:理論數學的計算機模型

李國偉解釋,所謂的圖靈   ,其實不是一個真正的「機器」,而是「理論數學」的模型。

圖靈為了敘述的容易,把理論描述成一張紙帶,上面畫了很多格子,還有一個讀寫頭。讀寫頭儲存了有限個不同狀態,若決定了現在的狀態,再看底下格子的符號,就決定了下一步會變成什麼狀態。

圖靈機就是一張表格:現在的狀態 →下一步怎麼走 → 移動 → 現在的狀態。

圖靈澄清了「什麼是數學的機械化」這件事情。一般從小到大學過的函數,只要在整數值上,圖靈機都可以計算。李國偉說明,因為這個表格是有限的,所以可用自然數來編碼。自然數可以因數分解,一個非常大的數字,一層一層因數分解下來,等於肚子裡頭一層一層包含訊息。就像數字變成了一個機器!

延伸這個思維,圖靈還提出一種「通用圖靈機 (Universal Turing Machine)」,可以把各種機器的程式都吃進來,模擬另一個機器計算的結果。這就是我們現在使用的電腦,同一套軟體不論移到哪台電腦都能計算。

電腦時代的數學家

圖靈一方面說電腦可以很強大,另一方面又指出機器的侷限。他證明,有個「停機問題」是任何計算機都無法判定,也就是「是否存在一個程式 P ,對於任意輸入的程式 w ,能夠判斷 w 會在有限時間內結束、或者無窮迴圈。」以數學的角度來說,並沒有一般的機械方式,可以處理這種判定。

李國偉笑著說:「數學證明不可能全部由一部電腦產生出來。不然所有工作搞一個電腦跑光,我們就不用做數學了!」

話又說回來,電腦還是有強大的功能,協助數學研究。 1976 年,電腦輔助證明了經典難題「四色定理」;至今,電腦甚至已經能夠自動證明數學定理,只差在還無法主動發明有深度而令數學家感興趣的定理,讓數學家還能保住飯碗。電腦也促成了很多新的數學研究主題,李國偉的研究領域「組合數學」,隨著計算機的發展更加興盛。

組合數學研究的對象是離散的、有限數目的問題。李國偉說,他的師長輩的老派數學家,由於沒有受過計算機的洗禮,認為他們研究組合數學,就好像研究高中的排列組合一樣,沒什麼意思。他們沒想到,當「有限」的數目夠大,可能比探討「無限」的問題更困難。

計算機的發展,創造了龐大的「有限」世界,也產生了深刻的「組合數學」問題。

李國偉說明,組合數學的問題,在網際網路的時代更有趣。人們使用網際網路,假如全世界有幾十億個節點,我跟你通訊就代表兩個點連上一個邊,邊的數目就是更龐大的數字,狀況非常複雜。使用算術處理龐大的離散數據,這類問題成為計算機科學裡面「演算法」的學問。

在有限的範圍內一定存在答案,但是實際求解的時候,希望找到最有效率、最節省資源的解,這就是數學的組合優化。

若下回有小朋友問你「學數學有什麼用」,別忘了指著電腦或手機 App 說:「這裡面,就是數學。」


王品集團藉 IT 升級抗疫,雲端化數位體質成致勝關鍵

看臺灣餐飲龍頭王品集團如何善用遠傳的雲端服務打造 IT 升級轉型,找到抗疫的關鍵能力,打造靈活致勝關鍵。
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Photo Credit::王品集團提供
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一場侵襲全球的疫情讓許多產業鏈都重新洗牌,特別是餐飲業在很多市場都變成「慘」業。台灣近期突然升溫的疫情態勢,讓許多企業面臨危機,但也有部分超前部署的業者在衝擊之下快速應變,找到新的營運與服務模式來降低衝擊。且看王品如何善用遠傳的雲端服務打造 IT 升級轉型,找到抗疫的關鍵能力。

機房雲端化降載人力負擔   啟動 IT 轉型奠定數位化創新基礎

臺灣餐飲龍頭王品集團,從 2015 年即開啟了 IT 轉型之路,在完成核心系統整併之後,2016 年開始推動機房雲端化,與遠傳合作把核心的 ERP 和 POS 系統正式轉移到遠傳 FET Cloud 雲端平台,打造更彈性靈活的 IT 架構,也為後續數位化發展奠定強大的基礎,也因為超前部署的數位思維,在去年開始因為疫情帶來餐飲服務模式的衝擊之下,得以快速轉變因應。

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Photo Credit::遠傳提供

王品在 2016 年決定擁抱雲端,即是著眼於唯有卸除繁複的機房維運管理工作, IT 部門才有更多的資源來從事創新與營運優化,成為企業內部推動轉型的推手。為了維持核心系統服務不中斷,王品與遠傳雲端團隊前後經過一年的縝密規劃與累積信任,並透過積極靈活的內部推演,最後只花了比預期少一半的時間,即在前端門市絲毫沒有察覺的情況下,無痛完成 ERP 和 POS 系統的龐大資料搬遷上雲。

核心系統上雲後,有遠傳雲端團隊協助 7x24 的維運管理及監控,並採用遠傳電信的骨幹網路,不僅為王品大幅降載 IT 人力負擔,也同時提升系統效能、穩定度與可靠度。王品集團也在此雲端平台上積極展開各項由內而外的服務創新,包含王品集團官網、「王品瘋美食」APP 及 5 月底甫推出的「王品瘋美食購物網」等電商平台都架設在遠傳 FET Cloud 雲端平台上。

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王品集團靠超前部署 IT 轉型快速轉戰電商   遠傳雲端平台扮演穩定後援

因應全國升級三級警戒、餐廳禁內用衝擊之下,餐飲業被迫加速轉型。王品集團原本就有發展電商的計畫,除了與外送平台合作之外,更火速推出「王品瘋美食購物網」,以王品嚴選的概念,將頂級生鮮食材與旗下餐廳的美味料理透過宅配送到消費者的餐桌,搶攻「宅經濟」商機。

Photo Credit::王品集團提供

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遠傳以自身轉型經驗出發   助企業找到最合適的 IT 升級轉型模式

遠傳深知數位轉型沒有一步到位的捷徑,而是一場漫長的旅程。身為國內大型企業的代表,遠傳從組織、流程均已踏上數位轉型之路,更結合自家 IT 與「轉型辦公室」的服務能量,將成功經驗「再服務化」,以顧問模式協助企業客戶找到 IT 升級轉型最合適的切入點,並由遠傳專業雲端團隊提供量身訂製的公有/私有/混合雲服務,以及整合大數據、人工智慧、物聯網等「大人物」創新應用的產業解決方案,致力成為企業數位轉型的最佳夥伴。

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