论文部分内容阅读
控制理论的奠基人——美国人N.Wiener曾用这样的话来概括前两次工业革命:
第一次工业革命是人手由于机器竞争而贬值。
第二次工业革命则在于人脑的贬值。至少人脑所起的简单的较具体、较具有常规性质的判断作用将要贬值。
维纳先生对工业革命的看法是人类的体力和脑力劳动都可以由人类创造的事物来胜任。而在我们所处的电子技术和计算机技术高速发展的时代,机器已经可以在各个行业,各个层次上介入和替代人们的劳动,机器替代人的趋势变得更加的明显。汽车作为人们的代步工具,已经变得非常普及。计算机控制的自动化流水线,可以在无人看守和操作的情况下,完成很复杂的生产活动。高机动性能战斗机上飞行控制系统,其反应速度和操控性能已经超过人类。例如第三代战斗机中的美国F-16,前苏联的Su-27,其气动力学设计为了提高机动能力而设计成静不稳定,在没有操作干预的情况下,战机会失去平衡。而计算机控制的操控系统,可以对飞机的飞行姿态进行快速感知,分析,并操控相应的操作面,调整飞机姿态,维持飞机的动态平衡。其调整的速度,每秒可达上百次。这样的速度,是人类远远达不到的。在1997年,IBM公司的深蓝电脑,击败了人类最顶尖的国际象棋大师卡斯帕罗夫。在计算速度方面,现有的超级计算机的运算速度可以达到每秒十万亿次,相比较而言,人脑的计算速度相当慢。
但是,人脑作为地球上智慧生物的智慧之源,也有着独特的魅力和现有计算机类智能机器难以企及的能力。人脑具有思维能力,具有创新能力。而计算机只能按照程序进行机械的“反应”,计算机程序设计的智能化系统体现的是人类智慧的存储。计算机还不能创造出没有的智慧。人类没有考虑到地方,计算机也是无能为力的。人类的思维能力指导着人们去探索我们所处的世界的规律性,发现真理,创造出这世界没有的事物。计算机类智能机器暂时还是不具备这样的能力的。
另外一方面,虽然人脑不如计算机快或者精确,但是人在感知和识别自然场景中感兴趣的物体、解释自然语言和其他自然界的认知任务上比计算机好得多。并且在复杂情况下,人比计算机能更好地识别物体。人们通常可以在1秒内对外界信息输入做出判断和决策。例如人可以在1秒内从数千个人脸中识别出某一特定人脸。而人脑中神经元之间的信息传递是在毫秒级的,这与现有的普通计算机相比要慢得多,至少有量级的差别。这就是说,人脑只需要数百次的神经脉冲传递,就能完成一次准确识别过程。相比较而言,高速计算机对于人脸识别这样的任务,其完成的速度和准确率却远远赶不上人脑。原因在于,人脑是高度并行运算的复杂系统,它通过大量高度并行连接的结构进行信息处理以弥补神经元相对较慢的运算速度,人脑中信息是按照并行方式处理的。据估计,人脑包含大约1011数量级的神经元和大约比神经元数量级3倍还多的连接或者触突。因此,神经系统是巨大而复杂并行的系统。人脑中的信息的存储是分布式的。并且人脑具有鲁棒性的特点。现代神经科学研究表明,人脑存储信息是通过改变突触的连接来实现的,信息是存储在大量神经元彼此的连接强度上。因而这种存储方式具有鲁棒性。人脑每天有大量神经细胞死亡,但却不影响到人脑记忆的存储和对外界信息的处理。即人脑的记忆和思考能力不会因局部受损而突然丧失,只会慢慢衰退。人脑是由大量神经细胞组合,连接,协调工作而成的。每个细胞完成某种基本功能,如兴奋和抑制。它们并行工作,整体上完成复杂的信息处理能力和思维活动。一个神经细胞或神经元的结构主要包括:细胞体、树突、轴突和突触。细胞体由细胞核、细胞质和细胞膜等组成。轴突是有细胞体向外伸出的最长的一条分支,即神经纤维。它的功能是传出由细胞体来的信息,相当于细胞的“输出”。树突是细胞体向外伸出的许多较短的分支,它们的作用是接受来就四面八方传入的神经冲击信息,相当于细胞的“输入端”。突触是两个细胞之间的连接的接口,每个细胞约有100~1000个突触。