1.1.3 人工智能的特征及典型应用

1.人工智能的特征

可以借助前文人工智能的定义来衡量一个对象、一个物体、一种应用具有的人工智能的功能，即它具有以下特征。

（1）像人一样思考。即它是有头脑的机器，可以进行与人类思维活动类似的活动，诸如决策、问题求解和学习等。

（2）像人一样行动。即它能替代人类来进行需要智能的技艺的工作，甚至能完成人类更擅长的事情。

可见，具有人工智能的机器能合理地思考、合理地行动。人工智能所涉及的知识涵盖数学、神经科学、心理学、计算机工程和控制理论等，如图1-7所示。

由此可见，人工智能是一个相对复杂的系统工程，包含了各学科的方方面面。但对于注重人工智能实践应用层面的人而言，掌握人工智能相关的概念和基本原理无疑是一件非常令人满足的事情，也非常有助于成长和发展。

2.人工智能的典型应用

自人工智能“横空出世”以来，从1966年世界上第一个聊天机器人ELIZA，到后来的专家系统（如DENDRAL系统，该系统根据输入质谱仪的测量数据，自动输出给定物质的化学结构；我国科学家于1978年研制出国内第一个中医肝病诊治专家系统），再到后来轰动一时的战胜曾经的围棋世界冠军李世石的 AlphaGo，不断发展的人工智能应用一次又一次地点燃人们对人工智能的热情和期盼，世界主要国家高度重视人工智能的发展。美国是第一个将人工智能发展上升到国家战略层面的国家，英国通过《在英国发展人工智能》等政策文件加速人工智能技术的应用，日本于2015年制定了《日本机器人战略：愿景、战略、行动计划》，我国也发布了《新一代人工智能发展规划》，提出部署构筑我国人工智能的先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国。由此，人工智能进入了发展高潮。

随着人工智能进入新时代，近年来，其已广泛应用到各行业、各领域，为企业、行业的创新应用和人们生活的升级注入了新的动力，一些典型的应用如下。

（1）自动驾驶

拥挤的城市里，很多人会感觉开车麻烦。交通高峰打不到车、地铁太拥挤、骑自行车不安全，出行难成为现代城市发展面临的“通病”。如果有了自动驾驶，上述问题可能就会迎刃而解。也许在未来10年，普通人也可以利用身边的手机呼叫一辆图1-8所示的自动驾驶汽车，将人们安全送达目的地。

到目前为止，自动驾驶“群雄逐鹿”的研究局面已经形成，包括苹果等国外科技公司都瞄准了这个方向，我国的百度、上海汽车等公司也正在开展自动驾驶研究。自动驾驶技术主要有两条研究路线：一条是“渐变”路线，即在现有汽车的基础上新增一些自动驾驶功能，如通过添加传感器收集车载数据来实现对路况的分析，辅助安全驾驶；另一条是“革命”路线，即颠覆传统的汽车功能、结构，实现自动驾驶，依靠车载激光雷达、视频感知、卫星定位、电脑控制等来实现自动驾驶，自动驾驶涉及的主要软、硬件如图1-9所示。

自动驾驶不仅是驾驶技术本身的变革，它的发展还可能产生多米诺骨牌效应，对其他行业产生巨大影响。如在汽车生产行业，企业可能会将“汽车销售”转化为“销售服务一体化”；在保险行业，由于自动驾驶或能减少车祸的发生，汽车保险的定义、资金流向和产业结构也可能发生巨大的变化；对于交通和安全管理部门来说，驾照的发放和违章处理也可能被取消或重新定义。这一切，都会对人们的生活产生较大的影响，未来值得拭目以待。

（2）人脸识别

人脸识别也称人像识别、面部识别，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。人脸识别涉及的技术主要包括计算机视觉、图像处理等。图1-10所示为人脸识别机。

人脸识别技术的研究始于20世纪60年代，之后，随着计算机技术和光学成像技术的发展，人脸识别技术水平在20世纪80年代得到不断提高。在20世纪90年代后期，人脸识别技术进入初级应用阶段。目前，人脸识别技术已广泛应用于多个领域，如金融、司法、公安、边检、航天、电力、教育、医疗等。有一个关于人脸识别技术应用的有趣案例：警方利用人脸识别技术在张学友演唱会上多次抓到了在逃人员。例如，2018年4月7日，张学友南昌演唱会开始后，场内一名听众被警方带离现场。实际上，他是一名逃犯，安保人员通过人脸识别系统锁定了在场内的他。2018年5月20日，在张学友嘉兴演唱会上，于某通过安检门时被人脸识别系统识别出是逃犯，随后被警方抓获。随着人脸识别技术的进一步成熟和社会认同度的提高，其将应用在更多领域，给人们的生活带来更多改变。

（3）医学图像处理

医学图像处理是目前人工智能在医疗领域的典型应用，它的处理对象是通过各种不同成像机理所形成的医学影像，如临床医学中被广泛使用的核磁共振成像、超声造影成像等。图1-11所示为医生在全息医学图像的指导下实施手术的场景。

传统的医学图像诊断，主要通过观察二维切片图发现异常，这往往需要医生具有丰富的临床经验。而利用计算机图像处理技术，可以对医学图像进行图像分割、特征提取、定量分析和对比分析等工作，进而完成病灶识别与标注、针对肿瘤放疗环节的影像的靶区自动勾画，以及手术环节的三维影像重建等。

医学图像处理可以辅助医生对异常区域及其他目标区域进行定性甚至定量分析，从而大大提高医疗诊断的准确性和可靠性。另外，医学图像处理在医疗教学、手术规划、手术仿真、各类医学研究、医学二维影像重建中也起到重要的辅助作用。

（4）机器人

机器人很早就出现在科幻电影中，1959年诞生了世界上第一台工业机器人。如今，随着计算机、微电子、人工智能等信息技术的迅猛发展，机器人的智能化程度越来越高，其应用范围从传统的工业制造快速扩展到家庭服务、医疗、教育和军事等领域，并在这些领域大显神通，图1-12所示为一些在工业自动化、科学研究和安防巡检行业的应用机器人。

现在的机器人与过去的机器人的区别在于：现在的机器人可以更好地与人互动，具有更高的感知能力。

所谓机器人，是指由仿生元件组成并具备运动特征的机电设备，它具有操作物体和感知周围环境的能力。作为一种典型的机电一体化、数字化设备，机器人的技术附加能力很高，应用范围广，对未来生产和社会生活起着越来越重要的作用。那么，机器人是由哪几个部分构成的呢？图1-13所示为机器人的基本组成系统。

由图1-13可知，机器人主要由感知系统、人机交互系统、控制系统、驱动系统、机械系统、机器人与环境交互系统6个部分构成。

① 感知系统：由内部、外部传感器模块组成，可获取内、外部环境中有价值的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水准。对于一些特殊的信息，传感器比人类的感知系统更灵敏。

② 人机交互系统：是人与机器人进行联系和参与机器人控制的系统，主要包括指令给定装置和信息显示装置。

③ 控制系统：根据机器人的作用指令程序以及传感器反馈回来的信号，支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。

④ 驱动系统：给机器人各个关节处安装传动装置，可以使机器人运动起来。

⑤ 机械系统：由机械构件和传动机构组成。如工业机器人的机械本体类似于具备上肢机能的机械手，由手部、腕部、臂、机身等组成。

⑥ 机器人与环境交互系统：是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。机器人与外部环境中的设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、装配单元等。

（5）智能家居

图1-14所示为智能家居示意图。近年来，随着人工智能技术的赋能，智能家居产业迅速发展，家居生态趋于成熟，智慧新生活已经走进千家万户。如2016年，国外某公司发布人工智能管家Jarvis，这个管家不仅可以调节室内环境、安排会议行程、定时做早餐、自动洗衣服、辨别并招待访客等，甚至可以与家里的小朋友聊天。2014年一款智能蓝牙喇叭Echo问世，它接受用户的语音指令后，就能控制家电产品、联络打车，或帮用户在电商平台采购物品。海尔公司推出的 U-home 是海尔智能家居生活解决方案，它以人工智能为技术支撑，将所有的家居设备通过信息传感设备与网络互连，用户可通过打电话、发短信、上网等方式与家中的电气设备互动。

不难看出，伴随着智能家居的发展和消费人群对美好生活的向往，目前已经有了对智能家居单品的稳定需求。智能家居的生态逐渐成熟，应用市场逐渐扩大，其应用场景将在家庭安全防护、改善生活环境的基础上，向家庭医疗健康、节能环保、娱乐教育等领域扩展，不断渗透到家居生活的方方面面，引领互联互通、智能智慧的新生活。

综上所述，我国人工智能产业市场巨大，总体的发展趋势如下。

（1）研发创新能力需要进一步加强。我国总体研发创新能力仍落后于世界先进水平，与美国、德国、日本等制造强国仍有较明显的差距，需要加强人才培养和研发力量以及持续投入研发时间。

（2）智能升级势不可挡。随着国内劳动人口增长缓慢，劳动力成本提高，人口红利会随之消失，较有效的应对方法是对制造业进行自动化改造。在政府和企业的智能改造升级过程中，机器人市场会持续火爆。

（3）服务机器人将被大面积应用。当下人口老龄化趋势明显、劳动力成本提高，人们对高质量服务体验的刚性需求增多。在这样的发展背景驱动下，保姆机器人、客服机器人、无人银行、无人机、导游机器人等一大批服务机器人会有更大的发展空间，或将成为未来机器人的主力军，市场份额不可估量。