摘要 本文提出并阐述人工智能研究与应用中亟待解决的10个重大数理基础问题:(1)大数据的统计学基础;(2)大数据计算的基础算法;(3)数据空间的结构与特性;(4)深度学习的数学机理;(5)非正规约束下的最优输运;(6)如何学习学习方法论;(7)如何突破机器学习的先验假设;(8)机器学习的自动化;(9)知识推理与数据学习的融合;(10)智能寻优与人工智能芯片问题.

关键词 人工智能; 数理基础; 统计学; 大数据算法; 数据空间; 深度学习; 最优传输; 学习学习方法论; 机器学习假设; 机器学习自动化; AI芯片; artificial intelligence; mathematical and physical foundation of AI; statistics; big data algorithms; data spaces; deep learning; optimal transportation problem; simulate learning methodology; hypotheses on machine learning; machine learning automation; AI chips;

摘要 新一轮科技革命和产业变革正在萌发,以深度学习和大数据为基础,以Alpha Go等为典型应用场景掀起了人工智能的第3次高潮.传统的基于统计线性化动态建模的人工智能,在处理复杂对象时遇到了可解释性、泛化性和可复现性等发展瓶颈,迫切需要建立基于复杂性与多尺度分析的新一代人工智能理论,我们称之为精准智能.针对复杂系统的非线性特征,精准智能构建内嵌领域知识和数学物理机理的系统学习理论,包括复杂数据科学感知、复杂系统精准构建、复杂行为智能分析3个层次.具体而言,通过复杂数据科学感知建立内嵌时空特征与数理规律等具有可解释性的科学数据系统;通过复杂系统精准构建反演具有非线性复杂逻辑关系的多层次、多尺度、可解释的人工智能动态学习模型;通过对系统复杂行为智能分析建立面向系统行为演进和全局动态分析的可解释可调控人工智能新理论和新方法.将上述精准智能理论应用于群体智能,提出了群体熵方法,实现了群体激发和汇聚行为复杂性度量与有效引导调控.

关键词 人工智能; 可解释性; 非线性; 复杂性; 精准智能; artificial intelligence; interpretability; nonlinearity; complexity; refined intelligence;

摘要 随着大数据的兴起与计算资源的丰富,人工智能在诸多应用领域取得了显著突破,成为了世界各国竞相争先的战略制高点.与此同时,人工智能的社会影响日益突出,得到广泛关注的同时也备受争议.本文从宏观视角概览人工智能的基本概念、发展历程、发展现状和未来趋势,试图揭示人工智能的真实面貌和发展规律,致力于引导全社会对人工智能技术的正确认知,并倡议在人工智能发展中应未雨绸缪、形成合力,确保人工智能的正面效应与健康发展,保障人工智能始终造福于人类.

关键词 人工智能发展历程; 人工智能发展现状; 人工智能发展趋势; 法律法规; 社会伦理; AI development history; AI current situation; AI trends of development; laws and regulations; social ethics;

摘要 图像不仅承载着丰富的视觉内容,同时还蕴含潜在的高级语义,是重要的信息传递媒介.度量图像信息量则是对图像信息进行定性描述和定量计算的抽象过程,属于对图像处理领域中的科学问题进行理论构建的关键环节.然而,在现有的研究工作中,虽然对“图像信息量”的度量有所提及,但实际上关注的往往是在图像质量或图像特征的层级,而忽略了图像所具有的高级语义以及人对图像的认知.因此,为了衡量图像的信息提供价值,本文基于“图像信息量因人、因任务而异”这一常识,通过建模“先验知识”相关的图像记忆并提取“给定任务”相关的图像特征,尝试对图像信息量进行度量.首先,提出图像信息量度量的理论框架,具体表现为:在“能够获得全世界所有的图像”和“能找到一种能够准确表达图像语义的特征”两个假设条件下,以信息论为基础,通过构建超球来描述样本点的邻域稠密度,由此建模语义信息的概率,进而得到理论假设条件下的图像信息量.其次,探讨了理论假设无法满足的实际情况,将“全世界所有的图像”这一假设条件退化为“给定具体的数据集”,并将“一种能够准确表达图像语义的特征”这一假设退化为“给定任务相关的特征”,进一步通过实验展示了在实际情况下如何有效获得图像信息量的数值结果.最后,指出了本文度量方法的限定对象和度量结果的边界,并展望了未来对相关体系进行丰富和完善的可行方向.

关键词 图像信息量; 信息量度量; 信容; 信息论; 图像处理; image information; information measurement; information capacity; information theory; image processing

摘要 平均准确度AP是计算机视觉领域物体检测算法的重要性能评价指标,长期用于相关学术研究成果的定量比较.我们在实践中发现AP指标存在缺陷不能准确反映物体检测算法的数量准确性.我们具体分析了AP存在缺陷的两种表现,首先是AP定义和计算方法允许虚警出现时召回率不变,出现一个召回率对应多个准确度的情况, AP值计算仅和该召回率对应的最大准确度有关,使得准确度降低的虚警检测被AP忽略或者称为被AP隐藏.其次,我们发现在高召回率区域, AP对于准确度的增量和对于召回率的增量偏好不同,且偏向于召回率增加,这意味着检测算法增加虚警对增加AP值更有益. AP值评价指标的缺陷有很大的危害,首先导致该领域研究存在人为反复调整阈值从而获得高AP值的可能,其次能够增强物体检测数量准确性的研究方法被长期抑制,阻碍了该领域的创新发展,最后导致追求高AP值的学术研究与追求数量准确性的实际应用严重分离,很多学术成果在实际运用中无法达到应用的要求.基于上述分析,我们呼吁对AP指标进行批判式的改进,以弥合学术研究和实际需求的鸿沟,促进技术创新和产业运用良性互动.

关键词 物体检测; 平均准确度; 数量准确性; 评价指标; 深度学习; object detection; average precision; quantity accuracy; evaluation metric; deep learning;

摘要 本文阐述了作者对智慧城市建设和发展的主要观点:(1)如何实时聚合各类城市大数据,特别是来自视频监控网络的图像视频数据,并通过构建基于云计算的"城市大脑"来分析和挖掘大数据价值并服务于城市运营与管理,是智慧城市发展中亟待解决的一个关键问题.(2)现阶段智慧城市建设的现状是"有眼、有脑",但作为"眼睛"的摄像头功能过于单一使得"脑强眼弱",其根源在于传统监控摄像机网络所采用的技术体系是为存储而不是分析设计的.尽管近期有些智能摄像头具有车牌或人脸识别功能,但是这种单纯强调"边缘计算"的方案仍然无法解决"眼脑合一"的问题.(3)为了解决目前阻碍智慧城市系统功能快速演进的难题,我们应借鉴人类进化了数十万年的视觉系统之"人类视网膜同时具有影像编码与特征编码功能"这一特性,研究与设计数字视网膜,使之具有统一时间戳和精确地理位置,能同时进行高效视频编码和紧凑特征表达的联合优化,并有效支持云端大规模监控视频分析与快速视觉搜索等功能.(4)为利用数字视网膜来构筑智慧城市的"慧眼",应积极布局与推进相关标准制定、芯片与硬件实现、支撑软件开发与软硬件开源社区,并开展大规模测试与应用.

关键词 智慧城市; 城市大脑; 数字视网膜; smart city; city brain; digital retina;

摘要 微处理器是现代信息系统的核心基础设施.大数据、人工智能、5G等技术的快速发展催生了数据量的爆发性增长,随之对数据处理能力的需求也急剧增长.专用计算技术被广泛认为是后摩尔时代的计算机体系结构演化的重要方向.专用处理器技术的发展一直伴生着通用处理器的发展,数字信号处理技术甚至早于传统意义上的通用处理器.通用处理器技术的发展,不仅在商业上取得了巨大的成功,很多关键技术也被专用处理器吸收借鉴用于提升专用计算的性能、优化可编程性等.本文主要分析了数字信号处理器(DSP)、图像处理器(GPU)、深度学习处理器(AI芯片)和网络处理器(NPU)的关键技术特征,并进一步对专用计算架构未来发展可能涉及的关键点作出了简要的评述.

关键词 专用处理器; 数字信号处理; 图像处理; 深度学习; 网络处理; domain-specific processor; digital signal processing; graphic processing; deep learning; network processing;

摘要 当前互联网投资借贷平台存在资金挪用风险,缺乏有效手段保障资金安全和交易一致性.传统方式着重于加强对平台主体的评估和管控,以此间接保障交易和合同执行的安全,而本文提出了一种全新的基于法定数字货币的解决思路:基于法定数字货币钱包应用服务体系创造可信的运行环境,通过联合签名机制管控资金用途,解决资金安全问题,并利用钱包应用中的智能合约保障交易一致性,实现交易过程的公开透明、安全可控.目前陷入困境的互联网金融平台可借此转型,作为法定数字货币增值服务商,在数字货币生态体系中更透明、更规范地助力数字普惠金融创新.

关键词 法定数字货币; 央行数字货币; 互联网投资借贷平台; 智能合约; 联合签名; digital fiat currency; central bank digital currency; peer-to-peer lending platform; smart contract; joint signature;

摘要 人机交互与人工智能是智能信息时代备受关注的两大重要研究领域.通过人机交互与人工智能发展历程可以发现,二者的关系从过去的此起彼伏逐渐变成了当下的相互促进,基于二者深度融合的典型应用也在教育、医疗等关键领域不断涌现.人机交互为人工智能提供了应用需求和研究思路,而人工智能也驱动了人机交互技术的发展和变革.放眼未来,人机交互与人工智能将保持当下这种相互促进、互相驱动的关系,更加深入地融合并协同发展.

关键词 人机交互; 人工智能; 智能用户界面; 人机共生; human-computer interaction; arti?cial intelligence; intelligent user interface; human-computer symbiosis;

摘要 近年来,无人驾驶无论Tesla路线、Waymo路线,还是Intel路线等,都重点关注感知、规划和决策等计算认知,而交互认知严重缺失.这一问题不解决,自驾驶车难以被社会接受与认可.本文分析了自驾驶车交互认知的丰富性和实现难度,提出基于自然语言交互的车载智能音箱对话、肢体语言交互和车体语言交互3种交互形式.通过智能音箱及互联网实现了自驾驶车与车主、乘员、运维人员、开发人员、远程服务请求等之间的交互;解决了自驾驶车对路边行人和执勤交警的手势识别、理解与应对;攻克了狭路会车和超车并道两种常见车体交互的难题.最后,基于丰富的自驾驶交互认知形式,给出独立于决策总线的交互总线架构设计,并在多类型智能车上开展应用.

关键词 拟人驾驶; 多总线架构设计; 车载智能音箱; 手势识别与理解; 车体交互; personnel driving; multi-bus architecture design; intelligent car speaker; gesture recognition and understanding; body interaction;

摘要 深度学习是人工智能近年来的新进展,其对计算的新需求驱动新的计算架构.本文首先通过分析人工智能的阶段和任务指出深度学习的需求实质,然后从3个方面讨论深度学习领域专用架构,分别是计算结构的评价标准、数字计算的数制基础和深度学习计算架构的研究方向.本文首次提出使用K-L距离(Kullback-Leibler divergence)来评价深度学习结构的复杂度和准确度.本文认为以Posit数制为基础,不仅可以重新构造深度学习的计算架构,而且可以重新构造科学计算的计算架构,形成计算芯片设计的后发优势.最后全文总结认为深度学习驱动的领域专用架构将是计算架构创新的重要组成部分.

关键词 深度学习; 熵; 互熵; 数制; 计算架构; deep-learning; entropy; cross-entropy; numerical system; computing architecture;

摘要 包括发动机、CPU等在内的核心技术产品都是复杂系统,需要在不断试错中发展,不可能一蹴而就.发展核心技术产业就像上楼,只能一步一步从楼梯爬上去,一步台阶就是一次在应用中试错.试错需要时间和耐心.我国的自主CPU经过多轮试错从不成熟到成熟,自主CPU产业链从组合发散到组合收敛,基于自主CPU的应用系统从基本可用,到可用,到好用.在发展核心技术产业过程中,要发扬实事求是的作风和愚公移山的精神,不仅要撸起袖子加油干,还要耐着性子坚持干;要保持战略定力,不能对发达国家抱有不切实际的幻想;要提防国外垄断集团在我们不掌握技术时就封锁技术,在我们掌握技术后就通过技术合作阻止自主技术发展.

关键词 核心技术; CPU; 试错; key technology; CPU; trial-and-error;

摘要 人工智能技术蓬勃发展,理论与技术上都有显著突破,在诸多领域得到了广泛应用;人工智能的相关理论与技术成果有可能在控制领域得到最大的集成,即智能控制将是人工智能及相关前沿技术的综合体现.本文从控制科学与技术的发展历程切入,分析得出智能控制将是人工智能与工业界融合发展的抓手,进而对智能控制的发展需求、控制技术的智能化途径和智能控制的发展阶段以及各阶段性特征展开讨论,最后阐述了推动智能控制技术发展的重点方向.

关键词 人工智能; 控制学科发展; 智能控制发展需求; 控制技术智能化; artificial intelligence; control discipline development; intelligent control development requirement; intelligence of control technology;

摘要 有人/无人系统的自主协同是一项可能对未来战争模式产生颠覆性变革的重要技术.本文分别从系统、决策、控制与安全4个层面分析了有人/无人系统自主协同研究面临的各种挑战和重要科学问题.

关键词 有人/无人系统; 自主协同; 分布式优化; 分布式控制; manned/unmanned systems; autonomous cooperation; distributed optimization; distributed control;

摘要 当今全球进入信息化及智能化时代,新一代多层域感知、人工智能、移动互联、主动协同等技术的不断进步,推动智能交通系统体系和内容的全面创新.智能交通系统贯穿用户需求、设计制造、运营维护全生命周期的信息化和智能化,主要面临智能感知、运动体控制与自主协同、交通需求引导与一体化出行、运行安全态势评估及应急处理、全生命周期的大数据融合处理、高可靠通信等一系列科学和技术问题.本文调研了近年来智能交通系统的发展,总结了当今智能交通系统中的若干科学和技术问题.

关键词 智能交通; 人工智能; 大数据; 智能感知; 自主协同; intelligent transportation; artificial intelligence; big data; intelligent perception; active collaboration;

摘要 软件可靠性评估是确定软件能否交付使用的关键步骤.针对软件可靠性评估中测试资源受限的问题,本文阐述一种软件可靠性评估的控制论观点,采用反馈与自适应控制策略指导软件测试过程,介绍一种基于梯度下降方法的软件可靠性评估方法.理论与实验结果表明,基于软件控制论的可靠性评估方法能够在有限的测试资源下获得精度高、稳定性好的可靠性评估结果.

关键词 软件可靠性; 可靠性评估; 软件控制论; 软件测试; 适应性测试策略; software reliability; reliability assessment; software cybernetics; software testing; adaptive testing strategy;

摘要 本文系统地介绍了人工智能的起源、发展和研究现状,并从控制的角度,阐述了人工智能在控制系统中应用时可能遇到的问题以及带来的挑战和机遇.强调了智能算法和仿真在智能控制中的重要性,指出智能控制的核心当是以人工智能的方法来实现的控制算法.论述了人工智能和传统控制的关系,指出传统控制与智能控制不应互相排斥而是结合,应认真研究智能控制与传统控制各自的优缺点与适用条件以做到优势互补.最后,就新智能控制方法的提出、智能控制仿真平台的设立,以及多学科交叉联合研究中心的建立等方面,提出了新时期下智能控制研究的几点建议.

关键词 人工智能; 智能控制; 控制算法; 仿真; artificial intelligence; intelligent control; control algorithms; simulations;

摘要 本文从内生安全问题概念及基本特征研究出发,提出网络空间内生安全防御范式的思维视角、方法论和实践规范.本文指出内生安全问题与其本征功能实体间是事物内部各个对立面之间互相依赖又互相排斥关系的矛盾性表达,具有不可分割性,只可能演进转化或和解而不可能彻底消除;提出网络空间内生安全问题概念并列举了相关实例;定义了网络空间内生安全共性问题并给出了基本特征,强调当前网络安全防御范式不可能从根本上解决内生安全共性问题;比较了网络空间内生安全发展范式与既有范式在思维视角、方法论和实践规范层面的区别.

关键词 内生安全问题; 网络空间内生安全问题; 网络空间内生安全共性问题; 网络空间内生安全防御范式; endogenous safety problem; cyberspace endogenous security & safety problem; cyberspace endogenous security & safety common problem; cyberspace endogenous security & safety defense paradigm;

摘要 移动信息网络是支撑数字经济提速提质的关键基础.为满足超能交通、智慧安防、元宇宙等新场景新业务的多元化需求,未来6G移动信息网络需提供极致的通信能力、精确的感知能力,以及强大的计算能力,助力构建“数字孪生、智慧泛在”新世界.本文从应用需求、网络特征和关键技术及挑战3方面,对6G通信–感知–计算融合网络进行研究,为后续6G通感算融合网络的发展提供方向性指引.

关键词 通感算融合网络; 6G; 网络特征; 网络协作感知; 多频段协同; integrated communication-sensing-computing networks; network features; network cooperative sensing; multi-band collaboration

摘要 本文回顾了信息通信网络的发展历程,阐述了对信息通信网络内涵的基本理解,重新审视了信息通信网络发展的基础理论及其变化特征与趋势,重点分析了信息通信网络资源维度拓展的新方向及其面临的重要挑战,挖掘了多维资源协同管控的新增益,同时讨论了数据、网络、智能三者之间的耦合关系与关键技术,为信息通信网络向全频谱、全空间、全智能方向发展提供了参考.

关键词 信息通信网络; 资源新维度; 协同资源管理; 智能通信; information communication network; collaborative resource management; intelligent communication;

摘要 网络信息技术极大地促进了人类社会的发展,网络空间已经成为了继陆、海、空和太空之后的人类第五疆域.随着信息社会的进一步发展,互联网业务形态和业务需求正发生着巨大变化,传统网络架构需要进行深刻的变革,未来网络迎来了新的发展机遇.本文首先分析了未来网络的发展需求,提出了该领域新型应用带来的新型能力需求,在此基础上,讨论了面向2030网络架构、网络操作系统、数据平面可编程、低时延与确定性网络、网络计算存储一体化、网络人工智能、网络技术开源等关键技术及其发展趋势.最后介绍了我国未来网络技术领域的几大热点工程系统,并对我国未来网络的发展进行了展望.

关键词 未来网络试验设施; 网络操作系统; 天地一体化网络; 海洋立体通信; China environment for network innovations; network operating system; space-ground integrated network; multi-dimensional communication for maritime environment;

摘要 随着5G网络开启规模商业部署,越来越多的研究机构及相关人员开始对下一代移动通信系统进行研究.本文将探讨10年后(2030年～)的6G概念.本文首先用4个关键词概括未来6G愿景:"智慧连接"、"深度连接"、"全息连接"和"泛在连接",而这4个关键词共同构成"一念天地,万物随心"的6G总体愿景.接着分析了实现6G愿景面临的技术需求与挑战,包括峰值吞吐量、更高能效、随时随地的连接、全新理论与技术,以及一些非技术挑战.然后分类给出了6G潜在关键技术:新频谱通信技术,包括太赫兹通信和可见光通信;基础性技术,包括稀疏理论(压缩感知)、全新信道编码、大规模天线、灵活频谱使用,以及基于AI的无线通信技术;专有技术特性,包括空天地海一体化网络和无线触觉网络.本文通过探讨6G愿景、需求与挑战,以及潜在关键技术,尝试勾勒出6G的整体框架,以期为后续展开6G研究提供方向性指引.

关键词 6G; 愿景; 太赫兹; 可见光通信; 压缩感知; 全自由度双工; 无线触觉网络; 6G; vision; terahertz; VLC; compressed sensing; free duplex; wireless tactile network;

摘要 面对互联网与经济社会深度融合发展带来的专业化服务需求,现有互联网基础架构及由此构建的技术体系在智慧化、多元化、个性化、高鲁棒、高效能等方面仍面临一系列挑战.本文分析了新型网络技术创新的基础,明确了新型网络的基本技术特征,以全维可定义的开放架构为主线、以基线技术重塑为切入点,探讨了基线技术重塑下新型网络的基础架构和核心机理,为互联网技术创新与突破探索了可能的方法和途径.

关键词 新型网络技术; 开放架构; 全维可定义; 多样化寻址与路由; 智慧化; 广义鲁棒控制; novel Internet technology; open architecture; full-dimensional definability; diversified addressing and routing; intelligence; general robust control;