“解释为什么计算机不能解决那些计算机外部世界无解决方法的问题”是《计算机科学导论》第一章的第一道课后习题,以下是我的回答:
在2023年的今天,我并不完全认同这个问题预设的命题,即“计算机不能解决那些计算机外部世界无解决方法的问题”(以下简称“命题A”)。
1、什么是“计算机”
计算机是一个随时代技术的进步而不断变化的概念。
基础的单一用途计算机可以由以下模型表示:
输入数据-处理数据-输出数据
这样的计算机只能以固定的数据处理方法处理单一类型数据。
在此基础上,图林机的进步在于,在“处理数据”这一步骤中引入程序
概念,使得处理数据的具体方法可变更,从而在理论上实现了“一台计算机处理所有可运算数据”的“通用计算机”。
基于图灵模型,冯·诺依曼架构计算机的重要特点有三个:
一,将处理数据进一步细化为存储、控制、算术逻辑三个单元,将数据的输入/输出合并为一个单元。
二,将程序数据化,使之同样以“位模式”存储于计算机内部,使编辑程序更加便捷。
三,串行计算,逐条提取、解释、执行指令。
这在《计算机科学导论》作者提出命题A的2018年是一种常态,而在5年后的今天,冯·诺伊曼架构变得不那么绝对,命题A中的计算机将获得新的含义。
(当然,我相信作者这种能写教科书的大佬对于未来的技术发展不会没有前瞻,但这样的提问方法是不是有些保守?)
我可以列举几个突破点,说明现代计算机在冯诺依曼架构上的变化。
比如“具身智能”概念下的自主机器人、智能汽车等,赋予了计算机更大的权限和软硬件支持,使得计算机自主收集外界信息,自主采取行动,这相当于强化了被冯·诺依曼架构中的输入/输出子系统。
而如今AI技术的发展对算力产生了超高需求,“具身智能”也要求计算机具备更强的“边缘计算”能力。而基于冯·诺依曼架构的计算机已经无法满足当今时代发展的需要。人们开始往更多方向探索提高算力的可能性。
“并行计算”,“存算一体”等概念逐渐受到重视,人们开始重拾计算机发展史早期的模拟信号技术路线,通过“忆阻器”提高计算机的并行计算能力,这从基本上动摇了冯·诺依曼架构。
还有许多更激进但不成熟的技术路线,这里就不列举了。
但为了说明计算机能够解决“计算机外部世界无解决方法的问题”,我们还需要探究一下“问题是如何被解决的”。
2、什么是“无解决方法的问题”
生活中,我们可以将人类解决问题的过程抽象为以下三个步骤:
发现问题(认知)-提出解决方法(思考)-着手解决问题(实践)
命题A中“无解决方法的问题”,应该是卡在了第二步。
我们可以有以下推论:
1、没有认知到的问题不是问题。这个宇宙只是按照物理规律演化,本来不存在任何问题。
2、被人类认知到,但没有思考出解决方法的,是“第一类问题”。
3、被人类认知到,思考出了解决方法,但实践能力不足的,是“第二类问题”。
在前AI时代,我们丢给计算机的大多是“第二类问题”,即因为人的计算能力有限而难以解决的问题,而命题A,明显关心的是“第一类问题”。
随着AI技术的发展,计算机已经表现出解决第一类问题的能力。
基于神经网络算法的机器学习的出现,使得计算机能够以人类无法理解的方式解决复杂问题,典型如混沌系统预测、分子结构预测。
人类设计好一个AI大模型,输入大量数据,计算机则可以通过神经网络算法的机器学习,拟合出一套准确度尚可的非线性方程。
这个方程是解决问题的关键,人类最杰出的数学家也无法创造出这样的方程,但AI可以。
虽然在这一过程中人类指导了问题的前半程,对输入数据做了适当的处理以方便计算机理解,同时不断优化AI的算法,但“提出解决方法”这一步,已经由计算机独立完成了。
这算不算“计算机解决了外部世界无解决方法的问题”?
3、什么是“计算机外部世界”
有一个恼人的逻辑是,计算机AI是人类的造物,也是方法的一种,计算机AI能够解决的一切问题,其实都是以它作为解决方法的问题。
也许你应该意识到了,这个练习题中蕴含的“自我指涉”,即拥有了AI的计算机既是解决问题的主体,又是解决问题的方法。
根据上述段落,“人类的认知之外不存在问题”的推论,命题A中所谓的“计算机外部世界”其实就是人类认知的充满问题的世界。
人类可以借助骆驼穿过沙漠,而骆驼其实随时具有穿过沙漠的能力,只是大部分时候缺乏这么做的意愿。
人类和计算机的关系可以以此类比,在人类中心的认知中,人类赋予了其他物体使命,将异己作为方法,解决自己的问题。
在面对人造的工具时,人类的自我中心尚且可以维持一种造物者的自傲。
在面对非人造的自然生命时,这种自我中心就显然的动摇了,如果骆驼是人类的方法,那么人类又何尝不是体表无数微生物的方法?
而如果我们制造的工具拥有了和独立生物般的特性时,我们就更无所适从了。
那么随之而来的就是下一个问题:计算机是否可以作为一个自主的主体?
也许现在说这话还为时尚早,但我作为一个技术乐观主义者,认为拥有自我认知的强人工智能总有一天会实现的。
随着AI技术的演进和计算机硬件的更新迭代,更多新兴技术的应用、跨领域融合,以及人类对于“智能”、“演化”等等概念的深入,计算机与生物的界限、人工智能与生物智能的界限,必然逐渐模糊。
哪有什么内外世界,哪有什么人类中心,不过都是宇宙演化的造物。
我期待计算机能够解决那些计算机外部世界无解决方法的问题。
也期待计算机成为一种全新的生命形态,去和我们一起认知世界,一起解决我们共同的问题。
或者有一天,它们困扰于自己的问题,又去着手创造自己的……合作者?
尾声:
作为一个程序员,我可能还没入门。
作为一个科技爱好者,我可能接受了太多流于表面的信息,以至于我自己在引述某些技术名词时,都觉得提心吊胆。
作为一个科幻爱好者,我的脑洞可能还不够大。
但那又怎么样呢,乐观的傻瓜多我一个不多,少我一个不少。