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2017年6月10日

吳大琪 教育講論

數學與人工智能(一)︰程序思維

為什麼1加1永遠等於2?為什麼它的答案不會隨時間、地點、個人情緒等因素改變?

你可能會說:「我不知道為什麼,這是一個數學規律。」沒錯,對一個數學公式來說,只要你給予同樣的輸入,它永遠會輸出同樣的結果──除非你偷偷地改變了數學公式。

這種「同樣輸入」,永遠得出「同樣結果」的工作模式,就是程序思維……

遠古人類要在地球上生存,往往要因應環境轉變而作出決定,改變自己的行為模式。譬如說,當人類聽到附近有獅子的吼叫聲,就會趕快躲起來。獅子與人類的互動,可以透過一個「程序」或一個「數式」 來表達:

人類與獅子程式

程式1

遇上獅子 → 躲起來(程序)

M(L)→(R)(相應數式)──(程式1)

在以上數式裏,「L」代表遇上獅子,「R」代表躲起來,而「M」就代表決策過程。如果遇上獅子的人類,是一大群持有武器的獵人,那程序就會產生改變,而非「躲起來」了。

程式2

遇上獅子+人多勢眾+武器在手→獵殺獅(程序)

M(L, N, W)→(H)(相應數式)──(程式2)

在程式2之中,「M」、「L」、「R」的定義保持不變,新增的「N」代表人數,「W」 代表武器,「H」代表獵殺獅子。

以下是程式1變為程式2的一個特殊例子:

遇上獅子 + 只有一個人 + 沒有武器→躲起來(程序)

M(L, 1, 0)→(R)(相應數式)

將程式2改變,若「N」=1代表只有一個人,「W」=0代表沒有武器,所得出的結果。

可以想像,如果把愈來愈多的考慮因素加進以上程序之中,那程序便會變得愈來愈複雜,亦意味着人類的可能反應愈來愈多。譬如說,如果遇上獅子的仍是單個人,但他距離部落不遠,那遇上獅子的人類可能會決定:「現在先躲起來,明天把族人叫來一起獵殺獅子。」這樣便會出現另一個程式。

人工智能希望能做到的,就是能用自動化系統來幫助人類去進行類似以上的決策。以避免人類作出一些「不合理」決定。譬如說,不會因情緒變化作出錯誤反應。

在上世紀的電影/電視劇集裏,我們往往會看到令人發笑的一個場景:「一個笨笨的機械人,根據它的設計程序,老是在重複同樣的事情,而不考慮周圍環境的改變」。在以上「獅子與人類」的例子裏,那就像一個人無論在什麼環境下,見到獅子都只會「躲起來」一樣。

現代的人工智能已經進步得多了。由於電腦技術的多方面進步,現代的人工智能已能處理非常複雜的程序,能考慮大量的輸入數據而作出決定。在某些情況下,它比人類更成功地處理更多的數據,作出令人類感到驚訝的決定。譬如說,AlphaGo 的圍棋程式,就是一個很好的例子。人工智能能做到這樣,就是因為能夠把決策過程,寫成類似「人與獅子」例子裏的數學方程,然後用程序思維進行處理。

逐漸取代人類?

事實上,現在人工智能已逐漸在一些需要穩定而準確的程序思維工作中取代人類。譬如說大企業因應股票市場的改變作出相應投資,運輸署會因應某地區的交通情況而控制交通燈的轉變速度,以控制交通流量等,現在就經常由人工智能處理。

在不遠將來,我們可預見人工智能將在應用大量程序思維模式的工種取代人類,人類現行的很多工作,譬如說,初級以至中級的會計工作,市場分析以至零售方法(淘寶),初步醫療判斷,將會被人工智能代替而消失或大量減少。在這情況下,我們該如何去準備我們下一代面對未來呢?

我們下一代面對的情況,將會類似工業革命開始時的歐洲,大量的農業工作消失。不過,同時地,由於工業的開展,新的工種也不斷地出現。但是在新工業真正成熟之前,我們難以預料它將會以何種形式出現。我們只知道,它將和人工智能或程序思維有莫大的關係。

所以我們的下一代,比以往任何一代更需要理解數學的基本運作和思考方式。因為數學正是程序思維的自然語言。我們要和人工智能進行溝通,以明白它的長處和弱點,就必須先了解數學,掌握它的語言。

在下一代的教育課程設計裏,數學的地位比語文更加重要。

(本文為「數學與人工智能」系列文章)

撰文:吳大琪_香港資優教育學苑院長、香港科技大學理學院物理學系教授

 

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