人工智能時(shí)代的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)探討

胡國(guó)際

(長(zhǎng)沙航天學(xué)校，湖南長(zhǎng)沙 410205）

高性能計(jì)算與大數(shù)據(jù)的高速發(fā)展為機(jī)器學(xué)習(xí)尤其是深度學(xué)習(xí)提供了強(qiáng)大的引擎。自2006年取得突破以來(lái)，深度學(xué)習(xí)一直長(zhǎng)驅(qū)直入，在圖像分類與語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域取得了驕人的成績(jī)，在圖像識(shí)別上甚至超過(guò)了人眼識(shí)別的準(zhǔn)確率。尤其是2016年Google研發(fā)的機(jī)器人AlphaGo擊敗世界圍棋冠軍李世石，使人工智能在經(jīng)歷了兩次寒冬之后再次復(fù)蘇并以極其強(qiáng)勁的態(tài)勢(shì)進(jìn)入大眾的視野。事實(shí)上，人工智能正在全面進(jìn)入人類生產(chǎn)和生活的方方面面，成為繼互聯(lián)網(wǎng)之后第四次工業(yè)革命的推動(dòng)力量。人類正在進(jìn)入人工智能時(shí)代，人工智能正在成為這個(gè)時(shí)代的基礎(chǔ)設(shè)施。人臉識(shí)別、自動(dòng)駕駛、聊天機(jī)器人、工業(yè)和家居機(jī)器人、股票推薦，人工智能的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用正在遍地開(kāi)花。

1 人工智能概述

人工智能作為一門新興學(xué)科，發(fā)展時(shí)間還不是太長(zhǎng)，但已經(jīng)顯現(xiàn)出較強(qiáng)的發(fā)展前景，其主要通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)人類的思維活動(dòng)予以模擬，以使電腦系統(tǒng)擁有人類學(xué)習(xí)、推理等行為，進(jìn)而具備人類的知識(shí)，對(duì)自然與人類的基本語(yǔ)言有更好的掌握。它在學(xué)科研究領(lǐng)域廣泛、綜合性很強(qiáng)，囊括了很多學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容，很有發(fā)展前途。人工與智能是人工智能的重點(diǎn)內(nèi)容，他們主要研究的內(nèi)容包括處理自然語(yǔ)言和知識(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用以及機(jī)器人學(xué)科。人工智能的技術(shù)特征涵蓋了搜索、知識(shí)表達(dá)、推理、抽象、語(yǔ)音識(shí)別和處理模糊信息這幾大能力。

2 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的概述

利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)已經(jīng)成為教育領(lǐng)域的發(fā)展方向，借助計(jì)算機(jī)完成部分教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)形式更加多樣化，頗受師生的歡迎。利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)功能，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，隨時(shí)隨地地進(jìn)行學(xué)習(xí)、交流。其適用性更強(qiáng)，同時(shí)有效實(shí)現(xiàn)了資源共享，實(shí)現(xiàn)了交互式學(xué)習(xí)，使各項(xiàng)教學(xué)資料更能滿足學(xué)生發(fā)展的需求，也完成了傳統(tǒng)的教師教和學(xué)生學(xué)中的一些難點(diǎn)重點(diǎn)的突破，使教與學(xué)的效果更加突出。更為重要的是，利用計(jì)算機(jī)智能化系統(tǒng)可以隨時(shí)掌握分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，將信息反饋給教師，教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，更好地完成教學(xué)目標(biāo)。

當(dāng)然計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中也存在一些問(wèn)題，例如：學(xué)生的學(xué)習(xí)不夠主動(dòng)，在學(xué)習(xí)中存在惰性等，這些問(wèn)題在以后的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中需要改進(jìn)，才能更好地促進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的發(fā)展。

3 人工智能時(shí)代的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

人工智能時(shí)代的編程自然以人工智能研究和開(kāi)發(fā)人工智能應(yīng)用為主要目的。很多編程語(yǔ)言都可以用于人工智能開(kāi)發(fā)，很難說(shuō)人工智能必須用哪一種語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)，但并不是每種編程語(yǔ)言都能夠?yàn)殚_(kāi)發(fā)人員節(jié)省時(shí)間及精力。Python由于簡(jiǎn)單易用，是人工智能領(lǐng)域中使用最廣泛的編程語(yǔ)言之一，它可以無(wú)縫地與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和其他常用的AI算法一起使用。Py-thon之所以適合AI項(xiàng)目，其實(shí)也是基于Python的很多有用的庫(kù)都可以在AI中使用。一位Python程序員給出了學(xué)習(xí)Python的7個(gè)理由：（1）Python易于學(xué)習(xí)。作為腳本語(yǔ)言，Python語(yǔ)言語(yǔ)法簡(jiǎn)單、接近自然語(yǔ)言，因此可讀性好，尤其適合作為計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的入門語(yǔ)言。（2）Python能夠用于快速Web應(yīng)用開(kāi)發(fā)。（3）Python驅(qū)動(dòng)創(chuàng)業(yè)公司成功。支持從創(chuàng)意到實(shí)現(xiàn)的快速迭代。（4）Python程序員可獲得高薪。高薪反映了市場(chǎng)需求。（5）Python助力網(wǎng)絡(luò)安全。Python支持快速實(shí)驗(yàn)。（6）Python是AI和機(jī)器學(xué)習(xí)的未來(lái)。Python提供了數(shù)值計(jì)算引擎（如NumPy和SciPy）和機(jī)器學(xué)習(xí)功能庫(kù)（如scikit-learn，Keras和TensorFlow），可以很方便地支持機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析。（7）不做只會(huì)一招半式的碼農(nóng)。多會(huì)一門語(yǔ)言，機(jī)會(huì)更多。

4 人工智能技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的影響

目前，各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)都與計(jì)算機(jī)技術(shù)有著密切的聯(lián)系，不僅指知識(shí)的傳授，還指對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的整體認(rèn)識(shí)。在獲取知識(shí)的過(guò)程中，需要新舊知識(shí)的銜接，需要教師的引導(dǎo)。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，在實(shí)踐活動(dòng)中積極探索，這是傳統(tǒng)的教學(xué)模式，而人工智能技術(shù)中的各個(gè)模塊承擔(dān)著不同的功能，例如“專家模塊”給予的幫助、解答更加專業(yè)，而且打破了時(shí)間空間的限制，且交流無(wú)障礙，更符合學(xué)生的需求；“學(xué)生模塊”能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，并建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，為教學(xué)的有效性提供客觀、真實(shí)的數(shù)據(jù)，教師以此為依據(jù)，在教學(xué)中因材施教。這些正是人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

5 計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的應(yīng)用

（1）查找問(wèn)題并制定解決路徑和相關(guān)規(guī)劃。 實(shí)際生活及生產(chǎn)中人們總會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，為解決這些問(wèn)題需要通過(guò)很多路徑去查找解決問(wèn)題的關(guān)鍵，這無(wú)疑會(huì)花費(fèi)人們很多時(shí)間，故通常情況下人們都會(huì)選擇最小的路徑來(lái)探索解決問(wèn)題的辦法，而利用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)能夠設(shè)計(jì)一個(gè)路徑查找系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種問(wèn)題的查找，并有效解決問(wèn)題。另外一方面，利用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)能夠模擬出人類對(duì)事情的感知，并將這些感存儲(chǔ)到相應(yīng)的機(jī)器程序中去，使機(jī)器具有自動(dòng)識(shí)別功能，從而能夠自動(dòng)檢查問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。盡管一些復(fù)雜的問(wèn)題單獨(dú)利用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)難以解決，但也能幫助人們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)找到問(wèn)題原因，因此能夠高效解決問(wèn)題。

（2）遠(yuǎn)程自主規(guī)劃和控制。遠(yuǎn)程自主規(guī)劃和控制主要是指利用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)編制遠(yuǎn)程智能程序，并構(gòu)建遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，然后在系統(tǒng)中提前設(shè)定好任務(wù)和目標(biāo)，最后實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自主操作、規(guī)劃及控制。利用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)能夠優(yōu)化航天器控制系統(tǒng)，使航天工作人員能夠在上百萬(wàn)公里以外太空中，對(duì)航天器進(jìn)行遠(yuǎn)程規(guī)劃和控制，例如：美國(guó)航天局在航天器設(shè)置計(jì)算機(jī)智能跟蹤程序，使美國(guó)航天局在離航天器幾千里以外的地方就能實(shí)現(xiàn)對(duì)航天器的規(guī)劃及控制，同時(shí)還可以進(jìn)行操作和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的遠(yuǎn)程遙控。

（3）預(yù)測(cè)步驟，提高博弈技巧。計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)應(yīng)用在很多時(shí)候都像是下棋，因?yàn)閼?yīng)用過(guò)程中會(huì)涉及到各方面的知識(shí)點(diǎn)及問(wèn)題，通過(guò)數(shù)據(jù)信息能夠查找這些知識(shí)及問(wèn)題，而這些問(wèn)題又能分成若干個(gè)小問(wèn)題，所以計(jì)算機(jī)人工技術(shù)的作用很多都在于提供下棋數(shù)據(jù)信息，使其朝著搜索和問(wèn)題歸納等方向發(fā)展，從而為下棋者科學(xué)決策提供支持。近年來(lái)計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)已經(jīng)得到了迅速發(fā)展，并在各大領(lǐng)域得到了應(yīng)用。但是我國(guó)的計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)還達(dá)不到國(guó)際水平，相當(dāng)于博弈過(guò)程中我國(guó)計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)近達(dá)不到國(guó)際象棋錦標(biāo)賽的水平，但解決人類棋手的表達(dá)能力和洞察能等能力還是很強(qiáng)的，所以要具體問(wèn)題具體分析，以進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)水平。

（4）現(xiàn)時(shí)代，計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)應(yīng)用水平還有待提高，因此要盡可能將該技術(shù)應(yīng)用于各大領(lǐng)域，并加強(qiáng)研究，以完善計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)。例如，可以將計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，以突破傳統(tǒng)醫(yī)療診斷弊端的同時(shí)提高診斷水平；再如，利用計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)建立概率分析系統(tǒng)，并應(yīng)用醫(yī)療診斷程序構(gòu)建中，以同時(shí)提高醫(yī)療診斷水平及專家醫(yī)師的實(shí)踐水平，實(shí)現(xiàn)真正意義上的程序診斷，雖然利用程序?qū)Σ∪诉M(jìn)行檢查引起了相關(guān)人士的質(zhì)疑，但很多這方面的專家都闡述了程序檢查的因素及可能引起的并發(fā)癥，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，證實(shí)了程序診斷突破傳統(tǒng)醫(yī)療診斷弊端，并且不會(huì)引發(fā)任何并發(fā)癥，因此能夠有效提高醫(yī)療診斷水平及醫(yī)療水平。

6 未來(lái)發(fā)展方向

第一，自動(dòng)推理化發(fā)展方向，自動(dòng)推理一直都是計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的主要研究方向，而計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)則是自動(dòng)推理研究的理論基礎(chǔ)，即在這兩項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，構(gòu)建可以進(jìn)行自動(dòng)推理的系統(tǒng)；第二，智能接口的搭建，智能接口的實(shí)現(xiàn)能夠加強(qiáng)人與計(jì)算機(jī)的交流，進(jìn)而為人們的工作及生活提供幫助，使計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)更具有應(yīng)用價(jià)值，所以完善智能接口也成為計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)的研究及發(fā)展方向；第三，數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)一直以來(lái)都是計(jì)算機(jī)及人工智能技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用基礎(chǔ)，所以計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)也同樣離不開(kāi)數(shù)據(jù)，這意味著數(shù)據(jù)挖掘是計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)發(fā)展必須進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，并且數(shù)據(jù)挖掘?qū)⑹怯?jì)算機(jī)人工技術(shù)的發(fā)展方向，這主要因?yàn)樵跀?shù)據(jù)中能夠探索到新知識(shí)，并且能夠找到客觀世界各事物之間的聯(lián)系及規(guī)律，這就能夠?yàn)槿斯ぶ悄芗夹g(shù)奠定良好基礎(chǔ)。

7 結(jié)語(yǔ)

總而言之，計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到各大領(lǐng)域，推動(dòng)各行各業(yè)信息化及智能化發(fā)展，使我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)水平得到了提高。計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)與其他現(xiàn)代化技術(shù)相比，更具有信息化及智能化特點(diǎn)，因此得到了社會(huì)各方人士的關(guān)注。但就目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)還不夠成熟，其發(fā)展比較慢且中受其他技術(shù)牽制，所以進(jìn)一步研究計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)是必要和重要的。