淺析《流浪地球》中的計(jì)算機(jī)技術(shù)

張家寧

摘要：賀歲檔上映的《流浪地球》頗受好評，影片中展示的計(jì)算機(jī)技術(shù)提前讓觀眾享受一場奇幻的人工智能之旅。本文從《流浪地球》說起，對現(xiàn)實(shí)中計(jì)算機(jī)技術(shù)的前世今生以及影片中涉及到的計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹，最后又對基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的信息物理融合、人機(jī)融合系統(tǒng)進(jìn)行了簡單介紹和展望。

關(guān)鍵詞：流浪地球;計(jì)算機(jī);信息物理融合;人機(jī)融合

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）02-0215-02

0 引言

近期，各種題材的賀歲片在觀眾的殷切期待中火熱上映，成為近一段時(shí)間的各大網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)熱門的話題。國產(chǎn)片中關(guān)注度最高的絕對非科幻電影《流浪地球》莫屬。《流浪地球》由科幻作家劉慈欣的同名小說改編，影片主要內(nèi)容是人類為尋找新家園，帶著地球一起流浪的故事。在電影中，由于地球停止自傳，地表爆發(fā)了各種災(zāi)難，人類全部搬遷到地下城中居住。影片中，正在上課的教室中陽光明媚，窗外的景色也如在地表看到的一般藍(lán)天白云、鳥語花香。但當(dāng)從教室出來后卻是一片昏暗，因?yàn)榻淌业拇皯羰侨⑵聊唬巴獾木吧际峭ㄟ^屏幕模擬出來的;“領(lǐng)航員”空間站中的科研工作者來自世界各地，雖然語言都是各自的母語，但大家卻都能無障礙溝通。這要?dú)w功于那一個(gè)個(gè)小小的、具備即時(shí)翻譯的耳機(jī);最讓人驚艷的還是當(dāng)?shù)厍蜻\(yùn)行軌道開始發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，空間站中的人工智能Moss只用了0.42秒就計(jì)算出了解決這一問題的終極方案。除了上述這些讓人眼前一亮的場景之外，能夠車載同步、局域網(wǎng)廣播、私人頻道溝通的防護(hù)服、實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛的飛機(jī)、能夠隨時(shí)根據(jù)需求全方位行進(jìn)的汽車等等，這一切都有賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助。

這些雖然都是作者想象出來的場景，但卻并不是憑空想象，而是在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上的展望。過去60年，在經(jīng)濟(jì)全球的大潮下計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其源源不斷的創(chuàng)造性、迅速、正確及穩(wěn)定的判斷和選擇能力為人類社會(huì)發(fā)展帶來了翻天覆地的變化。

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)及其發(fā)展

《流浪地球》中由計(jì)算機(jī)技術(shù)造就的未來世界讓我們驚艷，回到現(xiàn)實(shí)世界，讓我們一起從頭開始，共同認(rèn)識(shí)一下計(jì)算機(jī)技術(shù)，了解一下計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程。

1.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)簡介

提到計(jì)算機(jī)技術(shù)，可能首先想到的就是那些加班是日常、脫發(fā)是必然的程序員以及常伴程序員左右的電腦，其實(shí)編程只是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中包含的很小的一個(gè)技術(shù)而已。相較其它領(lǐng)域來說，計(jì)算機(jī)技術(shù)著實(shí)是一個(gè)年輕的領(lǐng)域，但也是一個(gè)充滿創(chuàng)新、充滿活力的領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，徹底地改變了人類的工作、生活及消費(fèi)方式。從計(jì)算機(jī)起源來看，計(jì)算機(jī)技術(shù)是以電子工程、應(yīng)用物理、機(jī)械工程、現(xiàn)代通信技術(shù)和數(shù)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域?yàn)榛A(chǔ)發(fā)展起來的，涉及的關(guān)鍵技術(shù)多達(dá)幾十種，諸如真空電子技術(shù)、磁記錄技術(shù)、光學(xué)和激光學(xué)、熱敏技術(shù)、光敏技術(shù)、精密機(jī)械及其工藝和計(jì)量技術(shù)、通信技術(shù)、離散數(shù)學(xué)、算法論、語言理論、控制論、信息論等等。如果對計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行粗略分類，大致可分四個(gè)部分，分別是為計(jì)算機(jī)提供物質(zhì)基礎(chǔ)的器件技術(shù)、能夠保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完整運(yùn)行的系統(tǒng)技術(shù)、保證各部件正常發(fā)揮其功能的部件技術(shù)以及保證計(jì)算機(jī)可靠性、維修方便性、生產(chǎn)工藝性和信息傳遞延遲程度的組裝技術(shù)。再向下細(xì)分門類可就多了，諸如使計(jì)算機(jī)獲得良好的解決效率和合理性價(jià)比的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理自動(dòng)化的系統(tǒng)管理技術(shù)，使程序設(shè)計(jì)自動(dòng)化的系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)，運(yùn)算與控制技術(shù)，信息存儲(chǔ)技術(shù)、信息輸入、輸出技術(shù)等等不一而足。總之，計(jì)算機(jī)技術(shù)是一門綜合性很高、涉及領(lǐng)域非常廣、已經(jīng)被應(yīng)用在各行各業(yè)的全新且強(qiáng)大的技術(shù)。

1.2 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展

隨著時(shí)代的發(fā)展，計(jì)算機(jī)能為我們提供的幫助已經(jīng)無法計(jì)數(shù)，但其實(shí)人類最初對計(jì)算機(jī)的暢想只是希望它能夠幫助人類進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。提到計(jì)算機(jī)的起源，一般想到的都是在1946年誕生于賓夕法尼亞大學(xué)的ENIAC通用電子計(jì)算機(jī)，但是這并不是人類歷史上最早的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的起源最早可以追溯到比ENIAC通用電子計(jì)算機(jī)問世時(shí)間更早300多年前的巴黎。在1639年的法國巴黎，一個(gè)年僅16歲的少年為了幫助稅務(wù)官父親減少大量的稅務(wù)收支計(jì)算工作，利用8個(gè)齒輪發(fā)明出最高能進(jìn)行8位數(shù)加法的齒輪計(jì)算機(jī)，這位少年就是布萊茲·帕斯卡，就是那個(gè)改進(jìn)了水銀氣壓計(jì)、發(fā)明了注射器、水壓機(jī)，以至于人們將壓強(qiáng)單位稱為“帕斯卡”以紀(jì)念他的帕斯卡。帕斯卡逝世近10年之后的1671年，德國天才戈特弗里德·威廉·萊布尼茨在帕斯卡“加法計(jì)算器”的基礎(chǔ)上又發(fā)明出了可以進(jìn)行十六位四則運(yùn)算的“計(jì)算機(jī)”。當(dāng)然，說他是天才并不僅僅因?yàn)樗晟坪吞岣吡藱C(jī)器的計(jì)算水平，更大的貢獻(xiàn)是他發(fā)明了一種全新的計(jì)算方法——二進(jìn)制，也就是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域依然在沿用的二進(jìn)制！可以說這個(gè)發(fā)明對計(jì)算機(jī)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為計(jì)算機(jī)的發(fā)展創(chuàng)造了無限可能。當(dāng)然，同時(shí)代發(fā)展出的對計(jì)算機(jī)領(lǐng)域有重要意義的技術(shù)或者方法還有很多，如微積分、差分等，雖然以現(xiàn)在的眼光來看，當(dāng)時(shí)的機(jī)械計(jì)算機(jī)所能承載的計(jì)算能力有限，但眾多先驅(qū)為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域奠定的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)取得如今的成績的保證。

“自動(dòng)計(jì)算”的需求在不斷增加，隨著電子時(shí)代的來臨，計(jì)算機(jī)發(fā)展進(jìn)入新紀(jì)元。1946年，由賓夕法尼亞大學(xué)設(shè)計(jì)誕生的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)主要用于導(dǎo)彈的彈道計(jì)算，這臺(tái)計(jì)算機(jī)的具備了今天計(jì)算機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和功能，雖然當(dāng)時(shí)的計(jì)算能力還趕不上現(xiàn)在的智能手機(jī)，但在當(dāng)時(shí)來看也是一個(gè)具有非常強(qiáng)大的計(jì)算功能的機(jī)器。這臺(tái)計(jì)算機(jī)體積非常大，耗電量更大，高成本使得當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)只應(yīng)用在軍事計(jì)算中。隨著元器件和相關(guān)技術(shù)的突破，到了20世紀(jì)60年代，一些政府部門、大型的科研機(jī)構(gòu)也開始引進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理，計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化程度也在逐漸提高。直到因特爾四位CPU的問世，計(jì)算機(jī)開始逐漸向普通大眾的市場靠近。1982年第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)問世，從此計(jì)算機(jī)成本開始下降，計(jì)算機(jī)體積也開始逐漸減小，至今手機(jī)、電腦等各類計(jì)算機(jī)產(chǎn)品基本充斥在社會(huì)的每一個(gè)角落。計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)從自動(dòng)化時(shí)代邁入智能化時(shí)代。

2 電影中的計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)

在《流浪地球》中，導(dǎo)演通過很多長鏡頭為觀眾展現(xiàn)了宏大的場面，讓觀眾充分感受到宇宙的無垠和人類的渺小。更讓人驚喜的是導(dǎo)演還通過很多小細(xì)節(jié)向觀眾展現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)技術(shù)的加持下，未來社會(huì)的智能生活是如此的方便快捷。

2.1 萬物互聯(lián)技術(shù)

眾所周知，我們現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用人類社會(huì)將真正實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。而在影片中，萬物互聯(lián)已經(jīng)是生活常態(tài)，人與人、人與物、物與物按需互聯(lián)，只要有交互場景就一定能夠體現(xiàn)出萬物互聯(lián)的便利。比如主人公劉啟偷了姥爺?shù)膯T工卡、偽造了自己的身份ID并穿上了非法的防護(hù)服，在登上去往地表的電梯時(shí)，安檢人員只掃描了他偽造的人員ID號(hào)牌就獲取了他的所有信息。在地表上，除了與同樣穿著防護(hù)服的同伴溝通無障礙，與身處在世界各個(gè)地點(diǎn)執(zhí)行任務(wù)的救援隊(duì)，甚至與遠(yuǎn)在外太空空間站的爸爸聯(lián)系都非常順暢。同時(shí)，空間站的智能機(jī)器人Moss除了能控制整個(gè)空間站之外，與全球各個(gè)角落的設(shè)備取得聯(lián)系都是瞬間即可完成，就如同我們現(xiàn)在打電話一樣方便。

2.2 云計(jì)算、高性能計(jì)算技術(shù)

影片中隨時(shí)隨地獲取超級計(jì)算能力也讓我佩服至極。除了前文曾提到過的在地球軌道出現(xiàn)偏差的瞬間，人工智能機(jī)器人Moss僅僅用了0.42秒就計(jì)算出了解決問題的終極方案。還有很多細(xì)節(jié)能讓我們體會(huì)到當(dāng)時(shí)的云計(jì)算及高性能計(jì)算技術(shù)的強(qiáng)大力量。在救援的最后階段，當(dāng)所有助推器都啟動(dòng)后，地球依然沒有改變運(yùn)行軌跡，劉啟想到點(diǎn)燃木星上的氫氣，李一一迅速就計(jì)算了這個(gè)方案的可行性，幾乎馬上就得出了結(jié)論，這種效率缺少了云計(jì)算等高性能計(jì)算技術(shù)是絕對無法達(dá)到的。

2.3 大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)

影片中涉及到的大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)無一不讓人拍案叫絕。空間站中，人工智能Moss除了性格比較“耿直”外，理解能力與語言表達(dá)能力毫不遜色于普通人。片中人工智能Moss與劉培強(qiáng)的對話最多，對話場景如同與一個(gè)真實(shí)的人對話一般無二。同時(shí)，Moss還能根據(jù)不同國籍的科研人員隨時(shí)切換語言，甚至在被劉培強(qiáng)燒毀時(shí)還能說出：“果然讓人類一直保持理智是一件奢侈的事。”還是這個(gè)Moss，當(dāng)?shù)厍蛴龅綖?zāi)難的時(shí)候還能夠迅速計(jì)算出解決方案并即時(shí)做出最優(yōu)方案提供給聯(lián)合政府，供聯(lián)合政府進(jìn)行決策。從聯(lián)合政府的決策方式來推測，在沒有人類感性因素?fù)诫s的情況下，Moss提供的最優(yōu)決策是絕對值得信任的，甚至聯(lián)合政府還可能賦予了Moss與聯(lián)合政府同等的權(quán)限，讓它能夠在危機(jī)時(shí)刻替代聯(lián)合政府作出決定。

3 基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的信息物理融合、人機(jī)融合系統(tǒng)

3.1 危機(jī)時(shí)刻的地球救援行動(dòng)

《流浪地球》從開頭到結(jié)尾都是一場基于高科技裝備、悲壯的地球救援行動(dòng)，行動(dòng)中有很多信息物理融合、人機(jī)融合系統(tǒng)應(yīng)用的場景。救援隊(duì)員身穿機(jī)甲亮相，這一身裝束除了讓隊(duì)員看起來孔武有力之外，在關(guān)鍵時(shí)刻也是幫了救援隊(duì)大忙。在零下80℃的環(huán)境下，人類可以行動(dòng)自如;最后點(diǎn)燃助推器時(shí)，需要人力去推動(dòng)撞針以確保火力保持最大。在三個(gè)隊(duì)員推動(dòng)撞針時(shí)，有一個(gè)細(xì)節(jié)是隊(duì)員身上穿的機(jī)甲在冒煙并提示超負(fù)載，說明推撞針的除了人力之外，更多參與的還是與人體融合的機(jī)甲。另外，救援隊(duì)隊(duì)員剛子為了救主人公姥爺韓子昂沿著電梯井掉落下去，女隊(duì)員周倩通過手腕上佩戴的顯示屏就獲知了剛子犧牲的消息。還有，經(jīng)歷了一番波折后，一隊(duì)人終于爬出了電梯，因?yàn)榫壤褷數(shù)姆制缇仍?duì)和劉啟三人發(fā)生分歧最終分道揚(yáng)鑣。劉啟三人離開不久便遇到了一架墜毀的飛機(jī)和一輛卡車。相信你一定記得，劉啟說要對汽車進(jìn)行檢修時(shí)，并沒有像我們現(xiàn)在檢修汽車這般真的去查看卡車元件，而是打開一個(gè)位于卡車側(cè)下方的屏幕，查看了一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)便最終確定卡車依然可以使用。

3.2 信息物理融合、人機(jī)融合系統(tǒng)的作用

信息物理融合可以理解為基于嵌入式設(shè)備的高效能網(wǎng)絡(luò)化智能信息系統(tǒng)，通過實(shí)現(xiàn)對物理空間信息的實(shí)時(shí)采集，利用這些信息在虛擬空間通過建立大規(guī)模的模擬，以提高信息處理、實(shí)時(shí)通信、遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制以及組建自主協(xié)調(diào)等方面的能力，最終找出最優(yōu)的方案為物理空間的活動(dòng)提供決策支持。而人機(jī)融合就更容易理解的，顧名思義，人機(jī)融合就是人類與機(jī)器的融合，利用人類和機(jī)器的差異性進(jìn)行互補(bǔ)以幫助人類完成更加復(fù)雜的感知和計(jì)算任務(wù)。正如前文所說，在電影《流浪地球》中信息物理融合、人機(jī)融合系統(tǒng)在救援過程中展現(xiàn)的淋漓盡致，關(guān)鍵時(shí)刻能夠幫助人類在惡劣的環(huán)境作業(yè)，還能及時(shí)收集周圍環(huán)境所有的有用信息，幫助人類最初最終決策。

3.3 信息物理融合、人機(jī)融合系統(tǒng)是未來的發(fā)展趨勢

雖然《流浪地球》只是一部科幻影片，但在某種意義上也預(yù)示了計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的大方向。目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)是一個(gè)國家綜合實(shí)力的重要組成部分，隨著各領(lǐng)域高新科技的不斷發(fā)展，對計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力、信息處理能力、人工智能能力等各方面要求會(huì)越來越高，而人工智能的演進(jìn)目標(biāo)就是機(jī)器不斷迭代更新，更加深入地與人類融合，將人類與機(jī)器的優(yōu)勢更進(jìn)一步互補(bǔ)，幫助人類面對各類艱苦的作業(yè)環(huán)境、解決更多的問題，讓機(jī)器和人類共同進(jìn)步。可以說，未來信息物理融合、人機(jī)融合系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。

4 結(jié)語

《流浪地球》票房突破42億，電影通過大量恢弘的場景向我們展示了未來世界的生活方式。拋卻絕望中極力抓住希望的精神不談，單單是影片中向我們展示的信息物理高度融合、人機(jī)高度融合的細(xì)節(jié)就足夠觀眾去盡情暢想。雖然影片只是天馬星空的想象，但發(fā)生的一切都有跡可循。我們相信，在這個(gè)瞬息萬變的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，在計(jì)算機(jī)等各類高新技術(shù)的加持下，一切皆有可能！

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Analysis of Computer Technology in "The Wandering Earth"

ZHANG Jia-ning

（Hengshui No. 1 Middle School， Hebei Province， Hengshui Hebei? 053000）

Abstract：The "Wandering Earth" released in the Lunar New Year file is well received. The computer technology displayed in the film allows the audience to enjoy a fantastic artificial intelligence journey in advance. This article starts from "Wandering Earth"， introduces the computer technology of the past and the life of computer technology in reality， and finally introduces the information physics fusion and human-machine fusion system based on computer technology. Outlook.

Key words：stray earth; computer; information physics fusion; human-machine fusion