7月25日-26日,在中国科学技术协会、中国科学院、中国工程院、浙江省人民政府、杭州市人民政府、浙江省人工智能发展专家委员会指导下,由中国人工智能学会、杭州市余杭区人民政府主办,浙江杭州未来科技城管理委员会承办的2020全球人工智能技术大会在“数字之都”——杭州,成功举办。在7月26日举办的智慧教育专题论坛上浙江大学计算机学院副院长、求是特聘教授、国家杰青吴飞为我们带来了题为“人工智能人才培养:专业和学科”的精彩演讲。
吴飞 浙江大学计算机学院副院长,求是特聘教授、国家杰青
以下是吴飞的演讲实录:
一、计算机课程中人工智能知识点演变
人工智能研究的一个起源来自于计算机,计算机研究起源于电子工程专业(EE)。世界上第一个电子工程系1882 年在德国达姆斯塔特工业大学成立,美国的康奈尔大学和英国伦敦大学学院于1885 年分别设立了电子工程系。在1962 年美国普渡大学设立了世界上第一个计算机系后,计算机课程体系设计工作很快就踏上了征程。
为了规范计算机课程的教学,美国计算机学会(ACM) 于1968年和1978年发布了计算机科学课程体系Curriculum 68 和Curriculum 78。1985 年,ACM 和IEEE 计算机学会 (IEEE-CS)针对计算机科学课程体系成立了一个工作组(task force),共同来制定计算机科学的课程体系。这个工作组几乎每隔10 年,发布一个新的计算机课程体系,目前已经发布了Computing Curricula1991、Computing Curricula 2001、Computer Science Curriculum 2013 等内容。
1968 年首次发布的计算机课程体系Curriculum 68 强调算法思维,认为算法概念应当和程序概念之间清晰的区分开,并且强调了数学知识的教学(如微积分、线性代数和概率等)。在1968 年计算机课程体系中,“AI, heuristic programming( 人工智能与启发式规划)”首次出现。由此可以看出,人工智能知识点在第一份计算机专业课程体系中就已经出现,而且从未缺席。
1985 年,ACM 和IEEE-CS 联合成立了一个工作组,来制定计算机课程体系,这个工作组认为计算机专业是研究信息描述和转换的系统性算法过程,包括理论、分析、设计、效率、执行和应用。同时,工作组提出计算科学的根本问题是,“什么可以(有效地)自动化?(what can be efficiently automated)”。1991 年,这个工作组发布了计算机课程体系computing curricula 1991。
ACM 和IEEE-CS 发布的1991 版课程体系将计算机课程体系分为11 个知识领域,其中将人工智能与机器人内容单列为Artificial Intelligence and Robotics (AI)。说明人工智能课程在计算机课程体系中成为了一个独立的知识单元,开始进入到计算机专业教育的核心领域。
2001 年,ACM 和IEEE-CS 联合工作组发布了计算机课程体系Computing Curricula 2001,它将计算机课程体系分为14 个知识领域,其中将人工智能内容单列为Intelligent System (AI)。在这版计算机课程体系中,AI 板块课程内容被进一步的拓展和细化,AI 的相关内容被分为13 个分支,分别为智能系统基础、搜索与优化、知识表达和推理、学习、智能体、计算机视觉、自然语言处理、模式识别、先进机器学习、机器人、知识系统、神经网络和遗传算法。从这13 个分支可以看出,AI 板块基本上已经形成了自己的知识体系和课程体系,已经在核心理论和应用理论上完成了整体架构的搭建和设计。
2013 年,ACM 和IEEE-CS 联合工作组发布的计算机课程体系Computing Curricula 2013 中,计算机课程体系被称为一个“大篷”(big tent),其知识领域被拓展为18 个。在这个课程体系中,人工智能“Intelligent System(AI)”相关内容被分为12 个分支,见表1。
表1 ACM 和IEEE-CS 发布的
2013版计算机课程体系及人工智能知识内容
从1968 年到2013 年计算机课程体系可看出:① 人工智能知识体系的着重点走过了从强调程序设计(programming)到算法研究(model)以及功能实现(function)的不同历史阶段;② 从2008 年和2013 年计算机课程体系可以看出:计算机课程体系这个“大篷”随时间不断扩展,如基于平台的开发、并行与分布式计算、系统基本原理等是2013 年中新增加内容;③ 人工智能知识点逐渐变得明晰,在2013 年计算机课程体系中明确指出人工智能是一门研究难以通过传统方法去解决实际问题的学问之道,其通过非传统方法解决问题需要利用常识或领域知识的表达机制、解决问题的能力以及学习技巧。为此,需要研究感知( 如语音识别、自然语言理解、计算机视觉)、问题求解(如搜索和规划)、行动(如机器人)以及支持任务完成的体系架构(如智能体和多智能体)。
二、人工智能人才培养载体:专业和学科
1955 年8 月,John McCarthy( 时任达特茅斯学院数学系助理教授,1971年度图灵奖获得者)、Marvin Lee Minsky(时任哈佛大学数学系和神经学系Junior Fellow,1969 年度图灵奖获得者)、Claude Shannon(时任贝尔实验室数学家,信息论之父)和Nathaniel Rochester(时任IBM信息研究主管,IBM 第一代通用计算机701主设计师)四位学者在一份题为A Proposal for the Dartmouth Summer Research Project on Artificial Intelligence(《关于举办达特茅斯人工智能夏季研讨会的提议》)的报告中,首次使用了“Artificial Intelligence”(人工智能,AI)这个术语,从此人工智能开始登上人类历史舞台。
在这份报告中,四位学者希望美国洛克菲勒私人基金会能够出资,资助一批学者在1956 年夏天于达特茅斯学院研究“让机器能像人那样认知、思考和学习,即用计算机模拟人的智能”。这份报告同时列举了人工智能所面临的七类问题,分别是自动计算机、计算机编程、神经网络(通过连接神经元来形成概念)、计算的复杂度、自我学习与提高、抽象能力以及随机性与创造力。
人工智能经过60 多年演进,正呈现深度学习、跨界融合、人机协同、群智开放、自主操控等新特征,人工智能具有辐射效应、放大效应和溢出效应,正在引发链式突破,加速新一轮科技革命和产业变革进程,成为新一轮产业变革的核心驱动力。人工智能具有增强任何领域的技术的潜力,是类似于内燃机或电力的一种“使能”技术,这一使能技术的下一步突破将来自多学科交叉内禀,形成创新之源、创新之力、赋能社会。
2017 年7 月20 日向全社会发布的国务院《新一代人工智能发展规划》中明确指出,要建设人工智能学科,加强人工智能的高层次人才的培养。2018 年4 月4 日,教育部发布的《高等学校人工智能创新行动计划》里也明确要求,要完善人工智能领域的人才培养体系,同时在此计划中专门开辟了三个专栏,其中专栏二就是人工智能的人才培养,明确指出了建立人工智能学科及人工智能的本科专业。2020 年1 月教育部、发改委和财政部三部委发布《关于双一流建设高校,促进学科融合,加快人工智能领域研究生培养的若干意见》,明确指出将人工智能纳入“国家关键领域急需高层次人才培养专项招生计划”支持范围。
2018 年4 月17 日,国务院学位办发布《关于高等学校开展学位授权自主审核工作的意见》通知,指出具有学位授权自主审核权的20 所高校可新增一级学科目录以外的交叉学科,并且规定了交叉学科不是现有学科的简单组合,设置的交叉学科应该具有一定的数量,相对稳定的研究方向,覆盖面与现行一级学科相当,有可能形成新的学科增长点。
浙江大学根据此通知精神,很快将工作开展起来。我记得当时吴朝晖校长明确指示,学校研究生院要探讨研究建立人工智能交叉学科的工作。2018 年6 月21 日,浙江大学研究生院委托计算机学院召开浙江大学人工智能交叉学科专家论证会。通过这次论证,浙江大学明确了人工智能交叉学科的建设方向和建设内涵,并且向浙江大学学位评定委员会第70 届全体委员会汇报了人工智能交叉学科设置方案。2019 年5 月6 日,国务院学位办批准浙江大学设立人工智能交叉学科(学科代码9901),这是中国高校设立的第一个人工智能的交叉学科。
当前,浙江大学、武汉大学和华中科技大学相继获批人工智能交叉学科(纳入一级学科管理),215所高校获批设置人工智能本科专业、171所高职院校(专科)获批“人工智能技术服务”专业,中国已经形成了本科生到研究生的人才培养体系。表2示出了双一流高校中开设人工智能本科专业和学科的学校。
表2 双一流高校中开设人工智能本科专业和学科的学校列表
麻省理工学院(MIT)在重组其计算学院时设立了电子工程(electrical engineering, EE)、计算机科学(computer science, CS)和人工智能和决策(artificial intelligence and decision- making,AI+D)三个系,其认为人工智能和决策将以计算机科学为核心的人工智能和以电子工程为核心的信息论和决策系统进行了有机融合。
三、构建人工智能生态(AI Ecosystem)推动人才培养:浙江大学实践
人工智能不单纯是一门课程、一手技术、一项产品或一个应用,而是理论博大深厚、技术生机勃勃、产品落地牵引、应用赋能社会的综合生态系统,在这样一个良好生态系统中,每一个来自不同领域的参与者都可郁郁葱葱、乘势成长。
浙江大学实施“脑科学与人工智能会聚研究计划”(双脑计划),推动神经系统科学、认知科学、计算机科学等人工智能关键领域的互动融合,获批教育部人工智能协同创新中心、脑与脑机融合前沿科学中心。从2018 年以来,浙江大学计算机学院、法学院与阿里巴巴达摩院、浙江省高级人民法院合作,开展了人工智能赋能司法审判的联合攻关。针对金融借款和民间借贷等24 个案由,基于10 万多标注裁判文书、10 万多标注庭审笔录、1 万多标注证据样本和400 万条法条,研制了智能审判系统——“小智”。“小智”于2019年9月在杭州上城区和下城区所属人民法院开始使用,辅助法官办理民间借贷和金融借贷两个案由,为智能化辅助审判提供了实践经验。如2019年9 月23 日小智在杭州市上城区人民法院基金小镇人民法庭仅用30 分钟审理完毕金融借款纠纷案件,2019 年12 月24 日小智在杭州市下城区人民法院仅用30 分钟审理完毕民间借贷纠纷案件。
根据人工智能“至小有内(内涵)”和“至大无外(交叉)”的特点,浙江大学人工智能本科专业按照“厘清内涵、促进交叉、赋能应用”原则设置了人工智能人才培养方案。厘清内涵指确立专业培养定位和专业培养方向,重视数学与统计知识(如概率论、微积分、线性代数、优化求解和矩阵变换等)、计算机编程和系统能力(如程序设计、算法分析和系统等)以及人工智能基础知识(如逻辑推理、机器学习、强化学习、控制与博弈决策等);促进交叉指“专、通、交”课程内容贯穿,即核心课程中既要有“专业化”课程(掌握系统而牢固人工智能专业知识),也要有“通识”课程(拓宽人工智能的知识面),以及体现若干专业学科知识汇聚的“交叉”课程(具备人工智能+X 的知识能力),培养人工智能人才的广泛适应能力和可持续竞争力,以应对快速变化的新时代;赋能应用指加强实践体系建设,针对人工智能是应用驱动的特点,在人才培养过程中,与人工智能相关企业合作,加大设置人工智能芯片、工具、系统和平台等课程,加强技术应用能力,以及应用场景创新能力的培养。
2018 年3 月,高等教育出版社联合国家新一代人工智能战略咨询委员会在北京组织成立了《新一代人工智能系列教材》编委会,由潘云鹤院士担任编委会主任,郑南宁院士、高文院士、吴澄院士、陈纯院士和林金安副总编辑担任编委会副主任委员。该系列教材将涵盖人工智能基础理论、算法模型、技术系统、硬件芯片和伦理安全以及“智能+”学科交叉等方面内容。目前教材编写工作进展顺利,《人工智能导论:模型与算法》、《可视化导论》和《智能产品设计》已经先后出版,且三本教材均在爱课程(中国大学MOOC)发布了在线课程,选修超过12 万人次。潘云鹤院士为系列教材撰写了序言,希望“编写具有中国特色的人工智能一流教材体系,建设在线开放共享课程,形成各具优势、衔接前沿、涵盖完整、交叉融合的教材体系,为人工智能各类型人才培养做出应有贡献”。《自然语言处理》、《模式识别》、《自主智能运动系统》、《人脸图像合成与识别》、《机器感知》、《人工智能芯片与系统》、《物联网安全》、《神经认知学》、《人工智能伦理与安全》、《金融科技概论》、《媒体计算》、《人工智能逻辑》、《人工智能生物医学信息处理》、《数字不经济:人工智能与区块链》、《人工智能伦理》、《赋能:“人工智能+”数字经济》等教材正在撰写中。
2020 年7 月1 日,浙江大学人工智能研究所和人工智能协同创新中心发布了由潘云鹤院士题词的“智海——新一代人工智能科教平台(www.wiscean.cn)”,寓意为“有智之能,方可驱动时代变革,有海之容,便可赋能万物更新”,并同时赋予 “人工智能、教育先行;产学协作、引领创新” 平台理念。“智海”汇聚前沿技术和产业资源,联动政校企力量,搭建开源、开放、互通的新一代人工智能生态体系,深度聚焦人工智能人才培养、学科交叉和人工智能生态建设,推动人工智能交叉学科范式变革、赋能场景应用。“智海”依托“新一代人工智能系列教材”面向高等学校开展人工智能专业实训。7 月11 日,“智海”对来自全国61所高校的126 位教师通过网络进行了 “云培训”、8 月3 日-8 月27 日完成了航天科技集团第三期“灰犀牛”人工智能技术特训班60 名学员的研训工作。中国航天科技集团包为民院士主持了“灰犀牛”人工智能技术特训班的开班仪式。雷达与电子技术专家张履谦院士和人工智能专家潘云鹤院士分别为“灰犀牛”人工智能技术特训班题词。
2019 年5 月,信息技术新工科产学研联盟人工智能人才培训基地在浙江省德清县举行揭牌仪式。该基地由浙江大学人工智能研究所德清研究院负责进行建设。基地成立以来,为进一步加强政、产、学三方人工智能科技创新协同发展,以“AI赋能、教育先行;创新引领、产学协同”为理念,承办了“高校人工智能人才与科技莫干山论坛(简称莫干山论坛)”,汇聚国内外人工智能各领域顶尖学者,深入探索人工智能前沿科技发展趋势,积极推动中国人工智能人才培养生态建设。浙江大学人工智能研究所德清研究院先后组织了高校人工智能人才与科技莫干山论坛、中国工程院前沿信息技术颠覆性会议、英特尔杯”第一届中国研究生人工智能创新大赛决赛、全国高校计算机大赛- 人工智能创意赛等活动。2020 年4 月,由信息技术新工科产学研联盟主办,新华网、中教全媒体承办,信息技术新工科产学研联盟人工智能培训基地(德清)协办的“人工智能教育线上公开课” 于4 月24 日在新华网客户端云直播以及中教全媒体直播平台同步首播。“人工智能教育线上公开课”邀请新工科建设领域的知名专家学者、高校和企业界专家线上开讲,围绕新工科建设背景、新工科专业建设进展、产学协同育人机制、校企协同课程建设成果、新工科专业人才需求与就业发展等展开讨论,助力新工科建设。
四、结论
2020年的6月16日,潘云鹤院士作为通讯作者与其他人工智能领域的年轻学者,在《自然》子刊《机器智能》发布了《中国迈向新一代人工智能》的文章,全景式地扫描中国新一代人工智能的形成过程和发展现状。潘院士指出,中国今后新一代人工智能发展面临如下的挑战:一是大力培养人工智能本土一流人才;二是加强学科交叉下的人工智能理论突破;三是规范人工智能伦理道德;四是全面构建起中国人工智能发展生态。
“致天下之治者在人才,成天下之才者在教化”。我们相信在这样一个伟大的历史时刻,高等学校即将肩负起人工智能人才培养的伟大历史使命,与其他企业、政府与其他的联盟一起,人工智能教育先行,产学协作,引领创新。人工智能是使能技术,具有一种溢出带动性很强的头雁效应,一定能赋能社会。
1955年人工智能登上历史舞台初心非常简单,人工智能每一次成绩的取得必将推动社会的伟大巨变,人工智能最终完成的一刹那必将为人类社会带来辉煌的巨变。“凡贵通者,贵其能用之也”。
(本报告根据速记整理)
CAAI原创 丨 作者吴飞
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