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Abstract: In view of the characteristics of artificial intelligence curriculum, including abstract content and complex algorithm, and the actual needs of undergraduate teaching, combined with teaching practice, this paper discusses and sums up the teaching reform and innovation of undergraduate artificial intelligence curriculum from the teaching system, teaching content, teaching methods and assessment methods.
P键词: 人工智能;创新;本科
Key words: artificial intelligence;innovation;undergraduate
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2017)22-0230-02
0 引言
人工智能是计算机科学的一个分支,是当前科学技术中正在迅速发展、新思想、新观点、新理论、新技术不断涌现的一个学科,其属于一门边缘学科,同时也是多个学科交叉而成的一门学科,包括语言学、哲学、心理学、神经生理学、系统论、信息论、控制论、计算机科学、数学等[1]。当前人工智能已经是很多高校计算机相关专业的必修课程,它是计算机科学与技术学科类各专业重要的基础课程,其教学内容主要包括自然语言理解、计算智能技术、问题求解和搜索算法、知识表示和推理机制、专家系统和机器学习等,国内外很多大学都意识到了其重要性,纷纷对其展开了教学和研究。人工智能课程包含多个学科,具有内容抽象、理论性强、知识点多等特点,且算法复杂,但是多数高校采用的教学方式仍是传统的课堂教学方式,即“教师讲、学生听”的教学模式,这种信息单向传输教学模式以教师为主体,学生只是在被动的接收知识;存在过分重视理论教学,忽视实践活动教学的问题,导致教育内容无法和社会接轨;人工智能教材理论性过强,学生在学习过程中常常感到枯燥乏味,进而对学习该课程失去热情[2],久而久之,不仅人工智能课程的教学质量和效果无法达到预期,甚至学生还会产生厌学心理。针对人工智能课程中现有的各项问题,本文作者结合自身丰富人工智能教学实践经验,参考人工智能课程特点和教学目标,从多个方面探讨和总结了人工智能,包括教学内容、教材选择、教学方法和考核形式等。
1 教学内容优化与更新
人工智能是一门崭新的学科。开设本课程首先是确定教学内容。通常来讲,人工智能学科的内容包括两个部分,具体:一是知识表示和推理;二是人工智能的应用。前者是人工智能的重要基础,后者主要介绍了几种人工智能应用系统,包括自动规划和机器视觉、机器学习、专家系统等。另外,课程内容中还包括了一些人工智能应用的实例,将实践和理论紧密结合起来[3]。
随着时代的发展和科技的进步,人工智能学科也取得了较大发展。基于此,人工智能学科也应该与时俱进,更新人工智能教学大纲,进一步完善其教学内容。修订后的人工智能教学大纲将人工智能分成两个部分,即基础部分和扩展应用部分。前者包括计算智能、搜索原理、知识表示等,后者包括智能机器人、智能控制、多智能体、自然语言理解、自动规划、机器学习、知识工程等。
教学内容的选择和确定应综合考虑多项因素,不仅要重视基础知识,也应注意推陈出新,随着科技的进步做到与时俱进,同时教学内容应符合现实的需求,能够与社会接轨,将理论和实践紧密结合起来,只有这样人工智能课程的教学质量和效果才能事半功倍。
2 教学策略及教学方法的改革创新
由于人工智能课程具有算法复杂、内容抽象、理论性强、 知识点多的特点,传统的教学模式已经无法满足人工智能课程的需求,教师应探索更加有效的教学模式和方法,确保人工智能课程能够取得良好的教学质量和教学效果。具体的改革和创新人工智能课程的手段和方法主要包括以下几个方面:
2.1 激发学生的学习兴趣 无论是经验还是常识都在告诉我们每个人最好的老师就是兴趣,学生只有对某门学科存在兴趣,才会更加主动积极的学习该门课程,从而获得良好的教学效果。比如,作者在课程的一开始先播放了一段著名导演斯蒂文・斯皮尔伯格的《Artificial Intelligence》的相关片段,由这个电影学生知道了世上存在人工智能的机器人,学生们随着电影情节的发展而深深感动,与此同时教师让学生思考和谈论人工智能是什么?研究人工智能的意义在哪里?实践发现,在课堂中加入电影因素,能够大大提升学生们的注意力,让学生更加专注在教学任务中,有效提高了学生探索人工智能的积极性和主动性。此外,在教学中还可以用动画、视频、图片等手段将反映人工智能最新研究和应用的成果展示出来,让学生更直观的感受人工智能的奥妙,从而投入更多热情学习人工智能课程。
2.2 面向问题的案例教学法 案例教学法是一种以案例为基础、以能力培养为核心的一种教学方法[11]。针对学校学生特点,我们采取了以下几种教学形式实施案例教学。①讲解式案例教学:这种案例通过教师的讲解,帮助学生理解抽象的理论知识点。案例的呈现有两种基本形式:一是“案例―理论”,即先给出教学案例,然后再讲解理论知识;二是“理论―案例”,即教师先讲解理论知识,再给出教学案例;通过情境体验与案例剖析激发学生认知的兴趣,引导学生对将要学习的内容产生注意,有利于教师导入新课。②讨论式案例教学:在课程初期将学生分成若干学习小组,每小组3~4人;教师将提前设计好的一题多解的教学案例以及收集的相关资料分配给每个小组,要求学生在课余时间通过自学和组内讨论的方式给出问题的不同解决方案。③辩论式案例教学:在课程后期,采取专题辩论的方式对综合应用案例进行讨论,能有效地启发学生全方位地思考和探索问题的解决方法,加深学生对人工智能的理解。
2.3 个性化学习与因材施教 在开展课程教育过程中应注意对学生进行个性化教学,结合学生特点因材施教。比如,在日常教学中多观察学生情况,鼓励那些应对教学任务后仍存在余力的W生深入探索较深层次的课程及相关知识,同时友善面对学习较差的学生,分析其学习过程中面对的困难,有的放矢地采取应对措施,帮助其不断进步;在教学过程中让学生以读书报告的形式多多思考,鼓励学生发散性思考问题,鼓励优秀学生进行深一步的探讨,并且教师应帮助具有新颖思想或论点的学生将其智慧以科技论文和发表文章的形式转化为成果。
2.4 注重综合能力培养 在研究型教学中任务驱动是一种常用的教学方法,其中心导向是任务,学生在完成任务的同时也在吸收和掌握知识。通常来讲,该教学方法的步骤是:教师提出任务师生共同分析以得出完成任务的方法和步骤适当讲解或自学、协作学习完成任务交流和总结。”[3]该教学模式不仅有利于培养学生的创新能力和创新意识,还能够培养学生解决实际问题的能力,提高其综合实力。不仅如此,由于该教学模式通常是以小组协作的方式进行,教师给出研究范围,学生自愿结组并选择具体的题目,经过分析和讨论后以程序设计或者论文的形式协作完成研究。由此可知,学生是在以团队的力量解决问题,这十分考验学生的团队协作能力,对于学生团队合作精神的培养至关重要,且在完成任务的过程中学生需要查阅大量的资料,久而久之学生收集资料和创新能力势必会得到提升。
2.5 采用启发式教学 人工智能的很多问题都较为抽象,对学生理解力的要求较高,因此,在实际的教学过程中教师应有意识的就课程内容提出相关问题,让学生自己独立思考,鼓励学生提出自己的想法和解决方案。然后回归到课程上,对比分析教材上的解决方案和学生自己的解决方案,如此不仅培养了学生独立思考的能力,也增加了学生参与教学活动的意识,提高了学生的学习热情。比如,在讲到较为抽象的“遗传算法”时,先提出一个问题,即“遗传算法如何用于优化计算?”,然后从“达尔文的生物进化论”入手,讨论“遗传”、“变异”和“选择”作用,之后举例分析,启发学生思考“遗传”、“变异”和“选择”的实现,最后师生一起导出遗传算法用于优化计算的基本步骤。如此既完成了教授遗传算法的目的,也锻炼了学生逻辑思维的能力,教学效果良好[4]。
3 作业和考核方式的改革创新
过去的课程作业都是单一书面习题作业,发展至今,课程作业形式已经发生了变化,更加丰富多样,包括必须交给教师评阅的书面家庭作业和不必交给教师的课外思考题目、口头布置的思考题或阅读材料以及大型作业等。其中通过网络就可以完成上交作业,并且教师批阅作业后也可以通过网络返回给学生,实现了网络化。课程的考核方式较之以前也发生了较大变化,加强了平时思维能力的考核,更加注重学生实验能力和动手能力的培养,不再是绝对的一次考试定成绩,而是在总评成绩中加入30%的平时成绩,如此不仅减轻了学生的期末负担,也迫使学生更加重视平时的学习思考,有利于课程教学质量的提升。
4 结束语
本文是以提高教学质量为目标,结合教学实践,从教学体系、教学内容、教学方法、考核方式等方面对本科人工智能课程的教学改革进行了探讨,总结了该课程在教学和实践方面的一些教改举措。这些举措符合二十一世纪高校教学的要求,可以支持教师提高教学手段现代化的水平,同时更贴合学生的学习需求。作为该课程的授课教师应始终保持对教学内容的不断更新、教学方法的多样化,才能激发学生的学习兴趣,培养他们的思维创新和技术创新的能力,最终提高本课程的教学质量。从学生的反馈来看,作者所总结的教学实践具有明显的教学效果。但仍有许多方面做得不够,今后将继续在教学过程中不断总结成功的经验,吸取失败的教训。
参考文献:
[1]蔡自兴.人工智能及其应用[M].三版.北京:清华大学出版社,2007.
[2]谢榕,李霞.人工智能课程教学案例库建设及案例教学实践[J].计算机教育,2014(19):92-97.
[3]蔡自兴,肖晓明,蒙祖强.树立精品意识搞好人工智能课程建设[J].中国大学教学,2004(1):28-29.
关键词:HPS教育;小学科学;人工智能
随着我国教育的迅猛发展,作为科学教育重中之重的小学科学教育逐渐开始被大众所关注,所以探索小学科学教育的新思路已成为教育改革的关键之一。多年来,我国不断借鉴发达国家的教育改革理念与经验,并进行本土化研究,促进我国教育发展。
一、研究背景
HPS教育作为西方20世纪80年代盛行的理论,引入中国已有20余年。作为极其受欢迎的教育理念,凭借着自身优势在中国教育课程改革中占据了一席之地,也为中国科学教育提供了新思路。
(一)HPS的概念界定
HPS的提出源自科学内部对科学反思和科学外部人员对科学本质认识的思考。最初,HPS指的是科学史(HistoryofScience)和科学哲学(PhilosophyofScience)两大学科领域,但在20世纪90年代科学建构论流行后,科学社会学与科学知识社会学被引入科学教育,HPS逐渐演化成科学史(HistoryofScience)、科学哲学(PhilosophyofScience)和科学社会学(SociologyofScience)三者的统称[1]:科学史即研究科学(包括自然科学和社会科学)和科学知识的历史;科学哲学则是对科学本性的理性分析,以及对科学概念、科学话语的哲学思辨,比如科学这把“双刃剑”对人类社会的影响;科学社会学则讨论科学处在社会大系统中,社会种种因素在科学发展过程中的地位和作用,这包括了政治、经济、文化、技术、信仰等因素[2]。在国外,德国科学家和史学家马赫最早提倡HPS教育,突出强调哲学与历史应用至科学教学中的作用。我国HPS相关研究开始晚且研究规模较小,首都师范大学的丁邦平教授认为HPS融入科学课程与教学是培养学生理解科学本质的一个重要途径[3]。
(二)HPS教育理念融入小学科学课程的必要性
运用科学史、科学哲学等进行教学是目前国际上小学科学教育改革的一种新趋势。2017年,教育部颁布的《义务教育小学科学课程标准》标志着我国科学教育步入了新阶段,其不仅要求达成科学知识、科学探究的相应目标,也要养成相应的科学态度,思考科学、技术、社会与环境的融洽相处。该标准提出了“初步了解在科学技术的研究与应用中,需要考虑伦理和道德的价值取向,提倡热爱自然、珍爱生命,提高保护环境意识和社会责任感”。HPS教育与小学科学课程的结合是教学内容由知识到能力再到素养的过程,是小学科学教育的新维度,改变了小学科学课程的教学环境。将科学课程中融入HPS教育的内容,可以帮助学生理解科学本质,研究科学知识是如何产生的,科学对社会的多方面影响以及科学和科学方法的优、缺点等。当《小学课程标准》将科学态度和价值观视为科学教育的有机组成部分时,小学科学课程就有望成为HPS教育的天然载体,同时为小学科学课程渗透HPS教育提出了挑战。目前,我国小学科学课程虽已有部分设计融入了HPS教育理念,但该融入过程仍停留在表面,融入程度低,融入方式单一。所以,研究HPS教育理念融入小学科学课程十分有必要。
(三)HPS教育理念融入小学科学课程的可行性
纵观国内外已有的研究,将HPS教育融入小学科学课程可分为基于传统课堂模式的正式教育课程和基于科技馆、研学机构等的非正式教育课程。由皖新传媒、中国科学技术大学先进技术研究院新媒体研究院、中国科学技术大学出版社三方通力合作、联合打造的《人工智能读本》系列丛书自出版以来已发行八万套,在安徽省多个市区的小学得以应用,是青少年人工智能教育上的一次全新探索。该套丛书分三年级至六年级共四套,涵盖了16个人工智能前沿研究领域知识点,每一节课都设有场景引入、读一读、看一看、试一试4个模块。小学《人工智能读本》作为阐述新兴科技的读本,以亲切的场景对话和可爱幽默的插画等形式吸引了众多小学生的兴趣,不仅可作为学校科学课读本,也可以应用于课外场景。本文则以小学《人工智能读本》为例,对HPS教育进行初步摸索与实践,以期对小学科学教育带来教益。
二、HPS教育理念融入小学科学的典型案例
《人工智能读本》作为HPS教育理念融入小学科学实践的典型案例,侧重引导学生多维度、科学辩证地认识人工智能,内容包括机器学习、决策职能和类脑智能,以及人工智能的不同发展阶段,带领学生思考人工智能带来的伦理问题以及其他挑战,培养学生正确的世界观、人生观和价值观。本研究将以《人工智能读本》六年级第四单元“人工智能伦理与其他挑战”为例,分析HPS教育理念融入小学科学的实践。
(一)科学史:提升课程趣味性
小学科学教育作为培养具有科学素养公众的重要步骤,提升过程的趣味性则十分重要。过去传统的小学科学教育注重知识的传递而忽略了学习过程,填鸭式教学导致学生失去对科学的兴趣与探索欲,不利于公民科学素养的整体提高。而科学史作为研究科学(包括自然科学和社会科学)和科学知识的历史,已经逐渐渗透到科学教育中来。科学史常常介绍科学家的事迹,某一知识诞生所面临的困难和曲折过程,而将科学史融入课程可以带学生重回知识诞生的时刻,切身体会科学。读本作为在小学科学教育中不可或缺的工具,利用科学史内容,以叙事方式可以将科学哲学与科学社会学的思想融入教学过程中,在读本中融入历史,可以提升课程趣味性,帮助学生更加容易探求科学本质,感受科学家不懈努力、敢于质疑的精神,提升科学素养。例如《人工智能读本》六年级第四单元“人工智能伦理与其他挑战”引入部分即以时间顺序展开,介绍人工智能的发展与面临的困境。在“看一看”中机器人索菲亚是否可以结婚的故事不仅为本章节提供了丰富的内容,提升了课程的趣味性,而且还融入了科学与哲学,引发读者对于人工智能的思考。
(二)科学社会学:提升课程社会性
科学社会学是研究一切科学与社会之间的联系与影响,包含科学对社会的影响和社会对科学的影响。科学是一种社会活动,同时也受到政治、经济、文化等多方面影响,比如蒸汽机的诞生表明科学促进社会的发展。在科学教育的课堂中融入科学社会学不仅可以帮助学生理解科学问题,还可以通过介绍科学与社会之间的复杂关系,培养学生灵活、批判看待科学问题的思维能力。如六年级第四单元“人工智能伦理与其他挑战”中,在介绍个人与技术的基础上引入了政府和环境这两个要素,使学生在更宏观的背景下,获得这样一种认知:环境与技术之间有一把“双刃剑”,个人与技术、政府与技术之间是相互促进的主客体关系。《人工智能读本》并不全是说教性质的文字,在“试一试”中的辩论赛环节让同学通过亲身实践,更加了解人工智能对于社会的多方面影响。通过对于科技是一把“双刃剑”这一事实的了解,同学们可以更好地将学习知识与社会的背景联系在一起,深刻体会科学中的人文素养,增强社会责任感。
(三)科学哲学:提升课程思辨性
以往研究发现,国内学科教材中关于科学史和科学社会学内容较多而且呈显性,而对于科学哲学的融入内容不够,且不鲜明。[3]科学哲学融入科学教育无疑可以提升学生的思辨性,帮助学生建立起对于科学正确而全面的认识。例如,《人工智能读本》六年级第四单元“人工智能伦理与其他挑战”中,引入人工智能伦理,通过介绍人工智能面对的挑战、人工智能的具体应对策略,让小学生了解人工智能技术发展的同时也要重视可能引发的法律和伦理道德问题,明白人与人工智能之间的关系以及处理这些关系的准则。通过“读一读”先让学生明白伦理概念,再用一幅画让学生思考在算法的发展下,人类与机器人的关系如何定义,向学生传递树立人类与人工智能和谐共生的技术伦理观。通过这种方式,可以帮助学生逐步建立完整的科学观,全面且思辨地看待科学,提升学生思辨性,进而提升科学素养。
三、HPS教育理念融入小学科学课程的实践建议
《人工智能读本》作为一套理论与实践相结合,具有知识性与趣味性的儿童科普读物,着重引导小学生培养科学创新意识,提升人工智能素养,产生求知探索欲望。但《人工智能读本》作为HPS融入小学科学课程的初始,仍存在教育资源不充分、内容结合较浅等不足,为了将HPS教育更好融入小学科学课程,可从以下三方面加以改进。
(一)开发HPS教育资源
HPS教育需要教育资源的支撑。HPS教育资源来源广泛,无论是学生的现实生活,还是历史资料,都可以提供契机和灵感。《人工智能读本》中收集了大量与人工智能相关的故事和现实案例,都可以作为教育资源,从各个角度达到科普的目的。在新媒体时代,进行HPS教育资源开发时,应当注意借助最新的信息与通信技术增强资源的互动性,如互动多媒体技术、虚拟现实技术、增强现实技术、科学可视化技术等。在传统的科学课堂教学中,主要是通过图片文字讲解,实验演示及互动来开展。这种形式对于现实中能接触到的实验内容,如常见的动植物、可操作的物理化学实验等,比较容易开展。而对于地球与宇宙科学领域的知识,或者一些已经不存在的动植物,则只能通过图片视频进行展示,不容易进行实验展示。通过虚拟现实技术、增强现实技术等,则可以虚拟出世界万物,如不易操作的物理化学实验、已消失的动植物等都可以通过虚拟现实的手段得以呈现。这些技术或能使教学内容变得生动形象,或通过营造沉浸感以使学生有更佳的情境体验,或让学生与教学资源进行交互从而自定义内容,服务于学生科学素养提升的终极目的。
(二)对小学科学教师进行培训
HPS教育的关键是从社会、历史、哲学等角度对自然科学内容进行重新编排,并不是将大量的内容或学科知识简单相加,这对教师能力也提出了更高要求。目前,人工智能教学领域常常出现“学生不会学、老师不会教”的状况,《人工智能读本》作为内容翔实有趣的读本可以弥补一部分缺失。但与此同时,也需要提升教师的教学能力与知识储备。HPS教育理念不仅仅针对历史中的科学人物,所有的学生主体也是历史中的主体,他们也身处于社会中,并且对于生活中的各种科学现象有着自己的思考。所以教师身为引导者,需要注意到学生的思考,深入挖掘,鼓励他们对所思内容进行反思并付诸实践。科学史和科学哲学应当成为科学教师教育项目中的一部分,这能让科学教师更好地理解他们的社会责任。为此,对职业科学教师进行HPS培训便是必要的。
(三)多场景开展小学科学教育
科学素养不是空洞的,它来自学生的认识体验,并从中获得生动、具体的理解和收获。《人工智能读本》作为方便携带的读本,不仅可以在小学科学课堂中作为教材使用,也可以应用在其他场景,如研学旅行、科技馆等场所。课堂学习只是小学科学教育中的一个环节,家庭、科技馆等也可以进行科学教育。例如,科技馆与博物馆可以以科学家和历史科学仪器为主题举办展览,展览中融入HPS教育理念,学生在参观和学习过程中学习有关科学内容。一些历史上大型的科学实验,学校教室或实验室无法满足条件,但在大型的场馆中可以实现。例如,研学旅行作为目前科学教育中最受欢迎的方式之一,已被纳入学校教育教学计划,列为中小学生的“必修课”,正逐渐成为学生获得科学知识的另一个途径。研学旅行作为一种集知识性、教育性、趣味性和娱乐性为一体的旅游形式,通常伴随着知识教育的过程,包括科学知识的普及,所以也是开展小学科学教育的重要场所。在该场景下,运用《人工智能读本》等新兴手段进行科学教育往往取得事半功倍的效果。
结语
目前,HPS教育理念已经积极尝试运用到小学科学教育中,包括学校内的正式学习以及学校外如科技馆、博物馆、研学旅游中的非正式学习之中。其中,科技史以时间维度为线索创造丰富资源的同时也可以提升课程趣味性;科学社会学以科学与社会之间的相互关系帮助学生理解科学本质,提升科学素养;科学哲学则以哲学的视域审视科学的诞生提升学生思辨能力。未来,HPS教育结合小学科学则需要更深入,在资源开发、教师培训以及应用场景等方面加以改进,为提升国民科学素养做出努力。
参考文献:
[1]袁维新.国外科学史融入科学课程的研究综述[J].比较教育研究,2005,26(10):62-67.
[2]张晶.HPS(科学史,科学哲学与科学社会学):一种新的科学教育范式[J].自然辩证法研究,2008,24(9):83-87.
[3]丁邦平.HPS教育与科学课程改革[J].比较教育研究,2000(06):6-12.
个遥远世界的、神秘莫测的居民。在无数的电影和电视节目中,它们都扮演过配角,这些秃顶的小矮人已经成了这些电影和电视节目中标志性的角色。
但是,迄今我们也没有见过一个真正的外星人。实际上,我们甚至从来也没搞清楚真正的外星人是否存在。
最近,天文学家已经在银河系中与我们邻近的区域内发现几千颗行星。因此,关于在宇宙中存在智慧生命的观点由科幻的范畴转而变得具有科学合理性了。望远镜可以随时接收信号,也许能告诉我们外星人是否就在那里。
它们会是什么样子的呢?
真正的外星人是否真的像电影里描绘的那样,是一群有着光滑皮肤的人形生物?在经过简单的生物工程方面的辩论
后,现在我们认为,拥有两个眼睛、直立行走、拥有灵活的四肢,应该对任何活动的智慧生物来说都是合乎情理的。因此,在外星人的长相上,一些生物学家已经站在了好莱坞这边,声称生物趋同进化的过程将确保这些外星人可能多多少少与我们有几分相似。所谓趋同进化,是指生物在进化过程中为适应功能而呈现出表型上的相似性。
这一论点简直是在向好莱坞溜须拍马,它根本没有考虑到至关重要的一点,那就是更有可能出现的情况是,最先进
的外星文明将是一种特殊的、被称为“超级智能”的人工智能(“A.I.”)。“超级智能”的综合认知能力将在各个方面(诸如社交能力、一般性智慧、科技创新等方面)大大超越人类能够达到的巅峰状态。
我们觉得这种“超级智能”很可能是现实,是基于对人类自身不久的将来的认知,因为我们人类可能已经接近于开
发出我们自己的“超级智能”了。能够制造出这样的机器,可能是21世纪最具变革性的事件,甚至可以说是人类历史上最具变革性的事件了。这种“超级智能”的诞生,也许就像3.7亿年前陆生动物的出现一样,是自然进化过程中自然而然的一步。
以此类推,我们猜想,如果某种智能生命创造出星际间交流的手段,那么,它们也许只需要几百年时间就能将它们的感知模式由生物学模式改变为“人工智能”模式了。
考虑到宇宙的年龄,这些外星人制造出的可以思考的机器,可能要比我们的先进几百万甚至数十亿年。它们中的一
些,可能已经通过对自己的身体进行生物强化的方式成功地实现了“超级智能”。根据我们的推测,其中的大多数只需过渡到以硅为基础的生命形式,而不是继续保持以碳为基础的生命形式,即可实现“超级智能”。
事实上,与大脑相比,硅看上去似乎是一种更好的信息处理介质。神经元的数据传输速率峰值约为200赫兹,这比我们当前的微处理器低了大约7个数量级。虽然生物大脑能够以高效的算法和大规模的并行计算来补偿神经元的缓慢,但是,更快的硅系统可以借用生物大脑的这些设计特点,甚至对其做出更进一步的提高。
此外,更值得关注的是,在人类的大脑中,审议思维慢到令人难以置信的地步。在处理审议思维时,人类大脑最多只能对大约7个信息块进行处理。大脑中神经元的数量会受到颅容量和新陈代谢的限制。相比之下,计算机可以占据整座城市,甚至占据多个行星。而且,它们还可以从能够将生命一扫而空的环境灾难中存活下来。
一旦有了开始,智能设备就能够建造它们自己的后代。而后,这些经过改进的、有知觉的机器就可以去设计新一代的智能机器,而且,这一场景可能已经在宇宙的历史中不止一次地上演过了。这一过程的展开将会非常快,以至于宇宙中现存的大部分智能都是制造出来的,而非天生的。真正的外星人绝对不可能是变形虫的样子。
即便我们错了,大多数的外星文明都是生物文明,那么,考虑到以硅为基础的生物是一种更为持久的生命系统,它们几乎可以说是不朽的,所以它们也更有可能从事太空旅行。如果我们真的能碰到任何地外智能生物的话,我们第一次碰到的很可能就是它们。
对于这些能够思考的机器,我们该如何评论呢?它们的所思所想,以及它们的兴趣会不会和我们一样呢?
我们猜测,不管是通过扫描它们的大脑,将其中的内容传输到计算机,还是以硅元件慢慢取代它们的部分大脑(这
两种方式都相当于将生物大脑中的信息“上传”至“机器大脑”中),总之,许多外星文明已经达到了“后生物”文明时代。如果我们的猜想是正确的,那么它们的思考方式可能与衍生出它们的生物外星人相似,虽然它们思考起来要快得多,而且是以一种增强的方式。这样会使它们解决问题和发展技术的能力远远超过它们的生物祖先所能企及的地步。
生物智能已经进化出了生存和繁殖的技能。而它们的“硅后代”可能继承它们的主要生存动机,如寻找食物、避免受伤、繁殖、合作等。如果这些外星人事实上仍然对繁殖感兴趣的话,那么我们可以预料的是,考虑到可供它们使用的巨大计算资源,它们将有可能创建出装满了人工生命,甚至是其他超级智能的模拟宇宙。如果这些模拟人类想要成为外星人的“孩子”,那么它们可能也要保留这些相同的基本目标。
你可能会提出反对意见,认为从理论上推导出有超级智能的外星人毫无用处,因为它们可能以数不清的、不可预见
的方式,改变它们的基本结构。然而,这一切都是有限制的。如果一个“超级智能”型生命还是以生存为其主要目的的话,那么,它可能会抵制从根本上改变其自身结构,而选择进行小幅度的改进。它可能会认为:如果我以一种激进的方式改变自身结构的话,那“我”就不是“我”了。
关键词:电子商务;自动协商;讨价还价;多Agent系统(MAS: Multi-Agent Systems)
Study of Bilateral Multi-issue Auto-negotiation of Electronic Commerce
SHAO Huang-fang XU Cai-yun
(Zhejiang Guangsha College of Applied Construction Technology, Dongyang32210, Zhejiang)
Abstract: Negotiation is one of the key problems in the electronic commerce and the effective basic ways to deal with conflicts of interactive parties. To implement trade-off in automated negotiations is one of important aspect in the development of electronic commerce. And it needs a negotiation model for sustaining. In order to find the negotiations model which could be feasible achieved, it is beneficial to combine AI techniques with methods and techniques from others fields, such as game theory, social science and philosophy. This paper summarize some study methods and fruit in this field in recent years, and also point out the important aspects of the domain.
Keywords: e-commerce; automated negotiations; bargaining; MAS: Multi-Agent Systems
1. 引言
电子商务的目标是实现网上交易,也就是将整个交易过程移植到网络上进行。因此,如何通过计算机技术和网络技术等先进信息技术在网上开展交易过程成为电子商务研究的主要内容和方向。伴随着计算机的普及,以及各种接入Internet的嵌入式计算机的出现,改变了网络交易的特征和强度,对电子商务的性能和可用性提出了新的要求,其中包括:
(1) 客户对交易方式的个性化要求不断提升;
(2) 对网上交易的自动化程度提出更高的要求(涵盖了整个交易过程的自动化);
(3) 网上交易的安全和隐私问题。
人们在研究中发现,网上交易实现的重点和难点是如何模拟人类为了达成一致意见而进行的协商过程。因此,为了更好的研究网上交易的过程,人们将传统的协商思想引入电子商务,进而形成了电子商务自动协商的概念,并成为目前国内外研究的热点之一,其目的是希望能够构建一个专门的系统来支持和模拟人类交易的过程,实现交易的自动化。
Agent技术为解决电子商务的协商问题提供了技术上的可能。Agent是一种新型分布计算技术,是分布计算技术和人工智能技术充分结合和不断完善基础上的产物,其智能性、动态性和移动性可以很好的应用于电子商务自动协商之中。
目前,国内外关于协商系统实际应用的案例并不多,比较典型和成功的应用如eBay电子商务拍卖网站(省略)、阿里巴巴网站(china.省略/:提供了全球最大的企业与企业(B2B)形式的网上贸易市场)以及旗下的淘宝网(省略/:提供了买卖双方进行拍卖交易的平台),但这些案例仅仅提供了拍卖这一种简单类型的协商,而用户不能在该网站上进行其它类型的协商,如讨价还价等。
总言之,国内外关于电子协商的研究还多数处于模型和实验研究阶段,虽然有一些成功的应用案例,但是它们都有一些限制,对于一个完整的协商系统而言,它只是其中的一个组成部分。由此可见,关于电子商务协商技术的研究还有大量的工作要做。因此,电子商务自动协商不仅有其理论意义,并且有着广泛的实际应用前景。本文主要对这一研究领域的部分重要工作做一个初步介绍。
2. 几种协商模型
对于电子商务的自动协商问题,国内外研究者主要从两个方向进行研究:应用层面和理论层面。应用层面侧重于应用计算机现有技术来实现电子商务协商系统,如利用Java平台来开发组成协商系统的各个功能Agent,再进行模拟交易;而理论层面则侧重于对协商模型的数学基础的研究。目前,国内对该领域的研究主要集中于应用层面(例如可参见文献[1] [2]及其所列文献),而国外则集中于数学基础的研究(可见[7]及所列文献),其中的一个主要原因是电子商务的自动协商是一个多学科(包括计算机科学、数学、经济学及社会科学等)交叉性的研究领域。为了能够有效的实现电子商务交易协商的自动化,其前提需要一个协商模型的支持。而为了能够得到实用性强且易于实现的自动协商模型,需要将人工智能(AI: Artificial Intelligence)技术与其他学科领域的方法和技术相结合,如利用对策论、社会科学及哲学等。
根据协商参与者的数量,可以将协商分为:双边协商和多边协商(一对多协商或多对多协商)。其中,双边协商在理论和实践意义上都是非常重要的,也是国内外研究最多、成果最多的协商情形,而对于多边协商,有两种主要的研究方法:拍卖模式和结盟模式,近几年得到了更多的关注,且得到了一些很好的结果(如文献[9] [10])。
目前,在自动协商的研究领域,最重要的两个研究方向分别是:基于对策论和基于辩论的研究(如文献[10])。此外,还有基于合同网、基于分布式约束问题求解等研究方法。BDI (Belief (信念)、Desire (期望)、Intention (意图))模型是Agent技术研究的基本模型之一,由于延伸出在自动协商领域的是基于辩论的协商模型。对策论(对策论(Game Theory)亦称博弈论,是研究具有对抗或竞争性质现象的数学理论和方法)已被公认为该研究领域中最重要的数学基础,大多数的自动协商模型都是以对策论为理论基础而建立起来的。基于对策论的电子商务自动协商模型一般从以下几个方面进行研究:
(1) 基于传统对策论中的Nash合作与非合作对策的协商模型,其不足之处是模型的假设过于理想化,很难在实际中得到应用。
(2) 基于Rubinstein讨价还价理论框架的协商模型(见文献[3] [10])。该方法在双边协商上得到广泛应用,因为它将人们在现实生活中通常所使用的协商模式移植到电子商务环境中。其不足之处在于缺少学习机制,对于复杂的电子商务环境不易得到推广。
(3) 基于拍卖的协商模型,对于处理多边协商是一种被广泛采用的研究方法。
值得注意的是,对策论(博弈论)的一个新的发展方向――博弈学习理论,是目前博弈论领域研究的热点方向之一。该理论应用于多Agent系统中形成了目前多Agent系统研究领域中研究最多、成果最多的一个方向――多Agent学习(Multi-Agent Learning: MAL)。
3. 进一步探讨
电子商务的自动协商问题是目前国内外研究的热点之一,已经取得了许多重要的研究成果(重要的成果如[1] [2] [8] [9] [10]),然而仍有很多基本问题还有待于进一步的深入研究。因篇幅所限,这里对基于讨价还价的协商模型作一概述,其他方面的概述可见文献[2]及其所列文献。
3.1 Rubinstein讨价还价模型
讨价还价理论(Bargaining Theory)主要是研究有共同利益要合作的参与人在如何合作方面存在利益冲突的情形下,怎样调整自身策略进行协商谈判,使自己获利最大而损失最小。在Rubinstein讨价还价模型[3]中提出了这样一种基本的轮流出价模型:
两个参与人 和 ,根据如下的轮流出价程序就分割大小为 ( )的蛋糕进行讨价还价。时刻 ,参与人 向参与人 出价,一个出价就是对分割蛋糕的一个提议。如果 接受该出价,则协议达成,参与人根据被接受的出价分割蛋糕;如果 拒绝了 的出价,则 会在时刻 做出一个还价。如果这一个还价被 所接受,则协议达成,否则参与人 会在时刻 做出一个再还价。这个出价和还价的过程不断继续,直到有一个参与人接受了一个出价(或者因双方意见不一而终止)。
该模型的子博弈完备均衡是基于以下两个性质得到的:
(1) 无延误性:无论何时,当一个参与人必须出价时,其均衡出价都会被另一个参与人所接受;
(2) 不变性:无论何时,当一个参与人必须出价时,其在均衡时的出价都相同。
3.2 基于Rubinstein讨价还价的协商模型
Rubinstein模型为协商模型提供了一个基本框架,在此基础上可以根据应用目的的不同构建出各种模型。在将其运用于MAS协商时,需要解决以下几个方面的问题[2]:
(1) 选择适用于某特定DAI问题的讨价还价策略模型;
(2) 将讨价还价策略模型中的各个抽象要素具体化为DAI问题中的各个对象;
(3) 定义均衡策略;
(4) 设计低复杂性的策略选择算法;
(5) 给出效用函数。
借用Rubinstein讨价还价模型,Kraus 围绕着这些问题展开了详细的讨论。建立了一对一的MAS协商模型,模型中分别讨论在处于完全信息与不完全信息下,Agent进行一次交互与多次交互的协商过程。进一步,将模型推广到多个Agent的协商情形。之后提出了考虑规划和协商所用时间的协商策略模型,来解决传统协商方法中存在时间延迟和花费较高的问题,模型表明Agent对时间偏好的变化可以促使其策略变化,从而可及时达成协议,避免了延迟及较高的花费。
3.3 模型的改进
在传统的对策论中,处理不确定性事件所用的唯一数学工具是概率统计,因而不确定性对策问题的传统模型都是单一的随机模型。而事实上事件的不确定性有两种不同的表现形式:一种是事件是否发生,即通常所说的随机性;另一种是事件本身状态的不确定性,称为模糊性。从信息的角度看,随机性只涉及到信息的量,模糊性则关系到信息的含义,可以说模糊性是一种比随机性更深刻的不确定性。在现实生活中,模糊性的存在比随机性的存在更为广泛,尤其是在主观认识领域,模糊性的作用比随机性的作用重要得多。因此将传统对策论推广到模糊对策论有着更为广泛的实际意义。
利用模糊对策论来推广处理上述几种MAS协商模型,能够使模型更加贴近动态的DAI环境,这也将是未来MAS协商领域的一个重要方向。事实上,模糊集理论近年来已经在决策支持系统及专家系统等人工智能(AI:Artificial Intelligence)领域得到了成功的应用与实现。此外,在AI的其他领域如推理(reasoning)、约束问题求解(Constraint Satisfaction Problem)等也得到的广泛应用。目前也已经开始在MAS领域得到应用,如Jennings等提出的基于带优先级的模糊约束求解方法建立交易Agent的协商模型,给出了Agent的协商协议、通信语言、协商策略及算法,是目前较为完善的自动协商系统。该模型能保证协商是Pareto最优,保证Agent在协商中暴露给对方的信息量最小。
参考文献:
[1] 何炎祥,陈莘萌. Agent和多Agent系统的设计与应用. 武汉:武汉大学出版社,2001.
[2] 蒋晓蕙,王兆明,凌永辉. 多Agent协商理论探讨. 中国管理科学,2007, 15: 475-481.
[3] Ariel Rubinstein. Perfect Equilibrium in a Bargaining Model. Econometrica, 1982, 50:97-110
[4] S. S. Fatima, Michael Wooldridge, Nicholas R. Jennings, An agenda-based framework for multi-issue negotiation, Artificial Intelligence, 2004, 152:1-45.
[5] Fatima S. S., Michael Wooldridge, Nicholas R. Jennings, A linear approximation method for the Shapley value Artificial Intelligence, 2008, 172 :16731699.
[6] J. Von Neumann and O. Morgenstein. Theory of Games and Economic Behavior. Princeton University Press, 1947.
[7] Michael Wooldridge. An Introduction to Multi-Agent Systems. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2003.
[8] Nicola Gatti, Francesco Di Giunta, Stefano Marino. Alternating-offers bargaining with one-sided uncertain deadlines an efficient algorithm, Artificial Intelligence, 2008, 172: 11191157.
[9] P. Faratin, C. Sierra, N. R. Jennings. Using Similarity Criteria to Make Issue Trade-offs in Automated Negotiations. Artificial Intelligence, 2002, 142:205-237.
姓名:单名一个书,老爸帮我取这个名的初衷是希望我能好好读书。结果事与愿违。
年龄:记不是很清了,因为18岁以后我就厌倦了这种加一再加一的游戏了。
星座:处女座。很刻薄也很嗦的一个人,不怎么爱读书,也不怎么读书。不仅没有洁癖,而且有我的地方都很难整洁起来,有一种破坏的天赋。基本没有静态的时候,处女座的文静只有在我的相片里才能看出来,所以无论怎么照,大家都说相片比本人有气质多了,所以我是有气质的,只是我很少静止下来……
特长:聊天和吵架和大声喧哗,反正需要辩论的事情我都特别擅长。还有就是能熟练的泡各式各样的面。
最不擅长:最讨厌进出各种类似图书馆,电影院和音乐厅等需要用气流对话的地方,往往没有办法控制住自己。
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最爱的电影:我说《泰坦尼克号》大家会不会觉得我很不另类?如果会的话我就改成《人工智能》好了。
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会让我翻脸的事:一、老鼠;二、恐怖片;三、灵异事件。避免在我面前提以上三个话题,以免造成不必要的伤亡。