數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化：把握新一代信息技術(shù)的聚焦點(diǎn)
2019-03-01 15:19:59
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數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是新一輪科技革命的突出特征，也是新一代信息技術(shù)的核心。數(shù)字化為社會(huì)信息化奠定基礎(chǔ)，其發(fā)展趨勢(shì)是社會(huì)的全面數(shù)據(jù)化。數(shù)據(jù)化強(qiáng)調(diào)對(duì)數(shù)據(jù)的收集、聚合、分析與應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)化為信息傳播提供物理載體，其發(fā)展趨勢(shì)是信息物理系統(tǒng)（CPS）的廣泛采用。信息物理系統(tǒng)不僅會(huì)催生出新的工業(yè)，甚至?xí)厮墁F(xiàn)有產(chǎn)業(yè)布局。智能化體現(xiàn)信息應(yīng)用的層次與水平，其發(fā)展趨勢(shì)是新一代人工智能。目前，新一代人工智能的熱潮已經(jīng)來(lái)臨。
習(xí)近平同志在2018年兩院院士大會(huì)上的重要講話指出：“世界正在進(jìn)入以信息產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)期。我們要把握數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化融合發(fā)展的契機(jī)，以信息化、智能化為杠桿培育新動(dòng)能。”這一重要論述是對(duì)當(dāng)今世界信息技術(shù)的主導(dǎo)作用、發(fā)展態(tài)勢(shì)的準(zhǔn)確把握，是對(duì)利用信息技術(shù)推動(dòng)國(guó)家創(chuàng)新發(fā)展的重要部署。
人類社會(huì)、物理世界、信息空間構(gòu)成了當(dāng)今世界的三元。這三元世界之間的關(guān)聯(lián)與交互，決定了社會(huì)信息化的特征和程度。感知人類社會(huì)和物理世界的基本方式是數(shù)字化，聯(lián)結(jié)人類社會(huì)與物理世界（通過(guò)信息空間）的基本方式是網(wǎng)絡(luò)化，信息空間作用于物理世界與人類社會(huì)的方式是智能化。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化是新一輪科技革命的突出特征，也是新一代信息技術(shù)的聚焦點(diǎn)。數(shù)字化為社會(huì)信息化奠定基礎(chǔ)，其發(fā)展趨勢(shì)是社會(huì)的全面數(shù)據(jù)化；網(wǎng)絡(luò)化為信息傳播提供物理載體，其發(fā)展趨勢(shì)是信息物理系統(tǒng)（CPS）的廣泛采用；智能化體現(xiàn)信息應(yīng)用的層次與水平，其發(fā)展趨勢(shì)是新一代人工智能。
數(shù)字化：從計(jì)算機(jī)化到數(shù)據(jù)化
數(shù)字化是指將信息載體（文字、圖片、圖像、信號(hào)等）以數(shù)字編碼形式（通常是二進(jìn)制）進(jìn)行儲(chǔ)存、傳輸、加工、處理和應(yīng)用的技術(shù)途徑。數(shù)字化本身指的是信息表示方式與處理方式，但本質(zhì)上強(qiáng)調(diào)的是信息應(yīng)用的計(jì)算機(jī)化和自動(dòng)化。數(shù)據(jù)化（數(shù)據(jù)是以編碼形式存在的信息載體，所有數(shù)據(jù)都是數(shù)字化的）除包括數(shù)字化外，更強(qiáng)調(diào)對(duì)數(shù)據(jù)的收集、聚合、分析與應(yīng)用，強(qiáng)化數(shù)據(jù)的生產(chǎn)要素與生產(chǎn)力功能。數(shù)字化正從計(jì)算機(jī)化向數(shù)據(jù)化發(fā)展，這是當(dāng)前社會(huì)信息化最重要的趨勢(shì)之一。
數(shù)據(jù)化的核心內(nèi)涵是對(duì)信息技術(shù)革命與經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)交融生成的大數(shù)據(jù)的深刻認(rèn)識(shí)與深層利用。大數(shù)據(jù)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)實(shí)世界、管理決策等的片段記錄，蘊(yùn)含著碎片化信息。隨著分析技術(shù)與計(jì)算技術(shù)的突破，解讀這些碎片化信息成為可能，這使大數(shù)據(jù)成為一項(xiàng)新的高新技術(shù)、一類新的科研范式、一種新的決策方式。大數(shù)據(jù)深刻改變了人類的思維方式和生產(chǎn)生活方式，給管理創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、科學(xué)發(fā)現(xiàn)等多個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)前所未有的機(jī)遇。
大數(shù)據(jù)的價(jià)值生成有其內(nèi)在規(guī)律（服從大數(shù)據(jù)原理）。只有深刻認(rèn)識(shí)并掌握這些規(guī)律，才能提高自覺運(yùn)用、科學(xué)運(yùn)用大數(shù)據(jù)的意識(shí)與能力（大數(shù)據(jù)思維）。大數(shù)據(jù)的價(jià)值主要通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)是統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)的延伸與發(fā)展，是正在發(fā)展中的技術(shù)，當(dāng)前的熱點(diǎn)方向包括：區(qū)塊鏈技術(shù)、互操作技術(shù)、存算一體化存儲(chǔ)與管理技術(shù)、大數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)編程語(yǔ)言與執(zhí)行環(huán)境、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與核心算法、大數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、大數(shù)據(jù)智能技術(shù)、可視化與人機(jī)交互分析技術(shù)、真?zhèn)闻卸ㄅc安全技術(shù)等。大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展依賴一些重大基礎(chǔ)問(wèn)題的解決，這些重大基礎(chǔ)問(wèn)題包括：大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)與計(jì)算理論基礎(chǔ)、大數(shù)據(jù)計(jì)算的軟硬件基礎(chǔ)與計(jì)算方法、大數(shù)據(jù)推斷的真?zhèn)涡耘卸ǖ取?br />
實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略是推進(jìn)數(shù)據(jù)化革命的重要途徑。自2015年我國(guó)提出實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略以來(lái)，我國(guó)大數(shù)據(jù)快速發(fā)展的格局已初步形成，但也存在一些亟待解決的問(wèn)題：數(shù)據(jù)開放共享滯后，數(shù)據(jù)資源紅利仍未得到充分釋放；企業(yè)贏利模式不穩(wěn)定，產(chǎn)業(yè)鏈完整性不足；核心技術(shù)尚未取得重大突破，相關(guān)應(yīng)用的技術(shù)水平不高；安全管理與隱私保護(hù)還存在漏洞，相關(guān)制度建設(shè)仍不夠完善；等等。當(dāng)前，應(yīng)采取有效舉措解決制約我國(guó)大數(shù)據(jù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。
網(wǎng)絡(luò)化：從互聯(lián)網(wǎng)到信息物理系統(tǒng)
作為信息化的公共基礎(chǔ)設(shè)施，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為人們獲取信息、交換信息、消費(fèi)信息的主要方式。但是，互聯(lián)網(wǎng)關(guān)注的只是人與人之間的互聯(lián)互通以及由此帶來(lái)的服務(wù)與服務(wù)的互聯(lián)。
物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的自然延伸和拓展，它通過(guò)信息技術(shù)將各種物體與網(wǎng)絡(luò)相連，幫助人們獲取所需物體的相關(guān)信息。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)使用射頻識(shí)別、傳感器、紅外感應(yīng)器、視頻監(jiān)控、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息采集設(shè)備，通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)把物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間實(shí)時(shí)的信息交換和通信，以達(dá)到智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的目的。互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了人與人、服務(wù)與服務(wù)之間的互聯(lián)，而物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了人、物、服務(wù)之間的交叉互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)包括：傳感器技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)、海量數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、上層業(yè)務(wù)解決方案、安全技術(shù)等。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將經(jīng)歷相對(duì)漫長(zhǎng)的時(shí)期，但可能會(huì)在特定領(lǐng)域的應(yīng)用中率先取得突破，車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人系統(tǒng)、智能家居等都是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)大顯身手的領(lǐng)域。
物聯(lián)網(wǎng)主要解決人對(duì)物理世界的感知問(wèn)題，而要解決對(duì)物理對(duì)象的操控問(wèn)題則必須進(jìn)一步發(fā)展信息物理系統(tǒng)（CPS）。信息物理系統(tǒng)是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，它通過(guò)3C（Computer、Communication、Control）技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。通過(guò)人機(jī)交互接口，信息物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算進(jìn)程與物理進(jìn)程的交互，利用網(wǎng)絡(luò)化空間以遠(yuǎn)程、可靠、實(shí)時(shí)、安全、協(xié)作的方式操控一個(gè)物理實(shí)體。從本質(zhì)上說(shuō)，信息物理系統(tǒng)是一個(gè)具有控制屬性的網(wǎng)絡(luò)。
不同于提供信息交互與應(yīng)用的公用基礎(chǔ)設(shè)施，信息物理系統(tǒng)發(fā)展的聚焦點(diǎn)在于研發(fā)深度融合感知、計(jì)算、通信和控制能力的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)。從產(chǎn)業(yè)角度看，信息物理系統(tǒng)的涵蓋范圍小到智能家庭網(wǎng)絡(luò)、大到工業(yè)控制系統(tǒng)乃至智能交通系統(tǒng)等國(guó)家級(jí)甚至世界級(jí)的應(yīng)用。更為重要的是，這種涵蓋并不僅僅是將現(xiàn)有的設(shè)備簡(jiǎn)單地連在一起，而是會(huì)催生出眾多具有計(jì)算、通信、控制、協(xié)同和自治性能的設(shè)備，下一代工業(yè)將建立在信息物理系統(tǒng)之上。隨著信息物理系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和普及，使用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展的物理設(shè)備將無(wú)處不在，并推動(dòng)工業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)的升級(jí)換代，極大地提高汽車、航空航天、國(guó)防、工業(yè)自動(dòng)化、健康醫(yī)療設(shè)備、重大基礎(chǔ)設(shè)施等主要工業(yè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。信息物理系統(tǒng)不僅會(huì)催生出新的工業(yè)，甚至?xí)厮墁F(xiàn)有產(chǎn)業(yè)布局。
智能化：從專家系統(tǒng)到元學(xué)習(xí)
智能化反映信息產(chǎn)品的質(zhì)量屬性。我們說(shuō)一個(gè)信息產(chǎn)品是智能的，通常是指這個(gè)產(chǎn)品能完成有智慧的人才能完成的事情，或者已經(jīng)達(dá)到人類才能達(dá)到的水平。智能一般包括感知能力、記憶與思維能力、學(xué)習(xí)與自適應(yīng)能力、行為決策能力等。所以，智能化通常也可定義為：使對(duì)象具備靈敏準(zhǔn)確的感知功能、正確的思維與判斷功能、自適應(yīng)的學(xué)習(xí)功能、行之有效的執(zhí)行功能等。
智能化是信息技術(shù)發(fā)展的永恒追求，實(shí)現(xiàn)這一追求的主要途徑是發(fā)展人工智能技術(shù)。人工智能技術(shù)誕生60多年來(lái)，雖歷經(jīng)三起兩落，但還是取得了巨大成就。1959—1976年是基于人工表示知識(shí)和符號(hào)處理的階段，產(chǎn)生了在一些領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值的專家系統(tǒng)；1976—2007年是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)和知識(shí)自表示的階段，產(chǎn)生了各種各樣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；近幾年開始的基于環(huán)境自適應(yīng)、自博弈、自進(jìn)化、自學(xué)習(xí)的研究，正在形成一個(gè)人工智能發(fā)展的新階段——元學(xué)習(xí)或方法論學(xué)習(xí)階段，這構(gòu)成新一代人工智能。新一代人工智能主要包括大數(shù)據(jù)智能、群體智能、跨媒體智能、人機(jī)混合增強(qiáng)智能和類腦智能等。
深度學(xué)習(xí)是新一代人工智能技術(shù)的卓越代表。由于在人臉識(shí)別、機(jī)器翻譯、棋類競(jìng)賽等眾多領(lǐng)域超越人類的表現(xiàn)，深度學(xué)習(xí)在今天幾乎已成為人工智能的代名詞。然而，深度學(xué)習(xí)拓?fù)湓O(shè)計(jì)難、效果預(yù)期難、機(jī)理解釋難是重大挑戰(zhàn)，還沒有一套堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)理論來(lái)支撐解決這三大難題。解決這些難題是深度學(xué)習(xí)未來(lái)研究的主要關(guān)注點(diǎn)。此外，深度學(xué)習(xí)是典型的大數(shù)據(jù)智能，它的可應(yīng)用性是以存在大量訓(xùn)練樣本為基礎(chǔ)的。小樣本學(xué)習(xí)將是深度學(xué)習(xí)的發(fā)展趨勢(shì)。
元學(xué)習(xí)有望成為人工智能發(fā)展的下一個(gè)突破口。學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)教學(xué)、學(xué)會(huì)優(yōu)化、學(xué)會(huì)搜索、學(xué)會(huì)推理等新近發(fā)展的元學(xué)習(xí)方法以及“AlphaGo Zero”在圍棋方面的出色表現(xiàn)，展現(xiàn)了這類新技術(shù)的誘人前景。然而，元學(xué)習(xí)研究還僅僅是開始，其發(fā)展還面臨一系列挑戰(zhàn)。
新一代人工智能的熱潮已經(jīng)來(lái)臨，可以預(yù)見的發(fā)展趨勢(shì)是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以模型與算法創(chuàng)新為核心、以強(qiáng)大的計(jì)算能力為支撐。新一代人工智能技術(shù)的突破依賴其他各類信息技術(shù)的綜合發(fā)展，也依賴腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步與發(fā)展。
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