美国国家人工智能研究和发展战略计划.docx

1、美国国家人工智能研究和发展战略计划美国国家科学技术委员会美国网络和信息技术研发小组委员会2016 年 10 月中国信息通信研究院政策与经济研究所编译组 整理美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理关于国家科学技术委员会国家科学技术委员会（NSTC）是行政机构在构成联邦研发（RD）企业的各种实体 之间协调科学和技术政策的主要手段。 NSTC 的主要目标之一是为联邦科学和技术投资制 定明确的国家目标。 NSTC 准备了旨在实现多个国家目标的研发包。 NSTC 的工作在五个委 员会下组建：环境委员会、自然资源和可持续发展委员会；国家与国土安全委员会；科 学、技术、工程和

2、数学（STEM）教育委员会； 科学和技术委员会。每个委员会都负责监 督专注于科学和技术不同方面的小组委员会和工作组 。 更多信息 ， 请访问www.whitehouse.gov/ostp/nstc。关于白宫科技政策办公室白宫科技政策办公室（OSTP）由 1976 年国家科学技术政策、组织和优先次序法案设 立。 OSTP 的使命有三方面： 第一，就所有重要事项向总裁及其高级工作人员提供准确、 相关和及时的科学和技术咨询； 第二，确保行政机构的政策得到健全科学的通知；第三， 确保行政机构的科学技术工作得到适当协调， 为社会带来最大的益处。OSTP 的主任还担任科学和技术总裁助理，负责管理 NSTC

3、。更多信息，请访问 www.whitehouse.gov/ostp。关于网络和信息技术研究与开发小组委员会网络和信息技术研发（NITRD）小组委员会是国家科学技术委员会（NSTC）技术委 员会（CoT）下的一个机构。 NITRD 小组委员会协调多机构研究和发展计划，以帮助确保 美国在网络和信息技术方面的持续领导，满足联邦政府对先进网络和信息技术的需求，加 快先进网络和信息技术的开发和部署。它还实施经 1998 年下一代互联网研究法案 （P.L. 105-305）修订的 1991 年高性能计算法（PL 102-194）相关条款，以及 2007 年 美国创造机会， 切实推进卓越技术、教育与科学（C

4、OMPETES）法（P.L. 110-69）。更多信息，请参见 www.nitrd.gov。致谢本文档通过 NITRD 人工智能工作组的成员和工作人员的贡献而制定。特别感谢和感激 帮助撰写、编辑和审查文档的其他贡献者： Chaitan Baru (NSF) 、Eric Daimler (Presidential Innovation Fellow) 、Ronald Ferguson (DoD) 、Nancy Forbes (NITRD) 、Eric Harder (DHS) 、 Erin Kenneally (DHS) 、Dai Kim (DoD) 、Tatiana Korelsky (NSF

5、) 、David Kuehn (DOT) 、 Terence Langendoen (NSF) 、Peter Lyster (NITRD) 、KC Morris (NIST) 、Hector Munoz-Avila (NSF) 、Thomas Rindflesch (NIH) 、Craig Schlenoff (NIST) 、Donald Sofge (NRL)、和 SylviaSpengler (NSF)。1美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理版权信息这是美国政府的一项工作，并属于公共领域。它可以自由分发、复制和翻译；感谢科 学和技术政策办公室政策对出版的许

6、可。任何翻译应包括一个免责声明，翻译是否准确为 翻译者而不是 OSTP 的责任。请求将任何翻译的副本发送给 OSTP。根据知识共享 CC0 1.0通用许可证的规定，此项工作可在全球范围内使用和重复使用。2美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理2016 年 10 月 13 日各位尊敬的同事：我们很高兴通过这封信传递 NSTC 的国家人工智能研究和发展战略计划。该计划由人 工智能工作组开发，人工智能工作组是应 NSTC 机器学习和人工智能小组委员会的要求，由 NSTC 的 NITRD 小组委员会任命的跨部门工作组。智能计算机系统一直是科幻小说的主题。现在，我们正在进

7、入一个 AI 对我们的日常生 活产生广泛和深远影响的时代，从精确医学到交通到教育和更多方面。作为回应，2016 年 5 月 3 日， 白宫宣布了一系列行动，以促进 AI 的公共对话，确认与这种新兴技术相关的挑 战和机遇，帮助政府更有效的利用 AI，并为 AI 的潜在利益和风险做好准备。作为这些行动的一部分，白宫指导创建人工智能研究和开发的国家战略。由此产生的 AI 研发战略计划定义了一个高级框架，可用于确定 AI 中的科学和技术需 求，跟踪研发投资的进展并最大限度地发挥其影响以满足这些需求。它还确立 AI 中联邦资助研发的优先事项，展望短期内 AI 对社会和世界长期变革影响的能力。联邦政府的这

8、种协调的 AI 研发尝试将帮助美国充分利用 AI 技术的全部潜力，以发展 我们经济的同时改善我们的社会。然而， AI 研发战略计划并没有为个别联邦机构定义具体 的研究议程。相反， 机构将继续根据其使命、能力、权威和预算来追寻优先重点，同时进行协调，使整体研究组合与 AI 研发战略计划一致。我们期待与联邦机构和其他关键合作伙伴继续这项重要的工作，并利用该计划指导未来在 AI 研发的决策。3诚挚的，Bryan Biegel网络和信息技术研发国家协调办公室主任James F. Kurose国家科学基金会科学与工程部计算机与信息系副主任，联合主席，网络和信息技术研发小组委员会美国国家人工智能研究与发展

9、战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理4主席John P. Holdren科学技术委员会主席助理兼科学技术政策办公室主任国家科学技术委员会成员Afua Bruce科学技术政策办公室执行主任机器学习和人工智能小组委员会联合主席Ed Felten美国科学技术政策办公室副首席技术官联合主席Michael Garris高级科学家美国商务部美国国家标准与技术协会网络和信息技术研发小组委员会联合主席Bryan Biegel网络和信息技术研发国家协调办公室主任联合主席James Kurose国家科学基金会科学与工程部计算机与信息系副主任联合主席Lynne Parker部门主任网络和信息技术研发项目负责

10、人工智能的任务组联合主席Jason Matheny主任信息与智能系统国家科学基金会成员Milton Corn美国国家卫生研究所William Ford国家司法研究所Michael Garris美国国家标准与技术协会Steven Knox国家安全局John Launchbury国防部高级研究计划局Richard Linderman国防部长办公室智力高级研究项目活动Nikunj Oza美国国家航空和航天局Robinson Pino能源部Gregory Shannon科学技术政策办公室Scott Tousley国土安全部Faisal DSouza网络和信息技术研发国家协调办公室技术协调专员美国国家人

11、工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理目 录摘 要 7一、 简介 9（一） 国家人工智能研究和发展战略计划的目的 9（二） 预期结果 11（三） 利用人工智能推进国家优先事项的愿景 121、 促进经济发展 122、 改善教育机会和生活质量 133、 增强国家和国土安全 14（四） 人工智能的现状 14二、 研发战略 18（一） 战略一：对人工智能研究进行长期投资 211、 提升基于数据发现知识的能力 212、 增强人工智能系统的感知能力 223、 了解人工智能的理论能力和局限性 224、 研究通用人工智能 235、 开发可扩展的人工智能系统 246、 促进类人的人工智能研

12、究 247、 开发更强大和更可靠的机器人 258、 推动人工智能的硬件升级 269、 为改进的硬件创建人工智能 26（二） 战略二：开发有效的人类与人工智能协作方法 281、 寻找人类感知人工智能的新算法 292、 开发增强人类能力的人工智能技术 303、 开发可视化和人机界面技术 304、 开发更高效的语言处理系统 31（三） 战略三：了解并解决人工智能的伦理、法律和社会影响 331、 改进公平性、透明度和设计责任机制 332、 建立符合伦理的人工智能 345美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理3、 设计符合伦理的人工智能架构 34（四） 战略四：确保人工智

13、能系统的安全可靠 361、 提高可解释性和透明度 362、 提高信任度 363、 增强可验证与可确认性 374、 保护免受攻击 385、 实现长期的人工智能安全和优化 38（五） 战略五：开发用于人工智能培训及测试的公共数据集和环境391、 开发满足多样化人工智能兴趣与应用的丰富数据集.392、 开放满足商业和公共利益的训练测试资源 403、 开发开源软件库和工具包 40（六） 战略六：制定标准和基准以测量和评估人工智能技术 421、 开发广泛应用的人工智能标准 422、 制定人工智能技术的测试基准 423、 增加可用的人工智能测试平台 434、 促进人工智能社群参与标准和基准的制定 44（七

14、） 战略七：更好地了解国家人工智能人力需求 46三、 建议 471、 建议一472、 建议二 47附录：首字母缩写词 48译者注 506美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理摘 要人工智能（AI）是一种具有巨大社会和经济效益的革新性技术。人工智能 有可能彻底改变我们的生活、工作、学习、发现和沟通的方式。人工智能研究 可以推进美国的国家优先任务，包括增加经济繁荣、改善教育机会和生活质 量，以及加强国家和国土安全。由于这些潜在的益处，美国政府已经对人工智 能研究投资多年。然而，与联邦政府感兴趣的任何重要技术一样，指导人工智 能领域联邦资助研发的总体方向时不仅具有巨大

15、的机会，还必须考虑到一些注意事项。2016 年 5 月 3 日，政府宣布成立一个新的国家科学技术委员会（NSTC）机 器学习和人工智能小组委员会，以帮助协调联邦在人工智能领域的活动。 1 该小 组委员会于 2016 年 6 月 15 日，请求网络和信息技术研究和发展计划（NITRD） 小组委员会编写国家人工智能研究和发展战略计划（以下简称“AI 研发战 略计划”或战略）。之后成立了一个 NITRD 人工智能工作组，以确定人工智能研发为联邦的战略重大计划，特别关注产业不可能解决的领域。这项战略为联邦资助的人工智能研究制定了一系列目标，既包括政府 内部的研究，也包括联邦资助的政府外部研究，例如在学

16、术界。这项研究的最 终目标是产生新的人工智能知识和技术，为社会提供一系列积极效益，同时尽 量减少负面影响。为实现这一目标，战略确定了联邦资助人工智能研究的以下重大计划：战略一：对人工智能研究进行长期投资。 优先投资下一代人工智能，将促进新发现和洞察力，同时使美国在人工智能领域保持世界领先地位。战略二：开发有效的人类与人工智能协作方法。 并非取代人类，大多数人 工智能系统将与人类合作以实现最佳性能。需要研究来创建人类和人工智能系统之间的有效交互。战略三：了解并解决人工智能的伦理、法律和社会影响。 我们期望人工智 能技术根据我们持有人类同胞的正式和非正式规范表现。需要研究以了解人工 智能的伦理、法

17、律和社会影响，并开发设计符合伦理、法律和社会目标的人工智能系统的方法。战略四：确保人工智能系统的安全可靠。 在人工智能系统广泛使用之前，7美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理需要保证系统将以受控、充分定义和充分理解的方式安全地操作。需要进一步加强研究，以解决创建可靠、可信任和可信赖人工智能系统的挑战。战略五：开发用于人工智能培训及测试的公共数据集和环境。 训练数据集 和资源的深度、质量和准确性显著影响人工智能性能。研究人员需要开发高质量的数据集和环境，并允许负责访问高质量数据集，以及测试和培训资源。战略六：制定标准和基准以测量和评估人工智能技术。 人工智能进步

18、极其 重要的是指导和评估人工智能进展的标准、测试基准、测试台和社区参与。需要进行额外的研究来开发广泛的评价技术。战略七：更好地了解国家人工智能人力需求。 人工智能的进步将需要一个 强大的人工智能研究人员社区。需要更好地了解人工智能当前和未来研发人员 需求，以帮助确保有足够的人工智能专家能够应对本计划中概述的战略研发领域。战略最后提出了两方面建议：建议一：开发一个人工智能研发实施框架，以抓住科技机遇，并支持人工智能研发投资的有效协调，与本计划的第一至六项战略保持一致。建议二：研究创建和维持一个健全的人工智能研发队伍的国家愿景，与本计划的战略第七项保持一致。8美国国家人工智能研究与发展战略计划 中

19、国信通院（CAICT）编译组整理一、简介（一）国家人工智能研究和发展战略计划的目的1956 年，来自美国的计算机科学研究人员在新罕布什尔州的达特茅斯学院 会面，讨论一个新兴的计算分支，即人工智能或 AI 的开创性思想。他们想象了 一个世界，“机器使用语言，构成抽象和概念，解决现在人类的问题，并改善 自己”。 2 这次历史性会议为 AI 的政府和行业研究设置了几十年阶段，包括感 知、自动推理/规划、认知系统、机器学习、 自然语言处理、机器人和相关领域 的进展。今天，这些研究进展已经产生影响我们日常生活的新兴经济部门，从 制图技术到语音辅助智能手机，到邮件传递的手写识别，到金融交易，到智能 物流，

20、到垃圾邮件过滤，语言翻译，甚至更多。AI 进展也为精准医学、环境可持续性、教育和公共福利等领域的社会福利带来巨大的益处。 3过去 25 年来，AI 方法的显著增加在很大程度上得益于统计和概率方法的 采用，大量数据的可用性以及计算机处理能力的提高。在过去十年中，机器学 习的 AI 子领域，使计算机能够从经验或例子中学习，已经表现出越来越准确的 结果，引起了人们对 AI 近期前景更多的兴趣。虽然最近注意到例如深度学习等 统计方法的重要性， 4 但在其他各种领域 AI 也已经取得了影响深远的进展，例 如：感知、自然语言处理、形式逻辑、知识展示、机器人技术、控制理论、认知系统架构、搜索和优化技术以及其

21、他更多方面。（注：深度学习是指使用多层神经网络的一系列方法的汇总，这些方法支持快速完成一度被认为无法自动化完成的任务。）AI 的最近成就对这些技术的最终方向和影响已经产生了重要问题：当前 AI 技术的重要科学和技术瓶颈是什么？新的 AI 进展将提供什么积极，需要的经济 和社会影响？如何继续安全和有益地使用 AI 技术？如何设计 AI 系统以符合伦理、法律和社会原则？这些进步对 AI 研发人员的影响是什么？AI 研发的情况变得越来越复杂。虽然政府过去和现在的投资造就了 AI 的 突破性方法，但其他部门也已成为 AI 的重要贡献者，包括广泛的行业和非营利 组织。这种投资环境提出了关于联邦投资在 A

22、I 技术发展中适当作用的重要问 题。联邦对 AI 投资的正确优先事项是什么，特别是在行业不可能投资的领域和时间框架方面？是否有机会进行产业和国际研发合作，推动美国的优先事项？9美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理2015 年，美国政府对 AI 相关技术的未分类研发投资约为 11 亿美元。虽然 这些投资已经产生了重要的新科学和技术，但是仍有机会在联邦政府之间进一步协调，使这些投资能够充分发挥潜力。 5认识到 AI 的革新性影响， 2016 年 5 月，白宫科学和技术政策办公室 （OSTP）宣布了一个新的跨部门工作组，以探讨 AI 的利益和风险。 6 OSTP 还

23、宣 布了一系列四个研讨会， 举办于 2016 年 5 月至 7 月的一段时间，旨在促进 AI 的公众对话，并确定其所带来的挑战和机遇。 研讨会的结果是伴随公共报告为人工智能的未来准备的一部分，与该计划一起发布。在 2016 年 6 月，新的 NSTC 机器学习和人工智能小组委员会 - 它被特许在 联邦政府、私营部门和国际上与 AI 的进展保持同步，并帮助协调联邦在 AI 的 活动，任命 NITRD 国家协调办公室（NCO）创建国家人工智能研究和发展战略 计划。小组委员会指示本计划应传达一系列明确的研发优先重点，以解决战 略研究目标，将联邦投资重点放在行业不太可能投资的领域，并解决扩大和维持 A

24、I 研发人才渠道的需求。本 AI 研发战略计划的输入来自广泛的来源，包括联邦机构、AI 相关会议 的公开讨论、投资于 IT 相关研发的所有联邦机构的 OMB 数据呼叫、投资 IT 相 关研发，OSTP 信息请求 RFI），该信息请求向公众征询了有关美国如何为未来的 AI7 做出最佳准备的意见，以及 AI 公开出版物的信息。该计划对 AI 8 的未来做出多个假想。首先，假设 AI 技术将继续发展至复杂 巧妙并无所不在，而这多亏了政府和行业对 AI 研发的投资。第二，本计划假设 AI 对社会的影响将继续增加，其中包括就业、教育、公共安全和国家安全，以 及对美国经济增长的影响。第三，假设行业对 AI

25、 的投资将继续增加，因为最近 的商业成就已增加了研发投资的预期回报。同时，本计划假设一些重要的研究 领域不太可能获得来自行业的足够投资，因为它们受制于典型的公共物品投资 不足问题。最后，本计划假设对 AI 专业的需求将继续在行业、学术界和政府内部增长，从而对公共和私人造成劳动力压力。与 AI 研发战略计划相关的其他研发战略计划和方案包括联邦大数据研究 和发展战略计划、 9 联邦网络安全研究和发展战略计划、 10 国家隐私研 究和发展战略、 11 国家纳米技术倡议战略计划、 12 国家战略计算计划、 13 推进创新神经技术脑研究计划 14 与国家机器人方案。 15 涉及某10美国国家人工智能研究

26、与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理些 AI 子领域的其他战略研发计划和战略框架处于发展阶段，其中包括视频和图 像分析、健康信息技术、机器人和智能系统。 这些额外计划和框架将提供补助和详细叙述本 AI 研发战略计划的协同建议。（二）预期结果本 AI 研发战略计划超越了近期的 AI 功能，着眼于 AI 对社会和世界的长期 变革影响。AI 的最新研究进展让 AI 的潜力更为乐观，使行业得到迅猛发展， 并让 AI 方法变得商业化。然而，虽然联邦政府可以利用 AI 的行业投资，但许 多应用领域和长期研究挑战不会存在明确的近期利润驱动因素，因此不可能完 全由行业进行解决。联邦政府是长期高风

27、险研究计划以及近期发展工作的主要 资金来源，以实现部门或机构的具体要求，或解决私营企业并不从事的重要社 会问题。因此，联邦政府应该强调重大社会重要性领域内的 AI 投资，这不针对 消费市场的领域，如用于公共卫生、城市系统与智慧社区、社会福利、刑事司 法、环境可持续性和国家安全的 AI， 以及加速 AI 知识和技术生成的长期研究。跨联邦政府的 AI 协调研发工作将增加这些技术的积极影响，并为决策者提 供用于解决与使用 AI 相关的复杂政策挑战的所需知识。此外，协调方法将有助于美国利用 AI 技术的全部潜力来改善社会。本 AI 研发战略计划定义了一个高级框架，该框架可用于确定 AI 的科学和 技术

28、差距，并跟踪用于填补这些差距的联邦研发投资。AI 研发战略计划确定了 AI 短期和长期支持的战略优先事项，以此来解决重要的技术和社会挑战。然 而，AI 研发战略计划并未为个别联邦机构定义具体的研究议程。相反，其为行 政部门设定了目标，在这些目标中，各机构可以根据其任务、能力、权威和预算来决定优先顺序，以便整个研究组合能与 AI 研发战略计划保持一致。AI 研发战略计划也并未制定 AI 的研究或使用政策，亦未就 AI 对就业和经 济的潜在影响作更广泛的探讨。虽然这些议题对国家至关重要，但它们在题为 “人工智能的机遇和挑战，这次会有所不同吗？”8 的经济顾问委员会报告中进行了讨论。AI 研发战略计

29、划侧重于有助定义和推进确保 AI 责任、安全和权益用途的政策的研发投资。11美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理（三）利用人工智能推进国家优先事项的愿景推动此 AI 研发战略计划是未来世界充满希望的愿景，AI 将给所有社会成 员带来显著益处。人工智能的进一步进展可以提升社会中几乎所有部门的福 利， 16 让国家优先事项获得进展，其中包括促进经济发展、改善生活质量和加强国家安全。这种潜在利益的例子包括：1 、促进经济发展新产品和服务可以创造新市场，并提高多个行业现有商品和服务的质量和 效率。通过专业决策系统创造更有效的物流和供应链。 17 通过基于视觉的驾驶员

30、辅助和自动/机器人系统， 18 能更有效地运输产品。通过用于控制制造工艺和调度工作流程的新方法来改善制造业。 19如何促进经济发展？（1） 制造业： 技术进步能在制造业，包括整个工程产品生命周期内引发新 工业革命。更多使用机器人技术能使制造业回归陆上。 20AI 可以通过更可靠的 需求预测、提升运营和供应链灵活性，以及对改变制造业营运的影响进行更好 的预测来加速生产能力。AI 可以创造更智能、更快、更便宜和更环保的生产流 程，这能提高工人的生产率、提高产品质量、 降低成本并改善工人的健康和安 全。 21 机器学习算法可以改善制造流程的调度并减少库存要求。 22 消费者可以从现时的商业级 3-D

31、 打印中获利。 23（2） 物流： 私营部门制造商和托运人可以使用 AI，通过适配调度和路线 来改进供应链管理。 24 通过自动调整天气、交通和意外事件的预期影响，让供应链更加牢固难以中断。 25（3） 金融： 工业和政府可以使用 AI 提供多种规模的异常金融风险早期检 测。 26 安全控制可以确保金融系统自动减少恶意行为的机会，例如市场操纵、欺 诈和异常交易。 27 他们可以进一步提高效率并降低波动性和交易成本，同时预防系统性失效，例如定价泡沫和低估信用风险。 28（4） 交通： AI 可以增强所有交通方式，实质上影响所有类型的旅途的安 全。 29 它可以用于结构安全监测和基础设施资产管理，

32、提高公众信任，降低维修 和重建成本。 30 AI 可用于乘客和货运车辆，从而通过增强情景意识来提高安全性，并为司机和其他旅客提供实时路线信息。 31 AI 应用还可以改善网络级移动12美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理性并减少整个系统的能源使用和运输相关的排放。 32（5） 农业： AI 系统可以创建通往可持续农业的途径，使农业产品的生 产、加工、储存、分配和消费更灵活。AI 和机器人能收集有关作物的特定场所 和时间数据，仅在它们需要的时间和地点才应用所需的投入（例如水、化学品和化肥），并填补农业劳动力的紧迫缺口。 33（6） 营销： AI 方法能使商业实体

33、更好地配合供应与需求，增加用来资助 进行中资助私营部门发展的税收。 34 其能预测和识别消费者需求 35 ，使他们以更低的成本获得更好的产品和服务。（7） 通信： AI 技术可以最大限度地有效利用带宽和信息存储和检索的自 动化。 36 AI 可以改进数字通信的过滤、搜索、语言翻译和摘要，积极影响商业和我们的生活方式。 37（8） 科学和技术： AI 系统可以协助科学家和工程师阅读出版物和专利，使理论与之前的观察值更一致，使用机器人系统和模拟、进行实验，并设计新38的设备和软件。2 、改善教育机会和生活质量通过用于制定专有学习计划的虚拟导师来实现终身学习，以此根据每个人 的兴趣、能力和教育需求进

34、行自我挑战和参与其中。通过为每个人定做和调整 的个性化健康信息，让人们能过上更健康和更积极的生活。智能家居和个人虚拟助手可以节省人们的时间，并减少每日重复任务所损失的时间。AI 将如何改善教育机会和社会福利？（1） 教育： AI-增强的学习型学校随处可见，通过其自动化辅导能衡量学 生的发展 16 。 AI 辅导员可补充面授教师，还可以因材施教。 16 AI 工具可以促进终身学习并让所有社会成员获取新技能。 16（2） 医学： AI 能支持从大规模基因组研究（如全基因组关联研究，排序 研究）中识别出遗传风险的生物信息学系统， 并预测新药物的安全性和有效 性。 39 AI 技术允许进行多维度的数据

35、评估，以研究公共卫生问题，并为医疗诊 断和处方治疗提供决策支持系统。 40 AI 技术为个人提供药物定制；由此可提高医疗效果、患者舒适度和减少浪费。 41（3） 法律： 通过机器对法律个案史进行分析会变为普遍。 42 这些变得越来13美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理越复杂的过程使辅助取证过程的分析水平得以提高。 42 法律取证工具能识别和总结相关证据；这些系统甚至能以越来越复杂的方式制定法律条例。 42（4） 个人服务： AI 软件可以利用多来源的知识，为多种用途提供更准确 的信息。 43 自然语言系统可以为真实世界、嘈杂环境中的技术系统提供直观界 面。

36、44 个性化工具能为个人和群体调度提供自动辅助设备。 45 文本能从多个搜索 结果进行自动汇总，并在多种媒体中得以增强。 46 AI 可以实现实时口语多语言翻译。 473 、增强国家和国土安全机器学习代理可以处理大量智能数据，并使用快速变化的战术来识别敌人 的相关生存规律模式。 48 这些代理还能向易受攻击的关键基础设施和主要经济部门提供保护。 49 数字防御系统可以大大降低战场风险和伤亡。 50如何增强国家和国土安全？（1） 安全和执法： 执法和安全官员可以通过使用模式检测来检测个人行为 者的异常行为或预测危险人群的行为，从而帮助建立一个更安全的社会。 48 智能感知系统可以保护关键基础设施

37、，如机场和发电厂。 49（2） 安全和预测： 正常条件的分布式传感器系统和模式理解技术可以检测 主要基础设施中断的概率何时会显著上升，无论是由自然原因还是人为原因引起。 51 这种预测能力能有助于指示出问题将在哪里发生，以防止或甚至在发生之51前阻止中断。然而，这种积极使用 AI 的愿景，需要大量研发进展。许多关键和困难的技 术挑战仍存在于所有 AI 子领域中，包括基础科学和应用领域。AI 技术还存在 风险，例如随着人类因自动化系统而增长或被替代，劳动力市场可能会中断， 以及 AI 系统安全性和可靠性的不确定性。本 AI 研发战略计划的后续章节讨论 了 AI 研发投资的高级优先和战略领域，这些

38、将支持这一愿景的同时将降低潜在破坏和风险。（四）人工智能的现状自其开始后，AI 研究已经历了三次技术浪潮。第一次浪潮集中于手工知 识，20 世纪 80 年代着重于明确定义域的基于规则的专家系统，其中知识是从人类专家中采集，以“if-then”的规则进行运算，然后在硬件中执行。此类系14美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理统推理可成功应用于狭义问题，但其并没有学习或处理不确定性的能力。然而，他们仍然能产生重要解决方案，并且今天的技术发展仍然非常活跃。AI 研究的第二次浪潮起始于 21 世纪直到现在，其表现特点是机器学习的 崛起。当应用于诸如图像和书写识别、语音理

39、解和人类语言翻译的任务时，极 为大量的数字数据可用性、相对便宜的大规模并行计算能力和经改良的学习技 术让 AI 变得更为进步。这些进步的成果无处不在：智能手机执行语音识别、 ATM 在书面支票执行手写识别、电子邮件应用程序执行垃圾邮件过滤、以及免费在线服务执行机器翻译。其中一些成就的关键是深度学习的发展。如今，AI 系统在专业任务上的表现经常胜于人类。AI 首次超越人类表现的 主要里程碑包括：国际象棋（1997 年）、 52 trivia（2011 年）、 53 Atari 游戏 （2013 年）、 54 图像识别（2015 年）、 55 语音识别（2015 年）、 56 和 Go（译者 注：

40、即 AlphaGo 围棋。2016 年） 。57 这类里程碑的步伐似乎越来越快，按现状，最佳表现系统是基于机器学习，而非手编码规则集合。AI 的这些成就已得到了强大的基本研究基础的支持。这项研究正在扩大， 可能会刺激未来的发展。作为一项指标，2013 年到 2015 年，以科学为索引提 到“深度学习”的期刊文章的网站数量增加了六倍（图 1）。这一趋势也表明 研究日益全球化，美国的出版物，或至少被引用过一次的出版物的数量不再领先世界（图 2）。美国政府在人工智能研究中发挥了关键作用， 尽管商业部门也积极参与人 工智能相关研发。 58 使用“深度学习”或“深度神经网络”这一术语的专利数量 急剧增加

41、（图 3）。从 2013 年到 2014 年，投入人工智能创业公司的风险资本 增加了四倍。 59 人工智能的应用现正为大型企业创造可观收益。 60 人工智能对金 融系统的影响甚至更大全球金融交易近乎一半，即数万亿美元的交易，属于自动化（“算法”）交易。 6115期刊数至少被引用一次的期刊数美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理深度学习16出版年份图 1：各国提到“深度学习”或“深度神经网络”的期刊文章 62中国美国英国澳大利亚加拿大日本德国新加坡韩国法国深度学习（引用出版物）出版年份中国美国英国澳大利亚加拿大日本德国新加坡韩国法国图 2：各国至少被引用过一次的提

42、到“深度学习”或“深度神经网络”的期刊文章 63患者人数美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理深度学习专利专利公布年份图 3：使用术语“深度学习”或“深度神经网络”的专利数量分析 64尽管取得了进步，人工智能系统仍然有其局限性。几乎所有进步都是在能 够有效完成专业任务的“狭义人工智能”方面取得；而在各种认知领域能够发 挥有效作用的“广义人工智能”方面取得的进步很小。即使是在狭义人工智能 方面，进步也不均衡。用于图像识别的人工智能系统需大量人力来标记数以千 计的示例答案。 65 相反，大多数人只需通过几个示例便可“一次性”掌握学习方 法。虽然大多数机器视觉系统容易

43、被具有重叠事物的复杂场景混杂，但是儿童可轻松进行“场景解析”。人容易理解的场景对于机器来说仍然很困难。人工智能领域现处于第三次浪潮的开始阶段， 注重解释性和通用人工智能 技术。这些方法的目标是通过说明和界面修正加强学习模型，明确输出的基础 和可靠性，以高透明度运作，超越狭义人工智能，获得可在更广泛任务领域中 通用的功能。如果成功的话，工程师可创建系统，构建现实世界现象类的解释 性模型，与人进行自然交流，在遇到新任务和情况时学习和思考，并通过总结 过去的经验解决新问题。人工智能系统的解释性模型可通过先进方法自动构 建。这些模型可实现人工智能系统的快速学习，可以向人工智能系统提供“含义”或“理解”

44、，使人工智能系统获得更多通用功能。17美国国家人工智能研究与发展战略计划 中国信通院（CAICT）编译组整理二、研发战略战略中所述研究重点侧重于行业不能解决的领域，因此这些领域最有 可能从联邦投资中受益。这些重点研究涉及人工智能领域所有需求，包括感 知、自动推理/规划、认知系统、机器学习、 自然语言处理、机器人等人工智能 子领域和相关领域中的常见需求。由于人工智能的广度，这些研究重点跨越整 个领域，而不仅针对各子领域具体的单个研究难题。为了实施该规划，应制定详细的路线图，明确与规划一致的功能缺口。战略一中所述最重要的联邦研究重点之一是对人工智能的持续长期研究， 获得发现和深刻见解。美国联邦政府

45、许多对高风险、高回报基础研究的投资已 带来了今天赖于生存的革命性的技术进步，包括互联网、GPS、智能手机语音识 别、心脏监视器、太阳能电池板、先进电池、 癌症治疗等。人工智能的前景几 乎可涉及社会的每一方面，带来显著积极的社会效益和经济效益。因此，为了 在这一领域保持世界领先地位，美国必须重视对人工智能基础和长期研究的投资。许多人工智能技术将与人一起工作， 16 因此如何最好地建立主动帮助人工作 的人工智能系统成为重要挑战 16 。人和人工智能系统之间的壁垒慢慢被打破， 人工智能系统不断增强人的能力。如战略二所述，需开展基础研究，以研究有效的人机交互和协作方法。人工智能的进步为社会带来了许多积极的益处，并提高了美国的国家竞争 力。 8 然而，与大多数变革性技术一样，人工智能也为某些领域带来了风险，包 括就业、经济、安全、伦理和法律问题。因此，随着人工智能科技的发展，联 邦政府也必须投资研究更好地理解人工智能对所有这些