物联网,大数据,人工智能,构建智能世界的技术金字塔（一）

　　出品：新浪科技《科学大家》、墨子沙龙

　　主讲：李向阳 中国科学技术大学计算机科学与技术学院教授、博士生导师、执行院长，中国科学技术大学信息与智能学部常务副部长

　　作为世界上最大的博物馆之一，巴黎卢浮宫坐拥数万馆藏，除了闻名世界的《蒙娜丽莎》，其中还有另外一个作品雕塑“菲迪皮德斯”。这座雕塑的名字也许并不耳熟能详，但它背后的故事和由此诞生的“马拉松比赛”几乎风靡全球。

　　古希腊时期，菲迪皮德斯为了把马拉松战役取得胜利的消息传递回去，在长途跋涉42.195公里后去世了。他所传递的信息在现在看来也就一个比特大小，却为此付出了生命的代价。

　　这么多年来，人类一直在关注怎么去进行信息的采集、传输、计算，以至于生成知识和获得智能，当然也包括近几年的人工智能（AI）浪潮。

　　人工智能已经经历了很多的浪潮，现在主要是由AlphaGo引起的第三波浪潮。深度学习技术已经在围棋领域第一次实现了机器对人类的全面胜利。除了下棋以外，在其他一些领域，人工智能也已经做得非常好了。当然还有很多事情，可能对人来说非常简单，但对机器却非常难，比如根据一副图去写一些话或一个故事。

　　人工智能离不开领域内经常讲的“ABCDE”。A是算法（Algorithm），B是大数据（Big data），C是计算（Computing），D是领域知识（Domain knowledge），还有E是指生态（Echo system）。

　　总的来说，现在的深度学习仍是一种基于一定数据的统计规律学习，对我们所处的物理世界深度了解，而数据基本上来自物联网设备（比如各种摄像头等等）采集得到的各种数据。

　　所以，提起人工智能，有两个话题是绕不过去的：智能物联网和大数据。

　　智能物联网

　　文明是人、社会与物理世界的有机融合。在这一复杂的融合过程中，包括环保、灾害、安全等多方面的问题需要妥善解决。当然有很多途径可供采用，但最主要的方式可能依旧是通过一些设备和方法来对事件进行感知、预判，精确地了解世界。

　　总的来说，我们需要对世界更透彻地感知，更全面地互联互通。物联网（Artificial Intelligence & Internet of Things，AIoT）作为信息系统向物理世界的延伸，它极大地拓展了人类认识世界、改变世界的能力。可以说，物联网是信息技术的第三次革命浪潮。

　　到底什么是物联网？具体的说是智能物联网，基本上可以从三个层面来拆解这个概念：普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化。普通对象设备化就是对任何东西都赋予它一些智能，使其变成一种感知设备。第二是自治终端互联化，即任何设备都是互联的，建构一个万物互联的世界。而普适服务智能化则指的是所有的服务都是智能化的。

　　物联网整体上就是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络，并提供智能服务的载体。智能物联网发展到现在，大概经历了几十年，现在已经非常普及。也许在生活中大家并没有注意到，但实际上智能物联网已经遍布我们身边。

　　智能物联网也是一种“今天和明天”的技术，此前的七八年间大家更多地在谈论人工智能，但下一步真正能够落地的或许是人工智能物联网，是一种基于设备、基于行业的智能技术。智能物联网以物联网、互联网、大数据、人工智能融合创新，来引领我们未来的产业发展。

　　物联网：智能感知技术

　　物联网方面主要面对的挑战有三，也是物联网的三个核心：感、传、算。

　　首先须得有个东西去了解世界，也就是感知技术。人感知世界的方法主要有视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉。机器感知则是利用各种信号，比如无线信号等等，并借助一些智能的推理方法，来获取物理世界的一些信息，比如人员是否存在、如何运动，他的行为、思想状态、物体的状态等等各种不同的信息。感知的方法有很多，比如常见的振动传感器、加速度陀螺仪、光传感器、视觉方法、声音、无线信号等等，都可以用来感知、理解世界。

　　所谓“传”，就是把感知到的内容传回来。最后，要对传过来的信息进行处理，即要做计算功能。当然所有过程都必须要有能量来支撑。所以说物联网是感、传、算以及能量四个方面来组成。不同设备的形式不太一样，但基本离不开这四部分。

　　通过有限的设备感知无限世界

　　物联网现在遇的一大困局是：很多时候大家发觉容易感知的信息难以传输，而易传输的信息难以感知。比如高精度视频，这很容易感知，但是高清视频耗传输带宽太大，很多设备可能没有能力将其传回。另外还有些东西可能容易传输，比如说目标人物今天高兴不高兴，是什么样的语气、心情，什么感情，这很容易传输，信息量不大，但不容易感知。

　　传输、感知之间往往有这种不对称、不协调的情况。当然所谓的难和易也依赖许多限制条件，所以说难易也是一个相对的概念，比如你到底要什么设备，是不是有能量等等。但总的来说，感知和传输有这样的一个困局。比如现在所有人都有手机，为什么现在智能手机这么好用，当然除了系统做得好以外，离不开硬件能力的提升。比如说，一部智能手机里面有很多传感器——光照、加速度陀螺仪、距离感知等等，就可以了解很多信息。

　　随着产品的推陈出新，智能手机里面的传感器肯定会越来越多，可以测量的东西也越来越多。但依旧有一个困境无法通过增加传感器来解决：如何以有限的感知来感知一个无限可能的世界？一个智能手机再怎么能装东西，它的体积也是有限的，但我们要了解的东西是非常多的，所以接下来研究人员们就需要面对这样一个挑战：如何以有限感知的设备和能力来了解无限可能的世界。

　　要破局，有很多方法，比如说“无感而感”，也就是在设备水平无法进行传感的情况下，达到这样的能力。第二种叫做“跨域感知”，即通过不同的设备，拿到不同方面的部分信息，就像盲人摸象一样，再通过跨域感知来了解全局信息。第三种深度感知，是指利用现有技术把以往已获得但分析不透彻的信息进行深度挖掘，可以获得更多的信息。

　　目前在这一行业与学术界已经达成了一定的成果，例如此前我们团队曾跟一些企业合作，开发了一款可以进行手语识别的智能手表/手环。目前全中国有一两千万聋哑人，对于这些人群，我们可以通过这样一个穿戴式智能手表，在他们打手语的时候，对手语进行识别从而实现交互，为他们提供一种更方便跟外界做交互的新选择。

　　除此之外，智能手机还可以测量心跳，一部手机只要拿在手上或放在口袋里，就能测出你的心跳。这是通过跨域感知实现的。