內容提要：數字化、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。數字化為社會(huì )信息化奠定基礎，其發(fā)展趨勢是社會(huì )的全面數據化。數據化強調對數據的收集、聚合、分析與應用。網(wǎng)絡(luò )化為信息傳播提供物理載體，其發(fā)展趨勢是信息物理系統（CPS）的廣泛采用。信息物理系統不僅會(huì )催生出新的工業(yè)，甚至會(huì )重塑現有產(chǎn)業(yè)布局。智能化體現信息應用的層次與水平，其發(fā)展趨勢是新一代人工智能。目前，新一代人工智能的熱潮已經(jīng)來(lái)臨。

習近平同志在2018年兩院院士大會(huì )上的重要講話(huà)指出：“世界正在進(jìn)入以信息產(chǎn)業(yè)為主導的經(jīng)濟發(fā)展時(shí)期。我們要把握數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化融合發(fā)展的契機，以信息化、智能化為杠桿培育新動(dòng)能。”這一重要論述是對當今世界信息技術(shù)的主導作用、發(fā)展態(tài)勢的準確把握，是對利用信息技術(shù)推動(dòng)國家創(chuàng )新發(fā)展的重要部署。

人類(lèi)社會(huì )、物理世界、信息空間構成了當今世界的三元。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(lèi)社會(huì )和物理世界的基本方式是數字化，聯(lián)結人類(lèi)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(lèi)社會(huì )的方式是智能化。數字化、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)。數字化為社會(huì )信息化奠定基礎，其發(fā)展趨勢是社會(huì )的全面數據化；網(wǎng)絡(luò )化為信息傳播提供物理載體，其發(fā)展趨勢是信息物理系統（CPS）的廣泛采用；智能化體現信息應用的層次與水平，其發(fā)展趨勢是新一代人工智能。

數字化：從計算機化到數據化

數字化是指將信息載體（文字、圖片、圖像、信號等）以數字編碼形式（通常是二進(jìn)制）進(jìn)行儲存、傳輸、加工、處理和應用的技術(shù)途徑。數字化本身指的是信息表示方式與處理方式，但本質(zhì)上強調的是信息應用的計算機化和自動(dòng)化。數據化（數據是以編碼形式存在的信息載體，所有數據都是數字化的）除包括數字化外，更強調對數據的收集、聚合、分析與應用，強化數據的生產(chǎn)要素與生產(chǎn)力功能。數字化正從計算機化向數據化發(fā)展，這是當前社會(huì )信息化最重要的趨勢之一。

數據化的核心內涵是對信息技術(shù)革命與經(jīng)濟社會(huì )活動(dòng)交融生成的大數據的深刻認識與深層利用。大數據是社會(huì )經(jīng)濟、現實(shí)世界、管理決策等的片段記錄，蘊含著(zhù)碎片化信息。隨著(zhù)分析技術(shù)與計算技術(shù)的突破，解讀這些碎片化信息成為可能，這使大數據成為一項新的高新技術(shù)、一類(lèi)新的科研范式、一種新的決策方式。大數據深刻改變了人類(lèi)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)現等多個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)前所未有的機遇。

大數據的價(jià)值生成有其內在規律（服從大數據原理）。只有深刻認識并掌握這些規律，才能提高自覺(jué)運用、科學(xué)運用大數據的意識與能力（大數據思維）。大數據的價(jià)值主要通過(guò)大數據技術(shù)來(lái)實(shí)現。大數據技術(shù)是統計學(xué)方法、計算機技術(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)，當前的熱點(diǎn)方向包括：區塊鏈技術(shù)、互操作技術(shù)、存算一體化存儲與管理技術(shù)、大數據操作系統、大數據編程語(yǔ)言與執行環(huán)境、大數據基礎與核心算法、大數據機器學(xué)習技術(shù)、大數據智能技術(shù)、可視化與人機交互分析技術(shù)、真偽判定與安全技術(shù)等。大數據技術(shù)的發(fā)展依賴(lài)一些重大基礎問(wèn)題的解決，這些重大基礎問(wèn)題包括：大數據的統計學(xué)基礎與計算理論基礎、大數據計算的軟硬件基礎與計算方法、大數據推斷的真偽性判定等。

實(shí)施國家大數據戰略是推進(jìn)數據化革命的重要途徑。自2015年我國提出實(shí)施國家大數據戰略以來(lái)，我國大數據快速發(fā)展的格局已初步形成，但也存在一些亟待解決的問(wèn)題：數據開(kāi)放共享滯后，數據資源紅利仍未得到充分釋放；企業(yè)贏(yíng)利模式不穩定，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)應用的技術(shù)水平不高；安全管理與隱私保護還存在漏洞，相關(guān)制度建設仍不夠完善；等等。當前，應采取有效舉措解決制約我國大數據發(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

作為信息化的公共基礎設施，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為人們獲取信息、交換信息、消費信息的主要方式。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)使用射頻識別、傳感器、紅外感應器、視頻監控、全球定位系統、激光掃描器等信息采集設備，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )把物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現物與物、人與物之間實(shí)時(shí)的信息交換和通信，以達到智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的目的。互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現了人與人、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(xiàn)傳輸技術(shù)、海量數據分析處理技術(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)歷相對漫長(cháng)的時(shí)期，但可能會(huì )在特定領(lǐng)域的應用中率先取得突破，車(chē)聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人系統、智能家居等都是當前物聯(lián)網(wǎng)大顯身手的領(lǐng)域。

物聯(lián)網(wǎng)主要解決人對物理世界的感知問(wèn)題，而要解決對物理對象的操控問(wèn)題則必須進(jìn)一步發(fā)展信息物理系統（CPS）。信息物理系統是一個(gè)綜合計算、網(wǎng)絡(luò )和物理環(huán)境的多維復雜系統，它通過(guò)3C（Computer、Communication、Control）技術(shù)的有機融合與深度協(xié)作，實(shí)現對大型工程系統的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。通過(guò)人機交互接口，信息物理系統實(shí)現計算進(jìn)程與物理進(jìn)程的交互，利用網(wǎng)絡(luò )化空間以遠程、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用的公用基礎設施，信息物理系統發(fā)展的聚焦點(diǎn)在于研發(fā)深度融合感知、計算、通信和控制能力的網(wǎng)絡(luò )化物理設備系統。從產(chǎn)業(yè)角度看，信息物理系統的涵蓋范圍小到智能家庭網(wǎng)絡(luò )、大到工業(yè)控制系統乃至智能交通系統等國家級甚至世界級的應用。更為重要的是，這種涵蓋并不僅僅是將現有的設備簡(jiǎn)單地連在一起，而是會(huì )催生出眾多具有計算、通信、控制、協(xié)同和自治性能的設備，下一代工業(yè)將建立在信息物理系統之上。隨著(zhù)信息物理系統技術(shù)的發(fā)展和普及，使用計算機和網(wǎng)絡(luò )實(shí)現功能擴展的物理設備將無(wú)處不在，并推動(dòng)工業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)的升級換代，極大地提高汽車(chē)、航空航天、國防、工業(yè)自動(dòng)化、健康醫療設備、重大基礎設施等主要工業(yè)領(lǐng)域的競爭力。信息物理系統不僅會(huì )催生出新的工業(yè)，甚至會(huì )重塑現有產(chǎn)業(yè)布局。

智能化：從專(zhuān)家系統到元學(xué)習

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)達到人類(lèi)才能達到的水平。智能一般包括感知能力、記憶與思維能力、學(xué)習與自適應能力、行為決策能力等。所以，智能化通常也可定義為：使對象具備靈敏準確的感知功能、正確的思維與判斷功能、自適應的學(xué)習功能、行之有效的執行功能等。

智能化是信息技術(shù)發(fā)展的永恒追求，實(shí)現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和符號處理的階段，產(chǎn)生了在一些領(lǐng)域具有重要應用價(jià)值的專(zhuān)家系統；1976—2007年是基于統計學(xué)習和知識自表示的階段，產(chǎn)生了各種各樣的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統；近幾年開(kāi)始的基于環(huán)境自適應、自博弈、自進(jìn)化、自學(xué)習的研究，正在形成一個(gè)人工智能發(fā)展的新階段——元學(xué)習或方法論學(xué)習階段，這構成新一代人工智能。新一代人工智能主要包括大數據智能、群體智能、跨媒體智能、人機混合增強智能和類(lèi)腦智能等。

深度學(xué)習是新一代人工智能技術(shù)的卓越代表。由于在人臉識別、機器翻譯、棋類(lèi)競賽等眾多領(lǐng)域超越人類(lèi)的表現，深度學(xué)習在今天幾乎已成為人工智能的代名詞。然而，深度學(xué)習拓撲設計難、效果預期難、機理解釋難是重大挑戰，還沒(méi)有一套堅實(shí)的數學(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)習未來(lái)研究的主要關(guān)注點(diǎn)。此外，深度學(xué)習是典型的大數據智能，它的可應用性是以存在大量訓練樣本為基礎的。小樣本學(xué)習將是深度學(xué)習的發(fā)展趨勢。

元學(xué)習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、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)習方法以及“AlphaGo Zero”在圍棋方面的出色表現，展現了這類(lèi)新技術(shù)的誘人前景。然而，元學(xué)習研究還僅僅是開(kāi)始，其發(fā)展還面臨一系列挑戰。

新一代人工智能的熱潮已經(jīng)來(lái)臨，可以預見(jiàn)的發(fā)展趨勢是以大數據為基礎、以模型與算法創(chuàng )新為核心、以強大的計算能力為支撐。新一代人工智能技術(shù)的突破依賴(lài)其他各類(lèi)信息技術(shù)的綜合發(fā)展，也依賴(lài)腦科學(xué)與認知科學(xué)的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步與發(fā)展。

（作者為中國科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)教授）

《 人民日報 》（ 2019年03月01日 09 版）