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人工智能算法:“无形之手”改写战争

发布时间:2019-06-03 12:15 来源:未知 编辑:admin

  还记得在人机大战中表现出精湛技艺的“阿尔法狗”吗?它就是人工智能算法的杰出代表。早在以“阿尔法狗”为代表的人工智能在围棋领域完胜人类之时,就有人曾预言,人工智能算法或将对未来战争产生巨大变革。日前,美国国防部正式签订“Voltron”计划,旨在通过人工智能算法找寻美国军方操作系统和定制程序中的漏洞。无独有偶,改写信息化战争“游戏规则”的“战争算法”也正加速到来,美国已经成立“算法战跨职能小组”,通过“算法武器”对涉及无人机目标探测、分类和预警的计算机视觉算法进行升级,将为分析处理美军打击“伊斯兰国”等作战任务的全动态视频信息提供技术支持。

  现代战争离不开算法。人工智能的出现,为“战争算法”与“算法战”注入了新的生命力。尤其是随着类脑计算等可实时处理非结构化信息、具有学习能力的超低功耗新型计算方式的出现,算法必将成为未来战争智能决策、指挥协同的关键核心。随着人工智能及战争算法的进步,未来的“算法战”将既精于计算,又善于“算计”,既能做计划、定方案,又能出战法、生谋略,是“智能型”军队必须抢占的战略制高点。

  算法是指解题一类问题的准确且完整方案的描述,代表着用系统的方法解决问题的清晰指令和策略机制。除用于求解常见问题外,现代战争的各类作战问题同样可以依托算法进行求解与分析,进而找出更为科学合理的作战规律和方法,实现战场上的“百战百胜”。

  长期以来,妙用算法改变战争胜负就是公开的军事秘密。且不说我国古代依据战场需要出现的各类兵法、阵法与战法,单是第一次世界大战前,德国总参谋部的军官就经过无数次兵棋推演、演习、图上作业和复杂的数学公式推演,最终精确地计算出调动一支百万人以上大军的集结、行军、作战和补给的时间表,不仅将参谋机关的作战智慧效率发挥到了极致,更为战争初期的军事行动提供了有力支撑。

  近年来,随着现代战争加速向信息化迈进,“战争算法”和军用软件逐渐从幕后走向前台。1914年提出的兰彻斯特方程就是通过算法对战斗力及作战毁伤进行精确评估的案例,奠定了作战模拟的科学基础。海湾战争时期,美军在开展“沙漠风暴”行动之前就利用兵棋推演发现作战计划中可能出现的问题,经过完善后的实际作战,结果与兵棋推演时几乎毫无差别。

  随着以“阿尔法狗”为代表的人工智能在围棋领域的大获全胜,人们对于人工智能算法在军事领域的应用关注度与日俱增。“棋局皆战局”,军事指挥作战与围棋有很大的相似性,双方都具备随机性、对抗性等诸多特点,在制胜机理领域极为相似。人工智能甚至还可根据已知因素和学习算法,全盘推演未来战争的攻防模式和发展趋势,或将深刻改写未来战争的发展方向。2017年4月26日,美国国防部正式发布名为“Project Maven”的备忘录,旨在通过成立“算法战跨职能小组”,进一步推动人工智能、大数据及机器学习等“战争算法”关键技术研究。

  同时,信息化战争对“战争算法”的数据处理能力也提出了较高要求,目前已经出现了仿真、模拟和学习借鉴人脑的神经系统结构和信息处理过程,构建出可实时处理非结构化信息、具有学习能力的超低功耗“类脑计算”系统,或将成为强人工智能战争时代的“最强战脑”。美国国防部除运用新型算法从海量情报中快速获取战场情报外,还将依托算法为未来战争指战员提供数据响应建议,或在网络战和导弹防御中减少人类判断的失误。未来战场上的人工智能将在情报分析、辅助决策、计划校验、精确协同、智能指挥等方面发挥关键作用,现代数学、大数据和类脑计算等高新技术更将推动“战争算法”进入“制胜未来战争”的全新高度。

  “战争算法”源自实战中遇到的棘手难题。信息化战争来自地面、海上和空中的情报侦察与监视预警信息爆炸式增长,军事物联网环境下的各类战场信息传感器遍布陆、海、空、外层空间和电磁网络空间,海量的信息数据势必导致收集时间冗长、缺乏时效性或传递错误等一系列严峻问题。以美军为例,从无人机源源不断传来的海量视频资料,让数千名美军情报分析员忙得焦头烂额,即便他们每天对着屏幕搜索敌人的蛛丝马迹,成功率依旧不高。同时,正在加速兴起的无人机蜂群和群化武器同样对软件决策和算法提出了较高要求。

  借助人工智能算法,美军算法战跨职能小组旨在研制出可将无人机收集的海量视频数据快速分类的软件,并实现对目标的探测、分类和预警计算,以便提供更多具有实际价值的情报,提高军事决策水平。未来,算法战跨职能小组还将把触角伸向其他国防情报任务领域,并将进一步加强与情报任务领域相关的人工智能、自动化、机器学习、深度学习以及计算机视觉算法的研究。

  在“战争算法”领域,美军早已为打赢战争而撰写代码,尤其值得我们学习与借鉴。长期以来,美军都在借助ScenGen和LGC等任务规划软件计算任务中所有的可能结果,进而为任务决策提供智力辅助。

  目前,美军借助人工智能的计算机兵棋推演算法与系统堪称世界一流。美军不仅取得了无人机蜂群的大量试验数据,更在探索有人机与无人机的混合作战编队“阿凡达”项目,算法已经成为这支特混编队的“作战大脑”。同时,美军正在加速研发战场推理软件,运用深度学习技术训练出具有逻辑分析能力的机器,发挥机器的速度和理性优势,以便为人类作战提供态势评估、建议甚至实施决策。就更不用说“飞行的计算机”F-35战机携带了几千万条代码,以及完全由电脑操控的X-47B无人轰炸机代表了“战争算法”的极高水平。

  早在“阿尔法狗”与职业围棋选手对局引发高度关注之时,就有人推测“阿尔法狗”采用的已经是“类人脑”的高度智能。其实,“阿尔法狗”只是结合了类脑与非类脑的计算与智能,其平均每局围棋耗电费近3000美元,而仅仅由大量神经元通过突触连接在一起的人类大脑则显得既“聪明”又“省电”。尤其是随着图像处理、模式识别、机器翻译、数据挖掘等一系列以智能为核心的人工智能算法军事应用加速兴起,传统“电脑”的计算能力愈发“余额不足”,比“曼哈顿计划”更具挑战性的“仿脑”和“造脑”计划早已开始。

  目前,模拟人脑神经元信息处理机制的深度神经网络技术,已经成为“智能时代”最为重要的信息处理与建模方法,把深度神经网络技术与计算机融合成“类脑计算”也日益受到世界各科技强国的高度关注。“类脑计算”就是指通过仿真、模拟和学习借鉴人脑的神经系统结构和信息处理过程的装置、模型与方法,构建出可实时处理非结构化信息、具有学习能力的超低功耗新型计算系统,目标就是制造可被称为真正“电脑”的类脑计算机。未来功耗更低、更加智能的“类脑计算”一旦到来,或将开启智能化革命的序幕,对社会生产生活和国防军事变革带来广泛而深刻的影响。

  与人脑一样,神经网络芯片打造的“类脑计算”也具有显著的高速运行和低能耗特征。研究表明,人类大脑平均每秒可执行1亿亿次操作,所需能量却只有10~25瓦。如果让一台超级计算机来完成同等任务的工作,它需要消耗的能量是人脑的1000万倍,巨大的能耗压力也成为计算能力增长的一大技术瓶颈。此外,在处理诸如模式识别等复杂任务时,计算机的运算能力其实远远不如人脑。“类脑计算”研究的初衷就是在不影响性能的前提下进一步降低现有计算设备功耗,或是在相同功耗下实现更高的计算速度。不过,能够大大降低能耗或是加快速度对于实现更高水平的“智能计算”虽然有很大帮助,但要想真正实现高度“类人”水平的通用人工智能,关键还需要进一步理解人脑对于信息所做的计算及学习算法。

  正是基于此,美国早已将关注点聚焦到“类脑计算”,试图通过抢占“类脑计算”研究高地打造未来战争的最强“战脑”。早在20世纪80年代,美国国家航空航天局就已经开始利用大规模集成电路实现神经网络计算的项目研究资助。美国国防高级研究计划局从2008年起就开始资助IBM公司的脉冲神经网络芯片研究。目前,美国空军研究实验室正在与IBM公司合作研制大脑启发式超级计算系统,这种由芯片阵列组成的“类脑计算”系统的识别和感官处理能力,相当于人脑的6400万个神经元和160亿个神经突触。美国国防部投入巨资资助的计算机芯片“真北”,采用了类脑神经网络设计,集运算、通信、存储功能于一体,在执行图像识别与综合感官处理等复杂认知任务时,效率远远高于传统计算机芯片。美国国防高级研究计划局也在积极发展能够模拟人脑认知和推理能力的类脑芯片处理器,开展了包括“传感与分析自适应局部学习”在内的数十项旨在提高对大脑了解和应用的研究项目,其中可靠神经接口技术、恢复编码存储器集成神经装置等项目已经初具“类脑计算”的诸多特征。就拿目前Google公司提出的深度增强学习算法而言,可实现通过不断试错学习提高人工智能水平,将为未来模式识别的军事应用发挥重要作用。

  未来战争,算法只会比炸弹更可怕。人机大战中“阿尔法狗”表现出的精湛技艺就是深度学习算法的杰作。战场虽不是棋盘,却也有着与棋局相似的思维方式。信息化战争的本质是智能化,算法是智能化加速到来的催化剂。随着人工智能及算法的进步,未来的计算机系统将既精于计算,又善于“算计”,既能做计划、定方案,又能出战法、生谋略。

  目前,美国国防部已经将可从更多信息源中获取大量信息的软件或可为人类提供数据建议的算法明确称为“战争算法”,甚至专门成立包括战略能力办公室、快速能力办公室和国防创新实验单元等机构专门为联合作战部队开发新型人工智能“算法武器”。可以预见,随着“算法武器”与“算法战争”的加速到来,人工智能算法将在实现智能决策、指挥协同、情报分析、战法验证以及电磁网络攻防等关键作战领域发挥重要作用。同时,军用人工智能机器翻译、密码破译、海上目标敌我识别、智能电子战以及发射后“不管”的全自动制导智能导弹、智能地雷、智能鱼雷和水下军用作业系统等也将成为人工智能的重要军事应用方向。

  未来战争,有希望依托算法增强现有作战系统的对抗能力,以强人工智能为“大脑”的各类作战装备将学习人类优秀作战经验,实现自主搜索目标、自动处理海量数据、自动判定威胁程度和自主决策作战行动。人工智能等算法将逐步介入战争指挥,在辅助指挥员选择战争时机、判断敌我态势、计算战争规模、预测战争持续时间等方面发挥独特作用,甚至成为中军帐中不可或缺的“算法参谋”。同时,每一名信息化武装的战士将首先是一名优秀的“算法师”。届时,“战争算法”所改变的已经不仅仅是一台计算机中的战场数据,而是可“算计”陆、海、空、天、网、电等多维作战域的智能作战系统,人类甚至将成为战争的“收尾者”和“旁观者”。这种对于未来战争的跨时代性巨大变革,正由“战争算法”加速实现。

  除了用科技组装的“作战大脑”,未来军事应用最为火爆的当属具有“类脑智能”的新一代机器人。美国国防高级研究计划局已经开展了名为“阿凡达”的研究项目,旨在通过探索人类机能整合神经代码,进行进攻性武器和系统的“类脑”控制。可以想象,随着人工智能军事算法的发展完善,算法将成为未来军事对抗的制高点,更是揭开战争制胜机理面纱的“金钥匙”。唯有大力发展创新军事算法,培养优秀的“算法战士”,才能赢得未来信息化战争的胜利。

  当然,算法支撑下的人工智能、兵棋推演乃至作战实践,虽然能为未来作战提供有力支撑,但也并非完美无缺。拥有几千万条代码的美军F-35战机对控制系统软件就有着严重依赖,曾经暴露出的两百余项各类问题几乎都与其软件算法高度关联。一旦软件系统出现一点问题,战机将无法有效运转,甚至连最起码的安全起降都成问题。同时,“类脑计算”等相关人工智能算法目前也只处于研究的初步阶段。要想取得未来战争的胜利,还必须通过实践不断完善战争算法,才能实现人工智能时代军事领域变革的有力推手。

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