智能导航的“能”与“不能”

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一

机器学习风云千载

西晋崔豹所著《古今注》及《志林》等古籍说黄帝与蚩尤作战时，蚩尤作大雾，黄帝造指南车为士兵领路，但正史典籍显示三国时马钧是第一个成功制造指南车的人。从三国时开始，历代史书几乎都有指南车的记载，但是都比较简略，直至宋代才有完整的资料。《宋史·舆服志》详细地记载了燕肃和吴德仁所造指南车的结构和技术规范，成为世界史上最宝贵的工程学文献。指南车利用齿轮传动系统和离合装置来指示方向。在特定条件下，车子转向时木人手臂仍指南。指南车的自动离合装置显示了古代机械技术的卓越成就，是一种“机器”导航系统。

1819年，英国科学家巴贝奇构思“差分机”用以提高乘法速度和改进对数表等数字表的精确度，并于1822年制造出可动模型。如果我们把这台机器称作第一代能辅助人类“学习”的机器，那么机器学习的发展至今至少也200余年了。中间又有几个里程碑事件，如1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学诞生世界上第一台通用计算机“ENIAC”, 其主要工作原理是冯诺依曼规则。2016年3月，阿尔法围棋与围棋世界冠军、职业九段棋手李世石进行围棋人机大战，以4：1的总比分获胜，其主要工作原理就是“深度学习”。

那么是什么是机器学习呢？听听两位大神的描述吧

“A machine ability to exhibit intelligent behavior equivalent to, or indistinguishable from, that of a human.” – Alan Turing

“Machines that are capable of doing any work a man can do” – Marvin Minsky

可见千百年来人类始终没有放弃制作一台能够辅助人类工作、具有“智能”机器。

二

人工智能浪潮百年

如果我们把眼光放长远一点，可以看到，在人工智能近百年的发展浪潮中，各个流派、各种技术悉数粉墨登场，在不同历史时期扮演了不同角色，共同推动人工智能的发展一浪更比一浪高。

三

智能导航适时同风起

具体到导航定位领域，什么是“智能导航”？

这里不妨借用逻辑学中的一些概念，通常认为理性决策具有如下特征：能最大程度地实现预定目标；只涉及做出什么决定 （不涉及背后的思考过程）；决策目标可由结果度量表示；理性决策意味着最大化预期结果的度量。显然，“智能”导航首先是“理性”导航，即对每一个可用的导航传感信息，智能导航能根据感知信息提供的证据和先验知识，选择能使其性能度量最大化的决策。不论外界环境如何变幻，智能导航均具备数学意义上“迷途知返”的能力。

智能导航模拟和扩展人类智能主要体现在：感知、分析、决策、控制等导航控制的各个环节模块。

感知：获得更丰富的声、光、电、磁、力等导航信息；分析: 具备认知+计算à预测能力； 决策: 可以实施机动、避障、路径和任务规划等；控制: 能够控制运行速度、姿态和航迹等。

四

知几、趣时与变通

智能导航具有以下几项基本能力：

“知几” ——实时感知和判断可用导航源；

“趣时”——自适应地改变导航策略;

“变通”——融合生成最优的导航控制指令。

时至今日，智能导航已经有很多应用，如视觉SLAM中对环境信息特征的提取、语义分割等等，极大丰富了可用的导航信息类型，提高了导航的准确度。

应用强化学习，还可以实现无人飞行器的自主导航控制等等。

五

乘风破浪会有时

虽然智能导航已经在无人车领域大放异彩，但是其性能远未达到知几、趣时和变通的“智能”标准。现有深度学习、强化学习等工具、方法仅仅是相关处理，尚无法解释因果关系，从更深层次上来说，既不能“得意忘形”，也不能“呆若木鸡”。与此同时，有关智能的研究都在不断深入进行中。

首先是人类对智能的源泉“大脑”的研究还不够深入。我们现在所认为的“智能”的来源、工作记忆、行为决策、注意力调控、抽象规则、问题解决等等都只是大脑前额叶皮层的功能，大脑还有顶叶、枕叶、脑干等相当大一部分功能区有待探索。

其次是已知人类大脑拥有100亿个神经元细胞，60万亿个神经突触，神经元上的放电信号形成我们的思维。但是，现实物理世界中，我们若用60万亿个发光二极管进行放电实验，是无论如何也无法产生思维的——显然，这里体现了一种高层对低层具有支配作用，思维形成的“涌现”本质，我们至今还不能很好地解释。

总之，从认知神经学的角度，“智能”的本质还有相当大的盲区有待探索，智能导航的研究和发展当然也不能独善其身。

从逻辑学的角度来说，哥德尔第一定理告诉我们：任何一个足够强的相容的数学形式化理论中，只要它强到足以在其中定义自然数的概念，必定可以在其中构造在体系中既不能证明也不能否证的命题。用哥德尔本尊的原话来描述就是：“逻辑失效的地方，智慧就诞生了”。我们现有的所有智能产品，其基本逻辑框架都是遵循某个数学体系建立起来的，那么就一定有不能证伪的逻辑判定，具体到导航中，会出现真实世界已经到达目标点，但是智能导航规划却无法体现的情形。

风物长宜放眼量，随着技术的进步，智能导航终有扶摇直上九万里，直挂云帆济沧海的一天。

END

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