張鈸：人工智能，從過去到未來

《科學中國人》封面人物——張鈸

2400多年前，《列子·湯問》中記載了這樣一個故事：周穆王西巡狩，路遇匠人名偃師。翌日偃師謁見王，偕來一個假人。“趨步俯仰，信人也”“領其顱，則歌合律；捧其手，則舞應節。千變萬化，惟意所適。王以爲實人也，與盛姫內御並觀之……”這個“假人”就是古人對機器人的想象。

今天，明星機器人索菲亞不僅外形像人，還能感知、識別周圍人的動作和表情，模仿62種人類表情，然後做出迴應，對答如流。儘管如此，在中國科學院院士、清華大學人工智能研究院名譽院長張鈸看來，它無法得到周穆王的青睞，更無法通過圖靈測試，因爲“人工智能纔剛剛起步，離真正的AI還很遙遠”。

40多年前，張鈸赴美訪學，第一次近距離感受到“人工智能”的魅力，自此從零開始，帶領我國學者邁出在該領域的第一步。雖然這時，人工智能已在國外發展了20多年，但他立志，要讓中國在人工智能領域奮起直追，迎頭趕上國際先進水平，贏得外國同行的尊敬。

一諾千金，行勝於言。在隨後的研究中，他和張鈴教授一起發表了中國第一篇人工智能領域的學術論文，獲得中國在人工智能領域的第一個國際重要獎項；領銜成立國內首個智能機器人實驗室，培養了本土第一位人工智能領域博士畢業生；與同事一起組建中國第一個人工智能國家重點實驗室……

如今，中國在人工智能方面的研究有了飛躍式的發展——圖像識別、語音識別等技術創新應用進入了世界先進行列，人工智能發明專利授權總量全球排名第一，核心產業規模持續增長。而在這其中，由他創造的這些“第一”“首次”就成爲中國人工智能發展的一個個里程碑，見證、記載、鼓舞着中國人工智能發展的每一步。

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“引路”中國人工智能

1935年，張鈸出生於福建福清縣的一個教育世家，祖父是清朝貢生，爲發展家鄉教育事業曾創辦小學；父親是愛國教師，從小教他踏實做人。張鈸在濃厚的家學氛圍中成長，學習成績名列前茅。

少年張鈸對科學充滿好奇心，他學習刻苦認真，做事追求完美，夢想着“長大了成爲一名科學家”。1953年，張鈸以數理化滿分的優異成績考入清華大學，就讀於電機系電機電器製造專業。1956年，國家出臺《十二年科技發展遠景規劃》，開始了大踏步追趕世界先進科學技術水平的歷程。彼時，國家要求清華大學增設新專業，以培養專業人才與師資力量。學校決定從電機系三年級的10個班中每個班抽調1名優秀學生，成立自動控制“八字班”。

冥冥之中自有安排。也是在這一年，在大洋彼岸的美國的達特茅斯學院，“人工智能”被首次提出，從此開始了模擬人類智能行爲的征程。

1958年，張鈸從清華大學自動控制系畢業，成爲國家第一批自動控制專業的畢業生，並留校開始承擔教學任務。“但是，我當科學家的夢想一直沒有改變。”在留校任教期間，張鈸邊教學邊科研，參與了我國最早飛行模擬臺的研製，並應用於飛行模擬實驗。

國之所需，吾輩所向。1978年，面對計算機科學發展的重大需要，清華大學在自動控制系基礎上建立計算機工程與科學系。從自動控制系轉型到計算機系的張鈸，和他的同事一起通過向國外高校學習，最終確定將人工智能和智能控制作爲全新的研究方向。那年他43歲。中年面臨轉型，不但在知識結構上面臨很大挑戰，而且當時中國人工智能可謂一窮二白，做該領域的研究需要白手起家。張鈸回憶說：“當時國內科研人員對人工智能領域發展的認識很有限，甚至相關資料也非常少。”而在國際上，人工智能在經歷了20多年的發展後，已經成爲計算機科學不可或缺的重要部分。這一點張鈸有深刻的共識，中國計算機科學要想做到世界領先，人工智能必不可少。

1980年年初，張鈸作爲訪問學者前往美國伊利諾伊大學香檳分校進修學習。如今，回憶起在美國交流學習時的遭遇，仍令他頗感介懷。“你是中國來的？”“知道什麼是人工智能嗎？”美國同行頗具優越感的發問，讓45歲的張鈸下定決心，一定要好好利用這個機會，努力學習，推動中國人工智能的發展。

“當時我去的是美國伊利諾伊大學的協調科學實驗室（Coordinated Science Lab，CSL）實驗室，這個實驗室整體上還是在研究計算機科學與工程，同時兼有通信、人工智能這些方向。”在美國伊利諾伊大學交流期間，張鈸還同時與國內保持着教學與科研兩個方面的“跨國交流”。

一方面，張鈸通過將伊利諾伊大學使用的教材和相關材料全部複印並寄回國內，跨國輔助清華大學計算機系的教研工作。“比如說，清華大學後來開設的一門叫作人工智能程序設計的課程，就是根據我寄回的材料開設的。”

另一方面，張鈸在人工智能領域的科研工作也由此開端，他一直保持與當時在安徽大學任職的張鈴教授的書信交流，跨國合作開展科研工作。張鈸負責根據前沿研究提出問題，張鈴用數學的方法來解決問題，然後，張鈸再根據數學模型做編制程序進行模擬實驗。他回憶說：“當時，我覺得人工智能要深入發展下去，提高算法效率，必須要利用好數學這個工具。”

由於跨國電話資費昂貴，兩人只能通過郵寄書信的方式進行溝通。回憶當年與張鈴合作科研的往事，張鈸說：“當時，中美間一封航空信大概要人民幣8角錢，寄給對方約10天才能收到，一次討論就要耗時近一個月。我們計算過，一封信如果超過5張紙，就會超重，須多付郵資。爲了省錢，我們特意挑相對薄的紙，寫非常小的字。”

就這樣，張鈸和張鈴開始了一場艱苦的跨越大洋的人工智能合作研究。約1年後，他們聯手完成了一篇人工智能領域的論文，實際上這也是中國科學家在人工智能領域的第一篇學術論文，成功發表於人工智能領域頂級國際期刊《IEEE模式分析與機器智能彙刊》，引起了國際同行的高度關注。正是這篇論文，讓中國留學生們狠狠地“揚眉吐氣”了一把，也增強了張鈸爲中國人工智能發展作出更大貢獻的信心和決心。

1982年，張鈸學成歸國，把當時最先進的人工智能技術和理念引進了中國。1983年，張鈸和張鈴的論文在國際人工智能大會（IJCAI）發表，打破了沒有中國學者的論文在國際人工智能大會上發表的局面。中國由此開啓了人工智能發展的新篇章。

可以說，在中國人工智能發展的整個過程中，張鈸一直扮演着“引路人”的角色。他是中國人工智能的奠基人之一，見證並推動了中國人工智能從20世紀70年代的“白手起家”到如今向世界一流水平邁進。

2015年，張鈸（中）獲得中國計算機學會（CCF）終身成就獎

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“舉旗”創新之路

篳路藍縷，披星戴月。

儘管中國的人工智能起步比國外晚了20多年，但張鈸和同事們正視差距、風雨兼程，一路追趕着國際人工智能發展的步伐。

“回國後，我們開始思考中國的人工智能如何開展，除了理論研究，可以應用在哪些場景中？”爲了摸清國內對人工智能的需求，張鈸與同事一起深入各行業一線進行調研。從西南到東北，他們通過調研發現，很多軍工企業的生產條件非常危險，比如裝引信這項工作都是人工完成的。“這次調研，讓我們產生了強烈的願望，希望能讓機器人來從事這些危險的工作。”1983年，張鈸開始籌備我國第一個機器人實驗室，然而，整整1年後，他們才幾經周折從香港買到一部機械臂用來做研究的基礎設備。誰能想到，今天的智能技術與系統國家重點實驗室就是從這樣一部貌不驚人的機械臂起家的。1985年，中國首個智能機器人實驗室成立，開啓了中國智能機器人的研究之路。

1987年，張鈸正式入選國家“863”計劃智能機器人主題專家組。同年，他培養的中國第一位人工智能領域的博士生畢業。1990年，他和同事一起成立了全國第一個人工智能國家重點實驗室——“智能技術與系統”國家重點實驗室。一步一步，張鈸帶領團隊搭建起了中國的人工智能研究平臺。

然而，正在張鈸奮力追趕的時候，人工智能卻迎來了低谷。20世紀90年代，受到計算機算力算法等原因的限制，人工智能的“冬天”降臨，越來越多的聲音開始質疑人工智能。幾乎同時，國外很多研究機構紛紛停止了人工智能方面的研究。在這樣的大背景下，國內一些高校也都很難繼續做人工智能研究。當時，張鈸團隊也面臨着巨大的壓力，但是科研以外的這些聲音並沒有影響到他的決心，在許多人開始轉行的時候，張鈸初心不改，選擇了迎難而上。這位將人工智能引入中國的先驅者，在低谷中依然堅持不懈。他常常說：“人工智能不可能畢其功於一役，它最大的魅力就是永遠在路上。”在張鈸的同事和學生眼中，他就是一個“旗手”，帶領着大家在困難、狂熱抑或浮躁中保持冷靜，努力前行。

1994年，張鈸當選俄羅斯自然科學院外籍院士；1995年當選中國科學院院士。2019年11月18日，他獲得了“吳文俊人工智能最高成就獎”，是繼陸汝鈐院士之後第二位獲此殊榮的科學家。

作爲一位計算機科學家，一直以紮實的基礎理論爲學術研究特色的張鈸，非常重視人工智能、人工神經網絡和遺傳算法等領域的理論研究，以及這些理論在模式識別、機器人和智能控制等領域的應用研究。

在人工智能理論上，張鈸和張鈴教授一起系統地提出了問題分層求解的商空間理論，通過代數的方法，系統地解決了不同層次求解空間的問題表達、複雜性分析，不同層次空間之間信息、算子及推理機制等的相互轉換關係；進一步提出了統計啓發式搜索算法，基於拓撲的空間規劃方法以及基於關係矩陣的時間規劃算法等，極大降低了計算複雜性，具有重要的應用價值。

在人工智能網絡方面，張鈸系統地分析了典型神經網絡模型，給出了該網絡各項性能的定量結果；對當前神經網絡模擬人類智能行爲的能力及其侷限性，提出了理論論據，並提出了一組新的學習機制，有效地提高了神經網絡的性能。

可以說，40多年來，他矢志不渝致力於中國人工智能領域的創新，發表或共同發表了數百篇學術論文，出版系列專著。他榮獲了ICL歐洲人工智能獎、國家自然科學獎三等獎、國家科技進步獎三等獎、國家教委科技進步獎一等獎、電子工業部科技進步獎一等獎以及國防科工委科技進步獎一等獎等諸多獎項，推動中國人工智能研究和產業向世界一流水平邁進，是中國人工智能當之無愧的奠基者和發展推動者。

如今，在張鈸和同事們的共同努力下，中國人工智能這40多年的發展歷程，呈現出日趨繁榮的景象。“從1956年到現在，人工智能經過了兩代發展。前兩代人工智能只能解決有限的問題，而且還存在着不安全、不可靠、不可信和不容易推廣應用的缺點。爲了克服這些缺點，我們提出要發展第三代人工智能。基本思路就是要把知識驅動和數據驅動結合起來，充分利用知識、數據、算法和算力這4個要素。”張鈸說，在發展第三代人工智能的過程中，我們實際上跟世界水平差距不大，也可以說處於同一起跑線上，“因此我們在未來的人工智能發展中，完全可以利用這個機會，掌握主動，進一步發揚創新精神，就有可能跟世界一起共同推動人工智能的發展，作出重大貢獻。”

張鈸

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“明燈”照亮科學追夢人

清華園裡，啓智潤心。

1954年，成績優異的張鈸就讀清華大學電機系——青磚白柱，無問西東，芸芸書香，自此與清華大學結下一生之緣。

大三那年，清華大學增設新專業，張鈸進入飛行器自動控制專業學習。1958年作爲新中國第一批該專業優秀畢業生留校任教。張鈸最初的夢想是做一名科學家，但最後卻在組織的安排下留校任教，對角色的轉換他早有心理準備。

剛剛參加工作半年，24歲的張鈸就接到教學任務：教研組安排他給四年級的學生開設飛行器自動控制的課。這門課的課程內容他並不熟悉，而且是100多名學生的大課，僅有的知識也是幾個月前他剛剛從蘇聯專家那裡學來的，聽課的學生只比他低一兩個年級。他回憶道：“大多數教師和我一樣都是剛從大學畢業的學生，與高年級的學生年齡相當，知識與教學經驗都很少，卻承擔了大部分的教學與科研任務。大家憑着一股工作熱情，邊幹邊學習，用當時的話講，叫‘在戰鬥中成長’。我們幾乎和學生‘摸爬滾打’在一起，共同克服困難，完成所承擔的教學與科研任務。”一門複雜枯燥的課被他娓娓道來，深入淺出，第一次站在清華大學講臺上的他就獲得了學生由衷的熱愛。慈祥的微笑中，同學們收穫了知識與思想，崇敬喜愛之情油然而生。他的學生曾說：“張教授的學識是五光十色的。”

1978年，爲加強計算機學科建設，集中辦好計算機學科，清華自控系更名爲計算機系。系老師面臨多種選擇，可以調整到精儀系與新成立的自動化系，也可以選擇繼續留在系裡，但必須將專業轉到與計算機相關的方向。“由於大多數老師願意留在這個集體，因此迫切需要找一個與計算機相關的新的學科方向。經過張毓凱、林堯瑞、石純一和黃昌寧等老一代教師的共同努力，我們最終選擇了‘人工智能與智能控制’作爲我們新的教學與科研方向，開啓建設‘人工智能’的新曆程。”

人工智能作爲當時中國的新興學科，科研和教學的條件都很艱苦，張鈸對這段經歷記憶猶新。那時候，雖然當時的研究已有了一定基礎，但是軟硬件條件與國際同行相比，差距很大，研究資料也不足，特別是專業、權威資料匱乏，更多是靠自力更生摸索。在那樣的環境下，想留住優秀人才着實不易。面對徘徊在出國或留校讀博士之間並向他請教的學生，張鈸語重心長地說：“國外知名導師的科研、教學水平比我高，培養條件也比我這裡好。你們選擇出國深造和科研，我非常支持。但是如果你選擇留下來，我會全心全意地培養你，絕不辜負。”肺腑之言感人至深，與他交談的學生大部分選擇了留下來。

而對於教學，張鈸是無比熱愛的，他將教育視爲他生命的一部分，把學生視作自己的子女和朋友，也用自己的行動踐行着“行勝於言”的清華校訓。每週，他都會給學生開小組討論會，並且每次都會提前到會議室。一些學生剛開始都是踩着點去開會，認爲晚到幾分鐘也沒有太大關係。對於遲到的同學，張鈸從沒有指責和訓斥。開會討論時，他從不把手機放在桌面上，也沒有因手機鈴聲響起而中斷討論，許多學生直到畢業都沒有見過導師的手機。而對待學生的論文投稿，張鈸經常會花很多工夫幫忙潤色，從內容、語法、選詞到標點符號都仔細修改。

亦師亦友，真情流露。即便離開學校幾年、幾十年了，學生依然與他保持密切的聯繫。每當教師節或者他的生日，分佈在世界各地的學生，會相約到老師家裡看望他、和他聊天，從時政到工作體驗、從社會到家庭趣事，天南海北無話不談。

張鈸曾說：“我一輩子就做了兩件事：一件是讀書，另一件就是在清華大學教書育人。”2018年，適逢清華大學計算機系建系60週年，也是張鈸留校任教的60年。從青澀年華到耄耋之年，桃李滿天下的他一共培養了77名博士生，爲國家培養、輸送一批高科技專才，尤其是在人工智能領域。他們中的大多數留在國內工作，奮鬥在高等院校、研究單位和企業等各種工作崗位，也有少數牽頭創業，都在爲國家的經濟發展和社會進步作貢獻。

“每當得知他們在事業上取得了新進步，我都抑制不住內心的激動和快樂。能夠爲國家和社會培養出優秀的人才，是我人生最大的成功。”張鈸說。

如果說上一個10年，人們見證了人工智能的“復興”，見證了人工智能技術對於衆多行業的顛覆性變革，也感受到了它對每個人生活的深刻影響，那麼，隨之而來的這10年，也是人工智能人才培養與成長的舞臺。2019年6月，張鈸看到了中國高校在人才培養和學科建設中的迫切性，牽頭成立了清華大學人工智能研究院，並親自出任首任院長。時至今日，86歲高齡的他，依然精神抖擻地活躍在學術前沿陣地，爲人工智能的發展獻計獻策。

經師易得，人師難求。習近平總書記曾說，一個人遇到好老師是人生的幸運，一個學校擁有好老師是學校的光榮，一個民族源源不斷涌現出一批又一批好老師則是民族的希望。博士生姚殊回憶道：“張教授給人的第一印象是瘦——消瘦的身材，清瘦的臉龐。但你不覺得他單薄，因爲在這清瘦裡自有一種筋力。當他來回踱步、低頭沉吟的時候；當他揮起手向你闡述些什麼的時候，你會感覺到一種力量，思想的力量……”

來源：科學中國人

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