從早年交互式計算機和各種各樣的復雜電子系統(tǒng)開始,我們作為其使用者就不得不適應它們,按照它們想要的格式來輸入信息,這是它們能夠接受的唯一交互方式。我們耐心地或不耐心地使用晦澀難懂的用戶界面與系統(tǒng)進行交互、瀏覽語音菜單、閱讀或不閱讀用戶手冊,當我們無法弄清楚如何按照系統(tǒng)的方式與系統(tǒng)交互時,我們就會遭受持續(xù)的挫敗感且工作效率低下。有限的計算資源意味著人類用戶必須處理低效的用戶界面、嚴苛的信息輸入格式,以及更像是挑剔的寵物而不是智能助手的計算機系統(tǒng)。
各種人員活動系統(tǒng),包括業(yè)務(wù)、組織、社會、家庭和經(jīng)濟方面的系統(tǒng),當我們試圖與其互動時,就會產(chǎn)生同樣令人沮喪的結(jié)果。想象一下與政府官僚機構(gòu)、公用事業(yè)部門、電話和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)公司、大學、內(nèi)部公司或部門,以及任何類型的大型組織打交道時常有的那種挫敗感。
與此同時,計算速度、內(nèi)存和存儲的急劇和持續(xù)增長,以及成本、尺寸和功耗需求的降低,使人工智能、機器學習和自然語言理解等新技術(shù)可供所有系統(tǒng)和軟件開發(fā)人員使用。這些先進技術(shù)正被用于創(chuàng)建智能系統(tǒng)和設(shè)備,為使用者提供新的高級功能。
本書是關(guān)于我們生活中的系統(tǒng)的一種新的思維方式,以及如何使它們變得更加智能,讓我們能夠?qū)⑵渥鳛橹悄艿幕锇、合作者和監(jiān)督者。我們擁有技術(shù),但缺少的是新穎的、更智能的系統(tǒng)的工程和設(shè)計。這本書就是關(guān)注這一點如何將系統(tǒng)工程和系統(tǒng)思維與人工智能和機器學習等新技術(shù)結(jié)合,從而設(shè)計出越來越智能的系統(tǒng)。
關(guān)于人工智能能力的應用,多數(shù)關(guān)注算法和實現(xiàn)層面,而不是系統(tǒng)層面。關(guān)于人工智能和機器學習算法的書籍很多,但關(guān)于如何設(shè)計以智能方式與人類一起行動的復雜系統(tǒng)(我們稱之為智能系統(tǒng))的書籍卻很少。例如,Garry Kasparov是第一個被計算機擊敗的世界國際象棋冠軍(1997年,IBM的深藍),由此激發(fā)了他創(chuàng)立高級國際象棋比賽的靈感,任何人都可以參加人類棋手、計算機或人機團隊。大多數(shù)時候,贏得這些比賽的是人 計算機;未來是人與日益智能的系統(tǒng)之間更緊密的合作。在系統(tǒng)思維的世界中,我們將人 計算機本身視為一個系統(tǒng)一個比人或計算機本身更智能的系統(tǒng)。
今天,幾乎每個人都在擁有這類技術(shù)的家庭中長大。Forme源于20世紀70年代,它是一部旋轉(zhuǎn)撥號電話和一臺黑白無遙控電視,交互很簡單通過一個按鈕或表盤來執(zhí)行一項功能。計算機、軟件、圖形用戶界面和語音控制的涌現(xiàn),帶來了新的能力水平,但我們通常仍然通過按下一個按鈕(現(xiàn)在是單擊或點擊)來執(zhí)行一項功能。我們一次輸入一個花絮信息一個字母、一個單詞或一個數(shù)字必須放在計算機的正確位置,以便系統(tǒng)實現(xiàn)我們的愿望。系統(tǒng)很少預測我們的需求或自行滿足我們的需求?雌饋砦覀冋跒橄到y(tǒng)服務(wù),而不是相反。但是人類設(shè)計了這些系統(tǒng),而且它們原本可以設(shè)計得更好。
系統(tǒng)與人之間的大多數(shù)交互仍處于非;镜乃,人們充當直接或遠程控制者,駕駛車輛、駕駛無人機或管理工廠車間。本書的論點是,我們必須專注于設(shè)計日益智能的系統(tǒng),這些系統(tǒng)將與人類合作,創(chuàng)造出更加智能的人-機系統(tǒng)。人與機器的高效合作不是偶然發(fā)生的,而是通過設(shè)計和系統(tǒng)工程的實踐發(fā)生的。
本書意在介紹、解釋和應用多個領(lǐng)域的思想和實踐,其中包括一般系統(tǒng)工程、基于模型的系統(tǒng)工程、系統(tǒng)思維、人工智能、機器學習、哲學、行為經(jīng)濟學和心理學等。它不是一本臆測的書籍,充斥著對未來人工智能的遐想預測,而是一本基于領(lǐng)域的最佳實踐并面向智能系統(tǒng)工程的實踐導向的指南。
本書分為三個部分。
第一部分,第 1~4 章,系統(tǒng)與人工智能。在第 1 章中,我們研究那些使用(或可能使用)人工智能的系統(tǒng),并討論了關(guān)于智能系統(tǒng)的一些流行概念、神話和恐懼。在第 2 章中,我們將研究系統(tǒng):它們是什么、它們?nèi)绾芜\行并從系統(tǒng)的角度來看我們所經(jīng)歷的幾乎所有事情。在第 3 章中,我們研究了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工智能系統(tǒng)當前最重要的方法,并試圖通過在一個簡單的單頁電子表格中,構(gòu)建一個電子表格來解開關(guān)于它們?nèi)绾喂ぷ鞯乃兄i團,希望為這項關(guān)鍵技術(shù)留下持久的直觀感覺。在第 4 章中,我們深入探討了計算機是否可以像我們一樣思考或理解問題。
第二部分,第5~8章,面向智能系統(tǒng)的系統(tǒng)工程。第 5 章探討如何利用古代和現(xiàn)代的講故事方式來構(gòu)思、構(gòu)建和交流新型的系統(tǒng)。在第 6 章中,我們將探討如何運用用例建模的超強能力,從而更好地描述復雜的智能系統(tǒng)應該如何為其使用者工作。第 7 章以用例建模為基礎(chǔ),展示基于模型的系統(tǒng)工程如何使用簡單的模型和圖來描述系統(tǒng)設(shè)計的高層級并指導其開發(fā)。第8章介紹了兩個新概念時間盒和使用流程它們?yōu)閺碗s的智能系統(tǒng)的建模帶來了更高的效率和更大的靈活性。
第三部分,第9、10章,面向智能系統(tǒng)的系統(tǒng)思維。聚焦點轉(zhuǎn)向系統(tǒng)思維,介紹用于理解各種系統(tǒng)的基本概念、工具和方法。第 9 章介紹用系統(tǒng)思維解決難題的流程并解釋了因果循環(huán)圖、反饋循環(huán)和系統(tǒng)基模。第10章介紹人員系統(tǒng),一種僅包含人員的特殊系統(tǒng),并表明如何用系統(tǒng)思維來理解和改進這一重要的系統(tǒng)。
本書是關(guān)于工程的,特別是系統(tǒng)工程,但它不僅僅是為工程師準備的。對本書中的任何內(nèi)容的理解都不需要專門的工程背景。工程師會告訴你,做工程的真正樂趣在于將一個新的創(chuàng)新系統(tǒng)概念化構(gòu)思出來,以及做出所有創(chuàng)造性決策的早期設(shè)計。這本書是關(guān)于工程的那部分有趣的部分,我們將從電影制作、藝術(shù)、講故事、科幻小說、心理學、行為經(jīng)濟學和市場營銷中汲取靈感并借鑒技術(shù)帶來樂趣。我們希望您能將世界和其中的一切(無論是物理的與否)視為系統(tǒng),并對如何理解系統(tǒng)的運作方式具有新的洞悉。我們將想象一個充滿智能系統(tǒng)的世界,然后討論如何來設(shè)計它們。
第一部分 系統(tǒng)與人工智能
第1章 人工智能、科幻小說和恐懼 3
1.1 人工智能的危險 3
1.2 人類類比 4
1.3 系統(tǒng)類比 5
1.4 機器人殺手 6
1.5 對于監(jiān)視者的監(jiān)督 7
1.6 錯誤頻出的人類世界中的賽博安全問題 10
1.7 想象失敗 13
1.8 數(shù)據(jù)的新作用:綠色校車問題 18
1.9 數(shù)據(jù)需求 20
1.9.1 多樣性 21
1.9.2 增強性 22
1.9.3 分布性 23
1.9.4 合 成 24
1.10 數(shù)據(jù)生命周期 25
1.11 人工智能系統(tǒng)和人類系統(tǒng) 32
1.12 讓人工智能像人一樣安全 35
參考文獻 37
第2章 我們生活在一個系統(tǒng)的世界中 38
2.1 什么是系統(tǒng)? 38
2.2 自然系統(tǒng) 39
2.3 工程系統(tǒng) 41
2.4 人類活動系統(tǒng) 41
2.5 系統(tǒng)專業(yè) 42
2.5.1 系統(tǒng)工程 42
2.5.2 系統(tǒng)科學 42
2.5.3 系統(tǒng)思維 43
2.6 生物學的類比 43
2.7 涌現(xiàn)行為:是什么讓系統(tǒng)成為系統(tǒng) 44
2.8 系統(tǒng)中的層次結(jié)構(gòu) 46
2.9 系統(tǒng)工程 49
第3章 系統(tǒng)中的智能:人工智能如何真正地發(fā)揮作用 55
3.1 什么是人工智能? 55
3.1.1 誤區(qū) 1:人工智能系統(tǒng)的工作原理與大腦相同 55
3.1.2 誤區(qū)2:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模越大,速度越快,它們就越聰明 56
3.1.3 誤區(qū)3:解決困難或復雜的問題表明人工智能接近人類智能 56
3.2 訓練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 58
3.3 測試神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 58
3.4 安妮學會識別小狗 59
3.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何工作? 62
3.6 特征:潛在的和其他的 62
3.7 推薦電影 63
3.8 單頁深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 65
第4章 智能系統(tǒng)和鐘愛它們的人們 75
4.1 機器會思考嗎? 75
4.2 人類智能與計算機智能 76
4.3 中文屋:理解、目的性和意識 76
4.4 對中文屋悖論的反對 80
4.4.1 對中文屋悖論的系統(tǒng)回應 80
4.4.2 機器人回應 80
4.4.3 大腦模擬器回應 81
4.4.4 組合回應 81
4.4.5 他人思維回應 81
4.4.6 多種可能性的回應 82
4.5 就中文屋悖論達成一致 83
4.5.1 分析系統(tǒng)回應:當Searle不理解時,房間能理解嗎? 84
4.6 中文屋系統(tǒng)的實現(xiàn) 87
4.7 房間里有理解中文的思維嗎? 88
4.7.1 Searle和Block談中文屋能否理解 89
4.8 中文屋:模擬器還是人工智能? 91
4.8.1 Searle談人工智能的強烈動機 92
4.8.2 理解與模擬 93
4.9 程序員的思維 97
4.10 結(jié) 論 102
參考文獻 103
第二部分 面向智能系統(tǒng)的系統(tǒng)工程
第5章 通過畫圖和講故事設(shè)計系統(tǒng) 107
5.1 需求和故事 107
5.2 故事與圖片:一種更好的方式 108
5.3 系統(tǒng)是如何形成的 108
5.4 成本規(guī)避的悖論 112
5.5 工程學中的交流與創(chuàng)新 113
5.6 找到真正的需要 114
5.7 講述故事 115
5.8 讓電影栩栩如生 118
5.9 講述系統(tǒng)故事 121
5.10 組合推銷 123
5.11 故事中的時間 123
5.12 角色和人物 124
第6章 用例:系統(tǒng)工程的超強力量 126
6.1 系統(tǒng)工程的主要目的 126
6.2 一個關(guān)于獲取正確需求的故事 127
6.2.1 系統(tǒng)工程的故事 128
6.3 建造房屋:需求與設(shè)計之旅 129
6.4 需求從何而來及公案 132
6.4.1 需求的公案 134
6.5 用例的魅力 135
6.6 使用用例的本質(zhì) 137
6.7 用例與功能:一個故事 140
6.8 確定參與者 141
6.8.1 參與者處于系統(tǒng)之外 142
6.8.2 參與者與系統(tǒng)交互 142
6.8.3 參與者代表角色 143
6.8.4 尋找真正的參與者 143
6.8.5 識別非人類參與者 145
6.8.6 我們擁有所有參與者嗎? 146
6.9 確定用例 147
6.10 用例事件流程 149
6.10.1 平衡前期工作與速度 151
6.10.2 用例事件流和場景 152
6.10.3 編寫可選事件流 154
6.10.4 用例中的包含和擴展 154
6.11 用例的示例 155
6.11.1 用例 1:請求Acme圖書館支持部門提供客戶服務(wù) 156
6.11.2 用例 2:確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性 156
6.11.3 用例 3:在庫存中搜索船只 157
6.12 人類活動系統(tǒng)用例 158
6.13 用例具有超強力量 158
參考文獻 158
第7章 使用基于模型的系統(tǒng)工程描繪系統(tǒng) 159
7.1 人類如何造物 159
7.2 C:背景環(huán)境 161
7.2.1 VX的參與者 162
7.2.2 家庭系統(tǒng)的參與者 164
7.3 U:使用 165
7.4 S:狀態(tài)和模式 168
7.5 T:時序 171
7.6 A:架構(gòu) 172
7.7 R:實現(xiàn) 175
7.8 D:分解 178
7.9 總 結(jié) 181
第8章 時間盒和使用流程兩種方法中的時間 183
8.1 時間建模問題:并發(fā)、虛假精度和不確定性 184
8.1.1 并發(fā)性 184
8.1.2 虛假精度 184
8.1.3 不確定性 185
8.2 流程和用例 185
8.3 建模:兩種范式 186
8.3.1 關(guān)鍵的觀察 187
8.3.2 問題的根源 188
8.4 流程范式和系統(tǒng)范式 189
8.5 關(guān)于時間的審視 190
8.6 對于新方法的要求 192
8.7 時間盒 193
8.8 帶有時間線的時間盒 196
8.8.1 關(guān)于時間盒的思考 197
8.9 使用流程 198
8.10 試點項目示例 200
8.10.1 試點項目:《獵殺紅色十月號》 200
8.10.2 試點項目:聯(lián)邦航空管理局 203
8.10.3 試點項目:IBM敏捷流程 204
8.11 總結(jié):新范式的建模方法 204
8.11.1 新范式建模方法的影響 207
8.11.2 新范式模式的未來 208
參考文獻 208
第三部分 面向智能系統(tǒng)的系統(tǒng)思維
第9章 用系統(tǒng)思維方法解決難題 213
9.1 人類活動系統(tǒng)與系統(tǒng)思維 213
9.2 系統(tǒng)思維的核心觀點 214
9.3 用系統(tǒng)思維解決問題 215
9.4 識別問題 216
9.5 找到真正的問題 217
9.6 識別系統(tǒng) 218
9.7 理解系統(tǒng) 219
9.7.1 石頭是硬的 221
9.7.2 心靈與靈魂 223
9.7.3 混淆因果關(guān)系 224
9.7.4 邏輯謬誤 227
9.8 系統(tǒng)原型 229
9.8.1 公地悲劇 230
9.8.2 富者愈富 230
9.9 干預系統(tǒng) 232
9.10 測試逐步實施干預措施 239
9.11 系統(tǒng)思維與世界 239
第10章 人員系統(tǒng):認識世界的新方法 240
10.1 回顧系統(tǒng)的類型 240
10.2 人員系統(tǒng) 241
10.3 人員系統(tǒng)與心理學 242
10.4 稟賦效應 244
10.5 錨 定 245
10.6 人的功能架構(gòu) 246
10.7 示例:污染問題 247
10.8 言語行為 251
10.8.1 人員系統(tǒng)基模 255
10.9 追求質(zhì)量 258
10.10 求職是一種人員系統(tǒng) 261
10.10.1 你是誰? 261
10.10.2 你想做什么? 261
10.10.3 為誰工作? 262
10.10.4 挑選目標公司 264
10.10.5 直接聯(lián)系招聘經(jīng)理 264
10.10.6 跟 進 266
10.10.7 拓寬視野 266
10.10.8 再回到第二步 267
10.11 共享服務(wù)壟斷 268
參考文獻 270