电工与电子技术电子商务电子课件数据与计算（第4版）Ch9 先进计算ppt

1、电子课件数据与计算（第4版）Ch9 先进计算Chapter 9先进计算CS, ZJU八月 22Overview高性能计算人工智能机器学习与深度学习虚拟现实可计算理论计算能力 - 挑战传统产业和人的能力计算机的性能解决实际问题的算法今天，计算能力大幅度提升构建高性能计算机的技术发展迅速-基于网络互联的集群为主要技术路线大数据计算需求的推动，更为重要的是：智能计算发展取得了很多成就，使高性能计算 HPC ，High Performance Computing是计算机科学的一个分支，研究复杂体系结构、算法和开发相关软件开发高性能计算机 高性能计算这是世界排名第二的天河计算机并行计算/分布式计算并行计

2、算传统意义：配有很多处理机(处理器也是多核)的超级计算机如太湖之光采用的神威处理器（Cores）10,649,600个！多处理器是高性能计算的重要手段并行计算-HPC的代名词，用于复杂计算/科学计算分布式一个典型的例子就是网络计算如在7.2.1 “是网络还是机器？”所述更好的性价比集群计算集群计算（Cluster Computing）简言之：就是用网络(LAN)技术设计制造计算机，实现HPCTop500中，集群系统占到了70以上替代昂贵的超级计算机本质上，它就是基于并行计算/分布式的现在：网络技术 + 价格优势实现HPC不再是巨大的开销，预计今后，集群技术将是主流量子计算机1982，费曼提出量

3、子计算机Quantum Computer理论速度是电子计算机的数亿倍不可计算问题 可计算，它改变的是：整个计算科学的基础电子计算机，0/1量子计算机：更多的状态研究进展不同物质的量子原理机中国，现在是领先者中国成功发射了“墨子号”量子卫星，阿里、谷歌、微软、IBM等国际公司都突然加速进军量子计算机研究人工智能Artificial Intelligence，AI，智能计算令人吃惊的进展它会改变什么？图灵测试-计算机能够象人一样思考吗 ？中国屋思考实验-反驳图灵测试机器是处理符号，即使通过了图灵测试，也不是思考推理：知识表达AI，宽松的定义，弱AI（Week AI）让计算机完成看似智能的事情通过编

4、程使计算机展现出类似于智能行为的推测能力，SoAlphaGo、Watson/ROSS在围棋和法律这个较为狭窄的专业范围内表现出达到或者超越了人类的能力推理：知识表达Week AI没有争论争论在强AI（Strong AI）Strong AI：机器通过程序获取智能，即具有意识的推理能力AI 定义：工智能就是对计算机科学的研究，它可以使计算机具有感知、推理和行为的能力回避思考这个争论的焦点推理：知识表达人工智能一直在研究计算机的推理能力 人类智能是基于行为的进化而不是复杂程序的执行解决问题需要有效信息，有效信息需要有效表达 计算机使用符号语言，科学家们试图在人类的自然语言和机器的符号处理之间找到一种

5、关系，使得机器能够具有人类的推理能力语义网络是一种知识表达法定义它非常困难一个例子：Linked Data，语义数据网络开放平台/，Connect Distributed Data across the Web目的是构建一张计算机能理解的语义数据网络神经网络计算机模拟其处理：人工神经网络，artificial neural network 最成功的运用：AlphaGO近几十年来，科学家们一直不停地研究：人究竟是如何思考的？这是一个发展中、极具AI潜力的研究方向机器人 Robot我国是：世界上最大的机器人生产和应用的国家企业采用机器人以减少人工成本的高增长Robot：

6、综合了人和机器特长的一种拟人化的电子机械装置有对环境状态的快速反应和分析判断能力可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力机器人大脑：嵌入式处理器机器人视觉系统接近觉传感器机器人语言13自然语言处理人机对话也是AI进展较快的一个领域Google Translate、网易有道、讯飞、百度语音最早/实用化IBM ViaVoice语音识别语音合成自然语言理解机器学习如果一个程序可以在任务T上，随着经验E的增加，效果P也随之增加，则称这个程序可以从经验值学习-Tom.M.Mtichell教授，卡耐基梅隆大学机器学习(Machine Learning)，1997Example: 垃圾邮件识别，有监督是

7、学习。一旦有邮件被标记为垃圾邮件，就作为识别新的垃圾邮件的训练数据集 -监督式分类（算法）机器学习当训练集达到一定的量级分类越细，越精准-越智能有多种机器学习的算法机器学习流程机器学习的困难之处：单一的特征不具有学习的意义，需要通过组合多个特征，而这种组合大多数需要人工去完成例如车牌识别特征明显汽车的型号进行识别就极其困难-特征很难提取深度学习AlphaGo算法优势(深度学习,Deep learning)策略网络(policy network)（走棋）收集了大量的棋谱作为训练数据集正确率超过57%的预测率，预计落子位置估值网络(Value Network)训练数据来自自我博弈的棋谱算法蒙特卡罗

8、搜索树 （适应游戏中的随机性规律）深度学习-基于大数据最早，也最广泛在图像识别应用中，现在很多领域，包括图形图像处理、语言识别、自然语言处理、生物信息处理、自然科学、查询和搜索等AI：很少有单一技术，往往是集成多项技术在算法上 流程中增加了特征的自动提取基于且超越了神经网络框架试图从算法上解释大脑的工作机制计算神经学-脑科学+类脑计算虚拟现实虚拟现实（VR）或称虚拟环境由计算机生成的、使人具有身临其境感觉的计算机模拟环境，它是一种全新的人机交互系统。虚拟环境能对介入者人产生各种感官刺激，如视觉、听觉、触觉、嗅觉等，同时人能以自然方式与虚拟环境进行交互操作可计算理论可计算问题计算机能做什么，计算

9、机不能做什么？可计算函数哥德尔数图灵机计算复杂性停机问题可计算函数计算是与算法关联的可计算理论算法理论算法实质的研究对算法概念的精确化研究。可计算问题能够被抽象计算机计算其值的问题可计算函数是其中研究的一个方面如果函数能够通过算法得到函数值，则称函数是可计算的。Example计算素数 温度转换公式C=（H-32）59如果用列表算法，则不能穷尽所有的温度值的转换数理逻辑学家从不同的角度给出了可计算函数的精确描述，有些问题并不是都可以使用函数表达，而且，函数越复杂，是否就需要有功能更强的机器去实现呢？遗憾的是，这个问题的答案是否定的哥德尔数哥德尔（Kurt Gdel）牛顿之后的最伟大的数学家和逻辑

10、学家有著名的：哥德尔不完备定理哥德尔数程序设计语言的符号能够分配一个对应的无符号数，这个数就是？计算机语言是复杂的，已经证明只要简单的3条语句就可以描述所有的程序Incr(加1运算)、decr(减1运算)、while(循环)转换：程序哥德尔数图灵机20世纪30年代，图灵提出了一个自动机模型，解释机器的计算能力和其局限性图灵机是算法研究的重要工具图灵-丘奇命题丘奇（Alonzo Church，美国数学家），1936发表了有关可计算函数的第一个精确定义丘奇-图灵命题所有的可计算的(算法)都是图灵机可以执行的换句话说，任何计算机语言编写的程序都可以被翻译为一台图灵机图灵-丘奇公理任何程序语言都可以有效地表达各种算法这个命题通常被认为是真，被视为公理计算复杂性复杂性的度量定量描述算法的复杂程度，主要考虑时间复杂度完成计算（算法）所需要的时间和存储器资源大O表示法：主要考虑其数量级而不是精确值P问题和NP问题P问题：多项式问题多项式时间内可解的问题NP问题：非确定性多项式问题世界级难题！思考题 什么是高性能计算，实现高性能计算的主要技术有哪些？ 什么是云计算？云计算的技术特点是什么？ 人工智能有很多方面的研究，列举其中的几项并解释其研究内容。停机问题停机问题：是否有那么一个程序T能够预测任何