AI是如何做决策的？

吕之品

    ①最近一段时间，AI（人工智能）被炒得神乎其神，似乎它无所不能。但事实上，据社交网站“脸谱”披露，要想欺骗AI把某个不存在的东西当作真实存在，比你想象的要容易得多。

    ②譬如，在一张高清晰度的图片中，随机地降低某些地方的像素。这么一点微不足道的变化，人眼根本难以觉察，也不会影响我们的判断；但AI却能觉察出来其中的差异，并因此严重干扰了判断，比如说把图中的猫误认作了狗。

    ③这个低级错误揭示出当前AI的一个重大缺陷：太拘泥于细节，“只见树木，不见森林”，让无谓的细节影响了对整体的判断。如果这个弱点被黑客利用，后果将不堪设想。他们将能够操纵无人驾驶汽车狂奔，无视红绿灯；或者让犯罪嫌疑人轻易躲过AI控制的监控摄像头。

    ④为了解决这个问题，这就需要我们先去了解AI是如何自我学习，如何做决策的，但这一直是个难题。因为AI在自我学习过程中，经过海量的数据训练之后，会自创一套决策规则，但它最后创立的规则到底是什么，这对于AI的设计者有时候都是一个谜。这一点其实跟人也是相似的。譬如，老师在课堂上向你传授知识，但你是如何把这些知识点组织起来的，他也不见得清楚。

    ⑤最近，美国布朗大学的克里斯·格林和他的同事开发了一个系统，有望突破这个困难。这个系统能够分析，当AI对一个图像做判断时，它是根据图像的哪一部分做出判断的。为开发这个工具，研究小组用数码噪声依次替换图片的一部分，看看这样替换之后，是否会对AI的判断产生影响。如果AI改变判断，那说明图片的这块区域可能正是影响AI判断的关键所在。

    ⑥格林在给图片分类的一个AI上测试了他的系统。这个AI被训练把图片分成10个类，包括飞机、鸟、鹿和马等。格林的系统能够暗中查看，当AI对图片进行分类时，什么是它所倚重的，什么是被它忽略不计的。结果表明，AI先是将图片上的物体分解成不同的元素，然后搜索图片中的每一个元素以确定把图片归到哪一类。

    ⑦举个例子。当AI观察马的图片时，它首先关注的是其腿部，然后，寻找它的头部。在观察鹿的图片时，它也采用类似的办法，不过在关注了鹿的腿部之后，它接下去搜寻的不是头，而是鹿角，因为鹿角是最能把鹿跟其他动物区别开来的，所以鹿角被置于优先的地位。至于图片的其他地方，则被AI完全忽略了。

    ⑧从这里我们看出，AI做决策的过程迥异于我们人类。我们是不会如此拘泥于局部的。面对一张鹿的图，即使把它的角打上马赛克，我们也还是可以根据分叉的蹄子认出鹿来的，但对于“死板”的AI，它很可能就把它认作驴了。

    ⑨格林的软件可以帮助我们测试现有的AI，以便确保它们下判断时，关注的是我们认为重要的东西，这对于改进AI有重要的价值。

（选自《大科技·百科新说》2018.05B有删改）

基因疗法离我们还有多远

    ①自1928年英国细菌学家弗莱明发现青霉素，到首次在医学上应用，花了13年时间。基因疗法也像青霉素等药物的发现、发明一样，不可避免地经历着曲折起伏的过程。因普通药物和传统疗法的局限性，生物制药公司从20世纪末开始把目光投向基因疗法。近年来，基因疗法更成为业内热门的领域之一，因为它很可能成为癌症的终结者。

    ②人类的许多疾病，包括癌症，都是由我们身体细胞内的基因缺陷造成的。就像盖房子必须要依赖图纸一样，构建我们复杂的躯体，也需要各种“图纸”，这就是基因蓝图。它们允许细胞制造出相应的蛋白质，这些蛋白质再来控制应有的功能。如果基因发生突变，蛋白质就会随之改变，不再按照正常的方式工作。而基因疗法，就是试图通过修补失效的基因，达到治愈疾病的目的。

    ③基因疗法目前还处在“物以稀为贵”的时期。最典型的案例是，2015年德国医生伊丽莎白·泰森为病人做了脂蛋白脂酶缺乏症的基因治疗，疗效很好，但十分昂贵——一次治疗就花费了一百万美元，而且这种疗法仅针对一个人，只使用一次，成本非常高。

④基因疗法对遗传病的治疗有着巨大的潜力，可以预测，不久的将来，一定会有更多的疗法向公众开放。2016年4月，欧洲部分国家为一些修复免疫系统的基因疗法开了“绿灯”。2017年，治疗失明的基因疗法也将在美国通过商业许可。

    ⑤不过，基因疗法的风险还是很大的。据行业杂志《基因工程与生物技术新闻》报道，前不久，就有三位患脑瘤的病人因服用基因试验药物而相继死亡。无可罝疑，任何一种成熟可靠的药物或治疗手段都需要经过一代、几代人的努力，甚至是以很多生命的代价换来的。我们热切期盼着安全、廉价的基因疗法能早日造福人类。

气流功能充满奇妙

    ①对气体施以一定的外力，它就会像水流一样能够流动而形成气流。当我们往自己的手上吹气的时候，就可以感觉到气流的存在。

    ②气流很小的时候可以吹灭火柴和蜡烛；再大一些，能够吹起气球或是给自行车轮胎充气；非常强烈的气流常用来清洗机器上的油脂或棉布上的污垢。有的时候，人们还会将空气压缩，存储到气箱或气罐中。使用时打开阀门，被压缩的气体就会急速膨胀，形成猛劲的气流。这种压缩空气常被用来喷涂、清洁建筑物。

    ③在现代科技发展的时代中，气流的应用更是充满神奇的色彩。20世纪80年代初，德国科学家首先提出并付诸实现了利用气流来发电。这种气流电站的构造很奇特，外形像一个既高又粗的大烟囱。大烟囱直径10米，高200米，可以用来抽吸空气而使热气流迅速排出。围绕烟囱的是一个巨大的环形曲面透明塑料大棚。大棚与烟囱连接部分高约8米，边缘高2米，方圆252米。烟囱的底部装有发电机。由于塑料的透光和保温作用，大棚内的空气经太阳照射后便会逐渐升温，使棚内温度比棚外要高出20℃左右。利用空气热升冷降的特点，再加上高大烟囱的争速排出作用，可以使热空气以每秒20—60米的速度，经由设在烟囱底部的发电机，并驱动发电机进行工作。利用主种发电装置，这座电站白天可以发电100兆瓦；夜晚利用余热也可以发电40千瓦。据推算，发电成本与核电站相似，利用起来十分合算。

    ④美国利用气流的作用，研制出一座无水的空气游泳池。在一间直径6米、高7米的圆型房间里，安装一部大型鼓风机向顶部鼓风。在气流的作用下，房间里就会产生一种向上的托力，使得人们可以在房间里漂浮，既像在水中游泳，又像在空中飞行。这种环境，可以进行体育锻炼，又可以进行仿生飞行科学研究，为人类生存开拓出新的适应方式。

    ⑤现在，有人正在研究利用气流的作用制作气幕屋顶。当瓢泼大雨降落到体育比赛场地时，在体育场四周安装的高压空气喷管，就会把强大的气流喷向天空，将雨水移至它处。这样，体育场就变换成为体育馆。人们在巨大的气流和降雨声中观看比赛，真是别有一番情趣。

水刀的力量

华兴恒

    ①“水也清，水也静，柔情似水。”水在诗词歌赋中，历来以柔著称。我们平时看到的水也总是“温柔”无比，毫无冲击力，这是由于它处于静止状态或流速缓慢的缘故。随着科学技术的迅速发展，人们已经有办法使看似柔弱无力的水一反常态，变得坚硬起来。

    ②早在20世纪80年代，科学家就已研发出一项新的加工技术，这就是高压水射流切割技术，人们形象地称之为“水刀”。这种“刀”可以说是锋利无比，甚至削铁如泥，其卓越的性能远远高于金属刀具。

    ③所谓“水刀”，其实就是一束很细的高压水射流。当人们通过一定的方法迫使水以超过声速的速度通过极小的喷嘴时，聚集成的高压水射流就具有了切割不同材料的能力，这种高压水射流的出口直径还不到0.5毫米，比细自动铅笔芯还要细一些。水喷流出口时的压强在50兆帕以上，这就相当于在1平方毫米的面积上放上5千克的物体所产生的压力。

    ④在如此之大的压力作用下，这种超音速的水流在冲到被加工材料的瞬间，由于突然受到阻碍，其速度就会急速下降，压力便会因此而骤然增加，顷刻间就会产生巨大的冲击力，使被加工的部位极小的面积上发生脆性断裂，从而达到对工件进行切割的目的。如果在水中掺入硅石等磨削材料，水射流的切割能力还会成倍地增加，其加工效果明显优于用金属刀具切割工件。

    ⑤显然，水流不是刀，可是它确实起着刀的作用，并且其性能远优于刀。用 “水刀”可以加工用金属刀具无法加工的复杂型面和沿任意曲线切开的零部件。在加工的过程中，不仅“水刀”加工的工件的切口整齐光滑，没有粗糙的边缘、分层、撕扯、变形等问题，而且工作过程所产生的热量几乎可以全部被水带走。同时在切割的过程中，“水刀”所引起的振动和噪声都很小，所产生的少量切屑也会随水流走，不会出现切屑飞扬的情况。另外，“水刀”还有一个最大也是最突出的优点，这就是它不存在刀具磨损的问题，并且废水可以进行回收再利用，这样又达到了节约用水的目的，真可谓一举多得。

(选自《百科知识》)

揭秘“时间魔盒”原子钟：三千万年误差小于一秒

朱玺

①时间是什么？或许有人会低头看看手表，说出当下的时刻。是的，时钟会告诉我们时间，它是我们生活不可或缺的一部分。在确定时间起点之后，用世纪、年、月、日、时、分、秒未记录时刻值，就好像一把尺子。

②当人类意识到时间的流逝，便开始利用周期性现象对时间进行追踪。远古时期，人类通过草木枯荣判定季节，通过观察太阳、月亮在天空中的运动来判断时间，日出而作，日落而息。后来，人们探索出了通过滴水来计时的水钟，流沙计时的沙漏等。二战后，美国国家物理实验室研制出了世界上第一台原子钟，但这个钟需要一个房间的设备，复杂度过高，实用性不强，但代表了人类一个历史性的跨越。1967年，秒长的定义溯源到了原子上。此后，各种原子钟相继问世，成了目前世界上最准确的计时工具，实用性也越来越强，能够满足多种场景的应用需求。

③其实原子钟离人们的日常生活很近。例如，原子钟在卫星导航系统中发挥着“心脏”般的作用。卫星导航使人们的日常生活变得非常便捷，当我们拿出手机打开导航软件，能够看到自己的地理位置，输入目的地，导航软件能够规划路线，且实时告诉我们需要向左转还是向右转。这是如何做到的呢？

④我们先来看一下卫星导航与定位的原理。在三维空间中，建立坐标系，当已知3个点的坐标以及第四个未知点分别与已知点之间的距离，那么未知点的坐标就可以被确定。同理，“当我们在地球上仰望天空，至少能够同时看到3颗卫星，卫星飞行在自己的轨道上，它的运行轨迹被编入星历，同时接收3颗卫星发来的星历，经过解算，可以知道卫星的位置。此外，还需要知道我们与卫星之间的距离，物理学知识告诉我们，距离等于速度乘以时间，光传摇速度是每秒30万公里，所以只需要知道信号传播时间就可以了。此时，我们发现，导航定位的关键便是时间的测量。

⑤这就需要原子钟隆重登场了，每颗卫星及地面站都配备了一组原子钟。时间信号随呈历一同发送，在解算卫星位置的过程中，也能够同时得到时间信息以及距离。这样，我们的位丑便可以被计算出来。

⑥日常生活中的手机等电子产品，通常内置了导航模块，能够实时接收卫星发射的估号并依据一定的算法进行解算。于是，便有了我们对自身位置的实时掌控。如果原子钟提供的时间误差在1微秒，那么定位误差将高达300米。如果要达到术量级的导航，在不考虑其他误差因素的情况下，原子钟提供的时间误差需保持在3纳秒。也就是说，时间的精密测量决定了导航定位的精度，如果没有原子钟，就无法实现准确导航了。

⑦原子钟究竟有多准呢？让我们来跟常见的机械手表、石英钟对比一下。当我们戴着机械手表开车，绕着北京四环跑1圈，大概1个小时吧，机械手表就偏差了1秒；对于石英钟未说，偏差1秒差不多需要270年，也就是说，假如我们带着一块石英钟回到清朝，在乾隆下江南偶遇夏雨荷时送给她，那么，到2022年的今天，这块表只偏差了1秒；原子钟偏差1秒需要多久呢，3000万年！假如我们送给地球上最后一只霸王龙一台原子钟，那么到今天，这台原子钟只偏差了2秒。

⑧放眼元素周期表上100多种元素，适合研制原子钟的只有10余种，而这些原子，又有着不同的脾气与秉性，需要被小心翼翼地区别对待。因此，抓住原子之后呢，科学家还要保证它们不被外界磁场、电场、温度变化等打扰。一台原子钟的复杂程度也许会超出人们的想象，可能会用到数十颗螺丝钉，数百个电子元器件，经过上千次测试验证，凝结着无数科研工作者的心血。

⑨浩瀚宇宙中藏着未知的秘密，我们渴望知道黑洞里面是什么样子，我们渴望看到引力波的痕迹，我们也渴望与地球外的生物对话，这些对未知的向往，使人类从未停止对时间频率测量精度的追求，原子钟精度的纪录还在被不断刷新。一台台服务生活的原子钟，是航天事业工作者不懈努力的结果，是继续前进的动力，更是航天精神的映照。

选自《中国青年网》 (2022年6月)

说“座”道“席”

①上古时代，没有凳子椅子之类坐具，人们习惯于席地而坐，即铺席于地，跪坐其上，臀部压在脚跟上。这样的“坐”和“跪”很相近，只是腰肢不伸直罢了。席地而坐的人，在起身之前必先跪，古代称为“长跪”或“跽”，都是挺直上身而跪，表示庄重和恭敬。如果两脚和臀部同时着席，两膝上耸，便称为“踞”或“踞坐”；如果两脚再向前伸展，以手着膝，形如簸箕，便称为“箕踞”或“箕坐”。“踞”和“箕踞”，都是轻慢随意的态度。到魏晋南北朝之后，高足坐具传入中原，于是席地而坐渐为垂足坐（坐在椅凳上，双脚着地）所取代。

②“席”是编织成的铺垫用具，铺在室内供人坐卧其上。人们登堂入室必先脱鞋，然后席地而坐。席长短不一，长的可坐数人，短的仅坐一人。一般席铺两层，铺在下面用竹篾编织的席叫“筵”，覆在上面用草本植物编织的席叫“席”。“筵”比“席”略长，二者统称“筵席”。古人饮食宴会都在席上，所以引申出“酒筵”“酒席”等词。到了近代，“筵席”泛指酒席。

③古人坐席十分讲究，有“虚坐尽后，食坐尽前”的规矩——出席宴会发言时应尽量靠后坐一点儿，以避免唾液横飞；就餐时应尽量靠前坐一点儿，以防止汤汁玷污坐席——既表现对主人的尊重和恭敬，也体现自身的教养。

④古人坐席有尊卑高下之分，《史记·项羽本纪》关于“鸿门宴”坐次的记载：“项羽、项伯东向坐；亚父南向坐，亚父者，范增也；沛公北向坐；张良西向侍。”项羽居于主位，东向坐。南向为上位，坐的是项羽的父辈范增，可见范增在项羽军中地位之尊。在鸿门宴的坐席中，张良地位最低，故“西向侍”。所谓“侍”，就是在主人一侧陪候。

⑤古人席地而坐，故称坐次、席位为“席”。由此产生了一系列的筵席词语，例如举行宴会或仪式时各就各位，叫“入席”；主人和客人的座位，称为“主席”“客席”；空着座位等候，叫“虚席”；陪同参加宴会，叫“陪席”；退出宴会，叫“退席”；站起身来暂时离开坐席，叫“避席”；对人表示尊敬，直起身子致意，但两膝仍着地，叫“膝席”；席间议论过人，使他人相形见绌，叫“夺席”；在交谈中移坐向前，凑到别人跟前，叫“前席”；席间不辞而去，叫“逃席”；朋友绝交，叫“割席”等。成语“席上之珍”比喻至美的义理或人才；“席珍待聘”意为怀才待用；“席不暇暖”形容奔走忙碌；“席地幕天”指以地为席，以天为幕，形容胸襟旷达。

⑥现在，虽然人们普遍使用椅凳沙发一类坐具，但仍习用“席”来代表座位。在正式会议场合，有发言权和表决权的参加者为“出席”，有发言权而无表决权的为“列席”，没到的叫“缺席”。“主席”本指宴会的主人或主持会议的人，后引申为国家、党派或团体的最高领导职位的名称。“首席”本指最重要的席位，后引申为职位最高的，如首席执行官等。“末席”是席位中最靠后的，由此有了谦辞“叨陪末席”。