美国政府确定人工智能研发八大战略及启示

远望智库

符小辉 张 锐

本文介绍了美国《2016—2019年人工智能研发发展报告》中明确的美国人工智能研发的8个重点战略和基于8个战略的具体研发方向，梳理了美国政府及其相关部门正在推动的人工智能项目和研发进展情况，并据此就我国如何开展人工智能方面的研究工作提出了相关的意见及建议。

《美国国家人工智能战略》确定了人工智能技术研发是维持美国人工智能在全球领先地位的重中之重。美国如今在人工智能创新方面处于世界领先地位，很大程度上要归功于美国强大的研发生态系统。美国联邦机构通过积极对相关领域进行投资，支持了许多世界一流研究计划，为人工智能创新作出了重要贡献。2019年11月，美国总统行政办公室发布《2016—2019年人工智能研发发展报告》（以下简称“《报告》”）。报告明确了美国人工智能研发的8个重点战略和基于8个战略的具体研发方向，梳理了美国政府及其相关部门正在推动的人工智能项目和研发进展情况。从《报告》来看，美国政府对人工智能创新给予了相当大的投入，其研发工作也产生了巨大的收益，并促进了美国社会的发展。

一美国国家人工智能研发战略

早在2019年6月，美国政府就公布了《国家人工智能研发战略规划》（2019版），明确了美国政府投资人工智能研发的优先领域，要求确保美国政府能够利用并提高人工智能技术能力，并确保这些能力在未来几十年内能够使美国人民更加受益、更加安全，能够提升美国的安全保障水平和生活质量，并确定了美国人工智能研发八大战略。《报告》围绕《国家人工智能研发战略规划》（2019版）的八大战略，强调了3年来美国政府在人工智能研发方面所开展的项目及其工作进展情况，明确了八大战略的具体实施意见。表1为美国联邦机构在八大国家人工智能研发战略中的投资情况。

表1 美国联邦机构在八大国家人工智能研发战略中的投资情况

二 八大战略指导人工智能研发方向

战略一：对人工智能研究工作进行长期投资

人工智能系统能够大幅提高解决现实问题的能力，最突出的手段就是使用基于统计学模型或神经网络算法的机器学习（ML）方法。机器学习特别适合应用于需要进行模式识别的领域，例如，对实体进行分类或对数值进行预测。美国联邦机构正在对机器学习方面的研究工作进行长期投资，以解决诸如如何减少训练模型所需标记的数据量、进行交互式和连续学习、减少模型中的意外偏见等问题，提高算法的鲁棒性，以更好地应对对手的欺骗。

在国防方面，2018年美国国防部发布的《国防战略》和《国防部人工智能战略》中明确了国防部人工智能研发的总体框架。美国国防部于2018年6月成立了联合人工智能中心来具体执行《国防部人工智能战略》。

2018年9月，美国国防部高级研究计划局（DARPA）宣布了“AI Next”项目，该项目是DARPA的新人工智能研发长期投资项目，主要目标为：一是使国防部关键业务流程自动化，例如，将人工智能用于作战部署的安全许可审查或软件系统授权；二是提高人工智能系统的稳健性和可靠性；三是增强人工智能系统和人工智能技术的安全性与弹性；四是降低能耗，提升数据和资源的使用效率；五是开创下一代人工智能算法和应用，例如，增强结论的可解释性和进行常识推理。重点方向具体包括：

（1）新能力（New Capabilities）。DARPA已经对大量人工智能技术应用研发项目进行了投资，如电子复兴计划、复杂网络攻击实时分析、欺诈图像检测、构建全域的动态杀伤链、人类语言技术、多模态自动目标识别、生物医学进展和假肢控制等。

（2）鲁棒性人工智能（Robust AI）。人工智能技术已经在执行任务方面展示出巨大的价值，如图像分析、网络攻击预警、供应链物流和微生物系统分析。然而，人们对人工智能技术的失败样式还知之甚少。DARPA致力于通过分析和以经验为重点的研发工作来弥补这一不足。

（3）对抗性人工智能（Adversarial AI）。机器学习系统很容易被修改数据输入所欺骗，而这些修改却欺骗不了人类。用于训练这类机器学习系统的数据很可能会遭到破坏，软件本身也容易受到网络攻击，为此，需要开发具有对抗性的人工智能系统来应对这些挑战。

（4）高性能人工智能（High-Performance AI）。在过去几年里，计算机性能的大幅提高使得机器学习与大型数据集和软件库相结合取得了巨大成功。无论是数据中心还是战术部署，都需要在较低的电力消耗下获得更好的系统性能。DARPA已经在最先进的数字处理器上演示了如何使用人工智能算法进行模拟计算处理，其计算速度提高了1000倍，而计算功耗则降低至之前的1/1000。DARPA还在进行人工智能专用硬件设计。

（5）下一代人工智能（Next-Generation AI）。这项研究将会把计算机从计算工具变成解决问题的伙伴。DARPA的研究旨在使人工智能系统不仅能够解释它们的行为，还能够获取和推理出常识。

战略二：开发人与人工智能进行协作的有效方法

许多美国联邦机构正在努力促进开发有效的人与人工智能协作的方法。DARPA设想，未来人工智能将不仅仅是执行规则程序或对数据集进行概括的工具，还将成为解决问题的助手。如果将这些人工智能技术整合到军事系统中，与作战人员相互协作，将有助于在情况复杂、时间紧迫的战场环境中作出更好的决策；能够共同理解大量的、不完整的和矛盾的信息；能够使无人系统与有人驾驶战机相互协作，以更安全和更高效的方式来执行任务。

战略三：理解并解决人工智能的伦理、法律和社会影响问题

美国政府支持了大量的研究和开发计划，以加深对人工智能技术在道德、法律和社会等方面所造成潜在影响的理解。美国政府的研发资金将用于解决人工智能的公平性、透明度、隐私性、可靠性、弹性、算法偏差、问责制和可解释性等问题。这项研究中收集的信息可用于更好地理解人工智能系统的工作方式、潜在挑战，理解这些挑战随着技术的发展将如何演变与如何缓解这些挑战，以及这些革命性技术将会对社会产生怎样的影响。

战略四：确保人工智能系统安全可靠

人工智能安全包括人工智能系统安全，以及运行这些系统的数字基础设施安全。许多美国联邦机构已经开始使用人工智能技术来加强系统的网络安全，并已开始采取措施，来加强人工智能系统的安全可靠性。新推出的《人工智能安全计划》将确保美国处于最有利的地位，以安全地发挥人工智能的全部潜力。

战略五：开发可共享的公共数据环境供人工智能系统进行训练和测试

政府数据就像政府本身一样庞大、广泛和多样。用于训练和测试人工智能系统的数据包括项目收集的数据和通过研究创建的数据；这些数据又分为结构化数据（数据库中的数据）和非结构化数据（自然语言文本）两种形式。这些数据能够描述范围广阔的自然现象和人类活动，如从分子结构到天文地理。美国联邦机构一直在创新数据管理的新途径，如数据的获取、准备、注释、集成和保存。除了数据管理之外，各联邦机构还与非政府伙伴合作，创建必要的数据环境，以支持各种大型数据集，设计使数据更容易被发现的新本体，为数据管理提供新的解决方案。

战略六：建立基准和标准来衡量和评估人工智能技术

为了能够研发出安全、有效和对社会有益的人工智能系统，开发人员、用户和决策者需要通过一个特定的基准和标准，来对人工智能技术的能力和风险进行评估。美国联邦机构在制定这些新的基准和标准方面发挥了主导作用。相关研究人员正在积极地利用机器学习来收集大量的操作数据集，以便对预测模型的性能进行基准测试，并确定当前预测模型的不足之处，以改进预测模型并减少性能中的不确定性。

战略七：更好地了解人工智能人员需求

许多联邦项目旨在确保美国人工智能研发人员有足够的研发能力，并且能够解决对人工智能专业人员需求迅速增长等问题。这些措施与美国联邦机构努力推进科学、技术、工程和数学（STEM）教育的5年计划相一致。目前，美国对人工智能研发人员的需求进行了调查研究，并寻求新方法来培训人工智能研究人员。美国联邦机构大力支持参与人工智能相关项目研究的研究生，向本科生推介大数据和人工智能的研究机会，为K-12学生提供人工智能与计算思维相关的基本技能，为企业家和社区提供学习与应用人工智能技术的机会。

战略八：扩大人工智能领域的公私伙伴关系，加速人工智能发展

尽管私营部门在人工智能研发方面的创新正在以惊人的速度进行，但绝大多数行业的研发都聚焦于短期应用，而美国政府投资的研究项目大多风险较高、周期较长。鉴于政府部门在领导和推动公私伙伴合作方面拥有独特的优势地位，需要建立新的公私伙伴合作机制，以更好地利用私营部门力量，共同应对长期研究项目和公共事业项目的挑战。多个美国联邦机构正在努力寻求公私合作的新方式，主要有两大方向：一是放宽对数据和计算资源的访问限制；二是公私合作共同资助以开展项目研究。虽然还有许多挑战存在，但这些公私伙伴合作项目应当视为一个良好的开端。

三 美国人工智能研发进展的启示

（一）高层战略指导为人工智能研发规划方向和注入动力

为了加强美国在人工智能领域的竞争力，美国政府不断制定发布人工智能使用的规范性指导文件。2019年2月11日，美国总统特朗普签署《国家人工智能倡议》行政令，从官方政策立场上明确了人工智能发展的主导地位，并提出了指导未来实践的五大原则。2019年6月21日发布的《2019更新版国家人工智能研究发展战略计划》旨在评估和指导研发资金投向美国国家科学基金会、美国国家卫生研究院和美国军方等联邦机构，推动人工智能领域前沿技术研究，确保美国在该领域的优势地位。《报告》说明了美国政府在人工智能研发方面进行投资的广度、多样性、影响力和重要性。尽管这份报告并非详尽无遗，但它反映了美国支持的重大人工智能战略和具体项目，也可以管窥美国人工智能研发活动是如何推动人工智能进步的，以及如何进一步影响到众多经济领域的。根据特朗普总统在行政命令中对人工智能的定位，美国必须首先保证在人工智能领域的研发能力和创新水平，才能保持其人工智能的全球领导地位。美国有责任继续利用其技术实力，支持下一代人工智能技术的早期研究，以推动人工智能技术实现新的突破。

（二）公私合作推动国家战略落地实施

近年来，美国政府、大学和产业的合作体系实现了对资源的有效利用，促进了人才流通，加速了科技成果转换，实现了跨部门、跨机构、跨企业的协同增效，对美国保持科技创新的领导地位起到了关键作用。美国已经意识到扩大公私合作是加速人工智能发展的重要途径。鉴于此，美国国防部为了加强与工业部门、学术界的合作和交流，成立国防创新部门，促进美军利用现成的最新商业技术，借助外部的商业力量推动军事创新。同时，美国政府也十分重视与国外合作伙伴在人工智能研发领域的合作，通过设立合作项目、联合开展基础研究、合作部署基础设施等措施，加速关键领域的技术突破。

（三）长期且持续性投资从根本上保障人工智能的竞争力

美国人工智能研发在世界上处于领先水平，得益于长期且持续性的投资。美国一直将人工智能作为美国政府投资的优先事项，强调人工智能在新兴技术中的核心地位，注重在具有潜在长期收益的基础性领域进行持续性投资。DARPA、美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会等机构开展了大量具有长远价值的人工智能研究项目，为美国人工智能产业的持续发展注入了创新能力和核心竞争力，奠定了美国在人工智能领域的领先地位。

（四）加强人工智能的伦理治理及政策指导

伦理道德等治理问题是人工智能发展面临的最大挑战之一，需要达成治理共识，建立安全评估和管控能力，以为其划出法律和伦理道德边界。美国政府将解决人工智能的伦理、法律和社会影响作为《国家人工智能研发战略规划》（2019版）的八大战略之一，要求建立符合伦理的人工智能，制定可接受的道德参考框架，实现符合道德、法律和社会目标要求的人工智能系统整体设计。2019年10月31日，美国防创新委员会发布军用人工智能伦理原则，为美国国防部在未来战斗和非战斗场景中设计、开发和应用人工智能提出了“负责、公平、可追踪、可靠、可控”五大原则，国防部应确保技术专家对人工智能的技术、开发过程和操作方法有足够理解，防止在开发和部署战斗或非战斗人工智能系统时对人造成无意伤害。