計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言與算法有多接近人類(lèi)語(yǔ)言

使用計(jì)算機(jī)就要給計(jì)算機(jī)輸入指令，早期給計(jì)算機(jī)的指令是寫(xiě)在穿孔紙帶上的，如圖1所示。

圖1 早期的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言

紙帶勻速通過(guò)一個(gè)光源，光線(xiàn)透過(guò)紙帶的穿孔后被接收器接收，產(chǎn)生一個(gè)電壓，遇到紙帶無(wú)孔時(shí)，光線(xiàn)就被紙帶遮蔽，紙帶后面的接收器就不產(chǎn)生電壓，這樣就將“100100”形式的二進(jìn)制信號(hào)輸給了計(jì)算機(jī)。這個(gè)發(fā)明源于圖靈1936年的設(shè)想——圖靈機(jī)（Turing Machine）。在計(jì)算機(jī)發(fā)明者名單中，圖靈是名氣最大的。由美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）于1966年設(shè)立的圖靈獎(jiǎng)（Turing Award），至今仍然是計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的最高榮譽(yù)。

盡管計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備從穿孔紙帶一路發(fā)展到硬盤(pán)、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)，但其基本原理還是給計(jì)算機(jī)輸入“100100”形式的機(jī)器碼。人們?yōu)榱朔奖闩c計(jì)算機(jī)交流，發(fā)明了計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。其實(shí)它就是預(yù)裝在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器里面的一套機(jī)器碼，計(jì)算機(jī)一旦通電啟動(dòng)，這套機(jī)器碼首先被讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存并被執(zhí)行，它使得計(jì)算機(jī)CPU、輸入輸出設(shè)備、存儲(chǔ)器等等初始化，提供各類(lèi)硬件功能接口供應(yīng)用程序調(diào)用。人們借助計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和預(yù)裝的一些“工具軟件”，用計(jì)算機(jī)完成諸如寫(xiě)文件、繪圖表、做計(jì)算等簡(jiǎn)單工作。如果要使計(jì)算機(jī)完成千差萬(wàn)別的復(fù)雜工作，就必須給計(jì)算機(jī)輸入專(zhuān)門(mén)的指令——計(jì)算機(jī)程序。由于計(jì)算機(jī)只能認(rèn)識(shí)機(jī)器碼，而機(jī)器碼又實(shí)在太難學(xué)了，因此科學(xué)家就發(fā)明了“計(jì)算機(jī)語(yǔ)言”，人們可以借助這種語(yǔ)言編寫(xiě)計(jì)算機(jī)讀得懂的程序。

最接近機(jī)器碼的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言（Assembly language）。在匯編語(yǔ)言中，用簡(jiǎn)單英文單詞構(gòu)成的助記符（Mnemonics）代替機(jī)器碼，再加上地址符號(hào)（Symbol），組成如圖2所示的計(jì)算機(jī)程序。

圖2 一個(gè)匯編語(yǔ)言計(jì)算機(jī)程序片段

圖中左邊綠色字是程序的注釋?zhuān)鼈儾粎⒓舆\(yùn)行。

我們?cè)倥e一個(gè)計(jì)算機(jī)程序的例子：完成任意三個(gè)數(shù)從小到大重新排列。比如，任意給計(jì)算機(jī)輸入三個(gè)數(shù)：65.73、21.01、1.022，要求計(jì)算機(jī)將它們從小到大排列成：1.022、21.01、65.73。首先，我們必須設(shè)計(jì)一個(gè)算法如下：

第一步

比較第一個(gè)數(shù)與第二個(gè)數(shù)的大小。假如第一個(gè)數(shù)大于第二個(gè)數(shù)，則將它們調(diào)換順序，否則就不調(diào)換順序。現(xiàn)在第一個(gè)數(shù)是65.73，它大于第二個(gè)數(shù)21.01，因此將它們調(diào)換順序?，F(xiàn)在三個(gè)數(shù)排列為：21.01、65.73、1.022；

第二步

再比較第第二個(gè)數(shù)與第三個(gè)數(shù)的大小。假如第二個(gè)數(shù)大于第三個(gè)數(shù)，則將它們調(diào)換順序，否則就不調(diào)換順序?，F(xiàn)在第二個(gè)數(shù)是65.73，它大于第三個(gè)數(shù)1.022，因此將它們調(diào)換順序?，F(xiàn)在三個(gè)數(shù)排列為：21.01、1.022、65.73；

第三步

再比較第一個(gè)數(shù)與第二個(gè)數(shù)的大小。假如第一個(gè)數(shù)大于第二個(gè)數(shù)，則將它們調(diào)換順序，否則就不調(diào)換順序。現(xiàn)在第一個(gè)數(shù)是21.01，它大于第二個(gè)數(shù)1.022，因此將它們調(diào)換順序?，F(xiàn)在三個(gè)數(shù)排列為：1.022、21.01、65.73，完成任務(wù)。

圖3是一個(gè)用Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)的計(jì)算機(jī)程序，它將輸入計(jì)算機(jī)的任意三個(gè)數(shù)從小到大排序。

圖3 一個(gè)完整的Fortran語(yǔ)言計(jì)算機(jī)程序

同樣，圖中左邊綠色字是程序的注釋?zhuān)鼈儾粎⒓舆\(yùn)行。將這個(gè)計(jì)算機(jī)程序輸入計(jì)算機(jī)后運(yùn)行，只要在計(jì)算機(jī)屏幕上用鍵盤(pán)任意敲入3個(gè)數(shù)，計(jì)算機(jī)立即就會(huì)將此三個(gè)數(shù)從小到大重新排列，并且顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。當(dāng)然，三個(gè)數(shù)字的重新排序非常容易，人們一目了然就可以完成。如果經(jīng)常要將成千上萬(wàn)的數(shù)字重新排序，就是一件困難的工作。這時(shí)編一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，就可以比人工既快又省事。這個(gè)例子也說(shuō)明，計(jì)算機(jī)必須依賴(lài)人類(lèi)提供的算法完成任務(wù)，或者說(shuō)人類(lèi)完成創(chuàng)造性工作，計(jì)算機(jī)幫助人類(lèi)完成耗時(shí)費(fèi)力的工作，這基本上是長(zhǎng)久以來(lái)的傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)。但是，未來(lái)計(jì)算機(jī)會(huì)發(fā)展出與人類(lèi)并駕齊驅(qū)甚至超越人類(lèi)的智能嗎？那時(shí)的計(jì)算機(jī)能夠獨(dú)立完成創(chuàng)造性工作嗎？

咱們?cè)倩氐接?jì)算機(jī)語(yǔ)言問(wèn)題。比較圖2與圖3，讀者馬上會(huì)覺(jué)得：前者猶如天書(shū)一般根本無(wú)法讀懂，而后者的每一行都與英語(yǔ)近似。人們通常將前者稱(chēng)為計(jì)算機(jī)底層語(yǔ)言，將與人類(lèi)語(yǔ)言近似的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言稱(chēng)為計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。高級(jí)語(yǔ)言不僅僅是與人類(lèi)語(yǔ)言近似，而且在不同CPU之間可以通用。反之，底層語(yǔ)言所編寫(xiě)的計(jì)算機(jī)程序隨著CPU硬件的改變必須改變。無(wú)論是計(jì)算機(jī)底層語(yǔ)言還是高級(jí)語(yǔ)言，它們都要靠被稱(chēng)為“編譯器”的計(jì)算機(jī)程序，將其“翻譯”成計(jì)算機(jī)讀得懂得機(jī)器碼。

計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言除了上面舉例的Fortran語(yǔ)言以外，更加常見(jiàn)的是C、C++、Java、Javascript 、Python等等。Fortran語(yǔ)言源自于“公式翻譯”（英語(yǔ)：Formula Translation）的縮寫(xiě)， 最早是1954年約翰.貝克斯在紐約發(fā)布的。Fortran語(yǔ)言經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)，它至今仍然應(yīng)用于科學(xué)和工程計(jì)算領(lǐng)域。C、C++、Java、Javascript是軟件程序員（外號(hào)“碼農(nóng)”）的看家本領(lǐng)。 Python語(yǔ)言是一種比C、C++、Java、Javascript更加高級(jí)的、更加接近人類(lèi)語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，代碼極其簡(jiǎn)潔，編程效率極高，用C語(yǔ)言編寫(xiě)的上千行的程序，用Python語(yǔ)言編寫(xiě)往往只有短短幾十行。Python有大量免費(fèi)、開(kāi)源程序，在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域被大量使用，從統(tǒng)計(jì)、排序到機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等等，幾乎是應(yīng)有盡有，還可以直接調(diào)用C、C++、Java程序。

現(xiàn)在懂得計(jì)算機(jī)底層語(yǔ)言的人實(shí)在是太少了，除了計(jì)算機(jī)科學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，一般都不學(xué)習(xí)它們了。其實(shí)，不懂得計(jì)算機(jī)底層語(yǔ)言者，其應(yīng)用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的水平就不會(huì)太高。另外，用底層語(yǔ)言編寫(xiě)的計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行效率遠(yuǎn)比高級(jí)語(yǔ)言高得多，并且需要計(jì)算機(jī)內(nèi)存資源也要小很多，因此，在實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用中，都是用底層語(yǔ)言編寫(xiě)程序的?？梢哉f(shuō)，在實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域，采用Python語(yǔ)言編寫(xiě)程序的工程師，一般都是水平較低者，真正的高手是用底層語(yǔ)言的，這就好比做高水平科學(xué)實(shí)驗(yàn)，要自己制作實(shí)驗(yàn)設(shè)備一樣的道理。

盡管目前有的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言（比如python）已經(jīng)很接近人類(lèi)語(yǔ)言了。但是，要讓計(jì)算機(jī)進(jìn)一步讀懂摻雜了許多隨機(jī)因素的人類(lèi)自然語(yǔ)言，容忍自然語(yǔ)言的模糊性，目前還做不到。隨著計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的發(fā)展，未來(lái)會(huì)出現(xiàn)一種與人類(lèi)的自然語(yǔ)言完全相同的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言嗎？

本文上面提出的兩個(gè)問(wèn)題，正是人工智能面臨的大問(wèn)題，現(xiàn)在給出這些問(wèn)題答案為時(shí)尚早。