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第12章 新信息技术(2)

11.四海一家的电脑诊病

在医学方面,电脑可用来贮存患者的病历资料和控制最新的医疗设备。在必要时,医护人员便可以很容易且迅速地将病历找出来参考。此外,电脑还可进一步帮助医生诊断病情。因为在电脑记忆体中贮存了各种疾病的相关资料,而这些资料囊括了许多位学有专长的医生和医学专家的研究心得,因为一位医生从电脑所得的会比他从经验中所得的还多。于是透过电脑查询,医生便能很快地找到致病的原因和治疗的措施。全球网络化以后,世界各地的电脑连为一体,远隔千山万水的医生可以同时异地诊断、讨论、制订方案,救生命于危难之中。

曾有报导,1995年清华大学的一位学生不幸患上了一种不明其因的疾病,高明的医生、最新最贵的药物均无能为力。眼看死亡的魔影渐渐临近,北京大学几位电脑专业的大学生突发奇想,通过Internet向世界各地的专家和医生求救,很快就收到了四面八方的诊断意见,经综合分析断定病因是铊中毒。按照来自世界各地的治疗方案使病人起死回生。

12.天方夜谭般的电脑战争

全世界的军队都配备有昂贵的电子武器和防御系统,而用来警戒敌人攻击的雷达网其实也是由电脑控制的。现代化的武器(如鱼雷、导弹、侦察机)都拥有自己的电脑。电脑能将导弹自动导引到目标点上,而且准确性非常高。电脑的运作速度非常快,装在舰上的电脑防御系统能在几秒钟之内完成侦测和反击敌人导弹的任务。

巡航导弹是目前最有杀伤力的武器之一。它使用微电脑来设定其攻击目标的途径。为了躲避雷达的侦测,它依照贮存在电脑记忆体里的地形图做低空飞行。

它能辨认地面上的情况以引导自己攻击事先所设定好的目标。

现代化的战斗机驾驶舱内装设了许许多多由电脑控制的显示器,它们会告诉驾驶员飞机的飞行速度、高度和与目标的距离。驾驶员不需从驾驶舱窗口向外看,只要透过这些设备就能从事飞行、寻找目标并摧毁它。这样你就不难理解F一14战斗机为什么能同时发射6枚导弹攻击6个不同的目标。没有电脑的帮助,这只能是天方夜谭。

现代战争是电脑之战。

没有电脑就没有现代战争。

13.性能卓越的量子电脑

研究人员说,他们发现在某种条件下,光子能相互作用,这个发现能用来制造新的和改进的信息处理器件,从而构成世界上性能最好的电脑的基本器件。

帕萨迪纳加利福尼亚理工学院的物理学家已经证明,个体光子通常不相互作用,但是当它们与光学谐振腔内的原子聚在一起时,它们相互之间会产生强烈影响。研究人员沃尔夫甘·兰格说,光子的这种相互作用,能用于改进利用量子力学效应的信息处理器件的性能。这些器件转而能形成建造“量子计算机”——一种理论上的计算机的基础,研究人员认为量子电脑的性能能够超过基于常规技术的任何处理器件的性能。量子计算于1994年跃居科学前沿,当时研究人员发现了在量子电脑上分解大数因子的一种算法——一种数学技术。这个算法是美国电话电报公司贝尔实验室的彼得·肖尔设计出来的。这个算法意味着,在理论上,量子电脑的性能能够超过任何可以想像的标准电脑。

研究人员希德奥·马布奇说,潜在的用途将涉及几乎人类生活的每个方面,从国家安全到自动柜员机。

研究人员昆廷·特切特说,科学家们在实验中已经证明,光子和光学谐振腔内的原子之间强烈的相互作用能为建造光学量子逻辑门奠定基础。

14.神奇无比的生物电脑

在科学家首次报道用“编程”DNA链解数学难题取得突破后一年,一批科学家认为,现在已有可能对功能强大的DNA电脑作最新的深入了解。

普林斯顿大学的丹·博南在美国科学促进协会年会上说:“能否找到那种t令人向往的应用’将决定DNA电脑的成败。”那种应用的候选者有两个,打破复杂的代码和储存巨大的数据总量。其中无论哪一种应用、或者两种应用、或者使这个处在婴儿期的技术行之有效的其他思想都可能证明是成功的。

DNA电脑的功能之所以强大,在于每个链本身就是一个微型处理器。

博南说:“我们能够把10亿亿个链安排在一公斤的水里,而每个链各干各的事情,它们各自进行计算。”这意味着,DNA电脑能同时“试用”巨大数量的可能的解决方案。研究人员确实能从DNA解决方案中抽出解决某一个问题的每一个步骤,而目前实验室里的这些程序解一个方案需要花一天或者更多时间。

博南说:“所以,从这个意义上来说,电子电脑和DNA电脑是截然不同的。

电子电脑一小时能进行多次运算,但是一次只能进行一次运算。而DNA电脑进行一次运算需要大约一小时,但是一次能进行1 0亿亿次运算。”

据博南说,人脑的功能介于两者之间:一小时进行大约10万次运算,一次进行大约一万亿次运算。DNA电脑把二进制数——几乎是所有计算机的语言——翻译成遗传密码的片段,每个片段就是著名的双螺旋的一个链。

普林斯顿大学的电脑学家理查德·利普顿说:“这是个理想。我们希望提出一个方法能把一切可能模式的DNA分解出来,并把它放在试管里。”然后,他们将制造互补数字链。他们知道互补数字链不会解决某一个方程式,但是将会从一个解决方案中把那些互补数字链提取出来。

15.懂人类语言的神经元电脑

俄罗斯国防委员会组织了一次名为“神经元电脑及其应用”的全俄代表会议。国防工业部门委员会目前正在制订一项神经元电脑发展计划,已是第二次召开这样的会议了。20世纪90年代初许多国家重新开始对神经网络发生兴趣,俄罗斯也不例外。

20世纪五六十年代人类就萌发制造神经元电脑的想法。当时研究人体神经系统结构和功能的神经生物学家及神经解剖学家曾经研制出数字模型,不仅能重复人脑的功能,而且能完成其他工作。于是下一个目标就是制造能够完成类似人脑功能的电脑系统的人造神经元网络。

研究人员研制出由一层人造神经元构成的网络,并开始研究用它来预报天气、分析心电图和用作人工视觉。俄罗斯专家六七十年代制造的神经元网络还能够根据一些特征识别物体。几十年后出现了多层网络,在很多方面超越了上一代产品,但神经元电脑仍然存在许多悬而未决的问题。

神经元电脑的应用范围很广——从照看小孩到指挥战斗。其潜在的应用领域是人的智能不太有效、而普通的计算方法又太困难或不适合的领域。此次代表大会讨论了神经元电脑处理图像和信号、指挥动态系统的可能性。神经元电脑已被用于金融工作,如预测银行帐户资金结余,甚至作为宏观经济分析的工具。

专家们认为,神经元电脑比较有前途的应用领域是国防。“未来机器”可以识别物体和目标,决定击毁目标,处理复杂的雷达信号。神经元电脑的联想式信息存储,对学习的自然适应性、数据处理中的平行重复现象等性能都将异常地有效快捷。操作者同机器的对话将是很方便的,机器懂得人的语言。

16.造福瘫痪病人的眼控电脑

艾伦·卡森专心致志地把他的答案轻轻地“敲”出来,电脑键盘发出噼噼啪啪的响声。但实际上,卡森并没有使用真正的电脑键盘,他的手指也并未悬在键盘上。

他是在用眼睛注视着一个电脑屏幕,他的眼神不时在一个模拟键盘上移动,打字的速度只比边找边打的打字者稍微慢一点。由于身患目前还属不治之症的肌萎缩侧索硬化症,他几乎是全身瘫痪。

这位现在40岁的数学教师使用的是ERJCA系统,这是“眼神凝视反应界面电脑辅助系统”的简称,这种技术是由弗吉尼亚大学的工程学教授托马斯。哈钦森开发的。这套系统改变了一些人的生活。

对某些也许更习惯于让拜访者和看护人员揣摩心意的人来说,ER|CA提供了真正的双向交流手段。没有这套系统,卡森就必须试图通过眨眼和抬眉毛让别人明白自己的意思。

ERICA系统包含一台配有大号显示器的普通电脑,显示器安放在一个含有用于跟踪眼睛活动的特殊硬件的盒子上。一台红外线照相机使用一些镜子“注视”使用者的眼睛。

屏幕旁有一台监视器显出用户眼睛的放大图像,可以看到一个似乎在瞳孔中四处移动的小点。实际上这个称为“亮点”的小点是固定的,电脑通过测量瞳孔和亮点的相对位置来分析用户在看什么。

一个特殊的软件在屏幕上的某些区域显示出很大的菜单。只要是用鼠标和键盘能够做到的,用眼睛都能做到。比如可以选择“双击左键”菜单打开微软的Word文字处理系统,再单击一下就能够调出一个模拟键盘。

当卡森注视某个字母时,就会有一个方框出现在字母周围,然后字母会放大。大约半秒钟后,就会传出令人满意的敲击键盘声,这表明这个字母已被选中,然后字母会出现在键盘上方的字处理页面中。

17.战胜人类的深蓝电脑

科学技术的发展使很多原来只能在科幻小说中看到的事情变为现实。如:高速火车能以每小时300多千米的速度奔驰,飞机能以每小时900多千米远远超过音速的速度飞行天空,计算机每秒钟能进行几兆次算术运算等。1997年6月,IBM制造的名叫“深蓝”的电脑以2胜3平1负的成绩战胜了俄罗斯的国际象棋大师Gamr Kasdarow,受到了全世界的关注。届此,人类又创造了一大奇迹,在需要高度智力的领域中制造出了战胜自己的机器。

象棋电脑是人工智能的最早研究领域之一。早在1957年,诺贝尔奖和图灵奖获得者Her-bert Simon就预测象棋电脑有可能在1967年成为世界冠军。这一目标多花了30年才完成。在这期间,众多的探索算法,程序和象棋电脑问世。深蓝不是创新的产物,而是在过去的研究成果基础上研制出来的。

深蓝采用由32台IBM RS/6000支撑的500个象棋芯片进行并行探索。这些芯片实现XB算法中的盘面估值计算和步骤的生成。深蓝的棋力也归功于它的软件部分。深蓝里装有60万个国际大师们对局的棋谱。这庞大的数据库大大增强了深蓝在终局中的判断能力。

深蓝的胜利主要依靠它的蛮力。它的模式识别能力还远远比不上人。人类的下一个目标是制造能战胜围棋名人的围棋电脑。这一目标可能需要更长时间才能完成,因为围棋的探索空间比象棋大得多,需要更高的模式识别能力。

18.能识别手势的电脑

一种能够识别手势语并将其转换成屏幕显示文本的软件,可以使失聪者更容易、更自然地利用电脑同别人交流。加拿大魁北克省舍布鲁克大学的研究人员开发了一种能够识别国际手势语的系统。这种系统可以通过手势把组成单词的每个字母拼出来。

这种系统识别国际手势语的成功率高达96%。由于每个人的手势略有不同,如果使用这种神经网络系统的人经过培训,可以使这种系统发挥的作用达到最佳效果。这种系统通过快速工作站识别一个手势需要半秒钟,研究人员尚未能使它达到最佳识别速度。研究人员相信,他们通过使这种系统具备可以检验容易出错的手势,能够进一步提高识别的准确性。

这种系统用摄像机捕捉每个手势,再由软件进行一系列处理。第一阶段是“边缘测定”,即绘制出手的轮廓。然后由系统确定手的长轴和短轴,以便确定手势的确切方向。

在这个基础上,程序对手指相对于手的长轴的变化和方向加以测量。得出的信息被输入神经网络程序,程序通过与现有训练数据加以比较,对字母最有可能表达的含意做出猜测。一旦电脑识别出手势所要表达的意思,就把相关的字母显示在屏幕上。

研究人员说,由于这个系统采用的是实时交流方式,其反应速度是相当快的。

19.能“听懂”指令的电脑

下一代s级奔驰豪华汽车的驾驶者可用声音来操纵车上的电话、收音机和激光唱机,无需动手,只要动口,车上的声控电脑将执行驾驶者的命令。

西方各国正竞相研制声控电脑,并将其投入各个应用领域,奔驰汽车将使用声控系统只是其中一例,它由同属奔驰集团的德国航空航天公司(DASA)研制,可运用于不同的目的。

美国国际商用机器公司(IBM)在德国的子公司也研制了一套电脑用语音识别系统,词汇量更大、且价格便宜。这一系统能把每秒钟内输入的声音分割成100个单位,然后逐个与原来“训练”时的记忆进行比较,然后“听懂”指令的意思,其识别力目前已达到95%。它的缺点是只能“听懂”主人的声音,而且主人每说一个词必须作短暂的停顿。该公司宣布,将于最短的时间将克服上述缺点。

日本三菱集团研制的声控电脑,其词汇容量可达10万,且可用于各种语言,缺点是价格高达6万马克。由于电脑硬件价格迅速下降,它的销售前景仍然看好。

在1997年声控电脑的销售量已达到12.5亿美元,并以每年百分之三十的速度递增。另外,德国30个科研单位目前正在政府的资助下集中全力开发声控翻译机,总共投资1亿马克。争取早日使第一台拥有3000词汇的德一日语言翻译机将要问世。

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