张钹：人工智能，从过去到未来

【王辉/科学中国人】

2400多年前，《列子·汤问》中记载了这样一个故事：周穆王西巡狩，路遇匠人名偃师。翌日偃师谒见王，偕来一个假人。“趋步俯仰，信人也”“领其颅，则歌合律；捧其手，则舞应节。千变万化，惟意所适。王以为实人也，与盛姫内御并观之……”这个“假人”就是古人对机器人的想象。

今天，明星机器人索菲亚不仅外形像人，还能感知、识别周围人的动作和表情，模仿62种人类表情，然后做出回应，对答如流。尽管如此，在中国科学院院士、清华大学人工智能研究院名誉院长张钹看来，它无法得到周穆王的青睐，更无法通过图灵测试，因为“人工智能才刚刚起步，离真正的AI还很遥远”。

40多年前，张钹赴美访学，第一次近距离感受到“人工智能”的魅力，自此从零开始，带领我国学者迈出在该领域的第一步。虽然这时，人工智能已在国外发展了20多年，但他立志，要让中国在人工智能领域奋起直追，迎头赶上国际先进水平，赢得外国同行的尊敬。  

一诺千金，行胜于言。在随后的研究中，他和张铃教授一起发表了中国第一篇人工智能领域的学术论文，获得中国在人工智能领域的第一个国际重要奖项；领衔成立国内首个智能机器人实验室，培养了本土第一位人工智能领域博士毕业生；与同事一起组建中国第一个人工智能国家重点实验室……

如今，中国在人工智能方面的研究有了飞跃式的发展——图像识别、语音识别等技术创新应用进入了世界先进行列，人工智能发明专利授权总量全球排名第一，核心产业规模持续增长。而在这其中，由他创造的这些“第一”“首次”就成为中国人工智能发展的一个个里程碑，见证、记载、鼓舞着中国人工智能发展的每一步。

《科学中国人》封面人物——张钹

“引路”中国人工智能

1935年，张钹出生于福建福清县的一个教育世家，祖父是清朝贡生，为发展家乡教育事业曾创办小学；父亲是爱国教师，从小教他踏实做人。张钹在浓厚的家学氛围中成长，学习成绩名列前茅。

少年张钹对科学充满好奇心，他学习刻苦认真，做事追求完美，梦想着“长大了成为一名科学家”。1953年，张钹以数理化满分的优异成绩考入清华大学，就读于电机系电机电器制造专业。1956年，国家出台《十二年科技发展远景规划》，开始了大踏步追赶世界先进科学技术水平的历程。彼时，国家要求清华大学增设新专业，以培养专业人才与师资力量。学校决定从电机系三年级的10个班中每个班抽调1名优秀学生，成立自动控制“八字班”。

冥冥之中自有安排。也是在这一年，在大洋彼岸的美国的达特茅斯学院，“人工智能”被首次提出，从此开始了模拟人类智能行为的征程。

1958年，张钹从清华大学自动控制系毕业，成为国家第一批自动控制专业的毕业生，并留校开始承担教学任务。“但是，我当科学家的梦想一直没有改变。”在留校任教期间，张钹边教学边科研，参与了我国最早飞行模拟台的研制，并应用于飞行模拟实验。

国之所需，吾辈所向。1978年，面对计算机科学发展的重大需要，清华大学在自动控制系基础上建立计算机工程与科学系。从自动控制系转型到计算机系的张钹，和他的同事一起通过向国外高校学习，最终确定将人工智能和智能控制作为全新的研究方向。那年他43岁。中年面临转型，不但在知识结构上面临很大挑战，而且当时中国人工智能可谓一穷二白，做该领域的研究需要白手起家。张钹回忆说：“当时国内科研人员对人工智能领域发展的认识很有限，甚至相关资料也非常少。”而在国际上，人工智能在经历了20多年的发展后，已经成为计算机科学不可或缺的重要部分。这一点张钹有深刻的共识，中国计算机科学要想做到世界领先，人工智能必不可少。

1980年年初，张钹作为访问学者前往美国伊利诺伊大学香槟分校进修学习。如今，回忆起在美国交流学习时的遭遇，仍令他颇感介怀。“你是中国来的？”“知道什么是人工智能吗？”美国同行颇具优越感的发问，让45岁的张钹下定决心，一定要好好利用这个机会，努力学习，推动中国人工智能的发展。

“当时我去的是美国伊利诺伊大学的协调科学实验室（Coordinated Science Lab，CSL）实验室，这个实验室整体上还是在研究计算机科学与工程，同时兼有通信、人工智能这些方向。”在美国伊利诺伊大学交流期间，张钹还同时与国内保持着教学与科研两个方面的“跨国交流”。

一方面，张钹通过将伊利诺伊大学使用的教材和相关材料全部复印并寄回国内，跨国辅助清华大学计算机系的教研工作。“比如说，清华大学后来开设的一门叫作人工智能程序设计的课程，就是根据我寄回的材料开设的。”

另一方面，张钹在人工智能领域的科研工作也由此开端，他一直保持与当时在安徽大学任职的张铃教授的书信交流，跨国合作开展科研工作。张钹负责根据前沿研究提出问题，张铃用数学的方法来解决问题，然后，张钹再根据数学模型做编制程序进行模拟实验。他回忆说：“当时，我觉得人工智能要深入发展下去，提高算法效率，必须要利用好数学这个工具。”

由于跨国电话资费昂贵，两人只能通过邮寄书信的方式进行沟通。回忆当年与张铃合作科研的往事，张钹说：“当时，中美间一封航空信大概要人民币8角钱，寄给对方约10天才能收到，一次讨论就要耗时近一个月。我们计算过，一封信如果超过5张纸，就会超重，须多付邮资。为了省钱，我们特意挑相对薄的纸，写非常小的字。”

就这样，张钹和张铃开始了一场艰苦的跨越大洋的人工智能合作研究。约1年后，他们联手完成了一篇人工智能领域的论文，实际上这也是中国科学家在人工智能领域的第一篇学术论文，成功发表于人工智能领域顶级国际期刊《IEEE模式分析与机器智能汇刊》，引起了国际同行的高度关注。正是这篇论文，让中国留学生们狠狠地“扬眉吐气”了一把，也增强了张钹为中国人工智能发展作出更大贡献的信心和决心。

1982年，张钹学成归国，把当时最先进的人工智能技术和理念引进了中国。1983年，张钹和张铃的论文在国际人工智能大会（IJCAI）发表，打破了没有中国学者的论文在国际人工智能大会上发表的局面。中国由此开启了人工智能发展的新篇章。

可以说，在中国人工智能发展的整个过程中，张钹一直扮演着“引路人”的角色。他是中国人工智能的奠基人之一，见证并推动了中国人工智能从20世纪70年代的“白手起家”到如今向世界一流水平迈进。

2015年，张钹（中）获得中国计算机学会（CCF）终身成就奖

“举旗”创新之路

筚路蓝缕，披星戴月。

尽管中国的人工智能起步比国外晚了20多年，但张钹和同事们正视差距、风雨兼程，一路追赶着国际人工智能发展的步伐。

“回国后，我们开始思考中国的人工智能如何开展，除了理论研究，可以应用在哪些场景中？”为了摸清国内对人工智能的需求，张钹与同事一起深入各行业一线进行调研。从西南到东北，他们通过调研发现，很多军工企业的生产条件非常危险，比如装引信这项工作都是人工完成的。“这次调研，让我们产生了强烈的愿望，希望能让机器人来从事这些危险的工作。”1983年，张钹开始筹备我国第一个机器人实验室，然而，整整1年后，他们才几经周折从香港买到一部机械臂用来做研究的基础设备。谁能想到，今天的智能技术与系统国家重点实验室就是从这样一部貌不惊人的机械臂起家的。1985年，中国首个智能机器人实验室成立，开启了中国智能机器人的研究之路。

1987年，张钹正式入选国家“863”计划智能机器人主题专家组。同年，他培养的中国第一位人工智能领域的博士生毕业。1990年，他和同事一起成立了全国第一个人工智能国家重点实验室——“智能技术与系统”国家重点实验室。一步一步，张钹带领团队搭建起了中国的人工智能研究平台。

然而，正在张钹奋力追赶的时候，人工智能却迎来了低谷。20世纪90年代，受到计算机算力算法等原因的限制，人工智能的“冬天”降临，越来越多的声音开始质疑人工智能。几乎同时，国外很多研究机构纷纷停止了人工智能方面的研究。在这样的大背景下，国内一些高校也都很难继续做人工智能研究。当时，张钹团队也面临着巨大的压力，但是科研以外的这些声音并没有影响到他的决心，在许多人开始转行的时候，张钹初心不改，选择了迎难而上。这位将人工智能引入中国的先驱者，在低谷中依然坚持不懈。他常常说：“人工智能不可能毕其功于一役，它最大的魅力就是永远在路上。”在张钹的同事和学生眼中，他就是一个“旗手”，带领着大家在困难、狂热抑或浮躁中保持冷静，努力前行。

1994年，张钹当选俄罗斯自然科学院外籍院士；1995年当选中国科学院院士。2019年11月18日，他获得了“吴文俊人工智能最高成就奖”，是继陆汝钤院士之后第二位获此殊荣的科学家。

作为一位计算机科学家，一直以扎实的基础理论为学术研究特色的张钹，非常重视人工智能、人工神经网络和遗传算法等领域的理论研究，以及这些理论在模式识别、机器人和智能控制等领域的应用研究。

在人工智能理论上，张钹和张铃教授一起系统地提出了问题分层求解的商空间理论，通过代数的方法，系统地解决了不同层次求解空间的问题表达、复杂性分析，不同层次空间之间信息、算子及推理机制等的相互转换关系；进一步提出了统计启发式搜索算法，基于拓扑的空间规划方法以及基于关系矩阵的时间规划算法等，极大降低了计算复杂性，具有重要的应用价值。

在人工智能网络方面，张钹系统地分析了典型神经网络模型，给出了该网络各项性能的定量结果；对当前神经网络模拟人类智能行为的能力及其局限性，提出了理论论据，并提出了一组新的学习机制，有效地提高了神经网络的性能。

可以说，40多年来，他矢志不渝致力于中国人工智能领域的创新，发表或共同发表了数百篇学术论文，出版系列专著。他荣获了ICL欧洲人工智能奖、国家自然科学奖三等奖、国家科技进步奖三等奖、国家教委科技进步奖一等奖、电子工业部科技进步奖一等奖以及国防科工委科技进步奖一等奖等诸多奖项，推动中国人工智能研究和产业向世界一流水平迈进，是中国人工智能当之无愧的奠基者和发展推动者。

如今，在张钹和同事们的共同努力下，中国人工智能这40多年的发展历程，呈现出日趋繁荣的景象。“从1956年到现在，人工智能经过了两代发展。前两代人工智能只能解决有限的问题，而且还存在着不安全、不可靠、不可信和不容易推广应用的缺点。为了克服这些缺点，我们提出要发展第三代人工智能。基本思路就是要把知识驱动和数据驱动结合起来，充分利用知识、数据、算法和算力这4个要素。”张钹说，在发展第三代人工智能的过程中，我们实际上跟世界水平差距不大，也可以说处于同一起跑线上，“因此我们在未来的人工智能发展中，完全可以利用这个机会，掌握主动，进一步发扬创新精神，就有可能跟世界一起共同推动人工智能的发展，作出重大贡献。”

张钹

“明灯”照亮科学追梦人

清华园里，启智润心。

1954年，成绩优异的张钹就读清华大学电机系——青砖白柱，无问西东，芸芸书香，自此与清华大学结下一生之缘。

大三那年，清华大学增设新专业，张钹进入飞行器自动控制专业学习。1958年作为新中国第一批该专业优秀毕业生留校任教。张钹最初的梦想是做一名科学家，但最后却在组织的安排下留校任教，对角色的转换他早有心理准备。

刚刚参加工作半年，24岁的张钹就接到教学任务：教研组安排他给四年级的学生开设飞行器自动控制的课。这门课的课程内容他并不熟悉，而且是100多名学生的大课，仅有的知识也是几个月前他刚刚从苏联专家那里学来的，听课的学生只比他低一两个年级。他回忆道：“大多数教师和我一样都是刚从大学毕业的学生，与高年级的学生年龄相当，知识与教学经验都很少，却承担了大部分的教学与科研任务。大家凭着一股工作热情，边干边学习，用当时的话讲，叫‘在战斗中成长’。我们几乎和学生‘摸爬滚打’在一起，共同克服困难，完成所承担的教学与科研任务。”一门复杂枯燥的课被他娓娓道来，深入浅出，第一次站在清华大学讲台上的他就获得了学生由衷的热爱。慈祥的微笑中，同学们收获了知识与思想，崇敬喜爱之情油然而生。他的学生曾说：“张教授的学识是五光十色的。”

1978年，为加强计算机学科建设，集中办好计算机学科，清华自控系更名为计算机系。系老师面临多种选择，可以调整到精仪系与新成立的自动化系，也可以选择继续留在系里，但必须将专业转到与计算机相关的方向。“由于大多数老师愿意留在这个集体，因此迫切需要找一个与计算机相关的新的学科方向。经过张毓凯、林尧瑞、石纯一和黄昌宁等老一代教师的共同努力，我们最终选择了‘人工智能与智能控制’作为我们新的教学与科研方向，开启建设‘人工智能’的新历程。”

人工智能作为当时中国的新兴学科，科研和教学的条件都很艰苦，张钹对这段经历记忆犹新。那时候，虽然当时的研究已有了一定基础，但是软硬件条件与国际同行相比，差距很大，研究资料也不足，特别是专业、权威资料匮乏，更多是靠自力更生摸索。在那样的环境下，想留住优秀人才着实不易。面对徘徊在出国或留校读博士之间并向他请教的学生，张钹语重心长地说：“国外知名导师的科研、教学水平比我高，培养条件也比我这里好。你们选择出国深造和科研，我非常支持。但是如果你选择留下来，我会全心全意地培养你，绝不辜负。”肺腑之言感人至深，与他交谈的学生大部分选择了留下来。

而对于教学，张钹是无比热爱的，他将教育视为他生命的一部分，把学生视作自己的子女和朋友，也用自己的行动践行着“行胜于言”的清华校训。每周，他都会给学生开小组讨论会，并且每次都会提前到会议室。一些学生刚开始都是踩着点去开会，认为晚到几分钟也没有太大关系。对于迟到的同学，张钹从没有指责和训斥。开会讨论时，他从不把手机放在桌面上，也没有因手机铃声响起而中断讨论，许多学生直到毕业都没有见过导师的手机。而对待学生的论文投稿，张钹经常会花很多工夫帮忙润色，从内容、语法、选词到标点符号都仔细修改。

亦师亦友，真情流露。即便离开学校几年、几十年了，学生依然与他保持密切的联系。每当教师节或者他的生日，分布在世界各地的学生，会相约到老师家里看望他、和他聊天，从时政到工作体验、从社会到家庭趣事，天南海北无话不谈。

张钹曾说：“我一辈子就做了两件事：一件是读书，另一件就是在清华大学教书育人。”2018年，适逢清华大学计算机系建系60周年，也是张钹留校任教的60年。从青涩年华到耄耋之年，桃李满天下的他一共培养了77名博士生，为国家培养、输送一批高科技专才，尤其是在人工智能领域。他们中的大多数留在国内工作，奋斗在高等院校、研究单位和企业等各种工作岗位，也有少数牵头创业，都在为国家的经济发展和社会进步作贡献。

“每当得知他们在事业上取得了新进步，我都抑制不住内心的激动和快乐。能够为国家和社会培养出优秀的人才，是我人生最大的成功。”张钹说。

如果说上一个10年，人们见证了人工智能的“复兴”，见证了人工智能技术对于众多行业的颠覆性变革，也感受到了它对每个人生活的深刻影响，那么，随之而来的这10年，也是人工智能人才培养与成长的舞台。2019年6月，张钹看到了中国高校在人才培养和学科建设中的迫切性，牵头成立了清华大学人工智能研究院，并亲自出任首任院长。时至今日，86岁高龄的他，依然精神抖擞地活跃在学术前沿阵地，为人工智能的发展献计献策。

经师易得，人师难求。习近平总书记曾说，一个人遇到好老师是人生的幸运，一个学校拥有好老师是学校的光荣，一个民族源源不断涌现出一批又一批好老师则是民族的希望。博士生姚殊回忆道：“张教授给人的第一印象是瘦——消瘦的身材，清瘦的脸庞。但你不觉得他单薄，因为在这清瘦里自有一种筋力。当他来回踱步、低头沉吟的时候；当他挥起手向你阐述些什么的时候，你会感觉到一种力量，思想的力量……”