智能软件

智能软件（Intelligent Software）是指一类能够模拟或产生类似于人类智能行为的计算机软件。这类软件的设计目标使其不仅限于在传统的冯·诺伊曼（von Neumann）计算机系统上运行，也包括在下一代非冯·诺伊曼结构的计算机系统上运行。由于“智能”本身的含义极其广泛，其本质仍处于深入探索中，因而难以给出一个绝对完整和准确的定义。但通常可以将其表述为：智能是生物（特别是人类）大脑的一种高级活动，它至少应包含获取并应用知识的能力、进行思考和推理的能力、解决问题的能力以及自主学习的能力。

① 基于知识的处理：智能软件所处理的对象不仅包括数据，更重要的是包括“知识”。具备知识的表示、获取、访问和处理能力，是智能软件区别于传统软件的主要标志之一。因此，智能软件在某种意义上也是基于知识处理的软件，它通常需要具备以下条件：高效的知识表示语言；完善的知识组织工具；用于建立、维护和查询知识库的方法与环境；以及支持对现有知识进行重用的机制。

② 基于问题求解：智能软件通常采用人工智能领域的问题求解（Problem Solving）模式来获得结果。与传统软件采用的确定性算法相比，这种求解方式具有三个明显特点：首先，其求解算法往往是非确定性的或启发式（Heuristic）的；其次，问题的解决过程在很大程度上依赖于领域知识；最后，智能软件所面对的问题通常具有指数级的计算复杂度。在智能软件中，常用的问题求解方法大致可分为三类：搜索（Search）、推理（REASoning）和规划（Planning）。

③ 基于现场感知：智能软件与传统软件的另一个重要区别在于，智能软件被期望具有感知（或适应）现场环境的能力。这里所说的现场感知，是指软件系统具备与其所处世界的抽象现实（即“场景”）进行交互，并主动适应这种场景的能力。这种交互过程包含了感知、学习、推理、判断以及作出相应行动的完整闭环。这也就是在系统科学中常被提及的自组织性（Self-organization）和适应性（Adaptability）。

根据其功能和目标的差异，现有的智能软件大致可以被划分为六种主要类型。

智能操作系统也常被称为基于知识的操作系统（Knowledge-Based Operating System）。它被视为一种支持计算机（特别是下一代新型计算机）的下一代操作系统。其核心职责是管理计算机的各项资源，提供用户友好的交互界面，并基于知识处理和并行处理的机制来高效地控制程序运行。因此，它被认为是实现和应用下一代计算机的关键技术之一。智能操作系统的研究融合了操作系统、人工智能和认知科学，其主要研究内容包括：新型操作系统架构、智能资源调度策略、智能人机界面、对分布式并行处理机制的支持、对知识加工机制的支持以及对多媒体处理机制的支持。

为了有效开展人工智能和认知科学的研究，业界需要一种特殊的编程语言，它必须允许在内存中存储和处理那些复杂的、不规则的、动态变化的甚至不可预测的数据结构。这种语言后来被统称为人工智能编程语言。由AI编程语言及其相应的编译或解释程序所组成的系统，能为智能软件的编写和开发提供高效支持。与传统编程语言主要支持基于固定算法的数据处理不同，AI编程语言的核心特点是：支持符号处理（Symbolic Processing），采用启发式搜索策略，并能处理包含不确定性计算步骤和不确定性求解知识的任务。目前，实用的人工智能编程语言主要包括函数式语言（如Lisp）、逻辑式语言（如Prolog）和知识工程语言（如Ops5），其中以Lisp、Prolog及其各自的变体应用最为广泛。

Lisp语言尤其适合进行符号处理，它处理的唯一对象是符号表达式（S-expression），所有的程序和数据均由S-expression构成，其主要的控制结构是递归。Prolog语言则以一阶谓词演算作为其坚实的理论基础，其基本数据结构是“项”（Term），所有程序和数据也由“项”组成，递归同样是其主要控制结构。此外，Prolog语言的机制还天然地支持自动模式匹配和回溯（Backtracking）功能。

智能软件工程支持环境又可称为基于知识的软件工程辅助系统（Knowledge-Based Software Engineering Support Environment）。它利用人工智能技术，特别是专家系统，将软件工程领域内丰富的专业知识（Know-how）形式化，旨在对困难且复杂的软件开发与维护活动提供专家级的意见和建议。一个完善的智能软件工程支持环境应具备以下主要功能：支持软件系统的全生命周期管理；支持与软件产品生产相关的各种技术与管理活动；扮演软件工程“代理”（Agent）的角色；作为公共的环境知识库和信息库设施；以及具备跨项目总结和学习的能力，并将所学知识应用到后续的软件生产活动中。

智能人机接口软件是指一类能使计算机为用户提供更友好、适应性更强的人机交互界面的软件。在相应的智能界面硬件（如触摸屏、麦克风阵列）的支持下，智能人机接口软件大致包括以下功能：支持使用自然语言进行直接的人机对话（如聊天机器人）；允许通过声音、文字、图形、图像等多种媒体进行融合的人机交互；能够自适应不同的用户类型（如新手与专家）；能够自适应用户的不同需求和偏好；以及能够自适应地支持不同的计算机系统平台。

专家系统（Expert System）是一种旨在帮助人类专家解决特定领域内、有限而困难的现实问题的计算机软件。它具有以下几个基本特征：其功能不仅限于提供数值计算或信息检索，更核心的是能在需要推理（Reasoning）的任务中提供帮助；其应用领域必须是人类专家已经可以解决的领域（即有章可循）；它的推理过程在一定程度上是模仿人类专家的思维过程；它不仅具有对领域知识的表示，还保持着对自身内部结构和功能的表示；它通常允许人类专家通过有限的自然语言通信接口直接使用；并且高级的专家系统还具备一定的学习功能。

智能应用软件是指在某个具体的应用领域中，利用人工智能技术或知识工程技术所开发出来的应用软件。显然，随着人工智能和知识工程学科的持续发展，这一类软件的数量和种类也在不断增加。目前，已有大量的智能应用软件投入到社会实践中，其中一部分已经成功商业化，成为成熟的商品软件。这本身也是人工智能技术取得实际进步的主要标志之一。