1.2 计算的概念

1.2.1 什么是计算

从借助木棒数数、做加减法到现在用智能机器人解决人类难以解决的问题，这些都是计算。计算以各种形式存在于我们身边。计算实质上是对输入数据进行处理，得到一定输出结果的过程。抽象地说，计算就是从一个状态转移或变换到另一个状态。

1.狭义的计算

狭义的计算关注的是具体的数的状态改变。人们对狭义的计算的理解经历了初级、中级和高级阶段。初级阶段的计算是指通过一些计算工具对数据进行简单直接的运算，譬如，小学阶段的加减乘除四则运算。现在大家可以借助计算器、计算机进行数的简单计算。对于这种形式的计算，不需要有太多的设计技巧和人为的预处理。中级阶段的计算主要是推导计算。在这种计算中，需要对现有的数据进行处理，抽丝剥茧，得到计算结果，例如公式的推导和证明。高级阶段的运算是指将输入数据按照一定的算法进行数据转换的运算。例如，输入问题的已知条件，通过计算机执行算法，求得问题的答案。

2.广义的计算

广义的计算是指大自然中存在的一切具有状态转换的过程。将所有自然界存在的过程都抽象为一种输入/输出系统，将所有自然界存在的变量都看作一种信息，那么广义的计算就无处不在。譬如，向平静的湖面投掷一枚小石子，那么瞬间就会看到因为石子的落下而溅起的水花和湖水泛起的微微涟漪，这相当于湖水对小石子完成的一次计算。

广义的计算包括数学计算、逻辑推理、文法的产生式、集合论的函数、组合数学的置换、变量代换、图形图像的变换、数理统计、人工智能解空间的遍历、问题求解、图论的路径问题、网络安全、上下文表示感知与推理、智能空间等。

以下是广义的计算在计算机领域的两个例子。

2016年3月9日，AlphaGo以4:1完胜韩国围棋大师李世石，这是机器第一次战胜围棋大师。2017年5月17日，AlphaGo以3:0再次战胜中国围棋大师柯洁。事实上，AlphaGo的背后是人类为国际象棋或围棋对弈而设计的代码规则。

2022年11月，人工智能研究实验室OpenAI发布了一款具有“信息检索”能力的社交媒体机器人ChatGPT。ChatGPT其实是一款人工智能技术驱动的自然语言处理工具，它能够通过学习和理解人类的语言来进行对话，能根据聊天的上下文进行互动，真正像人类一样实现交流。而且ChatGPT拥有语言理解和文本生成能力，能完成翻译以及撰写邮件、视频脚本、文案、代码等任务。ChatGPT是人工智能领域的一个里程碑。

AlphaGo和ChatGPT都是迄今为止极具开创性的AI系统。尽管它们被设计用于不同的目的，但两者都使用深度学习、神经网络等技术达到了与人类相当的水平（甚至超越人类），而它们下棋或完成对话任务的过程也是广义的计算过程。

1.2.2 普适计算与计算无所不在

普适计算（pervasive computing），又称普存计算、普及计算、遍布式计算、泛在计算。1991年，美国施乐帕克研究中心首席科学家马克·维瑟（Mark Weiser）在Scientific American杂志上发表文章“The Computer for the 21st Century”，正式提出了普适计算的概念。他认为从长远的观点来看计算机会消失，这种消失并不是计算机本身（物理器件）的消失，也不是计算机技术的消失，而是计算机发展的直接后果，是人类心理的作用，因为计算变得无所不在。当人类对某些事物掌握得足够好的时候，这些事物就会和人们的生活密不可分，人们就会慢慢感觉不到它的存在。因此，无所不在的计算体现为五个any：access Any body，Any thing，Any where，at Any time，via Any device。即任何人在任何时间、任何地点，通过任何设备访问任何事物。无所不在的计算强调把计算机嵌入环境或日常工具中，而将人们的注意力集中在任务本身。

普适计算也体现在我们的日常生活中。数字家庭通过家庭网关将宽带网络接入家庭，在家庭内部，手持设备、PC或者家用电器通过有线或者无线的方式连接到网络，从而提供了一个无缝、交互和普适计算的环境。通过这种普适计算的环境，人们能在任何地点、任何时间访问网络。例如，人们可以预订一场比赛的门票；可以对家庭电气设备进行自动诊断、自动定时、集中和远程控制，令生活更方便；还可以通过远程监控器监控家庭的情况，使生活更安全。