集成學習 | 計算機電影種草指南

2021-02-13 酒井科協

海上升明月,天涯共此時。中秋十一雙節同慶,相信大家都已按捺不住激動的心情。擁有整整4天的小長假,難以離京,既想放鬆娛樂又有專業課ddl迫在眉睫,該怎麼辦呢?

我們調研了近百人,其中近90%的受訪者認為文藝作品與專業領域可以相互促進。

想要學習娛樂兩不誤?或許幾部精彩的計算機相關電影就是這個小長假的最佳打開方式

我們根據受訪者們的高票推薦,為大家分享以下3部電影,既有趣又漲知識,快看看有沒有心儀的種草吧。

         有些人表面上是衣冠楚楚的軟體公司高級工程師,背地裡則是個面色蒼白的黑客。Neo就是這樣一個「雙面人」,他發現自己所生活的平平無奇的世界似乎與某種叫做「矩陣」(The Matrix)的神秘力量緊密相關。原來,Neo所生活的世界只是未來所構建的一個名叫矩陣的虛擬程序,而在那個未來世界裡,人類被人工智慧掌控,成了提供生物電能的傀儡。或許是因為Neo天賦異稟、骨骼精奇,未來世界的人類反抗先鋒Morpheus找到了他,帶他回到了現實。此後,Neo和小夥伴們走上了對抗機器、探索「現實」的漫漫長路……

說起《黑客帝國》,不得不提到的一項技術便是腦機接口。畢竟從粘稠的電解質中,一個帥哥猙獰地坐起來、拔掉一根又一根線的場景實在是很難不讓人印象深刻。

腦機接口(BCI,brain-computer interface),早就不是一個陌生的概念,尤其自上世紀九十年代起,對於腦機接口的研究密度激增。而《黑客帝國》系列電影推出的千禧年前後,正是科學家們對於腦機接口的憧憬和研究相對熱鬧的時候。

顧名思義,腦機接口就是大腦、機器與接口三個概念的組合。此處「機器」的範圍是非常廣泛的,可以是具有處理性能的電路、晶片抑或是機械臂等外部設備。這項技術用於幫助人們完成大腦與機器之間的雙向溝通,目前大多應用於醫療行業,例如完成殘疾人的身體功能復健。這個過程可以大致分為四步:

信號採集:收集大腦發出的「生」信號

信號分析:翻譯大腦的信號,知道大腦「想做什麼」

再編碼:將大腦「想做什麼」編碼成「行為」的代碼

反饋:當「行為」被機器執行後,將環境對該「行為」的響應反饋給大腦。

影片中,絕大部分人類的大腦被連接到了零號主機上,每個人都是一個「程序」,一切意識也被零號主機所控制,這是腦機接口。

主人公團隊在現實世界與虛擬世界之間的穿梭,他們躺在特定的設備上,通過電話溝通虛擬與現實,完成大腦與大本營主機的連接,這也是靠腦機接口完成的。

根據信號採集的方式不同,即插入腦殼的深度不同,腦機接口有所區分:穿戴式,通過EEG(Electro-

encephalogram)腦電極貼片完成;植入腦皮層式;植入探針式。影片中,主人公「千瘡百孔」,顯然採用了植入過量探針式的接口。

那麼,如何理解影片的世界裡的配置呢?不妨把整個世界想像成一臺計算機來看。

機器人控制的世界:一個主程序,擁有著複雜的規則。可以理解為一個作業系統。

The Matrix:一款搭載在主程序內的虛擬遊戲,因此這款遊戲完全受制於主程序,也就是受制於機器人。

普通人:必須遵從Matrix規則的低等程序。但由於人有著對於不同事件進行不同響應的能力,所以在Matrix程序中的舉動具有一定自主性,且由於腦機接口的反饋功能錯以為其自主舉動得到的效果就是現實。

特工:擁有修改普通人程序權限的稍高等程序。由於需要和強大的覺醒者對線,因此可以違背Matrix的規則,卻沒有修改Matrix的權限。這一權限包括修改普通人的各種屬性:身高體重肺活量,速度、攻擊性能等等。

覺醒的人:入侵到作業系統和Matrix內的程序,因為有獨立意識所以可以違背Matrix的規則。

救世主:擁有修改Matrix程序權限的強者。具有覺醒的人的全部技能。

不難發現,整部電影的核心就是「程序」和「權限」。中文翻譯講求信達雅,之所以The Matrix的中文譯名是「黑客帝國」,某種意義上正揭示了影片的劇情推進,大多靠「Hack」。

Hack」,作為影片的線索,黑客技術中涉及到的專有名詞在影片中也有著許多含沙射影的呈現。

當特工第一次找到Neo時,向其肚臍眼中注入的能夠追蹤他行蹤的小程序,是蟲子(bug)的形狀。

Bug,原意是「蟲子」,最初是因為一位女計算機科學家Grace Hopper發現設備出現故障的原因時在夾縫中飛進了一隻飛蛾,卡住了機器的運行,於是便用「bug」代指漏洞。

影片中使用植入蟲子而非蛇或其他動物,或許也在暗示著,在Matrix世界中,每個普通人都只是個「程序」。

當Neo面見先知時,先知給了他一塊「Cookie」,仿佛這個小甜餅意味著某種記憶。

相信九字班及以上的同學們對於cookie並不陌生,小學期爬蟲作業時,爬頁面原始碼顯示的信息,少不了偽造cookie的功勞。

Cookie,有時也用其複數形式 Cookies。類型為「小型文本文件」,是某些網站為了辨別用戶身份,由用戶客戶端計算機暫時或永久保存的信息。

或許因為Cookie中存儲的數據大多是一些關鍵字(key)的值(value)而不是一字不差的用戶信息,這有點像甜餅掉的碎屑,所以就把這種信息叫做cookie。

導演:莫騰·泰杜姆

改編自安德魯·霍奇斯編著的傳記《艾倫·圖靈傳》

上映時間:2014年

計算機系學生必看電影之一!帶你走入那段波瀾壯闊的歷史,感受平凡而偉大的傳奇

       二戰期間,盟軍苦於德國的密碼系統「Enigma」無法破譯,英國政府召集了一批專家進行研究,艾倫·圖靈就是其中之一。圖靈擁有比較極端的低情商和高智商,一方面與團隊成員和領導的關係緊張,另一方面創新性地提出研究破譯機器代替手工。他招募的團隊新成員瓊很快迷上了圖靈,在她的幫助下所有成員空前的團結。圖靈一度與瓊訂婚,但卻也隱瞞了一個秘密。一場沒有硝煙的戰爭悄然打響……

艾倫·麥席森·圖靈,英國數學、邏輯學天才,計算機科學與人工智慧之父。計算機,顧名思義就是用於計算的機器,按照圖靈的構想可以「先進行計算然後決定它下一步要做什麼」。幫助破譯Enigma的機器就可以看作一臺電動機械計算機(區別於後來的電子計算機)。

在圖靈之前就有一些計算機器,而圖靈的貢獻則是為現代計算機的邏輯工作方式奠定了基礎,也為後來馮·諾依曼發明現代計算機架構奠定基礎。

圖靈在1950年發表的論文《計算機器與智能》中為人工智慧科學提供了開創性的構想,並提出了著名的圖靈測試。

設想讓一個人和一臺計算機作為被測試對象,和測試者隔牆通過某種沒有圖像和聲音的工具(比如電腦鍵盤)交談。測試者的任務是判斷每個回合和自己交談的是人還是計算機。如果計算機在問答中讓測試者誤判的比率超過30%,它就算通過了「圖靈測試」,這臺計算機就將被認為是具有了一定「智能」的。

圖靈當時還預言,這樣的計算機將在2000年出現。1951年5月15日,在BBC播出了圖靈的演講「Can Digital Computers Think?」,演講中他捍衛了自己的觀點,即「將數字計算機描述為大腦並非完全不合理」,並包含了對機器學習的討論,是已知最早的關於人工智慧的討論。

密碼的歷史比計算機早得多。早期的加密通常是「簡單替換算法」,按固定的一種轉換規則(如摩爾斯電碼,部落原住民語言等)對報文進行轉換。早期密碼學家常是語言學家,通過分析詞語頻率進行破譯。

二戰中德軍使用的Enigma機和早期密碼顯著不同,曾是無數密碼學家的噩夢。Enigma機由輸入(26個字母)、「顯示器/輸出」(26個燈泡)、3個轉子、接線板和反射器組成。在鍵盤上輸入明文/密文,就可以在「顯示器」得到相應密文/明文。

加密替換通過轉子和接線板實現。轉子構建了26個字母集合到自身的一一映射,每個轉子包含26種不同的映射規則。每輸入一次後轉子就轉一格,改變映射規則,例如第一次輸入a被轉換為b,第二次輸入a被轉換為d,26次後這個轉子回到初始狀態。這種「複式替換規則」讓頻率分析法毫無用武之地。上例中只有一個轉子,而事實上有三個這樣的轉子,每一次輸入都經歷三次映射。當一個轉子轉一圈後下一個轉子就會轉一格,類似於「進位」。這樣就共有26*26*26 =17576種映射方式。3個轉子的位置組合有6種。接線板上還可以將兩個字母相連從而將它們的信號互換,26個字母中一般構建6對連接,這就又有1003,9179,1500種方式。因此總替換規則高達17576*6*1003,9179,1500種方式。

雖然構造複雜,但加密解密方式簡單無腦。雙方只需約定好機器的設置。反射器在解密中發揮作用。它和將字母兩兩配對。事實上輸入明文後並不只是經過接線板/轉子電路(下文簡稱為電路)就直接輸出,而是經過它們後先到達反射器,經反射器轉換後再從接線板/轉子電路反向輸入,得到輸出。例如在一定配置下輸入a,經電路變為d,經反射器變為g,再反向經過電路變為e。如果在相同配置下輸入e,則依次變為g,d,a。這樣就實現了相同配置下明文和密文的關聯。

所以說,如此複雜精密的機器,恐怕只有用機器才能對抗。畢竟機器比人更擅長「計算」,人或許更擅長「思考」。兩者結合或可相得益彰。

導演:馬汀·伯克

改編自保羅·弗列柏格

與米迦勒·史文所著《矽谷之火》

上映時間:1999年

Good artists copy, great artists steal.

         四個充滿遠見的年輕人,在你來我往的鬥智中,改變著世界……

片中著重敘述了比爾·蓋茨和史蒂夫·賈伯斯的早起創業歷程。「偷竊」作為文章的主旋律貫穿比爾和賈伯斯的發家史。無論是賈伯斯從施樂那裡竊取圖形用戶界面,還是比爾從朋友身邊買下DOS、又在蘋果的眼皮底下悄然做著自己的GUI,他們高屋建瓴地看到了技術以及時代的發展趨勢,也藉此各自創造了自己的王朝。

然而,我們也不得不承認,史蒂夫·賈伯斯在商業上的成功是不如比爾·蓋茨的。賈伯斯對於完美有著狂熱的執念,選擇了支持蘋果自己的生態環境,這也直接導致了蘋果在八九十年代的失利。反觀微軟,雖然被賈伯斯指責為「三流設計」,早期微軟設計的圖形界面也確實是對於蘋果拙劣的模仿,但是比爾·蓋茨堅持了開放的生態環境,微軟用戶在軟體的使用上有著更多的選擇,軟體供應商也可以以更低的成本開發,這種良性的循環最終讓微軟成為世界上最成功的商業公司之一。

從用紙帶傳入程序到鍵盤輸入指令,再到滑鼠控制光標移動,在《矽谷傳奇》中,你可以一窺人機互動的變遷。早期的計算機用計算機的角度思考,在紙帶上打下孔以後再讓計算機讀入;而在桌面、窗口、滑鼠等概念被提出後,交互模式也更偏向於人類的自然認知,這也讓使用計算機的學習成本大大降低,進而促使了計算機走進千家萬戶。

影片中,一類作業系統成了比爾和IBM談判的砝碼。它就是DOS

磁碟作業系統(Disk Operating System)是早期個人計算機上的一類作業系統。在DOS之前,一些微機為其作業系統使用內部BASIC程式語言,而另外一些使用Digital Research公司開發的CP/M作業系統。Microsoft公司於1970年後為不同微機開發了像BASIC這類程式語言,而到1980年前後其認識到開發PC作業系統才是其努力方向,於是有了DOS系統。給每臺IBM電腦安裝一個DOS系統,微軟就收取200美金的商業運作模式,造就了微軟的初期輝煌。

在GUI的發展和普及上,施樂、蘋果、微軟都有著不可磨滅的貢獻。

圖形用戶界面(Graphical User Interface)是指採用圖形方式顯示的計算機操作用戶界面,區別於命令行用戶界面(Command Line Interface)。1972年,施樂公司的研發團隊研發了Alto,包含了大部分現代的GUI功能:窗口、菜單等。然而施樂高層對此不以為意,依然沉浸在自己的印表機王朝。史蒂夫·賈伯斯知道這個消息後,立馬意識到這是個人計算機的未來,當即命令自己的團隊研發圖形界面。1983年,蘋果公司發布Lisa,包含下拉菜單和主菜單條。1984年,蘋果公司發布Macintosh計算機,超級碗上的廣告《1984》一舉成名。與此同時,比爾·蓋茨在做作業系統的同時也在研製自己的圖形界面,並且在商業策略上選擇了開放軟體環境。1995年,在經過了幾代的迭代後,Windows95發布,圖形界面由此真正走向了普通用戶。

3部電影,3個時間段,鏡頭橫跨大半個地球,聚焦了計算機的萌芽、興起、使命與未來。或許看完這份指南的你已更新了自己的種草榜單,亦或許已看完電影的你暗自立下決心「要用科技讓世界更美好」。最後提醒一句,佳節雖好,種草之餘也別忘記ddl

文案 | 李偉楷 潘紫琪 張書寧

排版 | 劉家宏

審核 | 夏 奇

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