名人推薦：張善政 科技部部長

徐爵民 工業技術研究院院長

黃士軍 程曦資訊整合執行長

戈莫里（Ralph Gomory） 史隆基金會總裁

馬龍（Thomas W. Malone） MIT集體智慧中心主任

以富有啟發性、提出未來科技最新發展進程的標準來看，

沒有一本書能夠比得上這本書所提出的深入觀點與具體事證。

——馬龍（Thomas W. Malone），MIT集體智慧中心主任

這本書讓讀者看見人跟電腦的智慧結晶可以帶來無限可能……

了解認知運算科技未來將如何在實務上改善人類的生活。

——戈莫里（Ralph Gomory），史隆基金會總裁

如果你以為跳躍發...

第二章

打造有強大學習力的電腦



「危險邊緣」決賽時刻

2011年1月14日，當天「危險邊緣」的節目現場，拉到了IBM全球研發中心的大禮堂來錄影，包括IBM的高階主管、研究人員和來自各地的觀眾，把會場擠得水洩不通，大家的情緒都非常亢奮。

節目開始前，凱利三世向會場觀眾致詞，他說自己不確定「華生電腦」（Watson）到底能不能贏，但是他相信競賽本身已經是電腦發展史上非常重要的一刻，「現在再提出電腦會不會在『危險邊緣』獲勝的問題，已經落伍了，現在應該要問的是——什麼時候會贏？」

節目剛開始的時候，凱利三世還有點坐立不安，心裡七上八下，不知道華生電腦會不會當機故障、或是犯下讓人發窘的愚蠢錯誤。隨著節目進行到了最後一局，凱利三世反倒已經確信：華生電腦即將成為新一代的衛冕者。凱利三世環顧全場，看見了費路奇，兩人相視一笑。這一對伙伴知道大挑戰計畫成功了，豪賭一把的他們，真的押對寶了。

華生電腦的後續計畫

設計華生電腦的初衷，並不以參加「危險邊緣」為限，這項大挑戰計畫一開始就打算：創造一個可以隨廣大使用者不同需求進行調整的技術平臺，要成為將來可能運用到企業界或是整個社會的實用工具！

因此，研發團隊一開始就捨棄用繁瑣專屬規則分析資料的方式，改用較簡化的演算法取而代之，保留日後華生電腦在面對不同任務時，可以有舉一反三的空間。他們開發了一套分析程式，讓華生電腦可以根據不同領域的事實與結論，進行加權評估，也保留各領域專家傳授華生電腦專業知識的空間。華生電腦研發團隊的主管布朗（Eric Brown）說：「結果，我們創造了一個會主動發現新事務的電腦架構。」

IBM目前正把華生電腦運用到不同的產業中，除了需要一組軟體工程師外，還需要不同領域的專家提供一定程度的協助，這樣就能把華生電腦改造成包括醫療產業在內的好幫手。IBM也正在開發可以打破產業藩籬、共同使用的應用程式，比方說是售後服務管理系統。

與醫療體系攜手

美國最大的健保業者富點（WellPoint）正在與IBM合作，由改善醫療預審管理流程開始著手，以便改善健保理賠業務的效率與精確度。為了提升華生電腦的相關技能，護理人員要訓練華生電腦看懂美國醫療體制的編碼系統、富點的醫療規定、各種臨床指南、以及政府主管單位審核醫療理賠的流程。

華生電腦在2013年年初，不但已經通過超過兩萬五千筆的模擬測驗，更已深入一千五百筆真實的理賠案件，分析每一件申請案後頭的來龍去脈。

IBM也和富點合作開發兩套完整的應用程式，其中一套專門用於支付系統，可以讓富點據以規劃不同的保險方案；另一套則專門提供醫療單位使用，好讓彼此間的資料能夠連線。如果運作順利的話，富點就可以把醫師診斷、一直到保險支付的過程串連起來，縮短審核理賠的時間。目前這一整套系統正在富點跟好幾個醫療單位，進行同步測試。

美國西南部也有一家著名的癌症研究中心，正與IBM合作引進華生電腦的技術，打算開發一套醫療研究應用程式，協助醫師挑選對病情較特殊的患者最有利的診療方式。由於有為數不少的癌症病患到目前為止，都還沒有找到最可靠的診療方式，這家癌症研究中心的研究人員跟IBM的工程師，一起灌輸華生電腦有關病情、治療方式跟診療結果的巨量資料，希望華生電腦深入分析後，能找出隱藏的模式、或是不容易發現的相關性，例如：某種治療方式是否對某種基因序列的組合、或是某些健康狀況最有效？現在治療某種癌症的藥物，是否也可以施用於另一種不同的癌症？不同的藥物組合會不會有不一樣的效果？

研究人員希望透過華生電腦，從巨量資料中理出一些頭緒來，讓醫師可以用臨床實驗，接手驗證新診療方式的成效，如此一來就可以縮短癌症醫學產生重大突破的時程，把可靠的新診療方式快速傳遞給全世界的醫師參考。

與金融機構聯手

來自澳大利亞，在全球三十三個國家設有據點的金融業者澳盛銀行（ANZ），也正和IBM以獨家合作的方式，探究在金融服務業引進華生電腦的可行性。澳盛銀行希望可以借助認知運算系統，強化財富管理的能力，提供全球超過兩百萬的顧客更好的投資建議。

澳盛銀行設想的狀況如下：一位參與財富管理方案的退休人士，正在銀行進行諮詢。面對今日全球金融市場的高度不確定性，這位退休人士不知道該如何運用退休金進行投資操作，也不知道該購買哪些保險、買多少額度，才能確保安穩的退休生涯。此時澳盛銀行就可以經由華生電腦，迅速提出一套客製化的資產管理組合，供客戶參考。



上述的例子都正在進行中，不管將來華生電腦會運用在哪個領域，IBM全球研發中心都在同步提升華生電腦的能力，希望學習能力更強的華生電腦，能和人類進行更密切的互動。

在「危險邊緣」參賽的華生電腦，會根據提示，找出可信度最高的答案。下一代的華生電腦，則會透過與人類對話的方式，提供最有用的深入觀點。下一代的華生電腦在接受到使用者的初步詢問後，會要求使用者提供更多資訊，以便更精確了解使用者真正的想法。這樣的學習方式包含以下一系列的步驟：用已知的事證建立假設、在各種假設間進行排序、根據假設提出疑問、接收答案、進行回饋。

除了會在和使用者的互動過程中得到答案外，華生電腦也會自行查閱專業目錄，或是連上「群眾外包（crowd-sourcing）平臺」或「協同寫作平臺」（例如Wikipedia）找答案；只要得到的答案愈多，華生電腦就會開始彙整所有學到的基本原理，進一步強化特定領域的知識內涵。

未來的電腦會主動創造新知

華生電腦還有其他方面的進展，例如讓使用者看見華生電腦提供的建議，是根據哪些事證與邏輯判斷。華生電腦現在不只能夠處理文本資料，也能處理電子病歷之類的結構化統計數據。IBM還有一組團隊正在開發處理語言的技術，可以讓人用直接對話的方式，和華生電腦溝通。

這一切努力的最終目標，是讓華生電腦從正確講出特定問題的標準答案，演化到處理複雜、訊息不完整的問題——就跟人類做事情、解決難題的方法一樣。

事實上，某些行業或產業界的專業人士，只要跟華生電腦有過實驗性的接觸，他們就會發現：華生電腦基本上能夠正確回答問題的功能雖然好用，但是卻還不是華生電腦最有價值的功能。這些專業人士認為，用華生電腦找出各種新發現，效果相當好。透過人腦與電腦的資訊交流，專業人士不僅可以更加精益求精，也會被刺激出不同的思考角度和處理方法。在IBM全球研發中心帶領語音團隊的納哈姆（David Nahamoo）表示：「傳統電腦基本上算是一種儲存系統，未來的電腦則是能夠與人互相交涉的系統；未來的電腦會主動創造新知，不再只是被動接受知識。」

要讓電腦聽得懂各種行話

關鍵在於能否和電腦溝通順暢，這樣才能讓電腦協助我們更加了解世界的樣貌，帶給我們更多知識。但是所謂的溝通，不是只有一般的語言（譬如英語、華語、西班牙語之類的）交談這麼簡單，每個專業的知識領域都有自己的一套特殊「語言」或術語，像是化學符號、醫學影像、或是蘊藏在拗口法律辭令中的特殊意義，這些都會讓電腦面臨不小的障礙。

如果要讓電腦更了解我們想要表達的意思，就不只要教電腦懂得口語跟書面使用的正規詞彙，也要教電腦懂得只有某些行業或業務範圍內會使用的字彙與觀念。等到電腦具備這樣的理解能力後，電腦就不是只會回答人類的問題而已，還能夠提出以往人類自己從未想過的新穎想法。

譬如某家公司的行銷部門正在開檢討會。跟往常一樣，這群行銷人員透過數位傳播、社群網路和行動通訊等方式，想要讓一項新的技術產品迅速在市場上占有一席之地，事後發現這一波行銷手法不太成功。那麼，新一代的認知運算電腦能提供什麼幫助呢？

電腦會先幫忙檢視以往的行銷手法，挑出慣有的操作模式讓行銷部門逐一比對，試圖找出在哪個環節出了問題；另一方面，電腦會自動搜尋網路上的訊息，包括個案研究和其他成功的數位行銷手法，篩選出可能導致成功的重點。

電腦要完成這項任務，就需要充分理解企業界在不同專業領域的知識與慣用語，包括傳統的行銷學、如何提高網路曝光度、行為心理學、人口統計學……等等。一定要讓電腦理解任何在某專業領域具有特殊意義的訊息，這樣才能讓電腦具備和人類緊密互動的能力。

人機互動最有前景的領域

健康醫療是人腦與電腦密切互動最有前景的領域之一，這就是IBM與史隆凱騰癌症中心、以及克里夫蘭醫療中心建立合作關係的由來。

在IBM全球研發中心擔任華生電腦研發團隊主管的布朗，和克里夫蘭醫療中心有兩項合作計畫。首先，他們把醫療中心所屬雷納醫學院（Lerner College of Medicine）的課程資料輸入華生電腦內，醫療中心的醫師、醫學院的教授和學生一方面協助華生電腦學習醫學，另一方面也把華生電腦當成輔助學習的工具，既可以用來搜尋醫療資訊，也可以用來加強臨床問診的訓練。而且，克里夫蘭醫療中心還使用華生電腦，探究資料不完整的匿名電子病歷可能有哪些隱蔽的資訊，好讓醫師在替病患開處方時更有把握。

雷納醫學院的高階管理階層深信，可以用前所未見的方式進行醫學教育，亦即透過問題導向、模擬實驗室的方式，讓學生學會分組解決個案樣本。

醫學院的學生向來習慣拿筆跟紙，用徒手繪圖的方式，把既有事證、病因推論等主觀判斷，畫成圓圈跟箭頭串連起來，好找出病患的病灶，對症下藥。在這個過程中，圓圈跟箭頭分別代表具體事證跟可能的結論。

IBM研究團隊根據醫學院學生的習慣，設計出一套名為WatsonPaths的使用者介面，這套互動程式可以讓華生電腦學習醫師的診斷方式，也可以讓醫學院師生檢視華生電腦舉出的事證和推論合理與否，然後再輸入更多的資訊與見解。當醫學院師生和華生電腦互動的時候，用來表示有強烈關連的箭頭會愈來愈粗，用來表示重要事證和結論的圓圈也會愈來愈明顯；華生電腦當然要先學會詮釋醫師特有的交談與書寫方式，而且在醫學院學生訓練華生電腦的同時，華生電腦也會讓醫學生跟著成長。

讓華生電腦考取醫師執照！

「危險邊緣」參賽用的華生電腦，旨在展現一連串研發工作的初期成果。延續這樣的精神，與雷納醫學院合作的IBM團隊，也自行設定一個更有挑戰性的目標：通過美國醫師執照考試的線上測驗！

在美國，所有取得醫學士學位的人都必須通過這項專業技能檢定，才有資格成為開業醫師，測驗項目包括解剖學、藥理學、病理學、行為科學、遺傳學……等各種醫學科目，雖然華生電腦不具有考生資格，但是如果能通過這項檢定考試，將代表研究團隊的一大進展。

雷納醫學院的師生會幫忙加強華生電腦的專業能力，來自凱斯西部保留區大學、擔任雷納醫學院教務長的楊恩（James Young）博士說：「讓醫學院學生透過以問題解決為導向的教育方式學習，這一點很符合將來擔任醫師後的思考模式。另一方面，醫學院學生跟畢業後的合格醫師，都需要能夠駕馭大量醫學知識的工具。現在看似我們在訓練華生電腦，將來華生電腦將成為協助我們醫治疾病的重要伙伴。」

第二章

打造有強大學習力的電腦



「危險邊緣」決賽時刻

2011年1月14日，當天「危險邊緣」的節目現場，拉到了IBM全球研發中心的大禮堂來錄影，包括IBM的高階主管、研究人員和來自各地的觀眾，把會場擠得水洩不通，大家的情緒都非常亢奮。

節目開始前，凱利三世向會場觀眾致詞，他說自己不確定「華生電腦」（Watson）到底能不能贏，但是他相信競賽本身已經是電腦發展史上非常重要的一刻，「現在再提出電腦會不會在『危險邊緣』獲勝的問題，已經落伍了，現在應該要問的是——什麼時候會贏？」

節目剛開始的時候，凱利三世還有點坐立不安...

開啟「認知運算」的時代

我們希望這些新想法能夠帶給產官學界不一樣的刺激，

也希望這本書能對有志於在科技、工程、數學等領域

開創生涯的高中生與大學生，帶來一些啟發。

——凱利三世（John E. Kelly Ⅲ）

另一場規模更大的科技轉型

小時候，我爸爸在紐約尼斯卡禹納（Niskayuna）的奇異電器（GE）公司研發實驗室上班。去探班的我，會看到他辦公桌上有許多真空管。可控制電流的真空管看起來就像是一個個小燈泡，普遍用在各種電器設備中，包括收音機、電視機、雷達設施跟電腦。那時候的我雖然還弄不懂真空管的運作原理，但是卻已經啟發我日後投入科學研究的機緣，促使我最後拿到物理學及材料工程科學雙博士的學位。

長大以後我才知道，小時候的我其實正在目睹一場科技史上非常重要的轉型期：當年除了我爸爸拿給我看的真空管之外，他的同事已經在開發真空管的下一世代產品——電晶體，一種完全改變現代電子設備與個人電腦架構的新產品。

現在，另一場規模更大的科技轉型又悄悄揭開序幕了！在這個新世代中，幾乎所有科技領域都會受到影響。一旦走過接下來二十多年的轉型期後，我們的生活與工作型態就會徹底改頭換面，一如過去半世紀資訊革命造成天翻地覆的影響一樣。IBM把這個新的世代稱為認知運算時代（The Era of Cognitive Computing）。

〔中文版注：所謂「認知」，在心理學上是指個體經由意識活動，而對事物產生認識與理解的心理歷程。本書不斷提到的「認知運算」，指的則是新一代電腦將有別於傳統電腦的「程式運算」（只能根據人類寫好的程式執行特定任務），新一代的電腦會擁有類似人腦的認知能力，可以自己撰寫程式、蒐集資料、判讀資料，並且依照人們的需求自行調整、進行互動，以完成人們賦予的嶄新任務。〕

我在1980年以工程師的身分加入IBM，多年以來一直很榮幸能夠親身參與資訊科學不斷變革的腳步，並率領包括微電子部門在內的研究團隊，促成相關科技突破性的進展。我目前擔任IBM全球研發中心總負責人，整個團隊可以說是世上觸角延伸最廣泛的私人企業研發組織之一，分別在十個國家設立了十二座研究中心，雇用約三千名科學家與工程師共同努力。

資訊科技未來願景

現代社會需要「能重新定義運算法則的新世代科技」，其中同時包括大量的機會與挑戰。譬如說，觸手可及、規模龐大的各種資訊，應該要能夠幫助我們更深入了解複雜的情況，然而事實上，這些資訊洪流往往導致更多讓人困擾的局面。有時候，太多不相關、甚至是不正確的資訊，會影響我們的決策；有時候，我們又僅僅只能取得盲人摸象般的片段資訊。在新工具時代，也就是所謂的認知科技（cognitive technology）開創的新時代中，我們將更深入了解複雜的情況、更理解生活周遭的世界，因此可以用更妥善的決策，實現更美好、更永續的生活。

我們當然不能否認資訊科學、資訊工程技術仍有其極限，但是如果我們想要追求持續的進步，想要擁有更美好的工作與生活型態，科技產業就必須用不一樣的概念與使用方式，來設計我們的電腦與各種軟體。

這本書扼要說明了資訊科技未來的願景，背後卻是許多人共同努力的心血結晶。我在幾年前請幾位IBM的科學家，預先設想數十年後可能的情境，預先描繪到時候的電腦會變成什麼樣子，他們提出的構想在IBM內部激起非常多討論的火花，包括IBM高階主管在內也深受激盪，最後才慢慢凝聚出大家對於未來電腦型態的共識，呈現於本書之中。

我們希望讓更多人知道我們的想法，讓更多人一起參與討論，因此我邀請曾經擔任過記者、目前在IBM負責公關策略的哈姆（Steve Hamm），把IBM內部的共識寫成這本書。哈姆過去在科技產業從事編輯採訪的工作經歷，將近二十五年，親眼目睹好幾波創新浪潮發軔的過程。當馬賽克通訊公司（Mosaic Communications，亦即網景Netscape公司的前身）成立之後不久，哈姆就已經在網際網路世代即將登場的1994年，前往該公司位在加州山景城卡斯楚街上、毫不起眼的小辦公室中專訪創辦人了。接下來，哈姆撰寫好幾百篇有關創新的報導，並完成幾本探討印度新興科技產業、可攜式通訊產品、未來工作型態等各種主題的著作。

具有深厚扎實歷練的哈姆，很自然成為我理想的工作伙伴。在撰寫本書的過程中，哈姆不但訪問了十多位IBM的科學家與工程師，也跟好幾位IBM之外的專家進行對話，期望能因此更加充實我們的看法，能夠用更具體的方式，言之有物。

改變未來五十年的社會與產經風貌

開創這樣的資訊新世代，無疑是一個群策群力才能達成的重大里程碑，即便是擁有未來的願景與廣泛專業技能的IBM，也無法獨自克服這項艱巨任務的挑戰，因此我們誠摯邀請所有IBM的客戶、各大專院校的學者專家、制定法規的政府部門、資訊產業的上下游伙伴與競爭對手、創投業者與企業家等——換句話說，我們誠摯邀請整個資訊科技產業所有的利害關係人，共同參與這段創新的過程。

事實上除了IBM之外，包括Google、微軟等其他企業，都已經在認知運算時代扮演吃重的角色，歐盟的「人腦計畫」也試圖整合來自世界各地的認知科學家，描繪出人類大腦運作的機制後，將這項研究結果轉化成新時代電腦的運算方式。諸如麻省理工學院（MIT）、卡內基美隆大學、史丹佛大學等，也都是在認知運算領域執牛耳的頂尖大學。另外還有許多其他研究機構，都已經踏進研發認知運算的領域。

這本書訴求的對象不只是具有技術背景的行家，更希望能廣泛接觸到各行各業的群眾。我們希望新的想法能夠帶給產官學界不一樣的刺激，一起用開放式架構尋求未來的解答。我們也希望這本書能對有志於在科技、工程、數學等領域開創生涯的高中生與大學生，帶來一些啟發。（這個啟迪年輕人的重要性，尤其不容忽視。）

我們希望有更多人能一起參與這段探索未來的發現之旅，用新時代的發明，改變未來五十年的社會風貌與產經結構。

開啟「認知運算」的時代

我們希望這些新想法能夠帶給產官學界不一樣的刺激，

也希望這本書能對有志於在科技、工程、數學等領域

開創生涯的高中生與大學生，帶來一些啟發。

——凱利三世（John E. Kelly Ⅲ）

另一場規模更大的科技轉型

小時候，我爸爸在紐約尼斯卡禹納（Niskayuna）的奇異電器（GE）公司研發實驗室上班。去探班的我，會看到他辦公桌上有許多真空管。可控制電流的真空管看起來就像是一個個小燈泡，普遍用在各種電器設備中，包括收音機、電視機、雷達設施跟電腦。那時候的我雖然還弄不懂真空管的運作原理，但是卻已經啟...

專家推薦 6

前 言 開啟「認知運算」的時代 8
另一場規模更大的科技轉型又悄悄揭開序幕了！
在這個新世代中，幾乎所有科技領域都會受到影響。

第一章 新時代的運算方式 16
人腦與電腦愈來愈多的互動，是認知運算時代的特徵。
讓兩者能夠超越以往的個別表現，發揮更精明的綜效。

第二章 打造有強大學習力的電腦 48
華生電腦的學習方式跟人類相去不遠，
要先接觸很多事情累積經驗，再從經驗中建立推論。

第三章 掌握大數據 78
大數據可以視為一種新資源，
甚至比石油、煤礦、天然氣等天然資源還要珍貴！

第四章 更豐富的感官體驗 112
如果讓電腦跟人類一樣擁有各種感受，擁有視覺、
聽覺、觸覺、嗅覺跟味覺的話，會有什麼不一樣？

第五章 以資料為中心的電腦 136
應該是讓傳統電腦的處理器走出深宮內院才對！
未來電腦將不會再有唯一的中央處理系統。

第六章 開闢新電腦物理學 156
達成高效能、低耗電雙重目標的唯一途徑，
就是用奈米科技，從根本改變電腦設計的方式。

第七章 不是科幻的未來數位城市 180
不論是市長還是市民，每個人都可透過電腦科技，
共同造就更便利、更安全、更有活力的城市。

結語 人類與認知運算電腦的資訊同盟 206
人類與認知運算電腦一起演出的協奏曲，
很可能用極快的速度跟戲劇化的方式改變人類社會。

參考資料 212

專家推薦 6

前 言 開啟「認知運算」的時代 8
另一場規模更大的科技轉型又悄悄揭開序幕了！
在這個新世代中，幾乎所有科技領域都會受到影響。

第一章 新時代的運算方式 16
人腦與電腦愈來愈多的互動，是認知運算時代的特徵。
讓兩者能夠超越以往的個別表現，發揮更精明的綜效。

第二章 打造有強大學習力的電腦 48
華生電腦的學習方式跟人類相去不遠，
要先接觸很多事情累積經驗，再從經驗中建立推論。

第三章 掌握大數據 78
大數據可以視為一種新資源，
甚至比石油、煤礦、天然氣等天然資源還要珍貴！

第四章 更豐富...