人工智能第一章课件.ppt

1、人工智能人工智能1956年诞生年诞生1.1 AI的定义的定义一、智能一、智能 智能是生物个体有目的的智能是生物个体有目的的行为行为、合理的、合理的思维思维，以及，以及有效地有效地适应适应环境的综合能力。通俗地讲，智能是个体认环境的综合能力。通俗地讲，智能是个体认识客观事物、客观世界和运用知识解决问题的能力。识客观事物、客观世界和运用知识解决问题的能力。人类个体的智能是一种综合性能力，具体地讲，可包括：人类个体的智能是一种综合性能力，具体地讲，可包括：1）感知与认识事物、客观世界与自我能力；）感知与认识事物、客观世界与自我能力；2）通过学习取得经验、积累知识的能力；）通过学习取得经验、积累知识的

2、能力；3）理解知识、运用知识和运用经验分析问题和解决问题）理解知识、运用知识和运用经验分析问题和解决问题的能力；的能力；4）联想、推理、判断、决策的能力；）联想、推理、判断、决策的能力；5）运用语言进行抽象、概括的能力；）运用语言进行抽象、概括的能力；6）发现、发明、创造、创新的能力；）发现、发明、创造、创新的能力；7）实时地、迅速地、合理地应付复杂环境的能力；）实时地、迅速地、合理地应付复杂环境的能力；8）预测、洞察事物发展变化的能力。）预测、洞察事物发展变化的能力。注：智能是相对的、发展的。离开特定时间说智能是注：智能是相对的、发展的。离开特定时间说智能是困难的、没有意义的。困难的、没有意

3、义的。Alan Turing(1912-1954)测试主持人测试主持人A被测机器被测机器B被测人被测人C小于小于50%？测试方式：测试方式：A向向B和和C提出相同的智能性问题提出相同的智能性问题,但不能询问但不能询问物理特征。物理特征。B,C在回答问题时在回答问题时,尽量让尽量让A相信自己是相信自己是“人人”.测试环境：测试环境：A与与B，A与与C均不可见，可以理解成均不可见，可以理解成B,C在在一个黑箱子里，一个黑箱子里，A并不知道回答他的是谁。并不知道回答他的是谁。测试结论：测试结论：无论如何无论如何更换测试者更换测试者A和被测和被测人人C，测试者能正确，测试者能正确分辨出人和机器的概分辨

4、出人和机器的概率都小于率都小于50%，则认，则认为该机器具有了智能为该机器具有了智能n 人工智能是在人工智能是在1956年作为一门新兴学科而年作为一门新兴学科而正式提出的。在进正式提出的。在进50年的发展中，他经历了年的发展中，他经历了萌芽期、形成期和发展期三个阶段。萌芽期、形成期和发展期三个阶段。自远古以来，人类就有用机器代替人们脑力劳动自远古以来，人类就有用机器代替人们脑力劳动的幻想：公元前的幻想：公元前900900多年我国有歌舞机器人的传说记多年我国有歌舞机器人的传说记载；公元前载；公元前850850年古希腊有制造机器人帮助人们劳动年古希腊有制造机器人帮助人们劳动的传说的传说 公元前公元

5、前322322384384年，哲学家亚里士多德在他的名年，哲学家亚里士多德在他的名著著工具论工具论中提出了形式逻辑的一些主要定律。还中提出了形式逻辑的一些主要定律。还提出了三段论，（三段论在人中智能中非常重要），提出了三段论，（三段论在人中智能中非常重要），三段论至今仍是演绎推理的基本依据。三段论至今仍是演绎推理的基本依据。美国哲学家培根，在美国哲学家培根，在1561156116261626曾系统地提出了曾系统地提出了归纳法，（数学有演绎和归纳两大方法），并提出了归纳法，（数学有演绎和归纳两大方法），并提出了“知识就是力量知识就是力量”的警句。的警句。德国数学家莱布尼茨在德国数学家莱布尼茨在1

6、646164617161716提出了万能符提出了万能符号和推理计算的想法，这种想法为后期的计算机系统号和推理计算的想法，这种想法为后期的计算机系统奠定了数理逻辑的基础。奠定了数理逻辑的基础。美国逻辑学家布尔，在美国逻辑学家布尔，在1815181518641864年创立了布尔年创立了布尔代数。代数。英国数学家图灵，在英国数学家图灵，在19361936年创立了自动机理论，年创立了自动机理论，自动机理论亦称图灵机，是一个理论计算机模型。自动机理论亦称图灵机，是一个理论计算机模型。美国数学家莫克利与他的研究生埃克特合作，于美国数学家莫克利与他的研究生埃克特合作，于19461946年研制成功了世界上第一

7、台通用电子计算机年研制成功了世界上第一台通用电子计算机ENIACENIAC。n美国神经生理学家麦克洛奇美国神经生理学家麦克洛奇(W.McCulloch)(W.McCulloch)和皮兹和皮兹(W.Pitts)(W.Pitts)在在19431943年建成了第一个神经网络模型年建成了第一个神经网络模型(M-P(M-P模型模型)。n美国著名数学家、控制论创始人维纳在美国著名数学家、控制论创始人维纳在19481948年创立了年创立了控制论。控制论向人工智能的渗透，形成了行为主义控制论。控制论向人工智能的渗透，形成了行为主义学派。学派。n图灵又于图灵又于19501950年，发表题为年，发表题为计算机能思

8、维吗？计算机能思维吗？的的著名论文，明确提出了著名论文，明确提出了“机器能思维机器能思维”的观点。的观点。n 可见，在人工智能诞生之前，一些著名科学家就可见，在人工智能诞生之前，一些著名科学家就已经创立了数理逻辑、神经网络模型和控制论，并发已经创立了数理逻辑、神经网络模型和控制论，并发明了通用电子数字计算机。为人工智能的诞生准备了明了通用电子数字计算机。为人工智能的诞生准备了必要的思想、理论和物质技术条件。必要的思想、理论和物质技术条件。时间：时间：19561956年夏季年夏季发起人发起人:麻省理工学院的麦卡锡、明斯基，麻省理工学院的麦卡锡、明斯基，IBMIBM公司信息公司信息研究中心负责人洛

9、切斯特，贝尔实验室的香农。研究中心负责人洛切斯特，贝尔实验室的香农。参加人：参加人：IBMIBM公司的莫尔、塞缪尔，麻省理工学院的塞尔公司的莫尔、塞缪尔，麻省理工学院的塞尔夫里奇、索罗蒙夫，兰德公司的纽厄尔，卡内基夫里奇、索罗蒙夫，兰德公司的纽厄尔，卡内基大学的西蒙。大学的西蒙。地点：达特莫斯大学地点：达特莫斯大学目的：为使计算机变得更目的：为使计算机变得更“聪明聪明”，使计算机具有智，使计算机具有智能能会议结果：正式采用了会议结果：正式采用了“Artificial Intelligence”Artificial Intelligence”这一术语，标志了一个新学科的诞生。这一术语，标志了一个

10、新学科的诞生。在机器学习方面在机器学习方面 1956年，塞缪尔研制出具有自学习、自组织和自适年，塞缪尔研制出具有自学习、自组织和自适应能力的西洋跳棋程序。这个程序可以从棋谱中学习，应能力的西洋跳棋程序。这个程序可以从棋谱中学习，也可以在下棋过程中积累经验、提高棋艺。通过不断也可以在下棋过程中积累经验、提高棋艺。通过不断学习，该程序学习，该程序1959年击败了塞缪尔这个跳棋程序的设年击败了塞缪尔这个跳棋程序的设计者，计者，1962年又击败了一个州的冠军。年又击败了一个州的冠军。在问题求解方面在问题求解方面 1957年，纽厄尔和西蒙等人在总结了心理学试验的年，纽厄尔和西蒙等人在总结了心理学试验的基

11、础上。编制了通用问题求解基础上。编制了通用问题求解(General Problem Solving)程序。该程序当时可以解决程序。该程序当时可以解决11种不同类型的问种不同类型的问题，如不定积分、三角函数、代数方程、猴子摘香蕉、题，如不定积分、三角函数、代数方程、猴子摘香蕉、河内梵塔、人河内梵塔、人羊过河等羊过河等在专家系统方面在专家系统方面 1965年，美国斯坦福大学的费根鲍姆研究化年，美国斯坦福大学的费根鲍姆研究化学专家系统学专家系统DENDRAL。在人工智能语言方面在人工智能语言方面 1960年，麦卡锡研制了人工智能语言年，麦卡锡研制了人工智能语言LISP语言语言在博弈方面，在博弈方面，

12、塞缪尔的下棋程序在与世界冠军对弈时，塞缪尔的下棋程序在与世界冠军对弈时，5 5局败了局败了4 4局。局。在定理证明方面，在定理证明方面，发现鲁宾逊归结法的能力有限。当用发现鲁宾逊归结法的能力有限。当用归结原理证明两个连续函数之和还是连续函数时，推了归结原理证明两个连续函数之和还是连续函数时，推了1010万步也没证出结果。万步也没证出结果。在问题求解方面在问题求解方面,对于不良结构对于不良结构,会产生组合爆炸问题。会产生组合爆炸问题。在机器翻译方面，在机器翻译方面，发现并不那么简单，甚至会闹出笑话。发现并不那么简单，甚至会闹出笑话。例如，把例如，把“心有余而力不足心有余而力不足”的英语句子翻译成

13、俄语，的英语句子翻译成俄语，再再 翻译回来时竟变成了翻译回来时竟变成了“酒是好的，肉变质了酒是好的，肉变质了”在神经生理学方面在神经生理学方面,研究发现人脑有研究发现人脑有101011-1211-12以上的神经元，以上的神经元，在现有技术条件下用机器从结构上模拟人脑是根本不可在现有技术条件下用机器从结构上模拟人脑是根本不可能的。能的。在其它方面，在其它方面，人工智能也遇到了不少问题。在英国，剑人工智能也遇到了不少问题。在英国，剑桥大学的詹姆教授指责桥大学的詹姆教授指责“人工智能研究不是骗局，也是人工智能研究不是骗局，也是庸人自扰庸人自扰”。从此，形势急转直下，在全世界范围内人。从此，形势急转直

14、下，在全世界范围内人工智能研究陷入困境、落入低谷。工智能研究陷入困境、落入低谷。n 我国从我国从19781978年开始人工智能课题的研究，主要年开始人工智能课题的研究，主要在定理证明、汉语自然语言理解、机器人及专家系在定理证明、汉语自然语言理解、机器人及专家系统方面，并取得了一些初步成果。统方面，并取得了一些初步成果。n 19901990年，我国召开了第一届中国人工智能联合年，我国召开了第一届中国人工智能联合会，简称会，简称CJCICJCI，标志着我国人工智能的研究。，标志着我国人工智能的研究。n 目前，一个以人工智能为核心，以自然智能、目前，一个以人工智能为核心，以自然智能、人工智能、集成智

15、能为一体的新的智能科学技术学人工智能、集成智能为一体的新的智能科学技术学科正在逐步兴起，并引起了人们的极大关注。科正在逐步兴起，并引起了人们的极大关注。(1)机器感知机器感知 就是要让计算机具有类似于人的感知能力，如视就是要让计算机具有类似于人的感知能力，如视觉、听觉。觉、听觉。机器视觉（或叫计算机视觉）机器视觉（或叫计算机视觉）：就是给计算机：就是给计算机配上能看的视觉器官，如摄像机等，使它可以识配上能看的视觉器官，如摄像机等，使它可以识别并理解文字、图像、景物等别并理解文字、图像、景物等.机器听觉（或叫计算机听觉）机器听觉（或叫计算机听觉）：就是给计算配：就是给计算配上能听的听觉器官，如话

16、筒等，使计算机能够识上能听的听觉器官，如话筒等，使计算机能够识别并理解语言、声音等。别并理解语言、声音等。机器感知相当于智能系统的输入部分。机器感知相当于智能系统的输入部分。机器感知的专门的研究领域：计算机视觉、模机器感知的专门的研究领域：计算机视觉、模式识别、自然语言理解式识别、自然语言理解 月球自主车月球自主车(2)机器思维机器思维 让计算机能够对感知到的外界信息和自己让计算机能够对感知到的外界信息和自己产生的内部信息进行思维性加工产生的内部信息进行思维性加工知识的表知识的表达、组织、推理、各种启发式搜索及控制策达、组织、推理、各种启发式搜索及控制策略、神经网络。略、神经网络。(3)机器学

17、习机器学习 让计算机能够像人那样自动地获取新知识，让计算机能够像人那样自动地获取新知识，并在实践中不断地完善自我和增强能力。并在实践中不断地完善自我和增强能力。机器学习方法：机械学习、类比学习、归纳机器学习方法：机械学习、类比学习、归纳学习、发现学习、遗传学习和连接学习等学习、发现学习、遗传学习和连接学习等(4)机器行为机器行为 让计算机能够具有像人那样地行动和表达让计算机能够具有像人那样地行动和表达能力，如走、跑、拿、说、唱、写、画等。能力，如走、跑、拿、说、唱、写、画等。(5)智能系统与智能机器智能系统与智能机器 无论是人工智能的近期目标还是远期目标，无论是人工智能的近期目标还是远期目标，

18、都需要建立智能系统或构造智能机器都需要建立智能系统或构造智能机器 需要开展对系统模型、构造技术、构造工需要开展对系统模型、构造技术、构造工具及语言环境等研究具及语言环境等研究 专家系统是最活跃、最有成效的一个研究领域。主专家系统是最活跃、最有成效的一个研究领域。主要用在医疗诊断、地质勘探、化工、数学、军事等方面。要用在医疗诊断、地质勘探、化工、数学、军事等方面。专家系统是一种具有专家系统是一种具有特殊领域特殊领域内大量知识与经验的内大量知识与经验的程序系统，该系统存储有某个专门领域中经事先总结，程序系统，该系统存储有某个专门领域中经事先总结，并按某种格式表示的专家知识，以及拥有类似于专家解并按

19、某种格式表示的专家知识，以及拥有类似于专家解决实际问题的推理机制。系统能对输入信息进行处理，决实际问题的推理机制。系统能对输入信息进行处理，并运用知识进行推理，做出决策和判断，其解决问题的并运用知识进行推理，做出决策和判断，其解决问题的水平达到了专家的水准，起到专家的作用或称为专家的水平达到了专家的水准，起到专家的作用或称为专家的助手。助手。专家系统主要基于规则的演绎技术，开发专家系统的专家系统主要基于规则的演绎技术，开发专家系统的关键问题是知识的表示、应用和获取技术。关键问题是知识的表示、应用和获取技术。机器学习就是使计算机具有知识。使计算机具有知识一机器学习就是使计算机具有知识。使计算机具

20、有知识一般有两种方法：般有两种方法：1、人们把有关知识归纳、整理，用计算机可、人们把有关知识归纳、整理，用计算机可接受、处理接受、处理的方式输入到计算机中去。的方式输入到计算机中去。2、使计算机自身具有学习能力，向书本、老师、实践学、使计算机自身具有学习能力，向书本、老师、实践学习，自我完善。习，自我完善。我们称我们称2为机器学习。机器学习包含三方面研究为机器学习。机器学习包含三方面研究u 人类学习机理的研究人类学习机理的研究u 学习方法的研究学习方法的研究u 建立面向具体任务的学习系统建立面向具体任务的学习系统模式识别的概念：模式识别的概念：是指让计算机能够对给定的事务进行鉴是指让计算机能够

21、对给定的事务进行鉴别，并把它归入与其相同或相似的模式中。主要含视觉模别，并把它归入与其相同或相似的模式中。主要含视觉模式，听觉模式的识别。式，听觉模式的识别。被鉴别的事物可以是物理的、化学的、生理的，也可被鉴别的事物可以是物理的、化学的、生理的，也可以是文字、图像、声音等。以是文字、图像、声音等。模式：模式：对一个物体或某些感兴趣实体定量、结构的描述。对一个物体或某些感兴趣实体定量、结构的描述。模式类：模式类：具有某些共同属性的模式集合。具有某些共同属性的模式集合。模式识别的方法主要有：模式识别的方法主要有：统计模式识别统计模式识别 结构模式识别结构模式识别 模糊模式识别模糊模式识别 神经网络

22、模式识别神经网络模式识别概念：概念：主要研究如何使计算机能够理解和生成自然语言。主要研究如何使计算机能够理解和生成自然语言。理解的语言类型：理解的语言类型：声音语言、书面语言。声音语言、书面语言。主要步骤：主要步骤：语音分析、词法分析、句法分析、语音分析、词法分析、句法分析、语义分析、语用分析。语义分析、语用分析。自然语言理解的意义自然语言理解的意义 该研究不仅对智能人机接口有着重要的实际意义，而该研究不仅对智能人机接口有着重要的实际意义，而且对不确定人工智能的研究也具有重大的理论价值。且对不确定人工智能的研究也具有重大的理论价值。有学者指出：有学者指出：人工智能如果不能用自然语言作为其知识表

23、人工智能如果不能用自然语言作为其知识表示基础，建立起不确定人工智能的理论和方法，人工智示基础，建立起不确定人工智能的理论和方法，人工智能也就永远实现不了跨越的梦想。能也就永远实现不了跨越的梦想。n 自动定理证明念：实质是对前提自动定理证明念：实质是对前提P和结论和结论Q，证，证明明PQ的永真性，常采用反证法，这方面鲁宾逊的永真性，常采用反证法，这方面鲁宾逊（归结原理）和海伯伦是卓有成效的。（归结原理）和海伯伦是卓有成效的。n 对于一个数学定理，给出严格的数学证明，当对于一个数学定理，给出严格的数学证明，当然是一项需要很高智能的工作，他不但需要人们具然是一项需要很高智能的工作，他不但需要人们具有

24、很强的推理能力，而且需要人们有着深刻的洞察有很强的推理能力，而且需要人们有着深刻的洞察力，能够遇见出证明主要定理之前，应该先证明哪力，能够遇见出证明主要定理之前，应该先证明哪些引理，做好必要的准备，最后证明主要定理。些引理，做好必要的准备，最后证明主要定理。n 取得了一定的成果，如四色问题，医疗诊断，信取得了一定的成果，如四色问题，医疗诊断，信息检索。息检索。图图 用四种颜色标注不同的地区用四种颜色标注不同的地区四色定理的自动证明四色定理的自动证明对地图进行着色对地图进行着色,无论地图多大无论地图多大,地图上的国家有多少地图上的国家有多少,最最少用四种颜色就可以把相邻的两个不同的国家区分开来少

25、用四种颜色就可以把相邻的两个不同的国家区分开来钛钢合金制造，头部有全景摄像机，可以将现场的情形传钛钢合金制造，头部有全景摄像机，可以将现场的情形传送给指挥中心，摄像机还有探测功能，能寻找武器或灾难送给指挥中心，摄像机还有探测功能，能寻找武器或灾难的受害者，能拆除炸弹，扫除威胁。的受害者，能拆除炸弹，扫除威胁。4_8_23156http:/ww2010-06-010:35:41图：中国自tp0 0索尼索尼QRIO舞蹈表演舞蹈表演n在人工智能研究中，已经给计算机系统装上摄像输入在人工智能研究中，已经给计算机系统装上摄像输入以便能够以便能够“看到看到”周围的东西，或者装上话筒以便能周围的东西，或者装

26、上话筒以便能“听见听见”外界的声音。视觉和听觉都是感知问题，都外界的声音。视觉和听觉都是感知问题，都涉及到对复杂的问题进行处理，实验表明有效的处理涉及到对复杂的问题进行处理，实验表明有效的处理方法要求具有方法要求具有“理解理解”的能力，而理解则要求大量有的能力，而理解则要求大量有关感觉到的事物的许多基础知识。关感觉到的事物的许多基础知识。n在人类感知到的外界信息中，有在人类感知到的外界信息中，有90%以上是通过视以上是通过视觉和听觉得到的。觉和听觉得到的。n 人工神经网络：是一个用大量简单处理单元经广泛连人工神经网络：是一个用大量简单处理单元经广泛连接而组成的人工网络，用来模拟大脑神经网络的结

27、构和接而组成的人工网络，用来模拟大脑神经网络的结构和功能。功能。n19431943年神经心理学家麦克洛奇和数学家皮兹就提出了形年神经心理学家麦克洛奇和数学家皮兹就提出了形式神经元的数学模型（式神经元的数学模型（M-PM-P模型）模型）n19441944年赫布提出了改变神经元连续强度的年赫布提出了改变神经元连续强度的HebbHebb规则。规则。n8080年代霍普菲尔特提出了年代霍普菲尔特提出了HNNHNN模型。模型。n在动态系统的连接上神经网络用的特别多。在动态系统的连接上神经网络用的特别多。n 有许多实际的问题是属于确定有许多实际的问题是属于确定最佳调度最佳调度或或最佳组合最佳组合的问题。的问

28、题。n例如推销员的旅行问题，从例如推销员的旅行问题，从n个城市的某个城市出发，个城市的某个城市出发，每个城市只许访问一次，然后回到出发的城市，寻找一每个城市只许访问一次，然后回到出发的城市，寻找一条最小耗费的路径。条最小耗费的路径。n又如八皇后问题，任何一行，一列。一条对角线上最多又如八皇后问题，任何一行，一列。一条对角线上最多只能放一个皇后。只能放一个皇后。n目前采用的方法目前采用的方法NP完全性问题，所花的时间随着问完全性问题，所花的时间随着问题规模增大按指数方式增长。题规模增大按指数方式增长。第一届第一届DAI会议在会议在1980年。年。分布智能的概念：分布智能的概念：是研究在逻辑上或物

29、理上分散的智是研究在逻辑上或物理上分散的智能动作者如何协调其智能行为能动作者如何协调其智能行为(知识、技能和规划知识、技能和规划)，求解，求解单目标和多目标问题，为设计和建立大型复杂的智能系统单目标和多目标问题，为设计和建立大型复杂的智能系统或计算机支持协同工作或计算机支持协同工作(CSCW)提供有效途径。提供有效途径。分布智能的两个主要内容：分布智能的两个主要内容：分布式问题求解主要研究如何在多个合作者之间进行任分布式问题求解主要研究如何在多个合作者之间进行任务划分和问题求解，它一般是针对某一问题去创建一个能务划分和问题求解，它一般是针对某一问题去创建一个能够进行合作求解的协作群体；够进行合作求解的协作群体；多多Agent系统主要研究如何在一群自主的系统主要研究如何在一群自主的Agent之间进之间进行智能行为的协调，它不限于单一目标，可创建一个能够行智能行为的协调，它不限于单一目标，可创建一个能够共同处理单个目标或多个目标的智能群体。共同处理单个目标或多个目标的智能群体。