1、4/17/20221人工智能及其应用人工智能及其应用4/17/20222人工智能及其应用人工智能及其应用课程内容课程内容第第1讲讲 人工智能概述人工智能概述第第2讲讲 产生式系统及搜索方法产生式系统及搜索方法第第3讲讲 人工神经网络人工神经网络第第4讲讲 进化计算及人工生命进化计算及人工生命第第5讲讲 机器学习机器学习第第6讲讲 分类方法简介分类方法简介第第7讲讲 贝叶斯决策论贝叶斯决策论第第8讲讲 参数估计方法参数估计方法4/17/202234.Richard O.Duda, 李宏东等译李宏东等译.模式分类模式分类,机械工机械工业出版社业出版社. 2003.4/17/20224n考核方法考核
2、方法最后成绩最后成绩= =平时成绩平时成绩* *30%+30%+ 期末考试期末考试( (开卷开卷) )* *70%70%。4/17/202251. 前言前言智能智能2. 什么是人工智能？其在现代科学中的地位如什么是人工智能？其在现代科学中的地位如何？何？3. 人工智能的研究目标及其研究内容人工智能的研究目标及其研究内容 4. 人工智能研究的方法与发展过程人工智能研究的方法与发展过程 5. 人工智能与现代计算机科学技术人工智能与现代计算机科学技术 6. 人工智能应用领域及其分支学科人工智能应用领域及其分支学科 4/17/202261.1 什么是智能？什么是智能？n智能：智慧与能力。智能：智慧与能
3、力。n智商：感觉、去记、回忆、思维的能力。智商：感觉、去记、回忆、思维的能力。能商：语言、行为的能力。能商：语言、行为的能力。n情商：智商和能商发挥的程度。情商：智商和能商发挥的程度。1. 1. 前言前言智能智能4/17/202271.2 智能技术n智能手机（智能手机（Smart phone)：类似个人电脑。：类似个人电脑。4/17/20228n智能家居：智能家居：n利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关设施集成，自动控制技术、音视频技术将家居生活有关设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务管理系统。
4、构建高效的住宅设施与家庭日程事务管理系统。n目的：家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，环保目的：家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，环保节能节能4/17/20229n智能电视智能电视n像智能手机一样，具有全开放式平台，搭载像智能手机一样，具有全开放式平台，搭载了操作系统。了操作系统。n可以由用户自行安装和卸载软件、游戏等第可以由用户自行安装和卸载软件、游戏等第三方服务商提供的程序。三方服务商提供的程序。n通过程序来不断对彩电的功能进行扩充，并通过程序来不断对彩电的功能进行扩充，并可以通过网线、无线网络来实现上网冲浪。可以通过网线、无线网络来实现上网冲浪。 4/17/202210n智能电网智能电
5、网n使用先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制使用先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术。方法以及先进的决策支持系统技术。n实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全等目标。等目标。n提供高质量电能、容许各种不同发电形式的接入等。提供高质量电能、容许各种不同发电形式的接入等。4/17/202211n智能机器人智能机器人n具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，具备形形色色的内部信息传感器和外部信息传感器，如视觉、听觉、触觉、嗅觉。如视觉、听觉、触觉、嗅觉。n有效应器，能使手、脚
6、、长鼻子、触角等动起来。有效应器，能使手、脚、长鼻子、触角等动起来。n能分析出现的情况，完成相应的动作。能分析出现的情况，完成相应的动作。 4/17/202212n智能交通系统智能交通系统n集成了先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控集成了先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等。制技术及计算机技术等。n可以有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证可以有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率。交通安全、提高运输效率。 ETC不停车收费系统 4/17/202213n工程机械的智能化工程机械的智能化n使用智能技
7、术，使得工程机械在没有操作人员的参使用智能技术，使得工程机械在没有操作人员的参与的情况下能通过安装各种复杂的传感器获取环境与的情况下能通过安装各种复杂的传感器获取环境的信息，做出决策。的信息，做出决策。n智能化工程机械具有自我感知、自主决策、自动控智能化工程机械具有自我感知、自主决策、自动控制的功能，是智能机器人的一类。制的功能，是智能机器人的一类。n 国家国家863计划重计划重大专项：机群智能大专项：机群智能化工程机械化工程机械(三一重三一重工工)4/17/202214n人工智能，顾名思义，即人工智能，顾名思义，即。n人工智能，译自英文人工智能，译自英文Artificial Intellig
8、ence, 简称简称AI。 n从学科的角度去认识，从学科的角度去认识，AI是一门研究构造智能机是一门研究构造智能机器或实现机器智能的学科，是器或实现机器智能的学科，是2. 什么是人工智能？其在现代科学中什么是人工智能？其在现代科学中的地位如何？的地位如何？4/17/202215其他定义：其他定义：定义定义1 1 智能机器智能机器能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务的机器。定义定义2 2 人工智能人工智能( (学科学科) )人工智能(学科)是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。它的近期主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。定义定义3
9、 3 人工智能人工智能( (能力能力) )人工智能(能力)是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。4/17/2022164/17/202217n“Artificial Intelligence is the art of creating machines that perform functions that require intelligence performed by people.”n“ is the study of how to make computers do things at
10、 which, at the moment, people are better.”from The Age of Intelligence Machines, R. Kurzwell, MIT Press,1990. 4/17/202218机器是否具有智能？机器是否具有智能？4/17/202219那么，人工智能在现代科学中的那么，人工智能在现代科学中的地位如何呢？地位如何呢？ 实际上，实际上，AIAI是一个大学科，其特点可概括为：是一个大学科，其特点可概括为：人工智能从其诞生起，就一直是当代科学技术人工智能从其诞生起，就一直是当代科学技术的的；是一门新思想、新理论、新技术、新成就不断是一门新
11、思想、新理论、新技术、新成就不断涌现的涌现的。人工智能的研究，是在计算机科学、信息论、人工智能的研究，是在计算机科学、信息论、控制论、心理学、生理学、数学、物理学、化学、生物学、控制论、心理学、生理学、数学、物理学、化学、生物学、医学、哲学、语言学、社会学等多学科的基础上发展起来医学、哲学、语言学、社会学等多学科的基础上发展起来的。因此，它又是一门综合性极强的的。因此，它又是一门综合性极强的。 4/17/2022203. 及其研究内容及其研究内容n当前，正处于当前，正处于信息科学革命信息科学革命时代；时代；n与前三次工业革命的目标不同；与前三次工业革命的目标不同；（哪三次？哪三次？即即动力工业
12、革命、能源工动力工业革命、能源工业革命、电子工业革命业革命、电子工业革命）人工智能的研究目标是：人工智能的研究目标是：n不仅在于实现人的肢体功能、体力工具的替代与不仅在于实现人的肢体功能、体力工具的替代与延伸，而延伸，而。 4/17/202221与与4/17/202222其中，对照人类智能，则人工其中，对照人类智能，则人工智能研究的基本问题还有：智能研究的基本问题还有：n常识的表达与理解n情感的描述n感知能力4/17/202223例如，自然感知能力有：例如，自然感知能力有：n视觉n听觉n嗅觉n触觉4/17/202224n三种不同的认知观三种不同的认知观n符号主义（符号主义（Symbolicis
13、mSymbolicism）n连接主义（连接主义（ConnectionismConnectionism）n行为主义（行为主义（ActionismActionism）4/17/202225n又称逻辑主义、心理学派或计算机学派，可简又称逻辑主义、心理学派或计算机学派，可简称为逻辑派或功能派。称为逻辑派或功能派。n采用采用“黑盒黑盒”研究法。研究法。n认为认为AIAI源于数理逻辑。源于数理逻辑。n人类智能的基本单元是符号，认知过程是符人类智能的基本单元是符号，认知过程是符号表示下的符号运算。号表示下的符号运算。 4/17/202226 4/17/202227n存在局限性及可能解决的途径：存在局限性及可
14、能解决的途径：n 形式化方法对于非逻辑的推理过程，经验式模糊推形式化方法对于非逻辑的推理过程，经验式模糊推理，形象思维推理，往往难以用符号系统表示；理，形象思维推理，往往难以用符号系统表示；n 符号形式化方法的有效性取决于符号概念的精确性。符号形式化方法的有效性取决于符号概念的精确性。当把有关信息转换成符号化的推理机制时，将会丢失一当把有关信息转换成符号化的推理机制时，将会丢失一些重要的信息；些重要的信息；n 对于带有噪声的信息以及不完整的信息往往也难以对于带有噪声的信息以及不完整的信息往往也难以进行恰当的表达和处理。进行恰当的表达和处理。可采用互连技术的方法可采用互连技术的方法即结构派采用技
15、术思路，则具有很好的互补作用。即结构派采用技术思路，则具有很好的互补作用。 4/17/202228n又称仿生学派或生理学派，其原理主要为人工又称仿生学派或生理学派，其原理主要为人工神经元网络（神经元网络（Neural NetworkNeural Network）及神经网络间）及神经网络间的连接机制与学习算法。的连接机制与学习算法。n采用采用“白盒白盒”研究法；又称为研究法；又称为（Network ConnectionNetwork Connection）的技术研究方法。）的技术研究方法。n认为认为AIAI源于仿生学，特别是人脑模型的研究。源于仿生学，特别是人脑模型的研究。4/17/202229
16、代表性成果代表性成果4/17/202230n难以用因果分析关系解释其活动过程。而这恰恰是符难以用因果分析关系解释其活动过程。而这恰恰是符号化逻辑处理的优势，二者互补。号化逻辑处理的优势，二者互补。n其发展与展望是：随着进化计算（其发展与展望是：随着进化计算（ECEC）理论开拓和生）理论开拓和生物医学工程技术进步，尤其克隆技术的发展，前景十物医学工程技术进步，尤其克隆技术的发展，前景十分诱人。分诱人。 4/17/202231n又称进化主义或控制论学派，其原理为又称进化主义或控制论学派，其原理为控制论及控制论及- -控制系统控制系统。n认为认为AIAI源于控制论。源于控制论。n代表性成果代表性成果
17、4/17/202232n适应性强，难度较低，易于物理实现；适应性强，难度较低，易于物理实现；n行为模拟的行为模拟的“小前提小前提”思想思想即采用层次式处理手即采用层次式处理手法的逐个前提条件法的逐个前提条件“满足实现满足实现小有成功；再进行小有成功；再进行第二层次第二层次依次推进装置完善、成功。依次推进装置完善、成功。n直觉式感知模拟，便于实现经验式智能。直觉式感知模拟，便于实现经验式智能。n局限性：局限性：缺乏系统理论指导，必须加强规划决策指导缺乏系统理论指导，必须加强规划决策指导与体系结构分析。与体系结构分析。 4/17/202233n人工智能的三种研究方法：即人工智能的三种研究方法：即方
18、法、方法、方法和方法和方法。方法。 n为了寻求一种统一的为了寻求一种统一的AIAI理论体系，以涂序彦教理论体系，以涂序彦教授为代表的中国学者提出了一种广义智能信息授为代表的中国学者提出了一种广义智能信息系统论，其主要组成如下图所示。系统论，其主要组成如下图所示。 4/17/202234广 义广 义智 能智 能信 息信 息系 统系 统论论感知信息论感知信息论思维信息论思维信息论 行为信息论行为信息论智能普存论智能普存论智能层次论智能层次论智能进化论智能进化论感知系统论感知系统论思维系统论思维系统论行为系统论行为系统论涂序彦：涂序彦：广义智能信息系统论构成框架广义智能信息系统论构成框架 4/17/
19、2022355. 人工智能与现代计算机科学技术人工智能与现代计算机科学技术或者说或者说，是当代信息社会的大，是当代信息社会的大学科，是知识信息经济时代的主战场。学科，是知识信息经济时代的主战场。是现代计算机科学技术的主流方向，而是现代计算机科学技术的主流方向，而人工智能科学发展水平又与现代计算机科学技术人工智能科学发展水平又与现代计算机科学技术发展基础密切相关。因此，发展基础密切相关。因此，二者发展相辅相成二者发展相辅相成。则可否在现代计算机系统的环境下，通则可否在现代计算机系统的环境下，通过各种研究学习活动而获得呢？过各种研究学习活动而获得呢？4/17/2022365. 人工智能与现代计算机
20、科学技术人工智能与现代计算机科学技术是自然发生的，而是自然发生的，而需要人需要人类归纳综合各种智能发生规律，并变换为类归纳综合各种智能发生规律，并变换为来实现其来实现其指标，诸如指标，诸如智商智商水平、文化、素养水平、文化、素养和修德水准等，有人又把后者称为和修德水准等，有人又把后者称为情商情商。只能通过计算机的只能通过计算机的“计算计算”来实现。来实现。显然，这里的显然，这里的“计算计算”具有广义含意。具有广义含意。4/17/2022374/17/202238n结论：结论：实现人工智能的本质，就是让现代计算机完成某实现人工智能的本质，就是让现代计算机完成某种特定的计算。种特定的计算。n计算机
21、的计算粗略可分为简单计算和复杂计算两计算机的计算粗略可分为简单计算和复杂计算两类；而哪些计算可称为智能计算，则解释不一。类；而哪些计算可称为智能计算，则解释不一。诸如搜索、推理、分布式诸如搜索、推理、分布式AI计算、计算、神经计算、视觉计算、模式识别计算、遗传及其神经计算、视觉计算、模式识别计算、遗传及其进化计算等；另外还提出所谓进化计算等；另外还提出所谓情感计算情感计算等。等。n在复杂的机器计算中，人们曾经发展了网络计算、在复杂的机器计算中，人们曾经发展了网络计算、网格（网格（Grid）计算等。一种新的智能计算近年）计算等。一种新的智能计算近年来已经被提出，这就是来已经被提出，这就是普适计算
22、普适计算（Pervasive Computing）5. 人工智能与现代计算机科学技术人工智能与现代计算机科学技术4/17/202239n计算模式（计算模式（Computing ParadigmComputing Paradigm）对计算技术的发）对计算技术的发展有着至关重要的作用。展有着至关重要的作用。综观计算发展史，计算模式已综观计算发展史，计算模式已经历了经历了（Mainframe ComputingMainframe Computing）和）和（Desktop ComputingDesktop Computing）两个时代。）两个时代。n进入计算模式第三时代进入计算模式第三时代中中n各种
23、具有计算和联网能力的设备将变得像现在的水、电、纸、笔一样，各种具有计算和联网能力的设备将变得像现在的水、电、纸、笔一样，随手可得；随手可得；n人与计算机的关系将发生革命性的改变，变成一对多、一对数十甚至人与计算机的关系将发生革命性的改变，变成一对多、一对数十甚至数百，同时，计算机的使用者也将从必须具有一定计算机知识的人员数百，同时，计算机的使用者也将从必须具有一定计算机知识的人员普及到普通百姓。普及到普通百姓。n计算机不再局限于桌面，它将被嵌入到我们的工作、生活空间中，变计算机不再局限于桌面，它将被嵌入到我们的工作、生活空间中，变为手持或可穿戴的设备，甚至与我们日常生活中使用的各种器具融合为手
24、持或可穿戴的设备，甚至与我们日常生活中使用的各种器具融合在一起，从而使信息空间与物理空间融合一体。在一起，从而使信息空间与物理空间融合一体。4/17/202240带来的新课题、新机会带来的新课题、新机会4/17/202241 n专家系统专家系统ES (Expert System)n自然语言处理与理解自然语言处理与理解n机器感知、机器视觉和模式识别机器感知、机器视觉和模式识别 n智能机器人（智能机器人（Intelligent Robot） n机器定理证明（机器定理证明（Machine Theorem Proving) n智能软件工程（智能软件工程（Intelligent Software Eng
25、ineering） 4/17/202242 n智能决策支持系统智能决策支持系统n分布式人工智能及其多智能体系统分布式人工智能及其多智能体系统 n神经计算神经计算 n人工生命系统（人工生命系统（Artificial Live System） n脑科学和认知科学脑科学和认知科学 n普适计算（普适计算（Pervasive Computing）4/17/202243n19681968，FeigenbaumFeigenbaum，DENDRALDENDRAL，分析有机，分析有机化合物的分子结构化合物的分子结构n19721972 19761976，MYCINMYCIN，抗生素药物治疗，抗生素药物治疗n197
26、71977，知识工程，知识工程n19801980，专家系统和知识工程在全世界得，专家系统和知识工程在全世界得到迅速发展到迅速发展4/17/202244Deep Blue vs Kasparov 4/17/2022454/17/202246n图像处理图像处理n图像理解图像理解n机器人视觉机器人视觉n视觉计算视觉计算4/17/2022474/17/2022484/17/2022494/17/2022504/17/2022514/17/202252 Frame 10 Frame 20 Frame 30 Frame 404/17/202253Deformable template of eyelids
27、Optimized matching4/17/2022544/17/202255 n三维几何建模是工业设计与三维几何建模是工业设计与制造、文化影视产业等应用制造、文化影视产业等应用中不可或缺的核心技术中不可或缺的核心技术 n三维扫描技术的进步使大规三维扫描技术的进步使大规模复杂场景的建模成为可能模复杂场景的建模成为可能4/17/2022564/17/2022574/17/2022584/17/2022594/17/2022604/17/2022614/17/2022624/17/202263讨论n主题：主题：人工智能能否超过人类智能？n正方观点：正方观点：人工智能不会超过人类智能。n反方观点：反方观点：人工智能能够超过人类智能。
