1、第第8 8章章 人工智能人工智能8.1 8.1 人工智能人工智能概述概述8.1.1 8.1.1 人工智能的概念人工智能的概念u 人工智能基人工智能基本本概念概念 定义定义：人工智能是研究人类智能活动的规律，构造具有人工智能是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。8.1.2 8.1.2 人工智能人工智能发
2、展史发展史 第一阶段：发生第一阶段：发生在在19561956年之前年之前。只能制作一些简单的只能制作一些简单的物品来满足自身的需求物品来满足自身的需求。第二第二阶段，发生在阶段，发生在19561956年至年至19661966年之间年之间。出现了人工出现了人工智能的智能的第一次高潮第一次高潮期期。n开启了以计算机程序来模拟人类思维的道路开启了以计算机程序来模拟人类思维的道路；n建立建立了人工智能程序设计语言了人工智能程序设计语言LISPLISP；n出现的出现的大量大量专家系统专家系统。第三第三阶段，发生在阶段，发生在19671967年至八十年代初期年至八十年代初期。是人工智。是人工智能发展能发展
3、的的低谷低谷发展期发展期。人们被之前取得的成果冲昏了头脑，人们被之前取得的成果冲昏了头脑，低估了人工智能学科的发展低估了人工智能学科的发展难度难度，没有没有比上一时期更重要的比上一时期更重要的理论理论诞生诞生。8.1.2 8.1.2 人工智能人工智能发展史发展史 第四第四阶段，阶段，发生发生在八十年代中期至九十年代初期在八十年代中期至九十年代初期。这这是人工智能发展的是人工智能发展的第二次高潮第二次高潮期期。人工智能人工智能开始进入市场开始进入市场，在在市场中的优秀表现使得人们意识到了人工智能的广阔前景市场中的优秀表现使得人们意识到了人工智能的广阔前景。第五第五阶段，发生在九十年代之后阶段，发
4、生在九十年代之后。这是这是人工智能发人工智能发展的平稳期。展的平稳期。n网络环境下的网络环境下的分布式人工智能分布式人工智能；n人工神经网络人工神经网络研究研究。8.1.2 8.1.2 人工智能人工智能发展史发展史 智能机器人的新成果：智能机器人的新成果：u19971997年年5 5月月1111日，早晨日，早晨 4 4时时 5050分，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫，分，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫，在与一台名叫在与一台名叫“深蓝深蓝”的的IBMIBM超级计算机，经过六局规则比赛的超级计算机，经过六局规则比赛的对抗后，最终拱手称臣。这位号称人类最聪明的人，在前五局对抗后，最终拱手称臣。这位号称人类最
5、聪明的人，在前五局 2.5 2.5 对对 2.5 2.5 打平的情况下，第六盘决胜局中，仅仅走了打平的情况下，第六盘决胜局中，仅仅走了 1919步，步，就败给了就败给了“深蓝深蓝”。u由由20012001年年由弗拉基米尔由弗拉基米尔维西罗夫等在维西罗夫等在俄罗斯圣彼得堡共同俄罗斯圣彼得堡共同开发开发的的“尤金尤金古斯特曼古斯特曼”(Eugene”(Eugene GoostmanGoostman)，它模拟的是一个它模拟的是一个1313岁乌克兰男孩岁乌克兰男孩。20142014年年6 6月月7 7日是计算机科学之父阿兰日是计算机科学之父阿兰图灵图灵(Alan Turing)(Alan Turing
6、)逝世逝世6060周年纪念日。这一天，在英国皇家学会举周年纪念日。这一天，在英国皇家学会举行行的的“2014“2014图灵图灵测试测试”大会大会上，聊天上，聊天程序首次程序首次“通过通过”了了图灵图灵测测试试。8.1.3 8.1.3 人工智能领域发展状况人工智能领域发展状况 u20162016年年3 3月月谷歌人工智能谷歌人工智能AlphaGo 3.0AlphaGo 3.0与韩国棋手李世石今与韩国棋手李世石今日进行了第三场较量，最终日进行了第三场较量，最终AlphaGoAlphaGo战胜李世石，连续取得战胜李世石，连续取得三场胜利三场胜利。人工智能人工智能领域发展状况领域发展状况据据Ventu
7、re ScannerVenture Scanner统计统计：u人工智能人工智能 领域全球领域全球 投资总额投资总额8.1.3 8.1.3 人工智能领域发展状况人工智能领域发展状况u人工智能领域人工智能领域 全球风险投资全球风险投资 总额总额 预计预计20202020年全球人工智能市场规模超年全球人工智能市场规模超千亿千亿。8.1.3 8.1.3 人工智能领域发展状况人工智能领域发展状况 u我国人工智能的发展我国人工智能的发展 在在中国，中国，20162016年年5 5月发改委发布了月发改委发布了“互联网互联网+”+”人工智能三年行动实施方案人工智能三年行动实施方案，方案指出，到，方案指出，到2
8、0182018年，年，打造人工智能基础资源与创新平台，人工智能产业体系、打造人工智能基础资源与创新平台，人工智能产业体系、创新服务体系、标准化体系基本建立，基础核心技术有创新服务体系、标准化体系基本建立，基础核心技术有所突破，总体技术和产业发展与国际同步，应用及系统所突破，总体技术和产业发展与国际同步，应用及系统级技术局部领先级技术局部领先。中国政府中国政府也释放出强烈的信号，承诺在也释放出强烈的信号，承诺在20182018年之年之前投资前投资150150亿美元，来共同推动人工智能领域的发展。亿美元，来共同推动人工智能领域的发展。8.2 8.2 人工智能的应用人工智能的应用8.2.1 8.2.
9、1 机器人机器人u什么是机器人什么是机器人 机器人机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置或者叫是具有一些类似人的功能的机械电子装置或者叫自动化装置。自动化装置。机器人机器人有三个特点有三个特点：n有有类人的功能，比如说作业功能、感知功能、行走功能、还类人的功能，比如说作业功能、感知功能、行走功能、还能完成各种动作能完成各种动作；n根据根据人的编程能自动地工作人的编程能自动地工作；n它它可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象和工作的一可以编程，改变它的工作、动作、工作的对象和工作的一些要求。些要求。8.2.1 8.2.1 人工智能人工智能发展史发展史u以下三个基本特点可以用来判断一个机器人
10、是否是以下三个基本特点可以用来判断一个机器人是否是智能机智能机器人器人：n具有具有感知功能，即获取信息的功能。机器人通过感知功能，即获取信息的功能。机器人通过“感知感知”系统可以获取外界环境信息，如声音、光线、物体温度系统可以获取外界环境信息，如声音、光线、物体温度等。等。n具有具有思考功能，即加工处理信息的功能。机器人通过思考功能，即加工处理信息的功能。机器人通过“大脑大脑”系统进行思考，它的思考过程就是对各种信息系统进行思考，它的思考过程就是对各种信息进行加工、处理、决策的过程。进行加工、处理、决策的过程。n具有具有行动功能，即输出信息的功能。机器人通过行动功能，即输出信息的功能。机器人通
11、过“执行执行”系统（执行器）来完成工作，如行走、发声等。系统（执行器）来完成工作，如行走、发声等。8.2.1 8.2.1 人工智能发展史人工智能发展史u机器人发展机器人发展的三的三阶段阶段n第一第一代：代：也也叫示教再现型机器人，叫示教再现型机器人，它它是通过一个计算机，来是通过一个计算机，来控制多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作控制多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作动作。比如说汽车比如说
12、汽车的点焊的点焊机器人机器人。n第二代机器人，叫带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是第二代机器人，叫带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，在力觉、触觉、滑觉、视觉、听类似人在某种功能的感觉，在力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉。比如说在机器人觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉。比如说在机器人抓一个物体的时候，它能感觉出来实际力的大小，能够通过抓一个物体的时候，它能感觉出来实际力的大小，能够通过视觉去感受和识别物体的形状、大小、颜色。视觉去感受和识别物体的形状、大小、颜色。8.2.1 8.2.1 人工智能发展史人工智能发展史n第三代机器人，也是
13、我们机器人学中一个所追求的最高级的第三代机器人，也是我们机器人学中一个所追求的最高级的理想的阶段，叫智能机人。只要告诉它做什么，不用告诉它理想的阶段，叫智能机人。只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通信的这种功怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通信的这种功能和机能能和机能。u机器人的发展机器人的发展趋势趋势n类类人机器人。目前，机器人正在进行人机器人。目前，机器人正在进行“类人机器人类人机器人”的高级的高级发展阶段，无论从相貌到功能还是从思维能力和创造能力方发展阶段，无论从相貌到功能还是从思维能力和创造能力方面，都向人类面，都向人类“进化进化”，甚至在某些
14、方面大大超过，甚至在某些方面大大超过人类人类，如，如计算能力和特异功能等计算能力和特异功能等。n生化机器人。人类的终极形态将是生化机器人。未来的人类生化机器人。人类的终极形态将是生化机器人。未来的人类和机器人的界限将逐渐消失，人类将拥有机器人一样强壮的和机器人的界限将逐渐消失，人类将拥有机器人一样强壮的身体，机器人将拥有人类一样聪明的大脑。身体，机器人将拥有人类一样聪明的大脑。8.2.1 8.2.1 人工智能发展史人工智能发展史n纳微机器人。微机器人作为人们探索微观世界的技术装备纳微机器人。微机器人作为人们探索微观世界的技术装备,在微机械零件装配、在微机械零件装配、MEMSMEMS（micro
15、-electro-mechanical micro-electro-mechanical systemssystems）的组装和封装、生物工程、微外科手术、光纤耦）的组装和封装、生物工程、微外科手术、光纤耦合作业、超精密加工及测量等方面具有广阔的应用前景合作业、超精密加工及测量等方面具有广阔的应用前景和研和研究究价值价值。8.2.2 8.2.2 决策支持系统决策支持系统u决策支持系统概述决策支持系统概述 决策支持系统决策支持系统（decision support systemdecision support system，DSS)DSS)是辅助决策是辅助决策者通过数据、模型和知识，以人机交互方
16、式进行半结构化或非结者通过数据、模型和知识，以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统构化决策的计算机应用系统。u决策支持系统决策支持系统的发展的发展过程过程n2020世纪世纪7070年代决策支持系统概念被提出以来年代决策支持系统概念被提出以来，19801980年年SpragueSprague提出提出了决策支持系统三部件（对话部件、数据部件、模型部件）了决策支持系统三部件（对话部件、数据部件、模型部件）结构结构，决策支持系统决策支持系统已经得到很大的发展已经得到很大的发展。n2020世纪世纪8080年代末年代末9090年代初，决策支持系统开始与年代初，决策支持系统开始与专家系统相
17、专家系统相结合，结合，形成形成智能决策支持系统。智能决策支持系统。n2020世纪世纪9090年代年代中期中期，把数据仓库、联机分析处理、数据挖掘、模把数据仓库、联机分析处理、数据挖掘、模型库、数据库、知识库结合起来形成的型库、数据库、知识库结合起来形成的决策支持系统决策支持系统。8.2.3 8.2.3 专家系统专家系统u专家系统专家系统概述概述 专家系统专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模
18、拟人类专家的决策过程，以的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题。便解决那些需要人类专家处理的复杂问题。u发展发展历史历史n第一代第一代专家系统专家系统。以以高度专业化、求解专门问题的能力强为高度专业化、求解专门问题的能力强为特点特点。n第二代专家系统（第二代专家系统（mycinmycin、casnetcasnet、prospectorprospector、hearsayhearsay等）属单学科专业型、应用型系统，其体系结构较完整，移等）属单学科专业型、应用型系统，其体系结构较完整，移植性方面也有所改善，而且在系统的人机接口、解释机制、植性
19、方面也有所改善，而且在系统的人机接口、解释机制、知识获取技术、不确定推理技术、增强专家系统的知识表示知识获取技术、不确定推理技术、增强专家系统的知识表示和推理方法的启发性、通用性等方面都有所改进。和推理方法的启发性、通用性等方面都有所改进。8.2.3 8.2.3 专家系统专家系统n第三代专家系统属多学科综合型系统，采用多种人工智能语第三代专家系统属多学科综合型系统，采用多种人工智能语言，综合采用各种知识表示方法和多种推理机制及控制策略，言，综合采用各种知识表示方法和多种推理机制及控制策略，并开始运用各种知识工程语言、骨架系统及专家系统开发工并开始运用各种知识工程语言、骨架系统及专家系统开发工具
20、和环境来研制大型综合专家系统。具和环境来研制大型综合专家系统。n第四代第四代专家系统采用专家系统采用大型多专家协作系统、多种知识表示、大型多专家协作系统、多种知识表示、综合知识库、自组织解题机制、多学科协同解题与并行推理、综合知识库、自组织解题机制、多学科协同解题与并行推理、专家系统工具与环境、人工神经网络知识获取及学习机制等专家系统工具与环境、人工神经网络知识获取及学习机制等最新人工智能技术来最新人工智能技术来实现实现。8.2.3 8.2.3 专家系统专家系统u专家系统的基本结构专家系统的基本结构n专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机
21、、解释器、综合数据库、知识获取等综合数据库、知识获取等6 6个部分构成。个部分构成。8.2.4 8.2.4 机器翻译机器翻译u机器翻译机器翻译概述概述 机器翻译又称为自动翻译，是利用计算机把一种自然机器翻译又称为自动翻译，是利用计算机把一种自然源语言转变为另一种自然目标语言的过程，一般指自然语言源语言转变为另一种自然目标语言的过程，一般指自然语言之间句子和全文的翻译。之间句子和全文的翻译。u发展历史发展历史 机器翻译机器翻译经历了如下经历了如下4个个阶段阶段：n开创开创期（期（1947-19641947-1964）。19541954年，美国乔治敦大学年，美国乔治敦大学（georgetown u
22、niversitygeorgetown university）在）在IBMIBM公司协同下，用公司协同下，用IBM-701IBM-701计算机首次完成了英俄机器翻译试验计算机首次完成了英俄机器翻译试验。n受挫受挫期（期（1964-19751964-1975）。19661966年年1111月月美国科学院美国科学院语言自动处语言自动处理咨询委员会理咨询委员会公布公布了一个题为语言与机器的报告了一个题为语言与机器的报告（ALPACALPAC报告），该报告全面否定了机器翻译的可行性，并报告），该报告全面否定了机器翻译的可行性，并建议停止对机器翻译项目的资金支持。建议停止对机器翻译项目的资金支持。8.2
23、.4 8.2.4 机器翻译机器翻译n恢复期（恢复期（1975-19891975-1989）。计算机硬件技术的大幅度提高以及计算机硬件技术的大幅度提高以及人工智能在自然语言处理上的应用，从技术层面推动了机器人工智能在自然语言处理上的应用，从技术层面推动了机器翻译研究的翻译研究的复苏复苏。2020世纪世纪8080年代中期以后，我国的机器翻译年代中期以后，我国的机器翻译研究发展进一步加快，首先研制成功了研究发展进一步加快，首先研制成功了KY-1KY-1和和MT/EC863MT/EC863两两个英汉机译个英汉机译系统。系统。n新时期（新时期（1990-1990-现在现在）。随着随着InternetIn
24、ternet的普遍应用，世界经的普遍应用，世界经济一体化进程的加速以及国际社会交流的日渐频繁，传统的济一体化进程的加速以及国际社会交流的日渐频繁，传统的人工作业的方式已经远远不能满足迅猛增长的翻译需求，人工作业的方式已经远远不能满足迅猛增长的翻译需求，对对于于机器翻译的需求空前增长，机器翻译迎来了一个新的发展机器翻译的需求空前增长，机器翻译迎来了一个新的发展机遇机遇。中国也取得了前所未有的成就，相继推出了一系列机中国也取得了前所未有的成就，相继推出了一系列机器翻译软件，例如器翻译软件，例如“译星译星”、“雅信雅信”、“通译通译”、“华建华建”等等。8.2.5 8.2.5 机器学习机器学习u机器
25、学习概述机器学习概述 机器学习机器学习（Machine LearningMachine Learning）是研究计算机怎样模拟）是研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能已有的知识结构使之不断改善自身的性能。u发展历史发展历史 机器学习机器学习是人工智能研究较为年轻的分支，它的发展是人工智能研究较为年轻的分支，它的发展过程大体上可分为过程大体上可分为4 4个时期。第一阶段是在个时期。第一阶段是在2020世纪世纪5050年代中年代中叶到叶到6060年代中叶，属于机器学习的热烈时期
26、。第二阶段是在年代中叶，属于机器学习的热烈时期。第二阶段是在2020世纪世纪6060年代中叶至年代中叶至7070年代中叶，被称为机器学习的冷静时年代中叶，被称为机器学习的冷静时期。第三阶段是从期。第三阶段是从2020世纪世纪7070年代中叶至年代中叶至8080年代中叶，称为复年代中叶，称为复兴时期。机器学习的最新阶段始于兴时期。机器学习的最新阶段始于19861986年年。8.2.6 8.2.6 模式识别模式识别u模式识别模式识别概述概述 模式识别模式识别是指对表征事物或现象的各种形式的（数值是指对表征事物或现象的各种形式的（数值的、文字的和逻辑关系的）信息进行处理和分析，以对事物的、文字的和逻辑关系的）信息进行处理和分析，以对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程，是信息科学和或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程，是信息科学和人工智能的重要组成部分人工智能的重要组成部分。u模式识别的模式识别的应用应用n文字文字识别识别n语音识别语音识别n图像图像识别识别n医学诊断医学诊断本章小结 总总 结结u人工智能的概念人工智能的概念u人工智能人工智能的应用的应用
