1、Artificial Intelligence(AI)人工智能第一章：绪论第一章：绪论关于课程必修课，计算机类学科基础课 463离散数学、程序设计基础、数据结构 蔡自兴蔡自兴,徐光祐徐光祐 主编.人工智能及其应人工智能及其应用用.北京：清华大学出版社，2010年5月第四版.史忠植史忠植主编.高级人工智能高级人工智能.北京：科学出版社，2011.关于课程 成绩评定方法：成绩评定方法：期末考试平时成绩 考试方式：考试方式：闭卷 各教学环节占总分的比例各教学环节占总分的比例 期末考试占考试成绩的80%平时成绩占20%。内容提要1.1.人工智能的定义与发展人工智能的定义与发展2.2.人工智能的各种认知
2、观人工智能的各种认知观3.3.人类智能与人工智能人类智能与人工智能4.4.人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域5.5.课程概要课程概要内容提要1.1.人工智能的定义与发展人工智能的定义与发展2.2.人工智能的各种认知观人工智能的各种认知观3.3.人类智能与人工智能人类智能与人工智能4.4.人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域5.5.课程概要课程概要人工智能的定义与发展机械化机械化自动化自动化现代工业（计算机化）现代工业（计算机化）信息化信息化过度信息化？过度信息化？脑力劳动的自动化？脑力劳动的自动化？人工智能人工智能人工智能的定义与发展Computer:High per
3、formance Low intelligenceScientific American，2005虹鳉鱼虹鳉鱼人工智能的定义与发展什么是智能？什么是智能？智能的特征？智能的特征？什么是人工智能？什么是人工智能？图灵测试图灵测试人工智能的起源与发展人工智能的起源与发展什么是智能？模仿，理解，学习，思维，推理，行为模仿，理解，学习，思维，推理，行为思维理论：思维理论：思维是智能的核心。通过对思维是智能的核心。通过对思维规律与思维思维规律与思维方法的研究方法的研究可望揭示智能的本质。可望揭示智能的本质。知识阈值理论：知识阈值理论：智能行为取决于智能行为取决于知识的数量及其一般化知识的数量及其一般化的
4、程度的程度。智能就是在巨大的知识空间中迅速找到一个。智能就是在巨大的知识空间中迅速找到一个满意解的能力满意解的能力进化理论：进化理论：MIT布鲁克（布鲁克（R.A.Brook）教授认为）教授认为对外界对外界事物的感知能力、对动态环境的适应能力事物的感知能力、对动态环境的适应能力是智能的重要是智能的重要基础和组成部分。基础和组成部分。什么是智能？智能是知识与智力的总和智能是知识与智力的总和知识是智能行为的基础知识是智能行为的基础智力是获取知识、运用知识的能力，它来自于人脑的智力是获取知识、运用知识的能力，它来自于人脑的思维活动思维活动对外界事物的感知能力是智能的重要基础及组成部分对外界事物的感知
5、能力是智能的重要基础及组成部分 两大难题之一：宇宙起源、人脑奥秘两大难题之一：宇宙起源、人脑奥秘 目前对人脑奥秘知之甚少目前对人脑奥秘知之甚少智能的特征？具有感知能力（系统输入）具有感知能力（系统输入）:机器视觉，机器听觉，图像机器视觉，机器听觉，图像语音识别语音识别具有记忆与思维能力：具有记忆与思维能力：思维是智能的根本原因，思维是思维是智能的根本原因，思维是一个动态的过程。思维分为：逻辑思维，形象思维和顿一个动态的过程。思维分为：逻辑思维，形象思维和顿悟思维。悟思维。具有学习能力及自适应能力：具有学习能力及自适应能力：适应环境的变换、积累经适应环境的变换、积累经验的能力验的能力 具有行为能
6、力（系统输出）：具有行为能力（系统输出）：对外界的智能化反应对外界的智能化反应什么是人工智能？形式化定义：形式化定义：目前还没有。因为人工智能的严目前还没有。因为人工智能的严格定义依赖于对智能的定义，而智能本身也还格定义依赖于对智能的定义，而智能本身也还无严格定义。无严格定义。一般解释：一般解释：人工智能就是用人工智能就是用人工人工的方法在的方法在机器机器（计算机）（计算机）上实现的智能，或称上实现的智能，或称机器智能机器智能 人工智能学科：人工智能学科：从学科的角度来说，人工智能从学科的角度来说，人工智能是一门研究如何是一门研究如何构造智能机器或智能系统构造智能机器或智能系统，使，使之能模拟
7、、延伸、扩展人类智能的学科之能模拟、延伸、扩展人类智能的学科 人工智能能力：人工智能能力：从智能能力的角度来说，人工从智能能力的角度来说，人工智能是智能机器所执行的通常智能是智能机器所执行的通常与人类智能有关与人类智能有关的智能行为的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。问题求解等思维活动。什么是人工智能？人工智能是那些与人的思维、决策、问题求解人工智能是那些与人的思维、决策、问题求解和学习等有关活动的自动化（和学习等有关活动的自动化（Bellman,1978）人工
8、智能是一种使计算机能够思维，使机器具人工智能是一种使计算机能够思维，使机器具有智力的激动人心的新尝试（有智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985）人工智能是用计算模型研究智力行为（人工智能是用计算模型研究智力行为（Charniak和和McDermott,1985）人工智能是一种能够执行需要人的智能的创造人工智能是一种能够执行需要人的智能的创造性机器的技术（性机器的技术（Kurzwell,1990）人工智能是一门通过计算过程力图理解和模仿人工智能是一门通过计算过程力图理解和模仿智能行为的学科（智能行为的学科（Schalkoff,1990）什么是人工智能？人工智能研究如何使计算机做事让
9、人过得更好人工智能研究如何使计算机做事让人过得更好（Rick和和Knight,1991）人工智能是研究那些使理解、推理和行为成为人工智能是研究那些使理解、推理和行为成为可能的计算（可能的计算（Winston,1992）人工智能是计算机科学中与智能行为的自动化人工智能是计算机科学中与智能行为的自动化有关的一个分支（有关的一个分支（Luger和和Stubblefield,1993）图灵测试Turing测试：测试：1950年图灵提年图灵提出了著名的出了著名的“图灵测试图灵测试”，一种测试机器是不是具备人一种测试机器是不是具备人类智能的方法。类智能的方法。图灵测试的问题：图灵测试的问题：p 问：你会下
10、国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？p 答：是的。答：是的。p 问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？p 答：是的。答：是的。p 问：请再次回答，你会下国问：请再次回答，你会下国际象棋吗？际象棋吗？p 答：是的。答：是的。测试主持人测试主持人被测机器被测机器被测人被测人30%成功欺骗？成功欺骗？笨机器！笨机器！图灵测试图灵测试的问题：图灵测试的问题：p 问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？p 答：是的。答：是的。p 问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？p 答：是的，我不是已经说过答：是的，我不是已经说过了吗？了吗？p 问：请再次回答，你会下国问：请再次回答，你会下国际象棋吗
11、？际象棋吗？p 答：你烦不烦，干嘛老提同答：你烦不烦，干嘛老提同样的问题。样的问题。测试主持人测试主持人被测机器被测机器被测人被测人30%成功欺骗？成功欺骗？图灵测试Turing测试存在的问题测试存在的问题“图灵测试图灵测试”没有规定问没有规定问题的范围和提问的标准题的范围和提问的标准 仅反映了结果的比较，无仅反映了结果的比较，无涉及思维过程涉及思维过程 没指出是什么人没指出是什么人 争论：争论：通过了图灵检验的通过了图灵检验的电脑就具备思维能力了么电脑就具备思维能力了么？希尔勒的中文屋子：希尔勒的中文屋子：若问若问题是用中文而不是用英文？题是用中文而不是用英文？测试主持人测试主持人被测机器被
12、测机器被测人被测人30%成功欺骗？成功欺骗？人工智能的起源与发展 50多年来，人工智能走过了一条起伏和曲多年来，人工智能走过了一条起伏和曲折的发展道路。回顾历史，可以按照不同折的发展道路。回顾历史，可以按照不同时期的主要特征，将其产生与发展过程分时期的主要特征，将其产生与发展过程分为为5个阶段。个阶段。1.孕育期（孕育期（1956年以前）年以前）2.形成期（形成期（1956-1970年）年）3.暗淡期（暗淡期（1966-1974年）年）4.知识应用期（知识应用期（1970-1988年）年）5.集成发展期（集成发展期（1986年以来）年以来）我国古代先人对智能机器的遐想我国古代先人对智能机器的遐
13、想和创造和创造三千多年前的古代机器人：三千多年前的古代机器人：据据列列子子汤问汤问记载，传说周穆王在西记载，传说周穆王在西巡途中，遇到一位名叫偃师的能工巡途中，遇到一位名叫偃师的能工巧匠。偃师献上一个会歌舞表演的巧匠。偃师献上一个会歌舞表演的“假倡假倡”，“钡（抑）其颐则歌钡（抑）其颐则歌合律，捧其手则舞应节，千变万化，合律，捧其手则舞应节，千变万化，惟意所适惟意所适”。两千多年前的侦察机：两千多年前的侦察机：据据墨墨子子鲁问鲁问记载，记载，“公输子（鲁班）公输子（鲁班）削竹木以为鹊削竹木以为鹊”，“三日不下三日不下”。他还造了能载人的大木鸢，在战争他还造了能载人的大木鸢，在战争中担任侦查的任
14、务。中担任侦查的任务。指南车：指南车：东汉张衡东汉张衡木牛流马：木牛流马：鲁班？诸葛亮？鲁班？诸葛亮？人工智能的起源与发展亚里士多德（亚里士多德（Aristotle，公元前，公元前384-322）：）：古希古希腊伟大的哲学家和思想家，创立了演绎法。他提出的三段论至今仍然是腊伟大的哲学家和思想家，创立了演绎法。他提出的三段论至今仍然是演绎推理的最基本出发点。演绎推理的最基本出发点。弗兰西斯弗兰西斯培根（培根（F.Bacon 1561-1626）：）：英国哲学英国哲学家、作家和科学家，系统地提出了归納法，成为和亚里士多德的演绎法家、作家和科学家，系统地提出了归納法，成为和亚里士多德的演绎法相辅相成
15、的思维法则。相辅相成的思维法则。莱布尼茨莱布尼茨(G.W.Leibnitz，1646-1716)：德国数学家和德国数学家和哲学家把形式逻辑符号化，奠定了数理逻辑的基础。从而能够对人的思哲学家把形式逻辑符号化，奠定了数理逻辑的基础。从而能够对人的思维进行运算和推理。维进行运算和推理。布尔（布尔（Boole,1815-1864）:英国数学家、逻辑学家。实现英国数学家、逻辑学家。实现了莱布尼茨的思维符号化和数学化的思想，提出了一种崭新的代数系了莱布尼茨的思维符号化和数学化的思想，提出了一种崭新的代数系统统布尔代数。布尔代数。人工智能的起源与发展图灵图灵(A.M.Turing，1912-1954)：英
16、国数学家，英国数学家，1936年创立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。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。莫克利莫克利(J.W.Mauchly，1907-1980)：美国数学家、电子美国数学家、电子数字计算机的先驱，与他的研究生埃克特数字计算机的先驱，与他的研究生埃克特(J.P.Eckert)合作，合作，1946年研制成年研制成功了世界上第一台通用电子计算机功了世界上第一台通用电子计算机ENIAC。麦克洛奇麦克洛奇(W.McCulloch)和皮兹和皮兹(W.Pitts)：美国神经美国神经生理学家，于生理学家，于1943年建成了第一个年建成了第
17、一个神经网络模型神经网络模型(MP模型模型)，还提出适当，还提出适当的的网络能够学习网络能够学习。香侬香侬(C.E.Shannon，1916-2001):美国数学家，美国数学家，1948年发表了年发表了通讯的通讯的数学理论数学理论，代表，代表信息论信息论的诞生的诞生 维纳维纳(N.Wiener，1874-1956)：美国著名数学家、控制论创始人。美国著名数学家、控制论创始人。1948年创立了年创立了控制论控制论。控制论。控制论研究系统的信息变换和控制过程研究系统的信息变换和控制过程，为人工智能的为人工智能的行为主义学派行为主义学派的形成奠定了基础。的形成奠定了基础。人工智能的起源与发展 在人工
18、智能诞生之前，一些著名科学家就已经创立了为人工智能的在人工智能诞生之前，一些著名科学家就已经创立了为人工智能的诞生奠定重要的思想、理论基础和技术条件的学科和研究成果：诞生奠定重要的思想、理论基础和技术条件的学科和研究成果：数理逻辑数理逻辑 控制论控制论 计算理论计算理论 神经网络模型神经网络模型 电子数字计算机电子数字计算机人工智能的起源与发展AI诞生于一次历史性的聚会：诞生于一次历史性的聚会：麦卡锡正式使用麦卡锡正式使用“AI”的术语的术语时间地点：时间地点：1956年夏，美国达特莫斯年夏，美国达特莫斯(Dartmouth)大学，大学，历时两个月历时两个月发起人：发起人：麦卡锡麦卡锡(J.M
19、cCarthy):数学家、计算机专家数学家、计算机专家 明斯基明斯基(M.L.Minsky):哈佛大学数学家、神经学家哈佛大学数学家、神经学家 洛切斯特洛切斯特(N.Lochester):IBM公司信息中心负责人公司信息中心负责人 香农香农(C.E.Shannon):贝尔实验室信息部数学家和信息学家贝尔实验室信息部数学家和信息学家邀请参加：邀请参加：莫尔莫尔(T.more)、塞缪尔、塞缪尔(A.L.Samuel):IBM公司公司 塞尔夫里奇塞尔夫里奇(O.Selfridge)、索罗蒙夫、索罗蒙夫(R.Solomonff):MIT 纽厄尔纽厄尔(A.Newell):兰德兰德(RAND)公司，美国
20、公司，美国 西蒙西蒙(H.A.Simon):卡内基梅隆（卡内基梅隆（CMU）大学）大学AI的创始人们计算机科学理论的创始人计算机科学理论的创始人1912年出生于英国伦敦，年出生于英国伦敦，1954年去世，享年年去世，享年42岁岁1936年发表论文年发表论文“论可计算论可计算数及其在判定问题中的应数及其在判定问题中的应用用”，提出图灵机理论，提出图灵机理论1950年发表论文年发表论文“计算机与计算机与智能智能”，阐述了计算机可以，阐述了计算机可以具有智能的想法，提出图灵具有智能的想法，提出图灵测试测试1966年为纪念图灵的杰出贡年为纪念图灵的杰出贡献，献，ACM设立图灵奖设立图灵奖图灵图灵（Al
21、an Turing）AI的创始人们麦卡锡麦卡锡(J.McCarthy)p首次提出人工智首次提出人工智能的概念能的概念p发明发明剪枝算剪枝算法法p提出人工智能语提出人工智能语言言Lispp提出情景演算理提出情景演算理 论论明斯基明斯基(M.L.Minsky)p提出思维如何萌发并提出思维如何萌发并形成的基本理论形成的基本理论p建造第一个神经网络建造第一个神经网络模拟器，学习如何穿过模拟器，学习如何穿过迷宫迷宫p最早提出最早提出agent的概念的概念p提出知识表示的框架提出知识表示的框架理论理论西蒙西蒙(H.A.Simon)p符号主义学派的符号主义学派的创始人之一创始人之一p开创了机器定理开创了机器
22、定理证明的学科领域证明的学科领域p最早的最早的AI语言语言IPLp开发了开发了“通用问通用问题求解系统题求解系统”GPS纽厄尔纽厄尔(A.Newell)p符号主义学派的创符号主义学派的创始人之一始人之一p西蒙的学生与同事西蒙的学生与同事p1975年与西蒙同获年与西蒙同获图灵奖图灵奖人工智能的起源与发展心理学小组心理学小组 1957年，西蒙和纽厄尔等人的心理学小组研制了一个称为逻辑年，西蒙和纽厄尔等人的心理学小组研制了一个称为逻辑理论机理论机(Logic Theory Machine，简称，简称LT)的的数学定理证明数学定理证明程序。程序。1960年研制了通用问题求解年研制了通用问题求解(Gen
23、eral Problem Solving)程序。程序。该该程序的设计是从模仿人类问题求解的规程开始的，不依赖于具程序的设计是从模仿人类问题求解的规程开始的，不依赖于具体领域体领域。在它能处理的有限类别的问题中，它显示出程序决定。在它能处理的有限类别的问题中，它显示出程序决定的子目标及可能采取的行动的次序，与人类求解同样问题是类的子目标及可能采取的行动的次序，与人类求解同样问题是类似的。因此，似的。因此，GPS是第一个实现了是第一个实现了“像人一样思考像人一样思考”方法的程方法的程序序。人工智能的起源与发展IBM工程小组工程小组 1956年，塞缪尔在年，塞缪尔在IBM704计算机上研制成功了具有
24、计算机上研制成功了具有自学习、自自学习、自组织和自适应组织和自适应能力的能力的西洋跳棋西洋跳棋程序。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。高棋艺。通过不断学习，该程序通过不断学习，该程序1959年击败了塞缪尔本人年击败了塞缪尔本人 1962年又击败了一个州的冠军。年又击败了一个州的冠军。MIT小组小组 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。人工智能的起源与发展其他开创性贡献其他开创性贡献 1958年，美籍华人数理逻辑学家王浩在年，美籍华人数理逻辑学家王浩在IBM-740计
25、算机上仅用计算机上仅用了了3-5分钟就证明了分钟就证明了数学原理数学原理命题演算全部命题演算全部 220 条定理条定理。1965年，鲁宾逊年，鲁宾逊(J.A.Robinson)提出了归结（消解）原理。提出了归结（消解）原理。1965年，费根鲍姆年，费根鲍姆(E.A.Feigenbaum)开始研究化学专家系统开始研究化学专家系统DENDRAL，用于质谱仪分析有机化合物的分子结构。，用于质谱仪分析有机化合物的分子结构。1969年召开了第一届国际人工智能联合会议年召开了第一届国际人工智能联合会议（International Joint Conference on AI，IJCAI），标志着人工智能作
26、为一门独立学科），标志着人工智能作为一门独立学科登上了国际学术舞台。此后登上了国际学术舞台。此后IJCAI每两年召开每两年召开一次。一次。1970年年International Journal of AI创刊。创刊。人工智能的起源与发展失败的预言给人工智能的声誉造成重大伤害失败的预言给人工智能的声誉造成重大伤害 60年代初，西蒙预言：年代初，西蒙预言：10年内计算机将成为世界冠军、将证明年内计算机将成为世界冠军、将证明一个未发现的数学定理、将能谱写出具有优秀作曲家水平的乐一个未发现的数学定理、将能谱写出具有优秀作曲家水平的乐曲、大多数心理学理论将在计算机上形成。曲、大多数心理学理论将在计算机上
27、形成。挫折和困境挫折和困境 在博弈方面：在博弈方面：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局败局败了了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。当用归结原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，推了理证明两个连续函数之和还是连续函数时，推了10万步也没证万步也没证出结果。出结果。人工智能的起源与发展 在问题求解方面：在问题求解方面：对于不良结构，会产生组合爆炸问题。对于不良结构，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。例如，发现并不那么简单，甚至会闹
28、出笑话。例如，把把“心有余而力不足心有余而力不足”的英语句子翻译成俄语，再翻译回来时竟的英语句子翻译成俄语，再翻译回来时竟变成了变成了“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1011-12以上的神经元，在以上的神经元，在现有技术条件下用机器从结构上模拟人脑是根本不可能的。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。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，剑桥大学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的詹姆教授指责“人工智能研究不是骗局，也是庸人自扰人工智能研究不是骗局，也是庸人自扰”。从
29、此，形势急转直下，在全世界范围内人工智能研究陷入困境、从此，形势急转直下，在全世界范围内人工智能研究陷入困境、落入低谷。落入低谷。人工智能的起源与发展Minsky的批评的批评 1969年年 M.Minsky 和和 S.Papert 在在感知机感知机一书中指出了感知一书中指出了感知机无法解决异或（机无法解决异或（XOR）问题的缺陷，并表示出对这方面研究）问题的缺陷，并表示出对这方面研究的悲观态度，使得神经网络的研究从兴起期进入了停滞期。的悲观态度，使得神经网络的研究从兴起期进入了停滞期。该批评对人工智能的发展造成了重要的影响该批评对人工智能的发展造成了重要的影响-在以后的二十年，感知机的研究方向
30、被忽视在以后的二十年，感知机的研究方向被忽视-基于符号的知识表示成为主流基于符号的知识表示成为主流-基于逻辑的推理成为主要研究方向基于逻辑的推理成为主要研究方向人工智能的起源与发展当时的人工智能存在三个方面的局限性当时的人工智能存在三个方面的局限性 知识局限性：知识局限性：早期开发的人工智能程序中包含了太少的主题知早期开发的人工智能程序中包含了太少的主题知识，甚至没有知识，而且只采用简单的句法处理。识，甚至没有知识，而且只采用简单的句法处理。解法局限性：解法局限性：求解方法和步骤的局限性使得设计的人工智能程求解方法和步骤的局限性使得设计的人工智能程序在实际上无法求得问题的解答，或者只能得到简单
31、问题的解序在实际上无法求得问题的解答，或者只能得到简单问题的解答，而这种简单问题并不需要人工智能的参与。答，而这种简单问题并不需要人工智能的参与。结构局限性：结构局限性：用于产生智能行为的人工智能系统或程序在一些用于产生智能行为的人工智能系统或程序在一些基本结构上严重局限，如没有考虑不良结构，无法处理组合爆基本结构上严重局限，如没有考虑不良结构，无法处理组合爆炸问题，因而只能用于解决比较简单的问题，影响到人工智能炸问题，因而只能用于解决比较简单的问题，影响到人工智能系统的推广应用。系统的推广应用。人工智能的起源与发展以知识为中心的研究：以知识为中心的研究：专家系统专家系统实现了人工智能从理论实
32、现了人工智能从理论研究走向实际应用，从一般思维研究走向实际应用，从一般思维规律探讨走向专门知识运用的重规律探讨走向专门知识运用的重大突破，是大突破，是AI发展史上的一次重发展史上的一次重要转折。要转折。1972年，年，费根鲍姆费根鲍姆开始研究开始研究MYCIN医疗专家系统，并于医疗专家系统，并于1976年研制成年研制成功。从应用角度看，它能协助内科医生诊断细菌感染疾病，并提供最佳功。从应用角度看，它能协助内科医生诊断细菌感染疾病，并提供最佳处方。从技术角度看，他解决了知识表示、不精确推理、搜索策略、人处方。从技术角度看，他解决了知识表示、不精确推理、搜索策略、人机联系、知识获取及专家系统基本结
33、构等一系列重大技术问题。机联系、知识获取及专家系统基本结构等一系列重大技术问题。这一时期，与专家系统同时发展的重要领域还有这一时期，与专家系统同时发展的重要领域还有计算机视觉计算机视觉和和机器人机器人，自然语言理解与机器翻译自然语言理解与机器翻译等。等。费根鲍姆费根鲍姆（E.A.Feigenbaum）人工智能的起源与发展 整个整个20世纪世纪80年代，专家系统和知识工程在全世界得到了迅速年代，专家系统和知识工程在全世界得到了迅速发展。专家系统为企业等用户赢得了巨大的经济效益。发展。专家系统为企业等用户赢得了巨大的经济效益。在开发专家系统过程中，许多研究者获得共识，即人工智能系在开发专家系统过程
34、中，许多研究者获得共识，即人工智能系统是一个知识处理系统，而统是一个知识处理系统，而知识表示、知识利用和知识获取则知识表示、知识利用和知识获取则成为人工智能系统的三大基本问题成为人工智能系统的三大基本问题。新的问题：新的问题：专家系统本身所存在的应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识专家系统本身所存在的应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识获取困难、推理方法单一、没有分布式功能、不能访问现存数获取困难、推理方法单一、没有分布式功能、不能访问现存数据库等问题被逐渐暴露出来。据库等问题被逐渐暴露出来。人工智能的起源与发展 神经网络的复兴：神经网络的复兴：-1982年，年，Hopfield模型提出。模型提出
35、。1984年，年，J.Hopfield设计研制了设计研制了Hopfield网的电路，较网的电路，较好地解决了著名的好地解决了著名的TSP问题，引起了较大的问题，引起了较大的轰动。轰动。-1986年，年，Rumelhart,Hinton 提出多层感知提出多层感知机与反向传播机与反向传播(BP)学习算法，该方法克服了学习算法，该方法克服了感知器非线性不可分类问题，给神经网络研感知器非线性不可分类问题，给神经网络研究带来了新的希望。究带来了新的希望。美国加州理工学院美国加州理工学院物理学家物理学家J.J.Hopfield教授教授人工智能的起源与发展1995年，年，Vapnik提出提出Support
36、Vector Machine（SVM）。）。1997年年5月月11日，由日，由IBM研制的超级计算机研制的超级计算机“深蓝深蓝”首次击败首次击败了国际象棋特级大师卡了国际象棋特级大师卡斯帕洛夫斯帕洛夫。2000年，中国科学院计算所开发出知识发年，中国科学院计算所开发出知识发现系统现系统MSMiner。该系统是一种多策略知。该系统是一种多策略知识发现平台，能够提供快捷有效的数据挖识发现平台，能够提供快捷有效的数据挖掘解决方案，提供多种知识发现方法。掘解决方案，提供多种知识发现方法。2011年，年，IBM超级电脑超级电脑“沃森沃森”亮相美国亮相美国最受欢迎的智力竞赛节目最受欢迎的智力竞赛节目危险边
37、缘危险边缘战战胜该节目两位最成功的选手。胜该节目两位最成功的选手。人工智能的起源与发展 机器学习，计算智能，人工神经网络，模糊逻辑，粗集理论，多机器学习，计算智能，人工神经网络，模糊逻辑，粗集理论，多智能体系统和行为主义等研究深入开展，不时形成高潮智能体系统和行为主义等研究深入开展，不时形成高潮 随着人工神经网络的再度兴起和布鲁克（随着人工神经网络的再度兴起和布鲁克（R.A.Brooks）的六足机）的六足机器虫的出现，人工智能研究形成了符号主义、连接主义和行为主器虫的出现，人工智能研究形成了符号主义、连接主义和行为主义三大学派。义三大学派。随着研究和应用的深入，人们又逐步认识到，三个学派各有所
38、长，随着研究和应用的深入，人们又逐步认识到，三个学派各有所长，各有所短，应相互结合、取长补短，综合集成。各有所短，应相互结合、取长补短，综合集成。内容提要1.1.人工智能的定义与发展人工智能的定义与发展2.2.人工智能的各种认知观人工智能的各种认知观3.3.人类智能与人工智能人类智能与人工智能4.4.人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域5.5.课程概要课程概要Artificial Intelligence(AI)人工智能第一章：绪论第一章：绪论内容提要1.1.人工智能的定义与发展人工智能的定义与发展2.2.人工智能的各种认知观人工智能的各种认知观3.3.人类智能与人工智能人类智能与
39、人工智能4.4.人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域5.5.课程概要课程概要人工智能的各种认知观符号主义（符号主义（Symbolicism）:基于物理符号系统假设和有基于物理符号系统假设和有限合理性原理限合理性原理连接主义（连接主义（Connectionism）:基于神经网络及其间的连基于神经网络及其间的连接机制与学习算法接机制与学习算法行为主义（行为主义（Actionism）:基于控制论及感知基于控制论及感知动作型控动作型控制系统制系统机制主义（机制主义（mechanism）：）：结构（连接）主义、功能结构（连接）主义、功能（符号）主义、行为主义的和谐统一（符号）主义、行为主义的
40、和谐统一 人工智能的各种认知观又称为又称为逻辑主义逻辑主义、心里学派心里学派、计算机学派计算机学派符号主义观点认为：符号主义观点认为：智能的基础是知识，其智能的基础是知识，其核核心是知识表示和知识推理心是知识表示和知识推理；知识可用符号表示，；知识可用符号表示，也可用符号进行推理，因而可以建立基于知识也可用符号进行推理，因而可以建立基于知识的人类智能和机器智能的统一的理论体系。的人类智能和机器智能的统一的理论体系。代表人物：代表人物：西蒙，纽厄尔等西蒙，纽厄尔等代表性成果：代表性成果：1957年，西蒙、纽厄尔等人研制年，西蒙、纽厄尔等人研制的称为逻辑理论机的称为逻辑理论机(Logic Theo
41、ry Machine，LT)的数学定理证明程序。的数学定理证明程序。人工智能的各种认知观又称为又称为仿生学派仿生学派、生理学派生理学派连接主义观点认为：连接主义观点认为：思维的基元是神经元，而不思维的基元是神经元，而不是符号；是符号；思维过程是神经元的联结活动过程，思维过程是神经元的联结活动过程，而不是符号运算过程而不是符号运算过程；反对符号主义关于物理；反对符号主义关于物理符号系统的假设。符号系统的假设。代表人物：代表人物：明斯基明斯基代表性成果：代表性成果：1943年麦克洛奇和皮兹创立的神年麦克洛奇和皮兹创立的神经网络模型经网络模型MP模型模型人工智能的各种认知观又称为又称为进化主义进化主
42、义，控制论学派控制论学派行为主义观点认为：行为主义观点认为：智能取决于感知和行动，智能取决于感知和行动，提出了智能行为的提出了智能行为的“感知感知动作动作”模型；智能模型；智能不需要知识、不需要表示、不需要推理；不需要知识、不需要表示、不需要推理；人工人工智能可以像人类智能那样逐步进化。智能可以像人类智能那样逐步进化。布鲁克基于布鲁克基于控制论控制论提出了无需知识表示的智能、提出了无需知识表示的智能、无需推理的智能无需推理的智能。他认为智能只是在与环境的他认为智能只是在与环境的交互作用中表现出来，在许多方面是行为心理交互作用中表现出来，在许多方面是行为心理学观点在现代人工智能中的反映。学观点在
43、现代人工智能中的反映。代表人物：代表人物：布鲁克布鲁克代表性成果：代表性成果：布鲁克研制的机器虫布鲁克研制的机器虫人工智能的各种认知观钟义信：钟义信：北京邮电大学教授，曾任中国北京邮电大学教授，曾任中国人工智能学会理事长人工智能学会理事长机制主义是结构（连接）主义、功能机制主义是结构（连接）主义、功能（符号）主义和行为主义的和谐统一（符号）主义和行为主义的和谐统一智能活动的过程：智能活动的过程：任务给定任务给定-信息获取信息获取-知识提炼知识提炼-策略生成策略生成-策略执行策略执行-反馈优化反馈优化智能生成的机制智能生成的机制：信息信息-知识知识-智能的转换智能的转换由于采用的知识类型不同，神
44、经网络（结构模拟，经验知由于采用的知识类型不同，神经网络（结构模拟，经验知识）、专家系统（功能模拟，规范知识）、感知识）、专家系统（功能模拟，规范知识）、感知-动作系统动作系统（行为模拟，常识知识）分别是机制主义方法的特例。（行为模拟，常识知识）分别是机制主义方法的特例。内容提要1.1.人工智能的定义与发展人工智能的定义与发展2.2.人工智能的各种认知观人工智能的各种认知观3.3.人类智能与人工智能人类智能与人工智能4.4.人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域5.5.课程概要课程概要人类智能与人工智能神经系统神经系统视觉、听觉、视觉、听觉、触觉触觉智能思维和智智能思维和智能决策能决
45、策物理符号系统物理符号系统计算机博弈、计算机博弈、定理证明、语定理证明、语言翻译言翻译计算机程序设计算机程序设计语言计语言神经计算机、神经计算机、量子计算机量子计算机人类智能与人工智能p输入符号输入符号InputInput；p输出符号输出符号OutputOutput；p存储符号存储符号StorageStorage；p复制符号复制符号CopyCopy；p建立符号结构：通过找出各个符号之间的关系，在符建立符号结构：通过找出各个符号之间的关系，在符号系统中形成一种结构，即：符号结构（号系统中形成一种结构，即：符号结构（Symbol Symbol StructureStructure）；）；p条件性迁
46、移（条件性迁移（Conditional transformationConditional transformation）：根据）：根据已有符号，完成活动过程，即某种形式的推理过程已有符号，完成活动过程，即某种形式的推理过程人类智能与人工智能任何一个系统，如果它能表现出智能，那么它任何一个系统，如果它能表现出智能，那么它就必定能够执行上述就必定能够执行上述6 6种功能。反之，任何系种功能。反之，任何系统如果具有这统如果具有这6 6种功能，那么它就能够表现出种功能，那么它就能够表现出智能；这种智能指的是人类所具有的那种智能。智能；这种智能指的是人类所具有的那种智能。把这个假设称为物理符号系统的假
47、设。把这个假设称为物理符号系统的假设。推论一：推论一：既然人具有智能，那么他（她）一定既然人具有智能，那么他（她）一定是一个物理符号系统。是一个物理符号系统。推论二：推论二：既然计算机是一个物理符号系统，它既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智能。就一定能够表现出智能。推论三：推论三：既然人是一个物理符号系统，计算机既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么就能够用计算机也是一个物理符号系统，那么就能够用计算机来模拟人的活动。来模拟人的活动。内容提要1.1.人工智能的定义与发展人工智能的定义与发展2.2.人工智能的各种认知观人工智能的各种认知观3.3.人类智能与人工
48、智能人类智能与人工智能4.4.人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域5.5.课程概要课程概要人工智能的研究与应用领域人工智能研究的目标人工智能研究的目标人工智能研究的基本内容人工智能研究的基本内容人工智能研究的主要方法人工智能研究的主要方法人工智能的争论人工智能的争论人工智能的发展方向人工智能的发展方向人工智能应用领域人工智能应用领域人工智能研究的目标揭示人类智能的根本机理，用智能机器去模拟、揭示人类智能的根本机理，用智能机器去模拟、延伸和扩展人类的智能延伸和扩展人类的智能涉及到脑科学、认知科学、计算机科学、系统涉及到脑科学、认知科学、计算机科学、系统科学、控制论等多种学科，并依赖于
49、它们的共科学、控制论等多种学科，并依赖于它们的共同发展同发展研究如何使现有的计算机更聪明，即使它能够研究如何使现有的计算机更聪明，即使它能够运用知识去处理问题，能够模拟人类的智能行运用知识去处理问题，能够模拟人类的智能行为为远期目标为近期目标指明了方向远期目标为近期目标指明了方向近期目标则为远期目标奠定了理论和技术基础近期目标则为远期目标奠定了理论和技术基础 相互关系相互关系人工智能研究的基本内容1、认知建模、认知建模p认知：认知：可一般地认为是和情感、动机、意志相对应的理智或认识过程，可一般地认为是和情感、动机、意志相对应的理智或认识过程，或者是为了一定的目的，在一定的心理结构中进行的信息加
50、工过程。或者是为了一定的目的，在一定的心理结构中进行的信息加工过程。p美国心理学家浩斯顿美国心理学家浩斯顿(Houston)等人把认知归纳为以下等人把认知归纳为以下5种主要类型：种主要类型：(1)认知是信息的处理过程；认知是信息的处理过程；(2)认知是心理上的符号运算；认知是心理上的符号运算；(3)认知是问题求解；认知是问题求解；(4)认知是思维；认知是思维；(5)认知是一组相关的活动，如知觉、记忆、思维、判断、推理、认知是一组相关的活动，如知觉、记忆、思维、判断、推理、问题求解、学习、想象、概念形成及语言使用等。问题求解、学习、想象、概念形成及语言使用等。人工智能研究的基本内容2、知识表示：
