1、1智能科学技术导论智能科学技术导论wansenw126 13611098166王万森王万森中国人工智能学会秘书长、教育工作委员会主任中国人工智能学会秘书长、教育工作委员会主任2导论课程教学说明导论课程教学说明课程性质：课程性质：智能科学与技术本科专业入门引导课程智能科学与技术本科专业入门引导课程主要内容：主要内容：智能科学技术学科的概念、架构、体系智能科学技术学科的概念、架构、体系 智能科学技术专业的知识结构、课程体系、培养目标、学习方法智能科学技术专业的知识结构、课程体系、培养目标、学习方法 智能科学技术学科的生命科学基础、技术科学基础智能科学技术学科的生命科学基础、技术科学基础 智能科学技
2、术的科学和社会价值，以及其发展与前沿智能科学技术的科学和社会价值，以及其发展与前沿教学要求教学要求 了解智能科学技术学科，认识智能科学技术专业，了解智能科学技了解智能科学技术学科，认识智能科学技术专业，了解智能科学技术的生命科学和技术科学基础，认识智能科学技术对科技、经济、社会术的生命科学和技术科学基础，认识智能科学技术对科技、经济、社会发展的作用，为以后的学习和成长奠定基础。发展的作用，为以后的学习和成长奠定基础。教材：教材：钟义信等编著，钟义信等编著，智能科学技术导论智能科学技术导论，北京邮电大学出版社，北京邮电大学出版社，20192019年年参考书参考书 脑科学、认知科学、人工智能、机器
3、人、计算机技术、控制科学等脑科学、认知科学、人工智能、机器人、计算机技术、控制科学等 3导论课程的章内容导论课程的章内容第第1 1章章 智能科学技术概述智能科学技术概述第第2 2章章 智能科学技术专业和学科教育智能科学技术专业和学科教育第第3 3章章 智能科学技术的脑科学基础智能科学技术的脑科学基础第第4 4章章 智能科学技术的认知科学基础智能科学技术的认知科学基础第第5 5章章 智能科学技术的技术学科基础智能科学技术的技术学科基础第第6 6章章 智能科学技术与科技进步和社会发展智能科学技术与科技进步和社会发展第第7 7章章 智能科学技术的前沿与机遇智能科学技术的前沿与机遇第第8 8章章 我国
4、科学家对智能科学技术的贡献我国科学家对智能科学技术的贡献4第第1章章智能科学技术概述智能科学技术概述1.1 智能和机器智能智能和机器智能1.2 智能科学技术学科智能科学技术学科1.3 科学技术的发展规律科学技术的发展规律1.4 智能科学技术的模型智能科学技术的模型1.5 智能科学技术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域5这些人是谁？这些人是谁？你是怎样识别的？你是怎样识别的？机器会怎样识别？机器会怎样识别？差别在哪？差别在哪？智能是什么？智能是什么？1.1 1.1 智能和机器智能智能和机器智能-习以为常的智能习以为常的智能6智能智能(自然智能自然智能)问题：问题：1 1、人是怎样思考问题的
5、？例如：树上还有几只鸟？（常识推理）、人是怎样思考问题的？例如：树上还有几只鸟？（常识推理）2 2、人是怎样横穿马路的？（常识推理和逻辑问题的形象处理）、人是怎样横穿马路的？（常识推理和逻辑问题的形象处理）3 3、人是怎样识别景物的？例如：小孩的妈妈是谁？（形象思维）、人是怎样识别景物的？例如：小孩的妈妈是谁？（形象思维）4 4、人是怎样实现感知、学习、思维等的？（神经系统的心智活动）、人是怎样实现感知、学习、思维等的？（神经系统的心智活动）5 5、人是怎样产生情绪、情感的？（神经系统的心理过程）、人是怎样产生情绪、情感的？（神经系统的心理过程）智能所包含的能力智能所包含的能力 感知、学习、思
6、维、行为？感知、学习、思维、行为？情感、情绪、意志？情感、情绪、意志？智能的载体：智能的载体：1.1 1.1 智能和机器智能智能和机器智能-智能的现象智能的现象71.1 1.1 智能和机器智能智能和机器智能-自己心中的智能自己心中的智能讨论：讨论：人类智能都包括哪些？人类智能都包括哪些？感知、学习、思维、行为？感知、学习、思维、行为？情感、情绪、意志情感、情绪、意志（个体自觉地确定目的，支配自（个体自觉地确定目的，支配自己的行动，克服困难以实现预定目的的心理过程）己的行动，克服困难以实现预定目的的心理过程）、动机、动机（发动指引和维持个体活动的内在心理过程）（发动指引和维持个体活动的内在心理过
7、程）？动物有没有智能？动物有没有智能？听觉、视觉、记忆、行为？听觉、视觉、记忆、行为？机器有没有智能？机器有没有智能？听觉、视觉、记忆、思维、行为？听觉、视觉、记忆、思维、行为？你在社会中看见或知道哪些智能现象？你在社会中看见或知道哪些智能现象？智能机器人、智能家电、智能交通、智能家居智能机器人、智能家电、智能交通、智能家居?8人类人类高等动物高等动物动物动物植物植物无机物无机物1.1 1.1 智能和机器智能智能和机器智能-智能等级和智能空间智能等级和智能空间91.1 1.1 智能和机器智能智能和机器智能-人类智能人类智能人类智能（即自然智能，简称智能）人类智能（即自然智能，简称智能）人类在认
8、识客观世界中，由思维过程和脑力活动所表现出的综合能力。人类在认识客观世界中，由思维过程和脑力活动所表现出的综合能力。人类智能基础人类智能基础 脑和神经系统，人脑脑和神经系统，人脑1011-12 量级的神经元，分布并行工作量级的神经元，分布并行工作人类智能的层次：人类智能的层次：高层智能：高层智能：以大脑皮层（抑制中枢）为主，主要完成记忆、思维等以大脑皮层（抑制中枢）为主，主要完成记忆、思维等 中层智能：中层智能：以丘脑（感觉中枢）为主，主要完成感知活动。以丘脑（感觉中枢）为主，主要完成感知活动。低层智能：低层智能：以小脑、脊髓为主，主要完成动作反应活动。以小脑、脊髓为主，主要完成动作反应活动。
9、智能包含的能力：智能包含的能力：感知：感知：通过感知器官感知外界的能力通过感知器官感知外界的能力 记忆：记忆：对外界信息和内部知识的存储过程对外界信息和内部知识的存储过程 思维：思维：对已存储信息或知识的本质属性、内部知识的认识过程对已存储信息或知识的本质属性、内部知识的认识过程 包括：逻辑思维，形象思维，灵感思维包括：逻辑思维，形象思维，灵感思维 学习：学习：是一个具有特定目的的知识获取过程是一个具有特定目的的知识获取过程 自适应：自适应：是一种通过自我调节适应外界环境的过程是一种通过自我调节适应外界环境的过程 行为：行为：是人们对感知到的外界信息作出动作反应的能力是人们对感知到的外界信息作
10、出动作反应的能力101.1 1.1 智能和机器智能智能和机器智能-机器智能机器智能测试主持人测试主持人被测机器被测机器被测人被测人小于小于50%？Turing测试测试1120+21+22+263 1019/3109 3109 秒秒 1 世纪世纪=264 1 1019国际象棋高级棋手的一局：国际象棋高级棋手的一局：平均每人走平均每人走40步（两人共步（两人共80步）步）每步平均每步平均35种可能走法。种可能走法。共有共有 3580 10123 可能种走法可能种走法10123/3109 310114 秒秒 10104 世纪世纪NP问题！问题！1.1 1.1 智能和机器智能智能和机器智能-机器计算与
11、机器智能机器计算与机器智能12 功能模拟方式亦称为符号主义、逻功能模拟方式亦称为符号主义、逻辑主义等。辑主义等。其目的是要构造能够模拟人类大脑其目的是要构造能够模拟人类大脑功能的智能系统。功能的智能系统。相当于相当于“鸟飞鸟飞”。这种观点认为人类认知的基元是符这种观点认为人类认知的基元是符号，认知过程是符号表示上的一种运算。号，认知过程是符号表示上的一种运算。智能的基础是知识，其核心是知识智能的基础是知识，其核心是知识表示和知识推理。表示和知识推理。知识可用符号表示，也可用符号进知识可用符号表示，也可用符号进行推理，因而可以建立基于知识的人类行推理，因而可以建立基于知识的人类智能和机器智能的统
12、一的理论体系。智能和机器智能的统一的理论体系。鸟会飞鸟会飞飞机也会飞飞机也会飞1.1 1.1 智能和机器智能智能和机器智能-模拟方法（功能模拟）模拟方法（功能模拟）13 结构模拟方式亦称为连接主义学派、仿结构模拟方式亦称为连接主义学派、仿生学派。生学派。其目的是要模拟人类的大脑结构，其目的是要模拟人类的大脑结构，构构造人造的神经网络系统。造人造的神经网络系统。相当于相当于“飞鸟飞鸟”这种观点认为，这种观点认为，AI起源于仿生学，特别是起源于仿生学，特别是人脑模型，人类认知的基元是神经元，认人脑模型，人类认知的基元是神经元，认知过程是神经元的连接活动过程知过程是神经元的连接活动过程 思维的基元是
13、神经元，而不是符号。思维的基元是神经元，而不是符号。思维过程是神经元的联结活动过程，而思维过程是神经元的联结活动过程，而不是符号运算过程；反对符号主义关于物不是符号运算过程；反对符号主义关于物理符号系统的假设。理符号系统的假设。人类神经网络人类神经网络人工神经网路人工神经网路1.1 1.1 智能和机器智能智能和机器智能-模拟方法（结构模拟）模拟方法（结构模拟）14 行为模拟方式亦称进化主义、控制论学派。行为模拟方式亦称进化主义、控制论学派。这种观点认为，人工智能起源于控制论，智能取决于感知和行为，取决这种观点认为，人工智能起源于控制论，智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境的适应，而不是推
14、理。于对外界复杂环境的适应，而不是推理。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；智能不需要知识、不需要表示、模型；智能不需要知识、不需要表示、不需要推理；人工智能可以像人类智能那样逐步进化。不需要推理；人工智能可以像人类智能那样逐步进化。1.1 1.1 智能和机器智能智能和机器智能-行为模拟行为模拟15自然界的生物是怎样进化的？自然界的生物是怎样进化的？进化计算：进化计算：是一种模拟自然界生物进化过程与机制的智能模拟方式。它以是一种模拟自然界生物进化过程与机制的智能模拟方式。它以达尔文进化论的达尔文进化论的“物竟天择、适者生存物竟天择、适者生存”作为算法的进化规则，并结合孟德
15、作为算法的进化规则，并结合孟德尔的遗传变异理论，将生物进化过程中的繁殖、变异、竞争和选择引入到了尔的遗传变异理论，将生物进化过程中的繁殖、变异、竞争和选择引入到了算法中。典型代表是遗传算法，其基本操作包括选择、杂交、变异，逐代进算法中。典型代表是遗传算法，其基本操作包括选择、杂交、变异，逐代进化，直到满足目标为止。化，直到满足目标为止。人是怎样处理模糊信息的？人是怎样处理模糊信息的？模糊计算：模糊计算：是通过对人类处理模糊现象的认知能力的认识，用模糊集合和是通过对人类处理模糊现象的认知能力的认识，用模糊集合和模糊逻辑去模拟人类的智能行为的。模糊是指那种因没有严格边界划分而无模糊逻辑去模拟人类的
16、智能行为的。模糊是指那种因没有严格边界划分而无法精确刻画的现象。例如，法精确刻画的现象。例如，“大大”、“小小”、“多多”、“少少”等。等。人是怎样相处的？人是怎样相处的？分布智能：它由多个自主分布智能：它由多个自主Agent组成，其中每个组成，其中每个Agent都可以自主运行和自都可以自主运行和自主交互，以和谐共处。主交互，以和谐共处。动物是怎样捕食的？动物是怎样捕食的？粒群计算：粒群计算：起源于对鸟群捕食行为的模拟。起源于对鸟群捕食行为的模拟。模拟鸟群捕食运动模式。模拟鸟群捕食运动模式。蚁群算法：蚁群算法：起源于对蚁群行为的研究，模拟蚁群智能寻优能力。起源于对蚁群行为的研究，模拟蚁群智能寻
17、优能力。1.1 1.1 智能和机器智能智能和机器智能-模拟方法（仿生模拟）模拟方法（仿生模拟）16第一章第一章智能科学技术概述智能科学技术概述1.1 智能和机器智能智能和机器智能1.2 智能科学技术学科智能科学技术学科1.3 科学技术的发展规律科学技术的发展规律1.4 智能科学技术的模型智能科学技术的模型1.5 智能科学技术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域17概括地讲：概括地讲：智能科学技术是研究智能现象及其运动规律的科学技术智能科学技术是研究智能现象及其运动规律的科学技术严格地讲：严格地讲：智能科学技术是研究智能的本质和研究扩展人类智力功智能科学技术是研究智能的本质和研究扩展人类智力
18、功能的原理和方法的科学技术能的原理和方法的科学技术1.2 1.2 智能科学技术学科智能科学技术学科-何谓智能科学技术何谓智能科学技术主要研究对象主要研究对象 智能的机理和功能，智能模拟的方法和技术智能的机理和功能，智能模拟的方法和技术181.2 1.2 智能科学技术学科智能科学技术学科-智能科学的学科位置智能科学的学科位置自然自然科学科学社会社会科学科学哲学哲学数学数学交叉学科交叉学科信息科学信息科学脑科学脑科学系统科学系统科学智能科学智能科学基础学科基础学科指导学科指导学科交叉和边缘学科交叉和边缘学科 总体：总体：是自然科学与社会科学的交叉学科是自然科学与社会科学的交叉学科 具体：具体：脑科
19、学、思维科学、逻辑学、系统科学、信息科学、脑科学、思维科学、逻辑学、系统科学、信息科学、计算机科学、控制科学等计算机科学、控制科学等191.2 1.2 智能科学技术学科智能科学技术学科-智能科学技术的学科特点智能科学技术的学科特点 智能科学基础：智能科学基础：脑科学、认知科学、计算脑科学、认知科学、计算机科学、控制科学、逻辑学、信息科学、系机科学、控制科学、逻辑学、信息科学、系统科学、数学、物理学统科学、数学、物理学多学科交叉，多技术综合，跨应用领域多学科交叉，多技术综合，跨应用领域 智能技术基础：智能技术基础：计算机技术、通信技计算机技术、通信技术、网络技术、自动化技术、电子技术、网络技术、
20、自动化技术、电子技术、多媒体技术、图像技术术、多媒体技术、图像技术智能科学技术：智能科学技术：自然智能：自然智能：人脑的本质和机理；认知的基本原理；心理的基本过程人脑的本质和机理；认知的基本原理；心理的基本过程 人工智能：人工智能：机器感知机器感知（机器视觉、听觉；智能传感；自然语言理解；模式识别）（机器视觉、听觉；智能传感；自然语言理解；模式识别）机器思维机器思维 （推理；搜索；规划；决策）（推理；搜索；规划；决策）机器学习机器学习 （符号学习；连接学习；知识发现；数据挖掘）（符号学习；连接学习；知识发现；数据挖掘）机器行为机器行为 （智能控制；智能制造；智能检索；智能机器人）（智能控制；智
21、能制造；智能检索；智能机器人）计算智能：计算智能：神经计算；模糊计算；进化计算；自然计算；人工生命；人工情感神经计算；模糊计算；进化计算；自然计算；人工生命；人工情感 分布智能：分布智能：多多Agent Agent；群体智能；智能网络；群体智能；智能网络 集成智能：集成智能：脑脑-机接口（机接口（Brain-Computer Interface,BCIBrain-Computer Interface,BCI）理论支撑理论支撑技术支撑技术支撑智能技术应用：智能技术应用：智能机器人；专家系统；智能决策支持系统；智能检索系统；智能教智能机器人；专家系统；智能决策支持系统；智能检索系统；智能教学系统；
22、智能搜索引擎；智能游戏；智能学系统；智能搜索引擎；智能游戏；智能CADCAD；机器博弈；自动定理证明；智能家电；机器博弈；自动定理证明；智能家电；智能产品；智能交通；智能电力；智能作战；智能农业；智件；智能产业智能产品；智能交通；智能电力；智能作战；智能农业；智件；智能产业 技术应用技术应用技术应用技术应用20 1基因修饰技术基因修饰技术 2未来家庭机器人未来家庭机器人 3新型电池新型电池 4人工智能技术人工智能技术 5超高速交通工具超高速交通工具 6干细胞技术干细胞技术 7光电信息技术光电信息技术 8可服用诊疗芯片可服用诊疗芯片 9感冒疫苗感冒疫苗 10无线能量传输技术无线能量传输技术 20
23、19年年11月月16日，在中国科协成立日，在中国科协成立50周年的新闻发布会上，周年的新闻发布会上，“五个五个10”系系列评选结果揭晓，经列评选结果揭晓，经2000多万公众网上投票，评出的多万公众网上投票，评出的10项引领未来的科学技项引领未来的科学技术术如下：如下：中国科协网站：中国科协网站：cast.org/50th/toupiao/05.html中国网：中国网：china/tech/kx/second5.htm新浪网：新浪网：tech.sina/d/cast50/index.html二、智能科学技术的学科结构和学科地位二、智能科学技术的学科结构和学科地位学科地位（学科地位（一个引领未来的
24、交叉学科一个引领未来的交叉学科）21第第1章章智能科学技术概述智能科学技术概述1.1 智能和机器智能智能和机器智能1.2 智能科学技术学科智能科学技术学科1.3 科学技术的发展规律科学技术的发展规律1.4 智能科学技术的模型智能科学技术的模型1.5 智能科学技术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域221.3 科学技术发生发展规律科学技术发生发展规律-科学技术发生学：辅人律科学技术发生学：辅人律辅人律：辅人律：利用利用身外之物身外之物扩展自身的能力扩展自身的能力 辅助人类扩展认识和改造世界的能力；辅助人类改善生存和发展的能力辅助人类扩展认识和改造世界的能力；辅助人类改善生存和发展的能力辅人辅
25、人 是科学技术产生的唯一原因是科学技术产生的唯一原因 扩展认识和扩展认识和该造世界能力该造世界能力改进生存改进生存和发展能力和发展能力人人类类文文明明进进化化科学科学发现发现产生产生新的新的科学科学技术技术扩展认识和扩展认识和该造世界能力该造世界能力改进生存改进生存和发展能力和发展能力人人类类文文明明进进化化产生产生新的新的科学科学技术技术扩展认识和扩展认识和改造世界能力改造世界能力改进生存改进生存和发展能力和发展能力人人类类文文明明进进化化技术技术创新创新产生产生新的新的科学科学技术技术科学技术辅人律的基本模型科学技术辅人律的基本模型科学科学主要是扩展人们认识世界的能力，主要是扩展人们认识世
26、界的能力，技术技术主要是扩展人们改造世界的能力主要是扩展人们改造世界的能力231.3 科学技术发生发展规律科学技术发生发展规律-科学技术发展学：拟人律科学技术发展学：拟人律(1/3)拟人律拟人律 根据人类更高的能力（体质、体力、智力）要求（或生存发展目标）的实根据人类更高的能力（体质、体力、智力）要求（或生存发展目标）的实际需要扩展自身的能力际需要扩展自身的能力拟人拟人 是科学技术发展的第一牵引力，是人类社会进步的永恒动力是科学技术发展的第一牵引力，是人类社会进步的永恒动力 人人类类文文明明进进化化科学科学发展发展产生产生新的新的科学科学技术技术人人类类文文明明进进化化产生产生新的新的科学科学
27、技术技术更高的更高的能力要求能力要求实际的实际的能力水平能力水平人人类类文文明明进进化化技术技术进步进步更高更高的生的生存和存和发展发展目标目标差距差距科学技术拟人律的基本模型科学技术拟人律的基本模型因素链：因素链：外部资源外部资源科学技术科学技术先进工具先进工具能力扩展能力扩展241.3 科学技术发生发展规律科学技术发生发展规律-科学技术发展学：拟人律科学技术发展学：拟人律(2/3)体质体质体力体力智力智力人类的能力：人类的能力：体质能力，体力能力，智力能力体质能力，体力能力，智力能力体质能力：体质能力：人体本质结构的合理性和健壮性，是体力和智力的基础人体本质结构的合理性和健壮性，是体力和智
28、力的基础体力能力：体力能力：人体力量的充沛性和持久性，以体质为基础；人体力量的充沛性和持久性，以体质为基础；智力能力：智力能力：人的思维和智能的聪慧性和敏捷性，以体质和体力为基础。人的思维和智能的聪慧性和敏捷性，以体质和体力为基础。25古代古代近代近代现代现代材料科学技术材料科学技术能量科学技术能量科学技术信息科学技术信息科学技术人力工具人力工具动力工具动力工具智能工具智能工具农业文明农业文明 工业文明工业文明 信息文明信息文明 增强体质增强体质 扩展体力扩展体力 扩展智力扩展智力物质资源物质资源能量资源能量资源信息资源信息资源1.3 科学技术发生发展规律科学技术发生发展规律-科学技术发展学：
29、拟人律科学技术发展学：拟人律(3/3)古古 代代表征资源表征资源表征科技表征科技表征工具表征工具表征功能表征功能表征文明表征文明时代时代近近 代代现现 代代表征表征资源资源对应对应3 3种能力扩展所需的种能力扩展所需的3 3种资源、种资源、3 3种科学技术和种科学技术和3 3类工具类工具261.3 科学技术发生发展规律科学技术发生发展规律-科学技术未来学：共生律科学技术未来学：共生律(1/2)共生律：共生律：人类的全部能力人类的全部能力 =自身的能力自身的能力 +科学技术产物的能力科学技术产物的能力工具的进化过程：工具的进化过程：是人类能力的继承、积累、深化、拓广、创造的过程是人类能力的继承、
30、积累、深化、拓广、创造的过程工具的换代：工具的换代：是在继承基础上的创新，而不是简单的淘汰是在继承基础上的创新，而不是简单的淘汰这些所反映的就是共生律这些所反映的就是共生律27专用智能工具专用智能工具智能工具的社会形态智能工具的社会形态:大规模智能信息网络大规模智能信息网络 公用公用通信网络平台通信网络平台专用智能工具专用智能工具专用智能工具专用智能工具专用智能工具专用智能工具专门领域专门领域智能工具：智能工具：现代化的途径与标志现代化的途径与标志1.3 科学技术发生发展规律科学技术发生发展规律-科学技术未来学：共生律科学技术未来学：共生律(2/2)28第第1章章智能科学技术概述智能科学技术概
31、述1.1 智能和机器智能智能和机器智能1.2 智能科学技术学科智能科学技术学科1.3 科学技术的发展规律科学技术的发展规律1.4 智能科学技术的模型智能科学技术的模型1.5 智能科学技术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域29感觉器官感觉器官神经系统神经系统处理处理效应器官效应器官问题问题/环境环境（外部世界）（外部世界）决策决策神经系统神经系统信息知识策略思维器官思维器官行为信息信息策略目标目标认知认知信息1.4智能科学技术的模型智能科学技术的模型-人类智能活动的功能模型人类智能活动的功能模型执行策略获取信息传递信息传递信息301.4智能科学技术的模型智能科学技术的模型-智能科学技术的基
32、本模型智能科学技术的基本模型 信息传递信息传递思维器官思维器官信息处理信息处理认知认知决策决策可用信息可用信息知识知识符号系统符号系统 信息获取信息获取感觉器官感觉器官问题与约束问题与约束 信息执行信息执行环境环境 信息传递信息传递符号系统符号系统效应器官效应器官原始原始信息信息智能智能行为行为所获信息所获信息智能策略智能策略其核心是认知（其核心是认知（思维思维）和决策（）和决策（智能智能），它构成了智能科学独特的学科体系），它构成了智能科学独特的学科体系31智能策略智能策略信息获取信息获取信息传递信息传递信息处理信息处理策略执行策略执行问题问题/环境环境策略制定策略制定策略传递策略传递认识论
33、信息认识论信息知识知识智能策略智能策略思维器官思维器官智能智能行为行为本体论本体论 信息信息目标目标知识生成知识生成1.4智能科学技术的模型智能科学技术的模型-智能的内涵智能的内涵狭狭义义智智能能全全义义智智能能32传感传感通信通信计算系统计算系统控制控制问题问题/环境环境决策智能决策智能通信通信认识论信息认识论信息知识知识智能策略智能策略智能智能行为行为本体论本体论 信息信息智能策略智能策略目标目标认知智能认知智能1.4智能科学技术的模型智能科学技术的模型-智能系统的技术模型智能系统的技术模型33新环境新环境-新问题新问题-新目标新目标环境环境-问题问题-目标目标提炼知识提炼知识生成策略生成
34、策略引导行为引导行为目的目的获取信息获取信息本体论信息本体论信息认识论信息认识论信息知识知识策略策略行为行为1.4智能科学技术的模型智能科学技术的模型-智能的生成过程智能的生成过程34第第1章章智能科学技术概述智能科学技术概述1.1 智能和机器智能智能和机器智能1.2 智能科学技术学科智能科学技术学科1.3 科学技术的发展规律科学技术的发展规律1.4 智能科学技术的模型智能科学技术的模型1.5 智能科学技术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域351.5智能科学技术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域-自然智能研究自然智能研究 脑科学：脑科学：又称神经科学，其目的是要认识脑、保护脑和创造
35、脑。又称神经科学，其目的是要认识脑、保护脑和创造脑。脑的涵义：脑的涵义：从狭义方面，从狭义方面，脑是指中枢神经系统，有时特指大脑；脑是指中枢神经系统，有时特指大脑；从广义方从广义方面，面，脑可泛指整个神经系统。智能科学是从广义角度来理解脑科学的。脑可泛指整个神经系统。智能科学是从广义角度来理解脑科学的。现代脑科学的基本问题：现代脑科学的基本问题：(1)揭示神经元之间的连接形式，奠定行为的脑机制的结构基础；揭示神经元之间的连接形式，奠定行为的脑机制的结构基础；(2)阐明神经活动的基本过程，即神经信号的产生、传递、调制等过程；阐明神经活动的基本过程，即神经信号的产生、传递、调制等过程；(3)认识实
36、现各种功能的神经回路基础；认识实现各种功能的神经回路基础；(4)解释脑的高级功能机制等。解释脑的高级功能机制等。脑科学是智能科学的基础：脑科学是智能科学的基础：其研究的任何进展，都将会对智能科学的研究其研究的任何进展，都将会对智能科学的研究起到积极的推动作用。起到积极的推动作用。认知科学：认知科学：亦称思维科学，是研究心智和智能的一门学科。其主要目的是亦称思维科学，是研究心智和智能的一门学科。其主要目的是要解释人类在完成认知活动时是如何进行信息加工的。要解释人类在完成认知活动时是如何进行信息加工的。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，或可一般地认为是和情感、动机
37、、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工过程。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。认知科学也是智能能科学的基础：认知科学也是智能能科学的基础：从认知观点看，智能科学应同时开展对从认知观点看，智能科学应同时开展对逻辑思维、形象思维和灵感思维的研究。逻辑思维、形象思维和灵感思维的研究。361.5智能科学技术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域-机器感知研究机器感知研究(1/2)(1/2)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，如视觉、听觉、触觉、嗅觉、就是要让计算机具有类似于人的感知能力，如视觉、听觉、触觉、嗅觉
38、、味觉。味觉。机器视觉机器视觉 概念：概念：用计算机来实现或模拟人类的视觉功能，其主要研究目标是使计算用计算机来实现或模拟人类的视觉功能，其主要研究目标是使计算机具有机具有通过二维图像认知三维环境信息的能力通过二维图像认知三维环境信息的能力。重要性：重要性：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80%以上是通过视觉得到的。以上是通过视觉得到的。视觉系统：视觉系统：人类视觉系统的功能是通过眼睛与大脑共同实现的。人们视野人类视觉系统的功能是通过眼睛与大脑共同实现的。人们视野中的物体在可见光的照射下，先在眼睛的视网膜上形成图像，然后由感光细中的物体在可见光的照射下，先在眼睛的视网膜
39、上形成图像，然后由感光细胞转换成神经脉冲信号，再经神经纤维传入大脑皮层，最后由大脑皮层对其胞转换成神经脉冲信号，再经神经纤维传入大脑皮层，最后由大脑皮层对其进行处理与理解。进行处理与理解。视觉：视觉：包括了对视觉信息的获取、传输、处理、存储与理解的全过程。包括了对视觉信息的获取、传输、处理、存储与理解的全过程。371.5智能科学技术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域-机器感知研究机器感知研究(2/2)(2/2)模式识别：模式识别：让计算机能够对给定的事务进行鉴别，并把它归入与其相同或让计算机能够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。其鉴别对象可以是物理的、化学的、文字、
40、图像、声音等。相似的模式中。其鉴别对象可以是物理的、化学的、文字、图像、声音等。模式识别的一般过程：模式识别的一般过程：(1)采集待识别事物的模式信息；采集待识别事物的模式信息；(2)对其进行各种变换和预处理，从中抽出有意义的特征或基元，得到待对其进行各种变换和预处理，从中抽出有意义的特征或基元，得到待识别事物的模式；识别事物的模式；(3)与机器中已有的各种标准模式进行比较，完成对事物的分类和识别；与机器中已有的各种标准模式进行比较，完成对事物的分类和识别；(4)输出识别结果。输出识别结果。自然语言处理自然语言处理 机器翻译：机器翻译：把一种自然语言翻译成另外一种自然语言把一种自然语言翻译成另
41、外一种自然语言 自然语言理解：自然语言理解：让计算机能够理解和生成自然语言（声音的、书面的）。让计算机能够理解和生成自然语言（声音的、书面的）。自然语言理解的意义：自然语言理解的意义：对智能人机接口有着重要的实际意义；对智能人机接口有着重要的实际意义；对不确定人工智能具有重大的理论价值。有学者指出：人工智能如果不能对不确定人工智能具有重大的理论价值。有学者指出：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，人工智能也就永远实现不了跨越的梦想。工智能也就永远实现不了跨越的梦想。381.5智能科学技
42、术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域-机器思维研究机器思维研究 机器思维：机器思维：就是让计算机模仿和实现人的思维能力，以对感知到的外界信就是让计算机模仿和实现人的思维能力，以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。息和自己产生的内部信息进行思维性加工。推理：推理：推理是指按照某种策略从已知事实出发利用知识推出所需结论的过推理是指按照某种策略从已知事实出发利用知识推出所需结论的过程。程。推理的类型：推理的类型：确定性推理确定性推理，指推理所使用的知识和推出的结论都是精确的。，指推理所使用的知识和推出的结论都是精确的。不确定性推理不确定性推理，指推理所使用的知识和推出的结论可
43、以是不确定的。包括：，指推理所使用的知识和推出的结论可以是不确定的。包括：对非精确性、模糊型和非完备性的统称。对非精确性、模糊型和非完备性的统称。推理的理论基础：推理的理论基础：确定性推理确定性推理主要是基于一阶经典逻辑。主要是基于一阶经典逻辑。不确定性推理不确定性推理主主要基于非经典逻辑和概率等。要基于非经典逻辑和概率等。搜索：搜索：是指为了达到某一目标，不断寻找推理线路，以引导和控制推理，使问题是指为了达到某一目标，不断寻找推理线路，以引导和控制推理，使问题得以解决的过程。得以解决的过程。搜索的类型：搜索的类型：状态空间搜索状态空间搜索是一种用状态空间法求解问题时的搜索方法；是一种用状态空
44、间法求解问题时的搜索方法；与与/或树搜索或树搜索是一种用问题规约法求解问题时的搜索方法。是一种用问题规约法求解问题时的搜索方法。391.5智能科学技术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域-机器学习研究机器学习研究 机器机器学习：学习：就是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就是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。善自我和增强能力。符号学习：符号学习：是指从功能上模拟人类学习能力的机器学习方法，它是一种基是指从功能上模拟人类学习能力的机器学习方法，它是一种基于符号主义学派的机器学习观点。于符号主义学派的机器学习观点。符号学习的类型：符
45、号学习的类型：可根据学习策略，即学习中所使用的推理方法，将其分可根据学习策略，即学习中所使用的推理方法，将其分为记忆学习、归纳学习、演绎学习等。为记忆学习、归纳学习、演绎学习等。神经学习：神经学习：也称为连接学习，它是一种基于人工神经网络的学习方法。在也称为连接学习，它是一种基于人工神经网络的学习方法。在神经系统中，神经元既是学习的基本单位，同是也是记忆的基本单位。神经系统中，神经元既是学习的基本单位，同是也是记忆的基本单位。神经学习的类型：神经学习的类型：感知器学习：感知器学习：是一种基于纠错学习规则，采用迭代的思是一种基于纠错学习规则，采用迭代的思想对连接权值和阈值进行不断调整，直到满足结
46、束条件为止的学习算法。想对连接权值和阈值进行不断调整，直到满足结束条件为止的学习算法。BP网络学习：网络学习：是一种误差反向传播网络学习算法。其学习过程由输出模是一种误差反向传播网络学习算法。其学习过程由输出模式的正向传播过程和误差的反向传播过程所组成。其中，误差的反向传播过式的正向传播过程和误差的反向传播过程所组成。其中，误差的反向传播过程用于修改各层神经元的连接权值，直至得到所期望的输出模式为止。程用于修改各层神经元的连接权值，直至得到所期望的输出模式为止。Hopfield网络学习网络学习实际上是要寻求系统的稳定状态，即从网络的初始状态实际上是要寻求系统的稳定状态，即从网络的初始状态开始，
47、逐渐向其稳定状态过渡，直至达到稳定状态为止。开始，逐渐向其稳定状态过渡，直至达到稳定状态为止。401.5智能科学技术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域-机器行为研究机器行为研究(1/3)(1/3)机器行为：机器行为：就是让计算机能够具有像人那样地行动和表达能力，如走、跑、就是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。拿、说、唱、写画等。智能控制：智能控制：是指那种无需或需要尽可能少的人工干预就能独立的驱动智是指那种无需或需要尽可能少的人工干预就能独立的驱动智能机器实现其目标的控制过程。能机器实现其目标的控制过程。智能控制系统：智能控制系统：是指那种能够实现某
48、种控制任务，具有自学习、自适应是指那种能够实现某种控制任务，具有自学习、自适应和自组织功能的智能系统。从结构上，它由传感器、感知信息处理模块、和自组织功能的智能系统。从结构上，它由传感器、感知信息处理模块、认知模块、规划和控制模块、执行器和通信接口模块等主要部件所组成。认知模块、规划和控制模块、执行器和通信接口模块等主要部件所组成。主要应用领域：主要应用领域：智能机器人系统、计算机集成制造系统（智能机器人系统、计算机集成制造系统（CIMS）、复）、复杂工业过程的控制系统、社会经济管理系统、交通运输系统等。杂工业过程的控制系统、社会经济管理系统、交通运输系统等。智能检索：智能检索：利用智能方法从
49、大量信息中尽快找到所需要的信息或知识。利用智能方法从大量信息中尽快找到所需要的信息或知识。重要性：重要性：目前，在各种数据库，尤其是互联网上存放着大量的、甚至是海目前，在各种数据库，尤其是互联网上存放着大量的、甚至是海量的信息或知识。量的信息或知识。须解决的主要问题：须解决的主要问题：(1)自然语言理解能力自然语言理解能力，能理解用自然语言提出的各种询问；，能理解用自然语言提出的各种询问；(2)推理能力推理能力，能够根据已知信息或知识，演绎出所需要答案；，能够根据已知信息或知识，演绎出所需要答案；(3)应拥有一定的常识性知识应拥有一定的常识性知识，以补充学科范围的专业知识。，以补充学科范围的专
50、业知识。411.5智能科学技术的重要研究领域智能科学技术的重要研究领域-机器行为研究机器行为研究(2/3)(2/3)机器人机器人(Robots)和机器人学和机器人学 机器人机器人(Robots)是一种可再编程的多功能操作装置。机器人学是在电子学、是一种可再编程的多功能操作装置。机器人学是在电子学、人工智能、控制论、系统工程、精密机械、信息传感、仿生学、以及心理学人工智能、控制论、系统工程、精密机械、信息传感、仿生学、以及心理学等多种学科或技术发展的基础上形成的一种综合性技术学科。等多种学科或技术发展的基础上形成的一种综合性技术学科。机器人研究的意义机器人研究的意义 机器人既是人工智能的研究对象
