人工智能技术与应用.pdf

1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 年第期北京第二外国语学院学报 总第期 人工智能技术与应用 李晓辉 一 人工智能概述 随着电脑热的升温 人工智能 这个话题也越来越多地被人 们所提及 也出现了一些人工智能 产品 比如模糊控制经常能在家用电器的广告上见到 专 家系统问题解答 会诊 等 但事实上 其 中绝大部分都仍然使用传统的计算机技术 电脑在运行时仍精确处理的编码这离人类的思 维方式和水平还差得很远 早在 年 计算机科学家阿伦 图灵在 精神 杂志上发表的 计算机和智力 一文就提出了 而口语中多使用简单甚至不完整的句式 明确语言知识与交际能力的关系 强调语言知识与语言使用知识的传授对外贸外语教学有着 十分重要的意义 外贸外经工作人员所处的环境千变万化 所交往的人层次各异 因而对语言使用 的要求也各不相同 例如在语言需求的层次上有正式和非正式语 书面语和口语 官场话与家常话 还有褒贬 雅俗语等等一般说来经济理论文章 法律文书等使用正式的书面语 其特点是词汇长 与个人无关有时使用古语 句子结构复杂 一般的贸易洽谈与外贸函件使用的是书面语与口语的 结合 外贸洽谈因多是 临场的即时发挥 有很强的随机性 因而有 明显的口语特征 如用词流畅易 懂 句子结构简单 以达意为主要 目的 但同时也要求说话人在选词上有很高的技巧性此外 在一 些属 于 非正式场 合的交往中 如宴会 舞会 个人交往 私人函件 中多使用口语 以取得轻松愉快的 效果 在取 得语言知识与语言使用的知识后 下一步应强调通过交际而学 这也就进入了交际能力获 得的第三个阶段 也即是最后的阶段交际法的倡导者最常用的一句话是 在游泳中学会游泳 这 句口号的实质意义是强调语言的实践性与语言学习的环境创造语言学习的环境对语言教师来说 是一个棘手的问题 目前语言教师所能做到的最多不过是利用课堂上的有限条件模拟一些交际情 景 如 会见经理 与外商洽谈等以两 人或多人组成的小组对话的形式另外也可以请外籍教师任教 等 然而这些方法好似要求孩子在浴盆中学游泳 水量微乎其微尽管如此 这也可以说是积极的 尝试 了 创造语言学 习环境还得动脑筋 下气力 有时还需要其它有关部门的协助例如 学校可以 与某些大饭店 对外贸易公司和旅行社建立长期的关系 每年送 一批学生去那里实习 时间可从一 个月到几个月不等 这样的实习完全可以取得 胜读十年书 的效果 因为学生通过实习可以亲身体 验语言知识和规则在实际应用中的可行性及其变化语言也是处在不断地运动 变化中的 新陈代 谢同样适用于语言运动 但是如果我们不身临其境是无法感受到它的变化的 或者至少要滞后很长 时间 因此充分和创造性地利用可以利用的条件以使学生更多的投入语言的 河 湖 甚至 海 中对于实现语言教学的目的有着不可估量的意义 这也是我们可以为之努力的一个方向 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 年第期 北京第二外国语学院学报 总第期 人工智能 的问题 其 中有非常著名的 图灵检验 的设想 为了检验一台电脑是否达到了人类的智力 水平 把电脑和 一个人当然是正常智力的都藏到质问者的视线之外比如关在两间小房子 中 然 后回答质问者提出的各种问题 提问和回答都通过非人格的模式进行 比方说键盘和显示屏 电脑 尽量地伪装成是一个 人 如果质问者不能通过这些提问和回答判断出那一方是电脑 那么可以说电 脑具有了人工智能 我们可以发现如果是人类去 伪装成电脑 那么质问者只要让他们马上回答一个复杂的数学 问 题就行了比如列举出个质数 这时数学天才也冒充不了 而电脑为了装作人 它要 装出很难回答的样子 答不出甚至答错 虽然现在的电脑的功能越来越强大 但其运行机制却比人脑 低级 得 多 电脑对真正理解的缺 乏会因为拥有高级智力的质问者机智的询问而显露出来 质问者可以说 我这几夭心情坏透了你 能帮我想想办法吗 或说 左天我家的花园里长出了很多玫瑰色的大象 你想去看看吗 电脑确 实难以回答这种海阔天空 不着边际 的问题它可能凭借其巨大的数据库发现大象是动物 因而谨 慎地回答 你是在开玩笑吧 质间者可以接着说 真的 不骗你 公的母的各只 还在那儿唱歌 呢 电脑要不露 出原形确实相当困难 由上所述 电脑与人脑各自的长处便显而易见了电子计算机自年间世以来 早期应用集 中于数值计算 数据处理那时的计算机主要延伸的是人脑的计算和记忆等能力 并且在这方面大 大地超过了人脑随着计算机应用领域的不断扩大 人们早已不满足于把计算机应用于数据处理领 域 年美国大学夏季讨论会 探讨了用计算机模拟人类智能的洛方面问题 第一次 使用了 人工智能 简称这一术语主要是指对人类思维普遍规律 的探索 进行一般性的推理方法和问题求解模型的研究 我们这里所说的人工智能是指 除计算及记 忆以外的更深更 广的领域是人类在认识世界和改造世界的活动中 由脑力劳动表现出来的能力 更具体一些可概括为 通过视觉 听觉 触觉等感官活动 接受并理解文字 图像 声音 语言等各种外界 的 自然信 息 这就是认识和理 解世界环境的能 力 通过人脑的生理与心理 活动以及有关的信息处理过程 将感性知识抽象为理性 知识 并 能 对事物运动的规律进行分析 判断和推理 这就是提出概念 建立方法 进行演绎和归纳推理 作 出 决策的能力 通过教育 训 练和学习过程 日益丰富自身的知识和技能这就是学习的能力 对变化多端的外界环境条件 如干扰 刺激等作用能灵活地作出反应 这就是自我适应的能 力 总之 人类智 能是涉及信息描述和信息处理的复杂过 程 因而实现人工智能是一项艰巨的任 务 目前研究人工智能主要有两条途径一条是心理学家 生理 学家们认为大脑是智能活动的物质 基础 要揭示 人类智能的奥秘 就必须弄清大脑的结构 也就是要从大脑的神经元模型着手研究 搞 清大 脑信息处理过程的机理 这样人工智能的实现就可迎刃而解显然由于人脑有上百亿神经元 而且现阶段要进行人脑的物理模拟实验还很困难 因而完成这个任务极其艰巨 另一条是计算机科 学家们提 出的从模拟人脑功能的角度来实现人工智能也就是通过计算机程序的运行 从效果上达 到和人们智能行为活动过程相类似作为研究目标 因而这派学者只是局限于解决 建造智能机器系 统为工程 目标的有关原理和技术 作为实现人工智能的近期 目标 这也是本文所要论述的途径 在研究人工智能时 我们并不要求机器同时具有前述的所有智能 而只要能够显示出人类某些 单项智能 譬如说 仓库机器人 它只需要识别和操纵那些与装卸和库存有关的零件就行了我们不 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 年第期北京第二外语学晚学报总第期 会要求它去讨论哲学问题或者去下棋 而一个下棋程序只要会下棋就可以了 二 人工智能技术 下面我们介绍作为现在人工智能研究基础的一些技术 一 搜索 人类解决问题的方法之一就是尝试错误的搜索法 即逐个地检验可能解决问题的每个方法 直 至找到一个可行的方法为止 检验一切可能的解决问题的方法 而不事先考虑 哪一个方法是可行 的 我们称它 为盲目的 蛮干的搜索法 盲目搜索法 不是解决大而复杂的问题的方法因为这种搜 索法通常是把问题中所包含的元素的可能组合都搜索一遍 那么 问题的规模越大 可能组合的数 量也就增长的越大 这种效应通常被称为 组合爆炸 例如 在电脑围棋中 现在的计算机处理能力 每秒只能评估到个围棋局面 若能从平均个可能着点中通过 启发筛选出个较好的着 点 并考虑搜索步 则要估计的局面数为的次方 约等于亿亿 如果不用启发式搜 索 而用盲目搜索 要估计的局面将更是一个天文数字 二 启发式搜索 如果我们用某种提示和经验规则来引导搜索朝正确方向进行 就可避免组合爆炸的发生 根据 提示我 们就 可不必检验每个可能的解答 这样也就可以把我们进行的搜索限定在一些可能最可行 的范围内 一个启发式就是一种暗示或者一种经验规则 它可以帮助我们发现问题的解答 用启发 式进行的搜索法 就叫做 启发式搜索 上述例子中 从个可能着点中通过启发函数的指引筛 选出个较好的着点 这便是启发式搜索这里的启发函数即是按照人们下棋的经验和规则构造 的函数 三模式识别 因为每种启发式方法都只适用于某种特定的情景 所以首先我们就需要了解间题的情况 然后 才能决定采用哪种启发式 求解问题的人先要了解问题情况的模式 再从这些模式出发 来决定应 采取 哪些启发式 譬如 有许多规则都具有这样的形式如果某种情景发生 那么就怎么办 所提到 某种情景 就 是一种模式 而 怎么办 就是当这种相应的模式被找到以后 可以使用的那种启发方法 四 规划 另外一种避免组合爆炸的方法是首先作规划 也就是制定一个解决问题的计划 然后再考虑哪 些解决问题的方法适合所制定的计划 譬如 假定你要从一个城市驱车到 另一个远方的城市去 而你又不愿意在开车的时候去查看地 图 另一方面 假如指路牌只能告诉你从一个城市到另外一个邻近城市 而不能指给 你如何走到这 个远方的城市 解决的办法就是先制定一个旅行计划出发前你先得查看地图 然后 应用这种启 发式方法 考虑从出发地到你要去的远方城市 其间所经过的城市 基本上应在一条直线奥这样你 就可以把沿途的城市列成一表 按照这个计划表 你就可以利用指路牌引导你从一个城市驱车到表 上所列的下一个城市 这样做 就可大大地减少从出发点到终点可能经过的路径的数目 开车的时 候也就不必担心 因为当你离开每一个城市的时候 你只要研究一下如何走到表上所列的下一个城 市的路 标 而不必再去考虑从这个城市出发的每一条可能的路径了 所以计划能大大地 减少搜索 中每一步所应考虑的那些可能选择的路径数目 从而也就减少 了 组 合爆炸 的可能性 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 年第期 北京第二外日谙攀映攀报总第期 五知识表示 无论应用人工智能技术解决什么间题 首先遇到的就是所涉及的各类知识如何加以表示 不同 的知识有不同的表示方法 研究知识的表示方法 不单是解决如何将知识存储在计算机中的问题 更重要的是应该能够方便且正确地使用知识 合理的知识表示 可以使得 间题的求解变得容易 并 且有较高的求解效率 一个好的知识表示系统应具备以下几点 具有表示某个专门领域所藉要的知识的能力 并保证知识库中的知识是相容的 具有从已知知识推导出新知识的能力 容易建立表达新知识所需要的结构 便于新知识的获取 最简单的情况是能够由人直接输入知识到知识库 中 便于将启发式知识附加到知识结构中 以便把推理集中在最有希望的方向上 为实现以上 目标 人们研究出了许多种知识表示方法 例如 产生式就是一种最早被使用而且 直到现在还被广泛使用的知识表示方法 一阶谓词逻辑也是一种重要的知识表示方法 由于它具有 严谨的公理体系 在机器定瑾证明系统中很适用另外还有几种结构化表示方法单元 语义网络 概念从属 框架和脚本等 三 人工智能的应用领域 以上所述是研究人工智能广泛适用的一些基础技术 目前人工智能的研究更多的是结合具体 应用领域来进行的 下面简单介绍几个主要的应用领域 一自然语玄理解 自然语言是人类之间信息交流的主要媒介 由于人类有很强的理解 自然语言的能力 因此互相 间的交流显得轻松自如 然而 目前计算机系统和人类之间的交互几乎只能使用严格限制的各种非 自然语言 因此解决计算机系统能理解自然语言的间题 正在引起人们的兴趣和重视 此外实现机 器翻译过 程 中 如果计算机确实会理解一个句子的意义 那么就可能进行释义 从而能较通顺地给 出译文目前人工智能研究中 在理解有限范围的自然语言和理解用自然语言表达的小段文章方面 的程序系统已有一些进展 但由于理解 自然语言涉及对上下文背景知识的处理以及根据这些知识 进行推理的技术 因此实现功能较强的理解系统仍是一个比较艰巨的任务 二 专家咨询系统 所谓专家咨询系统就是一种智能的计算机程序系统 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 其解决问题的水平达到专家的水准 因此能 起到专家的作用或成为专家的助手 例如模拟专家诊断系统 地质勘探专家咨询 系统等 三博弈 博奕被认为是智能的活动 人工智能中主要是研究下棋程序 在六十年代就出现 了很有名的西 洋跳棋和国际象棋的程序 并达到了大师的水平前不久公司的电脑 深蓝 又 战胜了国际象 棋世界冠军卡斯帕罗夫 令世人惊叹不已 四数据库的智能检索 数据库系统是存储某个学科大量事实的计算机系统 随着应用的进一步发展 存储的信息量愈 来愈庞大 因此解决智能检索的问题便具有实际意义 智能信息检索系统应具有如下的功能 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 年第期北京第二外语攀院攀报 总第期 我院计算机使用的现状与未来 钱字华 我院作为文科院校从年代中期的型徽机 到 目前年代比较先进的奔腾徽 机 应该说我们学院有了可喜的发展和长足的进步 年代中期 我们根据院各级领导的规划和安 排 开设了计算机课 当时我们仅对外经系 饭店管理系的学生讲授语言 而到了年代初 期随着徽型计算机的普及和社会上对毕业生在计算机方面知识和技能的需求 开始对整个学院毕 业班的学生包括本科生和大专生 开设计算机课 并且讲授的内容也完全按照国家教委及北京市 市教委的教学大纲重新安排了 目前我们主要教授计算机的基础知识 汉字箱入 文字处 理 磁盘操 作系统及语言等内容 基本上满足了社会对学生们的要求 与此同时 我院各系部处 也先后购置了不少徽机以满足工作上的需要 但是我们目前使用计算机的效率是非常低的 已不能 满 足我院目前和今后发展的需要 也无法满足社会需要