神经网络第1章 绪论01ppt课件.ppt

人工智能 Somekeywords 图灵试验深蓝 计算机博弈自动定理证明 四色问题启发式搜索 组合爆炸 NP问题知识工程 专家系统机器翻译 自动问答遗传算法 人工神经网络 Somekeywords 计算智能 蚂蚁算法 免疫算法智能代理 agent 情感的计算无所不在的计算 网格技术 gird 未完成的革命 以人为本的计算BCI Brain ComputerInterface 课程概要 简述人工智能的起源与发展学习人工智能的基本理论 方法 技术知识的表示 搜索 推理 学习 应用 学习计算智能的一些主要方法介绍人工智能的主要应用领域讨论人工智能的争议与展望 主要参考书 王万森 电子工业出版社 第三版蔡自兴 清华大学出版社 廉师友编著 西安电子科技大学出版社ArtificialIntelligence ANewSynthesis NilsJ Nilsson 1999 PP1 513 有中文翻译版 ArtificialIntelligence AModernApproach StuartRussellandPeterNorvig 1995 PP1 932 相关网站 Yahoo aiAIonTheWeb 中国人工智能学会 人工智能研究者俱乐部 http 中国人工智能网 http 第一章人工智能概述 1 1人工智能的定义和发展1 2人类智能和人工智能1 3人工智能的各种认知观1 4人工智能的研究与应用领域 1 1 1人工智能的定义 几种定义智能机器 intelligentmachine 人工智能 学科 人工智能 能力 人工智能 拟人思维 行为 人工智能 理性思维 行为 1 1定义和发展 定义1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 anthropomorphictasks 的机器 定义2人工智能 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3人工智能 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 其他定义ArtificialIntelligence 简称AI N J Nilsson 关于知识的科学P H Winston 能完成以前只有人才能做的智能工作E A Feigenbaum 知识信息处理系统 什么是智能 图灵测试 一种智能的测量方法1950年英国数学家图灵 Turing 在 计算机器与智力 一文中提出 图灵1912年生于英国伦敦 1954年死于英国的曼彻斯特 他是计算机逻辑的奠基者 许多人工智能的重要方法也源自于这位伟大的科学家 他对计算机的重要贡献在于他提出的有限状态自动机也就是图灵机的概念 对于人工智能 它提出了重要的衡量标准 图灵测试 如果有机器能够通过图灵测试 那他就是一个完全意义上的智能机 和人没有区别了 他杰出的贡献使他成为计算机界的第一人 现在人们为了纪念这位伟大的科学家将计算机界的最高奖定名为 图灵奖 图灵试验 TuringTest 测试主持人Ai 受试者人Bi 受试者计算机C 界面控制 AlanTuring 1950 图灵测试或实验 1950年英国数学家图灵 Turing 在 计算机器与智力 一文中提出测试规则提问方 不能问受试者的物理特征回答方 尽量使测试者相信自己是人有智能 测试者分辨人和机器的正确率 50 要求 自然语言处理 知识表示 自动推理 机器学习不明点 问题标准是什么 对被测人的智力要求 强调行为结果 轻视思维过程 图灵机原型 图灵机是一条在两个方向上都为无限长的磁带 一个控制器和一个读写磁头组成 磁带被分成一个个独立的存储单元 且控制器的状态是有限的 AI的基础 哲学 标出了AI的大部分重要思想数学 使AI成为一门规范科学认知科学 探索智能的机制神经科学 网络 并行处理 心理学 认知理论计算机工程 AI的 载体 控制论 反馈的思想语言学 知识表示 语法生物学 自然计算 计算智能经济学 决策理论 1 1 2人工智能的起源与发展 孕育期 1956年前 数理逻辑学科 弗雷治 维纳等 计算的新思想 丘奇 图灵等 阿伦图灵 A Turing 1937年在 可计算数学 中提出 通用图灵机 概念 1950年提出图灵试验 1946世界上第一台数字计算机ENIAC诞生 1 1定义和发展 ENIAC出现 1946ENIACThefirstelectronicdigitalcomputer 1 1 2人工智能的起源与发展 形成期 1956 1970年 人工智能基础技术的研究和形成 1956年夏 达特玛斯 Dartmath 研讨会 正式使用 AI 术语 标志 AI 新兴学科的诞生 参加者 McCarthy Minsky Simon Shannon等10人 1956年 第一次人工智能的研讨会1969年 第一届国际人工智能联合会议1970年 人工智能 国际杂志创刊 InternationalJournalofAI 1 1定义和发展 1956 纽厄尔 Newell 和西蒙 Simon 的 逻辑理论机 TheLogicTheoryMachine 第一个处理符号的实用定理证明人工智能程序 1956 IBM的塞缪尔的 跳棋程序 模拟人类学习的成功 1959年击败它的设计者 1962年击败美国一个州的冠军 1958 纽厄尔和西蒙的AI预言及1960 GPS GeneralProblemSolving 系统 1960 麦卡锡的 表处理语言LISP 1 1定义和发展 人工智能大师麦卡锡 1927年9月4日生于共产党家庭 一个关心人类可持续发展的技术乐观主义者 从小读 十万个为什么 发明Lisp语言 首次提出 人工智能 概念 研究不寻常的常识推理 1958 Newell和Simon的四个预测十年内 计算机将成为世界象棋冠军十年内 计算机将发现或证明有意义的数学定理十年内 计算机将能谱写优美的乐曲十年内 计算机将能实现大多数的心理学理论 乐观的人工智能 1 1 2人工智能的起源与发展 发展期 1970 1990 发展和实用化阶段进一步研究AI基本原理方法和技术进行实用化研究专家系统与知识工程智能机器人智能控制等从 一枝独秀 到 百花齐放 AI的转变 基于推理 基于知识 1 1定义和发展 费根鲍姆 E Feigenbaum 专家系统和知识工程之父1968年研究出第一个专家系统 DENDRAL 用于质谱仪分析有机化合物的分子结构1977年 提出知识工程 knowledgeEngineer 概念 知识就是力量 电子计算机则是这种力量的放大器 而能把人类知识予以放大的机器 也会把一切方面的力量予以放大 1965年Feigenbaum的世界上第一个专家系统DENDRAL 它可根据分子式和质谱数据辅助推断分子结构 1974年绍特里夫 Shortliffe 等人开发的MYCIN专家系统 用诊断和治疗感染性疾病 1968年Quilian提出语义网络知识表示法1974年Minsky提出框架 Frame 理论1965年Robinson提出归结原理1972年科麦瑞尔 Colmerauer 实现第一个Prolog PROgramminginLOGic 系统1977年在第五届IJCAI上 Feigenhaum在 人工智能的艺术 知识工程及实例研究 中提出 知识工程 的概念 1 1定义和发展 1982年 1991年日本研制第五代计算机计划 投资4 5亿美元 1983年起 6 10计划 美国研制能看 听 说和思考的新一代计算机 投资6亿多美元 1982年10月英国开始研制第五代计算机 5年内投资5 5亿美元 1 1 2人工智能的起源与发展 新时期 1991 1991年 ArtificialIntelligence Vol47 发表人工智能基础专辑 反思1997 IBM深蓝II DeepBlue 击败Kasparov综合集成智能系统的必要性知识处理中观念的转变 1以处理为中心 以信息为中心2以机器为中心 以人为中心3以形式为中心 以内容为中心以人工神经网络为代表的计算智能研究的兴起面向网络的人工智能研究和应用方兴未艾 1 1定义和发展 三大流派 符号智能 智能可通过符号演算模拟 如状态空间搜索 逻辑推理和知识工程 计算智能 智能可通过模型计算模拟 如进化计算 免疫计算和模糊计算 群体智能 智能可通过群体协同模拟 如多智能体系统 蚁群算法和生态平衡 1 2人类智能和人工智能 1 2 1智能信息处理系统的假设人是一种智能信息处理系统物理符号系统的六种基本功能物理符号系统的假设推论一推论二推论三 符号处理系统的六种基本功能 信息处理系统又叫符号操作系统 SymbolOperationSystem 或物理符号系统 PhysicalSymbolSystem 所谓符号就是模式 pattern 一个完善的符号系统应具有下列6种基本功能 1 输入符号 input 2 输出符号 output 3 存储符号 store 4 复制符号 copy 5 建立符号结构 通过找出各符号间的关系 在符号系统中形成符号结构 6 条件性迁移 conditionaltransfer 根据已有符号 继续完成活动过程 物理符号系统的假设 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6种功能 反之 任何系统如果具有这6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 把这个假设称为物理符号系统的假设 物理符号系统3个推论 推论一既然人具有智能 那么他 她 就一定是个物理符号系统 人之所以能够表现出智能 就是基于他的信息处理过程 推论二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 这是人工智能的基本条件 推论三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来模拟人的活动 1 2 1智能信息处理系统的假设 人类的认知行为具有不同层次认知生理学认知心理学认知信息学认知工程学 1 2人类智能和人工智能 认知心理学 认知生理学 认知信息学 人类的认知行为具有不同的层次 认知生理学研究认知行为的生理过程 主要研究人的神经系统 神经元 中枢神经系统和大脑 的活动 是认知科学研究的底层 认知心理学研究认知行为的心理活动 主要研究人的思维策略 是认知科学研究的顶层 认知信息学研究人的认知行为在人体内的初级信息处理 主要研究人的认知行为如何通过初级信息自然处理 由生理活动变为心理活动及其逆过程 即由心理活动变为生理行为 这是认知活动的中间层 承上启下 认知工程学研究认知行为的信息加工处理 主要研究如何通过以计算机为中心的人工信息处理系统 对人的各种认知行为 如知觉 思维 记忆 语言 学习 理解 推理 识别等 进行信息处理 这是研究认知科学和认知行为的工具 应成为现代认知心理学和现代认知生理学的重要研究手段 1 2 2人类智能的计算机模拟 机器智能可以模拟人类智能智能计算机下棋定理证明语言翻译新型智能计算机神经计算机 重建人脑量子计算机 1 2人类智能和人工智能 1 2 3人工智能的研究目标 近期目标 模拟人类智能 实现机器智能建造智能计算机代替人类的部分智力劳动 机械化 自动化 智能化远期目标 探索智能机理 制造智能机器用自动机模仿人类的思维过程和智能行为 解开智能的秘密 认识自己 认识世界 1 2人类智能和人工智能 强人工智能与弱人工智能 强人工智能 使机器像人类一样想和做 THINKING ACTINGLIKEHUMAN 弱人工智能 主张人类智能能够被模拟 但是进行模拟的机器并不需要有意识的思想或思考 1 2人类智能和人工智能 研究人工智能的目的 工业发展 机械化 自动化 智能化通过电脑对人脑进行模拟 从而揭示人脑的工作原理解开智能的秘密认识自己 认识世界 1 3人工智能的各种认知观 符号主义 Symbolicism 基于数理逻辑 物理符号系统假设连接主义 Connectionism 基于神经网络及其间的连接机制与学习算法行为主义 Actionism 基于控制论及感知 动作型控制系统 人的三个层面 生理物理层 底层 行为控制层 表层 认知心理层 中层 符号主义 连接主义 行为主义 符号主义 功能模拟 对人脑从功能上进行模拟认为人工智能起源于数理逻辑人脑的心理模型 将问题或知识表示成某种逻辑网络 采用符号推演的方法 实现搜索 推理 学习等功能 从宏观上来模拟人脑的思维 实现机器智能 连接主义 结构模拟 模拟人脑的生理结构和工作机理 实现计算机的智能认为人工智能起源于仿生学计算智能的重要组成部分 人脑有1000亿个神经元 每个神经元平均与10000个其他神经元互连 这就构成了人类智慧的直接物质基础 行为主义 行为模拟 模拟人在控制过程中的智能活动和行为特性 如自寻优 自适应 自学习 自组织等 强调环境的作用 来研究和实现人工智能 行为主义认为智能取决于感知和行动 所以被称为行为主义 提出智能行为的 感知 动作 模式 也称为控制论学派 进化主义 人工智能的研究途径 1 4人工智能的研究及应用领域 人工智能的基本技术知识表示 KnowledgeRepresentation 状态空间法 问题归约法 谓词逻辑法 推理搜索 Searching Reasoning 启发式搜索 消解原理 不确定性推理 计算智能 ComputationalIntelligence 模糊计算 神经计算 进化计算 构成技术 系统与语言 产生式系统 LISP语言 Prolog语言 1 4 1问题求解 问题的表示 分解 搜索 归约等进行复杂的数学公式符号运算求解1 4 2逻辑推理与定理证明通过对事实数据库的操作来证明定理多种证明方法几何定理证明的 吴氏方法 1 4研究及应用 自动定理证明 AI中最早且重要的研究领域之一 对AI的发展起过重大作用 许多非数学问题可转化为自动定理证明来求解 主要方法 自然演绎法 依据推理规则 从前提或目标出发 并利用公理来证明定理的方法 判定法 对一类问题找出统一的计算机上可实现的算解 1978年我国数学家吴文俊教授提出平面几何和微分几何定理的机器证明方法 被认为是当时最好的一种方法 吴氏方法 定理证明器 研究一切可判定问题的证明方法 1964年Robinson提出归结原理 计算机辅助证明 1967年6月Appel等人证明了124年未能解决的 四色定理 轰动全世界 四色定理证明自动定理证明就是机器定理证明 这也是人工智能的一个重要的研究领域 也是最早的研究领域之一 定理证明是最典型的逻辑推理问题之一 它在发展人工智能方法上起过重大作用 1976年7月 美国的阿佩尔 K Appel 等人合作解决了长达124年之久的难题 四色定理 他们用三台大型计算机 花去1200小时CPU时间 并对中间结果进行人为反复修改500多处 四色定理的成功证明曾轰动计算机界 1 4 3自然语言理解 语言 自然语言 人造语言 机器语言 理解 的标准困难 自然语言的复杂性 歧义性汉语分词 将来北京 应用 机器翻译 信息检索 自动问答 文本分类 自动文摘 语音识别 1 4研究及应用 1 4 4自动程序设计 自动程序设计就是让计算机设计程序 人只要给出关于某程序要求的非常高级的描述 计算机就会自动生成一个能完成这个要求目标的具体程序自动程序设计还包括程序自动验证 即自动证明所设计程序的正确性 1 4研究及应用 1 4 5专家系统 是一个智能化的计算机程序系统和传统的计算机程序之间有本质区别1 4 6机器学习是机器获取智能的途径学习是一个有特定目的的知识获取过程学习的本质是对信息的理解与应用有多种学习方法 1 4研究及应用 1 4 7神经网络 神经计算机在其它领域中的广泛应用1 4 8机器人学操作机器人智能机器人机器人的广泛应用 太空 水下 医疗 足球 促进人工智能的发展 1 4研究及应用 1 4 9模式识别 是计算机对环境识别的需要是对人类环境的感知模拟机器视觉 语音识别 生物识别1 4 10机器视觉人类80 以上的外部信息来自视觉低层视觉与高层视觉前沿研究领域 并行处理 动态时变 三维建模广泛应用 卫星 工业监控 飞行跟踪 1 4研究及应用 1 4 11智能控制 驱动智能机器自主地实现其目标的过程是一个定性和定量的混合控制过程是当今自动控制的最高水平1 4 12智能检索是信息时代来临的需要智能检索系统需要 理解 推理 知识 1 4研究及应用 1 4 13智能调度与指挥 寻找最佳调度和组合NP完全类问题的求解军事指挥系统等领域1 4 14分布式人工智能与Agent是传统人工智能的延伸和扩展研究目标是创建一种能描述自然系统和社会系统的精确概念模型 1 4研究及应用 1 4 15计算智能与进化计算 计算智能包括神经计算 模糊计算 进化计算等进化计算的理论基础是生物进化论 1 4研究及应用 1 4 16数据挖掘与知识发现 知识获取数据库知识挖掘 尿布与啤酒 的故事 1 4研究及应用 尿布与啤酒 采用数据挖掘的成功典型案例是总部位于美国阿肯色州的WallMart零售商的 尿布与啤酒 的故事 Wal Mart拥有世界上最大的数据仓库系统 它利用数据挖掘工具对数据仓库中的原始交易数据进行分析 得到了一个意外发现 跟尿布一起购买最多的商品竟然是啤酒 如果不是借助于数据仓库和数据挖掘 商家决不可能发现这个隐藏在背后的事实 在美国 一些年轻的父亲下班后经常要到超市去买婴儿尿布 而他们中有30 40 的人同时也为自己买一些啤酒 有了这个发现后 超市调整了货架的摆放 把尿布和啤酒放在一起 明显增加了销售额 1 4 17人工生命 人工生命概念的提出 探索生命的本质研究内容 生命现象的仿生系统 人工建模与仿真人工生命系统 模拟 自然生命系统计算机病毒 1 4研究及应用 1 4 18脑与计算机的交互 BCI 人工耳蜗 人工耳蜗由体外语音处理器 传输电路 体内刺激产生电路以及电极组组成 实现听觉编码刺激 是外界与听觉的交流 外信号指挥老鼠走迷宫 这是外信号与鼠脑的交流 脑电波指挥计算机 这是人脑与外界的交流 脑的海马部外接装置 通过百万次刺激 反应来建模 通过微电极连接代替海马体 由以上各个实例可以看到 脑 机交互已经成为现实 机器人 实用上 机器人是自动执行工作的机器装置 机器人可接受人类指挥 也可以执行预先编排的程序 也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动 机器人执行的是取代或是协助人类工作的工作 例如制造业 建筑业 或是危险的工作 1893年的蒸汽机器人 1800年前张衡发明的计里鼓车 1800年后的 木牛流马 仿制 工业机器人的诞生进入20世纪后 实用化的工业机器人相继问世 各种用途的机器人相继问世 许多梦想成为了现实 第一代示教再现工业机器人在完成焊接工作 62年GM研制的世界第一台工业机器人Unimate 日本90年代的机器人电子装配生产线 娱乐机器狗 娱乐机器人 足球机器人 军用机器人 排弹移动机器人 水下机器人 机器人化机器 并联虚拟轴机床 MIT研制的仿生机器人恐龙 分子纳米机器人 无人飞行机器人 仿人机器人 各种仿人手部 生物识别 BiometricIdentificationTechnology 是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术 生物特征是唯一的 与他人不同 可以测量或可自动识别和验证的生理特性或行为方式 分为生理特征和行为特征 用于生物识别的生物特征有手形 指纹 脸形 虹膜 视网膜 脉搏 耳廓等 行为特征有签字 声音 按键力度等 基于这些特征 人们已经发展了手形识别 指纹识别 面部识别 发音识别 虹膜识别 签名识别等多种生物识别技术 指纹识别 医学诊断成像与远程医疗 人工智能50年 AI50周年国际大会 2006年8月1日 3日中国人工智能学会联合有关学会和相关单位 在北京共同举行大型系列庆祝活动 庆祝 人工智能 学科诞生五十周年 浪潮杯首届中国象棋人机大战 2006年8月9日 经过三个小时的激烈搏战 浪潮天梭击败大师联盟 柳大华等五位中国象棋大师组成的大师队 在十局比赛中 2胜5平3负 最终以9 11的总比分负于浪潮天梭 人工智能50年国际会议 LotfiA Zadeh ANewFrontierinComputation ComputationwithInformationDescribedInNaturalLanguage ppt MakotoNagao KnowledgeandItsUseinNatura