粤教版《人工智能初步》教材教学研讨

1、感受人工智能技术的丰富魅力，增强对信感受人工智能技术的丰富魅力，增强对信息技术开展前景的向往和对未来生活的追息技术开展前景的向往和对未来生活的追求。求。人工智能初步人工智能初步知识及其表达知识及其表达推理与专家系统推理与专家系统人工智能语言与人工智能语言与问题求解问题求解知识及其表达知识及其表达相关的背景知识相关的背景知识了解人工智能的概念与根本了解人工智能的概念与根本特点；特点；了解、体验人工智能某些典了解、体验人工智能某些典型应用、开展现状型应用、开展现状掌握知识表达掌握知识表达的几种根本方的几种根本方法。法。推理与专家系统推理与专家系统了解专家了解专家系统的根系统的根本结构、本结构、工作

2、的根工作的根本过程。本过程。知道专家系统知道专家系统正向、反向推正向、反向推理的根本原理。理的根本原理。会描述一种常会描述一种常用的不精确推用的不精确推理的根本过程。理的根本过程。了 解 专 家了 解 专 家系 统 解 释系 统 解 释机制。机制。会用专家会用专家系统外壳系统外壳来开发简来开发简单的专家单的专家系统。系统。人工智能语言与问题求解人工智能语言与问题求解了解一种人工了解一种人工智能语言，初智能语言，初步学会使用该步学会使用该语言设计程序语言设计程序上机求解简单上机求解简单问题。问题。了解状态空间了解状态空间的概念与方法，的概念与方法，学会用该方法学会用该方法描述待求解的描述待求解的

3、问题。问题。了解盲目搜索、了解盲目搜索、启发式搜索的启发式搜索的根本思想及其根本思想及其特点。特点。知识表示是根底知识表示是根底搜索技术是核心搜索技术是核心专家系统是目标专家系统是目标知识表示知识表示 产生式规那么、状态空间、产生式规那么、状态空间、Prolog语言。语言。专家系统的推理原理；简单专家系统的构造。专家系统的推理原理；简单专家系统的构造。各种搜索策略的根本原理。各种搜索策略的根本原理。教材编写思路教材编写思路学生通过观摩或实际操作，体验人工智能学生通过观摩或实际操作，体验人工智能在模式识别、专家系统、问题求解等方面在模式识别、专家系统、问题求解等方面的典型应用。的典型应用。内容介

4、绍内容介绍什么是人工智能什么是人工智能人工智能的根本内容人工智能的根本内容环境环境机器感知机器感知获取知识机器学习机器学习获取知识机器思维机器思维处理知识机器行为机器行为运用知识使机器具有使机器具有类似于人的类似于人的这些感知能这些感知能力力,让机器让机器能够识别并能够识别并理解文字、理解文字、图像、语言图像、语言等。等。使机器能够模拟人类的思维活动，对通过感知得来的外部使机器能够模拟人类的思维活动，对通过感知得来的外部信息及机器内部的各种工作信息进行有目的地处理。信息及机器内部的各种工作信息进行有目的地处理。人工智能的主要应用领域人工智能的主要应用领域人工智能人工智能模式模式识别识别自然自然

5、语言语言理解理解自动自动程序程序设计设计智能智能代理代理机器机器证明证明专家专家系统系统人工人工神经神经网络网络教学重点教学重点人工智能的概念与根本特点人工智能的概念与根本特点人工智能根本内容人工智能根本内容人工智能的主要应用领域人工智能的主要应用领域理解人工智能的根本概念理解人工智能的根本概念人工智能的主要应用领域人工智能的主要应用领域教学难点教学难点教学建议教学建议教师课前搜索整理有关资料教师课前搜索整理有关资料,充分理解教材充分理解教材中的概念与内容中的概念与内容.防止满堂灌防止满堂灌,挖掘教材中的案例挖掘教材中的案例,提炼拓展提炼拓展.充分引导充分引导,结合视频、网络资源、案例学习、结

6、合视频、网络资源、案例学习、问题驱动等教学活动开展教学。问题驱动等教学活动开展教学。几个教学资源几个教学资源和网络机器人和网络机器人Alice聊天。聊天。 (实践，引入人工智能实践，引入人工智能)机器人足球。机器人足球。 (对人工智能根本内容的应用探究对人工智能根本内容的应用探究)指纹识别系统、微软拼音输入法指纹识别系统、微软拼音输入法2003语音输入功能。语音输入功能。 (实践体验实践体验模式识模式识别别)金山词霸。金山词霸。 (实践体验实践体验自然语言理自然语言理解解)农业专家系统。农业专家系统。 (实践体验实践体验专家系统专家系统)?人工智能人工智能?电影片断。电影片断。(体验体验人工神

7、经网络人工神经网络)淘宝网、淘宝网、Office小助手、在家里寻找外星人小助手、在家里寻找外星人 (体验体验智能代理智能代理)下一页下一页学生通过观摩或实际操作，体验人工智能在模式识别、专学生通过观摩或实际操作，体验人工智能在模式识别、专家系统、问题求解等方面的典型应用。家系统、问题求解等方面的典型应用。返回返回返回返回本章教学方法本章教学方法自主阅读、交流讨论自主阅读、交流讨论 如智能、人工智能、人工智能特点充分利用网络资源，挖掘丰富内涵，获得知充分利用网络资源，挖掘丰富内涵，获得知识，加强实践能力识，加强实践能力 如机器人踢足球、机器思维观摩演示的学习方法观摩演示的学习方法 如指纹系统、动

8、物专家系统教学评价教学评价过程性评价过程性评价能上网搜索学习资料并归纳成自己的观点。能上网搜索学习资料并归纳成自己的观点。比方：什么是人工智能、根本特点是什么、比方：什么是人工智能、根本特点是什么、人工智能的主要应用领域、机器人为什么会人工智能的主要应用领域、机器人为什么会踢足球。踢足球。分组进行，小组之间互评或自评，根据小组分组进行，小组之间互评或自评，根据小组的活动成果和课堂表现给与等级评定。的活动成果和课堂表现给与等级评定。教学评价教学评价终结性评价终结性评价能描述人工智能的概念与根本特点。能描述人工智能的概念与根本特点。能对几种常见的人工智能主要应用实例进行能对几种常见的人工智能主要应

9、用实例进行正确归类。正确归类。教材编写思路教材编写思路内容介绍内容介绍知识知识框架表示法框架表示法与与/或图表示法或图表示法状态空间表示法状态空间表示法产生式规那么表示法产生式规那么表示法教学重点教学重点教学难点教学难点教学建议教学建议教学建议教学建议教学建议教学建议教学建议教学建议过程与步骤。过程与步骤。教学建议教学建议教学建议教学建议教学建议教学建议本章教学方法本章教学方法知识表示法知识表示法案例案例框架表示法框架表示法描述高中生的知识框架、天气预报的知识描述高中生的知识框架、天气预报的知识框架框架“与与/或或”图表示法图表示法两个三角形全等的两个三角形全等的“与与/或或”图表示法、图表示

10、法、识别动物的识别动物的“与与/或或”图表示法图表示法状态空间表示法状态空间表示法翻钱币、水壶问题的状态空间表示法翻钱币、水壶问题的状态空间表示法产生式规则表示法产生式规则表示法动物识别系统的产生式规则动物识别系统的产生式规则产生式规那么产生式规那么 与或图与或图 状态空间等状态空间等 人工智能语言 如Prolog语言 通用程序设计语言如C、C+自然语言表示自然语言表示 格式化表示格式化表示 计算机语言表示计算机语言表示难点分析难点分析自然语言描述知识自然语言描述知识产生式规那么表示知产生式规那么表示知识识产生式规那么的根本形式：产生式规那么的根本形式：If P then Q或者或者PQ老虎老

11、虎黄褐色黄褐色黑色条纹黑色条纹食肉动物食肉动物吃肉吃肉有犬牙有犬牙有爪有爪眼睛向前眼睛向前哺乳动物哺乳动物产奶产奶有毛发有毛发产生式规那么表示知识的网产生式规那么表示知识的网络络老虎老虎黄褐色黄褐色黑色条纹黑色条纹食肉动物食肉动物吃肉吃肉有犬牙有犬牙有爪有爪眼睛向前眼睛向前哺乳动物哺乳动物产奶产奶有毛发有毛发与或图表示知识与或图表示知识定义如下谓词：定义如下谓词： positive(X)表示该动物具有特点表示该动物具有特点X; negative(X)表示该动物不具有特点表示该动物不具有特点X; It_is(X)表示该动物属于表示该动物属于X类别类别; Animal_is(X)表示该动物的名字叫

12、表示该动物的名字叫X.用用PrologProlog语言表示知识语言表示知识1 1It_is(“哺乳动物哺乳动物):-positive(“有毛发有毛发)It_is(“哺乳动物哺乳动物):-positive(“产奶产奶)It_is(“食肉动食肉动 物物):-positive(“吃肉吃肉)It_is(“食肉动物食肉动物):-positive(“有犬齿有犬齿),positive(“有爪有爪),positive(“眼视前方眼视前方)Animal_is(“老虎老虎):-It_is(“哺乳动物哺乳动物),It_is(“食肉食肉动物动物),positive(“黄褐色黄褐色),positive(“有黑色条纹有黑

13、色条纹)用用PrologProlog语言表示知识语言表示知识2 2目标目标 学会用状态空间法表示重排九宫问题学会用状态空间法表示重排九宫问题了解状态空间法的相关概念、根本思想了解状态空间法的相关概念、根本思想状态空间表示法举例状态空间表示法举例要求：用尽可能少棋步能由初始状态到达目标状态。要求：用尽可能少棋步能由初始状态到达目标状态。例例1 重排九宫问题重排九宫问题8 3 6 47 5初始状态初始状态1 2 3 8 47 6 5目标状态目标状态2 8 31 6 47 52 8 31 47 6 52 8 31 6 47 5 2 8 31 6 4 7 52 8 3 6 41 7 52 8 3 1

14、47 6 52 31 8 47 6 52 8 31 4 7 6 52 8 31 6 7 5 4 8 32 6 41 7 52 8 36 41 7 5 8 32 1 47 6 52 8 37 1 4 6 5 2 31 8 47 6 52 3 1 8 47 6 52 8 31 47 6 52 8 1 4 37 6 52 8 31 67 5 42 81 6 37 5 48 32 6 41 7 52 36 8 41 7 58 32 1 47 6 52 8 37 1 46 51 2 3 8 47 6 52 3 41 8 7 6 52 8 3 1 47 6 52 81 4 37 6 52 8 3 1 67

15、 5 42 81 6 37 5 42 8 36 4 1 7 52 8 36 7 41 52 31 8 47 6 52 8 31 6 47 52 31 8 67 5 42 8 31 5 67 4目标状态目标状态初始状态初始状态状态状态 表示问题求解过程中每一表示问题求解过程中每一步问题状况的数据结构。步问题状况的数据结构。 例如，例如， 在棋弈中的格局即在棋弈中的格局即为问题的状态。为问题的状态。操作操作 把问题从一种状态变换为把问题从一种状态变换为另外一种状态的手段。另外一种状态的手段。 例如，棋弈中一步例如，棋弈中一步“走子走子可将一个格局变为另一种可将一个格局变为另一种格局。格局。状态空间

16、表示法状态空间表示法状态空间状态空间 用来描述一个问题的全部用来描述一个问题的全部状态以及这些状态之间的相互状态以及这些状态之间的相互关系。包含三个局部：关系。包含三个局部： S问题的初始状态集合问题的初始状态集合 F操作集合操作集合 G目标状态的集合目标状态的集合状态空间树图状态空间树图 可用一个图树来直观可用一个图树来直观地表示出状态空间。地表示出状态空间。状态空间表示法的根本思想状态空间表示法的根本思想 用用“状态状态和和“操作操作来来表示问题及其变化，形成状态表示问题及其变化，形成状态空间，求解问题的过程就是在空间，求解问题的过程就是在状态空间树中搜索表示解的状状态空间树中搜索表示解的

17、状态的过程。态的过程。 搜索时，从某个初始状态搜索时，从某个初始状态出发，每次使用一个操作使得出发，每次使用一个操作使得问题能够从一种状态变为另外问题能够从一种状态变为另外一种状态，直到到达目标状态一种状态，直到到达目标状态为止。为止。例例2 分钱币问题分钱币问题76,15,24,35,1,14,2,13,2,23,3,14,1,1,13,2,1,12,2,2,13,1,1,1,12,2,1,1,12,1,1,1,1,1对方先走对方先走我方胜我方胜对方胜对方胜对方胜对方胜1. 还有哪些类似的问题可以使用状态空间来还有哪些类似的问题可以使用状态空间来描述？描述？ 比方，井字棋、五子棋、拾火柴等比

18、方，井字棋、五子棋、拾火柴等游戏。画出井字棋问题的状态空间树。游戏。画出井字棋问题的状态空间树。过河问题如何使用状态空间法表示？过河问题如何使用状态空间法表示？ 画出过河问题的状态空间图。画出过河问题的状态空间图。思考与练习思考与练习教学评价教学评价过程性评价过程性评价能运用产生式规那么、能运用产生式规那么、“与与/或图、框架等或图、框架等常用的知识表示方法的特点和适用场合进行常用的知识表示方法的特点和适用场合进行比较，能对某个问题用一种知识表示方法进比较，能对某个问题用一种知识表示方法进行表示。行表示。能上机调试、执行能上机调试、执行Prolog程序。程序。教学评价教学评价终结性评价终结性评

19、价掌握知识的概念，学会知识表达的方法，了掌握知识的概念，学会知识表达的方法，了解状态空间的概念与方法，学会用该方法描解状态空间的概念与方法，学会用该方法描述待求解的问题。述待求解的问题。了解了解Prolog语言的根本数据结构和程序结构，语言的根本数据结构和程序结构，掌握相关概念，知道人工智能语言的主要特掌握相关概念，知道人工智能语言的主要特征，初步学会用征，初步学会用Prolog语言设计程序，求语言设计程序，求解简单问题。解简单问题。教材编写思路教材编写思路内容介绍内容介绍认识专家系统认识专家系统知识知识获取获取开发开发过程过程解释解释功能功能推理推理过程过程建造植物分类专家系统建造植物分类专

20、家系统教学重点教学重点教学难点教学难点教学建议教学建议教学组织手段教学组织手段人机接口知识获取推理机解释机制知识库数据库教学案例教学案例认识专家系统认识专家系统新课引入新课引入学习探究学习探究什么是专家系统什么是专家系统学习探究学习探究专家系统的结构专家系统的结构学习探究学习探究激情辩论赛激情辩论赛活动探究活动探究专家系统的分类专家系统的分类稳固加深稳固加深考考你考考你知识链接知识链接扩充视野扩充视野教学案例评析教学案例评析认识专家系统认识专家系统教学评价教学评价教材编写思路教材编写思路内容介绍内容介绍重排九宫问题、树重排九宫问题、树根本搜根本搜索方法索方法求解博弈问题求解博弈问题启发式启发式

21、搜索搜索广度优广度优先搜索先搜索深度优深度优先搜索先搜索盲目搜索技术盲目搜索技术教学重难点教学重难点教学建议教学建议教学资源教学资源井字棋游戏井字棋游戏教学资源教学资源五子棋游戏五子棋游戏教学资源教学资源走迷宫走迷宫如图是一个迷宫，如图是一个迷宫，S0是入口，是入口，S9是出口，把入是出口，把入口作为初始节点，出口作为目标节点，通道作口作为初始节点，出口作为目标节点，通道作为分支，画出从入口为分支，画出从入口S0出发，寻找出口出发，寻找出口S9的状的状态树。态树。 教学资源教学资源拾火柴游戏拾火柴游戏假定盘中放有假定盘中放有n根火柴，由弈者根火柴，由弈者A和和B两人参加比赛。两人参加比赛。比赛

22、的规那么是：两名弈者轮流从盘中取走火柴，比赛的规那么是：两名弈者轮流从盘中取走火柴，每次从盘中取走每次从盘中取走1，2或或3根火柴均为合法着，否那根火柴均为合法着，否那么为非法着。拿走盘中最后一根火柴的弈者为输。么为非法着。拿走盘中最后一根火柴的弈者为输。假定假定A方先走，方先走，A有必胜策略吗？假设有就找出有必胜策略吗？假设有就找出A的的必胜策略。必胜策略。教学资源教学资源老农过河老农过河有一个农夫带一匹狼、一只羊和一棵白菜过河从河有一个农夫带一匹狼、一只羊和一棵白菜过河从河的北岸到南岸。如果没有农夫看管，那么狼要吃羊，的北岸到南岸。如果没有农夫看管，那么狼要吃羊，羊要吃白菜。但是船很小，只

23、够农夫带一样东西过河。羊要吃白菜。但是船很小，只够农夫带一样东西过河。用用0和和1表示狼、羊、白菜分别运到南岸的状态，表示狼、羊、白菜分别运到南岸的状态，0表表示不在南岸，示不在南岸，1表示在南岸，如：表示在南岸，如：100表示只有狼表示只有狼运到南岸。初始时，南岸状态为运到南岸。初始时，南岸状态为000，表示狼、羊、，表示狼、羊、白菜都没运到南岸，最终状态为白菜都没运到南岸，最终状态为111，表示狼、羊、，表示狼、羊、白菜都运到了南岸。用状态树为农夫找出过河方法。白菜都运到了南岸。用状态树为农夫找出过河方法。重排九宫问题游戏根本搜索启发式搜索广度优先搜索 深度优先搜索 重排九宫问题重排九宫问

24、题8 3 6 47 5初始状态初始状态1 2 3 8 47 6 5目标状态目标状态 请用尽可能少的棋步从初始状态到达目标状态。请用尽可能少的棋步从初始状态到达目标状态。8 32 1 47 6 5E18 1 32 47 6 5E22 8 37 46 1 5E32 8 37 1 46 5E41 2 38 47 6 5Sg8 32 1 47 6 5D12 8 37 1 46 5D2D32 3 41 87 6 5D42 81 4 37 6 5D52 8 31 4 57 6D62 8 3 6 41 7 5D72 8 31 67 5 4D8 8 32 1 47 6 5C12 8 37 1 4 6 5C2

25、2 31 8 47 6 5C32 31 8 47 6 5C42 81 4 37 6 5C52 8 31 8 57 6C62 8 31 6 4 7 5C72 8 31 6 47 5C8B12 31 8 47 6 5B22 8 31 47 6 5B32 8 31 6 47 5B42 8 31 47 6 5S01 2 3 8 47 6 5第四层第三层第二层第一层第零层2 3 41 87 6 51 2 37 8 4 6 52 8 3 1 47 6 5E6E72 8 32 8 3 1 4 1 47 6 57 6 52 32 31 8 41 8 47 6 57 6 52 8 32 8 31 41 47 6

26、 57 6 52 8 32 8 31 6 41 6 47 57 5 8 3 8 32 1 42 1 47 6 57 6 52 8 32 8 37 1 47 1 4 6 5 6 5 2 3 2 31 8 41 8 47 6 57 6 52 32 31 8 41 8 47 6 57 6 52 82 81 4 31 4 37 6 57 6 52 8 32 8 31 8 51 8 57 67 62 8 32 8 31 6 41 6 4 7 5 7 52 8 32 8 31 6 41 6 47 57 58 38 32 1 42 1 47 6 57 6 52 8 32 8 37 1 47 1 46 56

27、51 2 31 2 3 8 4 8 47 6 57 6 52 3 42 3 41 81 87 6 57 6 52 82 81 4 31 4 37 6 57 6 52 8 32 8 31 4 51 4 57 67 62 8 32 8 3 6 4 6 41 7 51 7 52 8 32 8 31 61 67 5 47 5 48 38 32 1 42 1 47 6 57 6 58 1 38 1 32 42 47 6 57 6 52 8 32 8 37 47 46 1 56 1 52 8 32 8 37 1 47 1 46 56 51 2 31 2 38 48 47 6 57 6 5找到目标状态，结束搜索广度优先搜索8 32 1 47 6 5E18 1 32 4