《人工智能及其应用》第01章ppt课件

1、课程简介关于人工智能 人工智能是研讨计算机实现智能的原理以及建造智能计算机的学科。目的和义务 “人工智能是计算机科学实际根底研讨的重要组成部分，是计算机类专业的专业课。本课程是关于人工智能的引导性课程，引见人工智能的根本实际、方法和技术，目的是使学生了解和掌握人工智能的根本概念和方法，为今后的更高级课程的学习、为未来在人工智能领域的进一步研讨任务和软件实际奠定良好的根底。 先修课程 计算机程序设计根底、离散数学。.1.1 人工智能的定义与开展 1.2 人类智能与人工智能 1.3 人工智能各学派的认知观 1.4 人工智能的研讨与运用领域.1.1.1 人工智能的定义 定义1.1 智能机器Intel

2、ligent machine 可以在各类环境中自主地或交互地进展各种拟人义务anthropomorphic task的机器。 定义1.2 人工智能学科 人工智能学科是计算机科学中涉及研讨、设计和运用智能机器的一个分支，是一门综合性的交叉学科和边缘学科。 定义1.3 人工智能才干 是智能机器执行的通常与人类智能有关的功能，如判别、推理、证明、识别、感知、了解、设计、思索、规划、学习和问题求解等思想活动。.1.1.2 人工智能的来源与开展1 孕育期公元前900多年，我国歌舞机器人公元前850多年，古希腊关于制造机器人协助人们劳动的神话传说古希腊伟大的哲学家亚里士多德创建的演绎法德国数学和哲学家莱布

3、尼茨奠定的数理逻辑根底英国数学家图灵创建图灵机模型美国数学家、电子数字计算机的先驱莫克利等人研制胜利的世界上第一台通用电子计算机此外1943年，美国神经生理学家麦卡锡和皮茨一同研制出了世界上第一个人工神经网络模型，开创了以仿生学观念和构造化方法模拟人类智能的途径1948年，美国著名数学家维纳创建了控制论，为以行为模拟观念研讨人工智能奠定了实际和技术根底。1950年，图灵又发表了题为的著名论文，明确提出了“机器能思想 的观念。 .1.1.2 人工智能的来源与开展2 构成期19561970年1956年夏季，达特茅斯Dartmouth大学数学家、计算机专家麦卡锡和他的3位朋友：哈佛大学数学家、神经学

4、家明斯基，IBM公司信息中心担任人洛切斯特，贝尔实验室信息部数学研讨员香农共同发起在达特茅斯大学举行了一个为期两个月的夏季学术研讨会用机器模拟人类智能 人工智能诞生以人工智能为目的的3个研讨小组纽厄尔和西蒙的卡内基-兰德小组心里学小组塞缪尔的IBM公司工程课题研讨小组明斯基和麦卡锡的MIT研讨小组3个小组获得的成就领域定理证明、问题求解、博弈.1.1.2 人工智能的来源与开展3 知识运用期197120世纪80年代末，低潮期波折和教训博弈方面：塞缪尔的下棋程序与世界冠军的战绩：5战4负定理证明：鲁滨逊归结法的才干有限：用归结原理证明两个延续函数之和还是延续函数时，推了10万步也没证出结果问题求解

5、方面：理想的良构造问题，现实的不良构造问题，产生组合爆炸机器翻译：如，把“心有余而力缺乏的英语句子“The spirit is willing but the flesh is weak翻译成俄语，然后再翻译回来时竟变成了“酒是好的，肉蜕变了，即英语句子为“The wine is good but the meat is spoiled.以人工智能为目的的3个研讨小组在神经生理学方面，研讨发现人脑由10111012个神经元组成，在现有技术条件下用机器从构造上模拟人脑是根本不能够的。人工智能的本质、实际、思想和机理遭到了来自哲学、心思学、神经学等社会各界的责难、疑心和批判。.1.1.2 人工智能

6、的来源与开展3以知识是为中心的研讨20世纪70年代至80年代专家系统 是一个具有大量专门知识，并可以利用这些知识去处理特定领域中需求专家才干处理的那些问题的计算机程序。实现了人工智能从实际研讨走向实践运用，从普通思想规律讨论走向专门知识运用的艰苦突破，是人工智能开展史上的一次艰苦转机。1976年费根鲍姆指点研制胜利的MYCIN专家系统可以协助内科医生诊断、治疗细菌感染疾病.1.1.2 人工智能的来源与开展4 从学派分立走向综合20世纪80年代末至本世纪初基于知识工程的符号主义学派基于人工神经网络的结合主义学派基于控制论的行为主义学派.1.1.2 人工智能的来源与开展5 智能科学技术学科的兴起本

7、世纪初到如今由对人工智能的单一研讨走向以自然智能、人工智能、集成智能为一体的协同智能研讨；由人工智能学科的独立研讨走向注重与脑科学、认知科学等学科的交叉研讨由多个不同窗派的分立研讨走向多学派的综合研讨由对个体、集中智能的研讨走向对群体、分布智能的研讨集成智能：自然智能与人工智能经过协调配合所集成的智能协同智能：个体智能相互协调所涌现的群体智能。.1.1.2 人工智能的来源与开展6人工智能在我国1978年 开场设立人工智能的研讨课题主要在定理证明、汉语自然言语了解、机器人和专家系统方面获得一批 研讨成果.1.1.2 人工智能的来源与开展7人工智能的目的远期目的 制造智能机器，即可以在各类环境中自

8、动地或交互地执行各种拟人义务anthropomorphic tasks的机器。近期目的 实现机器智能，即先部分地或某种程度地实现机器的智能 eg：1深蓝巨型机&世界象棋冠军 2自动驾驶汽车.1.2 人类智能与人工智能.符号处置系统的六种根本功能 符号处置系统 信息处置系统又叫符号操作系统(Symbol Operation System)或物理符号系统(Physical Symbol System)。所谓符号就是方式(pattern)。 符号操作系统义务及功能：识别一样的符号和区别不同的符号6种根本功能 (1)输入符号(input)；(2)输出符号(output);(3)存储符号(store);

9、(4)复制符号(copy);(5)建立符号构造：经过找出各符号间的关系，在符号系统中构成符号构造；(6)条件性迁移(conditional transfer):根据已有符号，继续完成活动过程。1.2.1 智能信息处置系统的假设.物理符号系统的假设 任何一个系统，假设它能表现出智能，那么它就必定可以执行上述6种功能。反之，任何系统假设具有这6种功能，那么它就可以表现出智能；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。 人之所以可以表现出智能，就是基于他的信息处置过程。 推论二 既然计算机是

10、一个物理符号系统，它就一定可以表现出智能。这是人工智能的根本条件。 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，那么就可以用计算机来模拟人的活动。 1.2.1 智能信息处置系统的假设.人类的认知行为具有不同的层次 认知生理学 研讨认知行为的生理过程，主要研讨人的神经系统神经元、中枢神经系统和大脑的活动，是认知科学研讨的底层。 认知心思学 研讨认知行为的心思活动，主要研讨人的思想战略，是认知科学研讨的顶层。 认知信息学 研讨人的认知行为在人体内的初级信息处置，主要研讨人的认知行为如何经过初级信息自然处置，由生理活动变为心思活动及其逆过程，即由心思活动变为生理行为。这是认知活动的

11、中间层，承上启下。 认知工程学 研讨认知行为的信息加工处置，主要研讨如何经过以计算机为中心的人工信息处置系统，对人的各种认知行为如知觉、思想、记忆、言语、学习、了解、推理、识别等进展信息处置。这是研讨认知科学和认知行为的工具，应成为现代认知心思学和现代认知生理学的重要研讨手段。 1.2.1 智能信息处置系统的假设.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 物理符号系统假设的推论一通知人们，人有智能，所以他是一个物理符号系统；推论三指出，可以编写出计算机程序去模拟人类的思想活动。这就是说，人和计算机这两个物理符号系统所运用的物理符号是一样的，因此计算机可以模拟人类的智能活动过程。

12、 智能计算机的功能 如下棋、证明定理、翻译言语文字和处理难题等。神经计算机(neural computer)可以以类似人类的方式进展“思索，它力图重建人脑的笼统。一些国家对量子计算机的研讨也已起步，希望经过对量子计算(quantum computing)的研讨，产生量子计算机。量子计算机：由理乍得费曼提出，是一类遵照量子力学规律进展高速数学和逻辑运算、存储及处置量子信息的物理安装。当某个安装处置和计算的是量子信息，运转的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机的概念源于对可逆计算机的研讨。研讨可逆计算机的目的是为理处理计算机中的能耗问题。 .1.3 人工智能各学派的认知观.人工智能三大学派

13、符号主义(Symbolicism) 又称为逻辑主义(Logicism)、心思学派(Psychlogism)或计算机学派 (Computerism)，其原理主要为物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性 原理。 衔接主义(Connectionism) 又称为仿生学派(Bionicsism)或生理学派(Physiologism)，其原理主要为神经网络及神经网络间的衔接机制与学习算法。 行为主义(Actionism) 又称进化主义(Evolutionism)或控制论学派(Cyberneticsism)，其原理为控制论及感知 动作型控制系统。.三大学派对人工智能开展历史的不同看法 符号主义 以为

14、人工智能源于数理逻辑。符号主义依然是人工智能的主流派。这个学派的代表有纽厄尔、肖、西蒙和尼尔逊(Nilsson)等。 衔接主义 以为人工智能源于仿生学，特别是人脑模型的研讨。 行为主义 以为人工智能源于控制论。这一学派的代表作首推布鲁克斯(Brooks)的六足行走机器人，它被看做新一代的“控制论动物，是一个基于感知动作方式的模拟昆虫行为的控制系统。 .1.4 人工智能的研讨与运用领域.1.4.1 问题求解 人工智能的第一个大成就是开展了可以求解难题的下棋(如国际象棋)程序，它包含问题的表示、分解、搜索与归约等。 .1.4.2 逻辑推理与定理证明 逻辑推理 是人工智能研讨中最耐久的子领域之一，特

15、别重要的是要找到一些方法，只把留意力集中在一个大型数据库中的有关现实上，留意可信的证明，并在出现新信息时适时修正这些证明。 定理证明 定理证明的研讨在人工智能方法的开展中曾经产生过重要的影响。例如，采用谓词逻辑言语的演绎过程的方式化有助于更清楚地了解推理的某些子命题。许多非方式的任务，包括医疗诊断和信息检索都可以和定理证明问题一样加以方式化。因此，在人工智能方法的研讨中定理证明是一个极其重要的论题。 我国人工智能巨匠吴文俊院士提出并实现了几何定理机器证明的方法，被国际上成以为“吴氏方法，是定理证明的又一标志性成果。 .1.4.3 自然言语了解 言语处置也是人工智能的早期研讨领域之一，并引起了进

16、一步的注重。言语的生成和了解是一个极为复杂的编码和解码问题。一个能了解自然言语信息的计算机系统看起来就像一个人一样需求有上下文知识以及根据这些上下文知识和信息用信息发生器进展推理的过程。了解口头的和书写言语的计算机系统所获得的某些进展，其根底就是有关表示上下文知识构造的某些人工智能思想以及根据这些知识进展推理的某些技术。 .1.4.5 专家系统 普通地说，专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部具有大量专家程度的某个领域知识与阅历，可以利用人类专家的知识和处理问题的方法来处理该领域的问题。开展专家系统的关键是表达和运用专家知识，即来自人类专家的并已被证明对处理有关领域内的典型问题是有用的现实和

17、过程。 .1.4.6 机器学习 学习是人类智能的主要标志和获得知识的根本手段；机器学习(自动获取新的现实及新的推理算法)是使计算机具有智能的根本途径；机器学习还有助于发现人类学习的机理和提示人脑的奥妙。学习是一个有特定目的的知识获取过程，其内部表现为新知识构造的不断建立和修正，而外部表现为性能的改善。 .1.4.7 神经网络 神经网络处置直觉和笼统思想信息具有比传统处置方式好得多的效果。神经网络已在方式识别、图象处置、组合优化、自动控制、信息处置、机器人学和人工智能的其它领域获得日益广泛的运用。 .1.4.8 机器人学 人工智能研讨日益遭到注重的另一个分支是机器人学，其中包括对操作机器人安装程

18、序的研讨。这个领域所研讨的问题，从机器人手臂的最正确挪动到实现机器人目的的动作序列的规划方法，无所不包。目前曾经建立了一些比较复杂的机器人系统。 机器人和机器人学的研讨促进了许多人工智能思想的开展。 智能机器人的研讨和运用表达出广泛的学科交叉，涉及众多的课题，机器人已在各领域获得越来越普遍的运用。 .1.4.9 方式识别 人工智能所研讨的方式识别是指用计算机替代人类或协助人类感知方式，是对人类感知外界功能的模拟，研讨的是计算机方式识别系统，也就是使一个计算机系统具有模拟人类经过感官接受外界信息、识别和了解周围环境的感知才干。 .1.4.10 机器视觉 实验阐明，人类接受外界信息的80%以上来自

19、视觉，视觉对人类是非常重要的。机器视觉或计算机视觉已从方式识别的一个研讨领域开展为一门独立的学科；在视觉方面，曾经给计算机系统装上电视输入安装以便可以“看见周围的东西。 机器视觉的前沿研讨领域包括实时并行处置、自动式定性视觉、动态和时变视觉、三维景物的建模与识别、实时图像紧缩传输和复原、多光谱和彩色图像的处置与解释等。 .1.4.11 智能控制 人工智能的开展促进自动控制向智能控制开展。智能控制是一类无需(或需求尽能够少的)人的干涉就可以独立地驱动智能机器实现其目的的自动控制。 智能控制是同时具有以知识表示的非数学广义世界模型和数学公式模型表示的混合控制过程，也往往是含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定