人工智能课件2

高级人工智能

第1章人工智能概述

(Chapter1OverviewofAI)

1

OUTLINE

1.0绪论

1.1人工智能的定义

1.2人工智能简史

1.3人工智能各学派认知观

1.4人工智能研究与应用领域

1.5人工智能在中国

1.6AI领域的著名期刊及会议

1.7当前人工智能研究热点

本章小结

参考书目第1章人工智能概述2绪论我们为什么能够思考、怎样思考的?大脑这么一小堆东西怎么能够感知、理解、预测和应对一个远比自身庞大和复杂的世界？——人工智能(ArtificialIntelligence，简称AI)走得更远：不仅试图理解人类如何具有智慧，而且要制造出像人类一样完成某些智能任务的系统(软件)AI是最新兴的学科之一，也是激动人心的学科：“我最想参与的研究领域”；不同于物理学，AI还有出现几个爱因斯坦的余地第1章人工智能概述3绪论AI的研究包含了许许多多不同的子领域，涵盖的范围从通用领域，比如学习和感知，到特定的任务，诸如下国际象棋、数学定理证明、诗歌写作和疾病诊断。AI对智能任务进行系统化和自动化，并因而与人类智能活动的任何范畴都潜在相关。从这个意义上讲，AI的确是一个普遍的研究领域。

第1章人工智能概述41.1人工智能的定义

第1章人工智能概述为什么我们认为人工智能是一项值得研究的课题，以及它到底是怎样一类问题5什么是人工智能人工智能目前尚无统一的定义，存在着争议，不同领域的研究者从不同的角度给出了各自不同的定义

对人工智能的8种定义：人工智能是一种使计算机能够思维，使机器具有智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985）人工智能是那些与人的思维、决策、问题求解和学习等有关活动的自动化（Bellman,1978）。人工智能是用计算模型研究智力行为（Charniak和McDermott,1985）第1章人工智能概述6对AI的8种定义(1)人工智能是研究那些使理解、推理和行为成为可能的计算（Winston,1992）人工智能是一种能够执行需要人的智能的创造性机器的技术（Kurzwell,1990）人工智能研究如何使计算机做事让人过得更好（Rick和Knight,1991）人工智能是一门通过计算过程力图理解和模仿智能行为的学科（Schalkoff,1990）人工智能是计算机科学中与智能行为的自动化有关的一个分支（Luger和Stubblefield,1993）第1章人工智能概述78种定义的比较第1章人工智能概述像人一样思考的系统理性地思考的系统①②

③④像人一样行动的系统理性地行动的系统⑤⑥

⑦⑧注重模拟人的思维和推理过程注重模拟人的行为88种定义的比较第1章人工智能概述像人一样思考的系统理性思考的系统①②

③④像人一样行动的系统理性行动的系统⑤⑥

⑦⑧从模拟人类功能的逼真度来度量从理性智能概念来度量一个系统如果能够在它所知道的范围内”正确行事”,它就是理性的94类方法的比较第1章人工智能概述思考过程类人思考模拟思维过程理性思考理性行为人类智能智能行为类人行为模拟行为功能思维过程思维模型按照模型建立思维系统智能行为行为建模按照模型建立行为系统

类人思考或类人行为：直接模拟/追随人理性思考或理性行为：间接模拟/概括人––更抽象、更普遍10AI定义义的的理理解解上述述定定义义见见仁仁见见智智以上上定定义义虽虽然然各各自自不不同同，，但但也也可可以以看看出出AI研究究的的是是如如何何运运用用知知识识，，以以更更像像人人类类一一样样完完成成富富有有智智能能的的工工作作就AI的本本质质本本质质来来说说，，AI是一一门门研研究究如如何何制制造造出出人人造造的的智智能能机机器器或或智智能能系系统统，，来来模模拟拟人人类类智智能能活活动动的的能能力力，，以以延延伸伸人人类类智智能能。。第1章人人工工智智能能概概述述111.2人工工智智能能简简史史7个历历史史时时期期：：孕孕育育期期/诞生生/早期期的的成成功功与与期期望望困困难难期期/基于于知知识识系系统统的的崛崛起起AI成为为工工业业/AI成为为科科学学第1章人人工工智智能能概概述述12人工工智智能能发发展展的的7个时期按照Russell的观点,AI近五十年年的发展展历史可可以分为为以下7个时期:AI孕育期(1943~1955)AI的诞生(1956)早期成功功与期望望(1952~1969)困难时期期(1966~1973)基于知识识系统的的崛起(1969~1979)AI成为工业业(1980~现在)AI成为科学学(1987~现在)第1章人工工智能概概述13人工智能能孕育期期(1943~1955)(1)哲学（公公元前428年—现在）数学（约约800年—现在）经济学（（1776年—现在）神经科学学（1861年—现在）心理学（（1879年—现在）计算机工工程（1940年—现在）控制论（（1948年—现在）语言学（（1957年—现在）14人工智能能孕育期期(1943~1955)(2)古希腊Aristotle创立了演演绎法，，在其名名著《工具论》中给出了了形式逻逻辑的基基本规律律(三段论)。他提出出的至今今仍然是是演绎推推理的最最基本出出发点。。(形式逻辑辑是一切切推理活活动的最最基本的的出发点点)三段论是是以真言言判断为为其前提提的一种种演绎推推理，它它借借助于一一个共同同项，把把两个直直言判断断联系起起来来，从从而得出出结论。。例如：：一切金金属都是是能够熔熔解的；；铁是金金属；所所以，铁铁是能够够熔解的的。第1章人工工智能概概述15人工智能能孕育期期(1943~1955)(2)英国哲学学家、自自然科学学家Bacon(培根)系统地给给出了归归纳法。。和Aristotle的演绎法法一起，，构成了了思维的的基本法法则。/提出“知知识就是是力量”，对几百百年后AI研究从一一般思维维探讨转转向专门门知识运运用起到到了积极极的促进进作用。。德国数学学家、哲哲学家Leibnitz(莱布尼茨茨)把形式逻辑辑符号化化，从而使使得人们们可以对对人的思思维进行行运算和和推理(关于“数理逻辑辑”的思想想)。提出可可以建立立一种通通用的符符号语言言以及一一种在此此基础上上进行推推理的演演算。这这一思想想不仅是是数理逻逻辑的基基础，也也是现代代机器思思维设计计思想的的萌芽。。16人工智能能孕育期期(1943~1955)(3)英国数学学家、逻逻辑学家家Boole（布尔））（1815-1864），他初初步实现现了布莱莱尼茨的的思维符符号化和和数学化化的思想想，提出出了一种种崭新的的代数系系统--布尔代数数，构成成了现代代计算机机的理论论基础美籍奥地地利数理理逻辑学学家Godel（哥德尔尔)(1906-1978)证明了一一阶谓词词的完备备性定理理:任何包含含初等数数论的形形式系统统，如果果它是无无矛盾的的，那么么一定是是不完备备的。此定理的的意义在在于，人人的思维维形式化化和机械械化的某某种极限限，在理理论上证证明了有有些事是是做不到到的。17人工智能能孕育期期(1943~1955)(4)英国数学学家图灵灵1936年创立了了自动机机理论,推进了思思维机器器的研究究，并为为电子计计算机的的诞生奠奠定了理理论基础础。并为为AI做了大量量的开拓拓性工作作(图灵测试试，给出出智能标标准的明明确定义义)。当今世界界上计算算机科学学最高荣荣誉奖励励为"图灵奖"。18Turing测试（1）AlanTuring,““ComputingMachineryandIntelligence”,Mind,59:433––460,1950问题:““Canmachinesthink?”———肯定为此，Turing设计了著著名的TuringTest他认为与与其提出出一个长长长的而而可能有有争议的的清单来来列举智智能所需需要的能能力,不如采用用一项基基于人类类这种无无可质疑疑的智能能实体的的辨别能能力的测测试.19Turing测试（2）测试者A是人，被测试者者B与C一个是人人，另一一个是计计算机/测试时，，测试人人与被测测试人是是分开的的，测试试人只有有通过一一些装置置（如键键盘）向向被测试试人问一一些问题题A提出问题题，B与C分别回答答。问过一些些问题后后，如果果B与C的回答，，使得A无法区分分是人的的回答还还是计算算机的回回答，则则计算机机具有了了智能。。20图灵自己己认为制制造一台台能通过过图灵测测试的计计算机并并不是一一个容易易的事情情，预言言，50年后(2000年)测试者有有可能在在连续交交谈5分钟后，，以不超超过70%的几率做做出正确确的判断断——说明计算算机具有有了一定定的智能能现在看来来，图灵灵的预言言并没有有实现，，从一般般意义上上来讲，，现在的的计算机机还达不不到这个个智能程程度。21ELIZA(*)(第一个计计算机精精神病医医生的会会话系统统）(病人)**Menareallalike.(程序)*INWHATWAYS**Theyarealwaysbuggingusaboutsomethingorother.*CANYOUTHINKOFASPECISLEXAMPLE.**Well,myboyfriendmademecomehere.*YOURBOYFRIENDMADEYOUCOMEHERE.**HesaysI’’mdepressedmuchofthetime.*IAMSORRYTOHEARETHATYOUAREDEPREDDED.**It’strue.I’’munhappy.*DOYOUTHINKCOMINGHEREWILLHELPYOUNOTTOBEUNHAPPY.…22大家请请思考考图灵灵测试试合理理吗？？人类与与计算算机具具有不不一致致的特特长一个通通过了了图灵灵测试试的机机器是是否就就一定定具有有智能能呢？？如深深蓝时间：：北京京时间间1997年5月12日凌晨晨4点50分对手：：IBM的“深深蓝””超级级计算算机国际象象棋世世界冠冠军卡卡斯帕帕罗夫夫结局：：2胜1负3平，总总比分分3.5:2.5，““深蓝蓝”获获胜23图灵的的论文文图灵1950年的论论文《ComputingMachineryandIntelligence》第一个个清晰晰地描描绘出出AI的完整整图像像提出了了图灵灵测试试、机机器学学习、、遗传传算法法、增增量学学习第1章人人工智智能概概述24图灵与与苹果果第1章人人工智智能概概述—1936年，提提出““图灵灵机””的构构想(24岁)1940年-1942年，成成功破破译了了德军军U-潜艇密密码，，主要要贡献献者1947年-1948年，同同时在在神经经网络络和人人工智智能领领域做做出开开创性性的理理论研研究1950年，发发表论论文““计算算机器器与智智能””，人人工智智能科科学的的开创创性构构思/提出著著名的的“图图灵测测试””理论论1951年，从从事生生物的的非线线性理理论研研究/当选英英国皇皇家学学会会会员，，时年年39岁1952年曾被被捕入入狱1953-54年，从从事物物理和和生物物学研研究25人工智智能孕孕育期期(1943~1955)(5)1946年美国国Mauchly(莫克利利)、Eckert(埃克特特)研制第第一台台电子子计算算机““ENIAC”，为人工工智能能研究究奠定定了物物质基基础美国著著名数数学家家、控控制论论创始始人维维纳1948年创立立了控控制论论。控控制论论向AI的渗透，，形成了了现在的的AI行为主义义学派。。美国数学学家Shannon(香农)1948年创立““信息论”。对对AI的主要贡贡献：信信息论认认为人的的心理活活动可通通过信息息的形式式加以研研究，并并提出了了描述人人的心理理活动的的数学模模型。1943年麦卡洛洛克(WarrenMcCulloch)和WalterPitts于1943年建成了了第一个个神经网网络模型型(MP模型)。这一研研究开创创了用微微观AI方法，从从结构上上模拟人人脑的研研究途径径，且为为后来人人工神经经网络的的研究奠奠定了理理论基础础。26人工智能能孕育期期(1943~1955)(6)通过上面面的讨论论可以看看山，在在人工智智能诞生生之前世世界上的的一些著著名科学学家就已已经创立立了数理理逻辑、、自动机机理沦、、控制论论和信息息论，并并发明明了通用用电子数数字计算算机。这这些成就就已经为为人工智智能的产产生准备备了必要要的思想想、理论论和物质质技术条条件。27人工智能能的诞生生(1956)(1)1956年夏天,AI正式诞生生于达特特茅斯大大学JohnMcCarthy(麦卡锡)自普林斯斯顿大学学毕业以以后去了了达特茅茅斯大学学,他说服了了另外3个人帮助助召开了了为期2个月的研研讨会会议组织织者4人:麦卡锡：：Dartmouth的数学家家、计算算机专家家，后为为MIT教授Minsky(明斯基)：哈佛大大学数学学家、神神经学家家，后为为MIT教授ClaudeShannon(香侬)：贝尔实实验室信信息部数数学研究究员NathanielRochester(罗切斯特特)：IBM公司信息息中心负负责人第1章人工工智能概概述28人工智能能的诞生生(1956)(1)参与者:TrenchardMore(莫尔)：普林斯斯顿大学学ArthurSamuel(塞缪尔)：IBMRaySolomonoff(索罗蒙夫夫)和OliverSelfridge(塞尔夫里里奇):MIT纽厄尔(A.Newell)：兰德(RAND)公司西蒙：CMU卡内基梅梅隆大学学第1章人工工智能概概述29人工智能能的诞生生(1956)(2)会上,纽厄尔和和西蒙最最为活跃跃,介绍了他他们的推推理程序序:逻辑理论论家尽管这次次会议没没有新突突破,但聚集了了AI的主要人人物特别别是AI领域的4位著名专专家,他们后来来所在的的大学也也成为了了美国AI研究的3大基地:MIT——明斯基Stanford—麦卡锡(先在MIT后去了Stanford)CMU——纽厄尔和和西蒙此外,还有IBM第1章人工工智能概概述30人工智能能的诞生生(1956)[3]这次会议议最为长长久的贡贡献就是是麦卡锡锡为该领领域起的的名字:人工智能能为什么AI有必要成成为一个个新领域域?目标不同同：AI从一开始始就承载载着复制制人的才才能如创创造性、、自我修修养、语语言功能能等思想想，没有有任何一一个其他他领域涉涉及这些些问题方法论不不同：是是唯一一一个明确确属于计计算机科科学的分分支，因因而不是是数学或或者控制制论或其其他学科科的分支支AI是唯一这这样的领领域：它它试图建建造在复复杂和变变化的环环境中自自动发挥挥功能的的机器第1章人工工智能概概述31AI的创始人人们第1章人工工智能概概述JohnMcCarthyMarvinMinskyHerbertSimonAllenNewell32早期的成成功与期期望(1952~1969)(1)心理学小小组1957年：纽厄厄尔、肖肖(J.Shaw)和西蒙等等人的心心理学小小组研制制了一个个称为逻逻辑理论论机(LogicTheoryMachine，简称LT)的数学定定理证明明程序/能够证明明《数学原理理》第二章中中的38条定理，，1963年证明全全部52条定理。。1960年：研制制了通用用问题求求解(GeneralProblemSolving)程序。IBM工程小组组1956年，塞缪缪尔在IBM704计算机上上研制成成功了具具有自学学习、自自组织和和自适应应能力的的西洋跳跳棋程序序。打败败了一个个州冠军军第1章人工工智能概概述33早期的成成功与期期望(1952~1969)(2)1953年，美国国乔治大大学，1954年IBM公司在701计算机上上做俄译译英的公公开表演演。此时时，前苏苏联、中中国也开开展机器器翻译的的研究。。MIT小组1956年，塞尔尔夫里奇奇研制第一一个字符符识别程程序。1959年，又提提出功能能更强的的模式识识别1958年，麦卡卡西建立立了行动动规划咨咨询系统统。1960年，麦卡卡西又研研制了人人工智能能语言LISP。1961年，明斯斯基发表表了“走走向人工工智能的的步骤””的论文文其他：1965年，鲁宾宾逊(J.A.Robinson)提出了归归结（消消解）原原理，掀掀起研究究计算机机定理证证明的又又一次高高潮。第1章人工工智能概概述34早期的成成功与期期望(1952~1969)(3)AI牛人Newell,Simon等早期所所吹的““牛皮””不出10年，计算算机将成成为世界象棋棋冠军。不出10年，计算机将将发现和证明重重要的数学定定理。不出10年，计算机将将能谱写具有优秀秀作曲家水平平的乐曲。不出10年，大多数心理学理论将将在计算机上上形成。有人甚至断言言，20世纪80年代将全面实实现AI，2000年机器智能超超过人。第1章人工智能能概述35早期的成功与与期望(1952~1969)(4)1969年，召开第一一届国际人工工智能联合会会议(InternationalJointConferenceonAI)1970年，人工智能能国际杂志《InternationalJournalofAI》创刊36困难期(1966~1973)(1)早期AI研究者过于盲盲目的乐观态态度,10年预见,50年过去了，只只是部分地在在某种程度上上实现(如计算机下棋棋)，但还没有得得到完全实现现，AI远比设想的复复杂消解法（归结结原理）能力力有限例如：证明两两个连续函数数之和仍是连连续函数，推推了10万步还没有推推出来。Sauel的下棋程序，，1965年，世界冠军军Helmann获得四连胜。。机器翻译闹出出不少笑话(举例见下页)第1章人工智能能概述37机器翻译闹出出的笑话举例例：“Thespiritiswillingbutthefleshisweak”，意思是“心有余而力不不足”。机器翻译过程程：英语－>俄语－>英语结果被译为：：“Thevodkaisgoodbutthemeatisspoiled”，意思是“伏特加是好的的，肉变质了了”。“Outofsight,outofmind”，意思是“眼不见心不烦烦”。将其翻译成俄俄语，竟成了了：“又瞎又疯”。……有人挖苦说，，美国花了2000万美元为机器翻译立了一块“墓碑”。38从神经生理学学角度研究AI，存在不可逾逾越的困难。。人脑有1010以上个神经元元，能否将1010个机器组成一一个联合运行行的网络？1973年，英国发表表了Lighthillreport，认为AI的研究即使不不是骗局，至至少也是庸人人自扰。之后后英国终止了了除2所大学以外所所有的AI研究资助IBM公司也取消了了本公司范围围内的AI研究活动。39困难期(1966~1973)(1)早期的AI系统在试图解解决更宽范围围和更难的问问题时,都悲惨地失败败了/原因何在?第一类困难:缺少主题知识识(通用而非专门门化)典型例子:机器翻译(MT)/第1章人工智能能概述40困难期(1966~1973)(2)第二类困难：：AI试图解决的很很多问题是不不可操作的(NP类)在计算复杂性性理论建立之之前,对“问题放大大”(从玩具到现实实)的认识局限于于速度和存储储容量例子:包含超过几十十条事实的定定理证明无限计算能力力的幻觉:程序原则上能能够找到解并并不意味着程程序实际上包包含找到解的的机制第1章人工智能能概述41困难期(1966~1973)(3)第三类困难：：用于产生智智能行为的基基本结构存在在某些限制例子：1969年Minsky和Papert证明了感知器器—简单的神经网网络所能表示示的东西很少少(单层感知器对对XOR函数)神经网络研究究由此沉寂了了20年,直到80年代后期多层层网络的反向向传播算法出出现引起了神神经网络的复复兴这一算法首次次发现恰恰是是在1969年发现的(Bryson&Ho)第1章人工智能能概述42基于知识的系系统的崛起(1969~1979)(1)早期研究中的的通用搜索机机制称为弱方法，通用但不能能扩展到大规规模问题或困困难问题需要更强有力力的、领域相相关的知识第1章人工智能能概述DENDRAL是第一个成功功的知识密集集型系统,1969年在Stanford开发,参与者包括费费根鲍姆(EdFeigenbaum)等，根据质谱谱仪信息推断断分子结构/该系统改进后后,把知识和推理理部分清楚地地划分开—80年代专家系统统的典型结构构43基于知识的系系统的崛起(1969~1979)(2)由DENDRAL系统开始的专家系统方法论又应用用到其他需要要人类专家知知识的领域:MYCIN—检测血液感感染的专家家系统MYCIN知识库:450条规则，直直接来自经经验/反映出知识识的不确定定性／比初初级医生好好基因与癌症症自然语言理理解领域的的专家系统统:耶鲁大学RogerSchank和其学生们们开发的一一系列程序序，强调利利用从语言言理解中获获得的知识识进行表示示和推理，，取得了一一定的成功功。第1章人工智智能概述44AI成为工业(1980~现在)(1)1982年,第一个成功功的商用专专家系统R1在DEC公司开始运运转,到1986年为止每年年为公司节节省4千万美元到1988年为止，DEC的AI研究小组制制作了40个专家系统统，还有在在进行/杜邦公司有有100个专家系统统在使用而而500个在开发中中，每年估估计节省1000万美元。几几乎每个主主要的美国国公司都有有自己的AI研究小组，，并且正在在使用或者者投资开发发专家系统统。在八十年代代的AI研究热潮中中,1981年日本提出出五代机计计划,目的是建造造运行Prolog程序的智能能机;第1章人工智智能概述45AI成为工业(1980~现在)(2)美国则对应应成立了MCC研究集团．．其中的AI部分从未实实现其野心心勃勃的目目标在英国，又又恢复了因因Ligthil报告而停止止的投资。。AI工业在1980年只是几百百万美元,1988年涨到数十十亿美元但因过度期期望，很快快又进入了了“AI的冬天”时时期实际上，““AI成为工业””目前在一一些家电中中可以找到到影子(智能洗衣机机等)第1章人工智智能概述46AI成为科学(1987~现在)(1)近年来，AI研究在内容容和方法论论方面的特特点：在已有的理理论基础上上进行研究究而不是提提出崭新理理论理论建立在在严格定理理或者确凿凿实验证据据基础上而而不是靠直直觉显示与现实实世界应用用的相关性性而不是与与玩具样例例的相关性性第1章人工智智能概述47AI成为科学(1987~现在)(2)从对控制论论和统计学学的某种叛叛逆到开始始接受这些些领域的理理论和方法法假设必须以以严格的经经验实验为为条件，结结果的重要要性必须经经过严格的的分析。通过互连网网进行测试试数据和程程序代码的的共享以上标志着着，AI已经成为了了一门科学学。第1章人工智智能概述481.3人工智能各各学派的认认知观符号主义/连接主义/行为主义第1章人工智智能概述49符号主义符号主义/逻辑主义/计算机主义义：主张用用计算机科科学的方法法进行人工工智能的研研究，通过过研究逻辑辑演绎在计计算机上实实现的方法法实现人类类智能在计计算机上的的模拟。认为人类智智能的基本本单元是符符号，认知知过程就是是符号表示示下的符号号计算，从从而思维就就是符号计计算。其原原理主要为为物理符合合系统假设设和有限元元合理性原原理。代表人物：：麦卡锡、尼尔尔森第1章人工智智能概述50连接主义连接主义/仿生学派/生理学派：：主张用仿仿生学的方方法进行研研究，通过过研究人脑脑的工作模模型，搞清清楚人类智智能的本质质。认为人类智智能的基本本单元是神神经元，认认知过程是是由神经元元构成的网网络的信息息传递，这这种传递是是并行分布布进行的。。其原理为为神经网络络和神经间间的连接机机制与学习习算法。主要研究ANN代表人物：McCulloch、Pitts、Hopfield第1章人工智智能概述51符号主义与与连接主义义从20世纪50年代-60年代，这2种方法并驾驾齐驱，但但基本独立立；20世纪60年代和70年代，符号号主义发展展较快，但但是后来人人们发现符符号主义认认为AI是以一种静静态的、精精确的逻辑辑方式来处处理问题，，这与人类类智能依靠靠人脑思维维灵活地处处理问题的的方式显然然不是同一一个概念连接主义恰恰恰具有不不精确性、、模糊性，，因此20世纪80年代，符号号主义未取取得应有的的进展，联联接主义的的研究蓬勃勃发展，在在理论和应应用上均取取得令人瞩瞩目的成就就。到20世纪90年代，符号号主义、联联接主义的的融合技术术逐渐成为为解决原来来人工智能能问题的新新方法52行为主义行为主义/进化主义:主张应用进进化论的思思想进行人人工智能的的研究，通通过对外界界事物的动动态感知与与交互，使使计算机智智能模拟系系统逐步进进化，提高高智能水平平。认为人人工智能起起源于控制制论，提出出智能取决决于感知和和行为(所以称为行行为主义)，取决于对对外界复杂杂环境的适适应，它不不需要知识识、不需要要表示、不不需要推理理。智能行行为只能在在与现实世世界的环境境交互作用用中表现出出来，人工工智能也会会像人类智智能一样通通过逐步进进化而实现现(所以称为进进化主义)。其原理主主要是通过过控制论和和机器学习习算法来实实现智能系系统的逐步步进化。第1章人工智智能概述531.4人工智能研研究与应用用领域问题求解/机器学习/专家系统/模式识别/自动定理证证明/自动程序设设计/自然语言理理解/机器人学/人工神经网网络/智能检索/数据挖掘第1章人工智智能概述54问题求解(ProblemSolving)主要研究表表示空间、、搜索策略略和归约下棋程序：：中国象棋棋、国际象象棋、跳棋棋等，达到到国际锦标标赛水平1991.8在悉尼举行行的第12届国际人工工智能联合合会已上，，IBM的DeepThought2与澳大利亚亚国际象棋棋冠军约翰翰森平局1997.5在美国曼哈哈顿，IBM的“深蓝””与卡斯帕帕罗夫对弈弈6盘，深蓝获获胜未解决问题题：人类棋棋手具有的的但尚不明明确表达的的能力，如如洞察棋局局的能力第1章人工智智能概述55机器学习(MachineLearning)使计算机获获取知识的的方法人们把有关关知识归纳纳、整理在在一起，并并用计算机机可以接受受、处理的的方式输入入到计算机机中去；使计算机具具有自身学学习能力，，它可以直直接向书本本、教师学学习，也可可以在实践践过程中不不断总结经经验、吸取取教训，实实现自身的的不断完善善——机器学习机器学习研研究如何使使用计算机机来模拟人人类学习活活动，即研研究计算机机获取新知知识和新技技能、识别别现有知识识、不断改改善性能、、实现自我我完善的方方法第1章人工智智能概述56计算智能(ComputationalInteligence)借助自然界界/生物界规则则的启迪，，根据其原原理，模仿仿设计求解解问题的算算法。目前这方面面包括：神神经计算、、模糊计算算、进化计计算、进化化规划、人人工生命、、免疫计算算等。目前各种智智能计算方方法在各领领域得到了了广泛应用用，取得了了一定的成成功第1章人工智智能概述57专家系统(ExpertSystem)目前人工智智能领域最最有成效的的一个研究究领域根据某个领领域一个或或多个专家家提供的知知识和经验验进行推理理和判断，，模拟人类类专家求解解问题的思思维过程，，以解决该该领域的各各种问题专家系统成成功应用：：如医疗诊诊断、化学学地质分析析、建筑工工程等局限性：局局限于一定定范围，没没有人类那那种能够知知道自己什什么时候可可能出错的的感觉第1章人工智智能概述58模式识别(PatternRecognition)“模式”本意是指一一些供模仿仿的标准式式样或标本本；模式识识别就是指指识别出给给定物体所所模仿的标标本研究如何使使机器具有有感知能力力，使计算算机系统具具有模拟人人类通过感感官接受外外界信息、、识别和理理解周围环环境的感知知能力人类接受外外部的信息息80%来自于视觉觉，10%来自听觉模式识别研研究主要集集中在视觉觉模式和听听觉模式的的识别第1章人工智智能概述59定理证明(Theorem-Proving)人工智能中中最先进行行研究并得得到成功应应用的领域域许多非数学学问题都可可以转化为为一个定理理证明问题题，自动定定理证明的的研究具有有普遍意义义定理证明实实质是对于于前提P和结论Q，证明P→Q的永真性。。直接证明明永真性困困难，通常常采用反证证法：海伯伯伦、鲁滨滨逊第1章人人工工智智能能概概述述60自动动程程序序设设计计(AutomaticProgramming)包括括综综合合程程序序设设计计和和程程序序正正确确性性验验证证两两方方面面程序序综综合合用用于于实实现现自自动动编编程程，，即即用用户户只只需需告告诉诉计计算算机机要要做做什什么么，，无无须须说说明明怎怎么么做做，，计计算算机机就就可可自自动动实实现现程程序序的的设设计计。。程序序的的正正确确性性验验证证是是要要研研究究出出一一套套理理论论和和方方法法，，通通过过运运用用这这套套理理论论和和方方法法就就可可证证明明程程序序的的正正确确性性。。目前前常常用用的的验验证证方方法法是是穷穷举举，，即即用用一一组组已已知知其其结结果果的的数数据据对对程程序序进进行行测测试试，，如如果果程程序序的的运运行行结结果果与与已已知知结结果果一一致致，，就就认认为为程程序序正正确确。。对对于于复复杂杂系系统统，，实实现现困困难难。。程序序正正确确性性的的验验证证至至今今是是一一个个比比较较困困难难的的课课题题，，有有待待进进一一步步研研究究第1章人人工工智智能能概概述述61自然然语语言言理理解解(NaturalLanguageUnderstanding)研究究如如何何让让计计算算机机理理解解人人类类自自然然语语言言从宏宏观观上上看看，，自自然然语语言言理理解解是是指指机机器器能能够够执执行行人人类类所所期期望望的的某某些些语语言言功功能能；；这这些些功功能能包包括括：：计算算机机能能正正确确理理解解人人们们用用自自然然语语言言输输入入的的信信息息，，并并能能正正确确回回答答输输入入信信息息中中的的有有关关问问题题；；对输输入入的的信信息息，，计计算算机机产产生生相相应应的的摘摘要要，，能能用用不不同同词词语语和和巨巨型型对对输输入入的的信信息息进进行行复复述述计算算机机能能把把某某一一种种自自然然语语言言表表示示的的信信息息翻翻译译成成另另一一种种自自然然语语言言自然然语语言言的的理理解解是是一一个个十十分分艰艰巨巨的的任任务务，，其其研研究究可可以以追追溯溯到到20世纪50年代第1章人工工智能概概述62机器人学学(Robotics)(1)日益受到到重要，，其研究究问题从从机器人人手臂的的最佳移移动到机机器人目目标的动动作序列列的规划划方法，，无所不不包。第一代机机器人：：按预先先编好的的程序执执行某些些重复作作业/只能刻板板的完成成程序规规定的动动作，不不能适应应变化了了的情况况第二代机机器人：：自适应应机器人人，通过过传感器器获取作作用环境境、操作作对象的的简单信信息，然然后由计计算机对对获取的的信息进进行分析析、处理理，控制制机器人人的动作作。/能随环境境的变化化改变自自己的行行为第1章人工工智能概概述63机器人学学(Robotics)(2)第三代机机器人：：智能机机器人/能感知环环境，配配备听觉觉、视觉觉、触觉觉、嗅觉觉等感官官器官，，能从外外部环境境获取有有关信息息，具有有思维能能力，能能对感知知的信息息进行处处理，以以控制自自己的行行为/还具有作作用于环环境的能能力，能能通过传传动机构构使自己己的手脚脚等肢体体行动起起来，正正确、灵灵巧地执执行思维维机构下下达的命命令。机器人的的研究涉涉及电子子学、控控制理论论、系统统工程、、机械工工程、仿仿生学、、心理学学等多个个学科，，目前比比较活跃跃，发展展前景乐乐观。第1章人工工智能概概述64人工神经经网络(ArtificialNeuralNetwork)人工神经经网络的的研究始始于20世纪40年代。1943年W,McCulloch和W.Pitts提出了形形式神经经元的模模型M-P模型，从从此开创创了数理理科学与与认知科科学结合合，探索索人脑奥奥秘的过过程。人工神经经网络是是一个用用大量称称为神经经元的简简单处理理单元广广泛连接接而组成成的网络络，用来来模拟人人脑神经经系统的的结构和和功能20世纪80年代，提提出了反反向传播播算法，，使神经经网络的的研究再再次进入入高潮，，步入鼎鼎盛时期期，取得得了很多多成果目前，人人工神经经网络在在图像处处理、自自动控制制、]信息处理理等领域域得到日日益广泛泛的应用用第1章人工工智能概概述65智能检索索(IntelligentInformationRetrieval)信息社会会带来知知识爆炸炸，各种种文献和和资料繁繁多，浩浩如烟海海，对他他们的检检索和查查询远非非人力和和传统检检索系统统所能胜胜任，使使计算机机智能检检索成为为大势所所趋。智能检索索研究如如何对数数据进行行有效的的检索；；智能检索索系统的的设计者者们遇到到以下难难题：如何建立立一个能能够以自自然语言言陈述的的询问系系统；如何根据据询问和和数据库库中存储储的规则则和事实实推导或或演绎出出问题的的答案涉及数据据挖掘和和自然语语言理解解第1章人工工智能概概述66数据挖掘掘(Datamining)信息时代代带来的的难题：：信息过过量、难难以消化化。人们们被淹没没在信息息海洋中中，如何何在浩瀚瀚的信息息海洋中中发现有有用的信信息成为为人们关关注的焦焦点数据挖掘掘就是从从大量的的、不完完全的、、有噪声声的、模模糊的、、随机的的应用数数据中，，提取隐隐含在其其中的、、人们事事先不知知道的、、但又是是潜在有有用的信信息和知知识的过过程。目前比较较活跃的的一个领领域67生物信息息学(Bioinformatics)人类基因因组计划划(HGP)1985年在美国国提出HGP是一项规规模宏大大的科学学计划，，其旨在在测定组组成人类类染色体体（指单单倍体））中所包包含的30亿个核苷苷酸序列列的碱基基组成，，从而绘绘制下人人类基因因组图谱谱，并且且辨识并并呈现其其上的所所有基因因及其序序列，进进而破译译人类遗遗传信息息HGP人类为了解解自身的的奥秘所所迈出的的重要一一步，是是继曼哈哈顿计划划和阿波波罗登月月计划之之后，人人类科学学史上的的又一个个伟大工工程。截至到2005年，人类类基因组组计划的的测序工工作已经经基本（（92%）完成。。其中，，2001年人类基基因组工工作草图图的发表表被认为为是人类类基因组组计划的的里程碑碑。68Howmanycharactersareinthe““HeavenBook”?3*10910,000books1book100pages1page3,000charactersCCGGTCTCCCCGCCCGCGCGCGAAGTAAAGGCCCAGCGCAGCCCGCGCTCCTGCCCTGGGGCCTCGTCTTTCTCCAGGAAAACGTGGACCGCTCTCCGCCGACAGTCTCTTCCACAGACCCCTGTCGCCTTCGCCCCCCGGTCTCTTCCGGTTCTGTCTTTTCGCTGGCTCGATACGAACAAGGAAGTCGCCCCCAGCGAGCCCCGGCTCCCCCAGGCAGAGGCGGCCCCGGGGGCGGAGTCAACGGCGGAGGCACGCCCTCTGTGAAAGGGCGGGGCATGCAAATTCGAAATGAAAGCCCGGGAACGCCGAAGAAGCACGGGTGTAAGATTTCCCTTTTCAAAGGCGGGAGAATAAGAAATCAGCCCGAGAGTGTAAGGGCGTCAATAGCGCTGTGGACGAGACAGAGGGAATGGGGCAAGGAGCGAGGCTGGGGCTCTCACCGCGACTTGAATGTGGATGAGAGTGGGACGGTGACGGCGGGCGCGAAGGCGAGCGCATCGCTTCTCGGCCTTTTGGCTAAGATCAAGTGTAGTATCTGTTCTTATCAGTTTAATATCTGATACGTCCTCTATCCGAGGACAATATATTAAATGGATTGATCAATCCGCTTCAGCCTCCCGAGTAGCTGGGACTACAGACGGTGCCATCACGCCCAGCTCATTGTTGATTCCCGCCCCCTTGGTAGAGACGGGATTCCGCTATATTGCCTGGGCTGGTGTCGAACTCATAGAACAAAGGATCCTCCCTCCTGGGCCTGGGCGTGGGCTCGCAAAACGCTGGGATTCCCGGATTACAGGCGGGCGCACCACACCAGGAGCAAACACTTCCGGTTTTAAAAATTCAGTTTGTGATTGGCTGTCATTCAGTATTATGCTAATTAAGCATGCCCGGTTTTAAACCTCTTAAAACAACTTTTAAAATTACCTTTCCACCTAAAACGTTAAAATTTGTCAAGTGATAATATTCGACAAGCTGTTATTGCCAAACTATTTTCCTATTTGTTTCCTAATGGCATCGGAACTAGCGAAAGTTTCTCGCCATCAGTTAAAAGTTTGCGGCAGATGTAGACCTAGCAGAGGTGTGCGAGGAGGCCGTTAAGACTATACTTTCAGGGATCATTTCTATAGTGTGTTACTAGAGAAGTTTCTCTGAACGTGTAGAGCACCGAAAACCACGAGGAAGAGAGGTAGCGTTTTCATCGGGTTACCTAAGTGCAGTGTCCCCCCTGGCGCGCAATTGGGAACCCCACACGCGGTGTAGAAATATATTTTAAGGGCGCG69HGP的医学价价值基因诊断断，对遗遗传疾病病的诊断断。基因治疗疗。可针针对疾病病发生的的各个关关键环节节导入相相应基因因。例如如对于外外周血管管阻塞病病人，导导入血管管内皮生生长因子子基因，，可使局局部血管管增生，，形成侧侧肢循环环来恢复复血供。。晚期恶恶性肿瘤瘤患者，，现在也也已有不不少临床床试验，，将一些些细胞因因子基因因导入体体内，通通过增强强机体免免疫功能能而使肿肿瘤得到到抑制。。基因预防防。对易易感基因因，可将将病原体体的非致致病部分分基因导导入人体体内使机机体产生生对该病病原的抗抗体，即即基因疫疫苗。目目前关于于艾滋病病与肝炎炎基因疫疫苗的研研究已取取得相当当进展，，不久可可望广泛泛用于病病患人群群。70第四方方面的的应用用是帮帮助用用药个个体化化的实实施。。同种种药物物用于于同种种疾病病的不不同病病人，，有人人有效效，有有人无无效，，有人人副作作用大大，有有人副副作用用小。。这是是由病病人的的基因因差异异造成成的。。服用用同样样剂量量药物物，不不同病病人的的血药药浓度度、持持续时时间也也不相相同，，这主主要是是由于于肝脏脏中负负责药药物代代谢的的P450基因类类型不不同造造成的的。目目前科科学家家们正正努力力寻找找决定定上述述差异异的基基因差差别，，特别别是单单核苷苷酸多多态性性，当当这一一问题题获得得解决决时，，医师师就能能根据据每个个人的的基因因特征征来选选择药药物及及剂量量，真真正做做到用用药个个体化化。71生物信信息学学(Bioinformatics)DNA序列分分析/序列比比对，，Motif，SNP基因识识别进化树树构建建蛋白质质结构构和功功能预预测基因芯芯片基因表表达调调控分分析基因组组功能能预测测…..72AAGACTTTGGACTTAAGGCCT-3milyrs-2milyrs-1milyrstodayAGGGCATTAGCCCTAGCACTTAAGGCCTTGGACTTTAGCCCATAGACTTAGCGCTTAGCACAAAGGGCATAGGGCATTAGCCCTAGCACTTAAGACTTTGGACTTAAGGCCTAGGGCATTAGCCCTAGCACTTAAGGCCTTGGACTTAGCGCTTAGCACAATAGACTTTAGCCCAAGGGCAT生命的的进化构建分分子进进化树树73研究如如何根根据现现有物物种的的DNA序列有有效地地构建建出表表示它它们之之间进进化关关系的的进化化树ApeACCTGGGTTCATAMonkeyAGTCTGGGTCATALemurCGTCTGGGTTAATCatCGTTATTATACTG………..？741.5AI在中国国第1章人人工智智能概概述75我国人人工智能能的发发展(1)纳入国国家计计划的的研究究(“智能模模拟””)始于1978年，1984年召开开了智智能计计算机机及其其系统统的全全国学学术讨讨论会会；1986年把智智能计计算机机系统统、智智能机机器人人和智智能信信息处处理等等重大大项目目纳入入国家家高新新技术术研究究计划划，1993年起，，又把把智能能控制制和智智能自自动化化等项项目列列入国国家科科技攀攀登计计划。。进入入21世纪后后，已已有更更多的的人工工智能能与智智能系系统研研究获获得各各种基基金计计划支支持。。1981年起，，相继继成立立了中中国人人工智智能学学会CAAI并相继继出现现了北北京、、上海海人工工智能能学会会等地地方人人工智智能学学会、、全国国高校校人工工智能能研究究会、、第1章人人工智智能概概述76我国人人工智能能的发发展(1)中国计计算机机学会会人工工智能能与模模式识识别专业委委员会会、中中国自自动化化学会会模式式识别别与机机器智智能专专业委委员会会、中中国软软件行行业学学会人人工智智能协协会、、中国国人工工智能能机器器人专专业委委员会会、中中国计计算机机视觉觉与智智能控控制专专业委委员会会以及及中国国智能能自动动化专专业委委员会会等学学术团团体。。中国人人工智智能学学会第第13届全国国学术术年会会将于于2009年10月召开开(该年会会每两两年召召开一一次)。1989年首次次召开开的中中国人人工智智能控控制联联合会会议CJCAI至今已已经召召开了了7次。第1章人人工智智能概概述77我国人人工智能能的发发展已有10多部国国内编编著的的具有有知识识产权权的人人工智智能教教材/著作，，先后后发行行了5个版本本，共共已发发行了了近15万册。。《模式识识别与与人工工智能能》创刊于于1987年。中中国人人工智智能学学会主主办的的<人工智智能学学报>曾因历历史原原因停停刊，，其主主办的的新刊刊物、、《智能系系统学学报》于2006年创刊刊。中国科科技工工作者者已在在人工工智能能领域域取得得许多多具有有国际际领先先水平平的创创造性性成果果。现现在已已有数数以万万计的的科技技人员员和大大学师师生从从事不不同层层次的的人工工智能能的研研究、、学习习和应应用，，人工工智能能已在在我国国深入入开展展，它它将为为促进进其他他学科科的发发展和和我国国的现现代化化建设设作出出新的的重大大贡献献。第1章人人工智智能概概述78中国大大陆的的AI研究中国大大陆重重要的的AI研究机机构清华大大学智智能技技术与与系统统国家家重点点实验验室南京大大学软软件新新技术术国家家重点点实验验室中科院院自动动化所所模式式识别别国家家重点点实验验室……中国大大陆著著名的的老一一辈AI专家张钹钹院院士士：清清华大大学戴汝为为院院士：：中科科院自自动化化所陆汝钤钤院院士：：中科科院数数学所所……79中国大大陆年年轻一一代的的AI领军人人物周志华华教教授：：南京京大学学应明生生教教授：：清华华大学学张长水水教教授：：清华华大学学80中国香香港的的AI研究中国香香港的的著名名AI研究机机构香港科科技大大学香港中中文大大学香港大大学……中国香香港的的AI领军人人物LinFangzhen（林方方真））教授授：香香港科科大在AI理论方方面的的研究究成果果引人人注目目担任AAAI,IJCAI等顶级级AI会议的的PC……811.6AI领域的的著名名期刊刊及会会议第1章人人工智智能概概述82AI顶级会议列列表(1)IJCAI(InternationalJointConferenceonArtificialIntelligence):1969年开始,每两年开一一次,奇数年开AAAI(AssociationfortheAdvancementofArtificialIntelligence):美国人工智智能学会AAAI的年会，是是一个很好好的会议。。每年开,但如果这一一年的IJCAI在北美举行行,那么就停开开.所以,偶数年里因因为没有IJCAI,它就是最好好的AI综合性会议议.COLT(AnnualConferenceonComputationalLearningTheory):计算学习理理论最好的的会议,第1章人工智智能概述83AI顶级会议列列表(2)ACM主办,每年举行.CVPR(IEEEInternationalConferenceonComputerVisionandPatternRecognition):计算机视觉觉和模式识识别方面最最好的会议议之一,IEEE主办,每年举行.虽然题目上上有计算机机视觉,但它的模式式识别味道道更重一些些.事实上它应应该是模式式识别最好好的会议.第1章人工智智能概述84AI顶级会议列列表ICCV(IEEEInternationalConferenceonComputerVision):计算机视觉觉方面最好好的会之一一.IEEE主办,每年举行.ICML(InternationalConferenceonMachineLearning):机器学习方方面最好的的会议之一一.现在是IMLS主办,每年举行.NIPS(AdvancesinNeuralInformationProcessingSystems):神经计算方方面最好的的会议之一一,NIPS主办,每年举行.这个会每年年的举办地地都是一样样的,以前是美国国丹佛,现在是加拿拿大温哥华华第1章人工智智能概述85AI顶级会议列列表ACL(Annual