人工智能及专家系统之人工智能概述

敖志刚

编制第1章人工智能概述

第1章人工智能概述

1．1人工智能的基本概念1．1．1智能1．1．2人类智能1．1．3人工智能1．1．4人工智能的研究目标1．2人工智能的科学体系与分支1．2．1人工智能的科学体系1．2．2人工智能的学科范畴1．2．3人工智能的应用领域第1章人工智能概述1．3工智能的技术方案与途径1．3．1人工智能的基本技术1．3．2人工智能的研究内容1．3．3人工智能的研究途径与方法1．4人工智能的产生与发展1．4．1人工智能的孕育期1．4．2人工智能的基础技术研究与形成期1．4．3人工智能的发展与应用期(1970年以后1．4．4人工智能在我国的发展情况1．4．5人工智能的发展趋势与展望1．1人工智能的基本概念

1．1．1智能“智力”：是运用知识解决问题的能力“智能”：是指知识的集合与智力的综合(或总和)，是静态的知识和动态的智力综合所体现的一种能力。智能具有收集、汇集、选择、理解和感觉信息的功能。智能过程：感觉、记忆、回忆、思维、语言、自适应、行为的整个过程。智能的概念是广义的。广义智能包括:人类智能、人工智能和集成智能。集成智能：是人类智能与人工智能相结合的人-机系统。

广义智能信息系统论智能信息论广义智能论智能系统论感知信息论思维信息论行为信息论智能普存论智能层次论智能进化论感知系统论思维系统论行为系统论智能的共性⑴智能的基本要素是“知识”。⑵智能是普遍存在的。人、动物、机器都可能有智能。⑶智能是多层的。高层智能(思维)、中层智能(感知)、基层智能(行为)。⑷智能是进化的。先天进化(遗传、变异)、后天进化(学习、知识推理)。⑸智能是相对的。不同的主体、客体、时间、空间、环境、条件有不同智能水平。⑹智能是智能系统的整体功能。1．１．２人类智能

人类智能通常表现为感知力、观察力、记忆力、思维能力、语言表达能力、正确行动的能力等等，基本过程是：感觉→分析→判断→决策→行动。它是指人在认识与改造客观世界的活动中，由思维过程和脑力活动所体现出的能力。包括思维能力、感知能力和行为能力思维能力人们通过脑的思维活动(如:记忆、联想、推理、计算、分析、比较、判断、决策、规划、学习、探索等)，对各种信息进行加工处理，将感性知识上升为理性知识。进一步积累与总结经验，形成概念、建立方法、制订计划、作出决策的能力；通过推理、论证或分析、计算，求解问题、作出结论的能力；通过学习、教育或训练、实践，从而增长知识、丰富经验、促进工作的能力。思维的结构模型

图1-1思维的结构模型外部表象初级处理感觉表象初级处理外部表象形象源语言形象思维抽象思维输入记忆处理输出感知能力人们通过视觉觉、听觉、触触觉系统等，，感知客观世世界，获取感感性知识的能能力。例如，，由眼、耳等等感觉器官接接受各种信息息(如:文字、图象、、物景、声音音、语言等)，产生相应的的冲动，沿外外周神经传入入中枢神经——脑，通过视觉觉、听觉中枢枢等，进行信信息处理、模模式识别、语语言理等的智智能活动的能能力。行为能力人们通过效应应器官(如:手、足以及发发音器官等)，对外界刺激激(输入信息)作出反应(输出信息),采取行动的能能力。例如，，根据仪表的的显示信息，，进行手动操操作，或者对对用户提出的的问题作出回回答或解释等等。行为的智智能特性表现现在反应的灵灵活性与适应应性。１．１．３人人工智能人工智能(AI)是一门研究机机器智能和智智能机器的新新型的、综合合性的、具有有强大生命力力的边缘学科科，它研究怎怎样让计算机机或智能机器器（包括硬件件和软件）模模仿、延伸和和扩展人脑从从事推理、规规划、计算、、思考、学习习、等思维活活动，解决迄迄今为止需要要人类专家才才能处理好的的复杂问题。。。人工智能程序序和通常程序序的比较人工智能程序序通通常计算算机程序主要是符号处处理主主要是数字字处理启发式搜索依依靠算法法控制结构和知知识域相分离离信息息和控制联结结在一起易于修改、更更新和改变难难以修修改允许不正确的的答案要要求求正确的答案案人工智能的研研究内容1．机器思维与与思维机器机器思维，如如:启发式程序、、专家系统、、知识工程、、机器学习、、机器证明、、机器博弈等等。思维机器，如如:智能计算机，，学习机、推推理机、博弈弈机、逻辑机机、自动机，，神经细胞模模型、人工神神经网络、脑脑模型等。2．机器感知与与感知机器机器感知，如如:文字、图象、、物景、声音音等模式识别别与自然语言言理解；计算算机视觉、听听觉、触觉等等。感知机器，如如:文字、图象象、声音、、语言的识识别机、感感知机;触觉感知器器，平衡感感知器，各各种智能传传感器等。。3．机器行为为与行为机机器机器行为，，如:自适应、自自镇定、自自寻优等智智能控制、、管理、决决策行为，，机器人在在不确定的的、动态环环境中的““漫游”行行为等。行为机器，，如:智能控制器器、智能效效应器、智智能执行机机构、智能能机械手、、智能机器器人等。人工智能计计算机即第五代计计算机，它它是一种具具有直接感感知文字、、图象、理理解自然语语言、进行行知识推理理和逻辑判判断的计算算机，具有有能听、能能说、能看看、能写、、能计算、、会规划、、会设计、、会思考、、会推理、、会学习等等功能。需需配备机器器视觉、听听觉、感觉觉与智能电电脑。人工智能的的困难在于于对脑的了了解，人脑脑仅重1500克，神经元元1011与银河系中中的星星差差不多，记记忆1015比特信息。。对脑的模模拟研究、、在于对脑脑的功能模模拟和思维维模拟。人工智能的的研究目标标索罗门的人人工智能目目标:①对智能行为为有效解释释的理论分分析；②解释人类类智能；③构造智能能的人工制制品。李艾特和费费根鲍姆的的人工智能能目标:即①理解人人类的认识识，②有效效的自动化化，③有效效的智能拓拓展，④超超人的智力力，⑤通用用问题求解解，⑥连贯贯性交谈，，⑦自治，，⑧学习，，⑨储存信信息。人工智能的的研究目标标远期目标是要制造智智能机器，，使现有的的计算机更更聪明，能能够模拟人人类的智能能行为。具具体来讲，，就是要使使计算机具具有看、听听、说、写写等感知和和交互功能能，具有联联想、推理理、思考、、分析、决决策、预测测、理解、、规划、设设计和学习习等高级思思维能力，，还要有分分析问题、、解决问题题和发明创创造的能力力。近期目标是实现机器器智能，即即先部分地地或某种程程度地实现现机器的智智能，从而而使现有的的计算机更更灵活、更更好用和更更有用，成成为人类的的智能化信信息处理工工具。1．2．1人工智能的的科学体系系一、人工智能的的位置基础科学交叉科学：系统科学、思维科学、人体科学人工智能指导科学

图科学体系

哲学

数学

社会科学自然科学人工智能是是逻辑学、、思维学、、生理学、、心理学、、计算机科科学，电子子学、语言言学、教育育、图学、、光学、声声学、工业业自动化、、空间研究究、物理学学、程序设设计学等多多学科相互互渗透的结结果。人工工智能是在在控制论、、信息论与与系统论基基础之上诞诞生的，也也必然随着着突变论、、耗散结构构理论、协协同论的发发展而进入入到新的阶阶段。人工智能的的基础学科科包括：数数学理论（（离散数学学、模糊数数学）、思思维科学理理论（论知知心理学、、逻辑和抽抽象思维学学、形象和和直观思维维学）和计计算机工程程技术（硬硬件和软件件技术）。。人工智能机知器识感获知取机问器题思求维解机知器识思应维用机视觉器听觉知问识题推求理解智能机器系统模式识别：文字图象识别、景物分析、声音识别。人机对话：自然语言理解、自然语言生成。知识表达技术：规则、逻辑、网络知识积累技术：知识库、数据库知识推理：启发算法；学习、联想、归纳、演绎；证明、博弈知识处理工具：智能自动程序设计、自动程序设计专家咨询系统、智能机、第五代计算机、脑膜型、智能机器人、生产、办公、家务自动化、智能控制、管理系统、计算机辅助设计、教学、实验、制造图1-3人工智能的学科范畴1．2．2人工智能的的学科范畴畴1.机器器感知———知识获取取它研究机器器如何直接接或间接获获取(自动动或半自动动)知识，，输入自然然信息(文文字、图象象、声音、、语言、物物景)，如如机器视觉觉(文字、、图象识别别、物景分分析)；机机器听觉(声音识别别、语言理理解)；机机器触觉；；机器嗅觉觉；以及其其他机器感感觉(力感感觉、平衡衡感觉等)。其中最最重要的是是机器视觉觉。2．机器思思维——知知识处理这涉及到在在机器中如如何表示知知识；积累累与存储知知识；组织织与管理知知识；进行行知识推理理和问题求求解；如机机器记忆、、联想、学学习、推理理和解题等等机器思维维的工程技技术方法。。知识表达技技术知识积累技技术知识推理技技术知识处理工工具3．机器行行为——知知识运用机器行为是是指运用机机器所获取取的知识，，通过知识识信息处理理，作出反反应，付诸诸行动，发发挥知识的的效用的问问题，以及及各种智能能机器和智智能系统的的设计方法法和工程实实现技术。。如基于知知识库的专专家系统，，智能控制制与智能管管理系统，，进行知识识信息处理理的、具有有人——机智能接口口的第五代代计算机或或新一代的的智能机，，能够自行行制订行动动规划，具具有机器视视觉与听觉觉、触觉的的智能机器器人，自然然语言理解解与生成及及人机对话话系统，具具有AI的计算机辅辅助设计、、教学、实实验、制造造系统，以以及生产自自动化、办办公室自动动化、家务务管理自动动化系统等等。1．2．3人工智能的的应用领域域：难题求解解、自动定定理证明、、自动程序序设计、自自动翻译、、模式识别别、自然语语言理解、、博弈、计计算机视觉觉、智能控控制、智能能管理、智智能决策、、智能通信信、智能仿仿真、智能能CAD、智能CAI等⑴难题求求解主要指那些些没有算法法解，或虽虽有算法解解但在现有有机器上无无法实施或或无法完成成的困难问问题。例如如：路径规规划、运输输调度、电电力调度、、地质分析析、测量数数据解释、、天气预报报、市场预预测、股市市分析、疾疾病诊断、、故障诊断断、军事指指挥、机器器人行动规规划、机器器博弈等等等。⑵自动定定理证明把人证明数数学定理和和日常生活活中的演绎绎推理变成成一系列能能在计算机机上自动实实现的符号号演算的过过程和技术术，称为自自动定理证证明，也就就是机器定定理证明，，其方法主主要有四类类：①自然演演绎法。依依据推理规规则，从前前提和公理理中可以推推出许多定定理，如果果待证的定定理恰在其其中，则定定理得证。。②判定法法。即对一一类问题找找出统一的的计算机上上可实现的的算法解。。③定理证证明器。它它研究一切切可判定问问题的证明明方法。④计算机机辅助证明明。它是以以计算机为为辅助工具具，帮助人人完成手工工证明中难难以完成的的大量计算算、推理和和穷举。⑶自动程程序设计就是让计算算机设计程程序。具体体来讲，就就是只要人人给出关于于某程序要要求的非常常高级的描描述，计算算机就会自自动生成一一个能完成成这个要求求目标的具具体程序。。它通过规规划过程，，生成所需需的程序。。自动程序序设计包括括两方面的的内容：程程序综合与与程序自动动验证。程程序综合即即实现自动动编程，只只要告诉计计算机“做做什么”，，而不用说说“如何做做”，计算算机就可以以自动地把把程序设计计出来。程程序自动验验证是指自自动证明所所设计程序序的正确性性。⑷自动翻翻译即机器翻译译，是在没没有人工翻翻译参与的的情况下，，利用最新新技术生成成的翻译。。也就是完完全用计算算机作为两两种语言之之间的翻译译。（5）模模式识别别模式识别的的一般过程程可描述为为：所谓模式识识别（PatternRecognition）就是是利利用计算机机对各种符符号、文字字、图形、、语言、声声音等进行行分析、判判断、分类类的学科，，分为三类类：即模式式获取、模模式分析和和模式分类类。模式获获取是利用用变换器、、传感器等等检验器件件将信息源源中模拟数数据收集起起来作为待待识别的模模式信号；；给计算机配配感觉器官官（如摄摄象机、送送话器等））→电电信号系列列→进进行预处处理→抽抽出出特征模式式→与与标准模式式进行比较较→分分类识别。。模式识别别经常采采用的方方法有模模板匹配配法、统统计模式式法、句句法模式式法、模模糊模式式法和神神经网络络法。下下面分别别对这些些方法作作以简单单介绍:①统计模模式法统计模式式法是利利用概率率统计的的方法进进行模式式识别。。它把模模式看成成是三维维空间的的一些点点，先对对已知样样本模式式进行学学习，通通过样本本特征建建立起判判别函数数，以此此对识别别事物进进行分类类识别。。信息空间间信信息空间间模模式空空间特特征空间间分分类空空间学习部分分统计判决决系统框框图模式获取预处理特征提取分类判决特征选择模式样本学习教练②结构（（句法））模式法法该方法把把模式分分成若干干个简单单元素，，然后用用特殊的的文法规规则描述述这些元元素之间间的结构构关系。。不同的的模式对对应着不不同的语语句。结结构法识识别系统统如图所所示。图结构法识识别系统统框图提取有关关特征模式获取预处理模式表示语法分析模式选择模式样本文法推断③参数与与非参数数法参数法又又称为参参数估计计法。它它是当模模式样本本的类概概率密度度函数已已知，或或者从提提供的作作为设计计分类器器用的训训练样本本能估计计出类概概率密度度函数的的近似表表达式的的情况下下使用的的一种模模式识别别方法。。例如，，在多数数情况下下，类概概率密度度函数常常常用正正态分布布来近似似，即用用正态分分布的均均值和协协方差矩矩阵作为为估计计计算判别别函数的的参数。。参数估估计中最最常用的的方法是是最大贝贝叶斯估估计和最最大似然然估计。。④神经网网络法这是一种种把神经经网络与与模式识识别相结结合所产产生的新新方法。。它在进进行识别别之前，，首先需需要用一一训练样样例对网网络进行行训练，，将连接接权值确确定下来来，然后后才能对对待识别别事务进进行识别别。该方方法适应应于对复复杂事物物的分类类，并具具有并行行分布、、容错、、学习、、自组织织和自适适应等特特点。⑹自然然语言理理解自然语言言理解（（NaturalLanguageProcessing）主要研研究如何何使计算算机能够够理解和和生成自自然语言言。早期期的自然然语言理理解主要要针对书书面语言言进行研研究，即即利用语语言的句句法、语语法、语语义、语语用、语语气、语语调等知知识，再再结合有有关外界界信息对对其进行行理解。。60年代只注注重语法法；70年代出现现了理解解程序；；73年涉及到到语言的的语法、、语义、、概念。。现在的的研究一一般是在在文字识识别和语语音识别别系统的的配合下下进行书书面语言言和有声声语音的的识别与与理解。。图人人机对对话系统统方框图图。自然语言理解自然语言生成语言识别语言理解语言生成语言发生推理解题决策话筒喇叭自然语言言理解要要达到以以下一些些目标：：一种语言言翻译成成另外一一种语言言；用书本语语言变成成口头语语言；将口头语语言变成成书本语语言；修改和解解释语言言；根据各种种语言发发出各种种指令，，进行推推理和问问答等；；在有关专专题中找找到某种种答案。。自然语言言理解的的应用：：机器翻译译或机助助翻译。。目前已已研制出出中、英英、日等等实用的的翻译系系统，其其翻译的的总开销销是人工工翻译的的30%以下。篇章理解解：机器器阅读，，在消化化篇章内内容的基基础上生生成其摘摘要，或或回答有有关问题题。篇章生成成：根据据以某种种形式语语言存储储在计算算机中的的信息，，生成自自然语言言。自然语言言接口：：用户直直接采用用自然语语言，如如英语、、汉语等等同大型型数据库库或专家家咨询系系统对话话⑺博弈弈是一个有有关对策策和斗智智问题的的领域。。例如，，下棋、、打牌、、战争等等这一类类竞争性性智能活活动都属属于博弈弈问题。。在AI中大多以以下棋为为例来研研究博弈弈规律，，并研制制出一些些很著名名的博弈弈程序，，例如塞塞缪尔的的跳棋程程序，格格林布莱莱特等人人设计的的国际象象棋程序序等。““深蓝蓝”被称称为世界界上第一一台超级级国际象象棋电脑脑，于1997年5月3日至5月11日在美国国纽约曼曼哈顿同同当时的的国际象象棋世界界冠军苏苏联人卡卡斯帕罗罗夫对弈弈6局，结果果“深蓝蓝”获胜胜。1997年,世界国际际象棋冠冠军斯卡卡帕罗夫夫(Kasparow)与一为特特殊的对对手进行行了一次次比赛。。这位特特殊的对对手不是是人类，，而是IBM公司制造造的超级级计算机机——深蓝(Deepblue)由于第第六具具戏剧剧性的的大胜胜，深深蓝以以3.5比2.5的总比比分迫迫使斯斯卡帕帕罗夫夫低头头认输输。人人们惊惊呼：：电脑脑战胜胜了人人脑！！深蓝蓝创造造了历历史那那么深深蓝又又是如如何做做到这这一点点的呢呢〉⑻计计算机机视觉觉它是一一门用用计算算机实实现或或模拟拟人类类视觉觉功能能，研研究为为完成成在复复杂的的环境境中运运动和和在复复杂的的场景景中识识别物物体所所需要要哪些些视觉觉信息息，以以及如如何从从图像像中获获取这这些信信息的的新兴兴学科科。前前沿研研究领领域包包括实实时并并行处处理,主动式式定性性视觉觉,动态和和时变变视觉觉,三维景景物的的建模模与识识别,实时图图像压压缩传传输和和复原原,多光谱谱和彩彩色图图像的的处理理与解解释等等。主主要研研究目目标是是使计计算机机具有有通过过二维维图像像认知知三维维环境境信息息的能能力，，这种种能力力不仅仅包括括对三三维环环境中中物体体形状状、位位置、、姿态态、运运动等等几何何信息息的感感知，，而且且还包包括对对这些些信息息的描描述、、存储储、识识别与与理解解。计算机机视觉觉的应应用计算机机视觉觉已在在条形形码、、邮政政编码码、指指纹、、染色色体、、字符符等识识别方方面，，在卫卫星图图像处处理、、飞行行器跟跟踪、、成像像精确确制导导、景景物识识别、、目标标检测测和定定位、、CT图像的的脏器器重建建、医医学图图像分分析与与识别别、盲盲人导导航视视觉、、机器器人对对物体体识别别与定定位、、障碍碍识别别与回回避、、自动动导航航视觉觉、监监测系系统、、生产产过程程监控控、集集成电电路分分析检检测、、钢管管焊缝缝检测测和彩彩色显显像屏屏荧光光膜混混色检检测等等方面面有较较广泛泛的应应用。。⑼智智能控控制。。是指那那种无无需或或尽可可能少少的人人的干干预就就能独独立地地驱动动智能能机器器实现现其目目标的的自动动控制制。智智能控控制系系统是是由智智能机机器对对生产产过程程自动动控制制的系系统。。智能能控制制系统统的智智能可可归纳纳为以以下几几方面面：①先先验智智能：：有关关控制制对象象及干干扰的的先验验知识识；②反反应性性智能能：对对系统统及环环境变变化的的正确确反应应能力力；③优优化智智能：：先验验性优优化及及反应应性优优化；；④组组织与与协调调智能能：系系统之之间的的有效效管理理与协协调。。⑽智智能管管理是指通通过智智能技技术进进行信信息的的智能能过滤滤处理理，将将正确确的信信息在在适当当的时时候传传递给给适当当的人人。它它模拟拟管理理人员员的社社会行行为及及管理理行为为偏好好，自自主地地获取取、检检索因因特网网上的的信息息，管管理过过载信信息，，担当当信息息收集集者、、过滤滤者及及知识识学习习者的的角色色。⑾智智能检检索智能检检索就就是利利用分分词词词典、、同义义词典典，同同音词词典改改善检检索效效果，，还可可在知知识层层面或或者说说概念念层面面上辅辅助查查询，，通过过主题题词典典、上上下位位词典典、相相关同同级词词典，，形成成一个个知识识体系系或概概念网网络，，给予予用户户智能能知识识提示示，最最终帮帮助用用户获获得最最佳的的检索索效果果。⑿智智能决决策把AI技术术引入入决策策过程程，建建立智智能决决策支支持系系统。。该系系统能能够为为决策策者提提供决决策所所需的的数据据、信信息和和背景景材料料，帮帮助明明确决决策目目标和和进行行问题题的识识别，，建立立或修修改决决策模模型，，提供供各种种备选选方案案，并并且对对各种种方案案进行行评价价和优优选，，通过过人机机交互互功能能进行行分析析、比比较和和判断断，为为正确确决策策提供供必要要的支支持。。⒀智智能通通信指以智智能化化的方方式将将通信信嵌入入到实实时的的系统统运行行之中中，进进而在在整个个系统统范围围内将将人员员和业业务流流程联联接在在一起起，在在通信信系统统的各各个层层次和和环节节上实实现智智能化化。例例如在在通信信网的的构建建、网网管与与网控控、转转接、、信息息传输输与转转换等等环节节，都都可实实现智智能化化。这这样，，网络络就可可运行行在最最佳状状态，，使其其具有有自适适应、、自组组织、、自学学习、、自修修复等等功能能。⒁智能仿真真把以知识为核核心和人类思思维行为作背背景的智能技技术引入整个个建模与仿真真过程，构造造智能仿真平平台。智能仿仿真技术的开开发途径是AI与仿真技技术的集成化化。因此，近近年来各种智智能算法，如如模糊算法、、神经算法、、遗传算法的的探索也形成成了智能建模模与仿真中的的一些研究热热点。⒂智能制造造是指应用智能能制造技术和和智能制造系系统的制造生生产模式，在在制造的各个个环节中，以以一种高度柔柔性和高度集集成的方式，，通过计算机机模拟人类专专家的智能活活动，进行分分析、判断、、推理、构思思和决策，旨旨在取代或延延伸制造环境境中人的部分分脑力劳动，，并对人类专专家的制造智智能进行收集集、存贮、完完善、共享、、继承和发展展。⒃智能CAD将AI理论与与CAD(计算机辅助助设计)技术术相结合,使使计算机具有有支持人类专专家的设计思思维、推理决决策及模拟人人的思维方法法与智能行为为的能力,从从而把设计计自动化推向向更高层次。。从目前发展展的趋势来看看，它至少涉涉及设计自动动化、智能交交互、智能图图形学、自动动数据采集四四个方面，把把工程数据库库及其管理系系统、知识库库及其专家系系统、拟人化化用户接口管管理系统集于于一体。⒄智能CAI就是把AI技术引入CAI(计算机辅助教教学)领域。它将教教学内容与教教学策略分开开，根据学生生资料库提供供的学生模型型，通过智能能系统的搜索索与推理，动动态生成适合合于个别化教教学的内容与与策略，自动动生成各种问问题与练习，，自动解决问问题生成解答答；通过智能能诊断机制判判断学生的学学习水平，分分析学生产生生错误的原因因，同时向学学生提出更改改建议、以及及进一步需学学习内容的建建议；通过对对学生资料库库中全体学生生出现错误分分布的统计，，智能诊断机机制向教师提提供教学重点点、方式、测测试重点、方方式、题型的的建议；为教教师提供友好好的教学内容容、测试内容容维护界面，，无需改变软软件的结构即即可调整教学学策略；通过过对学生模型型、教学内容容、测试结果果的智能分析析，向教学督督导人员提供供对教师教学学业绩评价的的参考意见。。⒅计算智能能与进化计算算计算智能涉及及神经计算、、模糊计算、、进化计算等等研究领域。。进化计算是是指一类以达达尔文进化论论为依据来设设计、控制和和优化人工系系统的技术和和方法的总称称，它包括遗遗传算法、进进化策略和进进化规划。⒆人工生命命旨在用计算机机和精密机械械等人工媒介介生成或构造造出能够表现现自然生命系系统行为特征征的仿真系统统或模型系统统。自然生命命系统行为具具有自组织、、自复制、自自修复等特征征以及形成这这些特征的混混沌动力学、、进化和环境境适应。人工工生命所研究究的人造系统统能够演示具具有自然生命命系统特征的的行为，在““生命之所能能”的广阔范范围内深入研研究“生命之之所知”的实实质。人工生生命学科的研研究内容包括括生命现象的的仿生系统、、人工建模与与仿真、进化化动力学、人人工生命的计计算理论、进进化与学习综综合系统以及及人工生命的的应用等。1．2．4人工智能分支支的划分1．根据脑功功能模拟的划划分⑴机器学习习——就是机器自己己获取知识。。⑵机器感知知——就是机器像人人一样通过““感觉器官””直接从外界界获取信息。。⑶机器联想想——就是机器具有有联想的功能能。联想是指指感知或回忆忆某一事物时时，连带想起起其他的有关关事物的过程程。⑷机器推理理——就是计算机推推理，也称自自动推理。所所谓推理就是是以一些已知知判断(前提)推出一个新判判断(结论)的思维过程。。⑸机器理解解——就是使机器能能够理解包括括自然语言和和图形在内的的各种符号。。⑹机器行为为——主要指机器人人行动规划。。2.根据应应用系统的划划分⑴专家系统统——是一种模拟人人类专家解决决领域问题的的计算机程序序系统。其内内部含有大量量的某个领域域专家水平的的知识与经验验，能够利用用人类专家的的知识和解决决问题的方法法来处理该领领域问题，模模拟人类专家家的决策过程程，以便解决决那些需要人人类专家处理理的复杂问题题。⑵知识库系系统——是以知识库为为核心的，包包含人、硬件件和软件的各各种资源，用用于实现知识识共享的系统统。⑶智能数据据库系统——就是在数据库库的应用中集集成了自我管管理及资源调调度的的功能能，由数据库库系统自己进进行错误分析析、可能的解解决方案建议议、自我修复复及参数的自自动配置。⑷智能机器器人系统——是融合了感知知、视觉、听听觉、思考、、人机通讯和和执行等功能能的综合系统统。机器人机器人(Robot)是具有类似某某些生物器官官功能、用以以完成特定操操作和移动任任务的、可再再编程的机械械电子自动装装置。复杂的的机器人除机机械手和脚、、推进器、旋旋转器件、动动力系统、控控制系统、计计算装置、存存贮装置外，，还具有多种种人类器官的的功能，如：：具有触觉、、听觉、嗅觉觉、感觉：粗粗造硬度、位位置重量、热热导体、温度度、接近、形形状、大小、、距离的传感感器。机器人可广泛泛用于生产自自动化、原子子能利用、宇宇宙和海洋开开发等领域，，例如，可让让机器人代替替人在高温、、高压、深水水、单调、孤孤寂、狭小或或带有放射性性、有害性物物质的环境中中从事繁重或或危险工作；；另一方面，，可以为人工工智能理论、、方法、技术术研究提供一一个综合试验验场地，对人人工智能各个个领域的研究究进行全面检检查，并反过过来推动人工工智能研究的的发展。机器人的分类类1．按计划分第一代机器人人——固定程序机器器人和遥控式式机器人；第二代机器人人——可变程序机器器人和示教再再现式机器人人；第三代机器人人——自适应机器人人和智能机器器人。2．按应用型划划分工业机器人、、宇宙开发机机器人、海洋洋开发机器人人、玩具机器器人、服务机机器人、智能能机器人。3．按重量划分分机器人可分为为重负荷（50公斤以上）机机器人、中负负荷（5~50公斤）机器人人、轻负荷（（5公斤以下）机机器人。有关机器人的的研究内容1．利用大规模模集成电路的的小型化和计计算机的高性性能，研制新新式判断机理理的工程方法法及软件；2．研究视觉、、听觉、触觉觉等感知器，，尤其是研究究空间识别问问题；3．研制用精密密机械元件做做成的手、脚脚等与计算机机结合的方式式；4．研究机器人人从三维空间间收搜集信息息的处理方式式；5．研究机器人人识别外界环环境的能力；；人们正在研制制在结构上有有灵活动作的的多关节手和和两腿步行机机构，利用电电视摄像机和和光学测距器器、超声波等等做视觉，在在广泛范围内内对物体进行行搜索、识别别和测距，并并带有触觉、、听觉等功能能的智能机器器人。3.根据计算机系系统结构的划划分⑴智能操作作系统——是一类基于知知识处理、问问题求解、现现场感应、环环境适应并且且能产生人类类智能行为的的操作系统⑵智能多媒媒体系统——是一种多媒体体播放系统，，支持终端模模式下大规模模用户的多媒媒体应用，支支持点播和组组播等多种播播放方式。它它利用了本地地计算能力，，播放方式对对用户完全透透明，用户使使用方式只需需双击服务器器上的文件即即可。⑶智能网网络系统统。AI技术、智智能计算算机与计计算机网网络技术术的结合合与融合合，形成成具有更更多思维维能力的的智能网网络系统统。当前前，基于于网络系系统的分分布式智智能决策策系统、、分布专专家系统统、分布布知识库库系统、、分布智智能代理理技术、、分布智智能控制制系统及及智能网网络管理理技术等等的发展展，也都都明显的的体现了了这种智智能网络络系统的的发展趋趋向。⑷智能计计算机系系统——是信息采采集、存存储、处处理、通通信同AI结合在一一起的新新一代计计算机系系统。它它具有计计算、感感知、记记忆、推推理、学学习等功功能，能能以汉语语语音、、汉字、、图形和和图像与与系统进进行交互互作用，，具有较较丰富的的软件设设计和生生产能力力，是一一个功能能较强的的智能应应用系统统的开发发环境。。智能计算算机的特特点1．集中中——分布式多多级递阶阶结构；；2．串行行——并行相结结合的工工作方式式；3．

分工工——分区相结结合的协协调控制制体制；；4．

两态态——多态兼容容的复合合逻辑；；5．

自组组织、自自修复的的柔性联联结系统统；6．

启发发——算法，归归纳纳——演绎；7．

联想想记忆、、联想识识别、联联想推理理；8．

自学学习、自自适应、、自寻优优；9．

自整整定、自自规划、、自编程程；10.自然信息息的输入入、处理理及输出出。智能计算算机要达达到的目目标1．执行1——10亿逻辑推推理，1逻辑推理理100———1000步；2．知识库容容量1000亿——100000亿字节，，在几秒秒钟内搜搜索得到到结果；；3．智能接口口系统——以自然语语言方式式对话，，提供机机器翻译译10000个基本词词，1000条语法规规则，分分析精度度达99%；4．核心语言言——Prolog语言；5．不学就会会用；6．高度的精精确推理理和学习习；7．程序自动动生成；；8．高可靠性性和保密密。4.根根据基础础理论的的划分从基础理理论看，，AI可可分为数数理逻辑辑和多种种非标准准逻辑、、图论、、人工神神经网络络、模糊糊集、粗粗糙集、、概率统统计（贝贝叶斯统统计决策策理论））和贝叶叶斯网络络、统计计学习理理论与支支持向量量机、形形式语言言与自动动机等领领域和方方向。5.根根据智能能算法来来划分从智能算算法来看看，AI可分为为数据挖挖掘和知知识发现现、智能能主体、、启发式式算法、、逻辑演演算、高高级知识识推理、、模糊算算法、遗遗传算法法、免疫疫算法、、人工神神经网络络、人工工生命、、进化编编程、粒粒群优化化、蚁群群算法、、自然计计算等分分支与方方向。1．3人工智能能的技术术方案与与途径1．3．1人工智能能的基本本技术1．推理技技术：从从一个或或几个已已知的判判断（前前提）得得出另一一个新判判断（结结论）的的思维过过程。2．搜索技技术：为为了达到到某一目目标而连连续地进进行推理理的过程程。搜索索技术就就是对推推理进行行引导和和控制的的技术。。3．知识表表示与知知识库技技术：知知识表示示是指知知识在计计算机中中的表示示方法和和表示形形式；；知识库库技术包包括知识识的组织织、管理理、维护护、优化化等技术术。4．知识获获取技术术：知知识获取取包括机机器学习习和用人人工移植植的方法法进行学学习两个个方面。。1．3．1人工智能能的基本本技术5.联想技术术和归纳纳技术：：联想是是指感知知或回忆忆某一事事物时，，连带想想起其他他的有关关事物的的过程。。归纳技技术，是是指机器器自动提提取概念念、抽取取知识、、寻找规规律的技技术。6.知识发现现和数据据挖掘技技术：知知识发现现的全称称是从数数据库中中发现知知识。知知识发现现主要流流行于AI和机器学学习领域域，而数数据挖掘掘则主要要流行于于统计、、数据分分析、数数据库和和管理信信息系统统领域。。数据挖掘掘是指从从数据库库中发现现隐含的的、先前前不知道道的、潜潜在有用用的信息息，它综综合了机机器学习习、数据据库、专专家系统统、模式式识别、、统计、、管理信信息系统统、基于于知识的的系统、、可视化化等领域域的有关关技术。。其目的的就是从从数据库库的数据据中抽取取和精化化一般规规律或模模式。7．智能系系统与智智能计算算机的构构成技术术：建立立智能系系统或构构造智能能机器1．3．2人工智能能的研究究内容1．人工智智能的理理论体系系研究2．广义知知识模型型的研究究3．联想知知识库的的研究4．自组织织推理机机的研究究5．知识获获取工具具的研究究6．专家系系统开发发环境的的研究7．对智智能控制制与智能能管理的的研究8．高智能能机器人人及其应应用研究究9．新一代代人工智智能机的的研究10．高性能能脑模型型的研究究11．高智能能专家系系统的研研究12．对智能能化仪器器、仪表表的研制制1．3．3人工智能的研研究方法结构模拟是从从仿生学的观观点，基于脑脑的生理结构构原型和工作作机理。思维模拟法就就是以人脑的的心理模型，，利用计算机机软件、符号号推演与心理理学方法，从从宏观上来模模拟人脑的思思维，实现机机器智能。1.启发方法依靠靠启发推理，，利用启发程程序，进行问问题求解。2.算法主要依靠算法法证明，利用用算法程序进进行问题求解解。行为模拟法是是一种基于感感知——行为模型的研研究方法1．4人工智能的产产生与发展1．4．1人工智能的孕孕育期(在1956年以前)在这个阶段中中，数理逻辑辑、自动机理理论、控制论论、信息论、、仿生学、神神经生理学、、实验心理学学、电子计算算机等科学技技术的进展，，为人工智能能学科的诞生生，准备了思思想、理论和和物质基础。。1．4．1人工智能的孕孕育期1．1647年法国的数学学和物理学家家帕斯卡(Pascal)制造了一台有有效的机械加加法器。2．1821年英国数学家家巴贝奇(Babbage)发明了两台最最先进的差分分机和分析机机。其中分析析机的设计思思想与现代电电子计算机十十分相似。他他提出了计算算机的五个主主要组成部分分：输入(把数字输入机机器)、存储器(保存数字和程程序指令)、运算器(执行运算)、控制器(控制执行各种种命令)和输出(把运算的结果果告诉用户)。为电子计算算机的发展奠奠定了基础。。3．著名的英国逻逻辑学家和哲哲学家乔治·布尔(G.Boo1e，1815年一1864年)致力于使“思思维规律”形形式化和实现现机械化，他他发明了布尔尔代数，首次次用符号语言言描述了思维维活动的基本本推理法则。。4.1936年英国数学家家、图灵机的的发明者图灵灵(A.M.Turing)创立了自动机机理论。图灵灵1945年设计思想的的21种特点中，已已有15种由别人重新新提出并在机机器上实现了了，如变址寄寄存器、微程程序设计、虚虚拟存储器和和变指令系统统等等。布尔（Boole））（1815—1864），英国数学家、、逻辑学家。。他的主要贡贡献是初步实实现了莱布尼尼茨关于思维维符号化和数数学化的思想想，提出了一一种崭新的代代数系统———布尔代数，，凡是传统逻逻辑能处理的的问题，布尔尔代数都能处处理。歌德尔（Gödel））（1906—1978），美籍奥地利数数理逻辑学家家，他研究数数理逻辑中的的一些带根本本性的问题，，即形式系统统的完备性和和可判定性问问题，指出了了把人的思维维形式化和机机械化的某些些极限，在理理论上证明了了有些事情是是机器做不到到的。怎样才能说机机器（计算机机）拥有了智智能？1950年，，图灵提出了了著名的“图图灵实验”：：让一个人和一一台计算机分分处两个不同同的房间，另另有一主持人人向他们提出出问题，如果果主持人通过过听取对问题题的回答分辨辨不出哪个是是人的回答，，哪个是计算算机的回答，，便认为被实实验的计算机机有了智能。。图灵测试和中中文屋子◆图灵测试”（（TuringTest）1．4．1人工智能的孕孕育期5．1943年，麦卡洛克克(W.cclloch)与匹茨(W.Pitts)研制了神经细细胞模型——MP模型，开创了了脑模型研究究工作。6．1945年匈牙利数学学家、博弈论论的创立者冯冯·诺依曼(John.Von.Neumann)提出了存储程程序的概念。。冯·诺依曼的这一一思想被誉为为电子计算机机时代的开始始。至今，计计算机的体系系结构还基本本上是冯·诺依曼型。7．1946年由美国人莫莫克利(Mauchly)和埃克特(Eckert)在宾夕法尼亚亚大学摩尔电电工学院研制制成功世界上上第一台电子子计算机ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)。该机由18000个电子管组成成，占空间81立方米，占地地1500平方米，重量量60吨，运行速度度为5000次/秒，是为计算算枪炮和导弹弹的弹导表而而设计的，能能够在30秒内计算出60个弹道曲线。。8．1948美国著名数学学家、控制论论创始人维纳纳(N.Wiener)创立了控制论论。9．1948年美国应用数数学家、信息息论的创始人人香农(C.E.Shannon)创立了信息论论。10．1948年英国生物学学家阿希贝（（）的《设计一个脑》一书出版。1．4．2人工智能的研研究与形成期期(1956年至1970年)在这个阶段，，人工智能学学科正式产生生，在定理证证明、问题求求解、机器博博弈、Lisp语言、文文字和图象识识别、机器思思维、感知、、及行为等基基本内容上取取得了重大突突破。这一时时期的主要研研究成果大致致有以下一些些方面。1．4．2人工智能的研研究与形成期期1．1956年麦卡锡在美美国正式提出出了“人工智智能”（ArtificialIntelligence）这一术语。。2．1956年，美国的纽纽厄尔、肖和和赛蒙合作编编制了一个名名为逻辑理论论机(LogicTheoryMachine，LT)的计算机程序序系统。证明明了名著《数学原理》第2章中的38条定理(1963年在另一台机机器上证明了了全部52条定理)。而美籍华人人、数理逻辑辑学家王浩于于1958年在IBM一704计算机上用3～5分钟证明了《数学原理》中有关命题演演算的全部220条定理，并且且还证明了谓谓词演算中150条定理的85%。。3．1956年，塞缪尔研研制成功了具具有自学习、、自组织、自自适应能力的的西洋跳棋程程序。4．1957年，罗森勃劳劳特(F.Rosenblatt)研究制成感知知机，具有学学习功能，模模仿视觉,进行模式分类类识别。5．1959年，籍勒洛特特发表了证明明平面几何问问题的程序，，塞尔夫里奇奇推出了一个个模式识别程程序；1．4．2人工智能的研研究与形成期期6．1960年，纽厄尔、、肖和赛蒙等等人编制了通通用问题求解解程序。该程程序可以求解解11种不同类型的的问题。。7．1960年，麦卡锡研研制成功了面面向人工智能能程序设计的的表处理语言言LISP。8．1960年美国生产了了第一批商用用工业机器人人UNIMATE和VERSATRAN。9．1965年，鲁鲁宾逊逊(Robinson)提出了了归结结(消解)原理。。10．1965年，美美国斯斯坦福福大学学的费费根鲍鲍姆(E.A.Feigenbaum)开始研研究化化学专专家系系统DENDRAL。11．1968年Quillian提出了了语义义网络络知识识表示示法。。12．1969年，由由国际际上许许多学学术团团体共共同发发起成成立了了国际际人工工智能能联合合会议议(InternationalJointConferencesonArtificialIntelligence，简称称IJCAI)。1．4．3人工智智能的的发展展与应应用期期（1970年以后后）从1970年以后后，人人工智智能从从实验验室走走了出出来，，从一一般思思维规规律探探讨转转向知知识工工程开开发，，进入入实际际应用用时代代。70年代后后期开开始，，一大大批实实用型型专家家系统统不断断涌现现。大量出出版关关于人人工智智能的的专著著、手手册和和文集集。在知识识表示示、不不精确确推理理、人人工智智能语语言等等方面面也有有重大大进展展。1977年，在在第五五届国国际人人工智智能会会议上上，费费根鲍鲍姆进进一步步提出出了““知识识工程程”的的概念念。日本于于1981年10月向全全世界界公布布的第第五代代电子子计算算机的的研制制计划划，打打算在在此十十年内内拨出出大约约4亿5000万美元元资金金用于于该项项目的的实施施。美国1983年制定定了6一10年的研研制规规划，，投资资6亿多美美元拟拟研制制能看看、听听、说说和思思考的的新一一代电电子计计算机机神经网网络的的理论论和技技术在在经过过近20年的暗暗淡时时期后后终于于有了了新的的突破破和惊惊人的的成果果。一般认认为，，当前前人工工智能能的发发展，，呈现现出如如下特特点:1．传统的的符号号处理理与神神经计计算各各取所所长，，联合合作战战。由由于两两种方方法各各有所所长，，又各各有所所短，，但却却刚好好互补补。所所以，，将两两种方方法相相结合合，则则是可可取的的策略略和方方向。。2．一批新新思想想、新新理论论、新新技术术不断断涌