人工智能与教育信息技术教育应用

信息技术教育应用第六章人工智能与教育本章主要知识点：

人工智能技术的概念、发展史、分类人工智能的研究领域智能计算机辅助教育系统的设计模型第六章人工智能与教育6.1人工智能概述6.1.1

概念：主要研究用人工的方法和技术，模仿、延伸和扩展人的智能,实现机器智能。图灵测试6.1.2

简史：第一个阶段（1956年以前）：孕育时期第二个阶段（1956－1970）形成期第三个阶段（1970～）发展期第六章人工智能与教育6.1.3

分类：符号智能、计算智能符号智能是以知识为基础，通过推理进行问题求解。也即所谓的传统人工智能。计算智能是以数据为基础，通过训练建立联系，进行问题求解。人工神经网络、遗传算法、模糊系统、进化程序设计、人工生命等都可以包括在计算智能。第六章人工智能与教育IDSS(智能决策支持系统)成功实例

东海渔业资源评估专家系统

以卫星遥感渔业分析技术、海洋渔业服务地理信息系统技术和渔情分析专家系统技术为支撑的海洋渔业遥感信息与资源评估服务系统。第六章人工智能与教育2.工商行固定资产贷款风险决策系统

本系统是一个交互式系统，即在决策过程中向用户提出一些需要以数字回答的问题，界面简洁、友好。在人机对话过程中，系统需要用户以数值形式输入一些供决策用的参数，如企业经营者素质评估，经济实力，资金结构，经济效益，发展前景，信用等级系数，贷款金额，等等。同时给出一些选项供用户选择，如抵押贷款方式，保证贷款方式，信用贷款方式，以及贷款形态等。系统根据用户提供的信息计算出全部贷款资产风险权重额，全部固定资产贷款资产风险度，并结合企业的信用等级，给出评估图表，最后给出贷款与否的建议。第六章人工智能与教育6.2人工智能的研究领域6.2.1人工智能框架图第六章人工智能与教育6.2.2问题求解求解难题的下棋（如国际象棋）程序把各种数学公式符号汇编在一起，其性能达到很高的水平，并正在为许多科学家和工程师所应用。有些程序甚至还能够用经验来改善其性能。第六章人工智能与教育6.2.3逻辑推理与定理证明逻辑推理是人工智能研究中最持久的子领域之一。其中特别重要的是要找到一些方法，只把注意力集中在一个大型数据库中的有关事实上，留意可信的证明，并在出现新信息时适时修正这些证明。对数学中臆测的定理寻找一个证明或反证，确实称得上是一项智能任务。为此不仅需要有根据假设进行演绎的能力，而且需要某些直觉技巧。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3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。第六章人人工智能与教教育自然语语言理理解自然语语言处处理是是研究究如何何让计计算机机理解解人类类自然然语言言的一一个研研究领领域。。目前前语言言处理理研究究的主主要课课题是是：在在翻译译句子子时，，以主主题和和对话话情况况为基基础，，注意意大量量的一一般常常识───世世界知知识和和期望望作用用的重重要性性。语言翻翻译语音理理解第六章章人人工工智能能与教教育自动程程序设设计程序设设计是是人工工智能能的一一个重重要研研究领领域，，已经经研制制出能能够以以各种种不同同的目目的描描述（（例如如输入入／输输出对对，，高级级语言言描述述，甚甚至英英语描描述算算法））来编编写计计算机机程序序。这方面面的进进展局局限于于少数数几个个完全全现成成的例例子。。对自自动程程序设设计的的研究究不仅仅可以以促进进半自自动软软件开开发系系统的的发展展，而而且也也使通通过修修正自自身数数码进进行学学习（（即修修正它它们的的性能能）的的人工工智能能系统统得到到发展展。第六章章人人工工智能能与教教育6.2.6专家系系统概念：：一个个具有有大量量的专专门知知识与与经验验的程程序系系统，，它应应用人人工智智能技技术与与计算算机技技术，，根据据某领领域一一个或或多个个专家家提供供的知知识和和经验验，进进行推推理和和判断断，模模拟人人类专专家的的决策策过程程，以以便解解决那那些需需要人人类专专家处处理的的复杂杂问题题。简简而言言之，，专家家系统统是一一种模模拟人人类专专家解解决领领域问问题的的计算算机程程序系系统。。结构：：知识库推理机答案专家知识输入或提问第六章章人人工工智能能与教教育专家系系统可可以解解决的的问题题一般般包括括解释释、预预测、、诊断断、设设计、、规划划、监监视、、修理理、指指导和和控制制等。。发展展专家家系统统的关关键是是表达达和运运用专专家知知识，，即来来自人人类专专家的的并已已被证证明对对解决决有关关领域域内的的典型型问题题是有有用的的事实实和过过程。。在已经经建立立的专专家咨咨询系系统中中，有有能够够诊断断疾病病的（（包括括中医医诊断断智能能机）），估估计潜潜在石石油等等矿藏藏的，，研究究复杂杂有机机化合合物结结构的的以及及提供供使用用其他他计算算机系系统的的参考考意见见等。。第六章章人人工工智能能与教教育新一代代专家家系统统的特特征：：并行技技术与与分布布处理理多专家家系统统协同同工作作高级语语言和和知识识语言言描述述具有自自学习习功能能引入新新的推推理机机制具有自自纠错错和自自我完完善能能力先进的的智能能人机机接口口分布专专家系系统：：要解解决功功能分分布、、知识识分布布、接接口设设计、、系统统结构构和驱驱动方方式等等问题题。协同式式专家家系统统：要要解决决任务务的分分解、、公共共知识识的导导出、、“讨讨论””方式式、裁裁决问问题、、驱动动方式式等问问题。。第六章章人人工工智能能与教教育机器学学习概念：：是一一门研研究机机器获获取新新知识识和新新技能能，并并识别别现有有知识识的学学问。。机器学学习的的策略略：机机械学学习、、通过过传授授学习习、类类比学学习和和通过过事例例学习习。第六章章人人工工智能能与教教育人工神神经网网络生理神神经元元的组组成结结构图图生理神神经元元的功功能：：时空空整合合功能能、兴兴奋与与抑制制状态态、脉脉冲与与电位位转换换、神神经纤纤维传传导速速度、、突触触延时时和不不应期期、学学习、、遗忘忘和疲疲劳人工神神经元元的组组成：：用处处理单单元模模拟生生理神神经元元，用用有向向弧模模拟轴轴突－－－突突触－－－树树突对对。有有向弧弧的权权值表表示两两处理理单元元间相相互作作用的的强弱弱。常用的的人工工神经经网络络：反反向传传递网网（BP网网）等。第六章章人人工工智能能与教教育机器人人学这个领领域所所研究究的问问题，，从机机器人人手臂臂的最最佳移移动到到实现现机器器人目目标的的动作作序列列的规规划方方法，，无所所不包包。智能机机器人人的的研究究和应应用体体现现出广广泛的的学科科交叉叉，涉涉及众众多的的课题题，如如机器器人体体系结结构、、机构构、控控制、、智能能、视视觉、、触觉觉、力力觉、、听觉觉、机机器人人装配配、恶恶劣环环境下下的机机器人人以及及机器器人语语言等等。机机器人人已在在各种种工业业、农农业、、商业业、旅旅游业业、空空中和和海洋洋以及及国防防等领领域获获得越越来越越普遍遍的应应用。。第六章人人工智能能与教育模式识别“模式”（（Pattern））：指供模模仿的标本本。模式识别就就是指识别别出给定物物体所模仿仿的标本。。人工智能所所研究的模模式识别是是指用计算算机代替人人类或帮助助人类感知知模式，是是对人类感感知外界功功能的模拟拟，研究的的是计算机机模式识别别系统，也也就是使一一个计算机机系统具有有模拟人类类通过感官官接受外界界信息、识识别和理解解周围环境境的感知能能力。在模式识别别领域，神神经网络方方法已经成成功地用于于手写字符符的识别、、汽车牌照照的识别、、指纹识别别、语音识识别等方面面。第六章人人工智能能与教育机器视觉在人工智能能中研究的的感知过程程通常包含含一组操作作。例如，，可见的景景物由传感感器编码，，并被表示示为一个灰灰度数值的的矩阵。这这些灰度数数值由检测测器加以处处理。检测测器搜索主主要图像的的成分，如如线段、简简单曲线和和角度等。。这些成分分又被处理理，以便根根据景物的的表面和形形状来推断断有关景物物的三维特特性信息。。机器视觉的的前沿研究究领域包括括实时并行行处理、主主动式定性性视觉、动动态和时变变视觉、三三维景物的的建模与识识别、实时时图像压缩缩传输和复复原、多光光谱和彩色色图象的处处理与解释释等。机器器视觉已在在机器人装装配、卫星星图像处理理、工业过过程监控、、飞行器跟跟踪和制导导以及电视视实况转播播等领域获获得极为广广泛的应用用。第六章人人工智能能与教育智能控制智能控制是是驱动智能能机器自主主地实现其其目标的过过程。智能控制的的核心在高高层控制，，即组织级级控制。其其任务在于于对实际环环境或过程程进行组织织，即决策策和规划，，以实现广广义问题求求解。已经提出的的用以构造造智能控制制系统的理理论和技术术有分级递递阶控制理理论、分级级控制器设设计的熵方方法、智能能逐级增高高而精度逐逐级降低原原理、专家家控制系统统、学习控控制系统和和基于NN的控制系系统等。目前研究得得较多的是是以下６个个方面：智智能机器人人规划与控控制、智能能过程规划划、智能过过程控制、、专家控制制系统、语语音控制以以及智能仪仪器。第六章人人工智能能与教育智能检索搜索方式:(是否使用用启发式信信息)启发式搜索索、盲目目搜索(问题的表表示方式)状态空空间搜索、、与/或或树搜索搜索策略：：宽度优先搜搜索：沿着树的宽宽度遍历树树的节点，，如果发现现目标，则则算法中止止。属于盲盲目搜索。。深度优先搜搜索：沿着着树的最大大深度方向向生成节点点并与目标标节点进行行比较，只只有当上次次访问的节节点不是目目标节点，，而且没有有其他节点点可以生成成的时候，，才转到上上次访问节节点的父节节点，然后后搜索该节节点的其他他子节点。。因此深度度优先搜索索也称为回回溯搜索。。它既不是是完备的，，也不是最最优的。第六章人人工智能能与教育迭代加深搜搜索：对深度优先先搜索进行行了一定改改进，对搜搜索树的深深度进行控控制，即有有界深度优优先搜索。。但是深深度限制值值d的选取取是一个问问题，因此此试图尝试试所有可能能的深度限限制，即在在找到目标标之前，通通过迭代不不断增大d以保证完完备性和最最优性。启发式OR图搜索算算法AND-OR图启发发式搜索约束满足搜搜索第六章人人工智能能与教育智能代理概念：代表表用户或其其他程序以以主动服务务的方式完完成一组操操作的机动动计算实体体。特性：自治治性、社会会性、反应应性、能动动性多Agent系统：：Agent之间的的协作、对对环境的适适应基于MAS的信息检检索系统：：自动搜索索引擎可自自动发现新新信息并对对其进行自自动分类、、自动索引引和自动摘摘要，并能能进行模糊糊检索、概概念检索等等。第六章人人工智能能与教育6.3人工智能教教育应用6.3.1人工智能应应用概述智能辅助教教学系统的的组成部分分：具有教教学决策模模块、学生生模型模块块和自然语语言接口功能：了解学生的的学习能力力、认知特特点和当前前知识水平平能根据学生生的不同特特点选择最最适当的教教学内容和和教学方法法，并可对对学生进行行有针对性性的个别指指导。允许学生用用自然语言言与“计算算机导师””进行人机机对话。教育技术中中涉及人工工智能的领领域：知识识的表示和和访问、对对学生错误误的自动诊诊断、实现现智能超媒媒体教学系系统。第六章人人工智能能与教育6.3.2智能计算机机辅助教育育ICAI设设计模型：：学生记录模块专家系统模块教学模块人机接口界面用户第六章人人工智能能与教育ICAI与与CAI的的区别：将将教学策略略从被教授授的课程知知识中分离离，但