人工智能一绪论

人工智能ArtificialIntelligence(AI)王丽（电话wangli523971@126.com山西大同大学计算机系Tuesday,September12,20239/12/20231课程介绍第一章绪论第二章人工智能的数学基础第三章知识与知识表示第五章搜索策略第七章机器学习第四章经典逻辑推理第六章专家系统9/12/20232主要内容：智能：什么是智能，智能包含哪些内容。人工智能：什么是人工智能，人工智能的基本概念人工智能的研究目标和内容人工智能的发展简史人工智能的研究领域第一章绪论9/12/202331.1人工智能概述1.1.1人工智能的基本概念1、自然智能（1）智能的概念：综合各种观点，可以认为智能是知识与智力的总和。其中，知识是一切智能行为的基础，而智力是获取知识并运用知识求解问题的能力，即在任意给定的环境和目标的条件下，正确制订决策和实现目标的能力，它来自人脑的思维活动。9/12/20234（2）智能的特征：具有感知能力

感知能力是指人们通过视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等感觉器官感知外部世界的能力。9/12/20235具有记忆和思维的能力记忆：记忆用于存储由感觉器官感知到的外部信息以及由思维所产生的知识。思维：是对记忆的信息进行处理，即利用已有的知识对信息分析、计算、比较、判断推理、联想、决策等。9/12/20236具有学习能力及自适应能力。具有行为能力

人们通常用语言或者某个表情、眼神及形体动作来对外界的刺激作出反应，传达某个信息，这称为行为能力或表达能力。9/12/202372、人工智能的定义人工智能(ArtificialIntelligence)

，又称机器智能(MachineIntelligence)

是计算机科学中的一门边缘学科人工智能诞生于1956年成果多、应用广、波折多、争议大9/12/20238人工智能（学科）：是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。它的近期目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智能功能，并开发相关的理论和技术9/12/20239人工智能（能力）：是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，例如推断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等等思维活动9/12/202310从拟人思维角度的定义：

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（Hangeland,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）9/12/202311从理性思维角度的定义：

人工智能是用计算模型进行研究的智能行为（Charniak&McDermott,1985）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）9/12/202312从拟人行为角度的定义：

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）人工智能研究如何通过使计算机做事而让人过得更好（Rich&Knight,1991）9/12/202313从拟人理性行为角度的定义：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&Stubblefield,1993）9/12/202314人工智能是一门研究如何构造智能机器（智能计算机）或智能系统，使它能模拟、延伸、扩展人类智能的学科，以解决过去人类专家才能处理的复杂问题。9/12/202315

例子：1、世界国际象棋王卡斯帕罗夫与美国IBM公司的RS/6000SP(深蓝)计算机系统于97年5月3日——5月11日进行了六局的“人机大战”，历时好几天，最终“深蓝”以3.5比2.5击败对手。

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第二是图灵测试

1950年他发表了题为“计算机与智能”(computingMachineryandIntelligence）的论文，文章以“机器能思维吗？”开始论述并提出了著名的“图灵测试”，形象地指出了什么是人工智能以及机器应该达到的智能标准，现在许多人仍把它作为衡量机器智能的准则。图灵在这篇论文中指出不要问一个机器是否能思维，而是要看它能否通过如下测试：分别让人与机器位于两个房间里，他们可以通话，但彼此都看不到对方，如果通过对话，作为人的一方不能分辨对方是人还是机器，那么就可认为对方的那台机器达到了人类智能的水平。为了进行这个测试，图灵还用他丰富的想象力设计了一个很有趣且智能性很强的对话内容，称为“图灵的梦想”。

9/12/202317询问着——人智者——机器询问者问：你写的14行的诗，首行是“你如同夏日”，你不觉得“春日”更好吗？智者：他不合韵。询问者问：“冬日”如何？他完全合韵。智者：它确实是合韵的，但没有人愿被比作为“冬日”。询问者：你不是说过匹克威克先生让你想起圣诞节吗？智者：是的。询问者：圣诞节是冬天的一个节日，我想匹克威克先生对这个比喻不会介意吧。智者：我认为你说话不够严谨，“冬日”指的是一般的冬天的日子，而不是某个特别的日子，如圣诞节。9/12/202318李咏1+1西安曲江超人文化创意有限公司9/12/2023193、人类智能的计算机模拟为实现计算机模拟和代替人的行为和思维活动，需满足以下3个基本前提：（1）求解问题形式化（2）必须有可行的算法（3）问题需要有合理的复杂度9/12/2023201.1.2人工智能的研究方法1、人工智能研究的特点从研究对象来看，人工智能系统是以符号表示知识，并且以知识为主要研究对象，而传统的程序是以数值为研究对象。采用启发式的推理方法。控制结构和领域知识通常是分离的。如专家系统。允许出现不正确的答案。（所给知识可能不完全、数据不准确）9/12/202321人工智能的研究途径不同学科背景的学者对人工智能有不同的观点，产生了不同的人工智能的研究方法，目前主要分成三大学派：符号主义：又称逻辑主义、心理学派、计算机学派。其原理为物理符号系统假设和有限合理性原理连接主义：又称仿生学派、生理学派。其原理是神经网络及其连接机制和学习算法行为主义：又称进化主义、控制论学派。其原理是控制论、感知-动作控制系统

9/12/202322不同的学派对AI的基本问题，比如，定义、基础、核心、要素、认知过程、学科体系以及人工智能与人类智能的关系等，均有不同观点。它们的研究方法也不同9/12/2023231、符号主义在基本理论上，认为人的认知基元是符号，而认知过程就是符号操作过程知识是信息的一种形式，是构成智能的基础人工智能的核心问题是知识表达、知识推理和知识运用9/12/202324在研究方法上，功能模拟方法。通过分析人类认知系统所具备的功能和机能，然后用计算机模拟这些功能、实现人工智能9/12/2023252、连接主义在基本理论上，认为人的思维基元是神经元，而不是符号处理过程提出了连接主义的大脑工作模式，来取代符号主义的大脑工作模式9/12/202326在研究方法上，着重于结构模拟，即模拟人的生理神经网络结构，并认为功能、结构和智力行为是密切相关的，不同的结构表现出不同的功能和行为9/12/2023273、行为主义在基础理论上，认为智能取决于感知与行为，提出了智能行为的“动作－感知”模式。

在研究方法上，采用行为模拟方法，也认为功能、结构和智力行为是不可分开的。不同的行为表现出不同的功能和不同的结构。9/12/2023281.2人工智能的研究目标及基本内容1.2.1人工智能的研究目标近期目标：使现有的电子数字计算机更聪明、更有用，使它不仅能做一般的数值计算及非数值信息的数据处理，而且能运用知识处理问题，能模拟人类的部分智能行为。例如目前研究开发的专家系统、机器翻译系统、模式识别系统、机器学习系统、机器人等。根本目标：是构造可实现人类智能的智能计算机或智能系统，使它不仅能模拟而且可以延伸、扩展人的智能，是人工智能研究的根本目标。

9/12/202329机器学习知识获取智能搜索知识表示和推理规划软计算智能系统及智能计算机的构造技术1.2.2人工智能的基本内容9/12/202330

孕育期（1956年前）数理逻辑学科（弗雷治、维纳等）

计算的新思想（丘奇、图灵等）

形成期（1956--1970年）1956年，第一次人工智能的研讨会1.3人工智能的发展历程（自学）9/12/2023311956年夏季在美国的达特茅斯（Dartmouth）大学举办了长达两个月的研讨会。讨论了用计算机模拟人类智能的问题。会议的发起人有：McCarthy（麦卡锡）Minsky（明斯基）Lochester（朗彻斯特）Shannon（香侬）应邀出席会议有：More（莫尔）Sarmuel（塞缪尔）Newell（纽厄尔）Simon（西蒙）9/12/202332McCarthy正式提出了“人工智能”的术语（ArtificialIntelligence），又称“机器智能”（MachineIntelligence）标志着一门新的学科的正式诞生人工智能9/12/2023331969年，第一届国际人工智能联合会议1970年，《人工智能》国际杂志创刊发展期（1971年~）30多年来，人工智能的应用研究取得了重大进展。专家系统(expertsystem)显示出强大的生命力。Feigenbaum所领导的研究小组于1968年研究成功第一个专家系统DENDRAL1972-1976年，Feigenbaum小组又开发成功MYCIN医疗专家系统9/12/202334著名专家系统PROSPECTOR地质勘探专家系统、CASNET青光眼诊断治疗专家系统、RI计算机结构设计专家系统、MACSYMA符号积分与定理证明专家系统、ELAS钻井数据分析专家系统ACE电话电缆维护专家系统1977年，Feigenbaum进一步提出了知识工程(knowledgeengineering)的概念。9/12/202335人工智能系统的三个基本问题:知识表示知识利用知识获取人工智能系统是一个知识处理系统近十多年来，机器学习、计算智能、人工神经网络等行为主义的研究深入开展，形成高潮，这些都推动了人工智能研究的深入发展。9/12/2023361978年“智能模拟”纳入国家计划；1984年召开了智能计算机及其系统的全国学术讨论会；1986年起把智能计算机系统、智能机器人和智能信息处理(含模式识别)等重大项目列入863计划；1993年起，又把智能控制和智能自动化等项目列入973计划。进入21世纪后，己有更多的人工智能与智能系统研究获得各种基金计划支持。中国9/12/2023371981年起，相继成立了中国人工智能学会(CAAI)、全国高校人工智能研究会、中国计算机学会人工智能与模式识别专业委员会、中国自动化学会模式识别与机器智能专业委员会、中国软件行业协会人工智能协会、中国智能机器人专业委员会、中国计算机视觉与智能控制专业委员会中国智能自动化专业委员会等学术团体。1989年召开CJCAI1987年《模式识别与人工智能》创刊。国际上有影响的创造性成果，如吴文俊关于几何定理证明的“吴氏方法”。9/12/2023381.4人工智能的研究及应用领域是目前人工智能中最活跃、最有成效的一个研究领域。自费根鲍姆等研制出第一个专家系统DENDRL以来，它已获得了迅速发展，广泛地应用医疗诊断、地质勘探、石油化工、教学、军事等各个方面，产生了巨大的社会效益和经济效益。

专家系统是一种基于知识的系统，它从人类专家那里获得知识，并用来解决只有专家才能解决的困难问题。

因此可以这样来定义专家系统：专家系统是一种具有特定领域内大量知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术、模拟人类专家求解问题的思维过程求解领域内的各种问题，其水平可以达到甚至超过人类专家的水平。

1.4.1专家系统9/12/2023391.4.2机器学习计算机自身具有学习能力，它可以直接向书本、向教师学习，亦可以在实践过程中不断总结经验、吸取教训，实现自身的不断完善，这后一种方式一般称为机器学习。

作为人工智能的一个研究领域，它主要研究如何使计算机具有类似于人的学习能力，使计算机能通过学习自动地获取知识及技能，实现自我完善。为达到这一目标，它将开展三个方面的研究，即人类学习机理的研究，学习方法的研究以及建立面向具体任务的学习系统。9/12/2023401.4.3机器人学

机器人是指可模拟人类行为的机器。人工智能的所有技术几乎都可在它身上得到应用，因此它可被当作人工智能理论、方法、技术的试验场地。反过来，对机器人学的研究又大大推动了人工智能研究的发展。

机器人已在各种工业、农业、商业、旅游业、空中和海洋以及国防等领域获得越来越普遍的应用。星际探索机器人、海洋(水下)机器人、机器人外科手术系统、微型机器人、足球机器人9/12/2023411.4.4模式识别机器感知是机器智能的一个重要方面，是机器获取外部信息的基本途径。模式识别就是研究如何使机器具有感知能力的一个研究领域，是对人类感知外界功能的模拟。其中主要研究对视觉模式及听觉模式的识别（语音识别）。模式：是对一个物体或者某些其它感兴趣实体定量的或者结构的描述，而模式类是指具有某些共同属性的模式集合。9/12/2023421.4.5机器视觉

人类80％以上的外部信息来自视觉计算机视觉通常可分为低层视觉与高层视觉两类。低层视觉主要执行预处理功能，如边缘检测、动目标检测、纹理分析，通过阴影获得形状、立体造型、曲面色彩等，其目的是使被观察的对象更突现出来。高层视觉则主要是理解所观察的形象。前沿研究领域广泛应用9/12/2023431.4.6神经网络

神经计算机人脑是一个功能特别强大、结构异常复杂的信息处理系统，其基础是神经元及其互联关系。因此，对人脑神经元和人工神经网络的研究，可能创造出新一代人工智能机一一神经计算机。神经网络应用模式识别、图像处理、组合优化、自动控制、信息处理、机器人学9/12/2023441.4.7自然语言理解自然语言理解就是研究如何让计算机理解人类自然语言的一个研究领域。“理解”的标准：判断计算机系统是否真正“理解”了自然语言的标准有：问答释义文摘生成翻译1.4.8自动程序设计根据用户不同目的描述来实现自动编写计算机程序促进人工智能系统的发展9/12/2023451.4.9自动定理证明

实质是用前提P推出结论Q，证明常用反证法。利用计算机证明非数值性的结果。如医疗诊断、信息检索、规划制度等问题都可以转化为一个定理证明问题。（目前我们在定理证明方面取得了一定的成果。如：四色问题。也就是说，我们的地图，一个国家和一个国家，一个省市和另一个省市挨着的时候要用四种颜色区别。还有在医疗诊断、信息检索等非数值领域方面也取得了一定的成绩）。9/12/2023461.4.10博弈

诸如下棋、打牌、战争等一类竞争性的智能活动称为博弈。人工智能研究博弈的目的并不是为了让计算机与人进行下棋、打牌之类的游戏，而是通过对博弈的研究来检验某些人工智能技术是否能达到对人类智能的模拟，因为博弈是一种智能性很强的竞争活动。另外，通过对博弈过程的模拟可以促进人工智能技术深入一步的研究。9/12/2023471.4.1