智能科学技术导论 课件 第八讲-人工智能基础

第六章人工智能要素及其发展历程

课程内容

人类智能的分析

人工智能的提出

人工智能的发展

人工智能的要素古代哲人对智能的思考智能发谋信能赏罚仁能服众勇能果断严能立威五德皆备，然后可以为大将孙武（约公元前545年—约公元前470年）知（通智）者不惑仁者不忧勇者不惧孔子（公元前551年―公元前479年）孟子公元前372年-公元前289年恻隐之心，仁之端也羞恶之心，义之端也辞让之心，礼之端也是非之心，智之端也荀子的智能观：《荀子.正名》知之在人者谓之知知觉：人所固有认识外界客观事物本能，如视觉、听觉和触觉等能力知有所合谓之智智慧：知觉对外界事物的认知所以能之在人者为之能本能：人身上所具用来处置事物能力能有所合谓之能智能：对外界所产生的认知和决策

荀子

战国末期赵国人

(约公元前313年－公元前238年)从感知、到理解、到认知、到决策与行动“智”（古今中外聪明人）的案例回归分析学习推理搜索聪明伶俐、足智多谋、冰雪聪明、秀外慧中、神机妙算、敏而好学、聪明才智、老马识途、老谋深算、使智使勇灰身灭智、失张失智袭人故智全智全能竭忠尽智挈瓶之智聪明睿智见智见仁做张做智足智多谋豪取智笼智藏瘝在计穷智极大智大勇人急智生智穷才尽计穷智短上智下愚识明智审三智五猜弃智遗身才薄智浅竭智尽力孙庞斗智殚智竭力矜愚饰智停留长智饰智矜愚予智予雄韬迹隐智研精毕智智勇兼全情急智生人穷智短智昏菽麦聪明智慧聪明才智极智穷思灰身泯智急中生智见仁见智竭智尽忠智小言大智均力敌大智如愚大智若愚智小谋大舞文饰智利令智昏用智铺谋聪明智能智圆行方矜智负能智尽能索绝圣弃智运智铺谋全能全智人贫智短智勇双全智周万物第一类代表着头脑灵活反应很快；第二类代表着理论学识很深厚；第三类代表着有很丰富的经验

智力的核心智力的核心是思维能力。——《思维理论》智力作为人类智慧的一般心智能力，是人们识别和理解客观事物并使用知识，经验和其他问题的能力，包括：记忆、想象、观察、思考、判断等能力。人的一切智能可以说都来自大脑的思维活动，人类的一切知识也都是人类思维的产物，因而通过对思维规律与方法的研究将揭示出智能的本质。可以说，思维能力作为人类大脑反映客观事物的间接能力，当人们学会观察事物时，会逐渐对各种物品、事件、经历、人进行分类。不管是学生的学习活动，还是人类的各种发明创造，都需要思维，思维能力是智力的核心，处理问题的综合能力。

思维即计算一切思维不过就是计算。——霍布斯计算就是运用事先规定的规则，将一组数值变换为另一(所需的)数值的过程。计算通常需要利用数学工具实现，而人们对数学工具的认识也是逐步成熟的。反过来，成熟的数学理论又为计算的实现提供了坚实的基础。

算法引导计算计算的作用在于解决了从定性到定量的问题，既是生产力，又影响生产关系、上层建筑。——郑庆华计算依赖于算法。所谓算法就是指：对某一类问题，如能找到一组确定的规则，当给出这类问题中的任一具体问题后，按规则可以完全机械地在有限步内求出结果，则说这类问题是可计算的，这种规则就是算法。

数据驱动智能知是行之始，行是知之成。——王阳明那么，行的什么因素驱动了智的发展呢？可以认为是数据。根据强化学习的观点，智能体在与环境的互动中为了达成目标而进行的学习。而环境反馈给智能体的恰恰就是蕴含客观规律的数据。正如《辞海》中，对智能的描述：“它是先天素质，社会历史遗产与教育的影响以及个人努力与实践三方面因素相互作用的产物。”

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人工智能的要素人类的梦想…

帮助搬运帮助思考一切始于计算机的产生……

世界上第一台电子数字计算机ENIAC于1946年2月在美国宾夕法尼亚大学诞生。重达30吨启动电力150000瓦1800个电子管保存80个字节每秒5000次图灵与《论可计算数及其在判定问题中的应用》一切始于那个夏天…

人工智能的定义：1956年达特茅斯会议：制造一台机器，该机器能模拟学习或者智能的所有方面…1975年Minsky的定义：一门科学，使机器做那些人需要通过智能来做的事情…1985年Haugeland：计算机能够思维，使机器具有智力的激动人心的新尝试…1991年RichKnight：研究如何让计算机做现阶段只有人才能做得好的事情…1992年Winston：是那些使知觉、推理和行为成为可能的计算机系统…以计算机为主要工具、以人类智能为研究目标并进行模拟的科学。

在认识到计算机的智能潜力后，1950年图灵在《思想》杂志上发表了论文《计算的机器与智能》，提出了著名的“图灵测试”……人工智能的分类按照能力划分弱人工智能

vs

强人工智能弱人工智能麻省理工学院人造物是否与人类相同的方式执行任务无关紧要，唯一的标准就是程序能够正确执行。无意识的AI，专注于一个具体的任务。强人工智能卡耐基梅隆大学当人造物展现智能行为时，它的表现基于人类所使用的相同方法。将智能用于处理任何问题的能力。它是人工智能研究的主要目标。18按照学派划分：符号主义学派按照学派划分：连接主义学派根据仿生学研究，学习前后，大脑发生的变化就是神经元的连接关系的变化。按照学派划分：行为主义学派

智能通过进化而来，是一次次试错的结果(经验)，因此认为人工智能源于控制论，把神经系统的工作原理与信息理论、控制理论、逻辑以及计算机联系起来。这一学派的代表作者首推布鲁克斯(Brooks)的六足行走机器人，基于感知-动作模式模拟昆虫行为的控制系统。按照学派划分（此外还有）：贝叶斯派行为类比主义类比是一种很有用和很有效的推理方法，它能清晰，简洁地描述对象间的相似性，是人类认识世界的一种重要方法。类比学习就是通过类比，即：通过对相似事物加以比较所进行的一种学习。行为类比主义AI，基于核机器，根据约束条件来优化函数，讲求“尽可能走到更高，但同时不要离开原来的道路”。

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人工智能的要素人工智能发展史251950-1956

AI诞生1956-1974黄金之年1974-1980第一个寒冬1980-1987

AI的繁荣1987-1993第二个寒冬1993-至今新的突破人工智能发展史1950-1956年AI的诞生1950年，艾伦·图灵提出了图灵测试，将其作为机器智能的度量。1956年，在美国达特茅斯学院的会议上，人工智能研究领域正式诞生。26第一阶段1956-20世纪70年代初：成果：形成三大流派、开发了一些智能应用、提出LISP语言障碍：自身问题太多，没有太多应用价值，“智力游戏而已”1956-1974年黄金之年1958年约翰·麦卡锡发明了著名的LISP编程语言。1960年代，M·马斯特曼与剑桥大学的同事们设计了语义网络，用于机器翻译。1965年，E·费根鲍姆开创了Dendral，一个推断有机化合物分子结构的软件。这是首套专家系统。1974年，T·肖特列夫演示了MYCIN程序，一个非常实用的基于规则的医学诊断方法。281974-1980年第一个寒冬1966年，机器翻译失败了1971年至75年，美国DARPA对卡内基梅隆大学的语音理解研究项目感到沮丧。1973年，受莱特希尔的“人工智能:综合调查”报告的影响，英国大幅度缩减AI的研究。1973-74，美国DARPA削减了一般性AI学术研究经费。29第二阶段20世纪80年代初：成果：形成知识工程及其应用——专家系统、日本五代机障碍：推理引擎的算法过于复杂知识工程的概念是1977年美国斯坦福大学计算机科学家费根鲍姆教授(E．A．Feigenbaum)在第五届国际人工智能会议上提出的。人工智能发展史1980-1987年AI的繁荣1980年，美国人工智能学会(AAAI)在斯坦福大学召开了第一届全国大会。1980年卡耐基梅隆大学（CMU）研发的XCON正式投入使用，专家系统开始在特定领域发挥威力。1982年，日本启动了第五代计算机系统(FGCS)项目，用于知识处理。1980年代中期，还发明了多层人工神经元网络(ANN)。具有足够多的隐藏层，一个ANN可以表达任意的功能，因此突破了感知的局限性。31人工智能发展史1987-1993年第二个寒冬1987年，个人电脑崛起，它们的CPU频率和速度稳步提升，甚至比昂贵的LISP机器更强大，LISP机的市场崩溃。1988年，美国政府的战略计算促进会取消了新的AI经费。1993年，专家系统缓慢滑向低谷。1990年代，日本第五代计算机项目未能达到其初始目标，悄然退场。32第三阶段20世纪90年代末到如今：成果：“新计算能力+大数据+深度学习”的三驾马车，外加本体、知识图谱，新的专家系统等障碍：发展还不够充分…1993-至今新的突破1997年，深蓝战胜了卫冕国际象棋冠军加里·卡斯帕罗夫，成为第一台计算机国际象棋系统。2005年，斯坦福的自主机器人车辆Stanley，赢得了DARPA无人驾驶汽车挑战赛。2006年，在杰弗里·辛顿和鲁斯兰·萨拉赫丁诺夫在科学杂志上发表了有关“深度学习”的论文之后，该术语成了热门。342011，谷歌启动了深度学习项目，谷歌大脑，作为GoogleX项目之一。谷歌大脑是由1万6千台计算机连成的一个集群，致力于模仿人类大脑活动的某些方面。通过1千万张数字图片的学习，已成功地学会识别一只猫。2011年，沃森在智力竞赛Jeopardy!上战胜了上届冠军布拉德·路特和肯恩·詹宁斯。352012年，苹果公司引进了Siri，从iPhone4S上运行的iOS5开始，已作为iOS的一个组成部分。2014年4月，微软演示了“Cortana”，一款运行在WindowsPhone上的智能个人助理。2014年6月，微软中国推出了聊天机器人小冰，可让微信用户与她交谈。2015年9月8日，百度在2015百度世界大会上推出了一款机器人助理—度秘，可以为用户提供秘书化搜索服务。362015年12月，谷歌DeepMind公司的程序AlphaGo打败了欧洲围棋冠军樊麾，成绩5战5胜。2016年3月8日至15日，AlphaGo在韩国首尔对垒韩国九段职业棋手李世乭。AlphaGo以5战4胜赢得了比赛。2017年5月23日到27日，在中国乌镇围棋峰会上，阿尔法围棋以3比0的总比分战胜排名世界第一的世界围棋冠军柯洁。37深度学习(不用进行专门的特征提取)

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人工智能的要素聪明伶俐、足智多谋、冰雪聪明、秀外慧中、神机妙算、敏而好学、聪明才智、老马识途、老谋深算、使智使勇灰身灭智、失张失智袭人故智全智全能竭忠尽智挈瓶之智聪明睿智见智见仁做张做智足智多谋豪取智笼智藏瘝在计穷智极大智大勇人急智生智穷才尽计穷智短上智下愚识明智审三智五猜弃智遗身才薄智浅竭智尽力孙庞斗智殚智竭力矜愚饰智停留长智饰智矜愚予智予雄韬迹隐智研精毕智智勇兼全情急智生人穷智短智昏菽麦聪明智慧聪明才智极智穷思灰身泯智急中生智见仁见智竭智尽忠智小言大智均力敌大智如愚大智若愚智小谋大舞文饰智利令智昏用智铺谋聪明智能智圆行方矜智负能智尽能索绝圣弃智运智铺谋全能全智人贫智短智勇双全智周万物第一类代表着头脑灵活反应很快；第二类代表着理论学识很深厚；第三类代表着有很丰富的经验算力、算法、数据【举例】《伤仲永》金溪民方仲永，世隶耕。仲永生五年，未尝识书具，忽啼求之。父异焉，借旁近与之，即书诗四句，并自为其名。其诗以养父母、收族为意，传一乡秀才观之。自是指物作诗立就，其文理皆有可观者。邑人奇之，稍稍宾客其父，或以钱币乞之。父利其然也，日扳仲永环谒于邑人，不使学。余闻之也久。明道中，从先人还家，于舅家见之，十二三矣。令作诗，不能称前时之闻。又七年，还自扬州，复到舅家问焉。曰："泯然众人矣。"王子曰："仲永之通悟，受之天也。其受之天也，贤于材人远矣。卒之为众人，则其受于人者不至也。彼其受之天也，如此其贤也，不受之人，且为众人；今夫不受之天，固众人，又不受之人，得为众人而已耶？算力人类对自然科学知识的不懈追求就是对算法改进的不断追求。人类社会之所以发展出越来越高级文明，离不开学习知识，而知识的传播流传越快，则社会发展也越快，在封建社会以前，知识的传播从口口相传到甲骨文，再到竹简记录，就算是封建社会后期的纸质记录，其知识的传播速度也无法和今天的互联网知识的传播速度相提并论。笼统的将，知识实际上可以视为算法。一般来说，知识的获取来自两种途径，一种是通过他人的经验而获得的知识，也就是他人将知识整理成册，然后供大家学习，这也是目前的主流学习方式；另一种就是通过自己的探索而获得的知识，这种学习方式目前只存在高精尖领域的知识学习，由于在已有的开放社会资源中，找不到可以学习的知识，只有自我探索获取。算法【举例】《曹冲称象》曹冲生五六岁，智意所及，有若成人。时孙权曾致巨象，太祖欲知其斤重，访之群下，咸莫能出其理。冲曰：“置象于船上，刻其水痕所至。称物以载之，则校可知矣。复称他物，则象重可知也。”太祖大悦，即施行焉。现代理论下的算法应该具有五个重要的特性。（1）有穷性（finiteness）：算法的有穷性是指算法必须能在执行有限步骤之后终止。如果一个计