人工智能通识（基础、技术、前沿、伦理与实践）课件 第1章 人工智能概述

第1章人工智能概述01什么是人工智能目录02人工智能的发展历程03人工智能的影响04世界各国的人工智能发展战略05人工智能关键技术06人工智能应用07人工智能产业08人工智能底层的信息化基础设施09人工智能思维01什么是人工智能Partone1.1什么是人工智能什么是智能人工智能的定义人工智能的要素人工智能的类型智能是一个复杂的概念，它涉及到多个方面和层次。一般来说，智能是指生物一般性的精神能力，指人认识、理解客观事物并运用知识、经验等解决问题的能力，包括记忆、观察、想象、思考、判断等。智能也包括一些更高级的能力，如理解、分析、推理、学习、规划和自我改进等方面的能力多元智能理论是由美国教育学家和心理学家霍华德·加德纳（HowardGardner）博士提出的一种全新的人类智能结构的理论。这一理论认为，智能是一种创造力和解决问题的能力的体现，而智能本身是多元化的，每个人身上都存在着很多种类型的智能。根据多元智能理论，每个人至少有七种智能语言智能数理逻辑智能音乐智能空间智能身体运动智能人际关系智能人际关系智能1.1.1什么是智能人工智能目前还没有统一的定义麦卡锡（McCarthy）认为，人工智能就是要让机器的行为看起来像是人所表现出的智能行为一样尼尔逊（Nilsson）认为，人工智能是关于人造物的智能行为，包括知觉、推理、学习、交流和在复杂环境中的行为1.1.2人工智能的定义巴尔（Barr）和费根鲍姆（Feigenbaum）认为，人工智能属于计算机科学的一个分支，旨在设计智能的计算机系统，也就是说，对照人类在自然语言理解、学习、推理问题求解等方面的智能行为，设计的系统应呈现出与之类似的特征本书认为人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能知识体系涉及多个学科，包括数学、逻辑学、归纳学、统计学、系统学、控制学、计算机科学等1.1.2人工智能的定义人工智能的四个要素包括数据、算力、算法和场景。人工智能的智能都蕴含在大数据中，数据量越大，智能程度越高；算力为人工智能提供了基本的计算能力的支撑；算法是实现人工智能的根本途径，是挖掘数据智能的有效方法；大数据、算力、算法作为输入，只有在实际的场景中进行输出，才能体现出实际价值（1）数据。数据是人工智能的基础因为机器学习算法需要大量的数据进行训练和优化。数据的质量、数量和多样性，对人工智能的性能和准确性至关重要。为了获得更好的结果，需要收集和整合各种来源的数据，并进行预处理和清洗，以确保数据的准确性和一致性1.1.3人工智能的要素（2）算力。算力是指计算机的处理能力，包括CPU、GPU、TPU等硬件设备人工智能需要大量的计算资源来处理和分析数据，因此，算力是人工智能发展的重要因素之一。随着技术的不断发展，计算机的算力不断提高，为人工智能的发展提供了更好的支持1.1.3人工智能的要素（3）算法。算法是人工智能的核心，它是指引计算机如何处理和分析数据的指令它是指引计算机如何处理和分析数据的指令。不同的算法适用于不同的任务和数据类型，因此，需要根据具体的应用场景选择合适的算法。同时，算法也需要不断优化和改进，以提高人工智能的性能和准确性1.1.3人工智能的要素（4）场景。场景是指人工智能应用的具体环境和使用场景不同场景下的人工智能应用需要不同的技术和解决方案。例如，在医疗领域，人工智能可以用于疾病诊断和治疗方案的制定；在交通领域，人工智能可以用于交通管理和优化；在教育领域，人工智能可以用于教学辅助和学生评估等。因此，场景的选择和使用对于人工智能的发展和应用至关重要1.1.3人工智能的要素强人工智能强人工智能是指能够完全取代人类工作的人工智能，它具有自我思考和学习能力，能够模仿人类的决策和行为强人工智能的目标是创造能够像人类一样思考和感知的智能机器强人工智能特点学习适应性创造性自主性处理复杂的问题并提供创新的解决方案算法和技术机器学习深度学习自然语言处理计算机视觉模拟人类的思维和行为1.1.4人工智能的类型弱人工智能弱人工智能是指不能制造出真正地推理和解决问题的智能机器，这些机器只不过看起来像是智能的，但并不具备真正的智能和自主意识弱人工智能有许多应用，包括问题求解、逻辑推理与定理证明、自然语言理解、专家系统、机器学习、人工神经网络、机器人学、模式识别、机器视觉等在图像识别领域，基于深度学习的人脸识别、物体识别、行为识别等，在医疗、交通、教育等行业都有广泛的用途，能够有效提高安全防范水平，打击犯罪和恐怖主义，惩治交通违法行为，提升交通安全水平等“深度学习+数据”模式甚至在文学创作、司法审判、新闻编辑、音乐和美术作品创作等方面，也有惊人的表现，能够极大地提升工作效率和质量，降低人类的工作强度，激发人类的创作灵感，创作出更好的作品1.1.4人工智能的类型通用人工智能和超级人工智能1.1.4人工智能的类型AGI（ArtificialGeneralIntelligence），即通用人工智能，是一种能够执行与人类相当或超越人类的广泛认知任务的人工智能系统。与专注于特定任务的窄人工智能（NarrowAI，也被称为“弱人工智能”）不同，AGI的目标是具备广泛的认知能力，能够在多种不同的任务和环境中表现出高度的灵活性和适应性。AGI被认为是强人工智能的一种形式，旨在实现类人智能和自学能力，使其能够执行训练或开发目的之外的任务。简而言之，AGI是人工智能的目前阶段追求目标，即创造出一台能在各种领域思考和学习的机器，让它像人类一样聪明。ASI（ArtificialSuperIntelligence），即超级人工智能，是人工智能领域中的巅峰之作。它指的是一种智力水平远超人类的机器智能，具备前所未有的自主学习、创新能力和问题解决能力。ASI不仅拥有比人类更强大的计算能力、学习能力，还能在创造力、情感理解等方面超越人类。这一概念最早在人工智能技术的发展过程中被提出，旨在探索并实现机器智能的终极形态。ASI的实现将意味着机器智能在各个方面都大大超过人类，包括推理、创新、情感理解等，甚至可能具备意识或超越人类的情感理解，并在与人类的互动中发挥巨大影响。不同人工智能类型之间的关系1.1.4人工智能的类型弱人工智能是实现通用人工智能和超级人工智能的基础。通过设计和训练弱人工智能系统，可以逐步提高其性能和能力，最终实现更高级别的智能。强人工智能包括通用人工智能和超级人工智能两个阶段。通用人工智能是弱人工智能向超级人工智能过渡的中间阶段，它具备了更广泛的智能能力，但仍未达到超越人类智能的水平。超级人工智能则是通用人工智能发展的一个可能结果，代表了人工智能技术的最高水平，是人工智能发展的终极形态。02人工智能的发展历程Parttwo1.2人工智能的发展历程图灵测试人工智能的诞生人工智能的发展阶段未来人工智能发展的五个级别1950年，“计算机之父”和“人工智能之父”艾伦·图灵（AlanM.Turing）发表了论文《计算机器与智能》，这篇论文被誉为人工智能科学的开山之作。在论文的开篇，图灵提出了一个引人深思的问题：“机器能思考吗？”。这个问题激发了人们无尽的想象，同时也奠定了人工智能的基本概念和雏形在这篇论文中，图灵提出了鉴别机器是否具有智能的方法，这就是人工智能领域著名的“图灵测试”。如图所示，其基本思想是测试者在与被测试者（一个人和一台机器）隔离的情况下，通过一些装置（如键盘）向被测试者随意提问。进行多次测试后，如果被测试者机器让平均每个测试者做出超过30%的误判，那么这台机器就通过了测试，并被认为具有人类智能1.2.1图灵测试人工智能的诞生可以追溯到20世纪50年代。当时，计算机科学刚刚起步，人们开始尝试通过计算机程序来模拟人类的思维和行为。在这个背景下，一些杰出的科学家和工程师们开始研究如何使计算机具备更高级的功能1956年8月，在美国达特茅斯学院举办的人工智能夏季研讨会，是人工智能领域具有里程碑意义的一次重要会议。这次会议汇聚了众多杰出的科学家和工程师，他们共同探讨和研究人工智能的发展和应用前景这次会议的主题围绕着人工智能的定义、研究方法和应用场景展开。与会者们深入探讨了人工智能的基本概念、算法和技术，以及其在各个领域的应用潜力。他们共同认识到，人工智能的研究和发展将为人类带来巨大的变革和进步1.2.2人工智能的诞生在这次会议上，“人工智能”这个词汇被约翰.麦卡锡（JohnMcCarthy）首次提出。与会者们不仅对人工智能的研究和应用前景进行了深入探讨，还提出了许多重要的观点和思路，为人工智能的发展奠定了基础。这次会议的召开标志着人工智能作为一个独立学科的正式诞生，因此，达特茅斯会议被称为“人工智能的开端”，1956年也被称为“人工智能元年”。这次会议不仅为人工智能的研究和发展奠定了基础，还为人类带来了巨大的变革和进步1.2.2人工智能的诞生从1956年人工智能元年至今，人工智能的发展历程经历了漫长的岁月，大致可以划分为以下6个阶段1.2.3人工智能的发展阶段1.2.4未来人工智能发展的五个级别DeepSeekR103人工智能的影响Partthree1.3人工智能的影响人工智能对工作、生活等方面的影响人工智能开启科学研究“第五范式”人工智能开启“人机共生”新时代1.3.1人工智能对工作、生活等方面的影响生活方式的变革工作模式的转变教育领域的革新经济结构的优化与产业升级环境保护与可持续发展社会伦理与隐私保护1.3.1人工智能对工作、生活等方面的影响会用AI的人会逐渐淘汰不会用AI的人AI将极大提升人类获取信息的效率AI手机开始普及，AI语音助理成为标配AI眼镜会成为最时髦的可穿戴设备自动驾驶成为汽车的标配AI智能管家走入千家万户AI补课老师普及，补课不用再去上补习班更多的人开始利用AI创造收入图灵奖获得者、著名数据库专家JimGray博士观察并总结人类自古以来，在科学研究上，先后历经了实验、理论、计算和数据四种范式实验理论计算数据1.3.2人工智能开启科学研究“第五范式”科学研究第一种范式：实验伽利略伽利略在比萨斜塔做两个铁球同时落地实验1.3.2人工智能开启科学研究“第五范式”科学研究第二种范式：理论几何理论牛顿三大定律1.3.2人工智能开启科学研究“第五范式”科学研究第三种范式：计算1.3.2人工智能开启科学研究“第五范式”科学研究第四种范式：数据大数据时代，以数据为中心1.3.2人工智能开启科学研究“第五范式”1.3.2人工智能开启科学研究“第五范式”图2-52024年诺贝尔奖官方插画——物理奖及化学奖获得者在科学研究上，AI展现出了令人瞩目的应用成果，极大程度帮助了科研工作者提升科研工作的质效，预示着“AIforScience”（或称为“智能科学”）正在成为赋能科学研究的“第五范式”（即利用人工智能加速科学发现的新方法）。与前四种范式（经验、理论、计算和数据）不同，AIforScience不仅充分运用已有的经验、理论和数据，而且生成全新的科学假设和逼真的自然现象，推导出未知的结论，提高科学研究的速度和准确性，探索更广阔的可能性空间。1.3.3人工智能开启“人机共生”新时代根据财新智库联合上海交通大学发布的报告，在人工智能新一轮大发展的浪潮之下，人们需要建立起新型的“三线”人机关系观人机协作是基准线人机共生是趋势线“人在机器之上”是底线04世界各国的人工智能发展战略Partfour1.4世界各国的人工智能发展战略美国中国欧盟其他国家1.4.1美国加大投资力度推动技术创新促进产业发展加强人才培养注重伦理治理图2-62025年1月21日美国特朗普总统宣布“星际之门”计划1.4.2中国出台政策法规推动产业融合加强基础设施建设培养专业人才注重应用场景1.4.3欧盟制定伦理准则推动技术创新加强国际合作增加投资力度1.4.4其他国家俄罗斯强调自主研发人工智能技术的重要性，以维护国家主权和安全1韩国希望利用人工智能巩固和扩大其在信息通信等领域的产业优势，加大人工智能芯片研发投入2日本希望通过人工智能解决养老、教育等国家难题，重点布局机器人、类脑科学、自动驾驶等领域3英国注重数据科学、智能能源等领域的研发，推动人工智能技术在医疗、教育等领域的应用4其他国家的人工智能战略05人工智能关键技术Partfive1.5人工智能关键技术机器学习知识图谱人机交互计算机视觉自然语言处理生物特征识别机器学习强调三个关键词：算法、经验、性能。在数据的基础上，通过算法构建出模型并对模型进行评估。评估的性能如果达到要求，就用该模型来测试其他的数据；如果达不到要求，就要调整算法来重新建立模型，再次进行评估。如此循环往复，最终获得满意的模型来处理其他数据1.5.1机器学习传统机器学习模型阶段深度学习模型阶段超大规模深度学习模型阶段机器学习模型的三个发展阶段处理大规模数据能力强处理复杂问题能力强具有更高的准确率和性能大模型的优点1.5.1机器学习知识图谱（KnowledgeGraph）又称为科学知识图谱，在图书情报界称为知识域可视化或知识领域映射地图，是显示知识发展进程与结构关系的一系列各种不同的图形，用可视化技术描述知识资源及其载体，挖掘、分析、构建、绘制和显示知识及它们之间的相互联系1.5.2知识图谱自然语言处理是计算机科学领域与人工智能领域中的一个重要方向。它研究能实现人与计算机之间用自然语言进行有效通信的各种理论和方法自然语言处理的应用包罗万象，例如：机器翻译、手写体和印刷体字符识别、语音识别、信息检索、信息抽取与过滤、文本分类与聚类、舆情分析和观点挖掘等1.5.3自然语言处理人机交互是一门研究系统与用户之间的交互关系的学科。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流，并进行操作人机交互是与认知心理学、人机工程学、多媒体技术、虚拟现实技术等密切相关的综合学科1.5.4人机交互1.5.4人机交互人机交互具有广泛的应用场景，比如，我国某高校已经成功研发了大指令集、高速、无创“脑-机接口打字系统”，使用者只需头戴脑电帽，双眼盯着电脑屏幕，就能用意念打字在国内，杭州强脑科技也在脑机接口领域取得了显著进展，成为比肩Neuralink的全球知名脑机接口企业，并且已经成功研制出了智能头环、智能康复系统、智能仿生手、新型智能膝关节假肢等产品，这些产品整合了脑机接口技术与人工智能算法，能够实时监测用户脑电波信号，并将其转化为控制指令强脑科技——杭州“六小龙”之一计算机视觉是一门研究如何使机器“看”的科学，更进一步地说，是指用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量的机器视觉，并进一步做图形处理，成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像1.5.5计算机视觉生物特征识别技术涉及的内容十分广泛，包括指纹、掌纹、人脸、虹膜、指静脉、声纹、步态等多种生物特征，其识别过程涉及到图像处理、计算机视觉、语音识别、机器学习等多项技术1.5.6生物特征识别06人工智能应用Partsix智能制造（IntelligentManufacturing，IM）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等1.6.1智能制造智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段1.6.2智能家居智能获客身份识别大数据风控智能投资顾问智能客服金融云1.6.3智能金融智能交通是未来交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统1.6.4智能交通1.6.4智能交通2024年，百度公司无人驾驶出租车“萝卜快跑”开始上路运行问界M9采用华为全自动驾驶技术智能安防是兼顾了整体城市管理系统、环保监测系统、交通管理系统、应急指挥系统等应用的综合体系特别是车联网的兴起，在公共交通管理上、车辆事故处理上、车辆偷盗防范上可以更加快捷准确的跟踪定位处理还可以随时随地的通过车辆获取更加精准的灾难事故信息、道路流量信息、车辆位置信息、公共设施安全信息、气象信息等等信息来源1.6.5智能安防借助于物联网/云计算技术、人工智能的专家系统、嵌入式系统的智能化设备，可以构建起完善的物联网医疗体系，使全民平等地享受顶级的医疗服务，解决或减少由于医疗资源缺乏，导致看病难、医患关系紧张、事故频发等现象1.6.6智能医疗1.6.6智能医疗图

清华大学AI医院上线使用智能搜索、推理规划、计算机视觉以及智能机器人等技术，实现货物运输过程的自动化运作和高效率优化管理，提高物流效率京东智能分拣1.6.7智能物流人工智能在零售领域的应用已经十分广泛，无人便利店、智慧供应链、客流统计等等都是的热门方向1.6.8智能零售07人工智能产业Partseven智能芯片智能传感器分布式计算框架1.7.1智能基础设施建设在人工智能数据采集、存储、处理和分析方面的企业主要有两种企业类型数据采集、存储、处理和分析综合性厂商数据集提供商1.7.2智能信息及数据平台与模型提供人工智能的技术平台和算法模型解决方案提供人工智能的整体解决方案在线服务提供人工智能在线服务1.7.3智能技术服务智能技术服务智能机器人智能运载工具智能终端自然语言处理计算机视觉生物特征识别VR/AR人机交互1.7.4智能产品08人工智能底层的信息化基础设施Parteight1.8人工智能底层的信息化基础设施网络设施算力设施空间设施电力设施1.8.1网络设施我国移动通信网络发展水平全球领先。我国4G网络已经实现了全面覆盖城乡的目标，截至2024年年底，我国4G基站数量已达711万个，占据全世界的60%以上，4G网络规模全球第一。5G网络作为新一代移动通信技术，具有以下特点：高速率低时延大连接......对于推动数字经济和各行各业数字化转型具有重要意义。我国高度重视5G网络建设，近年来取得了显著进展。我国的华为公司，是全球领先的5G设备供应商，也为我国自己的5G网络建设提供了强有力的支撑。据工信部最新数据（截至2024年12月底）：425万个我国已累计建成5G基站数量+60%我国已建成5G基站数量全球占比+60%我国用户普及率1.8.2算力设施截至2024年9月底，数据中心规模已达到880万标准机架，全国一体化大数据中心体系加快构建，8个国家算力枢纽节点启动建设，算力总规模近五年年均增速超过25%，表明我国算力设施正处于快速发展阶段截至2024年9月底，中国算力总规模已达到268EFLOPS（每秒浮点运算次数），智能算力规模更是达到70EFLOPS，增速超过70%在“东数西算”战略的推动下，西部地区利用丰富的能源和土地资源，建设了一批大型数据中心和算力中心1.8.3空间设施1.8.4电力设施建设现状截至2024年12月底，全国累