第3课 人工智能的实现方式（义务教育人工智能课件）

第3课人工智能的实现方式第一单元走进人工智能义务教育信息科技课程资源

人工智能

第3课学习目标1了解人工智能的三种主要实现方式。学习目标认识不同技术路线的优点与局限。23了解人工神经网络的主要作用，知道训练、模型、推理等相关概念的含义。第3课课堂导入问题情境同学们，你们有没有想过：为什么语音助手能听懂我们说话？为什么扫地机器人能避开桌椅？为什么围棋AI能选择合适的落子位置？这些看似神奇的能力，背后藏着人工智能的奥秘。今天，我们就来揭开这个谜团，走进人工智能的世界，看看这些聪明的机器，到底是怎样一步步实现的。第3课学习内容一

通过模拟功能实现二

通过模拟结构实现学习内容三

通过模拟行为实现在人工智能发展过程中，逐渐形成了三种主要的实现方式。一、通过模拟功能实现第3课学习内容许多科研人员认为，可以通过模拟人类认知来实现人工智能，这被称为符号主义。符号主义主张用规则和逻辑来模拟思维，其典型代表是知识图谱。一、通过模拟功能实现第3课学习内容根据右图可以推导出“公交车爆胎→公交车晚点→小明迟到→老师批评小明”这样一条清晰的事件链。然而，面对复杂、多变的现实问题时，这种方法往往不够灵活。一、通过模拟功能实现第3课学习内容1.访问术语在线网站，查询一个感兴趣的词，如人工智能。2.查看条目详情，如计算机科学技术领域的人工智能。3.查看页面中显示的术语图谱，即网站通过人工智能技术生成的概念关系图。4.尝试检索更多的词，观察与之关联的词，进一步感受知识图谱的作用。一、通过模拟功能实现第3课学习内容通过术语图谱，能够直观感知概念之间的关联。第3课学习内容一些科研人员发现，可以通过模仿人脑神经元的连接方式，构建出人工神经网络，从而实现人工智能。这种方式被称为连接主义。目前，连接主义最典型的技术成果是人工神经网络。二、通过模拟结构实现第3课学习内容让人工神经网络从大量数据中学习并发现规律的过程，称为训练。训练过程中，人工神经网络会根据输入的数据不断调整内部参数，逐步提升处理能力。训练结束后，这个人工神经网络就成为一个可用的模型。利用这个模型对新的输入信息进行处理并输出结果的过程，称为推理。二、通过模拟结构实现第3课学习内容1.运行配套资源中的《人工神经网络体验》软件。可以看到，软件使用的神经网络分为2层：第1层输入有15个节点，对应左侧数字的15个点，输出为5个节点；第2层输入为5个节点，输出为10个节点，对应0到9这10个数字。2.在左侧选择一个数字，观察预测结果。二、通过模拟结构实现第3课学习内容3.根据观察回答问题：下图展示的神经网络一共有2层，第1层含有____个参数，第2层含有______个参数，共_____个参数。实际使用时，往往还需要增加很多辅助参数。二、通过模拟结构实现第3课学习内容现在实际使用的神经网络主要指深度神经网络，深度神经网络可能包含几十或上百层，涉及十亿、百亿，甚至更多参数。随着技术的发展，深度神经网络已经在图像识别、语音处理、自然语言理解等多个领域取得了突破性进展，成为当前人工智能研究和应用的核心技术之一。二、通过模拟结构实现第3课学习内容从模拟行为出发来实现人工智能，这被称为行为主义，其典型代表是强化学习。强化学习的过程类似于人类或动物的学习过程：通过试错、获得反馈，从而不断改进行为。三、通过模拟行为实现第3课学习内容例如，当需要让机器人自主控制行走姿态、实现稳定行走时，可以让机器人在不断的尝试中，根据地面情况和自身状态调整步态和重心。系统会根据每次尝试的结果给予奖励或惩罚，从而引导机器人逐步学会稳定行走的技能。这种方式使机器人能够在没有明确指令的情况下，通过与环境交互自主学习复杂的行为模式。三、通过模拟行为实现第3课学习内容通过对弈体验，对比不同方式实现智能的差异1.两人一组进行围棋对弈。2.一人运行早期开发的围棋程序，另一人运行近期的智能围棋程序。3.根据界面提示适当设置，一人持黑一人持白开始围棋比赛。三、通过模拟行为实现第3课学习内容Fuego是基于规则开发的围棋程序。KaTrain是基于强化学习和神经网络开发的围棋程序。三、通过模拟行为实现第3课课堂总结

1.可以通过模拟人类大脑的认知功能来实现智能，这被称为符号主义。2.可以通过模仿人脑神经元的连接方式来实现智能，这被称为连接主义。3.可以通过模拟人类学习的行为方式来实现智能，这被称为行为主义。4.不同的实现方式可以彼此取长补短，互相融合。第3课拓展与提升为缓解城市交通拥堵，科研人员正在研究一种新的智能调度系统。该系统借鉴了自然界中的群体智能现象，如蜂群和鱼群的协作行为，使每一辆车都具备一定的感知与决策能力，成为一个“智能体”。这些车辆通过与其他车辆、交通信号灯和道路传感器实时共享信息，协同调整行驶路线和速度