第二章 人工智能课程解读课件.ppt
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1、高中人工智能课程: 课标与教学资源,什么是AI为何要开设AI课程AI课程的基本内容国内外AI教育现状高中AI课程的教学资源,研修班计划,主要内容,什么是人工智能,智能 人们在处理复杂事务、解决困难问题时所表现出来的智慧与能力人工智能 (Artificial Intelligence,简称 AI) 用计算机来表示和执行人类的智能活动 也称人工智慧AI的特征 推理、学习、联想当代三大尖端技术: 空间技术; 能源技术; 人工智能技术人工智能处于信息技术发展的前沿,反映了信息技术的发展方向。,AI的研究领域与目标,AI的研究领域 知识表示、专家系统、自然语言理解、自动定理证明、自动程序设计、问题求解、
2、博弈、计算机视觉、模式识别、智能机器人、人工神经网络、 AI的研究目标近期实现机器智能部分地或者在一定程度上实现机器的智能,从而使现有的计算机更灵活、更好用和更有用,成为人类的智能化信息处理工具。远期制造智能机器要使计算机具有看、听、说、写等感知交互功能,具有联想、推理、理解、学习等高级思维能力,还要有分析问题、解决问题和发明创造的能力。,AI的研究方法,功能模拟以人脑的心理模型为基础,将问题或知识表示成某种逻辑网络,采用符号推演的方法,来实现搜索、推理和学习,模拟人脑的思维;结构模拟以人脑的生理结构和工作机理为基础,对人脑的神经细胞及其构成的神经网络进行研究,采用神经计算的方法来实现学习、联
3、想、识别、推理;行为模拟通过模拟人在控制过程中的智能活动和行为特性,如自寻优、自适应、自学习、自组织等,来研究和实现人工智能。,为何要开设人工智能课程,为何要开设AI课程?,高中课程改革强调要适应时代发展需要,体现时代性特征。,人工智能是信息技术的前沿领域,应当被关注!,高中信息技术课程要有利于学生的个性发展。,高中AI课程的背景与目标,课程背景: 适应时代发展需要,体现时代性特征。目标定位:了解信息技术发展的前沿,体验若干典型人工智能技术的应用,感受人工智能对学习和生活的影响,激发对信息技术未来的追求。,高中开设AI课程的意义,1、开设人工智能课程的教育价值 提高信息素养 培养多种思维能力和
4、多样化问题解决能力提高学生的逻辑思维能力促进个性化学习,培养创新人才激发对信息技术未来的追求 2、开设人工智能课程的必要性和可行性人工智能在社会各个领域的应用越来越广 ,越来越多的人需要了解和接触人工智能目前我国已基本具备了实施人工智能基础教育的条件,从问题解决角度看AI教育的必要性,IT教育的最终目的是让学生能够自如地应用IT解决问题。问题解决是所面对的问题得到解决的认知活动过程。 问题的分类: 结构化(structured)问题能够通过形式化(或称公式化)方法描述和求解的问题 也称:定义完善的问题、良构问题算法与程序设计课程要解决的问题非结构化(unstructured)问题难以用确定的形
5、式来描述,主要根据经验求解也称:定义不完善的问题、劣构问题人工智能初步课程要解决的问题半结构化(semi-structured)问题,AI课程对于提升信息素养的作用,对多种思维方式的培养和信息素养的综合锻炼求解结构化问题 传统程序算法数据结构求解非结构化问题 智能程序知识推理体验人类专家解决复杂问题的思路,提高学生的逻辑思维能力 美国著名教育技术专家Jonassen认为:那些自行设计专家系统的学生将会在这种活动中受益匪浅,因为这是一个对所学知识进行深度加工的过程。 了解信息技术发展的前沿,激发对信息技术未来的追求,高中AI课程的基本内容,高中AI课程的三大主题,高中AI课程的内容体系,1、基本
6、概念能描述人工智能的概念与基本特点2、知识及其表达 列举人工智能的主要应用领域掌握知识的概念、知识表达的基本方法3、推理与专家系统 演示或使用简单的产生式专家系统软件 知道专家系统正向、反向推理的基本原理 学会使用一个简易的专家系统外壳4、人工智能语言与问题求解 学会使用一种人工智能语言求解简单问题 了解状态空间的概念与方法 了解用盲目搜索技术进行搜索,知道启发式搜索,AI课程内容举例: AI语言,AI语言 是一类适应于AI领域的、具有符号处理和逻辑推理能力的程序设计语言。典型的AI语言LISP 表处理语言Prolog 逻辑型语言(用来描述事物之间的逻辑关系,接近于人类的自然语言),用智能搜索
7、求解问题,盲目搜索(宽度优先、深度优先)启发式搜索计算机博弈,盲目搜索:宽度优先,求解8数码问题,盲目搜索: 深度优先,求解8数码问题,启发式搜索 应用全局择优法求解8数码问题,估价函数:f (n)=d(n)+h(n),节点n与目标节点之间位置不相同的棋子数。,节点n的搜索深度,1234,深度:,AI语言,AI语言 是一类适应于AI领域的、具有符号处理和逻辑推理能力的程序设计语言。AI语言的特点 具有符号运算能力; 具有递归和回溯的功能; 适合于推理。典型的AI语言LISP 表处理语言Prolog 逻辑型语言(用来描述事物之间的逻辑关系,接近于人类的自然语言),Prolog语言,Visual
8、Prolog 6.1,Turbo Prolog 2.0,专家系统(ES),知识获取部分,解释部分,工作记忆区,知识库,推理机,人机 界 面,专家系统:模拟专家经验和推理过程来完成复杂专业任务的软件。基本结构:,例:“常见病诊断专家系统”中的 知识库/*- 头部病 诊断 -*/if 病位=头部 and 流鼻涕 and 头晕then 病=感冒刚起. if 病位=头部 and 鼻塞 and 浑身无力then 病=一般感冒.if 病位=头部 and 发烧 and 头晕 and 扁桃体肿then 病=严重感冒./*- cf1 感冒处方 -*/if 病位=头部 and 病=感冒刚起then 处方=服用新速
9、效伤风胶囊,日服三次,每次一颗.if 病位=头部 and 病=一般感冒then 处方=服用感冒通,日服三次,每次三颗.,ES 的正向推理,推理机,人机 界 面,头部、 鼻塞、浑身无力,一般感冒,工作记忆区,知识库,if 头部 and 鼻塞 and 浑身无力then 一般感冒.,if 头部 and 一般感冒then 服用感冒通,日服三次,每次三颗.,服用感冒通,日服三次,每次三颗,服用感冒通,日服三次,每次三颗,头部、 鼻塞、浑身无力,演示,专家系统的推理与解释机制,推理机制正向推理(从事实到结论)反向推理(从假设到事实)混合推理不精确推理解释机制How? (这个结论是如何得出的?)Why? (
10、为什么问我这个问题?),实例:解释机制,人机 界 面,头部、鼻塞、浑身无力、 一般感冒,工作记忆区,知识库,A. if 头部 and 鼻塞 and 浑身无力then 一般感冒.,B. if 头部 and 一般感冒“then 服用感冒通,日服三次,每次三颗.,服用感冒通,日服三次,每次三颗,解释模块,您说“头部”、“鼻塞”、“浑身无力”,由规则A,您是“一般感冒”;又由规则B,您需“服用感冒通”。,专家系统实例,在线专家系统:PC机配置顾问 http:/ 打开头灯开关,结果如何(它们亮了)当你准备发动汽车时,发生了什么?(汽车正常发动了)油表情况(油箱不空)开着头灯发动时是否灯光昏暗(yes)花
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