现代科技概论-人工智能.ppt

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1、现代科学技术概论：人工智能An Introduction to Modern Science and Technology：Artificial Intelligence,目录 content,一、何谓人工智能 What is Artificial Intelligence?,一、何谓人工智能 What is Artificial Intelligence?,研究人类智能如何以人工方法来实现。,目前，用计算机模拟人类的某些智能活动，如推理、决策、规划、设计和学习等。,一、何谓人工智能：智能 What is Artificial Intelligence：intelligence,自然智能：指人

2、类和一些动物所具有的智力和行为能力,人类的自然智能（简称智能）：指人类在认识客观世界中，由思维过程和脑力活动所表现出的综合能力。人类大脑是如何实现智能的 两大难题之一：宇宙起源、人脑奥秘 对人脑奥秘知之甚少对人脑奥秘知道什么 结构：1011-12 量级的神经元，分布并行 功能：记忆、思维、观察、分析 等对智能的严格定义 有待于人脑奥秘的揭示，进一步认识,一、何谓人工智能：智能的观点 What is Artificial Intelligence：viewpoints on intelligence,思维理论 智能来源于思维活动，智能的核心是思维，人的一切知识都是思维的产物。可望通过对思维规律和

3、思维方法的研究，来揭示智能的本质。知识阈值理论 智能取决于知识的数量及其可运用程度。一个系统所具有的可运用知识越多，其智能就会越高。进化理论 是美国MIT的Brooks在对人造机器虫研究的基础上提出来的。智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境的适应，智能不需要知识、不需要表示、不需要推理，智能可由逐步进化来实现。不一致，从层次结构再认识,一、何谓人工智能：智能的层次结构 What is Artificial Intelligence：levels and structures of intelligence,高层智能 以大脑皮层（抑制中枢）为主，主要完成记忆、思维等活动。中层智能 以丘脑（

4、感觉中枢）为主，主要完成感知活动。低层智能 以小脑、脊髓为主，主要完成动作反应活动。不同观点在层次结构中的对应关系 思维理论 知识阈值理论 进化理论 中层智能和低层智能包含哪些能力？,一、何谓人工智能：智能包含的能力 What is Artificial Intelligence：intelligence and abilities,感知能力 通过感知器官感知外界的能力。是人类获得外界信息的基本途径，其处理方式有以下两种：感知-动作方式：对简单、紧急信息 感知-思维-动作方式：对复杂信息 记忆和思维能力 记忆：对感知到的外界信息和由思维产生的内部知识的存储过程 思维：对已存储信息或知识的本质属

5、性、内部知识的认识过程 思维方式：抽象思维（逻辑思维）：根据逻辑规则对信息和知识进行处理的理性思维方式。例如，逻辑推理等 形象思维（直感思维）：基于形象概念，根据感性形象认识材料对客观现象进行处理的一种思维方式。例如，图像、景物识别等 灵感思维（顿悟思维）：是一种显意识和潜意识相互作用的思维方式。例如，因灵感而顿时开窍,一、何谓人工智能：智能包含的能力 What is Artificial Intelligence：intelligence and abilities,学习和自适应能力 学习：是一个具有特定目的的知识获取过程 是人的一种本能。不同人的学习方法、能力不同 自适应：是一种通过自我调

6、节适应外界环境的过程 是人的一种本能。不同人的适应能力不同行为能力 含义：是人们对感知到的外界信息作出动作反应的能力 信息来源：由感知直接获得的外界信息 经过思维加工后的信息 实现过程：通过脊髓来控制 由语言、表情、体姿等来实现,一、何谓人工智能：智能 What is Artificial Intelligence：intelligence,综合各种不同观点，可从能力和学科两个方面讨论能力方面 人工智能就是用人工的方法在机器（计算机）上实现的智能，或称机器智能学科方面 是一门研究如何构造智能机器或智能系统，以模拟、延伸和扩展人类智能的学科Turing测试 如下图所示。能分辨出人和机器的概率小于

7、50%Turing测试存在的问题 仅反映了结果的比较，没涉及思维过程 没指出是什么人,测试主持人,被测机器,被测人,小于50%？,Turing测试，1950,一、何谓人工智能：图灵测试 What is Artificial Intelligence：The Turing Test,测试主持人,被测机器,被测人,小于50%？,Turing测试，1950,一、何谓人工智能：中文屋 What is Artificial Intelligence：the Chinese room argument,一、何谓人工智能：中文屋 What is Artificial Intelligence：the Chi

8、nese room argument,一个对中文一窍不通的，以英语作母语的人被关闭在一只有两个通口的封闭房间中。房间里有一本用英文写成，从形式上说明中文文字句法和文法组合规则的手册，以及一大堆中文符号。房外的人不断向房间内递进用中文写成的问题。房内的人便按照手册的说明，将中文符号组合成对问题的解答，并将答案递出房间。,一、何谓人工智能：中文屋 What is Artificial Intelligence：the Chinese room argument,一、何谓人工智能：目标 What is Artificial Intelligence：goals,远期目标 揭示人类智能的根本机理，用智

9、能机器去模拟、延伸和扩展人类的智能 涉及到脑科学、认知科学、计算机科学、系统科学、控制论等多种学科，并依赖于它们的共同发展近期目标 研究如何使现有的计算机更聪明，即使它能够运用知识去处理问题，能够模拟人类的智能行为。相互关系 远期目标为近期目标指明了方向 近期目标则为远期目标奠定了理论和技术基础,一、何谓人工智能：历史上的尝试 What is Artificial Intelligence：Historical Attempts,Frankenstein，后被改编为电影，弗兰肯斯坦人造人的故事,http:/,一、何谓人工智能：历史上的尝试 What is Artificial Intellig

10、ence：Historical Attempts,1770年,The Turk土耳其行棋傀儡,http:/,一、何谓人工智能：历史上的尝试 What is Artificial Intelligence：Historical Attempts,Joseph Fabers Amazing Talking Machine(1830-40s)The Euphonia（塔纳格拉雀，美声裸鼻雀）Talking Head，聊天的机器，会说话的头（聊天之脑）,The Euphonia,From,一、何谓人工智能：历史上的尝试 What is Artificial Intelligence：Historica

11、l Attempts,1920年捷克作家卡佩克（Karel Capek）的剧本RossumS Universal Robots，罗萨姆的万能机器人。剧中的人造劳动者取名为Robota，捷克语的意思是“苦力”、“奴隶”。英语的Robot一词就是由此而来的，以后世界各国都用Robot作为机器人的代名词。,Robot：机器人,CHEAP LABOR.ROSSUMS ROBOTS.ROBOTS FOR THE TROPICS.150 DOLLARS EACH.EVERYONE SHOULD BUY HIS OWN ROBOT.DO YOU WANT TO CHEAPEN YOUR OUTPUT?ORD

12、ER ROSSUMS ROBOTS,一、何谓人工智能：历史上的尝试 What is Artificial Intelligence：Historical Attempts,技术发展,5thc B.C.亚里士多德，演绎逻辑,1642，帕斯卡，加法机,1694，莱布尼兹，计算机器,一、何谓人工智能：历史上的尝试 What is Artificial Intelligence：Historical Attempts,技术发展,1834，巴贝奇，分析机（差分机）,一、何谓人工智能：历史上的尝试 What is Artificial Intelligence：Historical Attempts,逻辑

13、发展,1848 布尔，逻辑运算,chocolate and nuts and mint,一、何谓人工智能：计算机的发明 What is Artificial Intelligence：computer,1945 ENIAC Electronic Numerical Integrator and Computer,一、何谓人工智能：计算机的发明 What is Artificial Intelligence：computer,1949 EDVAC Electronic Discrete Variable Automatic Computer,一、何谓人工智能：人工智能的提出 What is Ar

14、tificial Intelligence：A.I.,AI诞生于一次历史性的聚会时间：1956年夏季地点：达特莫斯(Dartmouth)大学目的：为使计算机变得更“聪明”，或者说使计算机具有智能发起人：麦卡锡(J.McCarthy），Dartmouth的年轻数学家、计算机专家，后为 MIT教授 明斯基(），哈佛大学数学家、神经学家，后为MIT教授 洛切斯特(N.Lochester)，IBM公司信息中心负责人 香农()，贝尔实验室信息部数学研究员参加人：莫尔(T.more)、塞缪尔()，IBM公司 塞尔夫里奇(O.Selfridge)、索罗蒙夫(R.Solomonff)，MIT 纽厄尔(A.Ne

15、well)，兰德(RAND)公司 西蒙()，卡内基(Carnagie)工科大学会议结果：由麦卡锡提议正式采用了“Artificial Intelligence”这一术语,一、何谓人工智能：早期研究 What is Artificial Intelligence：early research on A.I.,心理学小组：1957年，纽厄尔、肖(J.Shaw)和西蒙等人的心理学小组研制了称为逻辑理论机(简称LT)的数学定理证明程序。1960年研制了通用问题求解程序。该程序当时可解决11种类型的问题，如不定积分、三角函数、代数方程、猴子摘香蕉、河内梵塔、人羊过河等。IBM工程小组：1956年，塞缪尔

16、在IBM704计算机上研制成功了具有自学习、自组织和自适应能力的西洋跳棋程序。这个程序可以从棋谱中学习，也可以在下棋过程中积累经验、提高棋艺。通过不断学习，该程序1959年击败了塞缪尔本人，1962年又击败了一个州的冠军。MIT小组：1958年，麦卡西建立了行动规划咨询系统。1960年，麦卡西又研制了人工智能语言LISP。1961年，明斯基发表了“走向人工智能的步骤”的论文，推动了人工智能的发展。其他方面：1965年，鲁宾逊()提出了归结（消解）原理。1965年，费根鲍姆开始研究化学专家系统DENDRAL。,一、何谓人工智能：挫折 What is Artificial Intelligence

17、：frustration,失败的预言：60年代初，西蒙预言：10年内计算机将成为世界冠军、将证明一个未发现的数学定理、将能谱写出具有优秀作曲家水平的乐曲、大多数心理学理论将在计算机上形成。挫折和教训 在博弈方面，塞缪尔的下棋程序在与世界冠军对弈时，5局败了4局。在定理证明方面，发现鲁宾逊归结法的能力有限。当用归结原理证明两个连续函数之和还是连续函数时，推了10万步也没证出结果。在问题求解方面，对于不良结构，会产生组合爆炸问题。在机器翻译方面，发现并不那么简单，甚至会闹出笑话。例如，把“心有余而力不足”的英语句子翻译成俄语，再 翻译回来时竟变成了“酒是好的，肉变质了”在神经生理学方面，研究发现人

18、脑有1011-12以上的神经元，在现有技术条件下用机器从结构上模拟人脑是根本不可能的。在其它方面，人工智能也遇到了不少问题。在英国，剑桥大学的詹姆教授指责“人工智能研究不是骗局，也是庸人自扰”。从此，形势急转直下，在全世界范围内人工智能研究陷入困境、落入低谷。,一、何谓人工智能：以知识为中心的研究 What is Artificial Intelligence：knowledge-oriented researches,以知识为中心的研究：专家系统实现了人工智能从理论研究走向实际应用，从一般思维规律探讨走向专门知识运用的重大突破，是AI发展史上的一次重要转折。1972年，费根鲍姆开始研究MYC

19、IN专家系统，并于1976年研制成功。从应用角度看，它能协助内科医生诊断细菌感染疾病，并提供最佳处方。从技术角度看，他解决了知识表示、不精确推理、搜索策略、人机联系、知识获取及专家系统基本结构等一系列重大技术问题。1976年，斯坦福大学的杜达()等人开始研制地质勘探专家系统PROSPECTOR 这一时期，与专家系统同时发展的重要领域还有计算机视觉和机器人，自然语言理解与机器翻译等。新的问题：专家系统本身所存在的应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识获取困难、推理方法单一、没有分布式功能、不能访问现存数据库等问题被逐渐暴露出来。,一、何谓人工智能：从学派分立到综合 What is Artificia

20、l Intelligence：synthesis,20世纪80年代到本世纪初人工智能研究形成了三大学派：随着人工神经网络的再度兴起和布鲁克（）的机器虫的出现，人工智能研究形成了符号主义、连接主义和行为主义三大学派。符号主义学派 是指基于符号运算的人工智能学派，他们认为知识可以用符号来表示，认知可以通过符号运算来实现。例如，专家系统等。连接主义学派 是指神经网络学派，在神经网络方面，继鲁梅尔哈特研制出BP网络之后，1987年，首届国际人工神经网络学术大会在美国的圣迭戈（San-Diego）举行，掀起了人工神经网络的第二次高潮。之后，随着模糊逻辑和进化计算的逐步成熟，又形成了“计算智能”这个统一的

21、学科范畴。行为主义学派 是指进化主义学派，在行为模拟方面，麻省理工学院的布鲁克教授1991年研制成功了能在未知的动态环境中漫游的有6条腿的机器虫。三大学派的综合集成 随着研究和应用的深入，人们又逐步认识到，三个学派各有所长，各有所短，应相互结合、取长补短，综合集成。,一、何谓人工智能：智能科学技术 What is Artificial Intelligence：intelligent science and technology,本世纪初以来：一个以人工智能为核心，以自然智能、人工智能、集成智能为一体的新的智能科学技术学科正在逐步兴起，并引起了人们的极大关注。该学科研究的主要特征包括以下几个方面：(1)由对人工智能的单一研究走向以自然智能、人工智能、集成智能为一体的协同研究；(2)由人工智能学科的独立研究走向重视与脑科学、认知科学、等学科的交叉研究；(3)由多个不同学派的独立研究走向多学派的综合研究；(4)由对个体、集中智能的研究走向对群体、分布智能的研究。,