人工智能及其应用第01章

能够在各类环境中自主地或交互地进行各种拟人任务（能够在各类环境中自主地或交互地进行各种拟人任务（anthropomorphic task）的机器。）的机器。人工智能学科是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支，人工智能学科是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支，是一门综合性的交叉学科和边缘学科。是一门综合性的交叉学科和边缘学科。是智能机器执行的通常与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识是智能机器执行的通常与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。纽厄尔和西蒙的卡内基纽厄尔和西蒙的卡内基-兰德小组（心里学小组）兰德小组（心里学小组）塞缪尔的塞缪尔的IBM公司工程课题研究小组公司工程课题研究小组明斯基和麦卡锡的明斯基和麦卡锡的MIT研究小组研究小组定理证明、问题求解、博弈定理证明、问题求解、博弈博弈方面博弈方面：塞缪尔的下棋程序与世界冠军的战绩：塞缪尔的下棋程序与世界冠军的战绩：5战战4负负定理证明定理证明：鲁滨逊归结法的能力有限：用归结原理证明两个连续函数之和还是：鲁滨逊归结法的能力有限：用归结原理证明两个连续函数之和还是连续函数时，推了连续函数时，推了10万步也没证出结果万步也没证出结果问题求解方面问题求解方面：理想的良结构问题，现实的不良结构问题，产生组合爆炸：理想的良结构问题，现实的不良结构问题，产生组合爆炸机器翻译机器翻译：如，把：如，把“心有余而力不足心有余而力不足”的英语句子的英语句子“The spirit is willing but the flesh is weak”翻译成俄语，然后再翻译回来时竟变成了翻译成俄语，然后再翻译回来时竟变成了“酒是好酒是好的，肉变质了的，肉变质了”，即英语句子为，即英语句子为“The wine is good but the meat is spoiled”.在神经生理学方面在神经生理学方面，研究发现人脑由，研究发现人脑由10111012个神经元组成，在现有技术条件个神经元组成，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。下用机器从结构上模拟人脑是根本不可能的。人工智能的本质、理论、思想和机理受到了来自哲学、心理学、神经学等社会人工智能的本质、理论、思想和机理受到了来自哲学、心理学、神经学等社会各界的责难、怀疑和批评。各界的责难、怀疑和批评。专家系统专家系统 是一个具有大量专门知识，并能够利用这些知识去解决特定领域中需要专家才是一个具有大量专门知识，并能够利用这些知识去解决特定领域中需要专家才能解决的那些问题的计算机程序。实现了人工智能从理论研究走向实际应用，从能解决的那些问题的计算机程序。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，是人工智能发展史上的一次重一般思维规律探讨走向专门知识运用的重大突破，是人工智能发展史上的一次重大转折。大转折。o1976年费根鲍姆领导研制成功的年费根鲍姆领导研制成功的MYCIN专家系统专家系统可以可以协助内科医生诊断、治疗细菌感染疾病协助内科医生诊断、治疗细菌感染疾病 制造智能机器，即能够在各类环境中自动地或交互地执行各种拟人任务制造智能机器，即能够在各类环境中自动地或交互地执行各种拟人任务（anthropomorphic tasks）的机器。）的机器。实现机器智能，即先部分地或某种程度地实现机器的智能实现机器智能，即先部分地或某种程度地实现机器的智能(1)输入符号输入符号(input)；(2)输出符号输出符号(output);(3)存储符号存储符号(store);(4)复制符号复制符号(copy);(5)建立符号结构：通过找出各符号间的关系，在符号系统中形成符建立符号结构：通过找出各符号间的关系，在符号系统中形成符号结构；号结构；(6)条件性迁移条件性迁移(conditional transfer):根据已有符号，继续完成活动根据已有符号，继续完成活动过程。过程。语言处理也是人工智能的早期研究领域之一，并引起了进语言处理也是人工智能的早期研究领域之一，并引起了进一步的重视。语言的生成和理解是一个极为复杂的编码和解一步的重视。语言的生成和理解是一个极为复杂的编码和解码问题。码问题。一个能理解自然语言信息的计算机系统看起来就像一个人一个能理解自然语言信息的计算机系统看起来就像一个人一样需要有上下文知识以及根据这些上下文知识和信息用信一样需要有上下文知识以及根据这些上下文知识和信息用信息发生器进行推理的过程。理解口头的和书写语言的计算机息发生器进行推理的过程。理解口头的和书写语言的计算机系统所取得的某些进展，其基础就是有关表示上下文知识结系统所取得的某些进展，其基础就是有关表示上下文知识结构的某些人工智能思想以及根据这些知识进行推理的某些技构的某些人工智能思想以及根据这些知识进行推理的某些技术。术。一般地说，专家系统是一个智能计算机程序系统，其内一般地说，专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部具有大量专家水平的某个领域知识与经验，能够利用人部具有大量专家水平的某个领域知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。发展专家系统的关键是表达和运用专家知识，即来自人发展专家系统的关键是表达和运用专家知识，即来自人类专家的并已被证明对解决有关领域内的典型问题是有用类专家的并已被证明对解决有关领域内的典型问题是有用的事实和过程。的事实和过程。学习是人类智能的主要标志和获得知识的基本手段；机学习是人类智能的主要标志和获得知识的基本手段；机器学习器学习(自动获取新的事实及新的推理算法自动获取新的事实及新的推理算法)是使计算机具是使计算机具有智能的根本途径；机器学习还有助于发现人类学习的机有智能的根本途径；机器学习还有助于发现人类学习的机理和揭示人脑的奥秘。学习是一个有特定目的的知识获取理和揭示人脑的奥秘。学习是一个有特定目的的知识获取过程，其内部表现为新知识结构的不断建立和修改，而外过程，其内部表现为新知识结构的不断建立和修改，而外部表现为性能的改善。部表现为性能的改善。神经网络处理直觉和形象思维信息具有比传统处理方式神经网络处理直觉和形象思维信息具有比传统处理方式好得多的效果。好得多的效果。神经网络已在模式识别、图象处理、组合优化、自动控神经网络已在模式识别、图象处理、组合优化、自动控制、信息处理、机器人学和人工智能的其它领域获得日益制、信息处理、机器人学和人工智能的其它领域获得日益广泛的应用。广泛的应用。人工智能研究日益受到重视的另一个分支是机器人学，其中人工智能研究日益受到重视的另一个分支是机器人学，其中包括对操作机器人装置程序的研究。这个领域所研究的问题，包括对操作机器人装置程序的研究。这个领域所研究的问题，从机器人手臂的最佳移动到实现机器人目标的动作序列的规从机器人手臂的最佳移动到实现机器人目标的动作序列的规划方法，无所不包。目前已经建立了一些比较复杂的机器人划方法，无所不包。目前已经建立了一些比较复杂的机器人系统。系统。机器人和机器人学的研究促进了许多人工智能思想的发展。机器人和机器人学的研究促进了许多人工智能思想的发展。智能机器人的研究和应用体现出广泛的学科交叉，涉及众多智能机器人的研究和应用体现出广泛的学科交叉，涉及众多的课题，机器人已在各领域获得越来越普遍的应用。的课题，机器人已在各领域获得越来越普遍的应用。人工智能所研究的模式识别是指用计算机代替人类或帮助人工智能所研究的模式识别是指用计算机代替人类或帮助人类感知模式，是对人类感知外界功能的模拟，研究的是计人类感知模式，是对人类感知外界功能的模拟，研究的是计算机模式识别系统，也就是使一个计算机系统具有模拟人类算机模式识别系统，也就是使一个计算机系统具有模拟人类通过感官接受外界信息、识别和理解周围环境的感知能力。通过感官接受外界信息、识别和理解周围环境的感知能力。实验表明，人类接受外界信息的实验表明，人类接受外界信息的80%以上来自视觉，视觉对以上来自视觉，视觉对人类是非常重要的。人类是非常重要的。机器视觉或计算机视觉已从模式识别的一个研究领域发展为机器视觉或计算机视觉已从模式识别的一个研究领域发展为一门独立的学科；在视觉方面，已经给计算机系统装上电视一门独立的学科；在视觉方面，已经给计算机系统装上电视输入装置以便能够输入装置以便能够“看见看见”周围的东西。周围的东西。机器视觉的前沿研究领域包括实时并行处理、主动式定性视机器视觉的前沿研究领域包括实时并行处理、主动式定性视觉、动态和时变视觉、三维景物的建模与识别、实时图像压觉、动态和时变视觉、三维景物的建模与识别、实时图像压缩传输和复原、多光谱和彩色图像的处理与解释等。缩传输和复原、多光谱和彩色图像的处理与解释等。人工智能的发展促进自动控制向智能控制发展。智能控制是人工智能的发展促进自动控制向智能控制发展。智能控制是一类无需一类无需(或需要尽可能少的或需要尽可能少的)人的干预就能够独立地驱动智能人的干预就能够独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制。机器实现其目标的自动控制。智能控制是同时具有以知识表示的非数学广义世界模型和数智能控制是同时具有以知识表示的非数学广义世界模型和数学公式模型表示的混合控制过程，也往往是含有复杂性、不学公式模型表示的混合控制过程，也往往是含有复杂性、不完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数学过完全性、模糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数学过程，并以知识进行推理，以启发来引导求解过程。程，并以知识进行推理，以启发来引导求解过程。知识获取是知识信息处理的关键问题之一。知识获取是知识信息处理的关键问题之一。数据挖掘是通过综合运用统计学、粗糙集、模糊数学、机器数据挖掘是通过综合运用统计学、粗糙集、模糊数学、机器学习和专家系统等多种学习手段和方法，从大量的数据中提学习和专家系统等多种学习手段和方法，从大量的数据中提炼出抽象的知识，从而揭示出蕴涵在这些数据背后的客观世炼出抽象的知识，从而揭示出蕴涵在这些数据背后的客观世界的内在联系和本质规律，实现知识的自动获取。界的内在联系和本质规律，实现知识的自动获取。数据挖掘和知识发现技术已获广泛应用。数据挖掘和知识发现技术已获广泛应用。人工生命人工生命(Artificial Life,ALife)旨在用计算机和精密机械等旨在用计算机和精密机械等人工媒介生成或构造出能够表现自然生命系统行为特征的仿人工媒介生成或构造出能够表现自然生命系统行为特征的仿真系统或模型系统。自然生命系统行为具有自组织、自复制、真系统或模型系统。自然生命系统行为具有自组织、自复制、自修复等特征以及形成这些特征的混沌动力学、进化和环境自修复等特征以及形成这些特征的混沌动力学、进化和环境适应。适应。人工生命所研究的人造系统能够演示具有自然生命系统特征人工生命所研究的人造系统能够演示具有自然生命系统特征的行为，在的行为，在“生命之所能生命之所能”(life as it could be)的广阔范围内的广阔范围内深入研究深入研究“生命之所知生命之所知”(life as we know it)的实质。的实质。人工生命学科的研究内容包括生命现象的仿生系统、人工建人工生命学科的研究内容包括生命现象的仿生系统、人工建模与仿真、进化动力学、人工生命的计算理论、进化与学习模与仿真、进化动力学、人工生命的计算理论、进化与学习综合系统以及人工生命的应用等。综合系统以及人工生命的应用等。除了直接瞄准实现智能的研究工作外，开发新的方法也往往除了直接瞄准实现智能的研究工作外，开发新的方法也往往是人工智能研究的一个重要方面。人工智能对计算机界的某是人工智能研究的一个重要方面。人工智能对计算机界的某些最大贡献已经以派生的形式表现出来。计算机系统的一些些最大贡献已经以派生的形式表现出来。计算机系统的一些概念，如分时系统、编目处理系统和交互调试系统等，已经概念，如分时系统、编目处理系统和交互调试系统等，已经在人工智能研究中得到发展。在人工智能研究中得到发展。