智能科学技术的知识结构课件

1智能科学技术导论 Introduction to Intelligence Science and Introduction to Intelligence Science and TechnologyTechnology 吴渝吴渝吴渝吴渝 教授教授教授教授 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院重庆邮电大学重庆邮电大学2024/6/27智能科学技术导论2第第3 3讲讲 智能科学技术的知识结构智能科学技术的知识结构2024/6/27智能科学技术导论3OutlineOutline重要术语重要术语结构与体系结构与体系知识结构概述知识结构概述智能科学技术学科的知识结智能科学技术学科的知识结构与体系构与体系智能科学技术专业的课程体智能科学技术专业的课程体系系培养目标及学习方法培养目标及学习方法2024/6/27智能科学技术导论43.1 3.1 重要术语重要术语科学科学(science)(science)：是指对各种事实和现象进行观察、分类、归纳、演绎、分析、推理、计算和实验，从而发现规律，并对各种定量规律予以验证和公式化的知识体系。技术技术(Technology)(Technology)：是指人类根据生产实践经验和自然科学原理改变或控制其环境的手段和活动，是人类活动的一个专门领域。工程工程(Engineering)(Engineering)：是指应用科学知识使自然资源最好地为人类服务的专门技术。2024/6/27智能科学技术导论53.1 3.1 重要术语重要术语系统系统(System)(System)：是指由相互关联、相互制约、相互影响的一些部分组成的具有某种功能的有机整体。信息信息(Information)(Information)：是指符号、信号或消息所包含的内容，用来消除对客观事物认识的不确定性。人工智能人工智能(Artificial Intelligence)(Artificial Intelligence)：是研究解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科。管理管理(Management)(Management)：是指为了充分利用各种资源来达到一定的目标而对社会或其组成部分施加的一种控制。决策决策(Decision Making)(Decision Making)：是指为最优地达到目标，对若干准备行动的方案进行选择 2024/6/27智能科学技术导论63.2 3.2 结构与体系结构与体系从源头上说，智能科学技术的基础理论来自于生物学等自然科从源头上说，智能科学技术的基础理论来自于生物学等自然科学和数学、系统科学、社会科学等基础科学，其中作为学和数学、系统科学、社会科学等基础科学，其中作为技术科技术科学的智能科学学的智能科学与与数学数学、自然科学自然科学、系统科学系统科学和和社会科学社会科学直接相直接相关。关。作为工程技术的智能技术作为工程技术的智能技术实实在在地是一门多学科交叉的高技实实在在地是一门多学科交叉的高技术，它的发展理论直接来自术，它的发展理论直接来自智能科学智能科学、信息科学信息科学和和计算机科学计算机科学，它的技术又与许多其他工程技术相互交叉。它的技术又与许多其他工程技术相互交叉。2024/6/27智能科学技术导论73.2 3.2 结构与体系结构与体系智能科学技术科学与技术学科的结构框架：智能科学技术科学与技术学科的结构框架：支撑支撑相互推动相互推动基础与交叉学科技术与工具智能科学的理论、方法和技术众多应用领域支持支持2024/6/27智能科学技术导论3.3 3.3 知识结构概述知识结构概述结构：指系统构成的形式，它是系统内部各个要素结构：指系统构成的形式，它是系统内部各个要素相互联系相互作用的方式。相互联系相互作用的方式。只有通过“结构”这个媒介，各个要素方能互相联接，变成系统的属性和功能，产生系统综合效应。个人的知识结构：指知识体系在一个人的头脑中形个人的知识结构：指知识体系在一个人的头脑中形成的、并由智力联系起来的多要素、多系列、多层成的、并由智力联系起来的多要素、多系列、多层次的动态综合体。次的动态综合体。只有合理的知识结构，才能具有潜在的创新功能。大学学习和知识结构的关系：大学学习和知识结构的关系：学习的实质就是不断改造和重建知识结构的过程，而知识结构又是继续学习的基础。82024/6/27智能科学技术导论93.3 3.3 知识结构概述知识结构概述知识结构的特征：知识结构的特征：整体性层次性动态性知识结构化的作用：知识结构化的作用：实用性 规律性 稳定性 培养能力的支柱 便于繁殖新知 2024/6/27智能科学技术导论10概念的界定（钟义信教授提出）什么是什么是“智能科学与技术智能科学与技术”（ISTIST）？）？传感：信息获取传感：信息获取通信：信息传递通信：信息传递计算机：信息处理（非计算机：信息处理（非认知认知*处理）处理）控制：信息执行控制：信息执行狭义智能：信息认知与信息再生狭义智能：信息认知与信息再生#*认知认知：把信息提炼为知识的过程，以知识的形成为标志自自动动化化智智智智能能能能化化化化#再生：再生：把知识激活为策略的过程，一策略的形成为标志2024/6/27智能科学技术导论11什么是什么是“智能科学与技术智能科学与技术”（ISTIST）？）？Intelligence Science LabIntelligence Science Lab（史忠植教授提出）（史忠植教授提出）Intelligence ScienceIntelligence Science is a is a cross disciplinecross discipline which dedicates to which dedicates to joint research on basic theory and technology of joint research on basic theory and technology of intelligent intelligent behaviorbehavior by by Brain Science,Cognitive Science,Artificial Brain Science,Cognitive Science,Artificial Intelligence and othersIntelligence and others.Brain ScienceBrain Science explores the essence of brain,research on the explores the essence of brain,research on the principle and model of principle and model of natural intelligencenatural intelligence in molecular,cell in molecular,cell and behavior level.and behavior level.Cognitive ScienceCognitive Science studies human mental activity,such as studies human mental activity,such as perception,learning,memory,thinking,consciousness etc.In perception,learning,memory,thinking,consciousness etc.In order to implement order to implement machine intelligencemachine intelligenceArtificial IntelligenceArtificial Intelligence attempts simulation,extension and attempts simulation,extension and expansion of human intelligence using artificial methodology and expansion of human intelligence using artificial methodology and technology.technology.Above three disciplines work together to explore Above three disciplines work together to explore new concept,new concept,new theory,new methodologynew theory,new methodology.It will be successful and create a.It will be successful and create a brilliant future in brilliant future in 21 century21 century.2024/6/27智能科学技术导论12新学科研究范围如何界定？新学科研究范围如何界定？信息社会的新趋势信息社会的新趋势人类社会已进入了以计算机和网络技术为基础，数字化、智能人类社会已进入了以计算机和网络技术为基础，数字化、智能化为标志的现代信息社会化为标志的现代信息社会网络将成为信息运动的主要载体网络将成为信息运动的主要载体信息将成为主导社会生活的一种全新的力量信息将成为主导社会生活的一种全新的力量机器人将走进人类生活的各个领域，并成为重要的社会组成部机器人将走进人类生活的各个领域，并成为重要的社会组成部分分人类快速增长的物质文化需求与有限的物质和能源、有限的生人类快速增长的物质文化需求与有限的物质和能源、有限的生存发展空间的矛盾空前突出存发展空间的矛盾空前突出人在信息社会中的地位、作用和价值将面临越来越多的困惑和人在信息社会中的地位、作用和价值将面临越来越多的困惑和挑战挑战。2024/6/27智能科学技术导论13新学科研究范围如何界定？新学科研究范围如何界定？信息社会的新问题？信息社会的新问题？科技进步改变生活：巨大方便+难以理解的现象+令人困惑的问题。为什么越来越多的信息随手可得，而人们却感觉更加茫然和无知？为什么越来越多的机器想为人服务，而人们却感觉成了机器的奴隶？为什么在越来越舒适的工作和生活空间，人的健康却面临更多的挑战？为什么用计算机的速度越来越快，仍然难以解决很多“简单”的问题？为什么航天飞机越飞越远，面临地球上的常见灾害却往往无能为力？为什么越来越宽的城市道路上，偶然的交通事仍会破坏半个城市的交通？2024/6/27智能科学技术导论14问题问题为什么越来越多的信息随手可得，而人们却感觉更加茫然和无知？为什么越来越多的信息随手可得，而人们却感觉更加茫然和无知？信息管理和信息检索问题（人-信息）为什么越来越多的机器想为人服务，而人们却感觉成了机器的奴隶？为什么越来越多的机器想为人服务，而人们却感觉成了机器的奴隶？友好的人-机接口问题（人-机器）为什么在越来越舒适的工作和生活空间，人的健康却面临更多挑战？为什么在越来越舒适的工作和生活空间，人的健康却面临更多挑战？人与环境的相互感知、和谐互动问题（人-环境）为什么用计算机的速度越来越快，仍然难以解决很多为什么用计算机的速度越来越快，仍然难以解决很多“简单简单”问题？问题？信息在机器中的表示和处理方式问题（信息-机器）为什么航天飞机越飞越远，面前地球上的灾害却常常无能为力？为什么航天飞机越飞越远，面前地球上的灾害却常常无能为力？环境信息的采集、处理和控制问题（信息-环境）为什么道路越来越宽，偶然的交通事仍会破坏半个城市的交通？为什么道路越来越宽，偶然的交通事仍会破坏半个城市的交通？机器运动、时空约束与有效调度问题（机器-环境）2024/6/27智能科学技术导论(信息处理信息处理信息处理信息处理/机器智能化机器智能化机器智能化机器智能化)交互问题交互问题交互问题交互问题 环境环境环境环境信息信息信息信息机器机器机器机器人人交互问题交互问题交互问题交互问题 和谐问题和谐问题和谐问题和谐问题 和谐问题和谐问题和谐问题和谐问题(信息检索信息检索信息检索信息检索/用户接口用户接口用户接口用户接口)结合问题结合问题结合问题结合问题 结合问题结合问题结合问题结合问题(智能智能智能智能环环境、境、境、境、环环境建模境建模境建模境建模)(人体工程学、人机互人体工程学、人机互人体工程学、人机互人体工程学、人机互动动)(机器感知、虚机器感知、虚机器感知、虚机器感知、虚拟现实拟现实)(穿戴计算穿戴计算穿戴计算穿戴计算/智能家居智能家居智能家居智能家居)“机器”是具有一定自主能力的机器 “信息”是具有能动性的客观实体“环境”具有感知、计算能力、调整能力，“人”是作业参与者或服务对象 2024/6/27智能科学技术导论1516科技进步的的确确改变着我们的生活，但却使人在信息、机器高科技进步的的确确改变着我们的生活，但却使人在信息、机器高度密集的环境中，变得更为被动和无奈。度密集的环境中，变得更为被动和无奈。如何才能更好地尊重、理解并满足人的各种需要，最大限度地体如何才能更好地尊重、理解并满足人的各种需要，最大限度地体现以人为本的精神，对科技发展和社会进步提出了一个重大的挑现以人为本的精神，对科技发展和社会进步提出了一个重大的挑战。战。人是具有高度智能的社会动物，满足人类需求最大的困难是正是人是具有高度智能的社会动物，满足人类需求最大的困难是正是由于人的智能性。研究人的智能性，并将它赋予给信息、机器和由于人的智能性。研究人的智能性，并将它赋予给信息、机器和环境，是最为有效的解决途径之一。环境，是最为有效的解决途径之一。为什么需要智能科技？因为人是有智能的，人需要在智能的条件为什么需要智能科技？因为人是有智能的，人需要在智能的条件下生存和发展；人的智能是有限的，需要复制、转移和扩展。下生存和发展；人的智能是有限的，需要复制、转移和扩展。因此，智能科学技术必将成为信息科学技术学科群中新最耀眼的因此，智能科学技术必将成为信息科学技术学科群中新最耀眼的新成员。新成员。为什么需要智能科技？为什么需要智能科技？2024/6/27智能科学技术导论17将人、信息、机器和环境等信息社会的构成要素统一将人、信息、机器和环境等信息社会的构成要素统一作为有感知能力和运动能力的作为有感知能力和运动能力的“智能体智能体”来认识，来认识，研究智能体之间的感知、理解、互动、和谐问题，研究智能体之间的感知、理解、互动、和谐问题，为智能机器感知、智能信息处理、智能人机交互和智为智能机器感知、智能信息处理、智能人机交互和智能系统集成不段提供理论、方法和技术，能系统集成不段提供理论、方法和技术，提高传统机器和机器人的智能水平，提高传统机器和机器人的智能水平，最大限度地实现人与信息、与机器、与环境的高度协最大限度地实现人与信息、与机器、与环境的高度协调，调，推进全社会的智能化进程。推进全社会的智能化进程。智能科学与技术面临的中心课题智能科学与技术面临的中心课题2024/6/27智能科学技术导论18“智能科学与技术智能科学与技术”新学科新学科以以AIAI理论和智能信息处理基本方法为基础，引入生命科学、认理论和智能信息处理基本方法为基础，引入生命科学、认知科学和脑科学的研究成果和研究方法，建设自然智能与人工知科学和脑科学的研究成果和研究方法，建设自然智能与人工智能有机结合的新学科。智能有机结合的新学科。互联网互联网络将成为智能信息处理、智能行为交互和智能系统集成络将成为智能信息处理、智能行为交互和智能系统集成的主要环境。的主要环境。传统传统机器智能化和智能机器人系统为新学科发展提供研究载体机器智能化和智能机器人系统为新学科发展提供研究载体和持久动力。和持久动力。智能科学与技术新学科的建立智能科学与技术新学科的建立，适应国家中长期科技发展和社，适应国家中长期科技发展和社会进步的需要，是一个面向未来的学科。推动信息科技实现跨会进步的需要，是一个面向未来的学科。推动信息科技实现跨越式发展，解决信息社会中以人为本的众多科学技术问题，又越式发展，解决信息社会中以人为本的众多科学技术问题，又是一个服务现实的学科。是一个服务现实的学科。2024/6/27智能科学技术导论19智能的主要表现主体特色核心课程复杂问题的求解能力AI人工智能、自然智能综合劳动的作业能力Robots智能机器人、人工生命未知环境的适应能力Environment机器感知、智能规划感知网络的交互能力Internet网上智能、人机互动人机环境的和谐能力Human智能论、智能化社会“智能科学智能科学”学什么？学什么？2024/6/27智能科学技术导论如何实现新学科的健康发展？如何实现新学科的健康发展？新学科发展环境新学科发展环境政策相关学科相关学科传统学科社会需求智能IST2024/6/27智能科学技术导论2021中国的发展中国的发展智能科学技术智能科学技术中国经济和社会发展迎来了前所未有的大发展，但人口、环境、中国经济和社会发展迎来了前所未有的大发展，但人口、环境、资源领域也迎来了前所未有的大挑战；资源领域也迎来了前所未有的大挑战；有限的物质、有限的能源、有限的空间，面对庞大的人口、膨有限的物质、有限的能源、有限的空间，面对庞大的人口、膨胀的需求、复杂的矛盾胀的需求、复杂的矛盾社会主义和谐社会社会主义和谐社会和谐需要智能：领导的智慧、群众的智慧和谐需要智能：领导的智慧、群众的智慧机器的智慧机器的智慧集体的智慧也许要通过机器的智慧才能最终完美地体现！集体的智慧也许要通过机器的智慧才能最终完美地体现！中国的发展尤其需要智能化（信息化带来效率中国的发展尤其需要智能化（信息化带来效率 ，智能化到来，智能化到来和谐）和谐）发展智能科学技术学科发展智能科学技术学科科学责任、社会责任、历史责任科学责任、社会责任、历史责任2024/6/27智能科学技术导论223.4 3.4 智能科学技术学科的知识结构与体系智能科学技术学科的知识结构与体系 智能系统模型智能系统模型问题问题/环境环境认识论信息认识论信息知识知识智能策略智能策略思维器官思维器官智能智能行为行为本体论本体论 信息信息目标目标2024/6/27智能科学技术导论智能模型中各部分与相应的知识领域的对应关系智能模型中各部分与相应的知识领域的对应关系思维器官思维器官认识论信息认识论信息认识论信息认识论信息2024/6/27智能科学技术导论23243.5 3.5 智能科学技术专业的课程体系智能科学技术专业的课程体系理论课程：理论课程：公共基础课程：包括德育、智育、体育三个方面的课程。技术基础课程：包括电路、计算机类课程。专业课程与专业选修课程：包括信息获取、信息传递、信息处理、智能、执行、系统论等方面的课程。其他选修课程实践性环节：实践性环节：实践性环节约占总学时的15%20%；主要包括：军事训练；军事理论；公益劳动；金工实习；电子实习；生产实习；毕业设计等等。2024/6/27智能科学技术导论253.5 3.5 智能科学技术专业的课程体系智能科学技术专业的课程体系课程简介：课程简介：信息获取部分：模式识别、知识获取、图像处理、数据挖掘、语音信号处理、语音识别合成、系统辨识。信息传递部分：通信原理、信息网络、信息安全、光纤通信、移动通信、数据压缩、信息论。信息处理部分：计算机仿真、组合数学、计算机图形学、计算复杂性、泛逻辑学、高等逻辑学。智能生成部分：人工智能与神经网络、自然语言处理与理解、机器学习、仿智学原理、信息内容安全、机器翻译。策略执行部分：自动控制原理、智能控制、模糊数学、模糊控制、人工生命、机器人学、智能机器人。系统部分：群体智能、大系统控制、网络游戏、机器人足球。2024/6/27智能科学技术导论263.6 3.6 培养目标及学习方法培养目标及学习方法 培养目标：培养目标：本专业培养适应21世纪社会主义现代化建设需要，德、智、体、美全面发展，素质、能力、知识协调统一，具有“宽厚、复合、开放、创新”特征的高级复合型人才工程科学技术人才。2024/6/27智能科学技术导论273.6 3.6 培养目标及学习方法培养目标及学习方法学习方法：学习方法：广泛阅读教材和参考书籍，深刻理解理论体系；完成大量练习，积极讨论问题；理论联系实际，演绎归纳并重；重视实验课、重视计算机的应用；重视面向实际，勇于解决实际问题。2024/6/27智能科学技术导论小结和课外作业小结和课外作业知识点知识点掌握科学、技术、工程、系统、信息、人工智能、管理、决策的概念掌握智能科学技术科学与技术学科的结构框架了解知识结构的概念了解智能科学与技术学科建设的构想掌握智能模型中各部分与相应的知识领域的对应关系了解智能科学与技术面临的中心课题课外作业课外作业学习本专业培养方案，按智能模型中各部分与相应的知识领域的对应关系图，把培养方案中的课程归类2024/6/27智能科学技术导论2829课程小论文课程小论文要求：要求：广泛阅读教材、教学计划和参考书籍在智能科学与技术领域内自行选题（必须有智能关键词）完成小论文撰写，1000字以上手写或打印均可，图文并茂尤佳写作内容：结合兴趣，介绍某智能应用系统（硬件或软件）的基本工作原理、相关技术等对照教学计划，说明如果从事该系统研发所需要学习的课程名称及理由以下内容单独分页提供，将提供给教学部：专业方向发展的意向：供分组和导师安排大学四年的选课计划（初稿）：供教学部后期指导希望得到的帮助和建议2024/6/27智能科学技术导论案例解析案例解析一组增强现实技术的DEMO2024/6/27智能科学技术导论302024/6/27智能科学技术导论31