智能科学导论第2章--课件

2.1 智能，自然智能，人工智能智能，自然智能，人工智能第第2章章 智能科学技术的初步概念智能科学技术的初步概念 1PPT课件1、智能的概念智能的概念自自然然界界四四大大奥奥秘秘：物物质质的的本本质质、宇宇宙宙的的起起源、生命的本质、源、生命的本质、智能的发生智能的发生。2PPT课件（1）智能的定义）智能的定义S定义智能的困难定义智能的困难从结构上，人脑有从结构上，人脑有1011-12 量级的神经元，广量级的神经元，广泛分布并行的巨复杂系统。泛分布并行的巨复杂系统。从功能上，人脑具有记忆、思维、观察、分从功能上，人脑具有记忆、思维、观察、分析等能力。析等能力。有待于人脑奥秘的揭示，进一步认识。有待于人脑奥秘的揭示，进一步认识。3PPT课件对智能还没有确切的定义，主要流派有：对智能还没有确切的定义，主要流派有：（1）思维理论：智能的核心是思维）思维理论：智能的核心是思维;（2）知知识识阈阈值值理理论论：智智能能取取决决于于知知识识的的数数量量及一般化程度；及一般化程度；（3）进化理论：用）进化理论：用控制取代知识的表示。控制取代知识的表示。4PPT课件智能是智能是知识知识与与智力智力的总和。的总和。知识是一切智能行为的基础知识是一切智能行为的基础获取知识并应用知识求解获取知识并应用知识求解问题的能力问题的能力5PPT课件G具体指：给定问题、约束、目标的条件下，具体指：给定问题、约束、目标的条件下，有针对性地获取相关信息、从中提取必要的有针对性地获取相关信息、从中提取必要的知识、生成正确的策略、成功地解决问题、知识、生成正确的策略、成功地解决问题、满足给定约束、达到预定目的的能力。满足给定约束、达到预定目的的能力。6PPT课件新环境新环境-新问题新问题-新目标新目标环境环境-问题问题-目标目标提炼知识提炼知识生成策略生成策略引导行为引导行为目的目的获取信息获取信息一个典型的智能过程一个典型的智能过程7PPT课件j感知能力：感知能力：通过视觉、听觉、触觉、嗅觉通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等感觉器官感知外部世界的能力，等感觉器官感知外部世界的能力，是人类是人类获得外界信息的基本途径。获得外界信息的基本途径。80%以上信息通过视觉得到，以上信息通过视觉得到，10%信息通信息通过听觉得到。过听觉得到。（2 2）智能的特征）智能的特征其处理方式有以下两种：其处理方式有以下两种：感知感知-动作方式：动作方式：对简单、紧急信息对简单、紧急信息 感知感知-思维思维-动作方式：动作方式：对复杂信息对复杂信息 8PPT课件对感知到的外界信息和由思维产生的对感知到的外界信息和由思维产生的内部知识的内部知识的存储过程存储过程对记忆的信息的对记忆的信息的认识过程认识过程记忆与思维能力记忆与思维能力逻辑思维逻辑思维形象思维形象思维顿悟思维顿悟思维9PPT课件S逻逻辑辑思思维维（抽抽象象思思维维）：根根据据逻逻辑辑规规则则对对信息和知识进行处理的理性思维方式。信息和知识进行处理的理性思维方式。例如，逻辑推理等例如，逻辑推理等G特点：思维过程是串行的。特点：思维过程是串行的。8容易形式化。容易形式化。8思维过程具有严密性、可靠性。思维过程具有严密性、可靠性。10PPT课件形象思维（直感思维）形象思维（直感思维）基于形象概念，根据感基于形象概念，根据感性形象认识材料对客观现象进行处理的一种思性形象认识材料对客观现象进行处理的一种思维方式。维方式。例如，图像、景物识别等。例如，图像、景物识别等。特点：依据直觉。特点：依据直觉。11PPT课件顿悟思维（灵感思维）：顿悟思维（灵感思维）：是一种显意识和潜意是一种显意识和潜意识相互作用的思维方式。例如，因灵感而顿时识相互作用的思维方式。例如，因灵感而顿时开窍。开窍。G特点特点不定期的突发性。不定期的突发性。独创性及模糊性。独创性及模糊性。穿插于形象思维与逻辑思维之中。穿插于形象思维与逻辑思维之中。12PPT课件8学习能力：学习能力：是一个具有特定目的的知识获是一个具有特定目的的知识获取过程是人的一种本能。不同人的学习方取过程是人的一种本能。不同人的学习方法、能力不同。法、能力不同。学习既可能是自觉的、有意识的，也可能是学习既可能是自觉的、有意识的，也可能是不自觉的、无意识的；既可以是有教师指导不自觉的、无意识的；既可以是有教师指导的，也可以是通过自己实践的。的，也可以是通过自己实践的。8自适应能力：自适应能力：是一种通过自我调节适应外是一种通过自我调节适应外界环境的过程是人的一种本能。不同人的适界环境的过程是人的一种本能。不同人的适应能力不同。应能力不同。学习能力和自适应能力：学习能力和自适应能力：13PPT课件 行为能力（表达能力）行为能力（表达能力）8含义：含义：是人们对感知到的外界信息作出动作是人们对感知到的外界信息作出动作反应的能力。反应的能力。8信息来源：信息来源：由感知直接获得的外界信息经过由感知直接获得的外界信息经过思维加工后的信息。思维加工后的信息。8实现过程：实现过程：通过脊髓来控制由语言、表情、通过脊髓来控制由语言、表情、体姿等来实现体姿等来实现 。14PPT课件z人类的自然智能（简称智能）：人类的自然智能（简称智能）：指人类在认指人类在认识客观世界中，由思维过程和脑力活动所表识客观世界中，由思维过程和脑力活动所表现出的综合能力。现出的综合能力。z自然智能：自然智能：指人类和一些动物所具有的智力指人类和一些动物所具有的智力和行为能力。和行为能力。2、自然智能、自然智能15PPT课件智能智能(自然智能自然智能)问题：问题：1 1、人是怎样思考问题的？、人是怎样思考问题的？例如：树上还有几只鸟？（常识推理）例如：树上还有几只鸟？（常识推理）2 2、人是怎样横穿马路的？、人是怎样横穿马路的？（常识推理和逻辑问题的形象处理）（常识推理和逻辑问题的形象处理）3 3、人是怎样识别景物的？、人是怎样识别景物的？例如：小孩的妈妈是谁？（形象思维）例如：小孩的妈妈是谁？（形象思维）4 4、人是怎样实现感知、学习、思维等的？、人是怎样实现感知、学习、思维等的？（神经系统的心智活动）（神经系统的心智活动）5 5、人是怎样产生情绪、情感的？、人是怎样产生情绪、情感的？（神经系统的心理过程）（神经系统的心理过程）-智能的现象智能的现象16PPT课件G自然智能系统自然智能系统，指：自然进化所造就的智能系统。，指：自然进化所造就的智能系统。人，人，地球上智能程度最高的自然智能系统；地球上智能程度最高的自然智能系统；动物，动物，智能程度较高的自然智能系统；智能程度较高的自然智能系统；植物，植物，智能系统较低的自然智能系统；智能系统较低的自然智能系统；非生命系统：非生命系统：低智能系统（某些材料）。低智能系统（某些材料）。17PPT课件人类人类高等动物高等动物动物动物植物植物无机物无机物-智能等级和智能空间智能等级和智能空间18PPT课件3、人工智能、人工智能（ArtificialIntelligence，AI）1956年年 正正 式式 提提 出出 人人 工工 智智 能能（artificialintelligence,AI）这这个个术术语语并并把把它它作作为为一一门门新兴科学的名称。新兴科学的名称。19PPT课件20062006年人机中国象棋大战年人机中国象棋大战20PPT课件o 2007年台北国际发明暨技术交易展览上，第年台北国际发明暨技术交易展览上，第三代智能机器人三代智能机器人DOC现场表演下棋。现场表演下棋。21PPT课件人工智能的定义人工智能的定义典型的典型的4种定义方法：类人、理性、思维、行为种定义方法：类人、理性、思维、行为类人思维类人思维像人一样思考的系统像人一样思考的系统理性思维理性思维 理性地思考的系统理性地思考的系统类人行为类人行为 像人一样行动的系统像人一样行动的系统理性行为理性行为理性地行动的系统理性地行动的系统行为行为思维思维类人类人理性理性22PPT课件z类人思维方法也称为类人思维方法也称为认知模型方法认知模型方法，它是一，它是一种基于人类思维工作原理来定义智能的方法。种基于人类思维工作原理来定义智能的方法。z典型代表是贝尔曼（典型代表是贝尔曼（Bellman）于）于1978年提年提出的定义：出的定义：人工智能是那些与人的思维、决策、人工智能是那些与人的思维、决策、问题求解和学习等有关活动的自动化。问题求解和学习等有关活动的自动化。（1）类人思维方法类人思维方法认知科学认知科学23PPT课件认知科学认知科学，研究人类感知和思维信息处理过，研究人类感知和思维信息处理过程，它把来自人工智能的计算机模型和来程，它把来自人工智能的计算机模型和来自心理学的实验技术结合起来，试图创立自心理学的实验技术结合起来，试图创立一种精确而且可检测的人脑思维过程的工一种精确而且可检测的人脑思维过程的工作模型。作模型。24PPT课件如果能把上述所得到关于思维的足够精确的如果能把上述所得到关于思维的足够精确的模型用计算机程序表示出来，并且该程序的输模型用计算机程序表示出来，并且该程序的输入入/输出和实时行为能够与人类相一致，那就输出和实时行为能够与人类相一致，那就说明该程序的某些机制可能是按照人脑思维模说明该程序的某些机制可能是按照人脑思维模式运行的。式运行的。25PPT课件（2 2）类人行为方法）类人行为方法;类人行为方法也称为图灵测试方法，它是一类人行为方法也称为图灵测试方法，它是一种基于人类自身的智能去定义一个机器或系统种基于人类自身的智能去定义一个机器或系统是否具有智能的方法。是否具有智能的方法。;典型代表是库兹韦勒（典型代表是库兹韦勒（Kurzweil）于）于19901990年年提出的定义：提出的定义：人工智能是一种创建机器的技艺，人工智能是一种创建机器的技艺，这种机器能够执行需要人的智能才能完成的功这种机器能够执行需要人的智能才能完成的功能。能。26PPT课件按照图灵测试要求，一台计算机要能够通过，按照图灵测试要求，一台计算机要能够通过，至少应该具有以下能力：至少应该具有以下能力：自然语言处理：实现用自然语言与计算机的自然语言处理：实现用自然语言与计算机的交流。交流。知识表示：存储它所知道的或听到的知识或知识表示：存储它所知道的或听到的知识或信息。信息。自动推理：运用存储的知识或信息来回答问自动推理：运用存储的知识或信息来回答问题，并提取新的结论。题，并提取新的结论。机器学习：能适应新的环境，并能自我获取机器学习：能适应新的环境，并能自我获取新的知识。新的知识。27PPT课件如果还需要测试被测对象利用视频信号的如果还需要测试被测对象利用视频信号的感知能力和传递接受物体的行为能力，即感知能力和传递接受物体的行为能力，即所谓的所谓的完全图灵测试完全图灵测试，则计算机还应该具，则计算机还应该具有如下能力：有如下能力：计算机视觉：可以感知物体。计算机视觉：可以感知物体。机器人技术：可以操纵和移动物体。机器人技术：可以操纵和移动物体。28PPT课件类人行为方法类人行为方法测试主持人测试主持人被测机器被测机器被测人被测人能分辨出来的概能分辨出来的概率小于率小于50%50%吗？吗？TuringTuring测试测试29PPT课件（3 3）理性思维方法理性思维方法z理性思维方法亦称为思维法则方法，它是一理性思维方法亦称为思维法则方法，它是一种基于逻辑推理定义智能的方法。种基于逻辑推理定义智能的方法。z典型代表是查尼艾克（典型代表是查尼艾克（E.Charniak）和麦克）和麦克德莫特（德莫特（D.McDermott）于）于19851985年提出的定义：年提出的定义：人工智能是通过计算模型的使用来进行心智能人工智能是通过计算模型的使用来进行心智能力研究的。力研究的。30PPT课件计计算模型主要是指能算模型主要是指能“正确思维正确思维”的逻辑学的逻辑学模型。古希腊哲学家亚里士多德（模型。古希腊哲学家亚里士多德（Aristotle）是首先严格定义是首先严格定义“正确思维正确思维”的人之一，他将的人之一，他将其定义为其定义为“不能辩驳的推理过程不能辩驳的推理过程”。例如，三段论推理方法。例如，三段论推理方法。理性思维方法正是人工智能领域中所谓的逻理性思维方法正是人工智能领域中所谓的逻辑主义观点，他们希望通过编制逻辑程序来建辑主义观点，他们希望通过编制逻辑程序来建造智能系统。造智能系统。31PPT课件这种方法存在两个主要问题：第一，非形式的这种方法存在两个主要问题：第一，非形式的知识用形式的逻辑符号表示不易实现，尤其是知识用形式的逻辑符号表示不易实现，尤其是对不确定的知识；第二，原则上可以解决的问对不确定的知识；第二，原则上可以解决的问题与实际解决问题之间存在较大差异，需要考题与实际解决问题之间存在较大差异，需要考虑推理过程的控制。虑推理过程的控制。32PPT课件（4 4）理性行为方法）理性行为方法z理性行为方法亦称为理性智能体方法，它是一理性行为方法亦称为理性智能体方法，它是一种基于智能体定义智能的方法。种基于智能体定义智能的方法。z典型代表是尼尔森（典型代表是尼尔森（N.J.Nilsson）于）于19981998年提年提出的定义：出的定义：人工智能关心的是人工制品中的智人工智能关心的是人工制品中的智能行为。能行为。z这里的人工制品主要是指能够感知环境、适应这里的人工制品主要是指能够感知环境、适应变化、自主操作、执行动作的理性智能体变化、自主操作、执行动作的理性智能体（Agent）。）。33PPT课件理性行为方法与理性思维方法的关系：理性行为方法与理性思维方法的关系：首先，理性行为和理性思维强调的重点不同。首先，理性行为和理性思维强调的重点不同。理性思维方法强调的是正确思维，而理性行为理性思维方法强调的是正确思维，而理性行为方法强调的则是理性行动方法强调的则是理性行动。34PPT课件其次，理性行为可以依据理性思维进行。其次，理性行为可以依据理性思维进行。例如，对一些能够通过理性思维能够做出正例如，对一些能够通过理性思维能够做出正确结论的事情，实现理性行为的途径往往确结论的事情，实现理性行为的途径往往是先通过逻辑推理得出该行为能达到的目是先通过逻辑推理得出该行为能达到的目标和结论，然后再付诸实施。标和结论，然后再付诸实施。35PPT课件再其次，理性行为不一定要依据理性思维进再其次，理性行为不一定要依据理性思维进行。例如，对有些事情，即使理性思维无行。例如，对有些事情，即使理性思维无法证明哪些行为是正确的，而其它行为是法证明哪些行为是正确的，而其它行为是错误的，理性行为也必须有所行动。错误的，理性行为也必须有所行动。36PPT课件何谓人工智能何谓人工智能总结总结8上述上述4 4种方法种方法人们都有人做了很多工作，当然在以人为中心人们都有人做了很多工作，当然在以人为中心的方法和以理性为中心的方法之间也存在着一的方法和以理性为中心的方法之间也存在着一定的争议。定的争议。例如：以人为中心的方法是一种经验科学，它例如：以人为中心的方法是一种经验科学，它需要涉及到很多假设和实验证实。需要涉及到很多假设和实验证实。以理性为中心的方法则涉及到把数学与工程相以理性为中心的方法则涉及到把数学与工程相结合。结合。37PPT课件人工智能的一般解释人工智能的一般解释z从能力的角度：人工智能是指用人工的方从能力的角度：人工智能是指用人工的方法在机器（计算机）上实现的智能。法在机器（计算机）上实现的智能。z从学科的角度：人工智能是一门研究如何从学科的角度：人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，去模拟、延伸构造智能机器或智能系统，去模拟、延伸和扩展人类智能的学科。和扩展人类智能的学科。38PPT课件人工智能系统，指：人造的智能系统，也称人工智能系统，指：人造的智能系统，也称为为“智能机器智能机器”。人工智能系统举例：医疗专家，博弈机，智人工智能系统举例：医疗专家，博弈机，智能机器人能机器人.智者智者询问者询问者智能系统，具有上述能力的系统。智能系统，具有上述能力的系统。39PPT课件3、人工智能与自然智能的关系是什么？、人工智能与自然智能的关系是什么？自然智能系统：原型系统。自然智能系统：原型系统。人工智能系统：模拟系统。人工智能系统：模拟系统。模拟模拟：照猫画虎？青出于蓝而胜于蓝？照猫画虎？青出于蓝而胜于蓝？研究自然系统的奥妙，可启示人工系统的模拟研究自然系统的奥妙，可启示人工系统的模拟方法；方法；研究人工系统的实现，可以深化对原型系统地研究人工系统的实现，可以深化对原型系统地认识。认识。两者紧密结合，可以相互促进。两者紧密结合，可以相互促进。40PPT课件重点重点智能、人工智能与自然智能智能、人工智能与自然智能41PPT课件8智能的载体：智能的载体：2.2 脑与认知科学是智能科学的基础脑与认知科学是智能科学的基础z人类智能基础：人类智能基础：脑和神经系统脑和神经系统42PPT课件z脑的涵义脑的涵义从狭义方面从狭义方面，脑是指中枢神经系统，有时特脑是指中枢神经系统，有时特指大脑；指大脑；从广义方面从广义方面，脑可泛指整个神经系统。人工脑可泛指整个神经系统。人工智能是从广义角度来理解脑科学的。智能是从广义角度来理解脑科学的。z脑的复杂度：脑的复杂度：人脑是由巨量神经元经其突触人脑是由巨量神经元经其突触的广泛并行互联所形成的一个巨复杂系统，的广泛并行互联所形成的一个巨复杂系统，是自然界中最复杂、最高级的智能系统。是自然界中最复杂、最高级的智能系统。1、脑、脑43PPT课件z脑科学：脑科学：是一门研究脑与心智现象及规律的是一门研究脑与心智现象及规律的科学，其主要目标就是要揭示脑功能的本质，科学，其主要目标就是要揭示脑功能的本质，认识脑与智能的规律，保护脑和创造脑。认识脑与智能的规律，保护脑和创造脑。z脑科学是脑科学是AI的基础：的基础：其任何研究进展都将对其任何研究进展都将对人工智能的研究起到积极的推动作用。人工智能的研究起到积极的推动作用。44PPT课件2、认知认知认知：认知：可一般地认为是和情感、动机、意志可一般地认为是和情感、动机、意志相对应的理智或认识过程，或者是为了一相对应的理智或认识过程，或者是为了一定的目的，在一定的心理结构中进行的信定的目的，在一定的心理结构中进行的信息加工过程。息加工过程。45PPT课件z美国心理学家浩斯顿美国心理学家浩斯顿(Houston)等人把认知等人把认知归纳为以下归纳为以下5种主要类型：种主要类型：（1）认知是信息的处理过程；认知是信息的处理过程；（2）认知是心理上的符号运算；）认知是心理上的符号运算；（3）认知是问题求解；）认知是问题求解；（4）认知是思维；认知是思维；（5）认知是一组相关的活动，如知觉、记认知是一组相关的活动，如知觉、记忆、思维、判断、推理、问题求解、学习、忆、思维、判断、推理、问题求解、学习、想象、概念形成及语言使用等。想象、概念形成及语言使用等。46PPT课件认知科学认知科学z认知科学（思维科学）是研究人类感知和思认知科学（思维科学）是研究人类感知和思维信息处理过程的一门学科，其主要研究目维信息处理过程的一门学科，其主要研究目的就是要说明和解释人类在完成认知活动时的就是要说明和解释人类在完成认知活动时是如何进行信息加工的是如何进行信息加工的z认知科学也是人工智能的重要理论基础，对认知科学也是人工智能的重要理论基础，对人工智能发展起着根本性的作用。人工智能发展起着根本性的作用。z从认知观点看，从认知观点看，AI应同时开展对逻辑思维、应同时开展对逻辑思维、形象思维和灵感思维的研究。形象思维和灵感思维的研究。47PPT课件脑：脑：思维器官思维器官神经系统：神经系统：传导网络传导网络眼耳鼻舌身：眼耳鼻舌身：感觉器官感觉器官手脚语言系统：手脚语言系统：效应器官效应器官“脑与认知脑与认知”的作用：举例的作用：举例48PPT课件“脑与认知脑与认知”的作用：原理的作用：原理问题问题/环境环境信息信息知识知识智能策略智能策略头脑头脑 /狭义智能狭义智能行为行为信息信息49PPT课件人作为一个整体，具有认识世界和改造世界人作为一个整体，具有认识世界和改造世界的能力。的能力。这是一个不可分割的有机整体，各个部分缺这是一个不可分割的有机整体，各个部分缺一不可。一不可。“有机整体有机整体”的意思：整体不是各个部分的的意思：整体不是各个部分的简单相加，而是各个部分之间相互联系相互简单相加，而是各个部分之间相互联系相互作用和协同的结果。作用和协同的结果。然而，这也不等于说，各个部分在整体中的然而，这也不等于说，各个部分在整体中的作用都是完全平等的。作用都是完全平等的。显然的结论显然的结论50PPT课件显然的结论显然的结论脑与认知（图中的脑与认知（图中的“认知与谋略认知与谋略”）是）是整个人体系统这个整个人体系统这个“万物之灵万物之灵”的核心。的核心。问题问题/环境环境信息信息知识知识智能策略智能策略行为行为信息信息51PPT课件 研究认知过程的任务研究认知过程的任务z探求高层次思维决策与初级信息处理的关系，探求高层次思维决策与初级信息处理的关系，并用计算机程序来模拟人的思维策略水平，而并用计算机程序来模拟人的思维策略水平，而用计算机语言模拟人的初级信息处理过程。用计算机语言模拟人的初级信息处理过程。思维策略思维策略初级信息处理初级信息处理生理过程生理过程计算机程序计算机程序计算机语言计算机语言计算机硬件计算机硬件人类认知活动人类认知活动计算机计算机软件软件系统系统简单简单程序程序人类认知活动与计算机的比较人类认知活动与计算机的比较52PPT课件人类认知过程的工作原理人类认知过程的工作原理z当外界刺激作用于某一个特定状态的机体当外界刺激作用于某一个特定状态的机体时，就会发生变化。时，就会发生变化。TT+1x=f(S,R)xx+xT表示表示时间变量时间变量x表示表示认知操作认知操作S表示表示机体状态机体状态R表示表示外界刺激外界刺激 53PPT课件z在得到外界输入后，计算机进行相应的操在得到外界输入后，计算机进行相应的操作，使得其内部状态随时间发生变化。作，使得其内部状态随时间发生变化。计算机的工作原理计算机的工作原理54PPT课件计算机存计算机存储的内容储的内容人类机体人类机体的状态的状态机体施加的机体施加的某种刺激某种刺激计算机计算机的输入的输入人类认知过人类认知过程的工作原程的工作原理理计算机计算机的工作的工作原理原理 这种以人的思维方式为模型的信息处理这种以人的思维方式为模型的信息处理系统可以称为智能信息处理系统。系统可以称为智能信息处理系统。55PPT课件2.3 机器智能机器智能就是要让计算机具有类似于人的感知能力，就是要让计算机具有类似于人的感知能力，如视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉。如视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉。机器感知的专门的研究领域：计算机视觉、机器感知的专门的研究领域：计算机视觉、模式识别、自然语言理解。模式识别、自然语言理解。机器思维：机器思维：让计算机能够对感知到的外界信让计算机能够对感知到的外界信息和自己产生的内部信息进行思维性加工。息和自己产生的内部信息进行思维性加工。56PPT课件这些人是谁？这些人是谁？你是怎样识别的？你是怎样识别的？机器会怎样识别？机器会怎样识别？差别在哪？差别在哪？-习以为常的智能习以为常的智能57PPT课件p机器视觉机器视觉（或叫计算机视觉）：就是给计（或叫计算机视觉）：就是给计算机配上能看的视觉器官，如摄像机等，算机配上能看的视觉器官，如摄像机等，使它可以识别并理解文字、图像、景物等使它可以识别并理解文字、图像、景物等p机器听觉机器听觉（或叫计算机听觉）：就是给计（或叫计算机听觉）：就是给计算配上能听的听觉器官，如话筒等，使计算配上能听的听觉器官，如话筒等，使计算机能够识别并理解语言、声音等。算机能够识别并理解语言、声音等。p机器感知相当于智能系统的输入部分机器感知相当于智能系统的输入部分。58PPT课件机器学习机器学习p机器学习：机器学习：让计算机能够像人那样自动地获让计算机能够像人那样自动地获取新知识，并在实践中不断地完善自我和增取新知识，并在实践中不断地完善自我和增强能力。强能力。p 机器学习方法：机器学习方法：机械学习、类比学习、归纳机械学习、类比学习、归纳学习、发现学习、遗传学习和连接学习等。学习、发现学习、遗传学习和连接学习等。59PPT课件机器行为机器行为p让计算机能够具有像人那样地行动和表达让计算机能够具有像人那样地行动和表达能力，如走、跑、拿、说、唱、写画等。能力，如走、跑、拿、说、唱、写画等。p相当于智能系统的输出部分。相当于智能系统的输出部分。60PPT课件智能系统与智能机器智能系统与智能机器p智能机器是一种能够呈现人类智能行为的机器。智能机器是一种能够呈现人类智能行为的机器。p无论是人工智能的近期目标还是远期目标，都无论是人工智能的近期目标还是远期目标，都需要建立智能系统或构造智能机器。需要建立智能系统或构造智能机器。p需要开展对系统模型、构造技术、构造工具及需要开展对系统模型、构造技术、构造工具及语言环境等研究。语言环境等研究。61PPT课件总结总结智能（智能（Intelligent）人的智能是他们理解和学习事务的能力。智能人的智能是他们理解和学习事务的能力。智能是思考和理解能力而不是本能的做事能力。是思考和理解能力而不是本能的做事能力。认知科学认知科学（思维科学）说明人类在认知过程（思维科学）说明人类在认知过程中是如何进行信息加工的。中是如何进行信息加工的。62PPT课件人工智能（人工智能（Nilsson）人工智能是关于知识的科学（知识的表示、人工智能是关于知识的科学（知识的表示、知识的获取以及知识的运用）。知识的获取以及知识的运用）。人工智能（学科）人工智能（学科）人工智能（学科）是计算机科学中涉及研究、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。它的近期设计和应用智能机器的一个分支。它的近期主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。的某些智力功能，并开发相关理论和技术。63PPT课件人工智能（能力）人工智能（能力）人工智能（能力）是智能机器所执行的通常人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。考、规划、学习和问题求解等思维活动。智能机器（智能机器（Intelligent Machine）智能机器是一种能够呈现人类智能行为的机器。智能机器是一种能够呈现人类智能行为的机器。64PPT课件2.4AI研究中的不同学派研究中的不同学派z不同的学派对不同的学派对AI的基本问题，比如，定义、的基本问题，比如，定义、基础、核心、要素、认知过程、学科体系基础、核心、要素、认知过程、学科体系以及人工智能与人类智能的关系等，均有以及人工智能与人类智能的关系等，均有不同观点。它们的研究方法也不同。不同观点。它们的研究方法也不同。65PPT课件z不不同同学学科科背背景景的的学学者者对对人人工工智智能能有有不不同同的的观观点，目前主要分成三大学派：点，目前主要分成三大学派：符号主义符号主义：逻辑学派，主要来自于数理逻辑：逻辑学派，主要来自于数理逻辑连接主义连接主义：仿生学派，主要来源于仿生学：仿生学派，主要来源于仿生学行为主义行为主义：控制论学派，主要来源于控制论：控制论学派，主要来源于控制论66PPT课件1、符号主义、符号主义（physicalsymbolsystemhypothesis）z智能的基础是知识，其核心是知识表示和知智能的基础是知识，其核心是知识表示和知识推理；识推理；知识可用符号表示，也可用符号进知识可用符号表示，也可用符号进行推理行推理，因而可以建立基于知识的人类智能，因而可以建立基于知识的人类智能和机器智能的统一的理论体系。和机器智能的统一的理论体系。z代表人物：赫伯特代表人物：赫伯特西蒙西蒙(HerbertAlexanderSimon)和艾伦和艾伦纽厄尔纽厄尔(AllenNewell)。67PPT课件人脑的反映人脑的反映形式化形式化现实现实信息信息数据数据物理系统物理系统物理符号系统物理符号系统表现智能表现智能处理对象：符号（不是连续变化的数值）。处理对象：符号（不是连续变化的数值）。基本任务和功能：辨认相同的符号和不同的符号。基本任务和功能：辨认相同的符号和不同的符号。68PPT课件z人是物理符号系统；人是物理符号系统；z输入信号：视觉、听觉、触觉（眼睛看、输入信号：视觉、听觉、触觉（眼睛看、耳朵听、手摸）；耳朵听、手摸）；z输出信号：说话、触觉输出信号：说话、触觉；计算机是物理符号系统；计算机是物理符号系统；输入：键盘、鼠标、话筒等；输入：键盘、鼠标、话筒等；输出：屏幕、耳机等输出：屏幕、耳机等。69PPT课件完整物理符号系统的六大基本功能：完整物理符号系统的六大基本功能：1.1.输入符号输入符号2.输出符号输出符号3.存储符号存储符号4.复制符号复制符号5.建立符号结构：通过找出各符号之间的关建立符号结构：通过找出各符号之间的关系，形成符号结构；系，形成符号结构；6.6.条件性转换：根据已有符号，在一定条件条件性转换：根据已有符号，在一定条件下实现符号之间的转换。下实现符号之间的转换。70PPT课件物理符号系统的假设：物理符号系统的假设：任何一个系统，如果它能够表现出智能，那任何一个系统，如果它能够表现出智能，那么它就必定能够执行上述六种功能。么它就必定能够执行上述六种功能。反之，任何系统如果具有上述六种功能，那反之，任何系统如果具有上述六种功能，那么它就能够表现出智能，即人类具有的智能。么它就能够表现出智能，即人类具有的智能。71PPT课件z推论推论1：既然人具有智能，那么他一定就是：既然人具有智能，那么他一定就是一个物理符号系统。人之所以能够表现出智一个物理符号系统。人之所以能够表现出智能，就是基于他的信息处理过程。能，就是基于他的信息处理过程。z推论推论2：既然计算机是一个物理符号系统，：既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智能。这是人工智能的它就一定能够表现出智能。这是人工智能的基本条件。基本条件。z推论推论3：既然人和计算机都是物理符号系统，：既然人和计算机都是物理符号系统，那么就能够用计算机来模拟人的活动。那么就能够用计算机来模拟人的活动。72PPT课件结论：结论：能够用计算机来模拟人的（思维）能够用计算机来模拟人的（思维）活动，即能够用机器智能来模拟人类智能。活动，即能够用机器智能来模拟人类智能。z人工智能的实现手段：包括硬件和软件，其人工智能的实现手段：包括硬件和软件，其中软件就是一个计算机程序。中软件就是一个计算机程序。73PPT课件成功的人工智能的例子成功的人工智能的例子国际象棋人机大战国际象棋人机大战前苏联国际象棋世前苏联国际象棋世界冠军卡斯帕洛夫界冠军卡斯帕洛夫IBM超级计算机超级计算机74PPT课件z热身赛热身赛：19961996年年2 2月月z计算机：深蓝计算机：深蓝(DeepBlue)，AS/6000SP大规模大规模多用途并行处理机，含多用途并行处理机，含3232个处理器，每秒能分个处理器，每秒能分析析2 2亿步棋。亿步棋。z比赛结果：比赛结果：4 4（人）（人）:2:2（机）（机）正式交锋正式交锋:1997年年2月月比赛结果：比赛结果：2.5（人）：（人）：3.5（机）（机）正正式交锋式交锋:2003年年2月月计算机：小深蓝计算机：小深蓝比赛结果：比赛结果：3:375PPT课件比赛时间：比赛时间：2003年年11月月比赛结果：比赛结果：2（人）（人）:2（机）（机）前苏联国际象棋世前苏联国际象棋世界冠军卡斯帕洛夫界冠军卡斯帕洛夫德国德国X3D-弗里茨弗里茨76PPT课件G各种下棋程序各种下棋程序（人机对垒），计算机方（人机对垒），计算机方就是一个人工智能程序。就是一个人工智能程序。中国象棋中国象棋五子棋五子棋人机大战其实是展示人工智能的研究水平与成果人机大战其实是展示人工智能的研究水平与成果77PPT课件z传统程序就是告诉机器干什么及任何干，传统程序就是告诉机器干什么及任何干，而如何干则要靠人来设计方法、给出算法并而如何干则要靠人来设计方法、给出算法并写出程序来实现的。写出程序来实现的。zAI程序只要求机器知道干什么，我们只要程序只要求机器知道干什么，我们只要把问题描述清楚，机器就能自动实现求解。把问题描述清楚，机器就能自动实现求解。AI程序程序78PPT课件人工智能（符号主义）与传统程序的差异人工智能（符号主义）与传统程序的差异方面方面AI程序程序传统程序传统程序处理处理主要是符号处理主要是符号处理主要数字处理主要数字处理输入输入可以是不完整可以是不完整必须完整必须完整搜索搜索启发式搜索启发式搜索算法算法解释解释提供提供不提供不提供主要关心主要关心知识知识数据、信息数据、信息结构结构控控制制结结构构与与知知识识域域相相分离分离信息与控制连接在一起信息与控制连接在一起输出输出可以不正确的答案可以不正确的答案要求正确答案要求正确答案维护与更新维护与更新易于维护、更新、改变易于维护、更新、改变难于修改难于修改推理推理有有无无79PPT课件z在研究方法上，在研究方法上，功能模拟方法功能模拟方法。通过分析。通过分析人类认知系统所具备的功能和机能，然后人类认知系统所具备的功能和机能，然后用计算机模拟这些功能、实现人工智能。用计算机模拟这些功能、实现人工智能。鸟会飞鸟会飞飞机也会飞飞机也会飞符号主义的主要研究方法符号主义的主要研究方法80PPT课件2、联结主义联结主义z在基本理论上，认为人的思维基元是神经在基本理论上，认为人的思维基元是神经元，而不是符号处理过程。元，而不是符号处理过程。z提出了连接主义的大脑工作模式，来取代提出了连接主义的大脑工作模式，来取代符号主义的大脑工作模式。符号主义的大脑工作模式。z核心：智能的本质是联接机制核心：智能的本质是联接机制。81PPT课件这种观点认为，这种观点认为，AI起源于仿生学，特别是人起源于仿生学，特别是人脑模型，人类认知的基元是神经元，认知过脑模型，人类认知的基元是神经元，认知过程是神经元的连接活动过程程是神经元的连接活动过程思维的基元是神经元，而不是符号。思维的基元是神经元，而不是符号。思维过程是神经元的联结活动过程，而不是思维过程是神经元的联结活动过程，而不是符号运算过程；反对符号主义关于物理符号符号运算过程；反对符号主义关于物理符号系统的假设。系统的假设。82PPT课件z在在研究方法上，着重于结构模拟研究方法上，着重于结构模拟，即模拟，即模拟人的生理神经网络结构，并认为功能、结人的生理神经网络结构，并认为功能、结构和智力行为是密切相关的，不同的结构构和智力行为是密切相关的，不同的结构表现出不同的功能和行为。表现出不同的功能和行为。83PPT课件G其目的是要模拟人类的大脑结构，构造人造的其目的是要模拟人类的大脑结构，构造人造的神经网络系统。神经网络系统。人类神经网络人类神经网络人工神经网路人工神经网路-模拟方法（结构模拟）模拟方法（结构模拟）84PPT课件z人人工工神神经经网网络络是是由由大大量量处处理理单单元元组组成成的的非非线性、大规模、自适应的动力系统。线性、大规模、自适应的动力系统。z它它是是在在现现代代神神经经科科学学研研究究成成果果的的基基础础上上提提出出的的，试试图图通通过过模模拟拟大大脑脑神神经经网网络络处处理理、记记忆忆信信息息的的方方式式，设设计计出出一一种种新新的的机机器器使使之之具具有像人脑那样的信息处理能力有像人脑那样的信息处理能力85PPT课件G行行为模拟方式亦称进化主义、控制论学派。为模拟方式亦称进化主义、控制论学派。G这种观点认为，人工智能起源于控制论，智这种观点认为，人工智能起源于控制论，智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境的适应，而不是推理。的适应，而不是推理。G提出了智能行为的提出了智能行为的“感知感知动作动作”模型；智模型；智能不需要知识、不需要表示、不需要推理；能不需要知识、不需要表示、不需要推理；G人工智能可以像人类智能那样逐步进化。人工智能可以像人类智能那样逐步进化。3、行为主义、行为主义86PPT课件z1948年年Wiener（维纳）提出了（维纳）提出了控制论控制论，它分，它分析和模拟自控制的生物和人工系统，从而建立析和模拟自控制的生物和人工系统，从而建立根据动物心理学和行为来研究和分析具体的计根据动物心理学和行为来研究和分析具体的计算机系统的基础。算机系统的基础。N.Wiener(1894-1964)87PPT课件维纳维纳控制论控制论的历史渊源的历史渊源z18451845年，著名的法国物理学家和数学家安培年，著名的法国物理学家和数学家安培 在在论科学的哲学论科学的哲学中给关于国务管理的科中给关于国务管理的科学取了一个名字学取了一个名字控制论控制论(Cybernetics)(Cybernetics)。z在第二次世界大战期间，各国之间的战争大在第二次世界大战期间，各国之间的战争大大促进了另一个科学部门的发展，这就是关大促进了另一个科学部门的发展，这就是关于机械系统和电气系统的控制与操纵的科学。于机械系统和电气系统的控制与操纵的科学。z维纳就借用安培所创造的名称维纳就借用安培所创造的名称“控制论控制论”来来称呼这门新的科学。称呼这门新的科学。88PPT课件z维纳的维纳的控制论控制论是关于怎样把机械元件和是关于怎样把机械元件和电气元件组合成稳定的并且电气元件组合成稳定的并且具有特定性能具有特定性能的的系统的科学。系统的科学。z这门新科学的一个非常突出的特点就是完全这门新科学的一个非常突出的特点就是完全不考虑能量，热量和效率等因素，但在其它不考虑能量，热量和效率等因素，但在其它各门自然科学中，这些因素是十分重要的。各门自然科学中，这些因素是十分重要的。z控制论所讨论的主要问题是一个系统的各个控制论所讨论的主要问题是一个系统的各个不同部分之间的相互作用的定性性质，以及不同部分之间的相互作用的定性性质，以及整个系统的总体运动状态。整个系统的总体运动状态。89PPT课件z3030年代，奈奎斯特，玻德等人建立了反馈放年代，奈奎斯特，玻德等人建立了反馈放大器理论（大器理论（19321932）。著名的奈奎斯特稳定判）。著名的奈奎斯特稳定判据和波德图为控制系统的分析与设计提供了据和波德图为控制系统的分析与设计提供了有效的理论工具。有效的理论工具。z然而然而,维纳在维纳在控制论控制论中把人和机器并列中把人和机器并列甚至等同的提法却在其问世后的前些年中遭甚至等同的提法却在其问世后的前些年中遭到了前苏联及东欧等国家的攻击和批判到了前苏联及东欧等国家的攻击和批判,被被诬为发动的伪科学和为帝国主义服务的战争诬为发动的伪科学和为帝国主义服务的战争工具等。工具等。90PPT课件从维纳的从维纳的控制论控制论到钱学森的到钱学森的工程控制论工程控制论z19541954年钱学森所著年钱学森所著工程控制论工程控制论一书英一书英文版问世，第一次用这一名词称呼在工程文版问世，第一次用这一名词称呼在工程设计和实验中能够直接应用的关于受控工设计和实验中能够直接应用的关于受控工程系统的理论、概念及方法。程系统的理论、概念及方法。91PPT课件z工程控制论工程控制论的目的是研究的目的是研究“控制论控制论”这这门科学中能够直接用在工程上设计被控系统门科学中能够直接用在工程上设计被控系统与控制器的那些部分。与控制器的那些部分。z钱学森的钱学森的EngineeringCybernetics的出版，的出版，从根本上消除了前苏联和东欧一些国家对维从根本上消除了前苏联和东欧一些国家对维纳纳控制论控制论的敌视和批判态度，的敌视和批判态度，肯定控制肯定控制论是一门论是一门“研究信息与控制的一般规律的新研究信息与控制的一般规律的新兴科学兴科学”。92PPT课件z原理：通过控制论和机器学习算法实现智原理：通过控制论和机器学习算法实现智能系统的逐步进化能系统的逐步进化。93PPT课件G进化计算：进化计算：是一种模拟自然界生物进化过程与是一种模拟自然界生物进化过程与机制的智能模拟方式。它以达尔文进化论的机制的智能模拟方式。它以达尔文进化论的“物物竟天择、适者生存竟天择、适者生存”作为算法的进化规则，并结作为算法的进化规则，并结合孟德尔的遗传变异理论，将生物进化过程中的合孟德尔的遗传变异理论，将生物进化过程中的繁殖、变异、竞争和选择引入到了算法中。典型繁殖、变异、竞争和选择引入到了算法中。典型代表是遗传算法，其基本操作包括选择、杂交、代表是遗传算法，其基本操作包括选择、杂交、变异，逐代进化，直到满足目标为止。变异，逐代进化，直到满足目标为止。自然界的生物是怎样进化的？自然界的生物是怎样进化的？94PPT课件G模糊计算：模糊计算：是通过对人类处理模糊现象的认知是通过对人类处理模糊现象的认知能力的认识，用模糊集合和模糊逻辑去模拟人类能力的认识，用模糊集合和模糊逻辑去模拟人类的智能行为的。模糊是指那种因没有严格边界划的智能行为的。模糊是指那种因没有严格边界划分而无法精确刻画的现象。例如，分而无法精确刻画的现象。例如，“大大”、“小小”、“多多”、“少少”等。等。人是怎样处理模糊信息的？人是怎样处理模糊信息的？95PPT课件G人是怎样相处的？人是怎样相处的？分布智能：它由多个自主分布智能：它由多个自主AgentAgent组成，其中每个组成，其中每个AgentAgent都可以自主运行和自主交互，以和谐共处。都可以自主运行和自主交互，以和谐共处。G动物是怎样捕食的？动物是怎样捕食的？粒群计算：粒群计算：起源于对鸟群捕食行为的模拟。模起源于对鸟群捕食行为的模拟。模拟鸟群捕食运动模式。拟鸟群捕食运动模式。蚁群算法：蚁群算法：起源于对蚁群行为的研究，模拟蚁起源于对蚁群行为的研究，模拟蚁群智能寻优能力。群智能寻优能力。96PPT课件1、符号主义符号主义在在基基本本理理论论上上，认认为为人人的的认认知知基基元元是是符符号号，而认知过程就是符号操作过程。而认知过程就是符号操作过程。知识是信息的一种形式，是构成智能的基础。知识是信息的一种形式，是构成智能的基础。人人工工智智能能的的核核心心问问题题是是知知识识表表达达、知知识识推推理理和知识运用。和知识运用。总结总结z在研究方法上，功能模拟方法。通过分析人在研究方法上，功能模拟方法。通过分析人类认知系统所具备的功能和机能，然后用计算类认知系统所具备的功能和机能，然后用计算机模拟这些功能、实现人工智能。机模拟这些功能、实现人工智能。97PPT课件2、连接主义连接主义在在基基本本理理论论上上，认认为为人人的的思思维维基基元元是是神神经经元元，而不是符号处理过程。，而不是符号处理过程。提提出出了了连连接接主主义义的的大大脑脑工工作作模模式式，来来取取代代符号主义的大脑工作模式。符号主义的大脑工作模式。z在研究方法上，着重于结构模拟，即模拟在研究方法上，着重于结构模拟，即模拟人的生理神经网络结构，并认为功能、结构人的生理神经网络结构，并认为功能、结构和智力行为是密切相关的，不同的结构表现和智力行为是密切相关的，不同的结构表现出不同的功能和行为。出不同的功能和行为。98PPT课件3、行为主义行为主义在在基基础础理理论论上上，认认为为智智能能取取决决于于感感知知与与行行为，提出了智能行为的为，提出了智能行为的“感知动作感知动作”模式。模式。在在研研究究方方法法上上，认认为为人人工工智智能能可可以以像像人人类类智能那样逐步进化。智能那样逐步进化。99PPT课件100PPT课件