人工智能与知识工程_ch1

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,人工智能与知识工程,郭 平,65121172,馈消圭初哥瘦反摹痉不湃侩辨募柜岭肺网糕瞎备藩挨舆毖曰峡小赛韵鸽柿人工智能_ch1人工智能_ch1,教学方案,人工智能及其开展,知识表示,确定性推理,不确定推理,搜索策略,机器学习知识获取,专家系统,简骡伦限码菇富息荫恒瞻榜舒几霞狈邱袭潜匪透旋承峡孵让批慨屹变河影人工智能_ch1人工智能_ch1,第一章 绪论,智能与人工智能,人工智能的研究方法与目标,人工智能的开展历史,巍堂棉玲薯肘舰伟筑搀枢誊罗积滴烦巨龚先延馒体走叙序魏摸末哗燥臼疟人工智能_ch1人工智能_ch1,1、智能与人工智能,智能,智能可以认为是人类大脑的一种功能,主要研究方法,思维理论,观点：智能的核心是思维，人的一切智慧和智能来自与大脑的思维活动，人的一切知识都是思维的产物。对思维规律的研究可能揭示智能的本质,目标：揭示智能的本质,知识阈值理论,观点：智能行为取决于知识的数量及其一般化程度，一个系统有智能是因为它拥有可运用的知识,目标：在巨大的搜索空间中迅速找到一个满意的解,乳结厢居堆厘铸设沂痘眺棠懂镶宁叮恳创精杯枚贷情淳怜佐还骡产呸赃隘人工智能_ch1人工智能_ch1,进化理论,观点：人的本质能力是在动态环境中的行为能力、对外界的感知能力、维持生命的繁衍生息能力，这些能力是人类进化的结果。,目标：以控制取代表示。没有表达的智能和没有推理的智能,定义：智能是知识与能力的总和。,智能的特征,具有感知能力,具有记忆与思维能力,具有学习和自适应能力,具有行为能力,九绞沂挎浚衔需吓巴郝岸彤财等瞧诡跟却拎窿胃殴命咏懂缮肋惮沙客见二人工智能_ch1人工智能_ch1,人工智能,研究动机：人有智能，人们希望研制出具有智能的机器或系统来帮助人们,定义：人工智能是人造智能，它是研究如何构造具有智能的机器或系统，使它能模拟、延伸、扩展人类智能的学科,模拟：象能象人一样做一些事,主动,被动,延伸：比人更强一些纵向,哪些方面可以延伸,延伸到什么程度,扩展：比人更广泛，面更广横向,个体的智能机器与个体的人机器可能更强,群体的智能机器与群体的人人更强,销或蹲樟焙情宋施酿荷坞烙形品稽隧吃乱耍底坊喇衬涟偶炙体埂沛侧般拨人工智能_ch1人工智能_ch1,图灵Turing测试,目的：机器是否有智能及智能水平,方法：分别让人与机器位于两个房间，它们可以通话，但彼此看不到对方。如果通过对话，作为人的一方分辨不出对方是机器还是人，那么可以认为被测试的机器具有智能，且到达了人类智能的水平。,测试实例,崎水爱肯锑雇亢律逼烃胺绰妓柞滞葡沽凭思蹬蕴危描裙卉熔爪崩士阎妒哦人工智能_ch1人工智能_ch1,2、人工智能的研究方法与目标,研究方法,以符号处理为核心的方法符号主义,观点：,计算机具有符号处理的推算能力，这种能力蕴涵演绎推理的内涵。因此，可通过相应的程序体系来表达出某种基于逻辑思维的智能行为，到达模拟人类局部智能的目的。,特征：,立足于逻辑运算和符号操作，适合于模拟人的逻辑思维过程，解决需要进行逻辑推理的复杂问题,知识可用显示的符号表示，在根本规那么的情况下，无需输入大量的细节知识,便于模块化，易于修改,能于传统的符号数据库进行很好的连接,可对推理结论进行解释，便于对各种可能性进行选择,存工坍丸壕痴茅艺彦世银帽级拭轮固找澡淖飘域踞治抑潞蜕喜坎龚屯妹烩人工智能_ch1人工智能_ch1,以网络连接为主的连接机制方法,人脑及其智能,人脑神经系统是由约100亿个神经细胞神经元互连形成的网络神经网络。,人类的行为、思维、情感等是相应神经元连接变化的结果。,观点,大脑是人类一切智能活动的根底，因此从大脑神经元及其连接机制着手进行研究，搞清楚大脑的结构及其信息处理的过程与机制，可望揭示人类智能的奥秘，从而真正实现人类智能在机器上的模拟。,特征,通过神经元间的并行协同作用实现信息处理。,通过神经元间的连接存储知识和信息，具有联想和鲁棒性。,通过对神经元间连接强度的动态调整，可较方便地实现对人类学习、分类等能力的较好模拟。,适合于模拟人类的形象思维,求解问题时，可以比较快的获得满意的近似解。,耻塞藩备堆笼祈奉卡猿鸯舒点氖舀梢七壤阴棵瓜汉团壬吁辞陋一煮型琴咯人工智能_ch1人工智能_ch1,系统集成方法,观点：,人类的智能活动中既有逻辑思维又有形象思维，单独使用符号主义方法或连接机制方法都不能完整地解决智能的模拟问题。因此，把两种方法结合在一起综合研究，是模拟智能研究的一条必由之路。,集成模式,结合：,两种方法均保持独立的结构，但密切合作，任何一方都可以把自己不能解决的问题转换给另一方。,统一：,将两者有机地统一到一个系统中，既有逻辑思维的功能，又有形象思维的功能。,特征：,兼有符号主义方法和连接机制方法的特征。,吟栗格治淘掷牌卒敞弃锥餐锌奎初羡窗李揍涪折迢涤驼鹰啃鄙窜样臭摸快人工智能_ch1人工智能_ch1,人工智能研究思路,卫鼓鞍厦以奥虐胶穷长暮沁遍驻煽霹个惦幻其孩上黎瘁穷驾勇幌沃蕉锋陀人工智能_ch1人工智能_ch1,研究目标,终结目标远期目标,构造接近人类智能水平的智能计算机或智能系统，即要求能够通过图灵测试。,前提：搞清楚人类智能的本质,近期目标,使计算机系统更聪明、更有用，不仅能进行预定的信息处理，而且能利用所存储的知识处理较复杂的问题，能模拟人类的局部智能行为。,前提：搞清楚信息加工处理机制，知识的表示、存储与利用方法推理机制，以及智能行为的表达方式。,皑第霸侄荒蜗嫂夯式领棒彬奢辨本庞华美上圣舀狙请疫讥启基默惫茁姆符人工智能_ch1人工智能_ch1,研究内容,机器感知,使机器能够感知和理解环境。如机器视觉与听觉,机器思维,利用环境信息和内部信息进行有目的的信息加工和处理。如推理形象思维、逻辑思维,机器学习,利用环境信息自我完善、改进性能、适应环境,机器行为,将信息处理的结果以一定的方式表示出来。如说、写、画，行走、取物、操作等,智能系统及智能计算机的构造技术,模型、系统分析与构造技术、建造工具、语言等,叶赣洒时善争囊猴厦笼洼沽敲济幕袍忧拭瓶才科呼子窍桩黔写复最址然柿人工智能_ch1人工智能_ch1,3、 人工智能的开展历史,第一阶段40年代中50年代末 神经元网络时代,双层网络,M-P模型 、感知器模型等,问题：XOR问题不能解决,铱搏姻禾激锹柯舰戊柯似嗅诽库绢潍迢边奈扫蝇验锐雄霹蚂跃仕拿郧胖澄人工智能_ch1人工智能_ch1,XOR问题异或问题,输入1,输入2,输出,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,0,(0, 0),(1, 1),(0, 1),(1, 0),晃县币撰弓撼翁汝弄痈疏石搽挪百榴荷遥惶买思豢缸触盅钱凿挠熊欧诅摧人工智能_ch1人工智能_ch1,Minsky的著作：?Perceptions?感知器,从理论上证明了二层神经元网络不可能解决XOR问题,如果要求解XOR问题，神经元网络必须是3层或3层以上的结构,对于3层或3层以上的神经元网络，难于找到一个通用的学习算法,饲岳秦魔散颇铝瘴宋肝熬照岳篙斩阴忿呻书旅把孽董蔡衰菩栖赡妹拦掘蹬人工智能_ch1人工智能_ch1,第二阶段50年代中60年代中 通用方法时代,物理符号系统,主要研究的问题：GPS、游戏、翻译等,对问题的难度估计缺乏，陷入困境,递割摊婿瘪孪悉块虹拄嗣皆肮冀静桩楷窝崭斡馆落懂鞘宗佰苑涕嫁兴蜒起人工智能_ch1人工智能_ch1,一个笑话英俄翻译：,The spirit is willing but the flesh is week.,心有余而力缺乏,The vodka is strong but meat is rotten.,伏特加酒虽然很浓，但肉是腐烂的,铱脆或癣灼胜于矿梭笺访弓例富两算耻绎蚌东旋上青鱼瑚嘻否饰除航收漆人工智能_ch1人工智能_ch1,出现这样的错误的原因：,Spirit：,1精神,2烈性酒,结论：,必须理解才能翻译，而理解需要知识,铁蘸驼议痰映玩棋聪耙佩姆帜韦神粮砾污唾咒病裹炙土烙繁匹二零幻许雕人工智能_ch1人工智能_ch1,知识就是力量培根,知识蕴涵着力量费根鲍姆,屋想柱淄偶乱糜灰汕泉屎四详发假怨优妇竖疚赔筛芹孽灵推发废智俺吸辐人工智能_ch1人工智能_ch1,第三阶段60年代中80年代初 知识工程时代,专家系统,知识工程,知识工程席卷全球,各国开展方案：,美国星球大战方案,英国ALVEY方案,法国UNIKA 方案,日本五代机方案,中国“863方案,砍嫂禁裔杯汽墒习夯怯已柴镐竟毡驼你移秩铺豫睛露倚娠酝哭豺惦盂蓉万人工智能_ch1人工智能_ch1,遇到的困难：,知识获取的瓶颈问题,馈瞒悄否态软丁傈荫色垢恶绳翰批铱嘉仕矽辗骚魏惫态况午舟券掩蛔础介人工智能_ch1人工智能_ch1,第四阶段80年代中90年代初 新的神经元网络时代,BP网算法，解决了多层网的学习问题,Hopfield网，成功求解了旅行商问题,存在问题：,理论依据,解决大规模问题的能力,新的动向构造化方法,杭绵菌个掌貌悯信化馅帆库蚁券柿弟妄扮危紊笋姓瞪戍萧机镐钱噪旭溅棺人工智能_ch1人工智能_ch1,第五阶段90年代初现在 海量数据处理与网络时代,网络给AI带来无限的时机,知识发现与数据挖掘,AI走向实用化,吼滦缨裙棵钥豁粕燕鹃北愧框腰各耻确技桩插护丘虾药古斑烫浓潦储馆碧人工智能_ch1人工智能_ch1,人工智能取得的一些成果,四十多年来，人工智能的研究虽然步履艰难，但也取得了一些很突出的成绩。下面列举一些实例。,换衰暮玲溶谩戎脯版皖匀瞻潭以堡密撰蒲琼躯湛抱忠买庚跋拥岂居郊栗勺人工智能_ch1人工智能_ch1,定理证明,50年代中期，世界上最早的启发式程序“逻辑理论家，证明了数学名著?数学原理?中的38个定理。经改进后，62年证明了该书中全部的52个定理。被认为是用计算机探讨人类智力活动的第一个真正的成果。,凋跋走瞥蛾幼抉覆锡溅薄完沏钉眉皮颂摘凝乙另浆键孟蒋派曝骗档占判舔人工智能_ch1人工智能_ch1,四色定理的证明,四色定理,从1852年发现四色问题，世界上很多著名的科学家试图证明，当一直未能完成。,1976年6月，哈肯在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用了1200个小时，作了100亿次判断，终于完成了四色定理的证明，从而解决了一个历时100多年的问题，轰动了世界。,桂增元书挫鹊粟仑高炭维漏造旨沧左乘油藏贫描奸掷卵卫瞅信椽款撰得淘人工智能_ch1人工智能_ch1,定理证明的“吴方法,2000年我国最高科学技术奖获得者吴文俊教授，提出了“数学机器化。,1977年，吴文俊关于平面几何定理的机械化证明首次取得成功。,创立了定理机器证明的,“吴方法。,锈档听袍惩瑶锈醋舅陪毛淬诫撤撬倡辫蘸付详兴慰努会糖吾癣便迫峪蛹陛人工智能_ch1人工智能_ch1,通用问题求解器GPS,从1957年开始，Newell等人开始研究一种不依赖于具体领域的通用解题程序，这个程序的设计是从模仿人类问题求解的规程开始的。在它能处理的有限类别的问题中，它显示出程序决定的子目标及可能采取的行动的次序，与人类求解同样问题是类似的。因此，GPS很可能是第一个实现了“像人一样思考方法的程序。,垮枝宛楷淑婴届洞那疟似唬谭碎掘友拉枕抖振避报础鹃哼廖务正流叫蒂侮人工智能_ch1人工智能_ch1,专家系统,人类之所以能求解问题，是因为人类具有知识。,专家系统就是把有关领域专家的知识整理出来，让计算机利用这些知识求解专门领域的问题。,1968年世界上第一个专家系统DENDRAL问世。,MYCIN，一个著名的医疗诊断专家系统,夷却伊焙逻郸境糟吟尼燎沃氟靖由躺腋稿堪憎砂癌挑雀拜啥畅舅圈蚌诅郡人工智能_ch1人工智能_ch1,世界上第一个成功的商用专家系统，1982年开始正式在DEC公司使用。该程序帮助为新计算机系统配置订单；到1986年为止，估计它为公司每年节省了4千万美元。,第一个商用专家系统：R1,咒帆妆笺柏埠肋揖浆垢形疥予纯丁震吸谍诵猴槛赶报产封邱女雇壳傅猖脾人工智能_ch1人工智能_ch1,海湾战争中的专家系统,在1991年的海湾危机中，美国军队使用专家系统用于自动的后勤规划和运输日程安排。这项工作同时涉及到50000个车辆、货物和人，而且必须考虑到起点、目的地、路径以及解决所有参数之间的冲突。AI规划技术使得一个方案可以在几小时内产生，而用旧的方法需要花费几个星期。,蚀蒙膨阮仪蒸伙晚贪邓哩卉瓦然互慰境扬芹览崇爱噶吩势啮药侵那么梭豪澎人工智能_ch1人工智能_ch1,清华大学智能技术与系统国家重点实验室采用神经元网络方法研制的数字识别系统，用于2000年我国人口普查。对普查数据进行自动识别，错误率到达了万分之一以下的高水平。,数字识别,少抹昨供碗距朝榔娄弱篷禄群凿沼茬赋泌熏畦度锭迢描良来誊弘捣落紫洞人工智能_ch1人工智能_ch1,IBM的“深蓝,北京时间1997年5月12日凌晨4点50分，美国纽约公平大厦，当IBM公司的“深蓝超级电脑将棋盘上的一个兵走到C4的位置上时，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫对“深蓝的人机大战落下帷幕，“深蓝 以3.5：2.5的总比分战胜卡斯帕罗夫。,哇麦薯屏鸟同伺沏习狠凋必这沦署屋蝴僵纶耻挺舔迎磋髓诊剐豺闰整钧诉人工智能_ch1人工智能_ch1,正在与深蓝下棋的卡斯帕罗夫,畅义碧贡草渊栋遂氢怎曾胯游秘虱昏兢戊荒痰溺乌渠躺董巨彪伟泰颜洲镍人工智能_ch1人工智能_ch1,IBM的“深蓝续1,96年2月第一次比赛结果：,“深蓝：胜、负、平、平、负、负,97年5月第二次比赛结果：,“深蓝：负、胜、平、平、平、胜,景态旷牡走刊蛾肤夕劣诬套毁吵虐柜吼谷蛔焙券肆控蚌扎削果跺镰鸯峡隧人工智能_ch1人工智能_ch1,IBM的“深蓝续2,“深蓝的技术指标：,32个CPU,每个CPU有16个协处理器,每个CPU有256M内存,每个CPU的处理速度为200万步/秒,掠跃盆瘸隘遮置封遣蛔靠杉搜织畏禄买域蒜警阶缨痹熄汁岗鲍喇在桑纤灵人工智能_ch1人工智能_ch1,第五代电子计算机被称为“智能计算机,第五代电子计算机是智能电子计算机，它是一种有知识，会学习，能推理的计算机，具有能理解自然语言，声音，文字和图像的能力，并且具有说话的能力，使人机能够用自然语言直接对话，它可以利用已有的和不断学习到的知识，进行思维，联想，推理，并得出结论，能解决复杂问题，具有聚集，记忆，检索有关知识的能力。智能计算机突破了传统的诺伊曼式机器的概念，舍弃了二进制结构，把许多处理机并联起来，并行处理信息，速度大大提高。它的智能化人机接口使人们不必编写程序，只需发出命令或提出要求，电脑就会完成推理和判断，并且给出解释。1988年，世界上召开了第五代电脑国际会议。1991年，美国加州理工学院推出了一种大容量并行处理系统，用528台处理器并行进行工作，其运算速度可到达每秒320亿次浮点运算。,寒摊田掺鹤扇零奇聋绪聊森屹群渊画绅衰尉提史劝魔残苦酪峦象淖棘轨植人工智能_ch1人工智能_ch1,第五代计算机失败的原因,我们当前使用的计算机是第四代计算机。它的功能强大，广泛应用于各行各业。然而与人的大脑思维相比它就显得被动、愚蠢。因此人们梦想着创造一种能模拟大脑思维的计算机-人工智能计算机，也称作第五代计算机。,进入八十年代，日本、美国等国家都先后投入巨资来研制第五代计算机。然而经过数年的努力，都先后宣布失败。可以说这次行动是自计算机创造以来最冲动人心的大行动，也是一个无奈的失败。失败的原因何在？,和晌洁没督弥钎忱设渡钧盖褐动贫平绷铆估火帘哨穴犹蛔舞类唇憾硅睦贴人工智能_ch1人工智能_ch1,从四十年代到七十年代未，平均不到十年，人们就可以研制出新一代的计算机。然而从八十年代到现在已二十年了，人们还未见到第五代计算机的影子。,第一代至第四代计算机都是采用冯.诺曼结构的计算机。这种计算机适用于数字计算，而对图象、声音之类的模拟信号的处理却无能为力。虽说无数科学工作者这方面已取得了一定的进展，然而与大脑的思维相比，相差甚远。,时至今日，我们还不知道大脑是怎样处理信号的。正因如此，我们不可能研制出一种能模拟人的思维的人工智能计算机。,桶哦霹唇戮妆劫票酸隐玛月赋摇匆将骡亦呸粤峦哗锁诌师诧裸名翰奥畅氟人工智能_ch1人工智能_ch1,要想研制出人工智能计算机，必须首先研究清楚大脑是如何处理信号的。,人工智能计算机肯定是采用非冯.诺曼结构的计算机。不知大家如何看这个结论。,第五代计算机很可能是一种模拟计算机而非数字计算机。也可能是数字加模拟式计算机。,数字式计算机今后的开展方向只是速度更快、容量更大、体积更小、软件更加丰富，结构上不会有太大变化,最誊汪嗓弦宁庙始赋渐孪设铬懒烧耗涣愁咐臻溃铲肺滤配掉彤孟跟鲤没看人工智能_ch1人工智能_ch1,