《人工智能及其应用》第章

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,文学志 南京信息工程大学计软学院 2010年2月,*,课程简介,关于人工智能,人工智能是研究计算机实现智能的原理以及建造智能计算机的学科。,目标和任务,“人工智能”是计算机科学理论基础研究的重要组成部分，是计算机类专业的专业课。本课程是关于人工智能的引导性课程，介绍人工智能的基本理论、方法和技术，目的是使学生了解和掌握人工智能的基本概念和方法，为今后的更高级课程的学习、为将来在人工智能领域的进一步研究工作和软件实践奠定良好的基础。,先修课程,计算机程序设计基础、离散数学。,文学志 南京信息工程大学计软学院 2010年2月,1.1 人工智能的定义与发展,1.2 人类智能与人工智能,1.3 人工智能各学派的认知观,1.4 人工智能的研究与应用领域,文学志 南京信息工程大学计软学院 2010年2月,1.1.1 人工智能的定义,定义1.1（智能机器（Intelligent machine）,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。,定义1.2（人工智能（学科）,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。,定义1.3（人工智能（能力）,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。,文学志 南京信息工程大学计软学院 2010年2月,1.1.2 人工智能的起源与发展（1）,孕育期,公元前900多年，我国歌舞机器人,公元前850多年，古希腊关于制造机器人帮助人们劳动的神话传说,古希腊伟大的哲学家亚里士多德创立的演绎法,德国数学和哲学家莱布尼茨奠定的数理逻辑基础,英国数学家图灵创立图灵机模型,美国数学家、电子数字计算机的先驱莫克利等人研制成功的世界上第一台通用电子计算机,此外,1943年，美国神经生理学家麦卡锡和皮茨一起研制出了世界上第一个人工神经网络模型，开创了以仿生学观点和结构化方法模拟人类智能的途径,1948年，美国著名数学家维纳创立了控制论，为以行为模拟观点研究人工智能奠定了理论和技术基础。,1950年，图灵又发表了题为计算机能思维吗？的著名论文，明确提出了“机器能思维”的观点。,文学志 南京信息工程大学计软学院 2010年2月,1.1.2 人工智能的起源与发展（2）,形成期（19561970年）,1956年夏季，达特茅斯（Dartmouth）大学数学家、计算机专家,麦卡锡,和他的3位朋友：哈佛大学数学家、神经学家明斯基，IBM公司信息中心负责人,洛切斯特,，贝尔实验室信息部数学研究员,香农,共同发起在达特茅斯大学举行了一个为期两个月的夏季学术研讨会（用机器模拟人类智能）,人工智能诞生,以人工智能为目标的3个研究小组,纽厄尔和西蒙的卡内基-兰德小组（心里学小组）,塞缪尔的IBM公司工程课题研究小组,明斯基和麦卡锡的MIT研究小组,3个小组取得的成就领域,定理证明、问题求解、博弈,文学志 南京信息工程大学计软学院 2010年2月,1.1.2 人工智能的起源与发展（3）,知识应用期（197120世纪80年代末，低潮期）,挫折和教训,博弈方面,：塞缪尔的下棋程序与世界冠军的战绩：5战4负,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连续函数时，推了10万步也没证出结果,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,机器翻译,：如，把“心有余而力不足”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“酒是好,的，肉变质了”，即英语句子为“The wine is good but the meat is spoiled”.,以人工智能为目标的3个研究小组,在神经生理学方面,，研究发现人脑由10,11,10,12,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。,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。,文学志 南京信息工程大学计软学院 2010年2月,1.1.2 人工智能的起源与发展（3）,以知识是为中心的研究（20世纪70年代至80年代）,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大转折。,1976年费根鲍姆领导研制成功的MYCIN专家系统可以协助内科医生诊断、治疗细菌感染疾病,文学志 南京信息工程大学计软学院 2010年2月,1.1.2 人工智能的起源与发展（4）,从学派分立走向综合（20世纪80年代末至本世纪初）,基于知识工程的符号主义学派,基于人工神经网络的联结主义学派,基于控制论的行为主义学派,文学志 南京信息工程大学计软学院 2010年2月,1.1.2 人工智能的起源与发展（5）,智能科学技术学科的兴起（本世纪初到现在）,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,协同智能,研究；,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,由多个不同学派的分立研究走向多学派的综合研究,由对个体、集中智能的研究走向对群体、分布智能的研究,集成智能：,自然智能与人工智能通过协调配合所集成的智能,协同智能：,个体智能相互协调所涌现的群体智能。,文学志 南京信息工程大学计软学院 2010年2月,1.1.2 人工智能的起源与发展（6）,人工智能在我国,1978年 开始设立人工智能的研究课题,主要在定理证明、汉语自然语言理解、机器人和专家系统方面取得一批 研究成果,文学志 南京信息工程大学计软学院 2010年2月,1.1.2 人,工,工智能的,起,起源与发,展,展（7）,人工智能,的,的目标,远期目标,制造智能,机,机器，即,能,能够在各,类,类环境中,自,自动地或,交,交互地执,行,行各种拟,人,人任务（anthropomorphictasks）的机,器,器。,近期目标,实现机器,智,智能，即,先,先部分地,或,或某种程,度,度地实现,机,机器的智,能,能,eg：1,）,）深蓝巨,型,型机&世,界,界象棋冠,军,军,2）自动,驾,驾驶汽车,文学志,南,南京,信,信息工程,大,大学计软,学,学院2010,年,年2月,1.2,人,人类智,能,能与人工,智,智能,文学志,南,南京,信,信息工程,大,大学计软,学,学院2010,年,年2月,符号处理,系,系统的六,种,种基本功,能,能,符号处理,系,系统,信息处理,系,系统又叫,符,符号操作,系,系统(Symbol OperationSystem)或,物,物理符号,系,系统(PhysicalSymbol System)。所,谓,谓符号就,是,是模式(pattern),。,。,符号操作,系,系统任务,及,及功能：辨认相,同,同的符号,和,和区别不,同,同的符号,6种基本,功,功能,(1)输,入,入符号(input)；,(2)输,出,出符号(output);,(3)存,储,储符号(store);,(4)复,制,制符号(copy);,(5)建,立,立符号结,构,构：通过,找,找出各符,号,号间的关,系,系，在符,号,号系统中,形,形成符号,结,结构；,(6)条,件,件性迁移(conditionaltransfer):根,据,据已有符,号,号，继续,完,完成活动,过,过程。,1.2.1 智,能,能信息处,理,理系统的,假,假设,文学志,南,南京,信,信息工程,大,大学计软,学,学院2010,年,年2月,物理符号,系,系统的假,设,设,任何一个,系,系统，如,果,果它能表,现,现出智能,，,，那么它,就,就必定能,够,够执行上,述,述6种功,能,能。反之,，,，任何系,统,统如果具,有,有这6种,功,功能，那,么,么它就能,够,够表现出,智,智能；这,种,种智能指,的,的是人类,所,所具有的,那,那种智能,。,。把这个,假,假设称为物理符号,系,系统的假,设,设。,物理符号,系,系统3个,推,推论,推论一,既然人具,有,有智能，,那,那么他(,她,她)就一,定,定是个物,理,理符号系,统,统。,人之所以,能,能够表现,出,出智能，,就,就是基于,他,他的信息,处,处理过程,。,。,推论二,既然计算,机,机是一个,物,物理符号,系,系统，它,就,就一定能,够,够表现出,智,智能。这,是,是人工智,能,能的基本,条,条件。,推论三,既然人是,一,一个物理,符,符号系统,，,，计算机,也,也是一个,物,物理符号,系,系统，那,么,么就能够,用,用计算机,来,来模拟人,的,的活动。,1.2.1 智,能,能信息处,理,理系统的,假,假设,文学志,南,南京,信,信息工程,大,大学计软,学,学院2010,年,年2月,人类的认,知,知行为具,有,有不同的,层,层次,认知生理,学,学,研究认知,行,行为的生,理,理过程，,主,主要研究,人,人的神经,系,系统（神,经,经元、中,枢,枢神经系,统,统和大脑,）,）的活动,，,，是认知,科,科学研究,的,的底层。,认知心理,学,学,研究认知,行,行为的心,理,理活动，,主,主要研究,人,人的思维,策,策略，是,认,认知科学,研,研究的顶,层,层。,认知信息,学,学,研究人的,认,认知行为,在,在人体内,的,的初级信,息,息处理，,主,主要研究,人,人的认知,行,行为如何,通,通过,初级信息,自,自然处理,，,，由生理,活,活动变为,心,心理活动,及,及其逆过,程,程，即由,心,心理活动,变,变为生理,行,行为。这,是,是认知活,动,动的中间,层,层，承上,启,启下。,认知工程,学,学,研究认知,行,行为的信,息,息加工处,理,理，主要,研,研究如何,通,通过以计,算,算机为中,心,心的人工,信,信息,处理系统,，,，对人的,各,各种认知,行,行为（如,知,知觉、思,维,维、记忆,、,、语言、,学,学习、理,解,解、推,理、识别,等,等）进行,信,信息处理,。,。这是研,究,究认知科,学,学和认知,行,行为的工,具,具，应成,为,为现代认,知,知心理学,和,和现代认,知,知生理学,的,的重要研,究,究手段。,1.2.1 智,能,能信息处,理,理系统的,假,假设,文学志,南,南京,信,信息工程,大,大学计软,学,学院2010,年,年2月,人类智能,的,的计算机,模,模拟,机器智能,可,可以模拟,人,人类智能,物理符号,系,系统假设,的,的推论一,告,告诉人们,，,，人有智,能,能，所以,他,他是一个,物,物理符号,系,系,统；推论,三,三指出，,可,可以编写,出,出计算机,程,程序去模,拟,拟人类的,思,思维活动,。,。这就是,说,说，,人和计算,机,机这两个,物,物理符号,系,系统所使,用,用的物理,符,符号是相,同,同的，因,而,而计算机,可,可以,模拟人类,的,的智能活,动,动过程。,智能计算,机,机的功能,如下棋、,证,证明定理,、,、翻译语,言,言文字和,解,解决难题,等,等。神经,计,计算机(neural,computer)能够以,类,类似人类,的,的方式进,行,行“思考,”,”，它力,图,图重建人,脑,脑的形象,。,。一些,国家对量,子,子计算机,的,的研究也,已,已起步，,希,希望通过,对,对量子计,算,算(quantum,computing)的研,究,究，产生,量,量子计算,机,机。,量子计算,机,机：由理乍得,费,费曼提出，是,一,一类遵循量子力学规律进行,高,高速数学,和,和逻辑运算、存储及,处,处理量子信息的物理装,置,置。当某,个,个装置处,理,理和计算,的,的是量子,信,信息，运,行,行的是量,子,子算法时,，,，它就是,量,量子计算,机,机。量