人工智能人工智能简介.ppt

人工智能及其应用ArtificialIntelligenceandItsApplication姜云飞中山大学计算机软件研究所吉林大学珠海学院计算机系jiangyf200608 任课教师 姜云飞1978 1997吉林大学计算机科学系硕士研究生 讲师 副教授教授 计算机科学系副主任 计算机研究所副所长博士导师 期间曾到上海外国语大学 英国Ulster大学 美国新泽西理工学院 NJIT 学习 1997 中山大学信息科学与技术学院教授 博士导师信息科学与技术学院院长2005 吉林大学珠海学院计算机科学与技术系主任主要研究领域 人工智能 知识工程 智能诊断 智能规划个人爱好 readingEnglish basketball handwriting 我的教学理念 和学生做朋友把教学当乐趣 寓教于乐 教学相长 把学习当成乐趣 改变中国传统的关于学习的观点 课堂上多题问题 多参加讨论 希望同学们能通过这一课程有所收获 有所感悟 WhatYouMakeofYourLifeIsUptoYouEverypersoncreateshisorherownreality Authorshipofyourlifeisoneofyourabsoluterights yetsooftenpeopledenythattheyhavetheabilitytoscriptthelifetheydesire Theylookpastthefundamentaltruththatitisnotourexternalresourcesthatdetermineoursuccessorfailure butratherourownbeliefinourselvesandourwillingnesstocreatealifeaccordingtoourhighestaspirations 教材 人工智能清华大学计算机学院马少平 朱小燕编著1 掌握精华 掌握本质 集合自己实际情况 融会贯通2 学习好的 有余力的学生 可以其他书籍 3 因为课堂不能全讲 一般学生需要自行阅读 4 如果对掌握课程内容有困难 课堂须全部出席 然后认真阅读power point内容 1 什么是人工智能 WhatisArtificialIntelligence 2 人工智能的发展历史ThehistoryofArtificialIntelligence 3 人工智能的研究领域 ThefieldsofArtificialIntelligence 4 人工智能的应用TheApplicationsofArtificialIntelligence 5 人工智能在中国ArtificialIntelligenceinChina6 我们的研究工作OurResearchworksinAI7 人工智能对人类的挑战ChallengeofAItoMankind 1 什么是人工智能 WhatisArtificialIntelligence 1 1什么是智能 WhatisIntelligence Intelligenceisthecomputationalpartoftheabilitytoachievegoalsintheworld Varyingkindsanddegreesofintelligenceoccurinpeople manyanimalsandsomemachines McCarthy 人类的主要行为 计算 分析 推理 综合 决策 诊断 游戏 学习 谈话推理是一种其核心作用的智能行为 推理比计算更复杂 1 2WhatisArtificialIntelligence Itisthescienceandengineeringofmakingintelligentmachines especiallyintelligentcomputerprograms Itisrelatedtothesimilartaskofusingcomputerstounderstandhumanintelligence butAIdoesnothavetoconfineitselftomethodsthatarebiologicallyobservable McCarthy 人工智能即包含理论研究的内容又包含工程方面的内容 人工智能的研究注意智能系统的效果而不是单纯的对人的智能行为的模拟 人们看到鸟在天空中飞翔 想到要造能飞行的机器 但现在的飞机使用的空气动力学原理与鸟的飞行道理有很大的不同 同样实现了在天上飞的梦想 而且飞的更快 更高 更远 人工智能并不是一个只是在高楼深院里才能研究的科学 它能使计算机系统的性能得到明显提高 1 3图灵测试TuringTestAlanTuring s1950articleComputingMachineryandIntelligence Tur50 discussedconditionsforconsideringamachinetobeintelligent Hearguedthatifthemachinecouldsuccessfullypretendtobehumantoaknowledgeableobserverthenyoucertainlyshouldconsideritintelligent TheTuringtest http www abelard org turpap turpap htm AlanTuring 1950 ComputingMachineryandIntelligence amachinemaybedeemedintelligent ifitcanactinsuchamannerthatahumancannotdistinguishthemachinefromanotherhumanmerelybyaskingquestionsviaamechanicallink 2 人工智能的发展历史ThehistoryofArtificialIntelligence AIisnearlyasoldascomputing TheGestationofArtificialIntelligence 1943 1956 人工智能发展的初期WarranMcCullochandWalterPittsModelofArtificialNeuronsAlanTuringchessprogram 1953 MarvinMinskeyandDeanEdmond SNARC 1951 Thefirstneuralnetworkcomputer3000vacuums Minskey sPh D committeewasskepticalwhetherthiskindofworkshouldbeconsideredmathematicsbutvonNeumann Ifitisn tnow itwillbesomeday Dardmouthconferencr 1956 JohnMcCarthyMinskey Shannon Samuel IBM Solomonof Selfridge MIT 10attendeesAlenNewellandHerbertSimon CarnegieTech LogicTheoristprovemostofthetheoremsinChapter2ofRussell sprincipiaMathematicaRejectedbytheeditorofJournalofSymboliclogic Earlyenthusiasm greatexpectation 1952 1969 早期的繁荣和大胆的预测TheearlyyearsofAIwerefullofsuccess NewellandSimon sGPS GenaralproblemSolver ArthurSamuel sChecker TV Feb 1956 SlagleintegrationsystemSAINT undergraduate slevelINTexpertslevel Robinson 1956 resolutionprinciplemachinetranslation 80 AseriesofvictoriesleadtoOptimisticestimateItisnotmyaimtosurpriseorshockyou butsimplestwaycansummarizeistosaythattherearenowintheworldthatthink thatlearn thatcreate Adoseofreality 1966 1972 现实的药方noprogressofMinskey sCheckerMachinetranslation 20 difficultThespiritiswillingbutthefreshisweakThevodkaiswillingbutthefreshisrottenunderstand searchwithoutguide Knowledge Knowledge basedsystem Thekeytopower 1969 1979Knowledgeispower FeigenbaumDENDRAL MYCIN ProspectRutgersUniversityAmarelprojectcomputerinbiomedicineRogerSchankatYale Thereisnosuchthingassyntax allneededareunderstanding AIbecomesanindustry 1980 1988 Thefirstsuccessfulcommercialexpertsystem R1 DEC McDermott 40millionayear 1986 1988 100inuse 500indevelopmentfromafewmillionin1980to 2billionin1988IBM sbluedefeatedtheKaspalovinChess 3 人工智能的研究领域 ThefieldsofArtificialIntelligence 3 1定理证明和计算机自动推理AlenNewellandHerbertSimon CarnegieTech LogicTheorist吴文俊方法 3 2机器学习学习是少数高级生物具有的高级智能行为机器学习是人造系统有了自我完善能力以前的机械系统 无论它有多么复杂巧妙 他都只能以程序化的方式进行固定的操作 其能力和水平不会有任何的改进 而具有学习能力的计算机系统 其以后的水平如何 连设计者都难以预料 机器学习加快了学习的进程机器学习的延续性机器学习的快速传播性 3 3自然语言理解似乎很简单但实质上是非常困难的问题日常的语言交流包含着很复杂的编码和解码过程与人们的知识与推理能力有密切的关系与某些人谈话很费力 但与思维敏捷的人谈话只要几句话甚至几个字就可以了 3 4专家系统3 5机器人3 6神经网3 7遗传算法3 8智能规划3 9诊断3 10智能代理 专家系统专家系统是人工智能中应用最广泛的领域专家系统是依赖于知识的人工智能系统知识就是力量最早的专家系统DENDRAL Lindsay 1980 standforduniversity 根据化学分子式和光谱结构信息推断有机分子的结构 应用在全世界的化学和药学实验中 MYCIN BuchananandShortliff 1984 奠定了当代专家系统方法的基础 诊断脊髓脑膜炎和血液传染病 并开医疗处方 PROSPECT 专家系统存在的问题 1 缺乏问题的结构知识 2 缺乏鲁棒性和灵活性3 不能对诊断提供解释4 专家知识需要积累过程5 自我获取知识能力差 4 人工智能的应用TheApplicationsofArtificialIntelligence4 1知识发现和数据挖掘TheknowledgediscoveryanddataminingBACONsystem4 2嵌入式智能系统Embededintelligencesystem只要是在一般的应用系统中嵌入一点小的智能系统 就会使系统的功能得到很大的提高 例如 智能汉字输入语音输入自动翻译手写识别和输入人脸识别 气味识别 4 3智能规划的应用人工智能是计算机研究中应用性很强的一个领域 例如 在工厂作业调度规划问题中 Jobshopscheduling 就是要考虑在有限的加工资源 车床 刨床 钻床 的情况下 根据已知的工件的加工顺序要求对整个车间的生产作出安排 使得加工完所有工件所需的时间尽可能的少 每台机床的等待时间尽可能的短 另一个典型的工厂作业调度规划问题是考虑在有限辆的货运汽车的前提下 在不同的地点之间运送货物 规划的输出是一张车辆运转计划表 使得汽车尽可能地满载运输 空车运行情况尽可能地少 车辆闲置的情况尽可能地少 这当然也会给运输公司带来可观的效益 除了在现代化的工厂里有大量人工智能应用外 人工智能的另一个重要应用领域是宇宙航行 这方面应用的一个具体例子是哈勃空间望远镜 HST HubbleSpaceTelescope 的修复 在修复过程中 地面人员不断得到关于HST能作什么 不能作什么的最新信息 然后对修复工作作出规划 从而使HST恢复了正常观测能力 4 正因为智能规划有如此广泛的应用 所以人工智能专家McDermott指出 智能规划调度问题大量地出现在工业领域 规划质量的改进 哪怕是一点小小的改进 都会节约大量的时间 带来上百万美元的效益 5 4 5智能规划在机器人学领域中的应用 智能规划在机器人学领域中有广泛的应用 下面的一段分类是引自机器人学领域 1 传感器与感知系统2 驱动 建模与控制3 自动规划与调度环境模型的描述 控制知识的表示 路径规划 任务规划非结构环境下的规划 含有不确定性时的规划协调操作 运动 规划 装配规划 基于传感信息的规划任务协商与调度 制造 加工 系统中机器人的调度 4 6Brooks 1995 TheartificialIntelligencewithoutintelligence除船面铁锈的机器人 5 人工智能在中国ArtificialIntelligenceinChina王湘浩教授 中国科学院院士IJCAIandCJCAI 1980 吴文俊院士 吴方法和artificialintelligence陆汝谦院士 张景中院士 张钹院士 李未院士 6 我们的研究工作OurResearchworksinAI智能规划 基于模型的诊断IntelligentPlanningModel basedDiagnosis 6 1智能规划在航空航天上的应用为说明智能规划在航空航天上的应用 我引用一篇 宇航学报 上的文章 文章的题目是 航天器自主运行技术的进展 这是宇航专业的文章 可是它大部分讲的是计算机技术 特别是智能规划技术和基于模型诊断技术 文献 9 的摘要如下摘要 阐述了航天器自主运行的概念 目标和任务 对自主运行和传统测控方式进行了比较 最后重点介绍了航天器自主运行技术的进展情况 文章分4个部分介绍自主运行技术 首先介绍了2种自主运行体系结构 它们是自主运行各种功能集成的基础 第2部分介绍了2种智能规划与调度技术 第3部分介绍了基于模型的故障诊断与系统重构技术 第4部分介绍了有效载荷数据自主处理的进展情况 最后进行了总结并介绍了与自主运行相关的其他技术 关键词 航天器 自主智能控制 智能规划与调度 故障诊断 数据处理中图分类号 V423文献标识码 A文章编号 1000 1328 2003 01 0017 06 6 2智能规划的研究课题智能规划和调度 时间表问题研究 在规划中使用领域知识提高效率 在规划中使用机器学习技术 在网络信息集成中使用智能规划技术 规划的识别 规划的产生 执行与监视 在规划问题中引进不确定性 时态规划基于模型检测的规划 6 3我们在智能规划领域的研究工作在规划识别上做了一些研究工作 提出了规划图的概念 把规划的识别问题转换成规划图中的搜索问题 提高了规划识别的效率 研究了在网络信息集成领域使用智能规划的方法 使用领域约束提高规划求解的效率 1 姜云飞 马宁 一种基于规划知识图的规划识别算法 软件学报 Vol 13 No 4 2002年4月 686 692 2 杜剑峰 姜云飞 网络集成信息的研究 计算机科学 第29券第5期 2002年5月 36 40 3 姜云飞 林笠 用对分HS 树计算最小碰集 软件学报 Vol 13 No 12 2002年12月 2267 2274 4 丁德路 姜云飞 智能规划及其应用的研究 计算机科学 第29券第2期 2002年2月 100 103 5 姜云飞 马宁 基于限定的规划识别问题求解 计算机学报 第25券第12期 2002年12月 1411 1416 6 李天际 姜云飞 图规划及其扩展的分析和研究 计算机科学 第28卷第7期 2001年7月 69 72 7 陈海广 李磊 姜云飞 基于逻辑模型的电话网动态选路方法 计算机研究与发展 2000年第37卷 912 917 8 陈荣 姜云飞 拓展溯因逻辑程序设计的辩论理论基础 计算机学报 第23卷第6期 2000年6月 561 569 9 陈荣 姜云飞 含约束的基于模型的诊断系统 计算机学报 第24卷第2期 2001年2月 127 135 10 陈荣 姜云飞 一种新的辩论推理模式极其应用 计算机学报 第24卷第2期 2001年2月 120 126 11 姜云飞 李占山 基于模型诊断的元件替换与替换测试 计算机学报 第24卷第6期 2001年6月 666 672 12 李天际 姜云飞 图规划及其扩展的分析和研究 计算机科学 第28卷第7期 2001年7月 69 72 13 LinliandYunfeiJIANG TheconstructionofanInsert AbleNear HuffmanTree ComputerScienceandTechnologyinNewCentury VolumeII Oct2001 694 696 InternationalAcademicPublishersWorldpublishingCorporation 14 姜云飞 马宁 一种基于规划知识图的规划识别算法 软件学报 Vol 13 No 4 2002年4月 686 692 7 人工智能对人类的挑战Q HowfarisAIfromreachinghuman levelintelligence Whenwillithappen A Afewpeoplethinkthathuman levelintelligencecanbeachievedbywritinglargenumbersofprogramsofthekindpeoplearenowwritingandassemblingvastknowledgebasesoffactsinthelanguagesnowusedforexpressingknowledge However mostAIresearchersbelievethatnewfundamentalideasarerequired andthereforeitcannotbepredictedwhenhumanlevelintelligencewillbeachieved 科学幻想小说的宣传机器人种族是否能统治人类 IsaRaceofRobotsPossible DavidWoodburyFromTheWorldofRobots人脑的能力 1010neutrons acomputer4millionbytes 4 106人脑的神奇的修复作用和再生能力 Oneexpertpointedout acomputerwithasthebrainhasneuronswouldtheEmpireStateBuildingtocontainitandNiagaraFallstopowerit Transistorsmayreducethesupergianttothesizeofahouseandhispowerrequirementtoafewhundredkilowatts yetthehumanbrainwillfitintoacerealabowland25wattsofpower 人工智能的应用例子AIandAgriculture8 1农业专家系统8 2农用机器人农用机器人比工业机器人要求更高农用机器人 变化的外部环境 温度 光照 风力行走 感知与分析能力 智能更强 柔性处理能力 见word文件 RobotsBuilttoMakeFamingEasier MoreproductiveRobinWall FromTheChristianScienceMonitor 1993Toassembletheagriculturealrobot Milesandseveralgraduatestudentbeganwithwhatlooksliketheskeletonofalargeutilitytrailer Theeyeoftherobotarecameras Acomputer Asensor Arms weigh barcode harvestdate Theprototype 75 000 Agriculturerobotcouldcostlessthan 2000inthenextdecades Miles 谢谢大家 欢迎批评指正