簡(jiǎn)介:人工智能基礎(chǔ),北京理工大學(xué)軟件學(xué)院,,主講教師胡晶晶(軟件學(xué)院)E_MAILHUJINGJINGBITEDUCN參考教材人工智能原理與方法作者王永慶(西安交通大學(xué)出版社)人工智能及其應(yīng)用作者蔡自興徐光祐(清華大學(xué)出版社),2,第1章緒論,緒論,4,人工智能(ARTIFICIALINTELLIGENCE,AI)是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的一門前沿學(xué)科。人工智能是在計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)心理學(xué)、哲學(xué)等多種學(xué)科研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。工業(yè)革命主要是延長(zhǎng)了人手的功能,把人類從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來,而人工智能延伸了人腦的功能,實(shí)現(xiàn)腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化。,5,20世紀(jì)40位圖靈獎(jiǎng)獲得者中有6名人工智能學(xué)者,可見人工智能學(xué)科影響之深遠(yuǎn)。1969年馬文明斯基1971年約翰麥卡錫1975年赫伯特西蒙和艾倫紐厄爾1994年愛德華費(fèi)根鮑姆和勞伊雷迪,6,人工智能前景誘人,同時(shí)也任重而道遠(yuǎn)。本章作為概述,主要介紹,人工智能的定義人工智能的產(chǎn)生和發(fā)展人工智能技術(shù)特點(diǎn)人工智能學(xué)派人工智能在中國,11人工智能定義,7,第一,人工智能和其他許多新興學(xué)科一樣,至今尚無一個(gè)統(tǒng)一的定義,所謂人工智能的定義,只能是人工智能學(xué)者根據(jù)對(duì)它的已有認(rèn)識(shí)所作的一些不同解釋。,第二,人工智能的定義依賴于智能的定義。因此,要定義人工智能,首先應(yīng)該定義智能。,8,通俗地說,智能是一種認(rèn)識(shí)客觀事物和運(yùn)用知識(shí)解決問題的綜合能力。至于其確切定義,還有待于對(duì)人腦奧秘的徹底揭示。,一什么是智能,9,1認(rèn)識(shí)智能的不同觀點(diǎn),人類在認(rèn)識(shí)智能的過程中提出了許多不同的觀點(diǎn),其中最具有代表性的觀點(diǎn)有三種。,①智能來源于思維活動(dòng)思維理論。②智能取決于可運(yùn)用的知識(shí)知識(shí)閾值理論。③智能可由逐步進(jìn)化來實(shí)現(xiàn)進(jìn)化理論。,10,人類的智能總體上可分為高、中、低三個(gè)層次,不同層次智能的活動(dòng)由不同的神經(jīng)系統(tǒng)來完成。,思維理論和知識(shí)閾值理論對(duì)應(yīng)于高層智能,而進(jìn)化理論則對(duì)應(yīng)于中層智能和低層智能。,2智能的層次結(jié)構(gòu),高層智能以大腦皮層為主,主要完成記憶和思維等活動(dòng);中層智能以丘腦為主,主要完成感知活動(dòng);低層智能以小腦、脊髓為主,主要完成動(dòng)作反應(yīng)。,11,智能是一種綜合能力。具體地說,它包含的各種能力如下,①智能具有感知能力②智能具有記憶與思維能力③智能具有學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力④智能具有行為能力,3智能所包含的能力,12,綜合各種不同的人工智能觀點(diǎn),可以從“能力”和“學(xué)科”兩個(gè)方面對(duì)人工智能進(jìn)行定義。,從能力的角度來看,人工智能是相對(duì)于人的自然智能而言的,所謂人工智能是指用人工的方法在機(jī)器(計(jì)算機(jī))上實(shí)現(xiàn)的智能;從學(xué)科的角度來看,人工智能是作為一個(gè)學(xué)科名稱來使用的,所謂人工智能是一門研究如何構(gòu)造智能機(jī)器或智能系統(tǒng),使它能模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的學(xué)科。,二什么是人工智能,13,圖靈測(cè)試,如何衡量機(jī)器是否具有智能,14,12人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展,孕育期形成期知識(shí)應(yīng)用期綜合集成期,人工智能的誕生1956年JOHNMCCARTHY19272011發(fā)展階段,15,機(jī)器學(xué)習(xí)主要研究如何使計(jì)算機(jī)能夠模擬或?qū)崿F(xiàn)人類的學(xué)習(xí)功能。,一人工智能的研究和應(yīng)用領(lǐng)域,1機(jī)器學(xué)習(xí),自然語言理解(NATURALLANGUAGEPROCESSING)主要研究如何使計(jì)算機(jī)能夠理解和生成自然語言。,2自然語言理解,16,專家系統(tǒng)(EXPERTSYSTEM,簡(jiǎn)稱ES)是一種基于知識(shí)的智能系統(tǒng),它將領(lǐng)域?qū)<业慕?jīng)驗(yàn)用知識(shí)表示方法表示出來,并放入知識(shí)庫中,供推理機(jī)使用。,3專家系統(tǒng),所謂模式識(shí)別就是使計(jì)算機(jī)能夠?qū)o定的事物進(jìn)行鑒別,并把它歸入與其相同或相似的模式中。,4模式識(shí)別,17,計(jì)算機(jī)視覺(COMPUTERVISION)的主要研究目標(biāo)是使計(jì)算機(jī)具有通過二維圖像認(rèn)知三維環(huán)境信息的能力。,5計(jì)算機(jī)視覺,機(jī)器人(ROBOTS)是一種可再編程的多功能操作裝置。機(jī)器人學(xué)是一種綜合性技術(shù)學(xué)科,人工智能的所有技術(shù)幾乎都可以在這個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。,6機(jī)器人學(xué),18,博弈(GAMEPLAYING)是一個(gè)有關(guān)對(duì)策和斗智問題的研究領(lǐng)域。,7博弈,自動(dòng)定理證明(AUTOMATICTHEOREMPROVING)就是讓計(jì)算機(jī)模擬人類證明定理的方法,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)象人類證明定理那樣的非數(shù)值符號(hào)演算過程。,8自動(dòng)定理證明,19,自動(dòng)程序設(shè)計(jì)(AUTOMATICPROGRAMMING)是一種讓計(jì)算機(jī)把用高級(jí)形式語言或自然語言描述的程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行程序的技術(shù)。,9自動(dòng)程序設(shè)計(jì),智能控制(INTELLIGENTCONTROL)是指那種無需(或需要盡可能少的)人的干預(yù)就能獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制。,10智能控制,20,智能決策支持系統(tǒng)(INTELLIGENTDECISIONSUPPORTSYSTEM)是指那種在傳統(tǒng)決策支持系統(tǒng)中增加了相應(yīng)的智能部件的決策支持系統(tǒng)。,11智能決策支持系統(tǒng),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ARTIFICIALNEURALNETWORK,簡(jiǎn)稱ANN)是一個(gè)用大量的簡(jiǎn)單處理單元經(jīng)廣泛并行互連所構(gòu)成的人工網(wǎng)絡(luò),用于模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。,12人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),21,知識(shí)發(fā)現(xiàn)(KNOWLEDGEDISCOVERYINDATABASE)和數(shù)據(jù)挖掘(DATAMINING)是在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的一種知識(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)。,13知識(shí)發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘,分布式人工智能(DISTRIBUTEDARTIFICIALINTELLIGENCE,簡(jiǎn)稱DAI)主要研究在邏輯或物理上分散的智能系統(tǒng)之間如何相互協(xié)調(diào)各自的智能行為,實(shí)現(xiàn)問題的并行求解。,14分布式人工智能,22,二人工智能的基本研究?jī)?nèi)容,1認(rèn)知建模,所謂認(rèn)知可一般地認(rèn)為是和情感、動(dòng)機(jī)、意志相對(duì)應(yīng)的理智或認(rèn)識(shí)過程,或者說是為了一定目的,在一定的心理結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的信息加工過程。,23,所謂機(jī)器感知,就是要讓計(jì)算機(jī)具有類似于人的感知能力,如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺。,2機(jī)器感知,3機(jī)器思維,所謂機(jī)器思維,就是讓計(jì)算機(jī)能夠?qū)Ω兄降耐饨缧畔⒑妥约寒a(chǎn)生的內(nèi)部信息進(jìn)行思維性加工。,24,所謂機(jī)器學(xué)習(xí)就是讓計(jì)算機(jī)能夠像人那樣自動(dòng)地獲取新知識(shí),并在實(shí)踐中不斷地完善自我和增強(qiáng)能力。,4機(jī)器學(xué)習(xí),5機(jī)器行為,所謂機(jī)器行為就是讓計(jì)算機(jī)能夠具有像人那樣的行動(dòng)和表達(dá)能力,如走、跑、拿、說、唱、寫、畫等,25,無論是人工智能的近期目標(biāo)還是遠(yuǎn)期目標(biāo),都需要建立智能系統(tǒng)或構(gòu)造智能機(jī)器,因此需要開展對(duì)系統(tǒng)模型、構(gòu)造技術(shù)、構(gòu)造工具及語言環(huán)境等方面的研究。,,6智能系統(tǒng)與智能計(jì)算機(jī),26,13人工智能的特點(diǎn),知識(shí)是一切智能系統(tǒng)的基礎(chǔ),任何智能系統(tǒng)的活動(dòng)過程都是一個(gè)獲取知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的過程,而要獲取和運(yùn)用知識(shí),首先應(yīng)該能夠?qū)χR(shí)進(jìn)行表示。所謂知識(shí)表示就是用某種約定的方式對(duì)知識(shí)進(jìn)行的描述。,1重視知識(shí),27,所謂推理就是根據(jù)已有知識(shí)運(yùn)用某種策略推出新知識(shí)的過程。,2重視推理,所謂啟發(fā)式搜索是指能夠利用搜索中獲得的問題本身的一些特性信息(亦稱啟發(fā)信息)來指導(dǎo)搜索過程,使搜索朝著最有希望的方向前進(jìn)。,3采用啟發(fā)式(HEURISTICS)搜索,28,所謂數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是指在系統(tǒng)處理的每一步,當(dāng)考慮下一步該做什么時(shí),需要根據(jù)此前所掌握的數(shù)據(jù)內(nèi)容(亦稱事實(shí))來決定。,4采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)(DATADRIVEN)方式,人工智能語言是一類適應(yīng)于人工智能和知識(shí)工程領(lǐng)域的、具有符號(hào)處理和邏輯推理能力的計(jì)算機(jī)程序語言。,5用人工智能語言建造系統(tǒng),29,符號(hào)主義聯(lián)結(jié)主義行為主義,14人工智能研究的學(xué)派,人工智能的三大學(xué)派,30,符號(hào)主義,符號(hào)主義(SYMBOLICISM),又稱邏輯主義(LOGICISM)、心理學(xué)派(PSYYCHLOGISM)或計(jì)算機(jī)學(xué)派(COMPUTERISM),是基于物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)和有限合理性原理的人工智能學(xué)派。符號(hào)主義認(rèn)為人工智能起源于數(shù)理邏輯,人類認(rèn)知(智能)的基本元素是符號(hào)(SYMBOL),認(rèn)知過程是符號(hào)表示上的一種運(yùn)算。,31,聯(lián)結(jié)主義認(rèn)為思維的基元是神經(jīng)元,而不是符號(hào);思維過程是神經(jīng)元的聯(lián)結(jié)活動(dòng)過程,而不是符號(hào)運(yùn)算過程;反對(duì)符號(hào)主義關(guān)于物理符號(hào)系統(tǒng)的假設(shè),認(rèn)為人腦不同于電腦;提出用聯(lián)結(jié)主義的人腦工作模式取代符號(hào)主義的電腦工作模式。,2.聯(lián)結(jié)主義,32,行為主義(ACTIONISM),又稱進(jìn)化主義(EVOLUTIONISM)或控制論學(xué)派(CYBERNETICSISM),是基于控制論和“感知?jiǎng)幼鳌毙涂刂葡到y(tǒng)的人工智能學(xué)派。行為主義認(rèn)為人工智能起源于控制論,提出智能取決于感知和行為,取決于對(duì)外界復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng),而不是表示和推理。,3行為主義,33,符號(hào)主義是從功能上模擬人類智能;聯(lián)結(jié)主義是從結(jié)構(gòu)上模擬人類智能;行為主義則是從行為上模擬人類的智能。,34,15人工智能在中國,中國學(xué)者對(duì)人工智能的研究超過40年代表性的工作符號(hào)智能計(jì)算智能智能科學(xué)其他代表性的工作,35,一符號(hào)智能,自動(dòng)推理與自動(dòng)幾何定理證明數(shù)學(xué)定理證明初等平面幾何定理機(jī)械證明(吳方法)常識(shí)知識(shí)和大規(guī)模知識(shí)處理常識(shí)性知識(shí)的實(shí)用研究中國國家知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃“CNKI”,36,二計(jì)算智能,,計(jì)算智能是仿照自然法則構(gòu)造的計(jì)算計(jì)算智能的范疇模糊計(jì)算(模仿人類處理問題的方式)神經(jīng)計(jì)算(依照生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作規(guī)則)進(jìn)化計(jì)算(模仿生物界的“優(yōu)勝劣”汰法則)粗集和粒度計(jì)算(含熵空間理論),37,三智能科學(xué),交叉學(xué)科腦科學(xué)認(rèn)知科學(xué)神經(jīng)科學(xué)心理學(xué)分子生物生物物理數(shù)學(xué)和物理科學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息科學(xué),38,四其他代表性工作,不確定性人工智能隨機(jī)性和模糊性云模型機(jī)器學(xué)習(xí)語音識(shí)別人臉識(shí)別醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析游戲,39,四其他代表性工作(二),非規(guī)范知識(shí)處理知識(shí)的不完整性(內(nèi)容不完整和知識(shí)結(jié)構(gòu)不完整)知識(shí)的不確定性(模糊知識(shí),不確定、隨機(jī)和不精確知識(shí))知識(shí)的不協(xié)調(diào)性(含矛盾、帶噪聲、含冗余)知識(shí)的非恒常性(時(shí)變知識(shí)和啟發(fā)式知識(shí))機(jī)器學(xué)習(xí)交叉研究成果計(jì)算機(jī)輔助藝術(shù)和動(dòng)畫軟件天鵝基于知識(shí)的軟件工程數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能,40,謝謝,
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