人工智能第一部分

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1、1,人工智能,武汉理工大学计算机学院 魏志华,2,参考书目： 1 柴玉梅，张坤丽，人工智能 ，机械工业出版社，2012.06。 2 （澳）Michael Negnevitsky， Artificial Intelligence ，陈薇等译，（智能系统指南）机械工业出版社，2012.07 3 (美)S stuart J Russell ; Peter Norvig, Artificial Intelligence A Modern Approach ，殷建平等译，清华大学出版社，2013.11,3,课时安排,教学：40学时 实验：8学时 机动：4学时,4,教学安排,每人1020分钟课堂交流 主题

2、： 知识表示方法 搜索策略 逻辑推理 不确定性推理 专家系统 神经网络 遗传算法,5,实验安排,实验1（4学时）：实现一个基于产生式的小型专家系统 1.目的：掌握产生式系统的运行机制和基于规则推理的基本方法；了解小型专家系统的结构、设计和实现过程。 2.要求：设计并实现一个领域的小型专家系统，该系统能对输入的询问回答分类或预测结果，并根据推理过程回答“为什么”等。 3.过程：收集知识、构建知识库、建立事实库、设计产生式的推理过程。,6,实验2 （4学时）: 求解八码问题 1.目的：加深对图搜索的基本原理的理解，针对实际问题，实现图搜索的基本算法 2.要求：对任意八码问题（给定初始格局和目标格局

3、），使用不同策略实现求解过程。 3.过程：设计存储结构、设计启发函数、设计输出（数码的移动）、实现算法。,7,课程学习的基本要求,了解人工智能的发展、研究领域和方向； 了解人工智能的研究途径和方法； 掌握人工智能中知识表示的若干基本方法与技术； 熟练掌握状态空间、与或图的各种搜索方法与相关算法； 熟练掌握定理证明的归结原理及各种归结策略； 掌握基于规则的演绎系统； 了解人工智能的研究现状、热点和发展趋势。,8,人工智能简介,9,什么是人工智能 为什么要研究人工智能 人工智能研究的目标 人工智能研究的课题 人工智能研究的途径与方法 人工智能的基本技术 人工智能的发展概况,10,1. 什么是人工智

4、能？(Artificial Intelligence 简称AI ) 研究如何使机器（计算机）具有智能的科学与技术（也就是研究使机器来完成能表现出人类智能的任务的科学，人类智能包括推理、学习、思考、规划等思维活动）。 人工智能虽然是计算机科学的一个分支，但其研究不仅涉及计算机科学，还涉及到脑科学、神经生理学、心理学、语言学、逻辑学、认知（思维）科学、行为科学和数学，以及信息论、控制论和系统论等许多学科领域。属于交叉学科和边缘学科。 只要告诉机器作什么，而不告诉机器怎么做，机器并能完成任务，就可以说机器具有智能了。,11,2. 为什么要研究人工智能？ 计算机是目前最有效的信息处理工具（信息技术包括

5、微电子技术、计算机技术、通信技术），但普通的计算机系统的智能还相当低下，如缺乏自适应、自学习、自优化等能力，也缺乏社会或专业知识，而只能是被动的按照人们为它事先安排好的工作步骤进行工作，难以满足越来越复杂和越来越广泛的社会需求。 是信息化社会的需要 是自动化发展的趋势，自动化发展到一定的水平就是智能化。,12,3. 人工智能研究的目标 近期目标：实现机器智能。及先部分的或某种程度的实现机器的智能。 远期目标：制造智能机器。具体是使计算机具有看、听、说等感知和交互功能，具有联想、推理、理解、学习等高级思维能力，还要有分析问题、解决问题和发明创造能力（也就是自动获取知识和利用知识的能力）。,13,

6、4. 人工智能研究的课题 知识的模型化和表示方法 启发式搜索理论 各种推理方法（演绎、规划、常识性推理、归纳推理） 人工智能系统结构和语言 结合具体应用领域主要有： 自然语言理解（Natural Language Understanding）计算机理解自然语言及翻译（例：“光阴似箭”的英语“Time flies like an arrow”翻译成日语再翻译成中文就成了“苍蝇喜欢箭”）,14,数据库的智能检索（Intelligent Retrieval from Data base） 专家咨询系统（Expert Consulting System） 定理证明（Theorem Proving） 博

7、弈（Game Playing ） 机器人学（Robotics） 自动程序设计（Automatic Programming） 感知问题（Perception Problems）“看见”和“听见”,15,5. 人工智能研究的途径与方法,结构模拟，神经计算 就是根据人脑的生理结构和工作机理实现计算机的智能；人脑的生理结构是由大量的神经细胞组成的神经网络，人脑大约有10的11次方个神经细胞组成的神经网络，目前只能局部或近似模拟，具体讲就是用神经元（神经细胞）组成的人工神经网络来作为信息和知识的载体，用神经计算方法实现学习、推理、联想、识别等功能。 功能模拟，符号推演 由于人脑的奥秘尚未彻底揭开，所以对

8、人脑从功能上进行模拟，称。 基于功能模拟的符号推演，是人工智能研究中最早使用且直至目前还主要使用的方法。如自动推理、定理证明、专家系统等等。具体有图象识别、语音识别等。 行为模拟，控制进化 还有一种是基于感知行为模型的研究，这种方法就是模拟人在控制过程中的智能活动和行为特征，如自适应、自学习、自组织等等。具体有机器人。,16,6. 人工智能的基本技术,推理技术 搜索技术 就是为了达到某一“目标”而连续的进行推理的过程。搜索技术是对推理进行引导和控制的技术，也是一种规划技术。 知识表示与知识库技术 知识表示是指知识在计算机中的表示方法和表现形式；涉及知识的物理结构和逻辑结构。 知识库类似于数据库

9、，知识库技术包括知识的组织、管理、维护、优化等技术。对知识库的操作要靠知识库管理系统的支持。二着关系密切。 对知识表示与知识库的研究有许多问题需要解决，如：知识的分类、知识的一般表示模式、不确定性知识的表示、知识分布表示、知识库模型、知识库与数据库的关系、知识库管理系统等。,17,归纳技术 指机器自动提取概念、抽取知识、寻找规律的技术。近年来基于数据库的数据开采（Data Mining简称MD）和知识发现(Knowledge Discovering form Data base 简称KDD)是研究的热点。 联想技术 是最基本、最基础的思维活动。,18,7. 人工智能的发展概况,人工智能的学科产

10、生 正式诞生于1956年的一次学术会议，它是逻辑学、心理学、计算机科学、脑科学、神经生理学、信息科学等学科发展的必然结果。单就计算机看，其功能的发展从数值计算到数据处理再到知识处理（智能）。 符号主义途径发展概况 计算机程序-自学习、自组织、自适应能力的程序（跳棋）-识别程序（证明平面几何）-问题求解程序（苹果的重量判别）-表处理语言（LIST）-定理证明 连接主义途径发展概况 “连接”的实质是神经网络系统；神经网络在智能控制、语音识别、图形文字识别、数据压缩、知识工程、最优化问题求解、智能计算机等领域进行了实践并取得的初步成果。,19,发展趋势 A.联合处理 过各种技术联合处理，如：神经网络

11、主要模拟形象思维，实现识别、联想、学习、适应等功能；专家系统主要模拟逻辑思维，实现判断、联想、推理、搜索等功能。 B.新思想、新理论、新技术不但涌，如：模糊技术、模糊神经网络、遗传算法、进化程序设计、混沌理论、人工生命等等。 C.分布式人工智能（Distributed AI） 基于计算机网络，以研究和开发“群体智能”为主要特征。,20,第一部分 绪论,21,人工智能（Artificial Intelligence, AI）是当前科学技术发展中的一门前沿学科。 人工智能是在计算机科学、控制论、信息论、神经心理学、哲学等多种学科研究的基础上发展起来的。 工业革命主要是延长了人手的功能，把人类从繁重

12、的体力劳动中解放出来，而人工智能延伸了人脑的功能，实现脑力劳动的自动化。,22,20世纪40位图灵奖获得者中有6位是人工智能学者，可见人工智能学科影响之深远。,人工智能前景诱人，同时也任重而道远！,1969年：马文明斯基 1971年：约翰麦卡锡 1975年：赫伯特西蒙和艾伦纽厄尔 1994年：爱德华费根鲍姆和劳伊雷迪,23,人工智能的定义 形成和发展过程 研究内容 技术特点 应用领域 发展趋势,内容提要,24,一. 什么是智能 二. 什么是人工智能,1. 人工智能的定义,25,第一，人工智能和其它许多新兴学科一样，至今尚无统一的定义，所谓人工智能的定义，只是人工智能研究者根据对它的已有认识所作

13、的一些不同解释。,第二，人工智能的定义依赖于智能的定义。因此，要定义人工智能，首先应该定义智能。,关于人工智能的定义，首先要指出两点：,26,通俗地说，智能是一种认识客观事物和运用知识解决问题的综合能力。至于其确切定义，还有待于对人脑奥秘的彻底揭示。,一. 什么是智能,27,1. 认识智能的不同观点,人类在认识智能的过程中提出了许多的观点，其中最具有代表性的观点有三种：,智能来源于思维活动-思维理论。 智能取决于可运用的知识-知识阈值理论。 智能可由逐步进化来实现-进化理论。,28,人类的智能总体上可分为高、中、低三个层次，不同层次智能的活动由不同的神经系统来完成。,思维理论和知识阈值理论对应

14、于高层智能，而进化理论则对应于中层智能和低层智能。,2. 智能的层次结构,高层智能以大脑皮层为主，主要完成记忆和思维等活动； 中层智能以丘脑为主，主要完成感知活动； 低层智能以小脑、脊髓为主，主要完成动作反应。,29,智能是一种综合能力。具体地说，包含:,智能具有感知能力 智能具有记忆与思维能力 智能具有学习和自适应能力 智能具有行为能力,3. 智能所包含的能力,30,综合各种的人工智能观点，可以从“能力”和“学科”两个方面对人工智能进行定义：,从能力的角度来看，人工智能是相对于人的自然智能而言的，所谓人工智能是指用人工的方法在机器（计算机）上实现的智能； 从学科的角度来看，人工智能是作为一个

15、学科名称来使用的，所谓人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，使它能模拟、延伸和扩展人类智能的学科。,二. 什么是人工智能,31,图灵测试,如何衡量机器是否具有智能？,32,一.孕育期 二.形成期 三. 知识应用期 四. 综合集成期,2. 人工智能的产生与发展,33,人工智能的术语自1956年正式提出，并作为一个新兴学科的名称被使用以来，已经有四十多年的历史。其产生与发展过程，可大致分为四个阶段：,孕育期 形成期 知识应用期 综合集成期,34,（1）古希腊伟大的哲学家和思想家亚里斯多德（Aristotle）创立了演绎法。 （2）英国哲学家和自然科学家培根（F.Bacon）创立了归纳法。

16、（3）德国数学家和哲学家莱布尼茨（G.WLeibnitz）把形式逻辑符号化，奠定了数理逻辑的基础。 （4）法国物理学家和数学家帕斯卡（B.Pascal）制造成功了世界上第一台加法器。,一. 孕育期（1956年之前）,35,（5）英国数学家和发明家巴贝奇（CBabbage）发明了差分机和分析机，为研制“思维机器”做出了巨大贡献。 （6）英国数学家布尔（GB0OLE）创立了布尔代数。 （7）英国数学家、超时代的天才、图灵机的发明者图灵（A.MTuring）1936年创立了自动机理论，并为人工智能做了大量的开拓性工作。 （8）匈牙利数学家、博弈论的创立者冯诺依曼（JohnVonNeumann）1945年提出了存储程序的概念，在计算机领域建立了不朽的功勋。,36,（9）美国数学家、电子数字计算机的先驱莫克利（J.W.Mauchly）与他的研究生埃克特（J.P.Eckert）合作，1946年研制成功了世界上第一台通用电子计算机 ENIAC。 （10）美国著名数学家、控制论创始人维纳（NWiener）194