人工智能第一章86

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1、Logical Foundations of Artificial Intelligence 尹传环 chhyin School of computer Artificial Intelligence nHomework:20% nFinal Report: 20% nFinal Exam.: 60% 7 Chapter 1. Introduction nWhat is Artificial Intelligence (AI)? nOrigin and Development of AI nResearch Fields of AI nWays of AI research 8 Artific

2、ial Intelligence n人工智能（Artificial Intelligence, AI） n起源于美国1956年的一次夏季讨论会（达特 茅斯会议） n什么是AI n计算-算计 n图灵测试 9 图灵其人 图灵测试 -一种智能的测量方法 1950年英国数学家图灵(Turing)在 “计算机器与智力”一文中提出 图灵1912年生于英国伦敦，1954年死于英国的曼彻斯特，他是计算机 逻辑的奠基者，许多人工智能的重要方法也源自于这位伟大的科学家 。他对计算机的重要贡献在于他提出的有限状态自动机也就是图灵机 的概念，对于人工智能，它提出了重要的衡量标准图灵测试，如果 有机器能够通过图灵测试，

3、那他就是一个完全意义上的智能机，和人 没有区别了。他杰出的贡献使他成为计算机界的第一人，现在人们为 了纪念这位伟大的科学家将计算机界的最高奖定名为图灵奖。 10 图灵的一生 n辉煌的成就：24岁提出图灵机理论，31岁参与 COLOSSUS的研制，33岁设想仿真系统，35岁提出 自动程序设计概念，38岁设计“图灵测验”。 n特立独行的人生：上班途中戴防毒面具骑自行车、 自行车掉链子前及时下车、因同性恋遭到拘捕、吃 了泡在氰化物溶液中的苹果致死。发明Enigma破译 德军密码，获得大英帝国授予的荣誉勋章 n唯一一位获得图灵奖的华裔科学家姚期智。 11 图灵测试(Turing Test) 测试主 持

4、人Ai 受试者 人Bi 受试者 计算机C 界面控制 Alan Turing(1950) 12 Turing Test n测试者：主持人C n被测试者：一人A、一机器B n测试环境：测试主持人C与A或B均不可见；主持人 C与A或B之间通过计算机终端会话； n测试方式：主持人向A和B提出相同的智能性问题， 但不能询问物理特征。A和B在回答问题时，应尽量 让主持人相信自己是 “人”。 n测试结论：如果不管如何更换被测试者A和主持人C ，主持人能正确分辨出人和机器的概率都小于 50%，则认为该机器具有了智能。 13 图灵机原型 图灵机是一条 在两个方向上 都为无限长的 磁带，一个控 制器和一个读 写磁

5、头组成， 磁带被分成一 个个独立的存 储单元，且控 制器的状态是 有限的 14 1966年的ELIZA n患者：我想谈谈我的母亲。 nEliza：当你想到你母亲的时候还会想到什么？ n患者：她想要控制我，浪费我的生命。 nEliza：你的生命? n患者：是的，有时我有生命。 nEliza：你确定。 n患者：为什么你认为我没有生命？ nEliza：你相信我认为你没有生命？ 15 Parry和Eliza 的对话 nEliza：请继续。 nParry：你知道赛马赌家吗？ nEliza：你怎么想到我知道赛马赌家？ nParry：有个赛马赌家一次都没有还我钱。 nEliza：那对你意味着什么？ nPar

6、ry：我打了那个不还我钱的家伙，我想他可能让他黑社会的朋友报复 我。 nEliza：还有什么要讨论的吗？ nParry：你知道诈骗者吗？ nEliza：你为什么要这样问？ nParry：你参与过赌博吗？ nEliza：为什么你对这种问题感兴趣？ nParry：我喜欢赛马。 nEliza：你还喜欢什么？ nParry：我知道流氓操纵赌博。 nEliza：你真正在和谁说话？ 16 如何实现？ n著名的Eliza程序采用POP-11编码，并使用模 式匹配程序matches，例如： nI hate you - inp_sentence; nif inp_sentence matches I ?verb

7、 you = then nwhy do you verb me? = nendif; n这段程序的结果是why do you hate me?。 17 希尔勒的中文屋子 n罗杰施安克的“故事理解程序”。 n机器能理解吗？ n希尔勒的中文屋子。 n问题：通过了图灵测试就具有智能吗？ 18 AI的本质问题 n研究如何制造出人造的智能机器或系统，来 模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能 的科学。 n科学发展史：瓦特的蒸汽机；电的发现；计 算机的产生 19 What is Intelligence n一种认识客观事物和运用知识解决问题的综 合能力； n观察、学习、理解和认知的能力； n运用知识以解决

8、问题的能力； n抽象思维，把大量信息组织为有意义系统的能力 ； 20 Intellectual Ability n感知能力：人们通过感觉器官感知外部世界的能力。 n记忆能力：是对感知到的外界信息或由思维产生的内 部知识的存储过程。 n思维能力：是对所存储的信息或知识的本质属性、内 部规律等的认识过程。 n抽象思维、形象思维、灵感思维 n学习能力：是一个具有特定目的的知识获取过程。 n行为能力：是指人们对感知到的外界信息做出的动作 反应的能力。 21 Definitions of AI n智能机器（ intelligent machine）：能够在各类 环境中自主地或交互地执行各种拟人任务的机器

9、。 n人工智能（能力）：用人工的方法在机器上实现的 智能，即让智能机器具有人类智能的功能，如推理 、证明、识别、感知、理解、规划、学习、问题求 解等。 n人工智能（学科）：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。 22 Goal of AI Research n远期目标：揭示人类智能的根本机理，用智 能机器去模拟、延伸和扩展人类智能。 n近期目标：建造智能计算机代替人类的部分 智力劳动。 23 AI历史回顾(1) n第一阶段（40年代50年代末）神经元网络 时代 n双层网络 nMP模型、感知器模型等 n问题：XOR问题不能解决 24 AI历史回顾(2)

10、输入1输入2输出 000 011 101 110 (1,0) (1,1) (0,0)(0,1) 25 AI历史回顾(3) nMinsky的著作：Perceptions（感知器） n从理论上证明了二层神经元网络不可能解决XOR 问题 n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 n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 26 一些成果 n20世纪50年代早期，英国牛津大学的研究者开发出了两个 复杂游戏的游戏对弈程序。Christopher Strachey发明了一 个运行在Ferranti Mark I上的西洋跳棋对弈程序。到1952年 ，他的程序已能够完

11、成合理的对弈。Dietrich Prinz则发明了 另一个运行在Ferranti Mark I上的程序，这个程序能够下国 际象棋。 n1952年，Arthur Samuel的西洋跳棋对弈程序运行在IBM 701上。这个学习型西洋跳棋程序非常特别，因为Samuel可 以利用一个程序与它的副本程序进行对弈，从而能够从对手 身上学习。结果将产生一个能够击败自身的创造者的程序。 到1962年，Samuel的西洋跳棋程序击败了前任康涅狄格州 西洋跳棋冠军。 （这种方法被认为是演化计算的第一个例 子） 27 AI历史回顾(4) n第二阶段（50年代中60年代中）通用方法 时代 n物理符号系统 n主要研究的

12、问题：GPS、游戏、翻译等 n对问题的难度估计不足，陷入困境 28 1958: Newell和Simon的四个预测 十年内，计算机将成为世界象棋冠军 十年内，计算机将发现或证明有意义的数学定理 十年内，计算机将能谱写优美的乐曲 十年内，计算机将能实现大多数的心理学理论 乐观的人工智能 29 一些成果（2） n第一个为计算机编写的人工智能程序是“逻辑理论家 （Logic Theorist）”。它是Allen Newell、Herbert Simon和J. C. Shaw在1956年为了发现等式的证明 而发明的，这个程序最独特之处在于它能够为一个 给定的等式找到比当前已知的证明更好的证明。 n19

13、57年，Simon和Newell在此基础之上发明了通用 问题求解器（General Problem Solver，GPS）。通 用问题求解器使用手段-目的分析求解问题，但通常 受限于游戏问题。 nMcCarthy发明了Lisp语言，提出了Alpha-beta剪枝 算法。 30 Nim游戏是一种二人游戏，每 个玩家轮流从一堆或数堆物品 中将物品拿走。最后取光物品 者将输掉游戏。 可以拿走1、2或3件物品。在右 边实例中，由玩家1开局，亦以 他的失败而结束游戏。 玩家1输 玩家2输 玩家1输 玩家2输 31 Alpha-beta剪枝算法 nAlpha-beta剪枝算法是一个简单的算法，它 通过去掉

14、明显不好的结点达到极小化博弈树 搜索的目的。 32 33 AI历史回顾(5) n一个笑话（英俄翻译） nThe spirit is willing，but the flesh is weak n心有余而力不足 nThe vodka is good，but the meat is rotten n伏特加酒很不错，但肉已腐败 34 AI历史回顾(6) n出错的原因 nspirit 1)精神 2)烈酒 n结论 n必须理解才能翻译，而理解需要知识 35 AI历史回顾(7) n第三阶段（60年代中80年代初）知识工程 时代 n专家系统 n知识工程 n知识工程席卷全球 n各国发展计划：美国星球大战计划、英

15、国ALVEY 计划、法国UNIKA计划、日本五代机计划、中国 863计划 36 费根鲍姆（E.Feigenbaum） n专家系统和知识工程之父 n1968年研究出第一个专家系统：DENDRAL，用于 质谱仪分析有机化合物的分子结构 n1977年，提出知识工程（knowledge Engineer)概 念 n“知识就是力量，电子计算机则是这种力量的放大器 ，而能把人类知识予以放大的机器，也会把一切方 面的力量予以放大。” 37 n1965年 Feigenbaum的世界上第一个专家系统DENDRAL.它可 根据分子式和质谱数据辅助推断分子结构. n1974年绍特里夫(Shortliffe)等人开发

16、的MYCIN专家系统. 用诊断和治疗感染性疾病. n1968年Quilian提出语义网络知识表示法 n1974年Minsky提出框架(Frame)理论 n1965年Robinson提出归结原理 n1972年科麦瑞尔(Colmerauer)实现第一个Prolog (PROgramming in LOGic)系统 n1977年在第五届IJCAI上,Feigenhaum在“人工智能的艺术: 知识工程及实例研究”中提出“知识工程”的概念. 38 n1982年-1991年日本研制第五代计算机计划( 投资4.5亿美元) n1983年起(6-10计划)美国研制能看,听,说和 思考的新一代计算机(投资6亿多美元) n1982年10月英国开始研制第五代计算机,5年 内投资5.5亿美元 39 AI历史回