人工智能和应用1(蔡自兴)

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1、ArtificialIntelligence 1 教材 人工智能及其应用 清华大学出版社 第三版 蔡自兴徐光佑参考书 1 NilsJ Nilsson 人工智能 英文版 机械工业出版社 或中文版 2 GeorgrF Luger 人工智能 复杂问题求解的结构和策略 英文版 机械工业出版社 或中文版 3 张仰森 人工智能原理与应用 高等教育出版社 4 高等人工智能 史忠植 5 人工智能 王文杰 ArtificialIntelligence 2 第一章绪论 1 1人工智能的定义和发展1 2人类智能和人工智能1 3人工智能的各种认知观1 4人工智能的研究与应用领域1 5课程概要 ArtificialIn

2、telligence 3 1 1人工智能的定义和发展 1 1 1人工智能的定义几种定义智能机器 intelligentmachine 人工智能 学科 人工智能 能力 人工智能 拟人思维 行为 人工智能 理性思维 行为 1 1定义和发展 ArtificialIntelligence 4 斯坦福大学的Nilsson提出人工智能是关于知识的科学 知识的表示 知识的获取以及知识的运用 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 它的近期主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智能功能 并开发相关理论和技术 人工智能 能力 是智能机器所执行的通常与人类智能有关的功能 如判断

3、 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 几种定义 1 1定义和发展 ArtificialIntelligence 5 1 1 2人工智能的起源与发展 孕育期 1956年前 数理逻辑学科 弗雷治 维纳等 计算的新思想 丘奇 图灵等 形成期 1956 1970年 1956年 第一次人工智能的研讨会1969年 第一届国际人工智能联合会议1970年 人工智能 国际杂志创刊 1 1定义和发展 ArtificialIntelligence 6 发展期 1970年 进一步研究AI基本原理方法和技术进行实用化研究智力测验 下棋 机器翻译 人工智能程序 专家系统与知识工程智能

4、机器人 智能控制机器学习 计算智能 人工神经网络 行为主义从 一枝独秀 到 百花齐放 智能系统智能机器人智能信息处理 模式识别 智能控制吴文俊院士 几何定理证明的 吴氏方法 1 1定义和发展 ArtificialIntelligence 7 符号主义 Symbolicism 认为人类的智能的基本单元是符号 认知过程是符号表示下的符号运算 从而思维就成了符号运算 大多数比较成功的专家系统是建立在符号主义的基础上 知识的表示 联结主义 Connectionism 认为人工神经网络的基本单元是神经元 而不是符号处理过程 认知过程是由神经网络构成的 是并行分布的 行为主义 Actionism 认为人工

5、智能源于控制论 智能取决于感知和行动 提出智能行为的 感知 动作 模式 行为主义者认为智能不需要知识 不需要表示 不需要推理 三种观点 1 1定义和发展 ArtificialIntelligence 8 1 1 3中国的AI研究 学术组织1978年把 智能模拟 列入国家科学发展规划1980年4月中国自动化学会模式识别与人工智能专业委员会成立1980年8月 高校人工智能研讨会 1981年9月成立CAAI1986年5月中国软件行业协会人工智能协会成立1986年11月中国计算机学会人工智能与模式识别专业委员会成立1987年6月中国计算机学软件专业委员会智能学组 知识工程 1993年智能机器人委员会成

6、立1995年智能自动化委员会成立 1 1定义和发展 ArtificialIntelligence 9 学术刊物 计算机学报J ofComputer自动化学报J ofAutomation控制理论与应用ControlTheory Application计算机研究与发展Research DevelopmentofComputer模式识别与人工智能PatternRecognition AI机器人Robot信息与控制Information Control控制与决策Control Decision计算机世界ComputerWorld计算机科学ComputerScience 1 1定义和发展 Artific

7、ialIntelligence 10 AI学科的某些问题 1 AI研究目标 近期目标 建造智能机器 以代替人类的部分智力劳动远期目标 用自动机模仿人类的思维过程和智能行为 2 AI主题 通用问题求解 1 1定义和发展 ArtificialIntelligence 11 人工智能的基本技术 知识表示 KnowledgeRepresentation 状态空间法 问题归约法 谓词逻辑法 推理搜索 Searching Reasoning 启发式搜索 消解原理 不确定性推理 计算智能 ComputationalIntelligence 模糊计算 神经计算 进化计算 构成技术 系统与语言 产生式系统 LI

8、SP语言 Prolog语言 1 1定义和发展 ArtificialIntelligence 12 1 2人类智能和人工智能 1 2人类智能和人工智能 ArtificialIntelligence 13 1 2 1智能信息处理系统的假设 人是一种智能信息处理系统物理符号系统的六种基本功能输入符号 输出符号 存储符号 复制符号 建立符号结构 条件性迁移物理符号系统的假设 任何一个系统 如果具有智能 必定能执行上述6种功能 反之 任何系统如果具有上述6种功能 它就能够表现出智能 推论一 人具有智能 人是一个物理符号处理系统 其智能是基于其自身的信息处理过程 人类智能假设 推论二 计算机是一个物理符号

9、处理系统 它一定能表现出智能 人工智能的基本条件 推论三 既然人与计算机都是物理符号处理系统 所以可以用计算机模拟人的智能 人工智能假设 1 2人类智能和人工智能 ArtificialIntelligence 14 1 2 2人类智能的计算机模拟 机器智能可以模拟人类智能智能计算机下棋定理证明语言翻译新型智能计算机神经计算机量子计算机 1 2人类智能和人工智能 ArtificialIntelligence 15 1 2 3人工智能的研究目标 近期目标建造智能计算机代替人类的部分智力劳动远期目标用自动机模仿人类的思维过程和智能行为 1 2人类智能和人工智能 ArtificialIntellige

10、nce 16 1 3人工智能的各种认知观 符号主义 Symbolicism 基于物理符号系统假设和有限合理性原理连接主义 Connectionism 基于神经网络及其间的连接机制与学习算法行为主义 Actionism 基于控制论及感知 动作型控制系统 1 3各学派的认知观 ArtificialIntelligence 17 人类的认知行为具有不同层次认知生理学 生理过程 神经系统 认知心理学 心里活动 思维策略 认知信息学 初级信息处理 生理 心里 认知工程学 信息加工处理 人工信息处理系统 1 3各学派的认知观 ArtificialIntelligence 18 1 4 1问题求解 广义上说

11、 问题求解包括AI中所有问题 这里指的是研究求解难题的程序 如下棋的程序 有时称为博弈 是最早的AI研究领域 搜索解答空间 寻找较优解 1 4 2逻辑推理与定理证明 此类问题与逻辑推理的研究有关 通过对事实数据库的操作来证明定理 证明方法有 自然演绎法 判定法 定理证明器 计算机辅助证明 逻辑推理 四色定理 吴氏方法 1 4AI的研究及应用领域 1 4研究与应用领域 ArtificialIntelligence 19 1 4 3自然语言的理解 自然语言 人类语言集团的本族语 如汉语 英语 日语 人造语言 世界语 计算机语言 机器语言 把一种语言翻译成另一种语言 理解 有四个标准 问答 机器能正

12、确地回答输入文本中的有关问题 文摘生成 机器有能力产生输入文本的摘要 释译 机器能用不同的语言和句型来复述其输入文本 翻译 机器具有把一种语言翻译为另一种语言 目标语言 的能力 1 4研究与应用领域 ArtificialIntelligence 20 1 4 4自动程序设计 不是固定的 预定 程序 而是随情况变化的 采用高级描述 一句话或语句 Task PGSLscript PGBinder 任务 初稿 装订 ProgramEvolution PT Finalprogram 调试 1 4研究与应用领域 ArtificialIntelligence 21 1 4 5机器学习 1 机器学习是指机器

13、自动获取新的事实和新的推理算法以达到具有智能的行为 2 机器学习模型 环境 学习 知识库 执行 提供信息 修改 反馈 1 4研究与应用领域 ArtificialIntelligence 22 3 学习方法的分类 机械式学习 Rotelearning 导师完成全部的转换工作 系统只负责存储 讲授式学习 Learningfrominstruction 外界输入与内部不完全一致 需要推理 翻译 转化等工作 类比学习 Learningbyanalogy 完成相似任务的有关知识的学习 归纳学习 Learningfrominduction 通过事例学习 工作经验观察发现式学习 Learningbyobse

14、rvation discovery 1 4研究与应用领域 ArtificialIntelligence 23 1 4 6专家系统 1 专家系统是一个智能化的计算机程序系统 其内部具有大量的专家水平在某个领域的知识和经验 能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决领域的问题 2 专家系统和传统的计算机程序之间的本质区别专家系统所要解决的问题一般没有算法解 并且经常在不完全 不精确 不确定的基础上得出结论 3 新一代专家系统 分布式专家系统与协同式专家系统 不但采用基于规则的方法 而且采用基于框架的技术与基于模型的原理 1 4研究与应用领域 ArtificialIntelligence 24 1

15、 4 7人工神经网络 1 传统计算机与逻辑推理方法 无法处理不完整 不确定 模糊性的问题 不具有学习能力 不能模拟人类直觉 顿悟智能行为 2 神经计算机 Hopfield Rumelhart BP算法 3 神经网络已在模式识别 图象处理 组合优化 自动控制 信息处理 机器人学和人工智能的其它领域获得日益广泛的应用 1 4 8机器人学 机器人 智能机器人 感知 规划 决策 星际探索 海洋 外科手术 微型 机器人足球赛 军事机器人 网络机器人等 1 4研究与应用领域 ArtificialIntelligence 25 1 4 9模式识别 计算机能有效地感知声音 文字 图象 温度 震动等人类赖以发展

16、自身 改造环境所运用的信息资料 当前热点 活动目标识别与分析应用 手写体识别 汽车牌照识别 指纹识别 语音识别 1 4 10机器视觉 可分为低层视觉与高层视觉 低层视觉 边缘检测 动目标检测 纹理分析 高层视觉 理解所观察的形象研究领域 并行处理 主动定性视觉 动态时变视觉 三维景物建模 实时图像压缩与复原 彩色图像处理 应用 机器人装配 卫星图像处理 工业过程监控 飞行器跟踪与制导 电视实况转播 1 4研究与应用领域 ArtificialIntelligence 26 1 4 11智能控制 智能控制是同时具有以知识表示的非数学广义世界模型和数学公式模型表示的混合控制过程 也往往是含有复杂性 不完全性 模糊性或不确定性以及不存在已知算法的非数学过程 并以知识进行推理 以启发来引导求解过程 1 4 12智能检索 包括图书资料 人事资料和其它情报 目前国内使用的各种管理系统 一般都不具有智能 1 4研究与应用领域 ArtificialIntelligence 27 1 4 13智能调度与指挥 寻找最佳调度和组合 TSP 八皇后问题 NP完全类问题的求解应用领域 运输调度 编组与指挥 空中交