人工智能1-绪论精编版

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1、,计算机科学的重要分支 计算机科学与技术专业的核心课程之一、也是自动化、电子信息工程等专业的选修课程 如何用计算机来模拟人类智能，即如何用计算机实现诸如问题求解、规划推理、模式识别、知识工程、自然语言处理、机器学习等只有人类才具备的智能，使得计算机更好得为人类服务。,课程简介,考试,笔试 开卷,第1讲 人工智能概述(Chapter 1 Overview of AI),Outline,主要参考书目 AI的定义 AI的基础及萌芽 AI的创立及发展 AI与人类智能 AI的研究流派 AI的研究范围 AI对人类的影响 AI在中国 AI领域的著名期刊及会议,Stuart Russell, Peter No

2、rvig. “Artificial Intelligence: A Modern Approach”. Pearson Education, 2002. 中译本：人工智能一种现代方法(第二版)， 姜哲 等译, 人民邮电出版社, 2004,蔡自兴，徐光佑. 人工智能及其应用(第三版). 北京：清华大学出版社，2004. 陆汝钤. 人工智能(上、下册). 科学出版社，2000. 史忠植. 高级人工智能(第二版). 科学出版社, 2006.,Outline,主要参考书目 AI的定义 AI的基础及萌芽 AI的创立及发展 AI与人类智能 AI的研究流派 AI的研究范围 AI对人类的影响 AI在中国 AI

3、领域的著名期刊及会议,定义1 智能机器 能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务(anthropomorphic tasks)的机器。 定义2 人工智能(学科) 计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。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力功能，并开发相关理论和技术。 定义3 人工智能(能力) 智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。,定义4 一种使计算机能够思维，使机器具有智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985）。 定义5 那些与人的思维、决策、问题求解

4、和学习等有关活动的自动化（Bellman,1978）。 定义6 用计算模型研究智力行为 （Charniak和McDermott,1985）。 定义7 研究那些使理解、推理和行为成为可能的计算（Winston,1992）。,定义4和5涉及拟人思维,定义6和7与理性思维有关,定义8 一种能够执行需要人的智能的创造性机器的技术（Kurzwell,1990）。 定义9 研究如何使计算机做事让人过得更好（Rick和Knight,1991）。 定义10 一门通过计算过程力图理解和模仿智能行为的学科（Schalkoff,1990）。 定义11 计算机科学中与智能行为的自动化有关的一个分支（Luger和Stu

5、bblefield,1993）。,定义8和9涉及拟人行为,定义10和11与学科范围有关,Outline,主要参考书目 AI的定义 AI的基础及萌芽 AI的创立及发展 AI与人类智能 AI的研究流派 AI的研究范围 AI对人类的影响 AI在中国 AI领域的著名期刊及会议,哲学（428 B. C. 现在） 意识、思维的理性部分的形式化 数学（800 现在） 逻辑、计算、概率 经济学（1776 现在） 决策、博弈、运筹学 神经科学（1861 现在） 简单细胞的集合能够导致思维、意识和行动,1. AI的基础,心理学(1879现在) 认知心理学：大脑当作信息处理装置 实验心理学： 1879年Wundt在

6、莱比锡大学首创 控制论(1948现在)：1948年Viener 语言学(1957现在)：Shinner，乔姆斯基理论,计算机工程(1940 -现在) 电动机械式计算机Heath Robinson ： 1940年图灵研究组，用于破译德军情报 真空电子管通用机器Colossus：1943年图灵研究组 可编程计算机Z-3：1941年德国的Konrad Zuse,2. AI的萌芽,古希腊伟大的哲学家、思想家，Plato（柏拉图）的学生 代表作工具论 对AI的主要贡献：为形式逻辑奠定了基础，而形式逻辑是一切推理活动的最基本的出发点。,Aristotle (亚里士多德) （公元前384322）,Arist

7、otle对AI的主要贡献 (续) “三段论” 以真言判断为其前提的一种演绎推理，借助于一个共同项，把两个直言判断联系起来，而得出结论。 例如：一切金属都是能够熔解的；铁是金属；所以，铁是能够熔解的。 “演绎法” “模态逻辑” 【说明】：古希腊文化是人类民主、科学的启蒙，对整个人类做出了十分巨大的贡献！,英国哲学家、自然科学家 著名口号：“知识就是力量” 代表作：新工具 对AI的主要贡献：系统地提出了“归纳法”，成为和Aristotle演绎法相辅相成的思维法则。 20世纪70年代末，Stanford大学Feigenbaum提出专家系统时，以Bacon的口号为重要依据。 ,Bacon （培根） （

8、15611626）,德国数学家、哲学家 对AI的主要贡献：关于“数理逻辑”的思想，把形式逻辑符号化，从而能对人的思维进行运算和推理。 提出的计划：建立一种通用的符号语言，以及一种在此基础上进行推理的演算。 ,Leibnitz (莱布尼茨) （16461716）,美籍奥地利数理逻辑学家 对AI的主要贡献：研究数理逻辑中的一些根本性问题，即“形式系统的完备性和可判定性” 。 1930年证明：一阶谓词演算的完备性定理。 1931年证明了两条不完备性定理：提出人的思维形式化和机械化的某些极限，在理论上证明了有些事情是做不到的。 ,Godel (哥德尔) （19061978）,英国数学家 1936年提出

9、一种理想计算机的数学模型“图灵机” 。 对AI的主要贡献： 1950年提出著名的“图灵实验” 。 给出智能标准的明确定义：把人和计算机分处两个不同的房间，并且互相对话，如果作为人的一方不能判断对方是人还是计算机，则那台计算机就达到了人的智能。 ,Turing (图灵) （19121954）,1946年研制成功世界上第一台电子计算机 “ENIAC” 对AI的主要贡献：为人工智能研究奠定了物质基础 ,John Von Nouma (约翰冯诺依曼 )（ 19031957）,W.S. Mcculloch (麦克洛奇) & W. Pitts (皮兹) 1943年，结合了神经生理学和数理逻辑的研究，提出了

10、M-P神经网络模型。 1943年建立第一个“神经网络数学模型” 开创微观AI 通过模拟人脑来实现智能,美国数学家 1948年创立“信息论” 对AI的主要贡献：信息论认为人的心理活动可通过信息的形式加以研究，并提出了描述人的心理活动的数学模型。 信息论和心理学的结合构成了当代AI研究的一个重要潮流宏观人工智能研究 ,克劳德香农 (Claude Elwood Shannon 1916-2001),信息论是运用概率论与数理统计的方法研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、密码学、数据压缩等问题的应用数学学科。,Outline,主要参考书目 AI的定义 AI的基础及萌芽 AI的创立及发展 AI与人类智能

11、 AI的研究流派 AI的研究范围 AI对人类的影响 AI在中国 AI领域的著名期刊及会议,美国的人工智能之父麦卡锡 John McCarthy（麦卡锡） 1971年图灵奖获得者。,1927年9月出生于美国波士顿。 1948年 加州理工大学获数学学士学位。 1951年 普林斯顿获数学博士学位。 曾供职于普林斯顿，斯坦福, Dartmouth 和MIT 。 1962年，加入斯坦福大学，并创建了斯坦福人工智能实验室，工作直到2000年退休。,1956年夏天 Boston，Dartmouth(达特茅斯)学院 McCarthy召集 与会人员 数学家McCarthy 信息学家Shannon 心理学家和神经

12、生理学家Lochester(IBM信息研究中心负责人）, Moore（IBM）, Solomonff（MIT） 计算机科学家Simon, Newell, Samuel, Minsky（哈佛）, Selfridge （MIT）。,1. AI的诞生,McCarthy在此次会议上提议正式使用： Artificial Intelligence（简称AI），标志着“人工智能”作为一门独立学科正式诞生。,2. AI曲折的发展历程,早期的热情、巨大的期望（1952-1969） 现实的困境（1966-1973） 基于知识的系统：力量的钥匙？ (1969 1979) AI成为工业 (1980 现在) 神经网络的

13、回归 (1986 现在) AI 成为科学 (1987 现在) Intelligent Agent的出现 (1995 现在) ,第一阶段：早期的热情、巨大的期望 (19521969),自然语言的机器翻译 1953年，美国乔治大学，1954年IBM公司在701计算机上做俄译英的公开表演。此时，前苏联、中国也开展机器翻译的研究。 利用计算机证明数学定理 1956年，Newell和Simon，用程序Logic Theorist证明数学原理第二章中的38条定理，1963年证明全部52条定理。 （人工智能的真正开端） 1956年，Samuel研制了第一个跳棋程序 具有学习功能，打败一个州冠军。,1956年

14、，Selfridge研制第一个字符识别程序。1959年，提出功能更强的模式识别。 1957年， Newell，Shaw和Simon研究不依赖具体领域的通用解题程序GPS(General Problem Solving） 1965年，Robinson提出消解法（即归结原理），掀起研究计算机定理证明的又一次高潮。,Newell, Simon等人过于乐观,不出10年，计算机将成为世界象棋冠军。 不出10年，计算机将发现和证明重要的数学定理。 不出10年，计算机将能谱写具有优秀作曲家水平的乐曲。 不出10年，大多数心理学理论将在计算机上形成。 有人甚至断言，20世纪80年代将全面实现AI，2000年机

15、器智能超过人。 ,第二阶段：现实的困境 (19661973),消解法（归结原理）能力有限 例如：证明两个连续函数之和仍是连续函数，推了10万步还没有推出。 Sauel的下棋程序，1965年，世界冠军Helmann获得四连胜。 机器翻译闹出不少笑话 有人挖苦说，美国花了2000万美元为机器翻译立了一块“墓碑”。,机器翻译闹出的笑话举例：,“The spirit is willing but the flesh is weak” “心有余而力不足” 机器翻译过程：英语 俄语 英语 结果被译为： “The vodka is good but the meat is spoiled” “伏特加是好的，

16、肉变质了”。 “Out of sight, out of mind” “眼不见心不烦” 将其翻译成俄语， “ 又瞎又疯”。 ,从神经生理学角度研究AI，存在不可逾越的困难。人脑有1010以上个神经元，能否将1010个机器组成一个联合运行的网络？ 1973年，英国发表了Lighthill report，认为AI的研究即使不是骗局，至少也是庸人自扰。终止了英国的AI研究。 IBM公司也取消了本公司范围内的AI研究活动。,第三阶段 KBS:力量的钥匙?(1969-1979),Newell, Simon等老一辈AI专家，关心的是“通用的、万能的符号逻辑运算体系”物理符号系统假设。 Nilsson更进一步提出，物理符号体系的核心方法是逻辑演绎方法。他的口号“命题主义” ，主张一切AI研究应在一个类似逻辑的形式框架内进行。 1968年，Stanford年轻教授Feigenbaum主持的专家系统DENDRAL问世，开创了AI的一个重要应用领域，以知识为基础的专家咨询系统（KBS）。,1994年度图灵奖得主。 1965年世界上第一个专家系统程序 DEN