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1、智能控制基础,上海大学机电与自动化学院李昕课程代号：09365011时间：一3-4 三1-2 教室：IV201 人数：80人,什么是人工智能？,人工智能(A.I.: Artificial Intelligence)华纳兄弟公司(Warner Brothers, USA)2001年出品主演：海利-乔-奥斯蒙特(Haley Joel Osment)裘德-洛(Jude Law)弗朗西斯-奥康娜(Frances OConnor)萨姆-罗伯兹(Sam Robards)导演：斯蒂文-斯皮尔伯格(Steven Spielberg)编剧：斯蒂文-斯皮尔伯格(Steven Spielberg)类型：科幻片,剧情
2、介绍,Cybertronics Manufacturing制作公司制造出了第一个具有感情的机器人。他的名字叫大卫David作为第一个被输入情感程序的机器男孩，大卫是这个公司的员工和他的妻子的一个试验品，他们夫妻俩收养了大卫。而他们自己的孩子却最终因病被冷冻起来，以期待有朝一日，有一种能治疗这种病的方法会出现。尽管大卫逐渐成了他们的孩子，拥有了所有的爱，成为了家庭的一员。但是，一系列意想不到的事件的发生，使得大卫的生活无法进行下去。人类与机器最终都无法接受他，大卫只有唯一的一个伙伴机器泰迪(Teddy)-他的超级玩具泰迪熊，也是他的保护者。大卫开始踏上了旅程，去寻找真正属于自己的地方。他发现在那
3、个世界中，机器人和机器之间的差距是那么的巨大，又是那么的脆弱。他要找寻自我、探索人性，成为一个真正意义上的人。,人工智能的定义,顾名思义，人工智能就是人造智能，其英文表示是“Artificial Intelligence”，简称AI。当然，这只是人工智能的字面解释或广义解释。目前的“人工智能”一词是指用计算机模拟或实现的智能，同时，人工智能又是一个学科名称。,人工智能的定义,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) 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
4、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) 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。,人工智能的定义,定义4 人工智能是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 人工智能是那些与人的思维、决策、问题求解和学习等有关活动的自动化（Bellman,1978）。 定义6 人工智能是用计算模型研究智力行为（Charniak和McDermott,1985）。 定义7 人工智能是
5、研究那些使理解、推理和行为成为可能的计算（Winston,1992）。 定义8 人工智能是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 人工智能研究如何使计算机做事让人过得更好（Rick和Knight,1991）。 定义10 人工智能是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 人工智能是计算机科学中与智能行为的自动化有关的一个分支（Luger和Stubblefield,1993）。 其中，定义4和定义5涉及拟人思维；定义6和定义7与理性思维有关；定义8和定义9涉及拟人行为；定义10和定义11与拟人理性行为有关
6、。,人工智能的定义,作为学科，人工智能研究的是如何使机器（计算机）具有智能的科学和技术，特别是自然智能如何在计算机上实现或再现的科学和技术。因此，从学科角度讲，当前的人工智能是计算机科学的一个分支。 人工智能虽然是计算机科学的一个分支，但它的研究却不仅涉及到计算机科学，而且还涉及到脑科学、神经生理学、心理学、语言学、逻辑学、认知(思维)科学、行为科学、生命科学和数学，以及信息论、控制论和系统论等许多学科领域。,什么是智能？,智能 人或动物，获取、处理、应用和再生信息（知识），并用之达到预定目的能力。或说：应用知识解决问题的能力。,智能活动的特点,认识与理解环境的能力通过视觉、听觉、触觉等感官活
7、动，接收并理解文字、图像、声音、语言等各种外界信息。归纳和演绎，作出决策的能力通过人脑的生理与心理活动以及有关的信息处理过程，将感性知识抽象为理性知识，并能对事物的运动规律进行分析、判断和推理。学习和自我适应的能力通过教育、训练和学习过程，日益丰富自身的知识。行为的能力对变化多端的外界环境条件，如干扰、刺激等作用能灵活地作出反应。,人工智能涉及的领域,人工智能涉及的领域：,人工智能的发展历史（史前期，1956以前）,数理逻辑：17世纪发明的数理逻辑，也就是在逻辑中引入数学的方法。其中激励科学家进行这项研究的一个思想是：思维并不难掌握，“一切思维不过是计算（即加与减）”英国著名哲学家霍布斯（Th
8、omas Hobbes,1588-1679）:正如算术学者教人数字的加与减；几何学家教人在线、形、角、比例、快速程度、力等方面进行加与减；逻辑学叫则教人在字（词）的推论方面进行加与减：将两个名词相加得到一个断定，将两个断定相加得到一个三段论，将若干个三段论相加得到一个证明，并且由三段论的结论中减去一个命题，以得到另一命题。,人工智能的发展历史（史前期，1956以前）,数理逻辑德国哲学家、数学家、物理学家莱布尼茨（Leibnitz,1646-1716） 认为，可以建立一个普遍符号系统，和逻辑演算，由此可以制造一台机械装置，可以完成推理或者理解过程。他幻想：每当哲学家们有了分歧，不必争论不休，只要
9、“计算一下，谁对谁错，只要看一下计算结果便知”爱尔兰数学家布尔（George Boole,1815-1864）发明了布尔代数，将逻辑学由哲学变成了数学。将符号语言与运算结合，可表示任何事物，为逻辑推理建立了严密的形式语言。,人工智能的发展历史（史前期，1956以前）,数字计算机的发展。关于计算机械的研究有很长的历史。法国数学和物理学家帕斯卡（Pascal，1623-1662）于1647年制造了一台机械加法器莱布尼茨进一步对此进行了改进，可以进行全部的四则运算。英国数学家巴贝奇（Babbage）于1821年发明了差分机和分析机。他当时提出的计算机的五大组成部分，为今天的计算机的发展奠定了基础。,
10、人工智能的发展历史（史前期，1956以前）,计算机的发展（续）1940年，英国图灵制造了第一台可运转的数字计算机ACE1946年，美国人毛奇莱（Mauchly）和艾克特(Eckert)在宾夕法尼亚大学研制成功ENIAC。是第一台采用“存储程序原理”的计算机。该计算机重30吨，17000个电子管，耗电150千瓦。但是计算机只能存储80个字节。,人工智能的发展历史（史前期，1956以前）,Von Neumann(冯.诺伊曼),目前世界上占统治地位的仍是冯.诺伊曼的计算机。美国数学家N.Wiener(威纳)控制论的创立、美国数学家C.E.Shannon(申农)信息论的创立，都为人工智能学科的诞生做了
11、理论和实验工具的巨大贡献。,人工智能的发展历史（史前期，1956以前）,可计算理论的发展。随着计算机的发明，人们自然会问：计算机到底能做什么？计算机具有智能吗？如何度量计算机的智能？,人工智能的发展历史（史前期，1956以前）,1935年,英国科学家图灵开始研究数理逻辑。这是关于人的思维数学化的研究，也就是说用数学的方法去研究人的思维过程,思维规律等.通过建立一套精确的符号语言和演算系统去解决人如何推理的问题. 1936年发表划时代的论文:论可计算数及其在判定问题中的应用.图灵的方案就是所谓的”图灵机”:有限状态控制器读写头纸带,人工智能的发展历史（史前期，1956以前）,图灵将其作为模拟人的
12、思维活动的模型，凡是可以用图灵机来计算的函数都是可计算的。图灵用这个模型证明了不可计算数（也就是不可用图灵机的算法来表达）的存在。由此建立了可计算性理论。,人工智能的发展历史（形成时期，195661）,1956年提出了“Artificial Intelligence（人工智能）” 1956年夏季,在美国Dartmoth(达特默思)大学,由年轻数学助教J.McCarthy(斯坦福大学教授)和他的三位朋友M.Minsky(哈佛大学数学神经学家,MIT教授),N.Lochester(IBM公司信息研究中心负责人)、C.Shannon(申农)(贝尔实验室信息部数学研究员)共同发起，邀请IBM公司的T.
13、Moore(摩尔)和A.Samuel(塞缪尔)、MIT的O.Selfridge和R.Solomonff(索罗蒙佛)以及RAND公司和Carnagie工科大学的A.Newell(艾伦.钮厄尔)和H.A.Simon(西蒙)(后均为CMU教授)等人参加夏季学术讨论会,历时二个月。在这次历史性的聚会上,第一次正式使用了人工智能(AI)这一术语,从而开创了人工智能的研究方向和学科。 McCarthy（麦卡锡）人工智能之父,第一个兴旺期,在形成和第一个兴旺期，人工智能研究出现了一些较有代表性的工作（这个时期AI研究的主要方向是机器翻译、定理证明、博弈等）。,机器翻译,1953年，美国乔治敦大学组织了第一次
14、机器翻译的实际实验。1954年7月，IBM公司在701计算机上做了俄译英的公开表演。此后包括英国、苏联、中国在内的许多国家纷纷开展机器翻译的研究。,定理证明,利用计算机证明数学定理是又一项大胆的设想。1956年，Newell(艾伦.纽厄尔)和Simon(西蒙)等人首先取得突破，他们编的程序Logic Theorist(应用启发式技术)证明了数学原理第二章中的三十八条定理，又于1963年证明了该章中的全部五十二条定理，走向了以计算机程序来模拟人类思维的道路，第一次把求解方法和问题的领域知识分离开。定理证明在1958年取得新成就，美籍数理逻辑学家王浩在IBM704计算机上以3-5分钟证明了数学原理
15、有关命题演算的全部220条定理，还用了几分钟证明了该书中带等式的谓词演算的150条定理中的85%，1959年再接再厉，仅用了8.4分钟就证明了以上全部定理。也是在1959年，IBM公司的Gelernter(格伦特尔)研制出平面几何证明程序。,博弈,博弈同样是AI第一个时期的研究热点，1956年Samuel研制了跳棋程序，它在1959年击败了Samuel本人，又在1962年打败了美国一个州的跳棋冠军而荣获州级冠军。,模式识别,也在1956年，Selfridge研制出第一个字符识别程序，又在1959年推出功能更强的模式识别程序。,语言与GPS,1960年，McCarthy建立了人工智能程序设计语言
16、LISP。从1957年开始，Newell、Shaw和Simon等人就开始研究一种不依赖于具体领域的通用解题程序GPS（持续研究了十年，69年发表最后版本）。,符号积分程序,1963年Slagle发表了符号积分程序SAINT，用86道积分题做实验（其中54道选自麻省理工学院的大学考题），结果做出了其中的84道。,机器视觉,1965年Roberts编制了可以分辨积木构造的程序，开创了计算机视觉的新领域。,归结法与定理证明,1965年Robinson独辟蹊径，提出了与传统的自然演绎法完全不同的消解法，当时被认为是一项重大突破，掀起了研究计算机定理证明的又一高潮。,乐观的预言:,一连串的胜利使人们盲目乐观，醉心于AI远景的专家们做出了种种乐观的预言，58年，Newell和Simon充满自信地说：,:,乐观的预言不出十年，计算机将成为世界冠军；不出十年，计算机将要发现和证明重要的数学定理；不出十年，计算机将能谱写具有优秀作曲家水平的乐曲；不出十年，大多数心理学理论将在计算机上形成。 有人甚至断言：照此趋势下去，80年代将是全面实现AI的年代；到了2000年 ，机器的智能就可以超过人了。,
