智能科学导论1章

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1、智能科学技术导论 13611098166王万森中国人工智能学会秘书长、教育工作委员会主任1导论课程教学说明课程性质：智能科学与技术本科专业入门引导课程 主要内容：智能科学技术学科的概念、架构、体系智能科学技术专业的知识结构、课程体系、培养目标、学习方法智能科学技术学科的生命科学基础、技术科学基础智能科学技术的科学和社会价值，以及其发展与前沿 教学要求了解智能科学技术学科，认识智能科学技术专业，了解智能科学技 术的生命科学和技术科学基础，认识智能科学技术对科技、经济、社会 发展的作用，为以后的学习和成长奠定基础。 教材：钟义信等编著，智能科学技术导论，北京邮电大学出版社， 2006年 参考书脑科

2、学、认知科学、人工智能、机器人、计算机技术、控制科学等 2导论课程的章内容第1章 智能科学技术概述第2章 智能科学技术专业和学科教育第3章 智能科学技术的脑科学基础第4章 智能科学技术的认知科学基础第5章 智能科学技术的技术学科基础第6章 智能科学技术与科技进步和社会发展第7章 智能科学技术的前沿与机遇第8章 我国科学家对智能科学技术的贡献3第1章 智能科学技术概述1.1 智能和机器智能1.2 智能科学技术学科1.3 科学技术的发展规律1.4 智能科学技术的模型1.5 智能科学技术的重要研究领域4这些人是谁？你是怎样识别的？机器会怎样识别？差别在哪？智能是什么？1.1 智能和机器智能 -习以为

3、常的智能5智能(自然智能)问题：1、人是怎样思考问题的？例如：树上还有几只鸟？（常识推理）2、人是怎样横穿马路的？（常识推理和逻辑问题的形象处理）3、人是怎样识别景物的？例如：小孩的妈妈是谁？（形象思维）4、人是怎样实现感知、学习、思维等的？（神经系统的心智活动）5、人是怎样产生情绪、情感的？（神经系统的心理过程） 智能所包含的能力感知、学习、思维、行为？ 情感、情绪、意志？ 智能的载体：1.1 智能和机器智能 -智能的现象61.1 智能和机器智能 -自己心中的智能讨论：人类智能都包括哪些？感知、学习、思维、行为？情感、情绪、意志（个体自觉地确定目的，支配自己 的行动，克服困难以实现预定目的的

4、心理过程）、动机（ 发动指引和维持个体活动的内在心理过程）？动物有没有智能？听觉、视觉、记忆、行为？机器有没有智能？听觉、视觉、记忆、思维、行为？你在社会中看见或知道哪些智能现象？智能机器人、智能家电、智能交通、智能家居?7人类高等动物动物植物无机物1.1 智能和机器智能 -智能等级和智能空间81.1 智能和机器智能 -人类智能人类智能（即自然智能，简称智能）人类在认识客观世界中，由思维过程和脑力活动所表现出的综合能力。 人类智能基础脑和神经系统，人脑1011-12 量级的神经元，分布并行工作 人类智能的层次：高层智能：以大脑皮层（抑制中枢）为主，主要完成记忆、思维等中层智能：以丘脑（感觉中枢

5、）为主，主要完成感知活动。低层智能：以小脑、脊髓为主，主要完成动作反应活动。 智能包含的能力：感知： 通过感知器官感知外界的能力记忆：对外界信息和内部知识的存储过程思维：对已存储信息或知识的本质属性、内部知识的认识过程包括：逻辑思维，形象思维，灵感思维学习：是一个具有特定目的的知识获取过程自适应：是一种通过自我调节适应外界环境的过程行为：是人们对感知到的外界信息作出动作反应的能力91.1 智能和机器智能 -机器智能测试主持人被测机器被测人小于50%？Turing测试1020 + 21 + 22 + + 263 1019 / 3109 3109 秒 1 世纪 = 264 1 1019国际象棋高级

6、棋手的一局：平均每人走40步（两人共80步） 每步平均35种可能走法。共有 3580 10123 可能种走法10123 / 3109 310114 秒 10104 世纪NP问题！1.1 智能和机器智能 -机器计算与机器智能11功能模拟方式亦称为符号主义、逻辑主义等。其目的是要构造能够模拟人类大脑功能的智能系统。相当于“鸟飞”。这种观点认为人类认知的基元是符号，认知过程是符号表示上的一种运算。智能的基础是知识，其核心是知识表示和知识推理。知识可用符号表示，也可用符号进行推理，因而可以建立基于知识的人类智 能和机器智能的统一的理论体系。 鸟会飞飞机也会飞1.1 智能和机器智能 -模拟方法（功能模拟

7、）12结构模拟方式亦称为连接主义学派、仿生学派。其目的是要模拟人类的大脑结构，构造人造的神经网络系统。相当于“飞鸟” 这种观点认为，AI起源于仿生学，特别是人脑模型，人类认知的基元是神经元，认知 过程是神经元的连接活动过程思维的基元是神经元，而不是符号。思维过程是神经元的联结活动过程，而不是符号运算过程；反对符号主义关于物理 符号系统的假设。人类神经网络人工神经网路1.1 智能和机器智能 -模拟方法（结构模拟）13行为模拟方式亦称进化主义、控制论学派。这种观点认为，人工智能起源于控制论，智能取决于感知和行为，取决 于对外界复杂环境的适应，而不是推理。提出了智能行为的“感知动作”模型；智能不需要

8、知识、不需要表示、 不需要推理；人工智能可以像人类智能那样逐步进化。1.1 智能和机器智能 -行为模拟14自然界的生物是怎样进化的？进化计算：是一种模拟自然界生物进化过程与机制的智能模拟方式。它以 达尔文进化论的“物竟天择、适者生存”作为算法的进化规则，并结合孟德尔 的遗传变异理论，将生物进化过程中的繁殖、变异、竞争和选择引入到了算 法中。典型代表是遗传算法，其基本操作包括选择、杂交、变异，逐代进化 ，直到满足目标为止。 人是怎样处理模糊信息的？模糊计算：是通过对人类处理模糊现象的认知能力的认识，用模糊集合和 模糊逻辑去模拟人类的智能行为的。模糊是指那种因没有严格边界划分而无 法精确刻画的现象

9、。例如， “大”、“小”、“多”、“少”等。 人是怎样相处的？分布智能：它由多个自主Agent组成，其中每个Agent都可以自主运行和自 主交互，以和谐共处。 动物是怎样捕食的？粒群计算：起源于对鸟群捕食行为的模拟。模拟鸟群捕食运动模式。蚁群算法：起源于对蚁群行为的研究，模拟蚁群智能寻优能力。1.1 智能和机器智能 -模拟方法（仿生模拟）15第一章 智能科学技术概述1.1 智能和机器智能1.2 智能科学技术学科1.3 科学技术的发展规律1.4 智能科学技术的模型1.5 智能科学技术的重要研究领域16概括地讲：智能科学技术是研究智能现象及其运动规律的科学技术严格地讲：智能科学技术是研究智能的本质

10、和研究扩展人类智力功 能的原理和方法的科学技术1.2 智能科学技术学科 -何谓智能科学技术主要研究对象智能的机理和功能，智能模拟的方法和技术171.2 智能科学技术学科 -智能科学的学科位置自然 科学社会 科学哲学数学交叉学科信息科学脑科学系统科学智能科学基础学科指导学科交叉和边缘学科总体：是自然科学与社会科学的交叉学科具体：脑科学、思维科学、逻辑学、系统科学、信息科学、计算机科学、控制科学等181.2 智能科学技术学科 -智能科学技术的学科特点智能科学基础：脑科学、认知科学、计算 机科学、控制科学、逻辑学、信息科学、系 统科学、数学、物理学多学科交叉，多技术综合，跨应用领域智能技术基础：计算

11、机技术、通信技 术、网络技术、自动化技术、电子技 术、多媒体技术、图像技术智能科学技术：自然智能：人脑的本质和机理；认知的基本原理；心理的基本过程人工智能：机器感知（机器视觉、听觉；智能传感；自然语言理解；模式识别）机器思维 （推理；搜索；规划；决策）机器学习 （符号学习；连接学习；知识发现；数据挖掘）机器行为 （智能控制；智能制造；智能检索；智能机器人）计算智能：神经计算；模糊计算；进化计算；自然计算；人工生命；人工情感分布智能：多Agent ；群体智能；智能网络集成智能：脑-机接口（Brain-Computer Interface, BCI）理论支撑技术支撑智能技术应用：智能机器人；专家系

12、统；智能决策支持系统；智能检索系统；智能教 学系统；智能搜索引擎；智能游戏；智能CAD；机器博弈；自动定理证明；智能家电； 智能产品；智能交通；智能电力；智能作战；智能农业；智件；智能产业 技术应用技术应用191基因修饰技术2未来家庭机器人3新型电池4人工智能技术5超高速交通工具 6干细胞技术7光电信息技术8可服用诊疗芯片9感冒疫苗10无线能量传输技术2008年11月16日，在中国科协成立50周年的新闻发布会上，“五个10”系 列评选结果揭晓，经2000多万公众网上投票，评出的10项引领未来的科学技 术如下： 中国科协网站：http:/ 中国网：http:/ 新浪网：http:/ 学科地位（

13、一个引领未来的交叉学科 ）20第1章 智能科学技术概述1.1 智能和机器智能1.2 智能科学技术学科1.3 科学技术的发展规律1.4 智能科学技术的模型1.5 智能科学技术的重要研究领域211.3 科学技术发生发展规律 -科学技术发生学：辅人律辅人律：利用身外之物扩展自身的能力辅助人类扩展认识和改造世界的能力；辅助人类改善生存和发展的能力 辅人是科学技术产生的唯一原因 扩展认识和 该造世界能力改进生存 和发展能力人 类 文 明 进 化科学 发现产生 新的 科学 技术扩展认识和 该造世界能力改进生存 和发展能力人 类 文 明 进 化产生 新的 科学 技术扩展认识和 改造世界能力改进生存 和发展能

14、力人 类 文 明 进 化技术 创新产生 新的 科学 技术科学技术辅人律的基本模型科学主要是扩展人们认识世界的能力，技术主要是扩展人们改造世界的能力221.3 科学技术发生发展规律 -科学技术发展学：拟人律(1/3)拟人律根据人类更高的能力（体质、体力、智力）要求（或生存发展目标）的实 际需要扩展自身的能力 拟人是科学技术发展的第一牵引力，是人类社会进步的永恒动力 人 类 文 明 进 化科学 发展产生 新的 科学 技术人 类 文 明 进 化产生 新的 科学 技术更高的 能力要求实际的 能力水平人 类 文 明 进 化技术 进步更高 的生 存和 发展 目标差距科学技术拟人律的基本模型因素链：外部资源

15、科学技术先进工具能力扩展231.3 科学技术发生发展规律 -科学技术发展学：拟人律(2/3)体质体力智力人类的能力：体质能力，体力能力，智力能力体质能力：人体本质结构的合理性和健壮性，是体力和智力的基础体力能力：人体力量的充沛性和持久性，以体质为基础；智力能力：人的思维和智能的聪慧性和敏捷性，以体质和体力为基础。24古代近代现代材料科学技术能量科学技术信息科学技术人力工具动力工具智能工具农业文明 工业文明 信息文明增强体质 扩展体力 扩展智力物质资源能量资源信息资源1.3 科学技术发生发展规律 -科学技术发展学：拟人律(3/3)古 代表征资源表征科技表征工具表征功能表征文明时代近 代现 代表征资源对应3种能力扩展所需的3种资源、3种科学技术和3类工具251.3 科学技术发生发展规律 -科学技术未来学：共生律(1/2)共生律：人类的全部能力 = 自身的能力 + 科学技术产物的能力工具的进化过程：是人类能力的继承、积累、深化、拓广、创造的过程工具的换代：是在继承基础上的创新，而不是简单的淘汰这些所反映的就是共生律26专用智能工具智能工具的社会形态: 大规模智能信息网络公用 通信网络平