人工智能第一章

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1、第一章 绪论本章内容简介本章内容简介l人工智能概念l人工智能的发展及应用l专家系统的概念l专家系统的发展11.1 人工智能的发展概况l智能一词源于拉丁文的“Legere”，意思 是收集、汇集，智能通常用来表示从中选 择、理解和感知。l智能：个体有目的的行为、合理的思维， 以及有效的适应环境的综合性能力。l自然智能：人类和一些动物具有的智力和 行为能力。21.1 人工智能的发展概况l智力：认识、理解客观事物并运用知识 、经验等解决问题的能力。l智慧：辨析、判断、发明创造的能力。 3图灵试验 l问： 请给我写出有关“第四号桥”主题的十四行诗 。l答：不要问我这道题，我从来不会写诗。l问：34957

2、加70764等于多少？l答：（停30秒后）105721l问：你会下国际象棋吗？l答：是的。l问：我在我的K1处有棋子K；你仅在K6处有棋子K ，在R1处有棋子R。现在轮到你走，你应该下那步 棋？l答：（停15秒钟后）棋子R走到R8处，将军！4图灵试验 l问：你会下国际象棋吗？l答：是的。l问：你会下国际象棋吗？l答：是的。l问：你会下国际象棋吗？l答：是的。l问：请再次回答，你会下国际象棋吗？l答：是的。5图灵试验 l问：你会下国际象棋吗？l答：是的。l问：你会下国际象棋吗？l答：是的，我不是已经说过了吗？l问：请再次回答，你会下国际象棋吗？l答：你烦不烦，干嘛老提同样的问题。61.1.1 人

3、工智能的概念 (Artificial Intelligence)lNilsson教授：l“人工智能是关于知识的科学-怎样表表 示示知识以及怎样获得获得知识并使用使用知识的 科学。”lWinston教授:l“人工智能就是研究如何使计算机去做 过去只有人才能做的智能的工作。”7其他的概念l由计算机来表示和执行人类的智能活动 （判断、识别、理解、学习、规划等）l机器执行某些与人的智能能力有关的复 杂行为的能力。l研究、设计智能计算机系统的一门边缘 学科，这些系统应能呈现出与人力的智 能行为有关的特征。8人工智能的概念 (Artificial Intelligence)l广义上说，一般认为用计算机模拟

4、人的 智能行为就属于人工智能的范畴。l狭义上说，人工智能研究的一些核心内 容，包括搜索技术、推理技术、知识表 示、机器学习与人工智能语言等方面。91.1.2 人工智能的研究途径l1模拟人的思维：符号智能心理学方法l2模拟人的大脑：连接计算生理学方法l3模拟人类社会：智能Agent社会学方法l4模拟生物演化：演化计算生物学方法l5模拟群居昆虫：群体智能l6模拟生物免疫：人工免疫系统l7模拟生命现象：人工生命101.心理学途径l符号机制(Symbolicism)l认识的基本元素是符号，人的认识过程 就是一种符号处理过程。人工智能的核 心就是“表示”问题。然而，对有些思 维活动，如图象识别就较困难。

5、112.生理学途径l连接机制(Connectionism)，即人工神经 网络方法l认识的基本元素就是神经元本身，认识 过程就是大量神经元的整体活动，本质 上是并行分布的模式。12l人类思维有三种形态: l 形象思维、抽象思维、灵感思维l符号机制:l 抽象思维、思维的宏结构、高层次l连接机制:l 形象思维、思维的微结构、低层次13两种机制的不同符号机制连接机制表示层次符号连接认识层次离散连续处理层次串行并行体系层次集中分布基础层次逻辑模拟143. 演化计算途径l遗传算法l Genetic Algorithms, GAl演化策略l Evolution Strategies, ESl演化规划l Ev

6、olutionary Programming, EP154.社会学途径l智能Agent理论：模拟人在社会中的行为。lAgent指一种基于硬件或软件的计算机系统， 具有自主性、社会性、反应性、能动性。161.1.3 人工智能学科的发展历史l算盘的诞生lAristotle 提出形式逻辑lBacon 提出归纳法lLeibnitz 研制出四则计算器lBoole 创立布尔代数lTuring 提出了理想计算机模型，创立了自 动机理论17人工智能学科的发展历史l1956年-人工智能这一学科诞生。lMcCarthy, Minsky, Lochester, Shannon, Simon, Newell, Sam

7、uel等在美国举行为期 两个月的学术会议，讨论在数学、物理学、 心理学和电子工程学等方面模拟人类智能行 为。其间，McCarthy提出将所讨论的领域作 为计算机科学中的一个新的研究分支，并称 为人工智能，标志着Artificial Intelligence 这一学科的正式诞生。18人工智能学科的发展历史l人工智能的研究和形成（19561970）l1956年，由Newell和Shannon研制的逻辑 理论机LT(The Logic Theory Machine)的 数学定理证明程序，是第一个处理符号而 不是数字的程序，是机器证明数学定理的 最早尝试。l1956年，由Samuel研制的西洋跳棋程序

8、 Checkers。该程序具有改善、自适应、可 以积累经验和学习的功能。 19人工智能学科的发展历史l1960年，Newell和Simon编制成“通用问题 求解程序GPS(general problem solving)”用于解决不定积分、三角函数 、代数方程等十几种性质不同的问题，并 首次提出启发式搜索概念。l1960年，McCarthy发明的“表处理语言 LISP”，不仅能处理数值，还能处理符号 ，可用于微积分、数学定理证明等许多领 域，成为重要里程碑。20人工智能学科的发展历史l60年代初，Simon等人乐观地预言：l十年内数字计算机将是世界象棋冠军；l十年内计算机将证明一个未发现的重要

9、的 数学定理；l十年内数字计算机将谱写具有相当美学价 值的而为批评家所认可的乐曲；l十年内大多数心理学理论将采用计算机程 序的形式。21人工智能学科的发展历史l人工智能走向了低潮，主要表现在：lA、1965年发明了消解法，曾被认为是重 大突破，可很快就发现消解法能力有限。l精神是乐观的，而肌肉是软弱的。l伏特加酒是好的，而肉是腐烂的。lB、Samuel的下棋程序，赢了州冠军，没 能赢全国冠军。lC、机器翻译译出了荒谬的结论。22人工智能学科的发展历史l发展和实用阶段（19711980）l60年代末到70年代，专家系统的出现，使 人工智能的研究出现了新高潮。l1965年，Feigenbaum等合

10、作研制的专家系 统DENDRAL，这是一个化学质谱分析系统 ，达到了化学博士的水平。l1974年，Shortlife等人研制了诊断和治 疗感染性疾病的MYCIN系统。23人工智能学科的发展历史l1968年Quillian提出了语义网络方法，试图解 决记忆的心理学模型，Simon等又在网络表达自 然语言理解方面取得了较大成功。l1972年，Robinson提出归结原理。 l1974年，Minsky提出框架知识表示方法。l1977年，Feigennbaum提出知识工程的概念。l1981年，Duda等人研制的矿藏勘探专家系统 PROSPECTOR，该系统用语义网络表示地质知识 。 24人工智能学科的

11、发展历史l人工智能得到飞速发展（1980 ）l知识工程与专家系统l神经网络和遗传算法l神经网络解决了TSP问题25知识工程lFeigenbaum教授:l“知识工程是人工智能的一种技艺，它 运用人工智能的原理和方法，对那些需 要专家知识才能解决的应用难题提供求 解的手段。恰当运用专家知识的获取、 表达和推理过程的构成与解释，是设计 基于知识的系统的重要技术问题。”26人工智能的核心内容l搜索技术l推理技术l知识表示l人工智能语言271.2 人工智能的应用 1.2.1 人工智能的应用领域l1.专家系统 模拟人类专家的问题求解 过程，解决那些只有专家才能解决的复 杂问题。l2.知识库系统 对人类的知

12、识进行存储 、加工、管理，并根据需要对知识进行 处理和应用。28l3.决策支持系统 利用模型和知识，通过 模拟和推理等手段，进行辅助决策。l4.自然语言理解 理解人类的自然语言， 以实现人机之间的直接通话。l 语言翻译l 语音识别l 语言的生成和理解29l5.智能机器人 具有感觉、识别和决策 功能的机器人。l 机器人是一种可再编程序的多功能的 操作装置。l工业机器人（机器手）l有感知的机器人（装配机器人）l有智能的机器人（感知、动作、思考）3031l6.模式识别 模拟人类的听觉、视觉等 感觉功能，对声音、图象、景物、文字 等进行识别。l常用方法:l 决策理论法l 句法方法l 专家系统法l 脑模

13、型法32l7.自动程序设计 l给出算法的描述，对高级描述进行处理 ，由计算机完成程序的验证和综合，实 现程序设计的自动化。33l8. 定理证明l定理证明的研究在人工智能方法的发展 中曾起过重要的作用，例如使用谓词逻 辑语言，其演绎过程的形式体系研究， 帮助人们更清楚地理解推理过程的各个 组成部分。34l9.问题求解 l研究搜索、归纳问题。 35人工智能新的应用领域l2003年11月5日 ，德国法兰克 福机场，世界 上第一个具有 室外安检功能 的移动机器人 OFRO正在工作 ，造价为5万欧 元。 36人工智能新的应用领域l2004年9月4日，中国 科学院沈阳自动化研 究所研制的反恐机器 人正在调

14、试，这个名 为“灵蜥B型”的机 器人可装备爆炸物销 毁器、连发霰弹枪、 催泪弹等武器。37人工智能新的应用领域l2005年2月13日， 日本东京一所博物 馆内，小朋友们在 和SONY公司的机 器人“QRIO”聊天。 参观者能与QRIO 交流，并学习有关 机器人的知识。381.2.2 专家系统l概念lFeigenbaum认为：“专家系统是一种智能 的计算机程序，它运用知识和推理步骤 来解决只有专家才能解决的复杂问题。“39l1. 专家系统的产生l1960年代初，AI研究者侧重于通用问题的 求解，得到GPS。但很快发现，这是行不通 的。因此就转向了较狭窄的专门领域。l1965年Feigenbaum

15、研制了第一个专家系统 DENDRAL，开创了这一领域的研究。 40l2.专家系统的特点l(1) 专家系统所要解决的是复杂而专门 的问题。l(2) 专家系统突出了知识的价值。l(3) 专家系统采用的是人工智能的原理 和技术。41l3.专家系统的分类l从完成的任务分类:l 诊断、预测、解释、调试、修理、规 划、设计、监督、控制等l从完成的功能分类：l 分析型和综合型42l4.几个有名的专家系统l DENDRAL系统:用于根据有机化合物的 分子式和质谱图判断分子结构。l MYCIN系统:医疗诊断系统，用于在不 知道原始病原体的情况下，判断如何用 抗菌素来处理血液细菌感染病患者。43l PROSPEC

16、TOR系统:地质勘探专家系统， 用于寻找矿藏。l AM系统:机器学习系统，用于模拟人类 的归纳推理、抽象概念。l XCON系统:设计计算机总体配置的系统 ，它根据用户的需要，配置DEC VAX计算 机系统。44l铁路隧道围岩分类专家系统:根据隧道地 质情况确定围岩类别的系统。l隧道支护设计专家系统:根据地质因素和 工程条件确定隧道支护参数的系统。 l国防交通铁路工程保障指挥决策专家系 统:用于桥梁、隧道、枢纽和线路的抢修 决策。 45l5.专家系统的建造l 知识库:用于存放专家知识l 推理机:根据知识库中的知识进行推 理，做出决策。46l建造推理机的工具:l人工智能程序设计语言:LISP和PROLOGl骨架系统: EMYCIN、EXPERT等l通用的知识表示语言:ROSIE、OPS-5等47l对于选择软件工具问题，建议采取如下 方法：l (1) 寻找适用的骨架系统l (2) 选用通用的知识表示语言l (3) 选用通用的程序设计语言如C语言48本章小结l重点难点l 理解人工智能的概念l 了解人工智能的重