《人工智能 1 北京化工大学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人工智能 1 北京化工大学（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Artificial Intelligence人 工 智 能,信息学院智能工程研究室 教育部智能过程系统工程研究中心 耿志强,QQ：360476763,参考书,人工智能技术导论 廉师友编著，西安电子科技大学出版 人工智能原理方法应用，王永庆编，西安交大出版社 人工智能基础，邵军力等编著，电子工业出版社总 学 时：40 总 学 分：2.5上课地点：科202 上课时间：（1-15周） 周五 5-6节（12-13周）周二 5-6节上机时间： 8学时（讲课结束时）考查方式：平时成绩10%+上机成绩20%+卷面成绩（70%）上机成绩不及格导致最终成绩不及格。,第1章 人工智能概述,1.1 人工智能的概念
2、 1.2 人工智能的产生与发展 1.3 人工智能的研究目标 1.4 人工智能研究的基本内容及特点 1.5 人工智能的研究领域 1.6 人工智能的基本技术 本章小结 习题,1.1 人工智能的概念,1.1.1 什么是人工智能？ 1.1.2 为什么要研究人工智能 1.1.3 人类智能的计算机模拟,1.1.1 什么是人工智能？,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
3、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。,1.1.1 什么是人工智能？,其它几种关于人工智能的定义： 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 人工智能是研究那些使理解、推
4、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。,综合各种不同的人
5、工智能观点，可以从“能力”和“学科”两个方面对人工智能进行定义。从能力的角度来看，人工智能是相对于人的自然智能而言的，所谓人工智能是指用人工的方法在机器（计算机）上实现的智能；从学科的角度来看，人工智能是作为一个学科名称来使用的，所谓人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，使它能模拟、延伸和扩展人类智能的学科。总之，人工智能是一门综合性的边缘学科。它借助于计算机建造智能系统，完成诸如模式识别、自然语言理解、程序自动设计、自动定理证明、机器人、专家系统等智能活动。它的最终目标是构造智能机。,1.1.1 什么是人工智能？,普通计算机系统的智能还相当低下。难以满足越来越复杂和越来越广泛的社会需
6、求。研究人工智能也是当前信息化社会的迫切要求。智能化也是自动化发展的必然趋势。如果机器具有智能的话。,1.1.2 为什么要研究人工智能,1.1.3 人类智能的计算机模拟,人类的认知过程是个非常复杂的行为，至今仍未能被完全解释。人们从不同的角度对它进行研究，从而形成诸如认知生理学、认知心理学和认知工程学等相关学科。对这些学科的深入研究已超出本书范围。这里仅讨论几个与人工智能有密切关系的问题。,1研究认知过程的任务研究认知过程的主要任务是探求高层次思维决策与初级信息处理的关系，并用计算机程序来模拟人的思维策略水平，而用计算机语言模拟人的初级信息处理过程。令T表示时间变量，x表示认知操作(cogni
7、tive operation)，x的变化x为当时机体状态S（机体的生理和心理状态以及脑子里的记忆等）和外界刺激R的函数。当外界刺激作用到处于某特定状态的机体时，便发生变化，即语言和硬件。,1.1.3 人类智能的计算机模拟,1.1.3 人类智能的计算机模拟,2智能信息处理系统的假设可以把人看成一个智能信息处理系统。信息处理系统又叫物理符号系统(Physical Symbol System)。所谓符号就是模式(pattern)。任一模式，只要它能与其它模式相区别，它就是一个符号。物理符号系统的基本任务和功能就是辨认相同的符号和区别不同的符号。一个完善的符号系统应具有下列6种基本功能：,1.1.3
8、人类智能的计算机模拟,(1)输入符号(input)； (2)输出符号(output)； (3)存储符号(store)； (4)复制符号(copy)； (5)建立符号结构：通过找出各符号间的关系，在符号系统中形成符号结构； (6)条件性迁移(conditional transfer)：根据已有符号，继续完成活动过程。如果一个物理符号系统具有上述全部6种功能，能够完成这个全过程，那么它就是一个完整的物理符号系统。,1.1.3 人类智能的计算机模拟,假设 任何一个系统，如果它能表现出智能，那么它就必定能够执行上述6种功能。反之，任何系统如果具有这6种功能，那么它就能够表现出智能；这种智能指的是人类所
9、具有的那种智能。我们把这个假设称为物理符号系统的假设。物理符号系统的假设伴随有3个推论，或称为附带条件。推论一 既然人具有智能，那么他(她)就一定是个物理符号系统。推论二 既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智能的基本条件。这是人工智能的基本条件。推论三 既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么我们就能够用计算机来模拟人的活动。,1.1.3 人类智能的计算机模拟,1.2 人工智能的产生与发展,1.2.1 人工智能学科的产生与发展概况 1.2.2 人工智能的学派与纷争 1.2.3 人工智能的发展趋势 1.2.4 我国人工智能的研究与发展,1.2.1 人工智能学科的产
10、生与发展概况,1956年夏季，由美国达特莫斯(Dartmouth)大学麦卡锡(JMcCarthy)与哈佛大学的明斯基(MLMinsky)、IBM公司信息研究中心的洛切斯特(NLochester)、贝尔实验室的香农(CEShannon)共同发起，邀请IBM公司的莫尔(TMore)和塞缪尔(ALSamuel)、麻省理工学院的塞尔夫里奇(OSelfridge)和索罗门夫(RSolomonff)以及兰德公司和卡内基工科大学的纽厄尔(ANewell)、西蒙(HASimon)等，共十位来自数学、心理学、神经生理学、信息论和计算机等方面的学者和工程师，在达特莫斯大学召开了一次历时两个月的研讨会，讨论关于机器
11、智能的有关问题。会上经麦卡锡提议正式采用了“人工智能”这一术语。从此，一门新兴的学科便正式诞生了。AI的历史回顾,1.2.2 人工智能学派及其争论,目前人工智能的主要学派有下列3家： 符号主义(Symbolicism)，又称为逻辑主义(Logicism)、心理学派(Psychlogism)或计算机学派(Computerism)，其原理主要为物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性原理。 联结主义(Connectionism)，又称为仿生学派(Bionicsism)或生理学派(Physiologism)，其原理主要为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法。 (3) 行为主义(Action
12、ism)，又称进化主义(Evolutionism)或控制论学派(Cyberneticsism)，其原理为控制论及感知-动作型控制系统。他们对人工智能发展历史具有不同的看法。,1.符号主义,符号主义认为人工智能源于数理逻辑。数理逻辑从19世纪末起就获迅速发展；到20世纪30年代开始用于描述智能行为。计算机出现后，又在计算机上实现了逻辑演绎系统。正是这些符号主义者，早在1956年首先采用“人工智能”这个术语。,1.符号主义,后来又发展了启发式算法专家系统知识工程理论与技术，并在80年代取得很大发展。符号主义曾长期一枝独秀，为人工智能的发展作出重要贡献，尤其是专家系统的成功开发与应用，为人工智能走向
13、工程应用和实现理论联系实际具有特别重要意义。 在人工智能的其它学派出现之后，符号主义仍然是人工智能的主流派。这个学派的代表有纽厄尔、肖、西蒙和尼尔逊(Nilsson)等。,2.联结主义,联结主义认为人工智能源于仿生学，特别是人脑模型的研究。它的代表性成果是1943年由生理学家麦卡洛克(McCulloch)和数理逻辑学家皮茨(Pitts)创立的脑模型，即MP模型。60-70年代，联结主义，尤其是对以感知机(perceptron)为代表的脑模型的研究曾出现过热潮，由于当时的理论模型、生物原型和技术条件的限制，脑模型研究在70年代后期至80年代初期落入低潮。,2.联结主义,直到Hopfield教授在
14、1982年和1984年发表两篇重要论文，提出用硬件模拟神经网络时，联结主义又重新抬头。1986年鲁梅尔哈特(Rumelhart)等人提出多层网络中的反向传播(BP)算法。此后，联结主义势头大振，从模型到算法，从理论分析到工程实现，为神经网络计算机走向市场打下基础。现在，对ANN的研究热情仍然不减。,3.行为主义,行为主义认为人工智能源于控制论。控制论思想早在40-50年代就成为时代思潮的重要部分，影响了早期的人工智能工作者。到60-70年代，控制论系统的研究取得一定进展，播下智能控制和智能机器人的种子，并在80年代诞生了智能控制和智能机器人系统。行为主义是近年来才以人工智能新学派的面孔出现的，
15、引起许多人的兴趣与研究。,对人工智能基本理论的争论,不同人工智能学派对人工智能的研究方法问题也有不同的看法。这些问题涉及: 人工智能是否一定采用模拟人的智能的方法?若要模拟又该如何模拟? 对结构模拟和行为模拟、感知思维和行为、对认知与学习以及逻辑思维和形象思维等问题是否应分离研究? 是否有必要建立人工智能的统一理论系统?若有，又应以什么方法为基础?,1.符号主义的观点,认为人的认知基元是符号，而且认知过程即符号操作过程。它认为人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，因此，我们就能够用计算机来模拟人的智能行为，即用计算机的符号操作来模拟人的认知过程。也就是说，人的思维是可操作的。,1.
16、符号主义的观点,它还认为，知识是信息的一种形式，是构成智能的基础。人工智能的核心问题是知识表示、知识推理和知识运用。知识可用符号表示，也可用符号进行推理，因而有可能建立起基于知识的人类智能和机器智能的统一理论体系。,2.联结主义的观点,认为人的思维基元是神经元，而不是符号处理过程。它对物理符号系统假设持反对意见，认为人脑不同于电脑，并提出联结主义的大脑工作模式，用于取代符号操作的电脑工作模式。,3.行为主义的观点,认为智能取决于感知和行动(所以被称为行为主义)，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；人工智能可以象人类智能一样逐步进化(所以称为进化主义)；,3.行为主义的观点,智能行为只能在现实世界中与周围环境交互作用而表现出来。行为主义还认为：符号主义(还包括联结主义)对真实世界客观事物的描述及其智能行为工作模式是过于简化的抽象，因而是不能真实地反映客观存在的。,
