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1、1,学科选修课,人工智能与专家系统,2,教材及参考资料,人工智能及其应用,王万良,高等教育出版社,2008 Artificial Intelligence 人工智能 Nilsson N.J.尼尔逊(美), 机械工业出版社 人工智能. 马少平. 北京:清华大学出版社,2005; 人工智能基础. 高济等.高等教育出版社,2008; 计算机决策支持系统,孟波,武汉:武汉大学出版社,2003; 数据挖掘原理与技术,张云涛、龚玲,北京:电子工业出版社,2004,3,人工智能课程的特点,没有专业限制:人工智能(AI)属于计算机科学研究领域,但AI是研究机器智能,凡是运用人脑的地方都可运用AI ,因此, A
2、I可应用于各专业领域。 永远不过时: AI是研究机器智能,对人类智慧的不断逼近,但永远不会超过人类智慧,因此, AI永远不会过时。 研究方法自然: AI模拟人类解决问题,因此, AI的研究方法非常自然,容易理解。,4,第1章 绪论,1956年正式提出人工智能(artificial intelligence, AI)这个术语并作为一门新兴科学的名称。,5,双腿有膝机器人MABEL,最高速度可达每小时10.9公里,世界上速度最快的双腿有膝机器人,6,智能路灯,“响应路灯系统”由印度尼西亚万隆技术研究所开发,它由摄像头、路灯和微型电脑组成。摄像头以25帧/秒的速度捕捉即将驶过的车辆的画面,电脑在识别
3、后会在车辆通过时自动点亮。,7,德科学家研制终结者机器人手臂,它的手指由38根腱控制,每一根腱由前臂内部自带的发动机驱动,每个关节由2根腱组成。关节每秒钟可以旋转500度。手指可产生30牛顿的压力,可以完成刺激按摩,手指抓紧时可以使人窒息死亡。,8,“数字蚂蚁”部队为电网保驾护航,美国维克森林大学计算机专家正在训练一支特殊的“数字蚂蚁”部队,将来可把它们放到电网中巡逻,搜寻那些蓄意破坏系统的计算机病毒。 网络上到处巡游,寻找像计算机蠕虫、盗取信息的自复制程序、降低未授权访问权限等威胁。一旦探测到危险,就会召来蚂蚁大军向事发地点会合,吸引人类操作员注意调查问题。 “数字蚂蚁”技术曾在2010年被
4、科学美国人杂志评为“可改变人们生活的十大技术”之一 。,9,2010年“首届中国脑机接口比赛”(China BCI 2010),脑机接口(BrainComputer Interface,BCI)是在大脑与外部设备之间建立的一种直接的交流通道。脑机接口通过实时记录人脑的脑电波,在一定程度上解读人的思维,并将其“翻译”成控制命令,由此来实现对计算机、家用电器、机器人等设备的控制。,10,2011中国机器人大赛暨RoboCup公开赛,11,中国无人驾驶汽车高速公路试车成功,国防科技大学自主研制的红旗HQ3无人车,2011年7月14日首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶实验,创造了我国自
5、主研制的无人车在复杂交通状况下自主驾驶的新纪录,标志着我国无人车在复杂环境识别、智能行为决策和控制等方面实现了新的技术突破,达到世界先进水平。,12,人工智能与现代生活,智 能 家 居,13,1997年,世界国际象棋冠军斯卡帕罗夫(Kasparow)与特殊的对手进行了一次比赛。这位特殊的对手不是人类,而是IBM公司制造的超级计算机 (Deep blue),14,由于第六局戏剧性的大胜,深蓝以3.5比2.5的总比分迫使斯卡帕罗夫低头认输。人们惊呼:电脑战胜了人脑!深蓝创造了历史!深蓝又是如何做到这一点的呢?,15,归根结底,深蓝能够取得这样的成功,其实是人工智能不断发展的结果。 那么,什么是人工
6、智能呢?,16,第1章 绪论,1.1 人工智能的基本概念 1.2 人工智能的发展简史 1.3 人工智能研究的基本内容 1.4 人工智能研究途径与学派 1.5 人工智能的主要研究领域,17,1.1.1 智能的概念,自然界四大奥秘:物质的本质、宇宙的起源、生命的本 质、智能的发生。 对智能还没有确切的定义,主要流派有: (1)思维理论:智能的核心是思维 (2)知识阈值理论:智能取决于知识的数量及一般化程度 (3)进化理论:用控制取代知识的表示 智能是知识与智力的总和。,知识是一切智能行为的基础,获取知识并应用知识求解问题的能力,18,感知能力:通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等感觉器官感知外部世界的能力
7、。 80%以上信息通过视觉得到,10%信息通过听觉得到。,1.1.2 智能的特征,存储由感知器官感知到的外部信息以及由思维所产生的知识,对记忆的信息进行处理,2. 记忆与思维能力,19,(1)逻辑思维(抽象思维) 依靠逻辑进行思维。 思维过程是串行的。 容易形式化。 思维过程具有严密性、可靠性。,1.1.2 智能的特征,(2)形象思维(直感思维) 依据直觉。 思维过程是并行协同式的。 形式化困难。 在信息变形或缺少的情况下仍有可能得到比较满意的结果。,20,4. 行为能力(表达能力),1.1.2 智能的特征,(3)顿悟思维(灵感思维) 不定期的突发性。 非线性的独创性及模糊性。 穿插于形象思维
8、与逻辑思维之中。,人们的感知能力:用于信息的输入。 行为能力:信息的输出。,21,人工智能:用人工的方法在机器(计算机)上实现的智能;或者说是人们使机器具有类似于人的智能。,1.1.3 人工智能,人工智能学科:一门研究如何构造智能机器(智能计算机)或智能系统,使它能模拟、延伸、扩展人类智能的学科。 图灵测试:1950年图灵发表的计算机与智能中设计了一个测试,用以说明人工智能的概念。,22,人的智能与人工智能,人的智能:人类思维活动表现出来的能力(解决智能问题的能力) 感知和理解能力 思维与演绎能力 学习能力与适应环境能力 行为能力 人工智能:通过某些方法使机器有类似于人的智能。 研究如何使机器
9、能听、会说、能看、会写、能思考推理、会学习,能解决各种实际问题。,23,智能问题,重排九宫问题(拼图游戏) 旅行商问题(travelling salesman problem,TSP问题) “梵塔”问题(Tower of Hanoi Problem): 寻宝问题 博弈问题,24,重排九宫问题,8 3 6 4 7 5,初始状态,1 2 3 8 4 7 6 5,目标状态,请用尽可能少的棋步从初始状态达到目标状态。,25,传教士和野人问题(Missionaries and Cannibals) (M-C),有个N传教士和N个野人来到河边准备渡河,河岸有一条船,每次至多可供K(N)个人乘坐,传教士为了
10、安全起见,考虑在任何情况下(河两岸和船上)和任何时刻都不允许野人数目超过传教士的人数,请给出N=3的摆渡方案。,26,M-C问题求解,2个野人去,1个野人回 2个野人去,1个野人回 2个传教士去,1个野人与1个传教士回 2个传教士去,1个野人回 2个野人去,1个野人回 2个野人去,完成。,27,旅行商问题(travelling salesman problem,TSP问题),销售员到几个城市去推销商品,城市之间的距离是已知的,他现在从某一个城市出发,经过每个城市一次,最后又回到出发的城市。要求归划好一条最短路线。,7,7,10,10,10,13,6,5,6,A,B,E,D,C,28,“梵塔”问
11、题(Tower of Hanoi Problem),3阶“梵塔”问题: 有三个柱子(1,2和3)和两个不同尺寸的圆盘(A,B,C)。在每个圆盘的中心有个孔,所以圆盘可以堆叠在柱子上,最初,全部三个圆盘都堆在柱子1上(最大的在底部,最小的在顶部)。要求把所有 圆盘都移到另一个柱子上,搬动规则为: (1)一次只能搬一个圆盘 (2)不能将大圆盘放在小圆盘上 (3)可以利用空柱子。,29,图梵塔,1,3,2,C,1,2,3,A,B,1,2,3,A,B,A,B,C,C,30,3阶“梵塔”问题分解,(1,1,1)(3,3,3),(1,1,1)(1,2,2),(1,2,2)(3,2,2),(3,2,2)(3
12、,3,3),(1,1,1)(1,1,3),(1,2,3)(1,2,2),(1,1,3)(1,2,3),(3,2,2)(3,3,3),(3,2,2)(3,2,1),(3,3,1)(3,3,3),31,寻宝问题,有三个盒子(金,银,铜)其中一个盒子里放有一颗宝石,每个盒子外写有一句话,其中只有一句是真话,问宝石在哪里。 金盒:宝石在这只金盒子里。 银盒:宝石不在这只银盒子里 铜盒:宝石不在金盒子里,32,推理方法 正向推理 反向推理 推理过程: 假设:分别假定宝石在三盒子里 前题:一句对,其它两句错误,33,金盒:宝石在这只金盒子里 银盒:宝石不在这只银盒子里 铜盒:宝石不在金盒子里,假设集合,宝
13、石在金盒子里,假设1,宝石在铜盒子里,宝石在银盒子里,假设2,假设3,宝石在这只金盒子里,宝石不在金盒子里,宝石不在这只银盒子里,正确,不正确,正确,矛盾,1,2,3,第一句,第二句,第三句,第三句,第二句,第一句,不正确,正确,正确,矛盾,不正确,正确,不正确,满足前提条件,宝石在银盒子里,34,博弈问题,分钱币游戏:有一堆数目为N的钱币,两个选手轮流将它一分为二,规则是无论哪个选手分币时,一次只能挑选其中的一堆把它分为两小堆,而且必须满足分堆后两小堆的钱数不能相等,直到哪个选手无法再分时,即碰到每堆钱币数为1或2的情况,他即为输家。,35,问题表示: 设N=6,选手MAX,MIN,数字序列
14、x1,x2xn为n堆钱币不同的个数。 例 (6,MAX)表示甲从一堆(6个)钱币开始分(5,1,MIN)MIN要分的状态。,36,分钱币的搜索树,S0(6,MAX),S1(5,1,MIN),S4(3,2,1,MAX),S2(4,2,MIN),S6(2,2,1,1,MIN),S3(4,1,1,MAX),S7(2,1,1,1,1,MAX),S5(3,1,1,1,MIN),MIN输,MAX输,37,你体验过“芝麻开门”的感觉吗?,阿里巴巴对着山洞的门一念“芝麻开门”,山洞的门就打开了,再念“芝麻关门”,山洞的门又自动关上了。 科幻片X战警中,X教授只要在实验室门口一站,实验室的门就会自动打开,并且发
15、出声音欢迎X教授的到来,而其他人则没法进去。 国内某些厂家生产的个人数字助理(PDA),给人们提供了一个微型书写板和笔,让信息的输入更符合人们的自然习惯。 ,38,机器人图片欣赏,咱们握握手!,39,机器人图片欣赏,来一段舞怎样?,40,我是家用机器人!,41,中国智能机器人网 : http:/www.e- 绪论,1.1 人工智能的基本概念 1.2 人工智能的发展简史 1.3 人工智能研究的基本内容 1.4 人工智能研究途径与学派 1.5 人工智能的主要研究领域,43,1.2 人工智能的发展简史,1.2.1 孕育(1956年之前) 公元前,亚里斯多德(Aristotle):三段论 培根(F. Bacon):归纳法 莱布尼茨(G. W. Leibnitz):万能符号、推理计算 布尔(G. Boole):用符号语言描述思维活动的基本推理法则 1936年,图灵:图灵机 1943年,麦克洛奇(W. McCulloch)、匹兹(W. Pitts):MP模型,44,像人一样行动:图灵测试,图灵预测2000年之前计算机有30%的概率蒙骗普通人达5分钟。 而AI研究者相信研究智能的根本原则远比复制样本更重要。,Source: lecture notes by Dr. Hwee Tou Ng, Singapore,45,图灵的梦想,图灵测试:人通过特殊的方式,在不知情的条件下,和