《计算机学科导论课件：第11章 人工智能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机学科导论课件：第11章 人工智能（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社第第 11 章章 人工智能人工智能 本章讨论的主要问题是：本章讨论的主要问题是： 1. 什么是智能？什么是人工智能？为什么要研究人工智能？什么是智能？什么是人工智能？为什么要研究人工智能？2. 如何实现人工智能？人工智能的主要研究方法是什么？如何实现人工智能？人工智能的主要研究方法是什么？3. 目前，人工智能都应用在哪些领域？有成熟的应用吗？目前，人工智能都应用在哪些领域？有成熟的应用吗？计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社情景问题情景问题人人 PK 计算机计算机计算机比人做得更好计
2、算机比人做得更好:对大整数进行快速计算，实现复杂的方程求解；对大整数进行快速计算，实现复杂的方程求解；在词典中进行快速查找，长期记忆大量数据；在词典中进行快速查找，长期记忆大量数据； 计算机比人做得更好计算机比人做得更好: 模式识别。例如，人可以识别出各种各样的桌子，可模式识别。例如，人可以识别出各种各样的桌子，可以识别不同字体和形状的字母；以识别不同字体和形状的字母； 逻辑推理，图像识别，逻辑推理，图像识别，B A B A B B A A B B A B A A B A A B B计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社情景问题情景问题人人 PK 计算机计算
3、机下棋、打牌等是非常能够体现人类智能的竞技性活动，但下棋、打牌等是非常能够体现人类智能的竞技性活动，但是，现在计算机能够像人类一样下棋、打桥牌、打麻将，是，现在计算机能够像人类一样下棋、打桥牌、打麻将，甚至手机上一般都有诸如此类的游戏，如果一般的游戏者甚至手机上一般都有诸如此类的游戏，如果一般的游戏者和计算机对弈，获胜的一方常常是计算机。和计算机对弈，获胜的一方常常是计算机。 什么是智能？什么是人工智能？什么是智能？什么是人工智能？人工智能与人类智能有什么关系？人工智能与人类智能有什么关系？如何判定机器是否具有智能？如何判定机器是否具有智能？计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大
4、学出版社清华大学出版社智能的定义智能的定义 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n 现代汉语词典对现代汉语词典对智能智能的定义是：智慧和能力。的定义是：智慧和能力。 n 智慧智慧是指辨析判断、发明创造的能力；是指辨析判断、发明创造的能力；n 智力智力是指人认识、理解客观事物并运用知识、经验等解是指人认识、理解客观事物并运用知识、经验等解决问题的能力，包括记忆、观察、想像、思考、判断等；决问题的能力，包括记忆、观察、想像、思考、判断等；n 思维思维是指在表象、概念的基础上进行分析、综合、判断、是指在表象、概念的基础上进行分析、综合、判断、推理等认识活动的过程。推理等认识
5、活动的过程。 n 智能是一个难以准确定义的概念，其根本原因在于人类智能是一个难以准确定义的概念，其根本原因在于人类智能的奥秘还没有完全被揭开，没有人确切地知道人脑是智能的奥秘还没有完全被揭开，没有人确切地知道人脑是如何存储和处理知识，如何将事物之间的联系合成信息。如何存储和处理知识，如何将事物之间的联系合成信息。 计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社人工智能的定义人工智能的定义 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n 关于人工智能的严格定义，学术界还没有统一的认识。关于人工智能的严格定义，学术界还没有统一的认识。n 人工智能人工智
6、能是研究如何使计算机具有智能或如何利用计算是研究如何使计算机具有智能或如何利用计算机实现智能的理论、方法和技术。机实现智能的理论、方法和技术。n 1981年，费根鲍姆（年，费根鲍姆（Feigenbaum）：）：“人工智能是计算人工智能是计算机科学的一个分支，涉及到智能计算机系统的设计，该系机科学的一个分支，涉及到智能计算机系统的设计，该系统显示人类行为中与智能有关的某些特征统显示人类行为中与智能有关的某些特征”。n 1984年，绍特里夫（年，绍特里夫（Shortliffe）：）：“人工智能是计算机人工智能是计算机科学的一个分支，它研究问题求解的符号方法和非算法方科学的一个分支，它研究问题求解的
7、符号方法和非算法方法法”。n 1992年，温斯顿（年，温斯顿（Winston）：）：“人工智能是计算机科学人工智能是计算机科学的一个领域，它主要解决如何使计算机感觉、推理和行为的一个领域，它主要解决如何使计算机感觉、推理和行为等问题等问题”。 计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社如何判定计算机是否具有智能如何判定计算机是否具有智能 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n弱弱人人工工智智能能人人类类和和计计算算机机在在结结果果（即即输输出出）上上是是等等价价的，但实现结果的方式可以不同；的，但实现结果的方式可以不同；n强强人人工工智
8、智能能人人类类和和计计算算机机使使用用相相同同的的内内部部过过程程来来生生成成结结果果，也也就就是是计计算算机机能能够够以以人人类类的的思思维维方方式式（如如理理解解、推推理、判断、感知等）来处理信息。理、判断、感知等）来处理信息。计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社如何判定计算机是否具有智能如何判定计算机是否具有智能 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n 弱人工智能的两个最著名实验：图灵测试和中文屋子。弱人工智能的两个最著名实验：图灵测试和中文屋子。 提问者回答者A 回答者B如果机器在一场会话中成如果机器在一场会话中成功地扮演
9、人的角色，就可功地扮演人的角色，就可以认为它具有智能。以认为它具有智能。 计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社如何判定计算机是否具有智能如何判定计算机是否具有智能 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n 弱人工智能的两个最著名实验：图灵测试和中文屋子。弱人工智能的两个最著名实验：图灵测试和中文屋子。 n 假设西尔勒被关在一个屋子里，屋子里有序地堆放着足够假设西尔勒被关在一个屋子里，屋子里有序地堆放着足够的汉字字符，屋外的人递进一串汉语字符，同时还附了一本的汉字字符，屋外的人递进一串汉语字符，同时还附了一本用英文写的处理汉字的规则，
10、西尔勒按照规则对这些字符进用英文写的处理汉字的规则，西尔勒按照规则对这些字符进行处理后，将一串新的字符送出屋外。行处理后，将一串新的字符送出屋外。n 事实上，他根本不知道送进来的字符串就是屋外人提出的事实上，他根本不知道送进来的字符串就是屋外人提出的“问题问题”，也不知道送出去的就是，也不知道送出去的就是“问题的答案问题的答案”。弱人工智能认为：形式化的计算机仅有语法，没有语义，因此，弱人工智能认为：形式化的计算机仅有语法，没有语义，因此，机器永远也不可能代替人脑，只有从功能的角度来判定机器是机器永远也不可能代替人脑，只有从功能的角度来判定机器是否具有思维，也就是从行为角度对机器思维进行定义。
11、否具有思维，也就是从行为角度对机器思维进行定义。计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社如何判定计算机是否具有智能如何判定计算机是否具有智能 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n 强人工智能的典型代表强人工智能的典型代表符号主义认为：认知是一种符符号主义认为：认知是一种符号处理过程，人类思维过程也可以用某种符号来描述。但是号处理过程，人类思维过程也可以用某种符号来描述。但是这种方法至少有三个关键问题很难解决：这种方法至少有三个关键问题很难解决：（1）人类的智能包含了很多人类难以理解或不能理解的智力）人类的智能包含了很多人类难以理解或
12、不能理解的智力活动。活动。（2）人脑的结构与计算机的部件之间存在巨大的差别。）人脑的结构与计算机的部件之间存在巨大的差别。（3）机器做事情的最佳方法与人类做这些事情时所用的方法）机器做事情的最佳方法与人类做这些事情时所用的方法往往不同。往往不同。n 到目前为止，思维就是符号计算的思想没有实质性的突破。到目前为止，思维就是符号计算的思想没有实质性的突破。计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社人工智能的研究意义人工智能的研究意义 n 如果计算机具有一定的智能，将会在更高层面上扩大和如果计算机具有一定的智能，将会在更高层面上扩大和延伸人类的智能。延伸人类的智能。
13、n 人和计算机之间的交互应该更加友好、便捷和多样化，人和计算机之间的交互应该更加友好、便捷和多样化，计算机能够代替人类或者作为人类的代理做一些更为复杂计算机能够代替人类或者作为人类的代理做一些更为复杂的工作。的工作。n 如果计算机具有智能，就能自动实现问题求解，向人们如果计算机具有智能，就能自动实现问题求解，向人们提供功能和服务，甚至可以自发地工作。提供功能和服务，甚至可以自发地工作。n 智能化是自动化发展的必然趋势。机械化智能化是自动化发展的必然趋势。机械化自动化自动化智智能化。能化。 n 研究人工智能对探索人类自身智能的奥秘也可提供有益研究人工智能对探索人类自身智能的奥秘也可提供有益的帮助
14、。的帮助。 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社n 符符号号智智能能：从从人人脑脑的的宏宏观观心心理理层层面面入入手手，以以智智能能行行为为的的心心理理模模型型为为依依据据，主主要要通通过过逻逻辑辑推推演演，运运用用知知识识模模拟拟人类的思维过程。人类的思维过程。n 符符号号智智能能的的代代表表性性理理念念是是“物物理理符符号号系系统统假假设设”，认认为为计计算算机机可可以以通通过过符符号号推推演演的的方方式式来来模模拟拟人人的的逻逻辑辑思思维维过程，实现人工智能。过程，实现人工智能。n 代表人
15、物有西蒙、纽厄尔、费根鲍姆、尼尔逊等。代表人物有西蒙、纽厄尔、费根鲍姆、尼尔逊等。 n 符符号号主主义义曾曾经经一一支支独独秀秀，为为人人工工智智能能的的发发展展做做出出重重要要贡贡献献，尤尤其其是是专专家家系系统统的的成成功功开开发发和和利利用用，对对人人工工智智能能走走向向工工程程应应用用具具有有重重要要意意义义，但但在在模模拟拟人人的的视视觉觉、听听觉觉以及学习、适应能力等方面，却遇到了很大的困难。以及学习、适应能力等方面，却遇到了很大的困难。 第第 11 章章 人工智能人工智能研究方法研究方法符号智能符号智能 计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社n
16、 计计算算智智能能以以数数值值数数据据为为基基础础，主主要要通通过过数数值值计计算算，运运用用算法进行问题求解。算法进行问题求解。 n 神神经经计计算算是是从从人人脑脑的的生生理理层层面面入入手手，以以智智能能行行为为的的生生理理模模型型为为依依据据，采采用用数数值值计计算算的的方方法法，模模拟拟人人脑脑神神经经网网络络的的工作过程，来研究和实现人工智能。工作过程，来研究和实现人工智能。 n 进进化化计计算算（演演化化计计算算）是是以以生生物物进进化化为为基基础础，模模拟拟人人与与环环境境的的交交互互和和控控制制过过程程中中表表现现出出来来的的行行为为特特性性，如如反反应应、适应、学习、寻优等
17、，来研究和实现人工智能。适应、学习、寻优等，来研究和实现人工智能。 n 模模糊糊计计算算是是以以模模糊糊数数学学为为基基础础，运运用用数数学学手手段段，描描述述和和处理人的思维存在的模糊性概念，来研究和实现人工智能。处理人的思维存在的模糊性概念，来研究和实现人工智能。 第第 11 章章 人工智能人工智能研究方法研究方法计算智能计算智能 计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社n Agent是一种具有智能的实体，这种实体可以是软件、设是一种具有智能的实体，这种实体可以是软件、设备、机器人或计算机系统。备、机器人或计算机系统。n Agent的抽象模型是具有传感器和
18、效应器，的抽象模型是具有传感器和效应器，Agent通过传感通过传感器感知环境，通过效应器作用于环境，并且能与其他器感知环境，通过效应器作用于环境，并且能与其他Agent进行信息交流并协同工作。进行信息交流并协同工作。n 目前的研究热点主要集中在目前的研究热点主要集中在Agent理论模型、多理论模型、多Agent系统系统及其开发应用等方面。及其开发应用等方面。n 工业界开始介入工业界开始介入Agent理论和技术的研究与应用。理论和技术的研究与应用。n OMG标准化组织开始致力于标准化组织开始致力于Agent技术的标准化工作并推技术的标准化工作并推出了一些重要的出了一些重要的Agent技术标准。技
19、术标准。 第第 11 章章 人工智能人工智能研究方法研究方法智能智能Agent 计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社n 博弈博弈：诸如下棋、打牌等竞争性智能活动称为博弈。：诸如下棋、打牌等竞争性智能活动称为博弈。 n 博弈为人工智能提供了一个很好的实验领域，人工智能博弈为人工智能提供了一个很好的实验领域，人工智能中的许多概念和方法都是从博弈中提取出来的。中的许多概念和方法都是从博弈中提取出来的。n 博弈成果显著，如博弈成果显著，如IBM公司研制的公司研制的IBM超级计算机超级计算机“深深蓝蓝”于于1997年年5月与当时的国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫月与当时的
20、国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫对弈，结果对弈，结果“深蓝深蓝”获胜。获胜。n 实现机器博弈的关键是对博弈树的搜索。一个完整的博实现机器博弈的关键是对博弈树的搜索。一个完整的博弈树包括每一步所有可能的走步，国际象棋大约有弈树包括每一步所有可能的走步，国际象棋大约有10120个个结点，围棋大约有结点，围棋大约有10768个结点。由于这样的树太大，即使个结点。由于这样的树太大，即使具备现代的计算能力，在合理的时间内，也只能分析博弈具备现代的计算能力，在合理的时间内，也只能分析博弈树的部分结点。树的部分结点。 第第 11 章章 人工智能人工智能应用领域应用领域机器博弈机器博弈 计算机学科概论（第计算机学科
21、概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社n专家系统专家系统是一个智能的计算机系统，它运用知识和推理是一个智能的计算机系统，它运用知识和推理来解决只有专家才能解决的复杂问题。来解决只有专家才能解决的复杂问题。n 任何解决问题的能力达到同领域人类专家水平的计算机任何解决问题的能力达到同领域人类专家水平的计算机系统都可以称为专家系统。系统都可以称为专家系统。n 世界上第一个专家系统世界上第一个专家系统DENDRAL可以像物理化学家一可以像物理化学家一样推断分子结构。美国样推断分子结构。美国DEC公司配置专家系统公司配置专家系统XCON。n 由于专家系统走出了实验室，能够解决现实世界中的实由于专
22、家系统走出了实验室，能够解决现实世界中的实际问题，被誉为际问题，被誉为“应用人工智能应用人工智能”，并受到企业界和政府，并受到企业界和政府的关注和支持。的关注和支持。第第 11 章章 人工智能人工智能应用领域应用领域专家系统专家系统 计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社n “数据爆炸但知识贫乏数据爆炸但知识贫乏”的现象，人们希望能够对数据的现象，人们希望能够对数据进行更深层次的分析，从中发现更有价值的信息。进行更深层次的分析，从中发现更有价值的信息。n 数据挖掘数据挖掘是指从大型数据库或数据仓库中提取隐含的、是指从大型数据库或数据仓库中提取隐含的、未知的、
23、非平凡的、有潜在应用价值的信息或模式的处理未知的、非平凡的、有潜在应用价值的信息或模式的处理过程。过程。n 数据挖掘利用各种分析方法和分析工具在大规模海量数数据挖掘利用各种分析方法和分析工具在大规模海量数据中建立模型和发现数据间关系，从而实现决策和预测。据中建立模型和发现数据间关系，从而实现决策和预测。n 目前，数据挖掘在金融、保险、通讯等行业的成功案例目前，数据挖掘在金融、保险、通讯等行业的成功案例较多，在零售业、医疗保健、运输业、行政司法等领域都较多，在零售业、医疗保健、运输业、行政司法等领域都具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。 第第 11 章章 人工智能人工智能应用领域应用领域数据
24、挖掘与知识发现数据挖掘与知识发现 计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社n 自然语言处理自然语言处理（又称自然语言理解）采用人工智能的理论（又称自然语言理解）采用人工智能的理论和技术将自然语言机理用计算机程序表达出来，构造能够理和技术将自然语言机理用计算机程序表达出来，构造能够理解自然语言的系统。解自然语言的系统。n 我们知道，语言是由语句组成的，所以，语句应该是自然我们知道，语言是由语句组成的，所以，语句应该是自然语言理解的最小单位。然而，一个语句通常不是孤立存在的，语言理解的最小单位。然而，一个语句通常不是孤立存在的，往往是与该语句所在的环境联系在一起才
25、构成它的语义，这往往是与该语句所在的环境联系在一起才构成它的语义，这正是自然语言理解所遇到的困难之一。正是自然语言理解所遇到的困难之一。n 自然语言理解在下列场合获得广泛应用：（自然语言理解在下列场合获得广泛应用：（1）机器翻译；）机器翻译；（2）篇章理解；（）篇章理解；（3）自然语言接口。）自然语言接口。 第第 11 章章 人工智能人工智能应用领域应用领域自然语言理解自然语言理解计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社n 识别是人和生物的基本智能信息处理能力之一。识别是人和生物的基本智能信息处理能力之一。n 模式模式是提供模仿用的标本，是提供模仿用的标本，模
26、式识别模式识别就是识别出给定事就是识别出给定事物和哪一个模式相同或相似。物和哪一个模式相同或相似。n 模式识别的研究主要在以下两个方面：模式识别的研究主要在以下两个方面：（1）图形和图像识别）图形和图像识别（2）语音识别）语音识别 预处理系统预处理系统识别处理系统识别处理系统待识别待识别事物事物识别识别结果结果第第 11 章章 人工智能人工智能应用领域应用领域模式识别模式识别计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社n 机器人机器人是一种可再编程的多功能的操作装置。是一种可再编程的多功能的操作装置。n 机器人和其他类型计算机的最重要的硬件区别是复杂的机器人和其他
27、类型计算机的最重要的硬件区别是复杂的输入和输出设备输入和输出设备，机器人并不是把输出传送到屏幕或打印，机器人并不是把输出传送到屏幕或打印机，而是发送命令给关节、手臂或其他可移动部件。机，而是发送命令给关节、手臂或其他可移动部件。n 理论上，智能机器人至少应该具备以下四种机能：理论上，智能机器人至少应该具备以下四种机能：（1）感知机能：获取外部环境信息以便进行自我行动；）感知机能：获取外部环境信息以便进行自我行动；（2）运动机能：施加于外部环境的相当于人的手、脚；）运动机能：施加于外部环境的相当于人的手、脚；（3）思维机能：求解问题的认识、推理、判断等；）思维机能：求解问题的认识、推理、判断等；
28、（4）通信机能：理解指示命令、输出内部状态，与人流畅）通信机能：理解指示命令、输出内部状态，与人流畅地交换信息的通信机能。地交换信息的通信机能。第第 11 章章 人工智能人工智能应用领域应用领域智能机器人智能机器人计算机学科概论（第计算机学科概论（第2版）版）清华大学出版社清华大学出版社第第 11 章章 人工智能人工智能回答问题回答问题学完本章，你将如何回答下列问题：学完本章，你将如何回答下列问题：1. 什么是智能？什么是人工智能？为什么要研究人工智能？什么是智能？什么是人工智能？为什么要研究人工智能？2. 如何实现人工智能？人工智能的主要研究方法是什么？如何实现人工智能？人工智能的主要研究方法是什么？3. 目前，人工智能都应用在哪些领域？有成熟的应用吗？目前，人工智能都应用在哪些领域？有成熟的应用吗？
