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1、人人 工工 智智 能能ArtificialIntelligence(AI)（2006级研究生）级研究生）许建华许建华南京师范大学计算机科学系南京师范大学计算机科学系2006年年9-12月月2024/9/25人工智能成果的例子人工智能成果的例子：智能天线智能天线国际象棋的人机大战国际象棋的人机大战单机或者网上棋类游戏单机或者网上棋类游戏（中国象棋、围棋、中国象棋、围棋、五子棋、跳棋等五子棋、跳棋等）2024/9/25例例1：智能天线智能天线在军事上，称为在军事上，称为自适应天线阵列自适应天线阵列（AdaptiveAntennaArray）；在在移移动通信通信上，则称为上，则称为智能天线智能天线（
2、smartantennaorintelligentantenna）在不增加系统复杂度的情况下，智能天线可以提高在不增加系统复杂度的情况下，智能天线可以提高服务质量服务质量和扩大和扩大网络的容量网络的容量；第三代移第三代移动通信的各通信的各种后种后选方案方案中，已经将中，已经将将智能天将智能天线作作为可可选技技术；中国的中国的TD-SCDMA已经将其作为主要技术已经将其作为主要技术2024/9/25例例2：国际象棋人机大战国际象棋人机大战热身赛热身赛（1996年年2月）月）计算机计算机：深蓝：深蓝(DeepBlue)，AS/6000SP大规模多用途并行大规模多用途并行处理机，含处理机，含32个处
3、理器，每秒能分析个处理器，每秒能分析2亿步棋亿步棋比赛结果比赛结果：4（人）（人）:2（机）（机）前苏联国际象棋世前苏联国际象棋世界冠军卡斯帕洛夫界冠军卡斯帕洛夫IBM超级计算机超级计算机2024/9/25正式交锋正式交锋（1997年年2月）月）比赛结果：比赛结果：2.5（人）：（人）：3.5（机）（机）正式交锋正式交锋（2003年年2月）月）计算机：小深蓝计算机：小深蓝比赛结果：比赛结果：3:32024/9/25例例3：国际象棋人机大战国际象棋人机大战比赛时间：比赛时间：2003年年11月月比赛结果比赛结果：2（人）（人）:2（机）（机）前苏联国际象棋世前苏联国际象棋世界冠军卡斯帕洛夫界冠军
4、卡斯帕洛夫德国德国X3D-弗里茨弗里茨人机大战其实是展示人工智能的研究水平与成果人机大战其实是展示人工智能的研究水平与成果2024/9/25例例4：各种下棋程序各种下棋程序（人机对垒人机对垒），计算机方），计算机方就是一个人工智能程序就是一个人工智能程序中国象棋中国象棋五子棋五子棋2024/9/25第第1章章绪论绪论1.1人工智能的定义与发展人工智能的定义与发展1.1.1人工智能的定义人工智能的定义1.1.2人工智能的起源与发展（发展历史）人工智能的起源与发展（发展历史）1.2人类智能与人工智能（符号主义的观点）人类智能与人工智能（符号主义的观点）1.2.1智能信息处理系统的假设智能信息处理系
5、统的假设1.2.2人类智能的计算机模拟人类智能的计算机模拟1.3人工智能各学派的认知观人工智能各学派的认知观1.4人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域1.5本课程讲授的主要内容及课程要求本课程讲授的主要内容及课程要求1.6人工智能课程中的一些常用例子人工智能课程中的一些常用例子2024/9/251.1人工智能的定义与发展人工智能的定义与发展1.1.1人工智能的定义人工智能的定义人人工工智智能能(ArtificialIntelligence)，又又称称机机器器智智能能(MachineIntelligence)是是计计算算机机科科学学中中的的一门边缘学科一门边缘学科人工智能诞生于人工智
6、能诞生于1956年年成果多、应用广、波折多、争议大成果多、应用广、波折多、争议大2024/9/25自自然然智智能能：人人类类所所具具有有的的智智力力和和行行为为能能力力，具具体包括体包括判断判断、理解理解、推断推断、学习学习、适应性适应性等等等等如如果果机机器器（计计算算机机）能能够够执执行行这这样样的的任任务务，就就可可以认为机器已具有以认为机器已具有某种性质某种性质的的“人工智能人工智能”2024/9/25智智能能机机器器：能能够够在在各各种种环环境境下下自自主主地地或或交交互互地地执行各种执行各种“拟人拟人”任务的机器任务的机器例：各种机器人、机器手例：各种机器人、机器手IBM公司的深篮
7、超级计算机（下象棋）公司的深篮超级计算机（下象棋）装有棋类游戏软件的计算机装有棋类游戏软件的计算机2024/9/25人人工工智智能能（学学科科）：是是计计算算机机科科学学中中涉涉及及研研究究、设设计计和和应应用用智智能能机机器器的的一一个个分分支支。它它的的近近期期目目标标在在于于研研究究用用机机器器来来模模仿仿和和执执行行人人脑脑的的某某些些智智能功能，并开发相关的理论和技术能功能，并开发相关的理论和技术2024/9/25人人工工智智能能（能能力力）：是是智智能能机机器器所所执执行行的的通通常常与与人人类类智智能能有有关关的的智智能能行行为为，例例如如推推断断、推推理理、证证明明、识识别别、
8、感感知知、理理解解、设设计计、思思考考、规划、学习和问题求解等等思维活动规划、学习和问题求解等等思维活动2024/9/25盲人摸象的故事盲人摸象的故事身子：墙身子：墙尾巴：绳子尾巴：绳子象牙：萝卜象牙：萝卜大腿：柱子大腿：柱子反映出人工智能的研究水平与现状反映出人工智能的研究水平与现状2024/9/25从从拟人思维角度拟人思维角度的定义：的定义：人工智能人工智能是一种使计算机能够思维、使机器具有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（智力的激动人心的新尝试（Hangeland,1985）人工智能人工智能是那些与人的思维、决策、问题求解和是那些与人的思维、决策、问题求解和学习等
9、有关活动的自动化（学习等有关活动的自动化（Bellman,1978）2024/9/25从从理性思维角度理性思维角度的定义：的定义：人工智能人工智能是用计算模型进行研究的智能行为是用计算模型进行研究的智能行为（Charniak&McDermott,1985）人工智能人工智能是研究那些使理解、推理和行为成是研究那些使理解、推理和行为成为可能的计算（为可能的计算（Winston,1992）2024/9/25从从拟人行为角度拟人行为角度的定义：的定义：人工智人工智能能是一种能够执行需要人的智能的创是一种能够执行需要人的智能的创造性机器的技术（造性机器的技术（Kurzwell,1990）人工智能人工智能
10、研究如何通过使计算机做事而让人研究如何通过使计算机做事而让人过得更好（过得更好（Rich&Knight,1991）2024/9/25从从拟人理性行为角度拟人理性行为角度的定义：的定义：人工智能人工智能是一门通过计算过程力图理解和模仿是一门通过计算过程力图理解和模仿智能行为的学科（智能行为的学科（Schalkoff,1990）人工智能人工智能是计算机科学中与智能行为的自动化是计算机科学中与智能行为的自动化有关的一个分支（有关的一个分支（Luger&Stubblefield,1993）2024/9/251.1.2人工智能的起源与发展（发展历史）人工智能的起源与发展（发展历史）不不同同学学科科背背景
11、景的的学学者者对对人人工工智智能能有有不不同同的的观观点点，目前主要分成三大学派：目前主要分成三大学派：符号主义符号主义：逻辑学派，主要来自于数理逻辑：逻辑学派，主要来自于数理逻辑连接主义连接主义：仿生学派，主要来源于仿生学：仿生学派，主要来源于仿生学行为主义行为主义：控制论学派，主要来源于控制论：控制论学派，主要来源于控制论2024/9/25人人工工智智能能的的历历史史从从某某一一种种程程度度上上来来说说就就是是计算机科学的历史计算机科学的历史我我们们简简要要地地介介绍绍符符号号主主义义与与连连接接主主义义两两大大学学派的发展历史派的发展历史2024/9/251.1.2.1符号主义的发展历史
12、符号主义的发展历史符号主义的发展历史大致分成四个阶段：符号主义的发展历史大致分成四个阶段：1、1956年前（起源）年前（起源）2、19561970年（基本理论的研究与形成）年（基本理论的研究与形成）3、19701980年（发展与实用化）年（发展与实用化）4、1980以后（知识工程与专家系统）以后（知识工程与专家系统）2024/9/251、1956年前（起源阶段）年前（起源阶段）在在1956年年前前，下下列列成成果果对对人人工工智智能能的的起起源源起起到到至至关关重重要要的的作用：作用：第一、第一、电子计算机的发明（电子计算机的发明（1946）第二、十九世纪末数理逻辑的发展第二、十九世纪末数理逻
13、辑的发展第三、第三、1948年年Wiener提出了控制论提出了控制论第四、第四、Turing的一系列工作的一系列工作第五、第五、Shannon（香侬）发表了计算机能够下棋的文章香侬）发表了计算机能够下棋的文章点点2024/9/251946年由美国人年由美国人Mauchly（毛奇莱）和（毛奇莱）和Eckert（艾（艾克特）在宾夕法尼亚大学莫尔电工学院成功地研制克特）在宾夕法尼亚大学莫尔电工学院成功地研制出世界上第一台电子计算机出世界上第一台电子计算机ENIC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer)2024/9/25十九世纪末迅速发展的数理逻辑中，十九世
14、纪末迅速发展的数理逻辑中，Frege（弗（弗雷治）、雷治）、Whitehead（怀特赫德）、（怀特赫德）、Russell（罗（罗素）和素）和Tarski（塔斯基）等人的研究成果表明：（塔斯基）等人的研究成果表明：推理的某一些方面可以用比较简单的结构加以形推理的某一些方面可以用比较简单的结构加以形式化式化。2024/9/251948年年Wiener（维纳）提出了（维纳）提出了控制论控制论，它分析，它分析和模拟自控制的生物和人工系统，从而建立根和模拟自控制的生物和人工系统，从而建立根据动物心理学和行为来研究和分析具体的计算据动物心理学和行为来研究和分析具体的计算机系统的基础。机系统的基础。N. W
15、iener (1894-1964)2024/9/25A.TuringB.(1912-1954)Turing被称作为人工智能被称作为人工智能之父，第一个认识到计算之父，第一个认识到计算机能够实现智能行为。机能够实现智能行为。2024/9/25图灵测试（图灵测试（TuringTest）Turing提出的一个智能实验，参加者是计算机、被提出的一个智能实验，参加者是计算机、被实验的人以及主持实验的人。由主持人提出问题，实验的人以及主持实验的人。由主持人提出问题，计算机和被实验的人来回答。被实验的人在回答问计算机和被实验的人来回答。被实验的人在回答问题时尽可能地向主持人表示他才是题时尽可能地向主持人表示
16、他才是“真正真正”的人，的人，计算机也尽可能逼真地模仿人地思维。如果主持人计算机也尽可能逼真地模仿人地思维。如果主持人通过听取对问题的回答分辨不出那一个是人回答时，通过听取对问题的回答分辨不出那一个是人回答时，就可以认为被实验的计算机是有智能的。就可以认为被实验的计算机是有智能的。2024/9/25Bell Labs Claude Shannon, creator of modern information theoryDied February 24,2001 at the age of 841950计算机能够下棋计算机能够下棋2024/9/251956年年夏夏季季在在美美国国的的Dartm
17、outh大大学学举举办办了了长长达达两两个月的研讨会。个月的研讨会。会议的发起人有：会议的发起人有：McCarthy（麦卡锡）麦卡锡）Minsky（明斯基）明斯基）Lochester（朗彻斯特）朗彻斯特）Shannon（香侬）香侬）应邀出席会议有：应邀出席会议有：More（莫尔）莫尔）Sarmuel（塞缪尔）塞缪尔）Newell（纽尼尔）纽尼尔）Simon（西蒙）西蒙）2024/9/25McCarthy正正 式式 提提 出出 了了 “人人 工工 智智 能能 ”的的 术术 语语（Artificial Intelligence），又又称称“机机器器智智能能”（MachineIntelligence
18、）标志着一门新的学科的正式诞生标志着一门新的学科的正式诞生人工智能人工智能2024/9/252、1956年年1970年（基本技术的研究与形成阶段）年（基本技术的研究与形成阶段）Newell和和Simon等等1956年年研研制制成成功功“逻逻辑辑理理论论机机LT(TheLogicTheoryMachine)”它是第一个处理它是第一个处理符号符号而不是处理数字的计算机程序，而不是处理数字的计算机程序，是机器证明数学定理的最早尝试。是机器证明数学定理的最早尝试。最有影响的成果：最有影响的成果：2024/9/25该系统模拟人类用数理逻辑证明定理的思想，采用该系统模拟人类用数理逻辑证明定理的思想，采用分
19、解、代入和替换等规则证明了罗素和怀特海的名分解、代入和替换等规则证明了罗素和怀特海的名著著数学原理数学原理第二章的第二章的52条定理中的条定理中的38条。条。从此，计算机的一般应用与人工智能的界限第一次从此，计算机的一般应用与人工智能的界限第一次被清楚地划分出来。学者们认为这是第一个实用的被清楚地划分出来。学者们认为这是第一个实用的人工智能程序，象征着人工智能研究的人工智能程序，象征着人工智能研究的真正开始真正开始。2024/9/251956年年IBM公司公司Sarmuel研制成功的跳棋程序研制成功的跳棋程序这一程序具有自学习、自适应、可以积累经验和学这一程序具有自学习、自适应、可以积累经验和
20、学习等能力，这也是模拟人类学习和智能的一次卓有习等能力，这也是模拟人类学习和智能的一次卓有成效的突破。成效的突破。1959年该程序击败设计者，年该程序击败设计者，1962年又年又击败美国一个州的跳棋冠军，此事曾引起世界性的击败美国一个州的跳棋冠军，此事曾引起世界性的大轰动。大轰动。2024/9/251960年年Newell和和Simon又又成成功功编编写写“通通用用问问题题求求解解程序程序GPS（GeneralProblemSolving）”它它用用于于解解决决不不定定积积分分、三三角角函函数数、代代数数方方程程等等十十几几种性质不同的问题。种性质不同的问题。2024/9/251960年年Mc
21、Carthy提提出出并并成成功功地地研研制制出出“表表处处理理语语言言Lisp(ListProcessing)”它它不不仅仅能能够够处处理理数数值值而而且且能能够够更更方方便便地地处处理理符符号号，适适用用于于符符号号积积分分计计算算、数数学学定定理理证证明明、数数理理逻逻辑辑中中的的命命题题演演算算、博博弈弈、图图像像识识别别等等领领域域，成成为为人人工智能程序设计语言的一个里程碑工智能程序设计语言的一个里程碑。2024/9/253、19701980年（发展和实用化阶段）年（发展和实用化阶段）人工智能系统要解决现实世界中的很多复杂问题，人工智能系统要解决现实世界中的很多复杂问题，不能只有不能
22、只有一般的问题求解方法一般的问题求解方法，还需要解决问题的，还需要解决问题的有关领域的专门知识。缺少知识去处理一个无限制有关领域的专门知识。缺少知识去处理一个无限制的领域是非常困难的。要使计算机像人类专家那样的领域是非常困难的。要使计算机像人类专家那样出色工作，必须给它提供人类专家所具备的出色工作，必须给它提供人类专家所具备的专业知专业知识识 。2024/9/25具有代表性的专家系统有：具有代表性的专家系统有： 1965年年Feigenbaum等人的化学专家系统等人的化学专家系统DENRAL 数学专家系统数学专家系统MACSYMA（MIT，1971年）年） 1972- -1974年绍特里夫研制
23、出医疗专家系统年绍特里夫研制出医疗专家系统MYCIN2024/9/25 地质勘探专家系统地质勘探专家系统PROSPECTOR（Duda,1976） 诊断和治疗青光眼疾病专家系统诊断和治疗青光眼疾病专家系统CAS-NET 诊断诊断VAX计算机故障的实验专家系统计算机故障的实验专家系统XCONRL和和XSEL2024/9/25其它方面的进展：其它方面的进展：卡内基梅隆大学的卡内基梅隆大学的L.D.Erman设计出语言理解系设计出语言理解系统统HEARSYS（1971-77）60年美国生产出第一批商用机器人年美国生产出第一批商用机器人知识表达方面。知识表达方面。1968年年Quillian提出了语义
24、网络知提出了语义网络知识表达法。识表达法。1974年年Minsky提出了框架理论提出了框架理论2024/9/25非精确性推理方面也取得一些突破性进展非精确性推理方面也取得一些突破性进展60年代后期机器定理证明取得了重大突破（王浩、年代后期机器定理证明取得了重大突破（王浩、鲁宾生、吴文俊等）鲁宾生、吴文俊等）1965年年Robinson提出了消解原理。提出了消解原理。Kowalski提出提出了以逻辑为基础的程序设计语言（了以逻辑为基础的程序设计语言（PROLOG）的的思想。思想。1972年法国马赛大学的年法国马赛大学的Colmerrauer等人等人实现第一个实现第一个Prolog系统系统2024
25、/9/254、1980年至今（知识工程与专家系统阶段）年至今（知识工程与专家系统阶段）1977年年Feigenbaum发表特约文章：发表特约文章：“人工智能的人工智能的艺术：知识课题及实例研究艺术：知识课题及实例研究” ” ，系统地阐述了专，系统地阐述了专家系统的思想，并提出了家系统的思想，并提出了“知识工程知识工程”的概念的概念2024/9/25有影响的应用成果：有影响的应用成果：RI专家系统用于专家系统用于VAX计算机的组装，为计算机的组装，为DEC公司公司每年节省二千万美元每年节省二千万美元自然语言处理系统开始商业化自然语言处理系统开始商业化数百家公司开始投入计算机视觉的研究数百家公司开
26、始投入计算机视觉的研究构造知识库和建立专家系统的软件工具已经商品构造知识库和建立专家系统的软件工具已经商品化化2024/9/25当当今今人人工工智智能能的的逻逻辑辑主主义义学学派派有有三三个个主主要要研研究究领域：领域：自然语言理解自然语言理解计算机视觉和机器人学计算机视觉和机器人学知识工程知识工程2024/9/251.1.2.2连接主义的发展历史连接主义的发展历史人人工工神神经经网网络络是是由由大大量量处处理理单单元元组组成成的的非非线线性性、大规模、自适应的动力系统大规模、自适应的动力系统它它是是在在现现代代神神经经科科学学研研究究成成果果的的基基础础上上提提出出的的，试试图图通通过过模模
27、拟拟大大脑脑神神经经网网络络处处理理、记记忆忆信信息息的的方方式式，设设计计出出一一种种新新的的机机器器使使之之具具有有像像人人脑脑那那样样的的信信息息处处理能力理能力2024/9/251、起源与第一次研究高潮、起源与第一次研究高潮主要的研究成果：主要的研究成果：第一、第一、1943年年心理学家心理学家McCulloch（麦克洛奇）和数麦克洛奇）和数理逻辑学家理逻辑学家Pitts（皮茲）皮茲）提出的神经元模型提出的神经元模型第二、第二、1957年年Rosenblatt（罗森勃拉特）提出了感知罗森勃拉特）提出了感知器（器（Perceptron）第三、第三、1962年年Widrow（威德罗）提出了
28、自适应线性威德罗）提出了自适应线性元件（元件（Adaline）2024/9/25不幸的事情不幸的事情：Minsky（明斯基）和明斯基）和Papert（佩珀特）仔细分析了佩珀特）仔细分析了以感知器为代表的神经网络系统的功能的局限性，以感知器为代表的神经网络系统的功能的局限性，1969年出版年出版Perceptron一书一书他们指出感知器仅能解决一阶谓词逻辑，不能解决他们指出感知器仅能解决一阶谓词逻辑，不能解决高阶谓词逻辑，对神经网络的功能持悲观态度高阶谓词逻辑，对神经网络的功能持悲观态度2024/9/25在在70-80年先后提出了多种神经网络模型：年先后提出了多种神经网络模型：1972年年Fuk
29、usheima提出了认知机模型提出了认知机模型1974年年Werbos提提出出了了反反向向传传播播模模型型（Bryson等等人，人，1963年提出等价于年提出等价于BP的相应算法）的相应算法）1977年年Anderson提出了盒中脑模型（提出了盒中脑模型（BSB）19801980年年年年KohonenKohonen提出了自组织映射模型（提出了自组织映射模型（提出了自组织映射模型（提出了自组织映射模型（SOMSOM）2024/9/252、第二次研究高潮、第二次研究高潮（八十年代）（八十年代）有影响力的成果有：有影响力的成果有：1982年年美美国国加加州州理理工工学学院院物物理理学学家家Hopfi
30、eld提提出出了离散的神经网络模型了离散的神经网络模型1984年年又又提提出出了了连连续续神神经经网网络络模模型型，可可以以用用电电子子线路来仿真线路来仿真Hopfield网网络络可可以以解解决决最最优优化化问问题题，最最典典型型的的例例子就是子就是“旅行商问题旅行商问题TSP”2024/9/251985年年Hinton（欣欣顿顿）和和Sejnowsky（塞塞杰杰诺诺斯斯基基 ） 提提 出出 了了 一一 个个 可可 行行 的的 算算 法法 ， 称称 之之 为为Boltzmann（玻玻耳耳兹兹曼曼）机机模模型型。他他们们借借助助于于统统计计物物理理学学的的概概念念和和方方法法，提提出出了了多多层
31、层网网络络的的学学习习算法算法2024/9/251986年年Rumelhart（鲁鲁梅梅尔尔哈哈特特）和和McClelland（麦麦克克莱莱伦伦德德）提提出出了了反反向向传传播播网网络络学学习习算算法法（BP）实实现现了了多多层层前前向向网网络络的的学学习习过过程程，其其实实原原理理非非常常简简单单，综综合合了了连连续续转转换换函函数数、隐隐函函数数求求偏偏导导法法则则和和梯梯度度法法。BP算算法法可可以以实实现现高高度度的的非非线线性性映映射射功功能，用于模式分类和函数逼近（回归分析）能，用于模式分类和函数逼近（回归分析）2024/9/253、统计学习理论和支持向量机的兴起、统计学习理论和支
32、持向量机的兴起（九十年（九十年代中后期）代中后期） 统计学习理论统计学习理论：专门研究有限样本集情况下：专门研究有限样本集情况下机器学习的统计规律及实现方法机器学习的统计规律及实现方法研究问题研究问题：模式分类、回归分析、概率密度估：模式分类、回归分析、概率密度估计计2024/9/25N.(2004-11)2024/9/25代表性的算法代表性的算法：支持向量机（：支持向量机（SupportVectorMachines)进一步发展起来的算法进一步发展起来的算法：核算法（：核算法（KernelMachines)2024/9/251.2人类智能与人工智能（符号主义观点）人类智能与人工智能（符号主义观
33、点）1.2.1智能信息处理系统的假设智能信息处理系统的假设1.2.1.1从人的认知过程看待计算机原理从人的认知过程看待计算机原理1.2.1.2从信息处理系统角度看待人工智能从信息处理系统角度看待人工智能2024/9/25人的认知活动具有不同的层次：人的认知活动具有不同的层次：最高层最高层：思维策略：思维策略中间层中间层：初级信息处理：初级信息处理最低层最低层：生物过程，例如中枢神经系统、神经元：生物过程，例如中枢神经系统、神经元与大脑的活动与大脑的活动生理过程生理过程初级信息处理初级信息处理思维策略思维策略1.2.1.1从人的认知过程看待计算机原理从人的认知过程看待计算机原理2024/9/25
34、相应地，我们可以将计算机分成三个层次：相应地，我们可以将计算机分成三个层次：程序程序语言语言硬件硬件计算机硬件计算机硬件计算机语言计算机语言计算机程序计算机程序2024/9/25研究认知过程的研究认知过程的主要任务主要任务是探索高层次思维决策与是探索高层次思维决策与初级处理信息的关系。用计算机程序来模拟人的思初级处理信息的关系。用计算机程序来模拟人的思维策略水平，用计算机语言模拟人的初级信息处理维策略水平，用计算机语言模拟人的初级信息处理过程。过程。生理过程生理过程初级信息处理初级信息处理思维策略思维策略计算机硬件计算机硬件计算机语言计算机语言计算机程序计算机程序人类认知活动与计算机的比较人类
35、认知活动与计算机的比较简单简单程序程序软件软件系统系统2024/9/25人类认知过程的工作原理人类认知过程的工作原理：当外界刺激作用于某一个特定状态的机体时，就当外界刺激作用于某一个特定状态的机体时，就会发生变化会发生变化TT+1x=f(S,R)xx+xT表示表示时间变量时间变量x表示表示认知操作认知操作S表示表示机体状态机体状态R表示表示外界刺激外界刺激2024/9/25计算机的工作原理计算机的工作原理：在得到外界输入后，计算机进行相应的操作，在得到外界输入后，计算机进行相应的操作，使得其内部状态随时间发生变化使得其内部状态随时间发生变化2024/9/25计算机存计算机存储的内容储的内容人类
36、机体人类机体的状态的状态机体施加的机体施加的某种刺激某种刺激计算机计算机的输入的输入人类认知人类认知过程的工过程的工作原理作原理计算机计算机的工作的工作原理原理2024/9/25这种以人的思维方式为模型的信息处理系这种以人的思维方式为模型的信息处理系统可以称为统可以称为智能信息处理系统智能信息处理系统当然，当然，人人可以看成为一个智能信息处理系可以看成为一个智能信息处理系统统2024/9/25信息处理系统信息处理系统（符号处理系统、物理符号系（符号处理系统、物理符号系统）统）处理对象处理对象：符号符号（不是连续变化的数值）（不是连续变化的数值）基本任务和功能基本任务和功能：辨认相同的符号和不同
37、的：辨认相同的符号和不同的符号符号1.2.1.2从信息处理系统角度看待人工智能从信息处理系统角度看待人工智能2024/9/25完整物理符号系统的六大基本功能：完整物理符号系统的六大基本功能：1.1.输入符号输入符号2.输出符号输出符号3.存储符号存储符号4.复制符号复制符号5.建立符号结构建立符号结构：通过找出各符号之间的关系，形：通过找出各符号之间的关系，形成符号结构成符号结构6.6.条件性转换条件性转换：根据已有符号，在一定条件下实现：根据已有符号，在一定条件下实现符号之间的转换符号之间的转换2024/9/25人是物理符号系统人是物理符号系统：输入信号输入信号：视觉、听觉、触觉（眼睛看、耳
38、朵：视觉、听觉、触觉（眼睛看、耳朵听、手摸）听、手摸）输出信号输出信号：说话、触觉：说话、触觉计算机是物理符号系统计算机是物理符号系统：输入输入：键盘、鼠标、话筒等：键盘、鼠标、话筒等输出输出：屏幕、耳机等：屏幕、耳机等2024/9/25物理符号系统的假设物理符号系统的假设：任何一个系统，如果它能够表现出智能，任何一个系统，如果它能够表现出智能，那么它就必定能够执行上述六种功能那么它就必定能够执行上述六种功能反之，任何系统如果具有上述六种功能，反之，任何系统如果具有上述六种功能，那么它就能够表现出智能，即人类具有的那么它就能够表现出智能，即人类具有的智能智能2024/9/25推论推论1：既然人
39、具有智能，那么他一定就是：既然人具有智能，那么他一定就是一个物理符号系统。人之所以能够表现出智一个物理符号系统。人之所以能够表现出智能，就是基于他的信息处理过程能，就是基于他的信息处理过程推论推论2：既然计算机是一个物理符号系统，：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。这是人工智能它就一定能够表现出智能。这是人工智能的基本条件的基本条件2024/9/25推论推论3：既然人和计算机都是物理符号系统，：既然人和计算机都是物理符号系统，那么就能够用计算机来模拟人的活动那么就能够用计算机来模拟人的活动注意注意：推论推论3不一定是从推论不一定是从推论1和和2推导出来的必然结果。推导出来的
40、必然结果。人与计算机可以用不同的原理与方式进行工作。人与计算机可以用不同的原理与方式进行工作。计算机并不一定都是模拟人的活动计算机并不一定都是模拟人的活动2024/9/25结论结论能够用计算机来模拟人的（思维）活动，能够用计算机来模拟人的（思维）活动，即能够用机器智能来模拟人类智能即能够用机器智能来模拟人类智能2024/9/251.2.2人类智能的计算机模拟人类智能的计算机模拟结论结论：能够用计算机来模拟人的（思维）能够用计算机来模拟人的（思维）活动，即能够用机器智能来模拟人类智能活动，即能够用机器智能来模拟人类智能人工智能的实现手段人工智能的实现手段：包括硬件和软：包括硬件和软件，其中软件就
41、是一个计算机程序件，其中软件就是一个计算机程序2024/9/25成功的人工智能的例子成功的人工智能的例子：1、1997年年2月，月，IBM的深篮（的深篮（DeepBlue）智能计智能计算机与国际象棋大师卡斯帕洛夫的世纪大战，深算机与国际象棋大师卡斯帕洛夫的世纪大战，深篮的成绩是篮的成绩是2胜胜1负负3平平2、2003年年1、2月，小深（月，小深（DeepJunior）与卡斯帕与卡斯帕洛夫的人机大战，成绩是平手洛夫的人机大战，成绩是平手2024/9/25传统程序传统程序就是告诉机器干什么及任何干，而就是告诉机器干什么及任何干，而如何干则要靠人来设计方法、给出算法并写出程如何干则要靠人来设计方法、
42、给出算法并写出程序来实现的序来实现的AIAI程序程序只要求机器知道干什么，我们只要把只要求机器知道干什么，我们只要把问题描述清楚，机器就能自动实现求解问题描述清楚，机器就能自动实现求解2024/9/25人工智能（符号主义）与传统程序的差异人工智能（符号主义）与传统程序的差异方面方面AI程序程序传统程序传统程序处理处理主要是符号处理主要是符号处理主要数字处理主要数字处理输入输入可以是不完整可以是不完整必须完整必须完整搜索搜索启发式搜索启发式搜索算法算法解释解释提供提供不提供不提供主要关心主要关心知识知识数据、信息数据、信息结构结构控控制制结结构构与与知知识识域域相相分分离离信息与控制连接在一起信
43、息与控制连接在一起输出输出可以不正确的答案可以不正确的答案要求正确答案要求正确答案维维 护护 与与 更更新新易于维护、更新、改变易于维护、更新、改变难于修改难于修改推理推理有有无无2024/9/251.3人工智能各学派的认知观人工智能各学派的认知观目前人工智能主要有目前人工智能主要有三大学派三大学派：符号主义符号主义：逻辑主义、心理学派、计算机学派。逻辑主义、心理学派、计算机学派。其原理为物理符号系统假设和有限合理性原理其原理为物理符号系统假设和有限合理性原理连接主义连接主义：仿生学派、生理学派。其原理是神经：仿生学派、生理学派。其原理是神经网络及其连接机制和学习算法网络及其连接机制和学习算法
44、行为主义行为主义：进化主义、控制论学派。其原理是控进化主义、控制论学派。其原理是控制论、感知制论、感知-动作控制系统动作控制系统2024/9/25不同的学派对不同的学派对AI的的基本问题基本问题，比如，定义、，比如，定义、基础、核心、要素、认知过程、学科体系以基础、核心、要素、认知过程、学科体系以及人工智能与人类智能的关系等，均有及人工智能与人类智能的关系等，均有不同不同观点观点。它们的研究方法也不同。它们的研究方法也不同2024/9/251、符号主义符号主义在在基基本本理理论论上上，认认为为人人的的认认知知基基元元是是符符号号，而而认知过程就是符号操作过程认知过程就是符号操作过程知识是信息的
45、一种形式，是构成智能的基础知识是信息的一种形式，是构成智能的基础人人工工智智能能的的核核心心问问题题是是知知识识表表达达、知知识识推推理理和和知识运用知识运用2024/9/25在研究方法上，在研究方法上，功能模拟方法功能模拟方法。通过分析人。通过分析人类认知系统所具备的功能和机能，然后用计算机类认知系统所具备的功能和机能，然后用计算机模拟这些功能、实现人工智能模拟这些功能、实现人工智能2024/9/252、连接主义连接主义在在基基本本理理论论上上，认认为为人人的的思思维维基基元元是是神神经元经元，而不是符号处理过程，而不是符号处理过程提提出出了了连连接接主主义义的的大大脑脑工工作作模模式式，来
46、来取取代符号主义的大脑工作模式代符号主义的大脑工作模式2024/9/25在研究方法上，着重于在研究方法上，着重于结构模拟结构模拟，即模拟，即模拟人的生理神经网络结构，并认为功能、结人的生理神经网络结构，并认为功能、结构和智力行为是密切相关的，不同的结构构和智力行为是密切相关的，不同的结构表现出不同的功能和行为表现出不同的功能和行为2024/9/253、行为主义行为主义在在基基础础理理论论上上，认认为为智智能能取取决决于于感感知知与与行行为为，提出了智能行为的提出了智能行为的“感知动作感知动作”模式。模式。在在研研究究方方法法上上，采采用用行行为为模模拟拟方方法法，也也认认为为功功能能、结结构构
47、和和智智力力行行为为是是不不可可分分开开的的。不不同同的的行行为为表现出不同的功能和不同的结构表现出不同的功能和不同的结构2024/9/251.4人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域目前人工智能的主要研究与应用领域有目前人工智能的主要研究与应用领域有问题求解问题求解逻辑推理与定理证明逻辑推理与定理证明自然语言理解自然语言理解自动程序设计（人工描述自动转化程序）自动程序设计（人工描述自动转化程序）专家系统专家系统机器学习机器学习神经网络神经网络机器人学机器人学2024/9/25模式识别模式识别机器视觉机器视觉智能控制智能控制智能检索智能检索智能调度与指挥智能调度与指挥分布式人工智能与
48、分布式人工智能与Agent计算智能与进化计算计算智能与进化计算数据挖掘与知识发现数据挖掘与知识发现人工生命人工生命系统与语言工具（用于支持系统与语言工具（用于支持AI研究与开发研究与开发）2024/9/251.5本课程讲授的主要内容及课程要求本课程讲授的主要内容及课程要求主要内容：主要内容：第第1章：绪论章：绪论（p1-24)人工智能的概念、发展历史人工智能的概念、发展历史人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域本课程讲授的主要内容及课程要求本课程讲授的主要内容及课程要求2024/9/25第第2章：知识表达与推理章：知识表达与推理(p25-39)知知识识表表达达的的一一般般方方法法（状
49、状态态空空间间法法、问问题题归归约约法法、谓谓词词逻辑法）逻辑法）（补充）（补充）图的搜索技术（盲目搜索（补充）、启发式搜索技术）图的搜索技术（盲目搜索（补充）、启发式搜索技术）与或图的搜索技术（补充）与或图的搜索技术（补充）博弈问题的搜索技术（补充）博弈问题的搜索技术（补充）消解原理消解原理2024/9/25第第4章：计算智能章：计算智能（p124-125、137-198）q计算智能的基本概念计算智能的基本概念q模糊集理论模糊集理论q粗糙集理论粗糙集理论q遗传算法遗传算法q粒子群算法粒子群算法q蚁群算法蚁群算法2024/9/25教学内容：教学内容：课堂教学课堂教学上机实验报告上机实验报告文献
50、阅读报告文献阅读报告少量书名作业少量书名作业2024/9/25成绩考核方法成绩考核方法：平平时时成成绩绩（实实验验报报告告20，文文献献阅阅读读报报告告20，书面作业与出勤，书面作业与出勤10）期末书面考试成绩期末书面考试成绩（50%）2024/9/25主要教材主要教材蔡蔡自自兴兴，徐徐广广祐祐，人人工工智智能能及及其其应应用用（第第三三版版）（研研究生用书），北京：清华大学出版社，究生用书），北京：清华大学出版社，2004参考书目参考书目NilsJ.Nilsson,ArtificialIntelligence:ANewSynthesis(影印本影印本).北京：机械工业出版社，北京：机械工业出
51、版社，1999涂序彦。人工智能及其应用。北京：电子工业出版社，涂序彦。人工智能及其应用。北京：电子工业出版社，1988蔡自兴，徐广祐。人工智能及其应用（第二版）。北京：清华大学蔡自兴，徐广祐。人工智能及其应用（第二版）。北京：清华大学出版社，出版社，1996蔡自兴，徐广祐。人工智能及其应用（第三版）（本科生用书）蔡自兴，徐广祐。人工智能及其应用（第三版）（本科生用书）。北京：清华大学出版社，。北京：清华大学出版社，20032024/9/251.6人工智能课程中的一些常用例子人工智能课程中的一些常用例子1、八数码八数码在一个在一个33的方格盘上，放有的方格盘上，放有1- - 8个数码，空格个数码
52、，空格四周上下左右的数码可以移到空格，问题是：从四周上下左右的数码可以移到空格，问题是：从某一个初始布局开始，通过移动数码（空格），某一个初始布局开始，通过移动数码（空格），最后到达一个目标布局最后到达一个目标布局23158467123847652024/9/252、十五数码问题十五数码问题在在一一个个44的的方方格格盘盘上上，放放有有115个个数数码码，空空格格四四周周上上下下左左右右的的数数码码可可以以移移到到空空格格，问问题题是是：从从某某一一个个初初始始布布局局开开始始，通通过过移移动动数数码码（空空格格），最最后后到到达一个目标布局达一个目标布局1194151312758613210
53、141234567891011121314152024/9/253、梵塔（梵塔（Hanoi）问题问题有有三三个个柱柱子子和和若若干干不不同同大大小小的的园园盘盘，在在每每一一个个园园盘盘中中间间有有一一个孔，所有园盘可以叠放在柱子上个孔，所有园盘可以叠放在柱子上问问题题：开开始始所所有有园园盘盘放放在在一一个个柱柱子子上上，并并且且大大盘盘在在下下小小盘盘在在上上；要要求求将将园园盘盘移移到到另另一一个个柱柱子子上上，同同样样要要求求大大盘盘在在下下小小盘盘在在上上；在在移移动动的的过过程程中中，每每一一次次只只能能移移动动一一个个盘盘，并并且且不不允允许大的盘放在小的盘上面许大的盘放在小的盘
54、上面2024/9/254、迷宫问题迷宫问题有一个入口和一个出口。由若干间房子构成一个迷宫，邻有一个入口和一个出口。由若干间房子构成一个迷宫，邻近的房子有连通也有不连通的，墙壁是不透明的而且高度近的房子有连通也有不连通的，墙壁是不透明的而且高度大于人的身高，入口处不能直接看到出口处，但是至少会大于人的身高，入口处不能直接看到出口处，但是至少会有一条从入口到出口的通路有一条从入口到出口的通路问题问题：从入口进去，从出口出来：从入口进去，从出口出来2024/9/255、传教士与野人问题传教士与野人问题设设有有三三个个传传教教士士和和三三个个野野人人来来到到河河边边，打打算算乘乘一一条条船船从从河河的
55、的右右岸岸到到左左岸岸去去。该该船船的的负负载载能能力力为为两两人人。在在任任何何时时候候，如如果果野野人人的的人人数数超超过过传传教教士士的的人数，则野人就将传教士吃掉人数，则野人就将传教士吃掉问问题题：他他们们怎怎样样才才能能用用这这条条船船安安全全地地把把所所有有人人都都度过河去？度过河去？2024/9/256、推销员（旅行商）问题（推销员（旅行商）问题（TSP）现在有若干个城市，任何两个城市之间都有相应的道路相现在有若干个城市，任何两个城市之间都有相应的道路相连，并且路程不等连，并且路程不等问题问题：一个推销员要走遍所有城市最后回到出发城市，总：一个推销员要走遍所有城市最后回到出发城市
56、，总路程最短，而且不重复路程最短，而且不重复2024/9/257、猴子和香蕉问题猴子和香蕉问题在在一一间间房房子子里里有有一一只只猴猴子子、一一只只箱箱子子和和一一串串香香蕉蕉。香香蕉蕉挂挂在在天天花花板板下下面面，猴猴子子的的高高度度不不能能直直接接摘摘到到香香蕉，但是可以利用箱子蕉，但是可以利用箱子问题问题：猴子如何才能摘到香蕉？：猴子如何才能摘到香蕉？2024/9/258、一字棋问题一字棋问题一一字字棋棋是是两两人人在在33的的方方形形棋棋盘盘上上对对垒垒，从从空空棋棋盘盘开开始始，双双方方轮轮流流在在棋棋盘盘上上摆摆各各自自的的棋棋子子（黑黑与与白白，和和O），谁谁先先成成三三子子一一线线（横横的的、竖竖的的、对对角角）者获胜者获胜2024/9/259、四皇后问题与八皇后问题四皇后问题与八皇后问题在在44的棋盘上放四个皇后，使得没有任意两个的棋盘上放四个皇后，使得没有任意两个皇后在同一条直线上（包括斜线上）。皇后在同一条直线上（包括斜线上）。2024/9/2510、最优化问题、最优化问题寻找一个非线性函数的局部最大点、全局最大点寻找一个非线性函数的局部最大点、全局最大点2024/9/25
