1、1,第1周：2011年09月06日,2,人工智能导论 Introduction to Artificial Intelligence,王 洁2011年9月6日2011年12月23日,3,简介,自我介绍：王 洁：计算机应用系，副教授, 信北314， 联系方式: 上课时间：周二：5-6节1-16周周五：7-8节13-16周 (共40学时) 考查方式与时间 平时作业+考勤 占（30%），考试占70% 考试时间：一般为第16周的上课时间,4,5,“人工智能导论”,人工智能（AI): 研究如何运用知识，以便象人类一样完成富有智能的工作 智能？what is intelligence? Intellig
2、ence is the computational part of the ability to achieve goals in the world. Varying kinds and degrees of intelligence occur in people, many animals and some machines. (摘自John McCarthy2007 ) 机器智能： 1） IMB深蓝：IBM“深蓝”战胜国际象棋世界冠军。 “深蓝”：是一台 IBM RS/6000 SP 32节点的计算机，每秒可检查超过2亿个棋步,6,2）电影中 David: 是机器，它的程序是爱 电影人
3、工智能机器人:人类发明出来用以应对恶劣自然环境的，而且，先进的机器人不但拥有可以乱真的人类外表，还能感知自身的存在。 人工智能研究的目的：(摘自John McCarthy2007 )-Does AI aim at human-level intelligence? -Yes. The ultimate effort is to make computer programs that can solve problems and achieve goals in the world as well as humans.,7,绪论,人工智能？研究目标?发展概况？研究领域和方法 本学期课程所涉及的内
4、容教材和参考书附：历年图灵奖获得者,8,人工智能？,古代幻想制造出代替人类工作的机器 公元900年前的歌舞机器人 古希腊机器人帮助劳动的传说 -人工智能的幻想 人工智能的萌芽时期 13世纪初，试图制造通用逻辑机 17世纪B.Pascal, 机械加法器 1936年,A.M.Turing提出了著名的图灵机模型。1950年，提出机器能思维的论述,9,1956年人工智能的正式诞生 1946年第一台电子计算机诞生除单纯的数字计算外，计算机可以帮助完成更多的事情。 1956年在美国的Dartmouth大学组织了一个讨论班，历时2个月. 首次使用“人工智能”一词，开创了人工智能这个学科。 由J.McCart
5、hy (斯坦福大学教授)和他的三个朋友M.Minsky(MIT教授), N.Lochester(IBM信息研究中心),C.Shannon(贝尔实验室信息部数学研究员)共同发起,10,“人工智能”?-争议的问题,不同领域的学者有不同的定义: J.McCarthy(最早):使一部机器的反应方式就像一个人在行动时所依据的智能. J.Nilsson: 它是关于知识的科学，即怎样表示知识、获取知识和使用知识的科学. P.Winston: AI是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的富有智能的工作. M.Minsky:让机器做本需要人的智能才能够做到的事情的一门科学. A.Feigenbaum: 是一个知
6、识信息处理系统.,11,人工智能,人工智能：计算机科学，控制论，信息论，神经生理学，心理学，语言学等多种学科相互渗透而发展起来的一门综合性学科。通俗的讲:人工智能是一些方法,依靠这些方法, 计算机可以比较好地求解问题,能够帮助人类做许多以前需要人类的智能才能完成的工作.,12,人工智能的本质,定义虽不同,但人工智能的本质:是一门研究如何制造出人造的智能机器或者智能系统,来模拟人类智能活动的能力,以延伸人们智能的科学.,13,什么样的系统具有“智能”？,图灵最早对此问题研究 1950年,论文“计算机和智力”提出“图灵测试”以测试一个计算机系统是否具有智能.测试方法如下:,Alan Turing,
7、14,测试目的：测试者通过提问,判断哪个房间是志愿者,哪个房间是计算机.,15,如果测试者在一系列的这种测试中，不能准确的判断出谁是计算机，谁是人，则说明该计算机通过了图灵测试，具有了图灵测试意义下的智能。 图灵测试完全是从机器是否很好的模拟人的角度进行测试的。 测试对计算机不公平，除了模拟人的优点外，还要 模拟人的缺点。（对复杂计算，计算机快速回答）。 可弱化计算机，只看计算机是否足够聪明。 计算机对常识知识感到困难。例如：,既不能比人类愚蠢 也不能比人类聪明,16,测试者提问：“我听说，今天上午一头黄牛在 长江上空飞行”。你怎么理解此事？ 计算机谨慎回答：“这听起来不可思议” 测试者继续：
8、“是么？我叔叔试过一会，只不过黄牛是浅色的，并带有斑纹，这有什么不可思议？” 容易想象，如果计算机没有理解这些问题，并有足够的常识知识，就会暴露自己是台计算机，而不是一个人。,17,可以看到，对于人类很容易理解的问题，对于计算机来说并不一定容易解决。又比如，即使是一个小孩，无论是从正面，侧面，甚至背后，都非常容易的认出自己的妈妈，即使是换了发型，带了眼镜等，但计算机人脸识别却是一个困难的课题。 但对人类困难的问题，计算机处理起来却比较容易，如数字计算，大规模数据库查找等。,18,中文屋子问题,智能的体现离不开理解，在图灵测试中，计算机要正确回答问题，首先要理解问题。 通过图灵测试的计算机真正理
9、解问题了么？ 约翰 希尔勒提出了否定意见。（以中文屋子为例） 罗杰 施安克编写的故事理解程序,他认为即使一台计算机通过了图灵测试，但仍然不具备和理解有关的精神属性。,19,罗杰 施安克的故事理解程序,该程序阅读英文小说，并回答与故事有关的问题：,一个人进入餐馆并定了一份汉堡包。 当汉堡包端来的时侯发现被烘脆了， 此人暴怒的离开餐馆， 没有付帐或留下小费。,一个人进入餐馆并定了一份汉堡包。 当汉堡包端来后他非常喜欢它， 而且在离开餐馆付帐之前， 给了女服务员很多小费。,computer,提问,此人是否吃了汉堡包,但计算机真正理解这两段话的含义了么？,NO,YES,20,假定故事是用中文编写的,计
10、算机对故事的所有运算转变成一组指令.,代表故事和问题的的一连串符号通过 缝隙送到屋子,希尔勒想象自己在屋子里操作这些指令。,中文屋子,希尔勒完全按照程序操作,最终的结果是 中文的 :”是”或”否”. 问题是 : 他根本不懂任何中文.,21,希尔勒的结论：仅仅成功执行算法本身并不意外着对所发生的事情有丝毫的理解。 希尔勒的观点：即使计算机通过了图灵测试，但计算机也没有理解它所做的一切，因此也就不能体现出任何智能。,22,人工智能的研究目标,人工智能的研究有大约50多年的历程，对人工智能有不同的定义。 但就其本质而言：人工智能是研究如何制造出人造的智能机器或智能系统，来模拟人类智能活动的能力，以延
11、伸人类智能的科学。 人类智能活动的能力：一般而言，是人类在认识世界和改造世界的活动中，由脑力劳动表现出来的能力。具体的指： 通过视觉，听觉，触觉等感官活动，接受并理解文字，图像，声音，语言等各种外界的自然信息-这就是认识和理解世界的能力。,23,通过人脑的生理与心理活动以及有关的信息处理过程，将感性知识抽象为理性知识，并能对事物运动的规律进行分析，判断和推理-这就是提出概念，建立方法，进行演绎和归纳推理，作出决策的能力。 对变化多端的外界环境条件，如干扰，刺激等作用能灵活的作出反应-这就是自我适应的能力。,24,研究人工智能的途径,目前研究人工智能主要有两种途径： 途径一： 心理学家，生理学家
12、认为大脑是智能活动的物质基础，要揭示人类智能活动的奥妙，就必须弄清大脑的结构。即：要从大脑的神经元着手研究，弄清大脑信息处理过程的机理。 途径二：计算机科学家提出的从模拟大脑功能的角度来实现人工智能。即：通过计算机程序的运行，从效果上达到和人类智能行为活动过程相似来作为研究目标。,企图创立“信息处理的智能理论” 作为实现人工智能的长远目标,以解决“建造智能机器或系统为 工程目标的有关原理和技术”作 为人工智能的近期目标。,25,研究目标,说明：不论从什么角度来研究人工智能，都是通过计算机来实现的。 人工智能的研究目标是：弄清楚实现人工智能的有关原理，使计算机有智慧，更聪明，更有用。,26,人工
13、智能的发展阶段,第一阶段：萌芽期（1956年以前） 自古以来，人类企图用机器来代替人的部分脑力劳动，以提高征服自然的能力。如古希腊制造机器人帮助人劳动的传说，中国古代歌舞机器人传说-人工智能的幻想 帕斯卡（Pascal）于1647年制造了第一台会演算的机械加法器. 莱布尼茨（Leibniz）制成了能够实现四则运算的计算器. 巴贝奇（Babbage）在1821年发明了两台最先进的差分机和分析机. 布尔（G.Boole）致力于使“思维规律”形式化和实现机械化，发明了布尔代数。 图灵(A.Turing)1936年，提出了“通用图灵机”概念和模型. N.Wiener控制论,C.E.Shannon信息论
14、创立，为人工智能学科的诞生做了理论上的巨大贡献。,27,第二阶段：形成期（1956年-1961年）,1956年的Dartmouth大学历史性聚会人工智能的正式诞生。 物理符号系统：1957年，A.Newell, J.Shaw和H.Simon等编写了逻辑理论机的数学定理证明程序等。 1960年，编制了能解10种类型不同课题的GPS（通用问题求解程序）， 游戏：1956年，Samuel研究的具有自学习，自组织，自适应能力的西洋跳棋程序，1959年战胜设计者本人，随后战胜了美国的州跳棋大师。,28,第三阶段：发展期（1961年-1980年）,专家系统 知识工程 知识工程席卷全球 各国发展计划：美国星
15、球大战计划，英国的ALVEY计划，法国UNIKA计划，日本五代机计划，中国的863计划。 学术交流的发展对人工智能有很大的推动作用。1969，IJCAI; 1974年ECAI(欧洲人工智能会）,1970年ARTIFICIAL INTELLIGENCE等。,29,第四阶段：（80年代初-90年代初）,新的神经元网时代BP网（算法），解决了多层网的学习问题。 在Hopfield网，成功解决了旅行商问题。 存在的问题：理论依据，解决大规模问题的能力。 新的动向：构造化方法。,30,第五阶段：（90年代初-现在）,网络给AI带来无限的机会。 知识发现和数据挖掘。 AI走向实用化。,31,IBM的“深蓝
16、”,北京时间1997年5月12日凌晨4点50分，美国纽约公平大厦，当IBM公司的“深蓝”超级电脑将棋盘上的一个兵走到C4的位置上时，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫对“深蓝”的人机大战落下帷幕，“深蓝” 以3.5：2.5的总比分战胜卡斯帕罗夫。 在世界范围内引起轰动，标志着在某些领域，经过努力，人工智能系统可以达到人类的最高水平。,32,正与“深蓝”下棋卡斯帕罗夫,33,使用方法-博弈树搜索,在第三章详细介绍博弈树搜索 博弈问题 双人 一人一步 双方信息完备 (对垒双方看到的信息是一样的，不存在一方看到另一方看不到的情况） 零和（对一方有利的走棋，对另一方是不利的，不存在对双方均有利或者均无利的棋）
17、,34,IBM的“深蓝”,96年2月第一次比赛结果深蓝：胜，负，平，平，负，负97年5月第二次比赛结果深蓝：负，胜，平，平，平，胜,35,AI的研究内容,搜索技术 知识表示 规划方法 机器学习 认知科学 自然语言理解和机器翻译 专家系统与知识工程,36,定理证明 搏弈 机器人 数据挖掘与知识发现 多agent系统 复杂系统 足球机器人 人机交互,37,本课程是人工智能的入门性课程,主要介绍人工智能研究中最基本,最经典的理论和方法.,38,本课程主要学习的内容,产生式系统：P131及参考书目2 搜索技术 盲目搜索方法 启发式搜索方法 与或图搜索方法 博弈树搜索方法 AI中的谓词演算及应用 高级搜
18、索：局部搜索，模拟退火，遗传,39,参考书目,马少平 朱小燕，人工智能，清华大学出版社 2004. 8 林尧瑞 马少平，人工智能导论，清华大学出版社 1989 陆汝钤，人工智能(上、下)，科学出版社， 1996. Nils J. Nilsson，人工智能，机械工业出版社 史忠植，高级人工智能，科学出版社，2006. George F.Luger, 人工智能 复杂问题求解的结构和策略,机械工业出版社，2004. 蔡自兴 许光佑，人工智能及其应用，清华大学出版社，1996.,40,历史上的人工智能大师,下面介绍图灵和几位获得图灵奖的人工智能大师 图灵奖由美国计算机协会（ACM）于1966年设立，奖
19、励对计算机事业作出重要贡献的个人。一般每年只奖励一名计算机科学家，只有极少数年度有两名合作者或在同一方向作出贡献的科学家共享此奖。 它是计算机界最负盛名、最崇高的一个奖项，有“计算机界的诺贝尔奖”之称。 2010年奖金为25万美元，由Google和英特尔赞助,41,阿伦图灵（Alan Turing）,Alan Turing,计算机科学理论创始人,42,阿伦图灵（Alan Turing）,1912年出生在英国伦敦，1954年去世 1936年发表论文“论可计算数及其在判定问题中的应用”，提出图灵机理论 1950年发表论文“计算机与智能”，阐述了计算机可以有智能的想法，提出图灵测试 1966年为纪念
20、图灵的杰出贡献，ACM设立图灵奖。,43,马文明斯基（Marniv Lee Minsky）,人工智能之父框架理论的创立者首位图灵奖获得者（1969）,44,马文明斯基（Marniv Lee Minsky）,1927年出生于美国纽约 1951年提出思维如何萌发并形成的基本理论 1956年Dartmouth会议发起人之一 1958年在MIT创建世界第一个AI实验室 1969年获得的图灵奖 1975年首创框架理论,45,人工智能之父LISP语言的发明人首次提出AI的概念（1971）,约翰麦卡锡（ John McCarthy）,46,约翰麦卡锡（ John McCarthy）,1927年出生于美国波士
21、顿 1956年发起Dartmouth会议，并提出了“人工智能”的概念 1958年于明斯基一起创建世界上第一个人工智能实验室 发明-剪枝算法 1959年开发LISP语言 开创逻辑程序研究，用于程序验证和自动程序设计 1971年获得图灵奖,47,赫伯特西蒙（Herbert A. Simon）,符号主义学派的创始人爱好广泛的全能科学家中国科学院外籍院士（1975）,48,赫伯特西蒙（Herbert A. Simon）,1916年出生在美国威斯康辛州 1943年在匹兹堡大学获政治学博士学位 1969年因心理学方面的贡献获得杰出科学贡献奖 1975年和他的学生艾伦纽厄尔共同获得图灵奖 1978年获得诺贝
22、尔经济学奖 1986年因为行为方面的成就获得美国全国科学家奖章,49,艾伦纽厄尔（Allen Newell）,符号主义学派的创始人之一西蒙的学生与同事1975年与西蒙同获图灵奖,50,查理德卡普（Richard M. Karp）,发明“分枝界限法”的三栖学者 （1985）,51,查理德卡普（Richard M. Karp）,1935年出生于美国波士顿 是加州大学伯克利分校三个系的教授 电气工程与计算机 数学系 工业工程与运筹学系 60年代提出“分枝界限法”，成功求解含有65个城市的旅行商问题，创当时的记录 1985年获得图灵奖,52,爱德华费根鲍姆（Edward A.Feigenbaum）,知
23、识工程的提出者 大型人工智能系统 的开拓者 （1994）,53,爱德华费根鲍姆（Edward A.Feigenbaum）,1936年出生于美国新泽西州 通过实验和研究，证明了实现智能行为的主要手段是知识 1977年提出知识工程，使人工智能从理论转向应用 名言：知识蕴涵着力量 1994年与劳伊雷迪共同获得图灵奖,54,劳伊雷迪（Raj Reddy）,大型人工智能系统的开拓者（1994）,55,劳伊雷迪（Raj Reddy）,1937年出生于印度，1966年在美国获博士学位 1994年与费根鲍姆共同获得图灵奖 主持过一系列大型AI系统的开发 NAVLAB能在道路行使的自行车辆项目 LISTEN用于
24、扫盲的语音识别系统 以诗人但丁命名的火山探测机器人项目 自动机工厂项目，提出“白领机器人学”,56,道格拉斯恩格尔巴特（Douglas Engelbart）,鼠标的发明人超文本研究的先驱,57,道格拉斯恩格尔巴特（Douglas Engelbart）,1925年出生在美国的俄勒冈州 60年代提出计算机是人类智力的放大器的观点 1964年发明鼠标，67年申请专利，70年取得专利 对超文本技术作出巨大的贡献，以他的名字命名ACM超文本会议最佳论文奖,58,姚期智 (Andrew Yao),对计算理论做出了诸多根本性的重大贡献 第一位华裔获奖者 美国科学院院士 中国科学院院士 清华大学教授 2000年图灵奖获得者,59,
