1、1,人工智能导论,2,人工智能技术与 空间技术、 原子能技术 一起被誉为20世纪的三大科学技术成就。,3,人工智能的定义人工智能的诞生与发展相关学派和他们的认知观人工智能的研究和应用领域,第一章 绪论,4,定义1 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。定义2 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。定义3 人工智能是用计算模型研究智力行为。定义4 人工智能是研究那些使理解、推理和行为成为可能的计算。,1.1 人工智能的定义,5,定义5 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。定义6 人工智能研究如何使计算机做事让人过得更好。定
2、义7 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。定义8 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。其中，定义1和定义2涉及拟人思维；定义3和定义4与理性思维有关；定义5和定义6涉及拟人行为；定义7和定义8与拟人理性行为有关。,1.1 人工智能的定义,6,Russell & Norvig的定义,7,人工智能是计算机科学的一个分支，是研究使计算机表现出人类智能的学科。它涉及逻辑学、计算机科学、脑科学、神经生理学、心理学、哲学、语言学、信息论、控制论等多个学科，是一门综合性的交叉和边缘学科。,1.1 人工智能的定义,8,人工智能学科的诞生经历了漫长的历史过程。历史上一些伟
3、大的科学家和思想家对此作出了巨大的贡献，为今天的人工智能研究作了长足和充分的准备。,1.2 人工智能的诞生,9,亚里士多德（Aristotle）（公元前384 322）古希腊伟大的哲学家、思想家，研究人类思维规律的鼻祖，为形式逻辑奠定了基础，提出了推理方法，给出了形式逻辑的一些基本定律，创造了三段论法。,1.2 人工智能的诞生,由大前提和小前提推出结论。如 凡金属(M)都能导电(P)（大前提）， 铜(S)是金属(M)（小前提）， 所以铜(S)能导电(P)（结论）。,演绎:从普遍性结论或一般性事理推导出个别性结论的论,10,弗兰西斯培根（Francis Bacon）（1561 1626）英国哲学
4、家和自然科学家，系统提出了归纳法，成为和亚里士多德的演绎法相辅相成的思维法则。他强调了知识的重要作用，指出“知识就是力量”。,1.2 人工智能的诞生,归纳： 从个别性知识,引出一般性知识的推理,是由已知真的前提,引出可能真的结论,读史使人明智，读诗使人灵秀，数学使人周密，物理学使人深刻，伦理学使人庄重，逻辑修辞学使人善辩；凡有所学，皆成性格。 真理是时间之产物，而不是权威之产物。 合理安排时间就是节约时间。 论说文集 ，Francis Bacon ，1624,11,莱布尼茨（Leibnitz）（1646 1716）德国数学家和哲学家，提出了关于数理逻辑的思想，即把形式逻辑符号化，从而对人的思维
5、进行运算和推理的思想。,1.2 人工智能的诞生,-3, -2, 5, (? ), 61, 122,-3 -2 5 24 61 122 他们的差是1，7，19，37，61，后五数的差是6，2*6，3*6 4*6 4,12,布尔（Boole）（1815 1864）英国数学家、逻辑学家。他的主要贡献是初步实现了莱布尼茨关于思维符号化和数学化的思想，提出了一种崭新的代数系统布尔代数，凡是传统逻辑能处理的问题，布尔代数都能处理。符号逻辑对于逻辑代数，布尔的方法是着重于外延逻辑，即类的逻辑其中类或集合用x，y，z，表示，而符号X，Y，Z，则代表个体元素用1表示万有类，用0表示空类或零类他用xy表示两个集合
6、的交他称这个运算为选拔(election)，即x与y所有共同元素的集合,1.2人工智能的诞生,13,歌德尔（Gdel）（1906 1978）美籍奥地利数理逻辑学家，他研究数理逻辑中的一些带根本性的问题，即不完全性定理和连续假设的相对协调性证明 ，指出了把人的思维形式化和机械化的某些极限，在理论上证明了有些事情是机器做不到的。,1.2人工智能的诞生,14,图灵（Turing）（1912 1954）英国数学家。他于1936年提出了一种理想计算机的数学模型（图灵机）。现已公认，所有可计算函数都能用图灵机计算，这为电子计算机的构建提供了理论根据。1950年，他还提出了著名的“图灵实验”，给智能的标准提
7、供了明确的定义：把人和计算机分两个房间，并且相互对话，如果作为人的一方不能判断对方是人还是计算机，那这台计算机就达到了人的智能。,1.2人工智能的诞生,15,莫克利（J.W.Mauchly）（1907 1980）美国数学家，和他的学生埃克特（J.P.Eckert），于1946年研制成功了世界上第一台通用电子数字计算机ENIAC。,1.2人工智能的诞生,16,冯诺依曼（John von Neumann）（ 1903 1957)美籍匈牙利数学家，提出了以二进制和程序存储控制为核心的通用电子数字计算机体系结构原理，奠定了现代电子计算机体系结构的基础。1946EDVAC。,1.2人工智能的诞生,由五个
8、基本部分组成：1）运算器2）控制器3）存储器4）输入装置5）输出装置,17,麦卡锡（John McCarthy），美国数学家、计算机科学家，“人工智能之父”。,1.2人工智能的诞生,首次提出“人工智能” （AI）概念； 发明Lisp语言；研究不寻常的常识推理；发明“情景演算”。,18,1956年夏，在美国的达特茅斯学院，由McCarthy（斯坦福大学）、Minsky（哈佛大学）、Lochester（IBM公司）、Shannon（贝尔实验室）四人共同发起， 邀请IBM公司的More、Samuel，MIT的Selfridge、Solomonff，还有Simon、Newell等人参加学术讨论班，在一
9、起共同学习和探讨用机器模拟智能的各种问题。在会上，经McCarthy提议，决定使用“人工智能”一词来概括这个研究方向。这次具有历史意义的会议标志着人工智能这个学科的正式诞生。,1.2人工智能的诞生,19,1956年夏季，人类历史上第一次人工智能研讨会在美国的达特茅斯(Dartmouth)大学举行，标志着人工智能学科的诞生。1969年召开了第一届国际人工智能联合会议(International Joint Conference on AI, IJCAI),此后每两年召开一次。1970年人工智能国际杂志(International Journal of AI)创刊。这些对开展人工智能国际学术活动和
10、交流、促进人工智能的研究和发展起到积极作用。,20,1.3 人工智能研究的各种学派及其理论,逻辑学派 认知学派知识工程学派联结学派分布式学派进化论学派,不同学派的研究内容与研究途径有所不同。,21,1.3 人工智能研究的各种学派及其理论,研究途径：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
11、及神经网络间的连接机制与学习算法。行为主义(Actionism)，又称进化主义(Evolutionism)或控制论学派(Cyberneticsism)，其原理为控制论及感知和行动。,认为人工智能源于数理逻辑。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、西蒙和尼尔逊等。,认为人工智能源于仿生学，特别是人脑模型的研究。,认为人工智能源于控制论。这一学派的代表作首推布鲁克斯(Brooks)的六足行走机器人，它被看做新一代的“控制论动物”，是一个基于感知动作模式的模拟昆虫行为的控制系统。,22,1956年，Newell 和 Simon 设计的程序 Logic Theorist 证明了数
12、学原理第二章中的38条定理，经过改进又于1963年证明了全部52条定理。1956年，Samuel 研制了跳棋程序，该程序有学习功能。它在1959年打败了Samuel 本人，在1962年打败了美国一个州的跳棋冠军。,1.4 符号主义发展概况,23,1956年 Selfridge 的字符识别程序，1965年 Roberts 的分辨积木构造的程序，开创了计算机视觉的新领域。1958年到1959年，美籍数理逻辑学家王浩在定理机器证明方面取得了新的成就，证明了数学原理中有关命题逻辑和谓词逻辑的大部分定理。从1957年开始， Newell 、Shaw 和 Simon 等人开始研究一种不依赖于具体领域的通用
13、解题程序 GPS （General Problem Solver），经过10年努力，结果不令人满意。,24,1965年，Herbrand和Robinson提出了与传统演绎法完全不同的归结推理（消解法）。六十年代中期，专家系统兴起，研制成功了两个著名的专家系统：DENDRAL（Feigenbaum等，能够根据质谱仪测量所得的数据，得出被测试高分子的分子结构）和 MYCIN（Shortliffe等，能够诊断一个病人是否患有血液病，并开出处方）。1976 年 7 月，美国的 Appel 等用三台大型计算机，花去1200小时的CPU时间，证明了四色定理。1977年， Feigenbaum 提出“知识工
14、程”的概念，人工智能的研究从以推理为中心转向以知识为中心。,25,1958年， Newell 和 Simon 预言： 不出10年，计算机将要成为世界象棋冠军； 不出10年，计算机将要发现和证明重要的数学定理； 不出10年，计算机将能谱写出具有作曲家水平的乐曲；不出10年，大多数心理学理论将在计算机上形成；据此有些人断言：80年代将是全面实现人工智能的年代；2000年，机器智能可以超过人。,26,1.5 人工智能的研究及应用领域,人工智能研究及应用领域很多，主要研究领域包括问题求解、机器学习、专家系统、模式识别、自动定理证明、自然语言理解等。,27,1.5 人工智能的研究及应用领域,1.5.1
15、问题求解,人工智能的第一个大成就是发展了能够求解难题的下棋(如国际象棋)程序，它包含问题的表示、分解、搜索与归约等。,深蓝 八皇后问题 旅行者问题,28,1.5 人工智能的研究及应用领域,1.5.2 机器学习,学习是人类智能的主要标志和获得知识的基本手段；要使机器象人一样拥有知识和智能，就必须使机器具有获得知识的能力。计算机获得知识的两种途径：直接获得；学习获得（机器学习）。学习是一个有特定目的的知识获取过程，其内部表现为新知识结构的不断建立和修改，而外部表现为性能的改善。,29,1.5 人工智能的研究及应用领域,1.5.3 专家系统,一般地说，专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部具有大量
16、专家水平的某个领域知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。发展专家系统的关键是表达和运用专家知识，即来自人类专家的并已被证明对解决有关领域内的典型问题是有用的事实和过程。,30,1.5 人工智能的研究及应用领域,1.5.4 模式识别,模式的本意是指一些供模仿的标准式样或标本。模式识别就是指识别出给定物体所模仿的标本。人工智能所研究的模式识别是指用计算机代替人类或帮助人类感知模式，是对人类感知外界功能的模拟，研究的是计算机模式识别系统，也就是使一个计算机系统具有模拟人类通过感官接受外界信息、识别和理解周围环境的感知能力。 例如，识别自己所需要的工具，产品,31,1.
17、5 人工智能的研究及应用领域,1.5.5 自动定理证明,自动定理证明的实质：对前提P和结论Q，证明P-Q永真。反证法,32,1.5 人工智能的研究及应用领域,1.5.6 自动程序设计,自动程序设计包括程序综合与程序正确性验证。程序综合用于实现自动编程，即用户只需告诉计算机要“做什么”，无须说明“怎样做”，计算机就可以自动实现程序的设计。程序正确性的验证是要研究出一套理论和方法，证明程序的正确性。自动程序设计研究的重大贡献之一是作为问题求解策略的调整概念。已经发现，对程序设计或机器人控制问题，先产生一个不费事的有错误的解，然后再修改它(使它正确工作)，这种做法一般要比坚持要求第一个解就完全没有缺
18、陷的做法有效得多。,33,1.5 人工智能的研究及应用领域,1.5.7 自然语言理解,如何让计算机理解人类自然语言？语言的生成和理解是一个极为复杂的编码和解码问题。,34,1.5 人工智能的研究及应用领域,1.5.8 机器人学,人工智能研究日益受到重视的另一个分支是机器人学，其中包括对操作机器人装置程序的研究。这个领域所研究的问题，从机器人手臂的最佳移动到实现机器人目标的动作序列的规划方法，无所不包。目前已经建立了一些比较复杂的机器人系统。,35,1.5 人工智能的研究及应用领域,1.5.9 人工神经网络,人工神经网络处理直觉和形象思维信息具有比传统处理方式好得多的效果。人工神经网络已在模式识别、图象处理、组合优化、自动控制、信息处理、机器人学和人工智能的其它领域获得日益广泛的应用。,36,1.5 人工智能的研究及应用领域,1.5.10 智能检索,科学技术的迅速发展，出现了“知识爆炸”的情况，研究智能检索系统已成为科技持续快速发展的重要保证。基于文字的基于语义的基于图像的,
