人工智能論文.doc

人工智能一、什么是人工智能幾個世紀(jì)以來，人類依靠其智慧，發(fā)明了許多機器，使人類能夠從許多體力勞動中解放出來。現(xiàn)在，有了電腦，電腦是一個信息處理的工具，人腦也是一個信息處理的器官。那么，在用電腦代替人腦的部分功能，用電腦模擬思維、產(chǎn)生智能行為方面，能否取得同樣巨大的成功呢? 這是信息時代必然會提出的問題。社會需求與科技的發(fā)展，呼喚著一個新學(xué)科的誕生。19世紀(jì)以來，數(shù)理邏輯、自動機理論、控制論、信息論、仿生學(xué)、心理學(xué)、電腦等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為一個新科的誕生準(zhǔn)備了思想、理論與物質(zhì)基礎(chǔ)。在這一背景下，1956年美國的一些科學(xué)家， 包括心理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、計算機學(xué)家、信息論學(xué)家在美國一所大學(xué)舉辦討論會，正式提出了人工智能這一術(shù)語，開始了具有真正意義的人工智能的研究。由于人工智能是一個邊緣學(xué)科，是哲學(xué)、數(shù)學(xué)、電子工程、計算機科學(xué)、心理學(xué)等眾多學(xué)科的混血兒。它的研究隊伍由來自不同領(lǐng)域的學(xué)者組成，各自從事著自己感興趣的工作，他們對人工智能是什么有不同的認(rèn)識。所以，要想在他們之間找出一個什么是人工智能的共同的看法還是有一定的困難的。如果僅從技術(shù)的角度來看，人工智能要解決的問題是如何使電腦表現(xiàn)智能化，使電腦能夠靈活有效地為人類服務(wù)。只要電腦能夠表現(xiàn)出與人類相似的智能行為，就算是達到了目的，而不在乎在這過程中電腦是依靠某種算法還是真正理解了。這樣，人工智能就是計算機科學(xué)中涉及研究、設(shè)計和應(yīng)用智能機器的個分支，人工智能的目標(biāo)就是研究怎樣用電腦來模仿和執(zhí)行人腦的某些智力功能，并開發(fā)相關(guān)的技術(shù)產(chǎn)品，建立有關(guān)的理論。除了上述的觀點以外，人工智能領(lǐng)域中的心理學(xué)家、語言學(xué)家傾向于將重點放在用電腦去再現(xiàn)人腦思維的內(nèi)部狀態(tài)上，也就是要使電腦程產(chǎn)真正理解它所他的事情，就好保人腦一樣去“思考問題”。由于大家研究的內(nèi)容與側(cè)重點各不相同， 因此對人工智能的認(rèn)識也有一定的差異。但是，他們的認(rèn)識又相互補充、相輔相成，共同構(gòu)成了人工智能豐富多彩的研究層次與多樣化的研究隊伍。二、人工智能的具體應(yīng)用人工智能是在計算機科學(xué)、控制論、信息論、心理學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科相互滲透的基礎(chǔ)發(fā)展起來的一門新興邊緣學(xué)科，主要研究用機器（主要是計算機）來模仿和實現(xiàn)人類的智能行為，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，人工智能應(yīng)用在不少領(lǐng)域得到發(fā)展，在我們的日常生活和學(xué)習(xí)當(dāng)中也有許多地方得到應(yīng)用。以下是我所找的幾個例子，就符號計算、模式識別、專家系統(tǒng)、機器翻譯等方面的應(yīng)用作簡單介紹，籍此對我們身邊的人工智能應(yīng)用有一個感性的認(rèn)識。1、符號計算計算機最主要的用途之一就是科學(xué)計算,科學(xué)計算可分為兩類:一類是純數(shù)值的計算,例如求函數(shù)的值,方程的數(shù)值解,比如天氣預(yù)報、油藏模擬、航天等領(lǐng)域；另一類是符號計算，又稱代數(shù)運算，這是一種智能化的計算，處理的是符號。符號可以代表整數(shù)、有理數(shù)、實數(shù)和復(fù)數(shù)，也可以代表多項式、函數(shù)、集合等長期以來,人們一直盼望有一個可以進行符號計算的計算機軟件系統(tǒng)。早在50年代末,人們就開始對此研究。進入80年代后,隨著計算機的普及和人工智能的發(fā)展,相繼出現(xiàn)了多種功能齊全的計算機代數(shù)系統(tǒng)軟件,其中Mathematica和Maple是它們的代表，由于它們都是用C語言寫成的,所以可以在絕大多數(shù)計算機上使用。Mathematica是第一個將符號運算,數(shù)值計算和圖形顯示很好地結(jié)合在一起的數(shù)學(xué)軟件,用戶能夠方便地用它進行多種形式的數(shù)學(xué)處理。計算機代數(shù)系統(tǒng)的優(yōu)越性主要在于它能夠進行大規(guī)模的代數(shù)運算。通常我們用筆和紙進行代數(shù)運算只能處理符號較少的算式,當(dāng)算式的符號上升到百位數(shù)后,手工計算就很困難了,這時用計算機代數(shù)系統(tǒng)進行運算就可以做到準(zhǔn)確,快捷,有效。 現(xiàn)在符號計算軟件有一些共同的特點就是在可以進行符號運算、數(shù)值計算和圖形顯示等同時,還具有高效的可編程功能。在操作界面上一般都支持交互式處理,人們通過鍵盤輸入命令,計算機處理后即顯示結(jié)果。并且人機界面友好,命令輸入方便靈活,很容易尋求幫助。盡管計算機代數(shù)系統(tǒng)在代替人繁瑣的符號運算上有著無比的優(yōu)越性,但是,計算機畢竟是機器,它只能執(zhí)行人們給它的指令，有一定的局限性。首先,多數(shù)計算機代數(shù)系統(tǒng)對計算機硬件有較高的要求,在進行符號運算時,通常需要很大的內(nèi)存和較長的計算時間,而精確的代數(shù)運算以時間和空間為代價的。第二個問題是用計算機代數(shù)系統(tǒng)進行數(shù)值計算,雖然計算精度可以到任意位,但由于計算機代數(shù)系統(tǒng)是用軟件本身浮點運算代替硬件算術(shù)運算,所以在速度要比用Fortran語言算同樣的問題慢百倍甚至千倍。另外,雖然計算機代數(shù)系統(tǒng)包含大量的數(shù)學(xué)知識,但這僅僅是數(shù)學(xué)中的一小部分,目前仍有許多數(shù)學(xué)領(lǐng)域未能被計算機代數(shù)系統(tǒng)涉及。計算機代數(shù)系統(tǒng)仍在不斷地發(fā)展、完善之中。2、模式識別模式識別就是通過計算機用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來研究模式的自動處理和判讀。這里,我們把環(huán)境與客體統(tǒng)稱為“模式”,隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，人類有可能研究復(fù)雜的信息處理過程。用計算機實現(xiàn)模式（文字、聲音、人物、物體等）的自動識別，是開發(fā)智能機器的一個最關(guān)鍵的突破口，也為人類認(rèn)識自身智能提供線索。信息處理過程的一個重要形式是生命體對環(huán)境及客體的識別。對人類來說，特別重要的是對光學(xué)信息（通過視覺器官來獲得）和聲學(xué)信息（通過聽覺器官來獲得）的識別。這是模式識別的兩個重要方面。市場上可見到的代表性產(chǎn)品有光學(xué)字符識別系統(tǒng) (Optical Character Recognition，OCR)、語音識別系統(tǒng)等。計算機識別的顯著特點是速度快、準(zhǔn)確性和效率高。識別過程與人類的學(xué)習(xí)過程相似。以“漢字識別”為例：首先將漢字圖象進行處理，抽取主要表達特征并將其特征與漢字的代碼存在計算機中。就象把老師教我們這個字叫什么、如何寫的知識記憶在大腦中。這一過程叫做“訓(xùn)練”。識別過程就是將輸入的漢字圖像經(jīng)處理后與計算機中所保存的全部漢字進行比較，找出最相近的字作為識別結(jié)果,這一過程叫做“匹配”。 語音識別就是讓計算機能聽懂人說的話，一個重要的例子就是七國語言（英、日、意、韓、法、德、中）口語自動翻譯系統(tǒng)。其中，中文部分的實驗平臺設(shè)立在中國科學(xué)院自動化所的模式識別國家重點實驗室，這是口語翻譯研究跨入世界領(lǐng)先水平的標(biāo)志。該系統(tǒng)實現(xiàn)后，人們出國預(yù)定旅館、購買機票、在餐館對話和兌換外幣時，只要利用電話網(wǎng)絡(luò)和國際互聯(lián)網(wǎng)，就可用手機、電話等與“老外”通話。 指紋是人體的一個重要特征，具有唯一性。北京大學(xué)有關(guān)專家對數(shù)字圖像的離散幾何性質(zhì)進行了深入研究，建立了從指紋灰度圖像精確計算紋線局部方向、進而提取指紋特征信息的理論與算法，隨后研究成功了適于民用身份鑒定的全自動指紋鑒定系統(tǒng)，以及適于公安刑事偵破的指紋鑒定系統(tǒng)。從而開創(chuàng)了我國指紋自動識別系統(tǒng)應(yīng)用的先河。北大指紋自動識別系統(tǒng)的推出，使我國公安干警從指紋查對的繁重人工處理中解放出來。浙江省從1997年開始使用北大指紋自動識別系統(tǒng)，采取省地（市）二級建庫、省地（市）縣三級查詢的方式，形成了獨特的“浙江模式”。省公安廳現(xiàn)已建立了100多萬人的指紋庫，是目前國內(nèi)的第二大庫。在100多萬人的指紋庫中，檢索一枚現(xiàn)場指紋僅需4分鐘左右。2000年浙江省用指紋自動識別系統(tǒng)直接破案3063起，連帶破案12000多起。破案率為全國第一，并遙遙領(lǐng)先于國內(nèi)其它指紋識別系統(tǒng)，被公安部樹為指紋系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用樣板。這里介紹一個綜合應(yīng)用的例子，一汽集團公司與國防科技大學(xué)最近合作研制成功“紅旗轎車自主駕駛系統(tǒng)”（即無人駕駛系統(tǒng)），它標(biāo)志著我國研制高速智能汽車的能力已達到當(dāng)今世界先進水平。汽車自主駕駛技術(shù)是集模式識別、智能控制、計算機學(xué)和汽車操縱動力學(xué)等多門學(xué)科于一體的綜合性技術(shù)，代表著一個國家控制技術(shù)的水平。紅旗車自主駕駛系統(tǒng)采用計算機視覺導(dǎo)航方式，并采用仿人控制，實現(xiàn)了對紅旗車的操縱控制。首先，攝像機將車前方的道路和車輛行駛情況輸入到圖像處理和圖像識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)識別出道路狀況、前方車輛的相對距離和相對車速。接著，路徑規(guī)劃系統(tǒng)根據(jù)這些信息規(guī)劃出一條合適路徑，即決定如何開車。然后，路徑跟蹤系統(tǒng)根據(jù)需跟蹤的路徑，結(jié)合車輛行駛狀態(tài)參數(shù)和車輛駕駛動力學(xué)約束，形成控制命令，控制方向盤和油門開啟機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)動作，使汽車按照規(guī)劃好的路徑前進，即按自主駕駛系統(tǒng)的規(guī)劃路徑前進。3、專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計算機程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)內(nèi)部含有大量的某個領(lǐng)域的專家水平的知識與經(jīng)驗，能夠運用人類專家的知識和解決問題的方法進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，來解決該領(lǐng)域的復(fù)雜問題。專家系統(tǒng)是人工智能應(yīng)用研究最活躍和最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域之一,涉及到社會各個方面，各種專家系統(tǒng)已遍布各個專業(yè)領(lǐng)域，取得很大的成功。根據(jù)專家系統(tǒng)處理的問題的類型，把專家系統(tǒng)分為解釋型、診斷型、調(diào)試型、維修型、教育型、預(yù)測型、規(guī)劃型、設(shè)計型和控制型等10種類型。具體應(yīng)用就很多了，例如血液凝結(jié)疾病診斷系統(tǒng)、電話電纜維護專家系統(tǒng)、花布圖案設(shè)計和花布印染專家系統(tǒng)等等。 為了實現(xiàn)專家系統(tǒng)，必須要存儲有該專門領(lǐng)域中經(jīng)過事先總結(jié)、分析并按某種模式表示的專家知識(組成知識庫)，以及擁有類似于領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q實際問題的推理機制(構(gòu)成推理機)。系統(tǒng)能對輸入信息進行處理，并運用知識進行推理，做出決策和判斷，其解決問題的水平達到或接近專家的水平，因此能起到專家或?qū)＜抑值淖饔谩ｉ_發(fā)專家系統(tǒng)的關(guān)鍵是表示和運用專家知識，即來自領(lǐng)域?qū)＜业募罕蛔C明對解決有關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的典型問題有用的事實和過程。目前，專家系統(tǒng)主要采用基于規(guī)則的知識表示和推理技術(shù)。由于領(lǐng)域的知識更多是不精確或不確定的，因此，不確定的知識表示與知識推理是專家系統(tǒng)開發(fā)與研究的重要課題。此外，專家系統(tǒng)開發(fā)工具的研制發(fā)展也很迅速，這對擴大專家系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，加快專家系統(tǒng)的開發(fā)過程，將起到積極地促進作用。隨著計算機科學(xué)技術(shù)整體水平的提高，分布式專家系統(tǒng)、協(xié)同式專家系統(tǒng)等新一代專家系統(tǒng)的研究也發(fā)展很快。在新一代專家系統(tǒng)中，不但采用基于規(guī)則的推理方法，而且采用了諸如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法與技術(shù)。4、機器翻譯機器翻譯是利用計算機把一種自然語言轉(zhuǎn)變成另一種自然語言的過程，用以完成這一過程的軟件系統(tǒng)叫做機器翻譯系統(tǒng)。幾十年來，國內(nèi)外許多專家、學(xué)者為機器翻譯的研究付出了大量的心血和汗水。雖然至今還沒有一個實用、全面、高質(zhì)量的自動翻譯系統(tǒng)出現(xiàn)，不過也取得了很大的進展，特別是作為人們的輔助翻譯工具，機器翻譯已經(jīng)得到大多數(shù)人的認(rèn)可。目前，國內(nèi)的機器翻譯軟件不下百種，根據(jù)這些軟件的翻譯特點，大致可以分為三大類：詞典翻譯類、漢化翻譯類和專業(yè)翻譯類。詞典類翻譯軟件代表是“金山詞霸”了，堪稱是多快好省的電子詞典，它可以迅速查詢英文單詞或詞組的詞義，并提供單詞的發(fā)音，為用戶了解單詞或詞組含義提供了極大的便利。漢化翻譯軟件的典型代表是“東方快車2000”，它首先提出了“智能漢化”的概念，使翻譯軟件的輔助翻譯作用更加明顯。以“譯星”、“雅信譯霸”為代表的專業(yè)翻譯系統(tǒng)，是面對專業(yè)或行業(yè)用戶的翻譯軟件，但其專業(yè)翻譯的質(zhì)量與人們的實用性還有不少差距，有人評價說“滿篇英文難不住，滿篇中文看不懂”，該說法雖然比較極端，但機譯譯文的質(zhì)量確實卻一直是個老大難問題。這里，我們不妨對現(xiàn)有的機譯和人譯過程作一比較，從中可以看出一些原因。 機器翻譯： 1.一句一句處理，上下文缺乏聯(lián)系； 2.對源語言的分析只是求解句法關(guān)系，完全不是意義上的理解； 3.缺乏領(lǐng)域知識，從計算機到醫(yī)學(xué)，從化工到法律都通用，就換專業(yè)詞典； 4.譯文轉(zhuǎn)換是基于源語言的句法結(jié)構(gòu)的，受源語言的句法結(jié)構(gòu)的束縛； 5.翻譯只是句法結(jié)構(gòu)的和詞匯的機械對應(yīng)。 人工翻譯： 1.一般會先通讀全文，會前后照應(yīng)； 2.對源語言是求得意義上的理解； 3.只有專業(yè)翻譯人員，而沒有萬能翻譯人員； 4.譯文是基于他對源語言的理解，不受源語言的句法結(jié)構(gòu)的束縛； 5.翻譯是一個再創(chuàng)造的過程。 在目前的情況下，計算機輔助翻譯應(yīng)該是一個比較好的實際選擇。事實上，在很多領(lǐng)域中，計算機輔助人類工作的方式已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，例如CAD軟件。如果計算機輔助技術(shù)用于語言的翻譯研究，應(yīng)該同樣可以起到很大的輔助作用，這就是所謂的“計算機輔助翻譯”。它集機器記憶式翻譯、語法分析式翻譯和人際交互式翻譯為一體，把翻譯過程中機械、重復(fù)、瑣碎的工作交給計算機來完成。這樣，翻譯者只需將精力集中在創(chuàng)造性的思考上，有利于工作效率的提高。機器翻譯研究歸根結(jié)底是一個知識處理問題，它涉及到有關(guān)語言內(nèi)的知識、語言間的知識、以及語言外的世界知識，其中包括常識和相關(guān)領(lǐng)域的專門知識。隨著因特網(wǎng)的普及與發(fā)展，機器翻譯的應(yīng)用前景十分廣闊。作為人類探索自己智能和操作知識的機制的窗口，機器翻譯的研究與應(yīng)用將更加誘人。國際上有關(guān)專家分析認(rèn)為機器翻譯要想達到類似人工翻譯一樣的流暢程度，至少還要經(jīng)歷15年時間的持續(xù)研究，但在人類對語言研究還沒有清楚“人腦是如何進行語言的模糊識別和判斷”的情況下，機器翻譯要想達到100%的準(zhǔn)確率是不可能的。由此也可知道，人工智能雖然功能越來越強大，應(yīng)用越來越廣泛，但是就目前來看其缺點還是很明顯的，因此還需不斷努力，使其更加完善。三、發(fā)展方向進入正題之前，我回憶起熱門漫畫龍珠。里面的絡(luò)博士制造了幾個戰(zhàn)斗力非常強大的人造人，它們具有與一般人類完全一樣的思維與活動，甚至比人類還要聰明。能夠造出這樣的具有人類智能的機器，是科學(xué)家們一直的理想。人工智能這個科學(xué)就是研究和模擬人類的思維，最終做出一臺能夠像人類一樣思考的機器。人工智能科學(xué)中有一個很著名的標(biāo)準(zhǔn)，叫做“圖靈測試”。用這個標(biāo)準(zhǔn)能夠非常簡單準(zhǔn)確地測定一臺機器是否具有人一樣的智能。這個測試大概就是通過幾個人與一臺待測試的機器之間進行對話。當(dāng)然人與人之間是不能互相看到對方的，人也不能看到哪個是人哪個是機器，之間只有通過對話來交流。然后人與機器之間互相進行對話，對話內(nèi)容主要是隨便問一些問題。到最后，如果對話的人，還分不清與他對話的幾個人與機器當(dāng)中，哪個是機器，哪個是人，那么就可以斷定這臺機器具備人一樣的智能。然而，直到今天，還沒有任何一臺機器可以通過這個測試。而且，離通過測試的差距還非常之大。這個測試對于機器，真正的困難就難在要像人一樣回答問題。例如隨便問一個問題：“12乘以7再加821等于多少”。這個問題就很容易讓機器“中計”。因為對于機器來說，這種數(shù)學(xué)計算只需要花一秒不到的時間就能得出正確的結(jié)果。但是如果你發(fā)現(xiàn)對方可以這樣快且準(zhǔn)確地得出結(jié)果，你會相信他是人么？人畢竟有人特有的思維水平，人有感情，有各種各樣的性格，這個就很難在機器上實現(xiàn)。閑話至此，該入正題了。誠然，能夠做出這樣的機器，的確是人工智能的目標(biāo)。不過人工智能的研究單純就是為了這個么？我個人認(rèn)為，能夠做出像人一樣聰明的機器是件好事，不過如果要求機器做到人的某些不好的特性，例