高級(jí)人工智能課件緒論

1、人 工 智 能主講: 周桂紅河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院 緒論1、人工智能的定義和發(fā)展2、人類智能和人工智能3、人工智能的各種認(rèn)知觀4、人工智能的研究與應(yīng)用領(lǐng)域5、人工智能研究的主要方法河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院31.1.1 人工智能的定義人工智能（Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱AI） 智能機(jī)器（intelligent machine） 人工智能（學(xué)科3）是計(jì)算機(jī)科學(xué)中涉及研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用智能機(jī)器的一個(gè)分支。它的近期主要目標(biāo)在于研究用機(jī)器來模仿和執(zhí)行人腦的某些智力功能，并開發(fā)相關(guān)理論和技術(shù)。 人工智能（能力4）：認(rèn)知和理解環(huán)境、提出概念及推理決策、學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力 人工智能（擬人思維、

2、行為 5,6,9,10,11） 人工智能（理性思維、行為7,8）1.1 定義和發(fā)展河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院41.1.2 人工智能的起源與發(fā)展 孕育期（1956年前） 數(shù)理邏輯學(xué)科（ Leibnitz、 Boole等 ） 計(jì)算的新思想（ Turing 、 Von Neumann 、 McCulloch、 Shannon 、 N.Wiener等） 形成期（1956-1970年） 1956年，第一次人工智能研討會(huì)（Dartmouth)（ McCarthy、Minsky、Shannon、Simon）1968年，第一個(gè)專家系統(tǒng)（DENDRAL) 1969年，第一屆國(guó)際人工智能聯(lián)合會(huì)議 1970年，人工智能國(guó)

3、際雜志創(chuàng)刊1.1 定義和發(fā)展河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院51.1.2 人工智能的起源與發(fā)展暗淡期（1966-1974）知識(shí)、解法和結(jié)構(gòu)的局限性知識(shí)應(yīng)用期（19701988）各類專家系統(tǒng)的成功應(yīng)用。（人工智能系統(tǒng)是一個(gè)知識(shí)處理系統(tǒng)。知識(shí)表示、利用和獲取是三個(gè)基本問題 集成發(fā)展期（1986-至今） 從“一枝獨(dú)秀”到“百花齊放”模糊計(jì)算、神經(jīng)計(jì)算、進(jìn)化計(jì)算、免疫計(jì)算和群計(jì)算1.1 定義和發(fā)展河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院61.2 人類智能和人工智能1.2.1 智能信息處理系統(tǒng)的假設(shè) (P11-13) 人是一種智能信息處理系統(tǒng) 物理符號(hào)系統(tǒng)的六種基本功能符號(hào)輸入、輸出、存儲(chǔ)、復(fù)制、符號(hào)結(jié)構(gòu)、條件轉(zhuǎn)移 物理符號(hào)系統(tǒng)的假設(shè)

4、 推論一：人具有智能人是物理符號(hào)系統(tǒng) 推論二：計(jì)算機(jī)是物理符號(hào)系統(tǒng)具有智能 推論三：計(jì)算機(jī)與人都是物理符號(hào)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)能夠模擬人的智能活動(dòng)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院71.2.1 智能信息處理系統(tǒng)的假設(shè) 人類的認(rèn)知行為具有不同層次 認(rèn)知生理學(xué)：人的神經(jīng)系統(tǒng) 認(rèn)知心理學(xué)：人的思維策略 認(rèn)知信息學(xué)：生理活動(dòng)心理活動(dòng) 認(rèn)知工程學(xué)：認(rèn)知行為的加工處理1.2 人類智能和人工智能河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院81.2.2 人類智能的計(jì)算機(jī)模擬 機(jī)器智能可以模擬人類智能 智能計(jì)算機(jī) 下棋(1997年5月，IBM公司的Deep Blue智能計(jì)算機(jī)以2勝1負(fù)3平的結(jié)果，戰(zhàn)勝國(guó)際大師Kasparov。32CPU，200萬(wàn)棋局，估價(jià)

5、函數(shù)有8000個(gè)參數(shù)) 定理證明 語(yǔ)言翻譯 新型智能計(jì)算機(jī) 神經(jīng)計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算機(jī)1.2 人類智能和人工智能河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院9 1.2.3 人工智能的研究目標(biāo) 近期目標(biāo)建造智能計(jì)算機(jī)代替人類的部分智力勞動(dòng) 遠(yuǎn)期目標(biāo)用自動(dòng)機(jī)模仿人類的思維過程和智能行為1.2 人類智能和人工智能河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院101.3 人工智能的各種認(rèn)知觀 符號(hào)主義（Symbolicism）（功能模擬）基于物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)和有限合理性原理 連接主義（Connectionism）（結(jié)構(gòu)模擬）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其間的連接機(jī)制與學(xué)習(xí)算法 行為主義（Actionism）（行為模擬）基于控制論及感知?jiǎng)幼餍涂刂葡到y(tǒng) 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)

6、院111.4 人工智能的研究及應(yīng)用領(lǐng)域 人工智能研究的基本內(nèi)容 認(rèn)知建模 知識(shí)表示 知識(shí)推理 知識(shí)應(yīng)用 機(jī)器感知 機(jī)器思維 機(jī)器學(xué)習(xí) 機(jī)器行為 智能系統(tǒng)構(gòu)建河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院121.4 人工智能的研究及應(yīng)用領(lǐng)域 人工智能的基本技術(shù) 知識(shí)表示（Knowledge Representation）狀態(tài)空間法、問題歸約法、謂詞邏輯法 推理搜索（Searching & Reasoning）啟發(fā)式搜索、消解原理、不確定性推理 計(jì)算智能（Computational Intelligence）模糊計(jì)算、神經(jīng)計(jì)算、進(jìn)化計(jì)算 構(gòu)成技術(shù)（系統(tǒng)與語(yǔ)言）產(chǎn)生式系統(tǒng)、LISP語(yǔ)言、Prolog語(yǔ)言河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院1

7、31.4.1 問題求解 問題的表示、分解、搜索、歸約等 進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式符號(hào)運(yùn)算求解1.4.2 邏輯推理與定理證明 通過對(duì)事實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作來證明定理 多種證明方法 幾何定理證明的“吳氏方法”中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員吳文俊幾何定理機(jī)器證明方法1.4 研究及應(yīng)用河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院141.4.3 自然語(yǔ)言理解 語(yǔ)言 自然語(yǔ)言、人造語(yǔ)言、機(jī)器語(yǔ)言 “理解”的標(biāo)準(zhǔn)1.4.4 自動(dòng)程序設(shè)計(jì) 根據(jù)不同目的描述來編寫的計(jì)算機(jī)程序 促進(jìn)人工智能系統(tǒng)的發(fā)展1.4 研究及應(yīng)用河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院151.4.5 專家系統(tǒng) 是一個(gè)智能化的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng) 和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序之間有本質(zhì)區(qū)別1.4.6 機(jī)器學(xué)習(xí) 是機(jī)器獲取智能

8、的途徑 學(xué)習(xí)是一個(gè)有特定目的的知識(shí)獲取過程 學(xué)習(xí)的本質(zhì)是對(duì)信息的理解與應(yīng)用 常用學(xué)習(xí)算法：決策樹學(xué)習(xí)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯學(xué)習(xí)、遺傳算法及支持向量機(jī)。1.4 研究及應(yīng)用河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院161.4.7 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 神經(jīng)計(jì)算機(jī) 在其它領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用1.4.8 機(jī)器人學(xué) 操作機(jī)器人 智能機(jī)器人 機(jī)器人的廣泛應(yīng)用 促進(jìn)人工智能的發(fā)展1.4 研究及應(yīng)用河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院17河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院18河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院19河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院20河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院21河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院221.4.9 模式識(shí)別 是計(jì)算機(jī)對(duì)環(huán)境識(shí)別的需要 是對(duì)人類環(huán)境的感知模擬主要應(yīng)用：生物特征識(shí)別，包括指紋識(shí)別、

9、虹膜識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、數(shù)字（文字）識(shí)別、筆跡識(shí)別等。1.4 研究及應(yīng)用河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院23河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院24河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院25河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院26河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院271.4.10 機(jī)器視覺 人類80以上的外部信息來自視覺 低層視覺與高層視覺 前沿研究領(lǐng)域 廣泛應(yīng)用河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院281.4.11 智能控制 驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程 是一個(gè)定性和定量的混合控制過程 是當(dāng)今自動(dòng)控制的最高水平1.4.12 智能檢索 是信息時(shí)代來臨的需要 智能檢索系統(tǒng)所面臨的三大問題1.4 研究及應(yīng)用河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院291.4.13 智能調(diào)度與指揮 尋找最佳調(diào)度和組合 NP完全類問題的求解 軍事指揮系統(tǒng)等領(lǐng)域1.4.14 分布式人工智能與Agent 是傳統(tǒng)人工智能的延伸和擴(kuò)展 研究目標(biāo)是創(chuàng)建一種能描述自然系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)的精確概念模型1.4 研究及應(yīng)用河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院301.4.15 計(jì)算智能與進(jìn)化計(jì)算 計(jì)算智能包括神經(jīng)計(jì)算、模糊計(jì)算、進(jìn)化計(jì)算等 進(jìn)化計(jì)算的理論基礎(chǔ)是生物進(jìn)化論1.4.16 數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn) 知識(shí)獲取 數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)挖掘 數(shù)據(jù)庫(kù)中知識(shí)發(fā)現(xiàn)的四個(gè)特征1.4 研究及應(yīng)用河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院311.4.17 人工生命 人工生命概念的提出 理論基礎(chǔ)與研究方法 研究?jī)?nèi)容1.4.18 系統(tǒng)與語(yǔ)言工具 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一些概念得到發(fā)展 新的編程語(yǔ)言與