人工智能與專家系統(tǒng)XXXX

學(xué)科選修課人工智能與專家系統(tǒng)主講人：黃解軍1教材及參考資料人工智能及其應(yīng)用，王萬良，高等教育出版社，2008ArtificialIntelligence人工智能NilssonN.J.尼爾遜（美），《機械工業(yè)出版社》人工智能.馬少平.北京：清華大學(xué)出版社，2005；人工智能基礎(chǔ).高濟等.高等教育出版社，2008；計算機決策支持系統(tǒng)，孟波，武漢：武漢大學(xué)出版社，2003；據(jù)挖掘原理與技術(shù)，張云濤、龔玲，北京：電子工業(yè)出版社，20042人工智能課程的特點沒有專業(yè)限制：人工智能（AI）屬于計算機科學(xué)研究領(lǐng)域，但AI是研究機器智能，凡是運用人腦的地方都可運用AI，因此，AI可應(yīng)用于各專業(yè)領(lǐng)域。永遠(yuǎn)不過時：AI是研究機器智能，對人類智慧的不斷逼近，但永遠(yuǎn)不會超過人類智慧，因此，AI永遠(yuǎn)不會過時。研究方法自然：AI模擬人類解決問題，因此，AI的研究方法非常自然，容易理解。3第1章緒論1956年正式提出人工智能（artificialintelligence,AI）這個術(shù)語并作為一門新興科學(xué)的名稱。20世紀(jì)三大科學(xué)技術(shù)成就：空間技術(shù)原子能技術(shù)人工智能4人工智能與現(xiàn)代生活5智慧城市與人工智能67智慧地球與人工智能2009年1月，奧巴馬與美國工商業(yè)領(lǐng)袖舉行了一次“圓桌會議”，IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出“智慧地球”(SmartEarth)，建議投資新一代的智慧型基礎(chǔ)設(shè)施。提出：把新一代的IT技術(shù)充分運用到各行各業(yè)之中，即要把傳感器裝備到生活中的各種物體當(dāng)中，并且連接起來，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，通過超級計算機和云計算將“物聯(lián)網(wǎng)”整合起來，實現(xiàn)網(wǎng)上數(shù)字地球與人類社會和物理系統(tǒng)的整合。人類可以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，從而達到“智慧”狀態(tài)。在智慧地球上，將看到智慧醫(yī)療、智慧電網(wǎng)、智慧油田、智慧城市、智慧企業(yè)等。8第1章緒論1.1人工智能的基本概念

1.2人工智能的發(fā)展簡史1.3人工智能研究的基本內(nèi)容1.4人工智能研究途徑與學(xué)派1.5人工智能的主要研究領(lǐng)域91997年,世界國際象棋冠軍斯卡帕羅夫(Kasparow)與特殊的對手進行了一次比賽。這位特殊的對手不是人類，而是IBM公司制造的超級計算機—(Deepblue)10由于第六局局戲劇性的的大勝，深深藍以3.5比2.5的總比比分迫使斯斯卡帕羅夫夫低頭認(rèn)輸輸。人們驚驚呼：電腦腦戰(zhàn)勝了人人腦！深藍藍創(chuàng)造了歷歷史！深藍藍又是如何何做到這一一點的呢〉〉11歸根結(jié)底，，深藍能夠夠取得這樣樣的成功，，其實是人人工智能不不斷發(fā)展的的結(jié)果。那么，什么么是人工智智能呢？121.1.1智能能的概念自然界四大大奧秘：物物質(zhì)的本質(zhì)質(zhì)、宇宙的的起源、生生命的本質(zhì)、智能的的發(fā)生。對智能還沒沒有確切的的定義，主主要流派有有：（1）思維維理論：智智能的核心心是思維（2）知識識閾值理論論：智能取取決于知識識的數(shù)量及及一般化程程度（3）進化化理論：用用控制取代知知識的表示示智能是知識與智力的總和。知識是一切切智能行為為的基礎(chǔ)獲取知識并并應(yīng)用知識識求解問題題的能力13感知能力：：通過視覺、、聽覺、觸觸覺、嗅覺覺等感覺器器官感知外外部世界的的能力。80%以上上信息通過過視覺得到到，10%信息通過過聽覺得到到。1.1.2智能能的特征存儲由感知知器官感知知到的外部部信息以及及由思維所所產(chǎn)生的知知識對記憶的信信息進行處處理2.記憶與思維維能力14（1）邏輯輯思維（抽抽象思維））依靠邏輯進進行思維。。思維過程是是串行的。。容易形式化化。思維過程具具有嚴(yán)密性性、可靠性性。1.1.2智能能的特征（2）形象象思維（直直感思維））依據(jù)直覺。。思維過程是是并行協(xié)同同式的。形式化困難難。在信息變形形或缺少的的情況下仍仍有可能得得到比較滿滿意的結(jié)果果。154.行為為能力（表表達能力））1.1.2智能能的特征（3）頓悟悟思維（靈靈感思維））不定期的突突發(fā)性。非線性的獨獨創(chuàng)性及模模糊性。穿插于形象象思維與邏邏輯思維之之中。3.學(xué)習(xí)能力

學(xué)習(xí)既可能是自覺的、有意識的，也可能是不自覺的、無意識的；既可以是有教師指導(dǎo)的，也可以是通過自己實踐的。人們的感知知能力：用用于信息的的輸入。行為能力：：信息的輸輸出。16人工智能：用人工的的方法在機機器（計算算機）上實實現(xiàn)的智能能；或者說說是人們使使機器具有有類似于人人的智能。。1.1.3人工智智能人工智能學(xué)學(xué)科：一門研究究如何構(gòu)造造智能機器器（智能計計算機）或或智能系統(tǒng)統(tǒng)，使它能能模擬、延延伸、擴展展人類智能能的學(xué)科。。圖靈測試：1950年圖靈發(fā)發(fā)表的《計計算機與智智能》中設(shè)設(shè)計了一個個測試，用用以說明人人工智能的的概念。智者詢問者17人的智能與與人工智能能人的智能：：人類思維維活動表現(xiàn)現(xiàn)出來的能能力（解決決智能問題題的能力））感知和理解解能力思維與演繹繹能力學(xué)習(xí)能力與與適應(yīng)環(huán)境境能力行為能力人工智能：：通過某些些方法使機機器有類似似于人的智智能。研究如何使使機器能聽聽、會說、、能看、會會寫、能思思考推理、、會學(xué)習(xí)，，能解決各各種實際問問題。18智能問題重排九宮問問題（拼圖圖游戲）旅行商問題題（travellingsalesmanproblem,TSP問題）梵塔”問題題(TowerofHanoiProblem):尋寶問題博弈問題19重排九宮問問題83647■■5初始狀態(tài)1238■■4765目標(biāo)標(biāo)狀狀態(tài)態(tài)請用用盡盡可可能能少少的的棋棋步步從從初初始始狀狀態(tài)態(tài)達達到到目目標(biāo)標(biāo)狀狀態(tài)態(tài)。。20傳教教士士和和野野人人問問題題（（MissionariesandCannibals)(M-C））有個個N傳傳教教士士和和N個個野野人人來來到到河河邊邊準(zhǔn)準(zhǔn)備備渡渡河河，，河河岸岸有有一一條條船船，，每每次次至至多多可可供供K(<N)個個人人乘乘坐坐，，傳傳教教士士為為了了安安全全起起見見，，考考慮慮在在任任何何情情況況下下（（河河兩兩岸岸和和船船上上））和和任任何何時時刻刻都都不不允允許許野野人人數(shù)數(shù)目目超超過過傳傳教教士士的的人人數(shù)數(shù),請請給給出出擺擺渡渡方方案案。。21M-C問問題題求求解解2個個野野人人去去，，1個個野野人人回回2個個野野人人去去，，1個個野野人人回回2個個傳傳教教士士去去，，1個個野野人人與與1個個傳傳教教士士回回2個個傳傳教教士士去去，，1個個野野人人回回2個個野野人人去去，，1個個野野人人回回2個個野野人人去去，，完完成成。。22旅行行商商問問題題（（travellingsalesmanproblem,TSP問問題題））銷售售員員到到幾幾個個城城市市去去推推銷銷商商品品，，城城市市之之間間的的距距離離是是已已知知的的，，他他現(xiàn)現(xiàn)在在從從某某一一個個城城市市出出發(fā)發(fā)，，經(jīng)經(jīng)過過每每個個城城市市一一次次，，最最后后又又回回到到出出發(fā)發(fā)的的城城市市。。要要求求歸歸劃劃好好一一條條最最短短路路線線。。7710101013656ABEDC23“梵梵塔塔””問問題題(TowerofHanoiProblem)3階階““梵梵塔塔””問問題題:有三三個個柱柱子子(1，，2和和3)和和兩兩個個不不同同尺尺寸寸的的圓圓盤盤(A，，B，，C)。。在在每每個個圓圓盤盤的的中中心心有有個個孔孔，，所所以以圓圓盤盤可可以以堆堆疊疊在在柱柱子子上上,最最初初,全全部部三三個個圓圓盤盤都都堆堆在在柱柱子子1上上(最最大大的的在在底底部部,最最小小的的在在頂頂部部)。。要要求求把把所所有有圓圓盤盤都都移移到到另另一一個個柱柱子子上上，，搬搬動動規(guī)規(guī)則則為為：：(1)一一次次只只能能搬搬一一個個圓圓盤盤(2)不不能能將將大大圓圓盤盤放放在在小小圓圓盤盤上上(3)可可以以利利用用空空柱柱子子。。24圖梵塔塔132C123AB123ABABCC253階“梵梵塔”問問題分解解(1,1,1)(3,3,3)(1,1,1)(1,2,2)(1,2,2)(3,2,2)(3,2,2)(3,3,3)(1,1,1)(1,1,3)(1,2,3)(1,2,2)(1,1,3)(1,2,3)(3,2,2)(3,3,3)(3,2,2)(3,2,1)(3,3,1)(3,3,3)26尋寶問題題有三個盒盒子（金金,銀,銅）其其中一個個盒子里里放有一一顆寶石石，每個個盒子外外寫有一一句話，，其中只只有一句句是真話話，問寶寶石在哪哪里。金盒：寶寶石在這這只金盒盒子里。。銀盒：寶寶石不在在這只銀銀盒子里里銅盒：寶寶石不在在金盒子子里27推理方法法正向推理理反向推理理推理過程程：假設(shè)：分分別假定定寶石在在三盒子子里前題：一一句對，，其它兩兩句錯誤誤28金盒：寶寶石在這這只金盒盒子里。。銀盒：寶寶石不在在這只銀銀盒子里里銅盒：寶寶石不在在金盒子子里假設(shè)集合合寶石在金金盒子里里假設(shè)1寶石在銅銅盒子里里寶石在銀銀盒子里里假設(shè)2假設(shè)3寶石在這這只金盒盒子里寶石不在在金盒子子里寶石不在在這只銀銀盒子里里正確不正確正確矛盾123第一句第二句第三句第三句第二句第一句不正確正確正確矛盾不正確正確不正確滿足前提提條件寶石在銀銀盒子里里29博弈問題題分錢幣游游戲：有有一堆數(shù)數(shù)目為的的錢幣，，兩個選選手輪流流將它一一分為二二，規(guī)則則是無論論哪個選選手分幣幣時，一一次只能能挑選其其中的一一堆把它它分為兩兩小堆，，而且必必須滿足足分堆后后兩小堆堆的錢數(shù)數(shù)不能相相等，直直到哪個個選手無無法再分分時，即即碰到每每堆錢幣幣數(shù)為1或2的的情況，，他即為為輸家。。30問題表示示：設(shè)N=6,選手手MAX，MIN，數(shù)數(shù)字序列列x1,x2……xn為為n堆錢錢幣不同同的個數(shù)數(shù)。例（6，MAX）表表示甲從從一堆（（6個））錢幣開開始分（（5，1，MIN）MIN要要分的狀狀態(tài)。31分錢幣的的搜索樹樹S0(6,MAX)S1(5,1,MIN)S4(3,2,1,MAX)S2(4,2,MIN)S6(2,2,1,1,MIN)S3(4,1,1,MAX)S7(2,1,1,1,1,MAX)S5(3,1,1,1,MIN)MIN輸輸MAX輸輸32你體驗過過“芝麻麻開門””的感覺覺嗎？阿里巴巴巴對著山山洞的門門一念““芝麻開開門”，，山洞的的門就打打開了，，再念““芝麻關(guān)關(guān)門”，，山洞的的門又自自動關(guān)上上了?？苹闷丁禭戰(zhàn)警警》中，，X教授授只要在在實驗室室門口一一站，實實驗室的的門就會會自動打打開，并并且發(fā)出出聲音歡歡迎X教教授的到到來，而而其他人人則沒法法進去。。國內(nèi)某些些廠家生生產(chǎn)的個個人數(shù)字字助理（（PDA），給給人們提提供了一一個微型型書寫板板和筆，，讓信息息的輸入入更符合合人們的的自然習(xí)習(xí)慣?！?3機器人圖片欣欣賞▲咱們握握手！！34機器人圖片欣欣賞▲來一段舞怎樣樣？35▲我是家用機器器人！36日本本田公司司展示最新研研制的“Asimo”智智能機器人37第1章緒緒論1.1人人工智能的基基本概念1.2人人工智能的發(fā)發(fā)展簡史1.3人人工智能研究究的基本內(nèi)容容1.4人工工智能研究途途徑與學(xué)派1.5人人工智能的主主要研究領(lǐng)域域381.2人人工智能的發(fā)發(fā)展簡史孕孕育（1956年之之前）公元前，亞里里斯多德（Aristotle）：：三段論培根（F.Bacon）：歸納法法萊布尼茨（G.W.Leibnitz）：：萬能符號、、推理計算布爾（G.Boole）：用符號號語言描述思思維活動的基基本推理法則則1936年，，圖靈：圖靈靈機1943年，，麥克洛奇（（W.McCulloch）、匹匹茲(W.Pitts)：M－P模型39像人一樣行動動:圖靈測試試圖靈預(yù)測2000年之前前計算機有30%的概率率蒙騙普通人人達5分鐘。。而AI研究者者相信研究智智能的根本原原則遠(yuǎn)比復(fù)制制樣本更重要要。Source:lecturenotesbyDr.HweeTouNg,Singapore40圖靈的夢想圖靈測試：人人通過特殊的的方式，在不不知情的條件件下，和機器器進行問答，，如果在相當(dāng)當(dāng)長時間內(nèi)，，分辨不出與與他交流的對對象是人還是是機器，那么么，就可以認(rèn)認(rèn)為這臺機器器是能思維的的。研究人工智能能目的是讓計計算機能夠像像人一樣思考考。人工智能涉及及到的學(xué)科與與領(lǐng)域：計算算機科學(xué)、認(rèn)認(rèn)知心理學(xué)、、哲學(xué)等，包包括模式識別別、自然語言言處理、智能能機器人、機機器證明、神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、符符號運算等。。41圖靈測試對計計算機的要求求自然語言處理理知識表示自動推理機器學(xué)習(xí)完全圖靈測試試計算機視覺機器人技術(shù)42像人一樣思考考：認(rèn)知模型型方法確定人是怎樣樣思考的通過內(nèi)省通過心理測試試（blackbox）通過計算機程程序來表達關(guān)關(guān)于思維的結(jié)結(jié)論比較計算機輸輸入/輸出以以及timingbehavior和人類行行為，例子：：GeneralProblemSolverbyNewell&Simon。認(rèn)知科學(xué)：把把AI的計算算機模型和心心理學(xué)的實驗驗相結(jié)合，試試圖創(chuàng)立一種種精確且可檢檢驗的人類思思維工作方式式理論。43理性地思考：：“思維法則則”方法“正確思考””是不能辯辯駁的推理過過程（Aristotle）三段論：前提提正確結(jié)論正確描述世界上一一切事物及其其彼此之間關(guān)關(guān)系的精確的的命題符號（（19世紀(jì)））求解任何用邏邏輯符號描述述的可解問題題的程序（1965）邏輯的方法的的兩個障礙：：難以獲得非形形式化的知識識并得到邏輯輯符號表示所所需的形式化化表達，尤其其當(dāng)知識不可可靠時。“原原則則上上””可可以以解解決決一一個個問問題題與與實實際際解解決決問問題題這這兩兩者者之之間間存存在在巨巨大大的的差差異異：：如如果果推推理理步步驟驟不不合合適適，，會會耗耗盡盡計計算算機機的的資資源源。。44理性性地地行行動動：：理理性性智智能能體體方方法法智能能體體是是某某種種能能夠夠行行動動的的東東西西，，區(qū)區(qū)別別于于簡簡單單““程程序序””自主主控控制制的的操操作作感知知環(huán)環(huán)境境持續(xù)續(xù)能能力力適應(yīng)應(yīng)變變化化有能能力力承承擔(dān)擔(dān)其其它它智智能能體體的的目目標(biāo)標(biāo)通過過自自己己的的行行動動獲獲得得最最佳佳結(jié)結(jié)果果做出出正正確確的的推推論論是是理理性性智智能能體體的的部分分功能能，，但但不不是是理理性性的的全全部部內(nèi)內(nèi)容容。。圖靈靈測測試試中中需需要要的的所所有有技技能能都都是是為為了了做做出出理理性性行行為為.451.2人人工工智能的的發(fā)展簡簡史孕孕育（（1956年之之前）美國愛荷荷華州立立大學(xué)的的阿塔納納索夫教教授和他他的研究究生貝瑞瑞在1937年年至1941年年間開發(fā)發(fā)的世界界上第一一臺電子子計算機機“阿塔塔納索夫夫－貝瑞瑞計算機機（Atanasoff-BerryComputer，ABC））”為人人工智能能的研究究奠定了了物質(zhì)基基礎(chǔ)。阿塔納索索夫貝瑞46形形成（（1956年－－1969年））1956年夏，，當(dāng)時美美國達特特茅斯大大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)助教、、現(xiàn)任斯斯坦福大大學(xué)教授授麥卡錫錫和哈佛佛大學(xué)數(shù)數(shù)學(xué)和神神經(jīng)學(xué)家家、現(xiàn)任任MIT教授明明斯基、、IBM公司信信息研究究中心負(fù)負(fù)責(zé)人洛洛切斯特特、貝爾爾實驗室室信息部部研究員員香農(nóng)共共同發(fā)起起，邀請請普林斯斯頓大學(xué)學(xué)莫爾和和IBM公司塞塞繆爾、、MIT的塞爾爾夫里奇奇和索羅羅莫夫以以及蘭德德公司和和卡內(nèi)基基－梅隆隆大學(xué)的的紐厄爾爾、西蒙蒙等10名年輕輕學(xué)者在在達特莫莫斯大學(xué)學(xué)召開了了學(xué)術(shù)研研討會，，討論機機器智能能問題。。會上經(jīng)經(jīng)麥卡卡錫提提議正正式采采用““人工工智能能”這這一術(shù)術(shù)語，，標(biāo)志志著人人工智智能學(xué)學(xué)科正正式誕誕生。。麥卡卡錫因因而被被稱為為人工工智能能之父父。此后，，美國國形成成了多多個人人工智智能研研究組組織，，如紐紐厄爾爾和西西蒙的的CarnegieRAND協(xié)協(xié)作組組，明明斯基基和麥麥卡錫錫的MIT研究究組，，塞繆繆爾的的IBM工工程研研究組組等。。47杰出人人物20世世紀(jì)40位位圖靈靈獎獲獲得者者有6位人人工智智能學(xué)學(xué)者MarvinMinsky（1969））JohnMccarthy（1971））HerbertSimon和AllenNewell（（1975）EdwardFeigenbaum和RajReddy（（1994）可見人人工智智能學(xué)學(xué)科在在信息息科學(xué)學(xué)中的的地位位。48時間國家姓名主要貢獻1904俄國巴甫洛夫（Pavlov.I.P.1849~1936）提出了條件反射和信號學(xué)說1906意大利高基(Golgi.C.1843～1926)神經(jīng)系統(tǒng)的構(gòu)造西班牙卡哈爾(Cajal.S.R.1852～1934)1932英國謝靈頓（Sherrington.C.S.1857～1952）關(guān)于神經(jīng)元的功能的研究英國阿德里安（Adrian.E.D.1889～1977）1936英國代爾(Dale.H.H.1875～1968)神經(jīng)沖動的化學(xué)傳遞奧地利洛伊(Loewi.O．1873～1961)1944美國厄蘭格(Erlanger.J．1874～1965)單根神經(jīng)纖維功能的研究美國伽塞爾(Gasser.H.S．1888～1963)1949瑞士赫斯(Hess.W．R．1881～1973)間腦的機能，特別是對內(nèi)臟活動的調(diào)節(jié)獲得諾諾貝爾爾獎的的腦科科學(xué)與與神經(jīng)經(jīng)生物物學(xué)家家491963澳大利亞艾克爾斯(Eccles.J．C．1903～)神經(jīng)元興奮與抑制的離子機制英國霍奇金(Hodgkin.A．L．1914～)英國赫胥黎(Huxley.A．F．1917～)1970英國卡茲(Katz．B．1911～)

神經(jīng)末梢的化學(xué)遞質(zhì)的發(fā)現(xiàn)及遞質(zhì)的儲藏、釋放、活等機制研究瑞典歐拉(Euler.U.S．von.1905～1983)美國阿克塞爾羅德(Axelrod.J．1912～)1977美國吉爾曼(Guillemin.R．1924～)下丘腦促垂體激素的研究美國沙利(Schally.A．V.1927～)1981美國斯佩里(Sperry.R.1913～)關(guān)于大腦兩半球功能特異性的研究2000美國卡爾松(Carlsoon.A.1923～)神經(jīng)系統(tǒng)的信號傳導(dǎo)美國格林加德(Greengard.P.1925～)美國坎德爾(Kandel.E.R.1929～)獲得諾諾貝爾爾獎的的腦科科學(xué)與與神經(jīng)經(jīng)生物物學(xué)家家（續(xù)續(xù)）50人工智智能的的頂尖尖人物物HerbertSimon1978年年獲得得諾貝貝爾經(jīng)經(jīng)濟學(xué)學(xué)獎建立機機器證證明數(shù)數(shù)學(xué)定定理的的啟發(fā)發(fā)式搜搜索法法，提提出有有限理理論對對經(jīng)濟濟決策策活動動的影影響。。DanielKahneman2002年年獲得得諾貝貝爾經(jīng)經(jīng)濟學(xué)學(xué)獎研究不不確定定情況況下的的決策策，解解釋人人類決決策行行為，，系統(tǒng)統(tǒng)偏離離基本本概率率理論論和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)經(jīng)濟理理論的的原因因。51重要會會議1969年年第一一屆國國際人人工智智能聯(lián)聯(lián)合會會議（（InternationalJointConferenceonAI）召召開,此此后每每兩年年開一一次，，成為為人工工智能能界最最高級級別的的學(xué)術(shù)術(shù)盛會會。1979年年成立美國國人工智能能聯(lián)合會（（AmericanAssociationforArtificialIntelligence），到2004年年已經(jīng)召開開了