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文檔簡(jiǎn)介

第1章人工智能的概念、內(nèi)容和方法

1.1什么是人工智能

1.2為什么要研究人工智能

1.3人工智能的相關(guān)學(xué)科

1.4人工智能的研究?jī)?nèi)容

1.5人工智能的研究途徑與方法

1.6人工智能的分支領(lǐng)域與研究方向

1.1什么是人工智能

◆人工智能(ArtificialIntelligence,AI)1.1.1人工智能概念的一般描述

◆部分學(xué)者對(duì)人工智能概念的描述:

——

人工智能是那些與人的思維相關(guān)的活動(dòng),諸如決策、問(wèn)題求解和學(xué)習(xí)等的自動(dòng)化(Bellman,1978);

——

人工智能是一種計(jì)算機(jī)能夠思維,使機(jī)器具有智力的激動(dòng)人心的新嘗試(Haugeland,1985);

——人工智能是研究如何讓計(jì)算機(jī)做現(xiàn)階段只有人才能做得好的事情(RichKnight,1991);

——

人工智能是那些使知覺(jué)、推理和行為成為可能的計(jì)算的研究(Winston,1992);——

廣義地講,人工智能是關(guān)于人造物的智能行為,而智能行為包括知覺(jué)、推理、學(xué)習(xí)、交流和在復(fù)雜環(huán)境中的行為(Nilsson,1998)?!猄tuartRussell和PeterNorvig則把已有的一些人工智能定義分為4類:像人一樣思考的系統(tǒng)、像人一樣行動(dòng)的系統(tǒng)、理性地思考的系統(tǒng)、理性地行動(dòng)的系統(tǒng)(2003)。弱人工智能(weakAI)和強(qiáng)人工智能(strongAI)1.1.2圖靈測(cè)試和中文屋子

◆圖靈測(cè)試(TuringTest)◆約翰.西爾勒(JohnSearle)的“中文屋子”1.1.3腦智能和群智能腦智能(BrainIntelligence,BI)就是腦(主要指人腦)的宏觀心理層次的智能表現(xiàn)。由群體行為所表現(xiàn)出的智能稱為群智能(SwarmIntelligence,SI)。腦智能和群智能是屬于不同層次的智能:

腦智能是一種個(gè)體智能(IndividualIntelligence,II);群智能是一種社會(huì)智能(SocialIntelligence,SI),或者說(shuō)系統(tǒng)智能(SystemIntelligence,SI)。1.1.4符號(hào)智能和計(jì)算智能

1.符號(hào)智能(SymbolicIntelligence)

符號(hào)智能就是符號(hào)人工智能,它是模擬腦智能的人工智能,也就是所說(shuō)的傳統(tǒng)人工智能或經(jīng)典人工智能。符號(hào)智能以符號(hào)形式的知識(shí)和信息為基礎(chǔ),主要通過(guò)邏輯推理,運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行問(wèn)題求解。符號(hào)智能的主要內(nèi)容包括知識(shí)獲取(knowledgeacquisition)、知識(shí)表示(knowledgerepresentation)、知識(shí)組織與管理和知識(shí)運(yùn)用等技術(shù)(這些構(gòu)成了所謂的知識(shí)工程(KnowledgeEngineering,KE))以及基于知識(shí)的智能系統(tǒng)等。

2.計(jì)算智能(ComputationalIntelligence)

計(jì)算智能就是計(jì)算人工智能,它是模擬群智能的人工智能。計(jì)算智能以數(shù)值數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),主要通過(guò)數(shù)值計(jì)算,運(yùn)用算法進(jìn)行問(wèn)題求解。計(jì)算智能的主要內(nèi)容包括:神經(jīng)計(jì)算(NeuralComputation,NC)、進(jìn)化計(jì)算(亦稱演化計(jì)算,EvolutionaryComputation,EC,包括遺傳算法(GeneticAlgorithm,GA)、進(jìn)化規(guī)劃(EvolutionaryPlanning,EP)、進(jìn)化策略(EvolutionaryStrategies,ES)等)、免疫計(jì)算(immunecomputation)、粒群計(jì)算(ParticleSwarmAlgorithm,PSA)、蟻群算法(AntColonyAlgorithm,ACA)、自然計(jì)算(NaturalComputation,NC)以及人工生命(ArtificialLife,AL)等。

1.1.5統(tǒng)計(jì)智能和交互智能

1.統(tǒng)計(jì)智能(StatisticalIntelligence)

利用樣例數(shù)據(jù)并采用統(tǒng)計(jì)、概率和其他數(shù)學(xué)方法而實(shí)現(xiàn)的人工智能稱為統(tǒng)計(jì)智能。

2.交互智能(InteractionalIntelligence)

通過(guò)交互方式而實(shí)現(xiàn)的人工智能稱為交互智能。

1.2為什么要研究人工智能1.2.1研究人工智能的意義

使當(dāng)前的電腦更好用,更有用,以擴(kuò)大和延伸人類智能;

信息化社會(huì)的迫切要求;

自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì);

有益于探索人類自身智能的奧秘。1.2.2人工智能的研究目標(biāo)和策略研究目標(biāo)就是制造智能機(jī)器和智能系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)智能化社會(huì)。具體來(lái)講,就是要使計(jì)算機(jī)不僅具有腦智能和群智能,還要具有看、聽(tīng)、說(shuō)、寫(xiě)等感知和交流能力。研究策略則是先部分地或某種程度地實(shí)現(xiàn)機(jī)器的智能,并運(yùn)用智能技術(shù)解決各種實(shí)際問(wèn)題特別是工程問(wèn)題,從而使現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)更靈活、更好用和更有用,成為人類的智能化信息處理工具,而逐步擴(kuò)展和不斷延伸人的智能,逐步實(shí)現(xiàn)智能化。1.3人工智能的相關(guān)學(xué)科

人工智能已構(gòu)成信息技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要學(xué)科。當(dāng)前的人工智能既屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一個(gè)前沿領(lǐng)域,也屬于信息處理和自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)前沿領(lǐng)域。還涉及到智能科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、心理科學(xué)、腦及神經(jīng)科學(xué)、生命科學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、邏輯學(xué)、行為科學(xué)、教育科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、數(shù)理科學(xué)以及控制論、科學(xué)方法論、哲學(xué)甚至經(jīng)濟(jì)學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域。人工智能實(shí)際上是一門綜合性的交叉學(xué)科和邊緣學(xué)科。1.4人工智能的研究?jī)?nèi)容1.4.1搜索與求解——圖(或空間)搜索與問(wèn)題求解1.4.2知識(shí)與推理——知識(shí)表示與機(jī)器推理1.4.3學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)——機(jī)器學(xué)習(xí)與知識(shí)發(fā)現(xiàn)1.4.4發(fā)明與創(chuàng)造——機(jī)器的自主發(fā)明與創(chuàng)造1.4.5感知與響應(yīng)——機(jī)器感知與響應(yīng)

1.4.6理解與交流

——機(jī)器的自然語(yǔ)言理解與交流1.4.7記憶與聯(lián)想——機(jī)器的記憶與聯(lián)想機(jī)制聯(lián)想存儲(chǔ)的特點(diǎn)是:

可以存儲(chǔ)許多相關(guān)(激勵(lì),響應(yīng))模式對(duì);

通過(guò)自組織過(guò)程可以完成這種存儲(chǔ);

以分布、穩(wěn)健的方式(可能會(huì)有很高的冗余度)存儲(chǔ)信息;

可以根據(jù)接收到的相關(guān)激勵(lì)模式產(chǎn)生并輸出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)模式;

即使輸入激勵(lì)模式失真或不完全時(shí),仍然可以產(chǎn)生正確的響應(yīng)模式;

可在原存儲(chǔ)中加入新的存儲(chǔ)模式。1.4.8競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作

——智能體(如智能機(jī)器人)之間的競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作1.4.9系統(tǒng)與建造

——智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)1.4.10應(yīng)用與工程

——人工智能的應(yīng)用和工程技術(shù)

這十個(gè)方面也就是人工智能的十個(gè)主題或者說(shuō)十個(gè)分支領(lǐng)域,它們構(gòu)成了人工智能學(xué)科的總體架構(gòu)。

1.5人工智能的研究途徑與方法1.5.1

心理模擬,符號(hào)推演

從人腦的宏觀心理層面入手,以智能行為的心理模型為依據(jù),將問(wèn)題或知識(shí)表示成某種邏輯網(wǎng)絡(luò),采用符號(hào)推演的方法,模擬人腦的邏輯思維過(guò)程,實(shí)現(xiàn)人工智能。1.5.2

生理模擬,神經(jīng)計(jì)算

從人腦的生理層面,即微觀結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理入手,以智能行為的生理模型為依據(jù),采用數(shù)值計(jì)算的方法,模擬腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作過(guò)程,實(shí)現(xiàn)人工智能。1.5.3

行為模擬,控制進(jìn)化

用模擬人和動(dòng)物在與環(huán)境的交互過(guò)程中的智能活動(dòng)和行為特性,如反應(yīng)、適應(yīng)、學(xué)習(xí)、尋優(yōu)等,來(lái)研究和實(shí)現(xiàn)人工智能。1.5.4

群體模擬,仿生計(jì)算

模擬生物群落的群體智能行為,以仿生計(jì)算的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)人工智能。1.5.5

博采廣鑒,自然計(jì)算

從生命、生態(tài)、系統(tǒng)、社會(huì)、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、甚至經(jīng)濟(jì)等眾多學(xué)科和領(lǐng)域?qū)ふ覇l(fā)和靈感,以自然計(jì)算的方法展開(kāi)人工智能的研究。1.5.6

著眼數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)建模

著眼于事物或問(wèn)題的外部表現(xiàn)和關(guān)系,搜集、采集相關(guān)信息并做成樣本數(shù)據(jù),然后用統(tǒng)計(jì)學(xué)、概率論和其他數(shù)學(xué)理論和方法建模,并用適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行計(jì)算,推測(cè)事物的內(nèi)在模式或規(guī)律,來(lái)實(shí)現(xiàn)人工智能。1.6人工智能的分支領(lǐng)域與研究方向從研究?jī)?nèi)容來(lái)看,人工智能可分為搜索與求解、知識(shí)與推理、學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)等十大分支領(lǐng)域(它們構(gòu)成了人工智能學(xué)科的總體架構(gòu))。這十大領(lǐng)域各自又有一些子領(lǐng)域和研究方向,從研究途徑和智能層次來(lái)看,人工智能可分為符號(hào)智能、計(jì)算智能、統(tǒng)計(jì)智能和交互智能等四大分支領(lǐng)域。從所模擬的

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