人工智能導(dǎo)論

人工智能應(yīng)用叢書

全國高等院校人工智能系列“十三五”規(guī)劃教材

人工智能導(dǎo)論

徐潔磐編著

內(nèi)容簡介

本書由四篇共章組成第一篇是基礎(chǔ)理論篇共九章第章從整

17。,(1~9),

體角度介紹人工智能的基本概念與基礎(chǔ)理論第二篇是應(yīng)用技術(shù)篇共四章第

。,(

章介紹人工智能基礎(chǔ)理論與相關(guān)分支領(lǐng)域相融合所產(chǎn)生的新技術(shù)第

10~13),。

三篇是應(yīng)用篇共三章第章介紹智能產(chǎn)品的開發(fā)及目前廣為流行的四

,(14~16),

種應(yīng)用實例第四篇是展望篇共一章第章對人工智能學(xué)科今后發(fā)展提出

。,(17),

建議和看法

。

在本書的編寫中堅持三項原則教材的現(xiàn)代性即新的技術(shù)路線與新的體系

:,,

并形成新一代人工智能技術(shù)教材的應(yīng)用性即更加關(guān)注人工智能與其他學(xué)科領(lǐng)

;,、

域的融合將人工智能應(yīng)用到多個行業(yè)中去教材的引導(dǎo)性即堅持教材的入門與

,;,

引導(dǎo)作用本書的出版在一定程度上填補了新一代人工智能教材的空白

。,。

本書適合作為人工智能計算機類專業(yè)及相關(guān)專業(yè)人工智能課程教材及培

、“”

訓(xùn)教材也可作為人工智能應(yīng)用開發(fā)人員的基礎(chǔ)讀物

,、。

圖書在版編目(CIP)數(shù)據(jù)

人工智能導(dǎo)論徐潔磐編著北京中國鐵道出版社

/—:

有限公司.

,

人工智2能01應(yīng)9.用7叢書

()

全國高等院校人工智能系列十三五規(guī)劃教材

“”

ISBN9787113258702

人徐人工智能高等學(xué)校教材

Ⅰ.①…Ⅱ.①…Ⅲ.①

Ⅳ.①TP18

中國版本圖書館數(shù)據(jù)核字第號

CIP(2019)133735

書名:人工智能導(dǎo)論

作者:徐潔磐

策劃:周海燕編輯部電話:轉(zhuǎn)

(010)635891852019

責(zé)任編輯:周海燕盧笛

封面設(shè)計:穆麗

責(zé)任校對:張玉華

責(zé)任印制:郭向偉

出版發(fā)行:中國鐵道出版社有限公司北京市西城區(qū)右安門西街號

(100054,8)

網(wǎng)址::////

http51eds

印刷:三河市航遠印刷有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

201971201971

開本:印張:字數(shù):千

787mm×1092mm1/1617356

書號:

ISBN9787113258702

定價:元

49.80

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書如有印制質(zhì)量問題請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換電話

,,。:(010)63550836

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:(010)51873659

編委會

主任:

何新貴(北京大學(xué)教授、博導(dǎo),中國工程院院士)

副主任:

蔡慶生(中國科技大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系教授、博導(dǎo),中國人工智能學(xué)會會士,曾任

中國人工智能學(xué)會常務(wù)理事、中國人工智能學(xué)會機器學(xué)習(xí)專委會主任)

徐潔磐(南京大學(xué)教授、博導(dǎo),原中國人工智能學(xué)會理事、中國人工智能學(xué)會離散智能

專委會主任、中國計算機學(xué)會計算機理論專委會副主任)

賁可榮(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院教授、博導(dǎo),中國計算機學(xué)會理論計算機科學(xué)專委

副主任)

編委:(按姓氏筆畫排序)

馬楠(北京聯(lián)合大學(xué)教授、機器人學(xué)院副院長,中國人工智能學(xué)會智能交互專委會副

秘書長)

馬慧民(上海大數(shù)據(jù)聯(lián)盟常務(wù)副秘書長,經(jīng)濟學(xué)博士)

王江鋒(北京交通大學(xué)交通運輸學(xué)院教授、博導(dǎo),交通工程系副主任)

王獻昌(吉林大學(xué)計算機學(xué)院教授、博導(dǎo),成都凱斯人工智能研究院院長,千人計劃特

聘專家)

朱頻頻(小機器人創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官,中國人工智能學(xué)會理事,中國語音產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副

i

理事長,上海機器人協(xié)會副會長)

邵志清(中國致公黨上海市委員會專職副主任委員,原上海市經(jīng)濟和信息化委員會副

主任、華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院院長)

周蕓(上海擎云物聯(lián)網(wǎng)有限公司董事長、創(chuàng)始人)

楊露菁(海軍工程大學(xué)教授)

婁巖(中國醫(yī)科大學(xué)計算機教研室主任、教授,高等學(xué)校智能醫(yī)學(xué)教產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟理事

長)

徐龍章(上海信息化發(fā)展研究協(xié)會常務(wù)副會長,上海首席信息官聯(lián)盟秘書長)

顧進廣(武漢科技大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授、博導(dǎo),武漢科技大學(xué)大數(shù)據(jù)科學(xué)與

工程研究院副院長)

謝能付(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所副研究員)

黃智生(荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)人工智能系終身教授,武漢科技大學(xué)大數(shù)據(jù)研究院

副院長)

序言

自年問世以來全球掀起了人工智能的高潮人工智能學(xué)科也進入

,,

第三次2發(fā)01展6時期Alp由ha于Go它的先進性與應(yīng)用性人工智能在我國也迅速發(fā)展黨和政府

。,,

高度重視年月日習(xí)近平總書記在中國共產(chǎn)黨第十九次全國代表大會報告

,

中明確提出20要17發(fā)展1人0工智24能產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用此后多次對發(fā)展人工智能做出重要指示

。,。

人工智能已列入我國戰(zhàn)略性發(fā)展學(xué)科中并在眾多學(xué)科發(fā)展中起到頭雁的作用

,“”。

人工智能作為科技領(lǐng)域最具代表性的應(yīng)用技術(shù)在我國已取得了重大的進展在

,,

人臉識別自動駕駛汽車機器翻譯智能機器人智能客服等多個應(yīng)用領(lǐng)域取得突破

、、、、

性進展這標志著新的人工智能時代已經(jīng)來臨

,。

由于人工智能應(yīng)用是人工智能生存與發(fā)展的根本習(xí)近平總書記指出人工智能

,:

必須以產(chǎn)業(yè)應(yīng)用為目標其方法是要促進人工智能和實體經(jīng)濟深度融合及跨界

“”,:“”“

融合等這說明應(yīng)用在人工智能發(fā)展中的重要性

”。。

為了響應(yīng)黨和政府的號召為發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)同時滿足讀者對人工智能及其應(yīng)用

,,

的認識需要中國鐵道出版社有限公司組織并推出以介紹人工智能應(yīng)用為主的人工

,“

智能應(yīng)用叢書本叢書以應(yīng)用為驅(qū)動應(yīng)用帶動理論反映最新發(fā)展趨勢作為主要編

”。,,

寫方針本叢書大膽創(chuàng)新力求務(wù)實在內(nèi)容編排上努力將理論與實踐相結(jié)合盡可能

。、,,

反映人工智能領(lǐng)域的最新發(fā)展在內(nèi)容表達上力求由淺入深通俗易懂在內(nèi)容和形式

;、;

體例上力求科學(xué)合理嚴密和完整具有較強的系統(tǒng)性和實用性

、、,。

人工智能應(yīng)用叢書自問世至今已一年有余已編輯出版本著作預(yù)計到

“”,,

年底將出版本相關(guān)應(yīng)用性著作62019

。

年1是2關(guān)鍵性的一年隨著人工智能研究產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用發(fā)展迅速人工智能人才

,、,

培養(yǎng)2已01迫9在眉睫一批新的人工智能專業(yè)已經(jīng)上馬教育部已于年批準所高

,,

校開設(shè)工智能專業(yè)同時有個與人工智能應(yīng)用相關(guān)的智能機器20人18專業(yè)以及35個

,,

智能醫(yī)學(xué)智能交通等跨界融78合型應(yīng)用專業(yè)也相繼招生預(yù)計到年年底將會128有超

、,

過所高校投入人工智能專業(yè)建設(shè)中2019

。

20面0對這種形勢在設(shè)立專業(yè)的同時迫切需要繼續(xù)深入探討相關(guān)的課程設(shè)置教材編寫

,,,

也成當(dāng)務(wù)之急因此中國鐵道出版社有限公司在原有應(yīng)用叢書基礎(chǔ)上又策劃組織了全國

,,“

高等院校人工智能系列十三五規(guī)劃教材以組織編寫人工智能應(yīng)用型專業(yè)教材為主

‘’”,。

這兩套叢書均以人工智能應(yīng)用為目標采用兩塊牌子一個班子方式建立統(tǒng)一

“”,,

的叢書編委會即兩套叢書一個編委會

“”,。

這兩套叢書適合人工智能產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用人員閱讀也可作為高等院校計算機專業(yè)

,、

人工智能相關(guān)專業(yè)的課程教材及教學(xué)參考材料還可供對人工智能領(lǐng)域感興趣的讀者閱讀

,。

叢書在出版過程中得到了人工智能領(lǐng)域計算機領(lǐng)域很多專家的支持和指導(dǎo)特

、,

別是得到何新貴院士的指導(dǎo)與幫助叢書的組織編寫不但是全體作者的共同努力同

,,

時也得到了廣大讀者的支持在此一并致謝

,。

人工智能是一個日新月異不斷發(fā)展的領(lǐng)域許多理論與應(yīng)用問題尚在探索和研

、,

究之中觀點的不同體系的差異在所難免如有不當(dāng)之處懇請專家及讀者批評指正

,、,,。

人工智能應(yīng)用叢書編委會

全國高等院校“人工智能系列十三”五規(guī)劃教材編委會

“年‘月’”

20197

前言

伴隨著的出現(xiàn)人工智能得到了空前的關(guān)注特別是在大數(shù)據(jù)互聯(lián)

AlphaGo,。、“

網(wǎng)等技術(shù)驅(qū)動之下人工智能已成為推動新一輪產(chǎn)業(yè)和科技革新的動力占據(jù)著國

+”,,

家戰(zhàn)略制高點的地位目前人工智能已列入我國戰(zhàn)略性發(fā)展學(xué)科中并在眾多學(xué)科發(fā)

。,

展中起到了頭雁的作用

“”。

從另一個角度看如果要評選當(dāng)前最為熱門的學(xué)科人工智能肯定榜上有名國內(nèi)

,,。

眾多知名高校紛紛開設(shè)人工智能專業(yè)預(yù)計年還會有更多學(xué)校投入人工智能專業(yè)

,2019

建設(shè)中一個人工智能研究開發(fā)應(yīng)用及人工智能人才培養(yǎng)的百花齊放局面正在形成

,、、。

面對這種形勢迫切需要編寫適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展要求的人工智能基礎(chǔ)性讀物它可以

,,

作為人工智能人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)性教材也可作為人工智能研究開發(fā)應(yīng)用人員從事實

,、、

際工作的輔導(dǎo)性讀物這種讀物就是人工智能導(dǎo)論

?！丁?。

為編好教材我們在編寫中堅持以下三項原則

,。

教材的現(xiàn)代性

1.

實際上從目前市場上看有關(guān)人工智能導(dǎo)論人工智能原理之類的教材還是很多

,、

的但仔細探究就會發(fā)現(xiàn)適應(yīng)當(dāng)前人工智能發(fā)展需求的教材并不多現(xiàn)在人工智能

,,。

已進入第三個發(fā)展時期并已形成新一代人工智能這個時期人工智能的技術(shù)發(fā)展

,“”,

特點體現(xiàn)在以下兩方面

。

新的技術(shù)路線

(1)

新一代人工智能的技術(shù)路線包含

:

新的技術(shù)內(nèi)容

●

以深度學(xué)習(xí)特別是其中的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的機器學(xué)習(xí)方法以知識圖譜為

();

知識表示特別是由它所組成的知識庫的現(xiàn)代推理方法是當(dāng)前人工智能技術(shù)發(fā)展新

()

的特色

。

新的數(shù)據(jù)平臺

●

以大數(shù)據(jù)技術(shù)作為發(fā)展人工智能新的數(shù)據(jù)平臺以支撐深度學(xué)習(xí)與現(xiàn)代推理方法

,

的發(fā)展

。

1

新的計算平臺

●

以超級計算機通信互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)云計算移動終端人工智能芯片傳感

、5G、、、、、、

技術(shù)以及多種人工智能專用軟件工具等所組成的高性能計算平臺

。

新的體系

(2)

新一代人工智能正在成為一門獨立完整的一級學(xué)科這需要一種新的體系它應(yīng)

、,,

是有別于傳統(tǒng)的老的體系能適應(yīng)人工智能最新發(fā)展的體系

、,。

凡符合以上兩個特色的教材可稱為新一代人工智能教材可喜的是這種教材

“”。

已在我國出現(xiàn)但可惜的是還比較少本書正是向此目標努力的新一代人工智能

,。

教材

。

教材的應(yīng)用性

2.

從人工智能發(fā)展的經(jīng)驗與教訓(xùn)看應(yīng)用的受限一直是人工智能發(fā)展的瓶頸每當(dāng)

,,

人工智能應(yīng)用受到阻礙時就出現(xiàn)了人工智能發(fā)展的低潮要保持人工智能的發(fā)展必須

,

不斷開拓應(yīng)用與多種領(lǐng)域行業(yè)實現(xiàn)跨界融合發(fā)展特別是與實體經(jīng)濟融合發(fā)

,、“”,“”

展同時通過應(yīng)用倒逼人工智能理論的發(fā)展并為其發(fā)展指明方向與目標

。,。

特別需要知道的是正是由于人工智能在經(jīng)濟發(fā)展及社會發(fā)展中的重大應(yīng)用性

,,

才使人工智能學(xué)科上升成為國家級戰(zhàn)略層次學(xué)科

。

本書必須體現(xiàn)人工智能應(yīng)用性它表示書中的內(nèi)容除了全面介紹人工智能內(nèi)容

,

外更加要關(guān)注于人工智能與其他學(xué)科領(lǐng)域的融合將人工智能廣泛應(yīng)用到多個行業(yè)

,、,

與領(lǐng)域中去同時還要更加關(guān)注將人工智能與計算機相結(jié)合開發(fā)出更多的產(chǎn)品來

,,。

這也是本書所努力追求的另一個目標

。

教材的引導(dǎo)性

3.

人工智能導(dǎo)論是人工智能的基礎(chǔ)性讀物它具有入門性與引導(dǎo)性作用由于

,“”“”。

人工智能是一門學(xué)科其內(nèi)容涉及從理論開發(fā)到應(yīng)用從上游中游到下游等多方面

,、,、,

但它不是一本百科全書在編寫中堅持其引導(dǎo)性與入門性原則具體體現(xiàn)為

,“”“”,:

從整體角度對人工智能學(xué)科有一個完整系統(tǒng)的介紹使讀者對此學(xué)科有一個

(1)、,

全面整體系統(tǒng)的了解與認識

、、。

對人工智能學(xué)科中的整個體系基礎(chǔ)概念基本理論主要方法融合思路開

(2)、、、、、

發(fā)原則以及應(yīng)用實例等做全面介紹但在介紹中并不著重于細節(jié)化描述而注重于概念

,

性與關(guān)聯(lián)性

。

在全面介紹的基礎(chǔ)上重點突出突出介紹那些具有整體性基礎(chǔ)性的內(nèi)容突

(3),:、;

2

出介紹那些具有新一代技術(shù)發(fā)展特點的內(nèi)容突出介紹內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性以及突出介

;

紹那些有開發(fā)應(yīng)用價值的內(nèi)容

、。

根據(jù)以上三個編寫原則本書的內(nèi)容由四篇共章組成

,17。

第一篇是基礎(chǔ)理論篇共九章第章該篇從整體角度介紹人工智能的基

,(1~9)。

本概念與基礎(chǔ)理論

。

第二篇是應(yīng)用技術(shù)篇共四章第章該篇介紹人工智能基礎(chǔ)理論與相

,(10~13)。

關(guān)分支領(lǐng)域融合所產(chǎn)生的新技術(shù)在人工智能直接應(yīng)用中有重要理論指導(dǎo)作用的技

,

術(shù)它們分別模擬人類視覺聽覺語言等能力以及包括大腦五官四肢等器官綜合

。、、、、

處理能力

。

第三篇是應(yīng)用篇共三章第章該篇介紹智能產(chǎn)品的開發(fā)及目前廣為

,(14~16)。

流行的四種應(yīng)用實例

。

第四篇是展望篇共一章第章對人工智能學(xué)科今后的發(fā)展提出建議與

,(17),

看法

。

本書突出新技術(shù)新體系及新應(yīng)用適合作為人工智能計算機類專業(yè)及相關(guān)專業(yè)

、,、

人工智能課程教材及培訓(xùn)教材也可作為人工智能應(yīng)用開發(fā)人員的基礎(chǔ)讀物

“”,、。

本書由徐潔磐編著由南京大學(xué)陳世福教授審稿本書還得到南京大學(xué)計算機軟

,。

件新技術(shù)國家重點實驗室的支持在此特表示感謝同時為簡化閱讀凡書中標有

,。,

標志的內(nèi)容為選學(xué)內(nèi)容

“★”。

由于作者水平所限不足之處望讀者不吝賜教聯(lián)系方式

,,:xujiepan@。

徐潔磐

于南京大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系

南京大學(xué)計算機軟件新技術(shù)國家重點實驗室

年月

20195

3

目錄

第一篇基礎(chǔ)理論篇

第1章總論…………………

2

人工智能發(fā)展歷史…………

1.12

人工智能概念介紹…………

1.27

人工智能發(fā)展三大學(xué)派…………………

1.310

人工智能的學(xué)科體系……………………

1.411

小結(jié)………………

16

習(xí)題……………

117

第2章知識及知識表示…………………

18

概述………………………

2.118

產(chǎn)生式表示法……………

2.220

狀態(tài)空間表示法…………

2.323

謂詞邏輯表示法…………

2.426

知識圖譜表示法…………

2.532

小結(jié)………………

35

習(xí)題……………

236

第3章知識組織與管理———知識庫介紹……………

37

知識庫概述………………

3.137

知識庫發(fā)展歷史…………

3.240

典型知識庫系統(tǒng)介紹……………………

3.341

小結(jié)………………

48

習(xí)題……………

350

第4章知識獲取之搜索策略方法……

51

概述………………………

4.151

盲目搜索…………………

4.252

啟發(fā)式搜索………………

4.353

博弈樹的啟發(fā)式搜索……………………

4.456

小結(jié)………………

59

習(xí)題……………

459

Ⅰ

第5章知識獲取之推理方法……………

60

知識推理基本理論………

5.160

謂詞邏輯自然推理………

5.261

謂詞邏輯的自動定理證明………………

5.365

知識推理方法之評價……………………

5.473

小結(jié)………………

74

習(xí)題……………

574

第6章知識獲取之機器學(xué)習(xí)方法……

76

機器學(xué)習(xí)概述……………

6.176

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)……………

6.279

決策樹……………………

6.386

貝葉斯方法………………

6.492

支持向量機方法…………

6.595

關(guān)聯(lián)規(guī)則方法……………

6.697

聚類方法…………………

6.7103

遷移學(xué)習(xí)…………………

6.8106

強化學(xué)習(xí)方法……………

6.9108

小結(jié)……………

109

習(xí)題…………

6110

第7章深度學(xué)習(xí)與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)……

111

淺層學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)……………………

7.1111

深度學(xué)習(xí)概述……………

7.2112

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)……………

7.3114

小結(jié)……………

121

習(xí)題…………

7123

第8章知識獲取之知識圖譜方法……

124

知識圖譜中的知識獲取概述…………

8.1124

知識圖譜中的知識獲取方法…………

8.2124

著名的知識圖譜介紹……………………

8.3127

知識圖譜中的知識存儲………………

8.4129

知識圖譜的應(yīng)用…………

8.5130

小結(jié)……………

130

習(xí)題…………

8131

第9章知識獲取之方法………

Agent133

介紹………………

9.1Agent133

Ⅱ

多…………………

9.2Agent137

移動………………

9.3Agent139

智能………………

9.4Agent140

小結(jié)……………

141

習(xí)題…………

9142

第二篇應(yīng)用技術(shù)篇

第10章知識工程與專家系統(tǒng)…………

144

知識工程與專家系統(tǒng)概述……………

10.1144

專家系統(tǒng)組成…………

10.2146

專家系統(tǒng)分類…………

10.3148

專家系統(tǒng)開發(fā)…………

10.4