第四講人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展62.ppt

1、2011,人工智能課程改革與建設(shè) 第四講 人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展Origin and Development of AI,本講授課要點,是人工智能技術(shù)的第一堂課，務(wù)必深入淺出，吸引學生的注意，激發(fā)學生的興趣。 以豐富的圖片和文字等資料，講述人工智能的誕生和發(fā)展，避免單調(diào)無味。 以講故事的形式說明AI的發(fā)展道路，強調(diào)過程的曲折，包括在中國的艱辛發(fā)展，通過披露鮮為人知的歷史，進一步激發(fā)大家的興趣。 通過講述人工智能不同學派及其爭論，誘導學生的好奇，引起想知道“他們到底是怎么做的？”的興趣。,授課內(nèi)容,1. 什么是人工智能 ? 2. 人工智能是如何發(fā)展起來的 ？ 3. 人類智能與人工智能的關(guān)系如何 ？

2、 4. 人工智能的學派及其爭論 5. 人工智能對人類的影響 6.人工智能的研究和應(yīng)用領(lǐng)域,美夢能否成真？,人類夢想發(fā)明各種機械工具和動力機器，協(xié)助甚至代替人們從事各種體力勞動。18世紀第一次工業(yè)革命中，瓦特發(fā)明的蒸汽機開辟了利用機器動力代替人力和畜力的新紀元。此后，顯著減輕體力勞動和實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化才成為可能。,美夢能否成真？,人類同樣夢想發(fā)明各種智能工具和智能機器，協(xié)助甚至代替人們從事各種腦力勞動。20世紀40年代計算機的發(fā)明和50年代人工智能的出現(xiàn)開辟了利用智能機器代替人類從事腦力勞動的新紀元。此后，顯著減輕腦力勞動和實現(xiàn)生產(chǎn)過程智能化才成為可能。,人工智能與人類智能,由于人類對機器人不

3、夠了解，因而產(chǎn)生“不信任感” 以及擔心使用機器人可能帶來失業(yè)的恐懼，因而人類擔心“機器人的智能將要超過人類，從而反客為主，要統(tǒng)治人類”，給人類造成心理威脅。 機器智能不是生命現(xiàn)象，而是一種人為的機械模仿。 未來的高智能機器人的某些功能，很可能會超過人，但從總體上看，機器人智能不可能超過人類智能。,智 能 ？,什么是智能？,中國工程院首任院長、原全國政協(xié)副主席 宋健院士在擔任國務(wù)委員兼國家科委主任時賜寄的題詞 （1993年）,宋健院長題詞,自然智能,人類大腦是如何實現(xiàn)智能的? 兩大難題之一：宇宙起源、人腦奧秘 對人腦奧秘知之甚少 人腦結(jié)構(gòu)：含有1011-12 個（千億-萬億個）神經(jīng)元，而且呈現(xiàn)并

4、行分布 大腦功能：記憶、思維、觀察、分析 等 對智能的嚴格定義有待于人腦奧秘的進一步揭示與認識,人工（man-made）制品,人工，即人造的，不是自然的。 例子： 人工湖，人工河（運河），人工纖維，人造衛(wèi)星，人工肢腿（假肢假腿），人工腦，人工心臟，人工魚（轉(zhuǎn)基因魚），克隆羊、克隆牛，各種轉(zhuǎn)基因食品,什么是人工智能?,人工智能Artificial Intelligence (AI) 眾說紛紜 目前還沒有統(tǒng)一的定義 AI的嚴格定義依賴于對智能的定義 即要定義人工智能，首先應(yīng)該定義智能 但智能本身也還無嚴格定義 因此，應(yīng)當首先研究人類的自然智能 一般解釋：人工智能就是用人工的方法在機器（計算機）上實

5、現(xiàn)的智能，或稱機器智能、計算機智能。,知識與智能,知識 人們通過體驗、學習或聯(lián)想而知曉的對客觀世界規(guī)律性的認識，包括事實、條件、過程、規(guī)則、關(guān)系和規(guī)律等。 智能 一種應(yīng)用知識對一定環(huán)境或問題進行處理的能力或者進行 抽象思考的能力。 智能機器 能夠在各類環(huán)境中自主地或交互地執(zhí)行各種擬人任務(wù)的機器。,人工智能的不同定義,AI (能力) 智能機器所執(zhí)行的通常與人類智能有關(guān)的智能行為，如判斷、推理、證明、識別、感知、理解、通信、設(shè)計、思考、規(guī)劃、學習和問題求解等思維活動。 AI (學科) 計算機科學中涉及研究、設(shè)計和應(yīng)用智能機器的一個分支。它的近期目標在于研究用機器來模仿和執(zhí)行人腦的某些功能，并開發(fā)相

6、關(guān)理論和技術(shù)。,2. 人工智能是如何發(fā)展的？,孕 育 期 （ 1956年前） 形 成 期 （ 19561970年） 暗 淡 期 （ 19661974年） 知識應(yīng)用期 （ 19701988年） 集成發(fā)展期 （ 1986年至今）,2. 人工智能的起源與發(fā)展孕育期,孕育期 （ 1956以前） 亞里斯多德（公元前384322）：古希臘偉大的哲學家和思想家，創(chuàng)立了演繹法。他提出的三段論至今仍然是演繹推理的最基本出發(fā)點。 萊布尼茨(16461716)：德國數(shù)學家和哲學家，把形式邏輯符號化，奠定了數(shù)理邏輯的基礎(chǔ)。,2. 人工智能的起源與發(fā)展孕育期,圖靈(19121954)：英國數(shù)學家，1936年創(chuàng)立了自動機

7、理論亦稱圖靈機，1950年在其著作計算機器與智能中首次提出“機器也能思維” ，被譽為“人工智能之父”。,莫克(19071980)：美國數(shù)學家、電子數(shù)字計算機的先驅(qū)，1946年研制成功了世界上第一臺通用電子數(shù)字計算機ENIAC。,2. 人工智能的起源與發(fā)展孕育期,麥克洛奇和皮茲：美國神經(jīng)生理學家，1943年建成第一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(MP模型)。 維納(18741956) ：美國著名數(shù)學家、控制論創(chuàng)始人。1948年創(chuàng)立了控制論。控制論對人工智能的影響，形成了行為主義學派。,2. 人工智能的起源與發(fā)展形成期,形成期 （1956-1970） AI誕生于一次歷史性的聚會達特茅斯會議 1956年夏季，年輕的

8、美國學者麥卡錫、明斯基、朗徹斯特和香農(nóng)共同發(fā)起，邀請莫爾、塞繆爾、 紐厄爾和西蒙等參加在美國達特茅斯大學舉辦 了一次長達2個多月的研討會，熱烈地討論用機器模擬人類智能的問題。會上，首次使用了 “人工智能”這一術(shù)語。這是人類歷史上第一次 人工智能研討會，標志著人工智能學科的誕生，具有十分重要的歷史意義。,2. 人工智能的起源與發(fā)展形成期,形成期 （1956-1970） 迅速發(fā)展，過于樂觀 1956年，塞繆爾在IBM計算機上研制成功了具有自學習、自組織和自適應(yīng)能力的西洋跳棋程序。 1957年，紐厄爾、肖(Shaw)和西蒙等研制了一個稱為邏輯理論機（LT)的數(shù)學定理證明程序。 1958年，麥卡錫建立

9、了行動規(guī)劃咨詢系統(tǒng)。 1960年紐厄爾等研制了通用問題求解(GPS)程序。麥卡錫研制了人工智能語言LISP。 1961年，明斯基發(fā)表了“走向人工智能的步驟”的論文，推動了人工智能的發(fā)展。 1965年，魯賓遜提出了歸結(jié)（消解）原理。,2. 人工智能的起源與發(fā)展暗淡期,暗淡期 （ 19661974 ） 過高預(yù)言的失敗，給AI的聲譽造成 重大傷害。 “20 年內(nèi)，機器將能做人所能做的一切?！?西蒙，1965 “在38年時間里，我們將研制出具有普通人智力的計算機。這樣的機器能讀懂莎士比亞的著作，會給汽車上潤滑油，會玩弄政治權(quán)術(shù)，能講笑話，會爭吵。它的智力將無以倫比?！?明斯基，1977,2. 人工智能

10、的起源與發(fā)展暗淡期,塞繆爾的下棋程序在與世界冠軍對弈時，以1 比4告負。 歸結(jié)法的能力有限。當用歸結(jié)原理證明“兩連續(xù)函數(shù)之和仍然是連續(xù)函數(shù)”時，推了10萬步也沒證明出結(jié)果來。 把“心有余而力不足” (The spirit is willing but the flesh is weak)的英語句子翻譯成俄語，再翻譯回來時竟變成了“酒是好的，肉變質(zhì)了” 英國劍橋大學數(shù)學家詹姆士按照英國政府的旨意，發(fā)表一份關(guān)于人工智能的綜合報告，聲稱 人工智能即使不是騙局也是庸人自擾 。,2. 人工智能的起源與發(fā)展知識應(yīng)用期,知識應(yīng)用期 （ 19701988 年） 專家系統(tǒng) 實現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)ｉT知識應(yīng)

11、用，是AI發(fā)展史上的一次重要突破與轉(zhuǎn)折。 1972-1976年，費根鮑姆研制MYCIN專家系統(tǒng)，用于協(xié)助內(nèi)科醫(yī)生診斷細菌感染疾病，并提供最佳處方。 1976年，斯坦福大學的杜達等人研制地質(zhì)勘探專家系統(tǒng)PROSPECTOR。 計算機視覺、機器人、自然語言理解、機器翻譯等AI應(yīng)用研究獲得發(fā)展。 同時也出現(xiàn)新的問題,2. 人工智能的起源與發(fā)展集成發(fā)展期,集成發(fā)展時期（ 1986 -） 專家系統(tǒng)的不足：應(yīng)用領(lǐng)域狹窄、缺乏常識性知識、知識獲取困難、推理方法單一、沒有分布式功能、不能訪問現(xiàn)存數(shù)據(jù)庫等，促進專家系統(tǒng)的改進與發(fā)展。 機器學習、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能機器人和行為主義研究趨向熱烈和深入。 智能計算 (

12、CI）彌補了人工智能中在數(shù)學理論和計算上的不足，更新和豐富了人工智能理論框架，使人工智能進入一個新的發(fā)展時期 。,2. 人工智能的起源與發(fā)展進入新世紀,1956年夏出席達特茅斯會議的部分代表于50年后重逢,2006，AI 50周年會議（美國） 莫爾，麥卡錫，明斯基，塞爾夫里奇，索羅蒙夫,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,1978年到1981年艱難起步 人工智能研究起步較晚，1978年把“智能模擬”納入國家研究計劃 1981年，中國人工智能學會在長沙艱難成立，秦元勛當選第一任理事長。,秦元勛,學會長期得不到國內(nèi)科技界的認同，只能掛靠在中國社會科學院哲學研究所，直到2004年，才得以“返祖歸宗”，掛

13、靠到中國科學技術(shù)協(xié)會。,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,1978年到1981年艱難起步 秦元勛（19232008 ）數(shù)學家。貴州貴陽人。1943年畢業(yè)于浙江大學數(shù)學系。1946年獲美國哈佛大學文學碩士學位，1947年獲美國哈佛大學哲學博士學位，1988年被美國俄亥俄大學瑪麗塔學院授予榮譽科學博士。1948年從美國回國，歷任西南軍政委員會文教部調(diào)研室副主任、科學普及處處長，中國核工業(yè)部（二機部）九院理論部副主任，中國科學院數(shù)學研究所研究員，中科院應(yīng)用數(shù)學研究所研究員、執(zhí)行副所長，中國核學會計算物理學會理事長，中國人工智能學會理事長。,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,1978年到1981年艱難起步

14、 秦元勛是中國挑戰(zhàn)相對論先驅(qū)，長期從事數(shù)學理論及其應(yīng)用的研究。在常微分方程的定性理論、運動穩(wěn)定性、近似解析、機器推導公式等方面的研究，在中國處于開創(chuàng)的地位。其中極限環(huán)的研究，具有國際先進水平。曾負責完成了中國第一顆原子彈和氫彈的威力計算工作。是1982年國家自然科學獎一等獎的原子彈氫彈設(shè)計原理中的物理力學數(shù)學理論問題項目的主要工作者之一，并開辟了計算物理學這一新的分支學科。因時間與空間小冊子引起爭論，而受到不公正對待，未能評上“院士”，令人惋惜。,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,1985年前備受質(zhì)疑和打壓 1984年由國防科委召開了智能計算機及其系統(tǒng)學術(shù)討論會。 人工智能在西方國家得到重視和發(fā)

15、展，而在蘇聯(lián)卻受到批判。 在我國人工智能與“特異功能”一起受到質(zhì)疑，人工智能學科群專著不能公開出版。,1986年迎來希望的曙光 1986年起把智能計算機系統(tǒng)、智能機器人和智能信息處理等重大項目列入國家高技術(shù)研究計劃。 清華大學校務(wù)委員會經(jīng)過長期和三次討論后，決定同意在清華大學出版社出版人工智能著作。 我國首部人工智能、機器人學和智能控制著作分別于1987年、1988年和1990年在清華大學出版社、中南工業(yè)大學出版社和電子工業(yè)出版社問世。,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,人工智能著作的編著和出版“使這一前沿學科的最精彩的成就迅速與中國讀者見面，這對人工智能在中國的傳播和發(fā)展必定會起到重大的推動作

16、用” 宋?。?988）,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,1987年到1999年破土而出 1987年模式識別與人工智能雜志創(chuàng)刊,1989年首次召開了中國人工智能控制聯(lián)合會議(CJCAI) 1993年起，把智能控制和智能自動化等項目列入國家科技攀登計劃。,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,21世紀蓬勃發(fā)展 更多的人工智能與智能系統(tǒng)研究獲得各種基金計劃支持，并與國家國民經(jīng)濟和科技發(fā)展的重大需求相結(jié)合，力求做出更大貢獻. 2006年智能系統(tǒng)學報創(chuàng)刊,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,2006年8月，在北京舉辦了 “慶祝人工智能學科誕生50周年”大型慶?；顒?。,涂序彥 蔡自興 Zadeh 吳文俊 許嘉璐,2

17、009年，向國家學位委員會和國家教育部提出“設(shè)置智能科學與技術(shù)學位授權(quán)一級學科”的建議。,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)在全國已編著出版了50多部人工智能、40多部智能控制和近50部機器人學的教材/專著。,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,中國人工智能學會(CAAI)成立后，相繼成立了智能機器人專業(yè)委員會和智能控制專業(yè)委員會、全國高校人工智能研究會、中國計算機學會人工智能與模式識別專業(yè)委員會、中國自動化學會模式識別與機器智能專業(yè)委員會以及智能自動化專業(yè)委員會等二級學會。有些省市也成立了地方人工智能學會，推動了我國人工智能的發(fā)展。 曾經(jīng)聯(lián)合召開過6

18、屆中國機器人學大會/聯(lián)合會議。 現(xiàn)在，我國已有數(shù)以萬計的科技人員和大學師生從事不同層次的人工智能研究與學習，人工智能研究已在我國深入開展，它必將為促進其它學科的發(fā)展和我國的現(xiàn)代化建設(shè)做出新的重大的貢獻。,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,我國已在人工智能領(lǐng)域取得一些具有國際領(lǐng)先水平的創(chuàng)造性成果。其中，尤以吳文俊院士的關(guān)于幾何定理證明的“吳氏方法”最為突出。,2. 人工智能的起源與發(fā)展中國,進入新世紀 出現(xiàn)新動向 人工智能屬于計算機科學的一個分支 ？ 以人工智能和認知科學為代表的學科應(yīng)當成為一支稱為“智能科學”的新學科 ？,“我深信，以人工智能和模式識別為帶頭的這門新學科，將為人類邁進智能自動化時

19、期做出奠基性貢獻?！?宋健（1988）,智能科學呼之欲出,課程專業(yè)學科科學 及其研討會/會議,3. 人類智能與人工智能的關(guān)系？,電腦真的能夠模擬人腦嗎？,vs,輸入,輸出,Hello!,存儲,除此之外，人和計算機都能 復制 建立符號結(jié)構(gòu)：在符號系統(tǒng)中形成符號結(jié)構(gòu) 條件性遷移：根據(jù)已有符號， 繼續(xù)完成活動過程,3. 人類智能與人工智能的關(guān)系？,符號處理系統(tǒng)的六種基本功能 一個完善的符號系統(tǒng)應(yīng)具有下列6種基本功能： (1) 輸入符號(input)； (2) 輸出符號(output); (3) 存儲符號(store); (4) 復制符號(copy); (5) 建立符號結(jié)構(gòu)：在符號系統(tǒng)中形成符號結(jié)構(gòu)；

20、 (6) 條件性遷移:根據(jù)已有符號， 繼續(xù)完成活動過程。,3. 人類智能與人工智能關(guān)系？,可以把人看成一個智能信息處理系統(tǒng) 如果一個物理符號系統(tǒng)具有上述全部6種功能，能夠完成這個全過程，那么它就是一個完整的物理符號系統(tǒng)。人具有上述6種功能；現(xiàn)代計算機也具備物理符號系統(tǒng)的這6種功能。 物理符號系統(tǒng)的假設(shè) 任何一個系統(tǒng)，如果它能表現(xiàn)出智能，那么它就必定能夠執(zhí)行上述6種功能。反之，任何系統(tǒng)如果具有這6種功能，那么它就能夠表現(xiàn)出智能；這種智能指的是人類所具有的那種智能。把這個假設(shè)稱為物理符號系統(tǒng)的假設(shè)。,3. 人類智能與人工智能關(guān)系？,物理符號系統(tǒng)3個推論 推論一 既然人具有智能，那么他就一定是個物理

21、符號系統(tǒng)。人之所以能夠表現(xiàn)出智能，就是基于他的信息處理過程。 推論二 既然計算機是一個物理符號系統(tǒng)，它就一定能夠表現(xiàn)出智能。這是人工智能的基本條件。 推論三 既然人是一個物理符號系統(tǒng)，計算機也是一個物理符號系統(tǒng)，那么就 能夠用計算機來模擬人的智能活動。,3. 人類智能與人工智能關(guān)系？,物理符號系統(tǒng)假設(shè)的局限性 “物理符號系統(tǒng)”假設(shè)認為，只要符號足夠豐富，操縱這些符號的規(guī)則足夠細致和嚴密，建立起一個能夠為計算機識別和處理的形式化系統(tǒng)是可能的。 在其后的研究中人們發(fā)現(xiàn)，在人類智能中，常識扮演著重要角色。 人類很可能根本不是按照邏輯的方式來使用常識，常識極難用一組事實和規(guī)則詳細說明。 基于“物理符號

22、系統(tǒng)”假設(shè)的許多樂觀預(yù)言都成了泡影。 上個世紀90年代以后，人工智能研究逐漸形成了若干新的研究模式。,4. 人工智能的學派,三個學派 符號主義（Symbolism ） 連接主義（Connectionism） 行為主義（Actionism）,符號主義 連接主義 行為主義,4.人工智能的學派符號主義,1234567890 0010110010110001 ABCDEFGLMNOPQSWXYZ abcdefghijklmnopqrstuvwxyz + 符號主義 又稱：邏輯主義、心理學派或計算機學派 原理：物理符號系統(tǒng)(即符號操作系統(tǒng))假設(shè)和有限合理性原理 起源：源于數(shù)理邏輯/邏輯推理 學派代表：紐厄

23、爾、西蒙和尼爾遜等,4.人工智能的學派連接主義,連接主義 又稱：仿生學派或生理學派 原理：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)間的連接機制與學習算法。 起源：源于仿生學，特別是人腦模型的研究。 學派代表：麥克洛奇、皮茨、 霍普菲爾德、魯梅爾哈特等。,4.人工智能的學派行為主義,行為主義 又稱：進化主義或控制論學派 原理：控制論及感知動作型控制系統(tǒng) 起源：源于控制論 學派代表作：布魯克斯的六足行走機器人，一個基于感知-動作模式的模擬昆蟲行為的控制系統(tǒng)。,對人工智能理論的爭論 對人工智能方法的爭論 對人工智能技術(shù)路線的爭論,4.人工智能的學派爭論,符號主義 認為人的認知基元是符號，認知過程即符號操作過程。 認為人是

24、一個物理符號系統(tǒng)，計算機也是一個物理符號系統(tǒng)，因此能夠用計算機來模擬人的智能行為。 人工智能的核心問題是知識表示、知識推理和知識運用。,4.人工智能的學派對人工智能理論的爭論,連接主義 認為思維基元是神經(jīng)元，而不是符號處理過程。 認為人腦不同于電腦，并提出連接主義的大腦工作模式，用于取代符號操作的電腦工作模式。,4.人工智能的學派對人工智能理論的爭論,行為主義 認為智能取決于感知和行動(所以被稱為行為主義)，提出智能行為的“感知動作”模式。 認為智能不需要知識、不需要表示、不需要推理；人工智能可以象人類智能一樣逐步進化(所以稱為進化主義)；智能行為只能在現(xiàn)實世界中與周圍環(huán)境交互作用而表現(xiàn)出來。,4.人工智能的學派對人工智能理論的爭論,符號主義： 功能模擬方法 模擬人類認知系統(tǒng)所具備的功能，通過數(shù)學邏輯方 法來實現(xiàn)人工智能。 連接主義： 結(jié)構(gòu)模擬方法 模擬人的生理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出不同 的功能和行為。認為功能、結(jié)構(gòu)和智能行為是不可分的。 行為主義： 行為模擬方法 采用行為模擬方法，也認為功能、結(jié)構(gòu)和智能行為是 不可分的。不同行為表現(xiàn)出不