現(xiàn)代科技概論-人工智能.ppt

1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論：人工智能 An Introduction to Modern Science and Technology：Artificial Intelligence,目錄 content,一、何謂人工智能 What is Artificial Intelligence?,一、何謂人工智能 What is Artificial Intelligence?,研究人類智能如何以人工方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。,目前，用計(jì)算機(jī)模擬人類的某些智能活動(dòng)，如推理、決策、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)等。,一、何謂人工智能：智能 What is Artificial Intelligence： intelligence,自然智能：

2、指人類和一些動(dòng)物所具有的智力和行為能力,人類的自然智能（簡(jiǎn)稱智能）：指人類在認(rèn)識(shí)客觀世界中，由思維過(guò)程和腦力活動(dòng)所表現(xiàn)出的綜合能力。人類大腦是如何實(shí)現(xiàn)智能的 兩大難題之一：宇宙起源、人腦奧秘 對(duì)人腦奧秘知之甚少對(duì)人腦奧秘知道什么 結(jié)構(gòu)：1011-12 量級(jí)的神經(jīng)元，分布并行 功能：記憶、思維、觀察、分析 等對(duì)智能的嚴(yán)格定義 有待于人腦奧秘的揭示，進(jìn)一步認(rèn)識(shí),一、何謂人工智能：智能的觀點(diǎn) What is Artificial Intelligence：viewpoints on intelligence,思維理論 智能來(lái)源于思維活動(dòng)，智能的核心是思維，人的一切知識(shí)都是思維的產(chǎn)物?？赏ㄟ^(guò)對(duì)思維規(guī)

3、律和思維方法的研究，來(lái)揭示智能的本質(zhì)。知識(shí)閾值理論 智能取決于知識(shí)的數(shù)量及其可運(yùn)用程度。一個(gè)系統(tǒng)所具有的可運(yùn)用知識(shí)越多，其智能就會(huì)越高。進(jìn)化理論 是美國(guó)MIT的Brooks在對(duì)人造機(jī)器蟲研究的基礎(chǔ)上提出來(lái)的。智能取決于感知和行為，取決于對(duì)外界復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)，智能不需要知識(shí)、不需要表示、不需要推理，智能可由逐步進(jìn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。不一致，從層次結(jié)構(gòu)再認(rèn)識(shí),一、何謂人工智能：智能的層次結(jié)構(gòu) What is Artificial Intelligence：levels and structures of intelligence,高層智能 以大腦皮層（抑制中樞）為主，主要完成記憶、思維等活動(dòng)。中層智能 以丘

4、腦（感覺(jué)中樞）為主，主要完成感知活動(dòng)。低層智能 以小腦、脊髓為主，主要完成動(dòng)作反應(yīng)活動(dòng)。不同觀點(diǎn)在層次結(jié)構(gòu)中的對(duì)應(yīng)關(guān)系 思維理論 知識(shí)閾值理論 進(jìn)化理論 中層智能和低層智能包含哪些能力？,一、何謂人工智能：智能包含的能力 What is Artificial Intelligence：intelligence and abilities,感知能力 通過(guò)感知器官感知外界的能力。是人類獲得外界信息的基本途徑，其處理方式有以下兩種： 感知-動(dòng)作方式：對(duì)簡(jiǎn)單、緊急信息 感知-思維-動(dòng)作方式：對(duì)復(fù)雜信息 記憶和思維能力 記憶：對(duì)感知到的外界信息和由思維產(chǎn)生的內(nèi)部知識(shí)的存儲(chǔ)過(guò)程 思維：對(duì)已存儲(chǔ)信息或知識(shí)的

5、本質(zhì)屬性、內(nèi)部知識(shí)的認(rèn)識(shí)過(guò)程 思維方式： 抽象思維（邏輯思維）：根據(jù)邏輯規(guī)則對(duì)信息和知識(shí)進(jìn)行處理的理性思維方式。例如，邏輯推理等 形象思維（直感思維）：基于形象概念，根據(jù)感性形象認(rèn)識(shí)材料對(duì)客觀現(xiàn)象進(jìn)行處理的一種思維方式。例如，圖像、景物識(shí)別等 靈感思維（頓悟思維）：是一種顯意識(shí)和潛意識(shí)相互作用的思維方式。例如，因靈感而頓時(shí)開(kāi)竅,一、何謂人工智能：智能包含的能力 What is Artificial Intelligence：intelligence and abilities,學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力 學(xué)習(xí)：是一個(gè)具有特定目的的知識(shí)獲取過(guò)程 是人的一種本能。不同人的學(xué)習(xí)方法、能力不同 自適應(yīng)：是一種通

6、過(guò)自我調(diào)節(jié)適應(yīng)外界環(huán)境的過(guò)程 是人的一種本能。不同人的適應(yīng)能力不同行為能力 含義：是人們對(duì)感知到的外界信息作出動(dòng)作反應(yīng)的能力 信息來(lái)源：由感知直接獲得的外界信息 經(jīng)過(guò)思維加工后的信息 實(shí)現(xiàn)過(guò)程：通過(guò)脊髓來(lái)控制 由語(yǔ)言、表情、體姿等來(lái)實(shí)現(xiàn),一、何謂人工智能：智能 What is Artificial Intelligence：intelligence,綜合各種不同觀點(diǎn)，可從能力和學(xué)科兩個(gè)方面討論能力方面 人工智能就是用人工的方法在機(jī)器（計(jì)算機(jī)）上實(shí)現(xiàn)的智能，或稱機(jī)器智能學(xué)科方面 是一門研究如何構(gòu)造智能機(jī)器或智能系統(tǒng)，以模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的學(xué)科Turing測(cè)試 如下圖所示。能分辨出人和機(jī)器的

7、概率小于50%Turing測(cè)試存在的問(wèn)題 僅反映了結(jié)果的比較，沒(méi)涉及思維過(guò)程 沒(méi)指出是什么人,測(cè)試主持人,被測(cè)機(jī)器,被測(cè)人,小于50%？,Turing測(cè)試，1950,一、何謂人工智能：圖靈測(cè)試 What is Artificial Intelligence：The Turing Test,測(cè)試主持人,被測(cè)機(jī)器,被測(cè)人,小于50%？,Turing測(cè)試，1950,一、何謂人工智能：中文屋 What is Artificial Intelligence：the Chinese room argument,一、何謂人工智能：中文屋 What is Artificial Intelligence：the

8、 Chinese room argument,一個(gè)對(duì)中文一竅不通的，以英語(yǔ)作母語(yǔ)的人被關(guān)閉在一只有兩個(gè)通口的封閉房間中。房間里有一本用英文寫成，從形式上說(shuō)明中文文字句法和文法組合規(guī)則的手冊(cè)，以及一大堆中文符號(hào)。房外的人不斷向房間內(nèi)遞進(jìn)用中文寫成的問(wèn)題。房?jī)?nèi)的人便按照手冊(cè)的說(shuō)明，將中文符號(hào)組合成對(duì)問(wèn)題的解答，并將答案遞出房間。,一、何謂人工智能：中文屋 What is Artificial Intelligence：the Chinese room argument,一、何謂人工智能：目標(biāo) What is Artificial Intelligence：goals,遠(yuǎn)期目標(biāo) 揭示人類智能的根本機(jī)

9、理，用智能機(jī)器去模擬、延伸和擴(kuò)展人類的智能 涉及到腦科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、控制論等多種學(xué)科，并依賴于它們的共同發(fā)展近期目標(biāo) 研究如何使現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)更聰明，即使它能夠運(yùn)用知識(shí)去處理問(wèn)題，能夠模擬人類的智能行為。相互關(guān)系 遠(yuǎn)期目標(biāo)為近期目標(biāo)指明了方向 近期目標(biāo)則為遠(yuǎn)期目標(biāo)奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ),一、何謂人工智能：歷史上的嘗試 What is Artificial Intelligence： Historical Attempts,Frankenstein， 后被改編為電影， 弗蘭肯斯坦 人造人的故事,/wiki/The_Turk,一、何謂人

10、工智能：歷史上的嘗試 What is Artificial Intelligence： Historical Attempts,1770年, The Turk 土耳其行棋傀儡,http:/,一、何謂人工智能：歷史上的嘗試 What is Artificial Intelligence： Historical Attempts,Joseph Fabers Amazing Talking Machine (1830-40s) The Euphonia（塔納格拉雀，美聲裸鼻雀） Talking Head，聊天的機(jī)器，會(huì)說(shuō)話的頭（聊天之腦）,The Euphonia,From,一、何謂人工智能：歷史上

11、的嘗試 What is Artificial Intelligence： Historical Attempts,1920年捷克作家卡佩克（Karel Capek）的劇本RossumS Universal Robots，羅薩姆的萬(wàn)能機(jī)器人。劇中的人造勞動(dòng)者取名為Robota，捷克語(yǔ)的意思是“苦力”、“奴隸”。英語(yǔ)的Robot一詞就是由此而來(lái)的，以后世界各國(guó)都用Robot作為機(jī)器人的代名詞。,Robot：機(jī)器人,CHEAP LABOR. ROSSUMS ROBOTS.ROBOTS FOR THE TROPICS. 150 DOLLARS EACH.EVERYONE SHOULD BUY HIS

12、OWN ROBOT.DO YOU WANT TO CHEAPEN YOUR OUTPUT?ORDER ROSSUMS ROBOTS,一、何謂人工智能：歷史上的嘗試 What is Artificial Intelligence： Historical Attempts,技術(shù)發(fā)展,5thc B.C. 亞里士多德，演繹邏輯,1642，帕斯卡，加法機(jī),1694，萊布尼茲，計(jì)算機(jī)器,一、何謂人工智能：歷史上的嘗試 What is Artificial Intelligence： Historical Attempts,技術(shù)發(fā)展,1834，巴貝奇，分析機(jī)（差分機(jī)）,一、何謂人工智能：歷史上的嘗試 Wha

13、t is Artificial Intelligence： Historical Attempts,邏輯發(fā)展,1848 布爾，邏輯運(yùn)算,chocolate and nuts and mint,一、何謂人工智能：計(jì)算機(jī)的發(fā)明 What is Artificial Intelligence： computer,1945 ENIAC Electronic Numerical Integrator and Computer,一、何謂人工智能：計(jì)算機(jī)的發(fā)明 What is Artificial Intelligence： computer,1949 EDVAC Electronic Discrete V

14、ariable Automatic Computer,一、何謂人工智能：人工智能的提出 What is Artificial Intelligence： A.I.,AI誕生于一次歷史性的聚會(huì)時(shí)間：1956年夏季地點(diǎn)：達(dá)特莫斯 (Dartmouth) 大學(xué)目的：為使計(jì)算機(jī)變得更“聰明” ，或者說(shuō)使計(jì)算機(jī)具有智能發(fā)起人： 麥卡錫(J.McCarthy） ，Dartmouth的年輕數(shù)學(xué)家、計(jì)算機(jī)專家，后為 MIT教授 明斯基(M.L.Minsky），哈佛大學(xué)數(shù)學(xué)家、神經(jīng)學(xué)家，后為MIT教授 洛切斯特(N.Lochester)， IBM公司信息中心負(fù)責(zé)人 香農(nóng)(C.E.Shannon)，貝爾實(shí)驗(yàn)室信息

15、部數(shù)學(xué)研究員參加人： 莫爾(T.more)、塞繆爾(A.L.Samuel)， IBM公司 塞爾夫里奇(O.Selfridge)、索羅蒙夫(R.Solomonff) ， MIT 紐厄爾(A.Newell)，蘭德(RAND)公司 西蒙(H.A.Simon)，卡內(nèi)基(Carnagie)工科大學(xué)會(huì)議結(jié)果： 由麥卡錫提議正式采用了“Artificial Intelligence”這一術(shù)語(yǔ),一、何謂人工智能：早期研究 What is Artificial Intelligence： early research on A.I.,心理學(xué)小組：1957年，紐厄爾、肖(J.Shaw)和西蒙等人的心理學(xué)小組研制了

16、稱為邏輯理論機(jī)(簡(jiǎn)稱LT)的數(shù)學(xué)定理證明程序。 1960年研制了通用問(wèn)題求解程序。該程序當(dāng)時(shí)可解決11種類型的問(wèn)題，如不定積分、三角函數(shù)、代數(shù)方程、猴子摘香蕉、河內(nèi)梵塔、人羊過(guò)河等。 IBM工程小組：1956年，塞繆爾在IBM704計(jì)算機(jī)上研制成功了具有自學(xué)習(xí)、自組織和自適應(yīng)能力的西洋跳棋程序。這個(gè)程序可以從棋譜中學(xué)習(xí)，也可以在下棋過(guò)程中積累經(jīng)驗(yàn)、提高棋藝。通過(guò)不斷學(xué)習(xí)，該程序1959年擊敗了塞繆爾本人，1962年又擊敗了一個(gè)州的冠軍。MIT小組：1958年，麥卡西建立了行動(dòng)規(guī)劃咨詢系統(tǒng)。 1960年，麥卡西又研制了人工智能語(yǔ)言LISP。 1961年，明斯基發(fā)表了“走向人工智能的步驟”的論文，

17、推動(dòng)了人工智能的發(fā)展。其他方面：1965年，魯賓遜(J.A.Robinson)提出了歸結(jié)（消解）原理。 1965年，費(fèi)根鮑姆開(kāi)始研究化學(xué)專家系統(tǒng)DENDRAL。,一、何謂人工智能：挫折 What is Artificial Intelligence： frustration,失敗的預(yù)言： 60年代初，西蒙預(yù)言：10年內(nèi)計(jì)算機(jī)將成為世界冠軍、將證明一個(gè)未發(fā)現(xiàn)的數(shù)學(xué)定理、將能譜寫出具有優(yōu)秀作曲家水平的樂(lè)曲、大多數(shù)心理學(xué)理論將在計(jì)算機(jī)上形成。 挫折和教訓(xùn) 在博弈方面，塞繆爾的下棋程序在與世界冠軍對(duì)弈時(shí)，5局?jǐn)×?局。 在定理證明方面，發(fā)現(xiàn)魯賓遜歸結(jié)法的能力有限。當(dāng)用歸結(jié)原理證明兩個(gè)連續(xù)函數(shù)之和還是連

18、續(xù)函數(shù)時(shí)，推了10萬(wàn)步也沒(méi)證出結(jié)果。 在問(wèn)題求解方面，對(duì)于不良結(jié)構(gòu)，會(huì)產(chǎn)生組合爆炸問(wèn)題。 在機(jī)器翻譯方面，發(fā)現(xiàn)并不那么簡(jiǎn)單，甚至?xí)[出笑話。例如，把“心有余而力不足”的英語(yǔ)句子翻譯成俄語(yǔ)，再 翻譯回來(lái)時(shí)竟變成了“酒是好的，肉變質(zhì)了” 在神經(jīng)生理學(xué)方面，研究發(fā)現(xiàn)人腦有1011-12以上的神經(jīng)元，在現(xiàn)有技術(shù)條件下用機(jī)器從結(jié)構(gòu)上模擬人腦是根本不可能的。 在其它方面，人工智能也遇到了不少問(wèn)題。在英國(guó)，劍橋大學(xué)的詹姆教授指責(zé)“人工智能研究不是騙局，也是庸人自擾” 。從此，形勢(shì)急轉(zhuǎn)直下，在全世界范圍內(nèi)人工智能研究陷入困境、落入低谷。,一、何謂人工智能：以知識(shí)為中心的研究 What is Artificia

19、l Intelligence： knowledge-oriented researches,以知識(shí)為中心的研究： 專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用，從一般思維規(guī)律探討走向?qū)ｉT知識(shí)運(yùn)用的重大突破，是AI發(fā)展史上的一次重要轉(zhuǎn)折。 1972年，費(fèi)根鮑姆開(kāi)始研究MYCIN專家系統(tǒng)，并于1976年研制成功。從應(yīng)用角度看，它能協(xié)助內(nèi)科醫(yī)生診斷細(xì)菌感染疾病，并提供最佳處方。從技術(shù)角度看，他解決了知識(shí)表示、不精確推理、搜索策略、人機(jī)聯(lián)系、知識(shí)獲取及專家系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)等一系列重大技術(shù)問(wèn)題。 1976年，斯坦福大學(xué)的杜達(dá)(R.D.Duda)等人開(kāi)始研制地質(zhì)勘探專家系統(tǒng)PROSPECTOR 這一時(shí)期，與專家系統(tǒng)同時(shí)發(fā)展的重要領(lǐng)域還有計(jì)算機(jī)視覺(jué)和機(jī)器人，自然語(yǔ)言理解與機(jī)器翻譯等。 新的問(wèn)題： 專家系統(tǒng)本身所存在的應(yīng)用領(lǐng)域狹窄、缺乏常識(shí)性知識(shí)、知識(shí)獲取困難、推理方法單一、沒(méi)有分布式功能、不能訪問(wèn)現(xiàn)存數(shù)據(jù)庫(kù)等問(wèn)題被逐漸暴露出來(lái)。,一、何謂人工智能：從學(xué)派分立到綜合 What is Artificial Intelligence： synthesis,20世紀(jì)80年代到本世紀(jì)初人工智能研究形成了三大學(xué)派： 隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的再度興起和布魯克（R.A.Brooks）的機(jī)器蟲的出現(xiàn)，人工智能研究形成了符號(hào)主義、連接主義和行為主義三大學(xué)派。 符號(hào)主義學(xué)派 是指基于符號(hào)運(yùn)算的人工