現(xiàn)代科技概論-人工智能.ppt

1、現(xiàn)代科學技術概論：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實現(xiàn)。,目前，用計算機模擬人類的某些智能活動，如推理、決策、規(guī)劃、設計和學習等。,一、何謂人工智能：智能 What is Artificial Intelligence： intelligence,自然智能：

2、指人類和一些動物所具有的智力和行為能力,人類的自然智能（簡稱智能）：指人類在認識客觀世界中，由思維過程和腦力活動所表現(xiàn)出的綜合能力。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對人腦奧秘知道什么 結構：1011-12 量級的神經元，分布并行 功能：記憶、思維、觀察、分析 等對智能的嚴格定義 有待于人腦奧秘的揭示，進一步認識,一、何謂人工智能：智能的觀點 What is Artificial Intelligence：viewpoints on intelligence,思維理論 智能來源于思維活動，智能的核心是思維，人的一切知識都是思維的產物。可望通過對思維規(guī)

3、律和思維方法的研究，來揭示智能的本質。知識閾值理論 智能取決于知識的數量及其可運用程度。一個系統(tǒng)所具有的可運用知識越多，其智能就會越高。進化理論 是美國MIT的Brooks在對人造機器蟲研究的基礎上提出來的。智能取決于感知和行為，取決于對外界復雜環(huán)境的適應，智能不需要知識、不需要表示、不需要推理，智能可由逐步進化來實現(xiàn)。不一致，從層次結構再認識,一、何謂人工智能：智能的層次結構 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。中層智能 以丘

4、腦（感覺中樞）為主，主要完成感知活動。低層智能 以小腦、脊髓為主，主要完成動作反應活動。不同觀點在層次結構中的對應關系 思維理論 知識閾值理論 進化理論 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-動作方式：對簡單、緊急信息 感知-思維-動作方式：對復雜信息 記憶和思維能力 記憶：對感知到的外界信息和由思維產生的內部知識的存儲過程 思維：對已存儲信息或知識的

5、本質屬性、內部知識的認識過程 思維方式： 抽象思維（邏輯思維）：根據邏輯規(guī)則對信息和知識進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，根據感性形象認識材料對客觀現(xiàn)象進行處理的一種思維方式。例如，圖像、景物識別等 靈感思維（頓悟思維）：是一種顯意識和潛意識相互作用的思維方式。例如，因靈感而頓時開竅,一、何謂人工智能：智能包含的能力 What is Artificial Intelligence：intelligence and abilities,學習和自適應能力 學習：是一個具有特定目的的知識獲取過程 是人的一種本能。不同人的學習方法、能力不同 自適應：是一種通

6、過自我調節(jié)適應外界環(huán)境的過程 是人的一種本能。不同人的適應能力不同行為能力 含義：是人們對感知到的外界信息作出動作反應的能力 信息來源：由感知直接獲得的外界信息 經過思維加工后的信息 實現(xiàn)過程：通過脊髓來控制 由語言、表情、體姿等來實現(xiàn),一、何謂人工智能：智能 What is Artificial Intelligence：intelligence,綜合各種不同觀點，可從能力和學科兩個方面討論能力方面 人工智能就是用人工的方法在機器（計算機）上實現(xiàn)的智能，或稱機器智能學科方面 是一門研究如何構造智能機器或智能系統(tǒng)，以模擬、延伸和擴展人類智能的學科Turing測試 如下圖所示。能分辨出人和機器的

7、概率小于50%Turing測試存在的問題 僅反映了結果的比較，沒涉及思維過程 沒指出是什么人,測試主持人,被測機器,被測人,小于50%？,Turing測試，1950,一、何謂人工智能：圖靈測試 What is Artificial Intelligence：The Turing Test,測試主持人,被測機器,被測人,小于50%？,Turing測試，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,一個對中文一竅不通的，以英語作母語的人被關閉在一只有兩個通口的封閉房間中。房間里有一本用英文寫成，從形式上說明中文文字句法和文法組合規(guī)則的手冊，以及一大堆中文符號。房外的人不斷向房間內遞進用中文寫成的問題。房內的人便按照手冊的說明，將中文符號組合成對問題的解答，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 What is Artificial Intelligence：goals,遠期目標 揭示人類智能的根本機

9、理，用智能機器去模擬、延伸和擴展人類的智能 涉及到腦科學、認知科學、計算機科學、系統(tǒng)科學、控制論等多種學科，并依賴于它們的共同發(fā)展近期目標 研究如何使現(xiàn)有的計算機更聰明，即使它能夠運用知識去處理問題，能夠模擬人類的智能行為。相互關系 遠期目標為近期目標指明了方向 近期目標則為遠期目標奠定了理論和技術基礎,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，聊天的機器，會說話的頭（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，羅薩姆的萬能機器人。劇中的人造勞動者取名為Robota，捷克語的意思是“苦力”、“奴隸”。英語的Robot一詞就是由此而來的，以后世界各國都用Robot作為機器人的代名詞。,Robot：機器人,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,技術發(fā)展,5thc B.C. 亞里士多德，演繹邏輯,1642，帕斯卡，加法機,1694，萊布尼茲，計算機器,一、何謂人工智能：歷史上的嘗試 What is Artificial Intelligence： Historical Attempts,技術發(fā)展,1834，巴貝奇，分析機（差分機）,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，邏輯運算,chocolate and nuts and mint,一、何謂人工智能：計算機的發(fā)明 What is Artificial Intelligence： computer,1945 ENIAC Electronic Numerical Integrator and Computer,一、何謂人工智能：計算機的發(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時間：1956年夏季地點：達特莫斯 (Dartmouth) 大學目的：為使計算機變得更“聰明” ，或者說使計算機具有智能發(fā)起人： 麥卡錫(J.McCarthy） ，Dartmouth的年輕數學家、計算機專家，后為 MIT教授 明斯基(M.L.Minsky），哈佛大學數學家、神經學家，后為MIT教授 洛切斯特(N.Lochester)， IBM公司信息中心負責人 香農(C.E.Shannon)，貝爾實驗室信息

15、部數學研究員參加人： 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)，卡內基(Carnagie)工科大學會議結果： 由麥卡錫提議正式采用了“Artificial Intelligence”這一術語,一、何謂人工智能：早期研究 What is Artificial Intelligence： early research on A.I.,心理學小組：1957年，紐厄爾、肖(J.Shaw)和西蒙等人的心理學小組研制了

16、稱為邏輯理論機(簡稱LT)的數學定理證明程序。 1960年研制了通用問題求解程序。該程序當時可解決11種類型的問題，如不定積分、三角函數、代數方程、猴子摘香蕉、河內梵塔、人羊過河等。 IBM工程小組：1956年，塞繆爾在IBM704計算機上研制成功了具有自學習、自組織和自適應能力的西洋跳棋程序。這個程序可以從棋譜中學習，也可以在下棋過程中積累經驗、提高棋藝。通過不斷學習，該程序1959年擊敗了塞繆爾本人，1962年又擊敗了一個州的冠軍。MIT小組：1958年，麥卡西建立了行動規(guī)劃咨詢系統(tǒng)。 1960年，麥卡西又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，

17、推動了人工智能的發(fā)展。其他方面：1965年，魯賓遜(J.A.Robinson)提出了歸結（消解）原理。 1965年，費根鮑姆開始研究化學專家系統(tǒng)DENDRAL。,一、何謂人工智能：挫折 What is Artificial Intelligence： frustration,失敗的預言： 60年代初，西蒙預言：10年內計算機將成為世界冠軍、將證明一個未發(fā)現(xiàn)的數學定理、將能譜寫出具有優(yōu)秀作曲家水平的樂曲、大多數心理學理論將在計算機上形成。 挫折和教訓 在博弈方面，塞繆爾的下棋程序在與世界冠軍對弈時，5局敗了4局。 在定理證明方面，發(fā)現(xiàn)魯賓遜歸結法的能力有限。當用歸結原理證明兩個連續(xù)函數之和還是連

18、續(xù)函數時，推了10萬步也沒證出結果。 在問題求解方面，對于不良結構，會產生組合爆炸問題。 在機器翻譯方面，發(fā)現(xiàn)并不那么簡單，甚至會鬧出笑話。例如，把“心有余而力不足”的英語句子翻譯成俄語，再 翻譯回來時竟變成了“酒是好的，肉變質了” 在神經生理學方面，研究發(fā)現(xiàn)人腦有1011-12以上的神經元，在現(xiàn)有技術條件下用機器從結構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題。在英國，劍橋大學的詹姆教授指責“人工智能研究不是騙局，也是庸人自擾” 。從此，形勢急轉直下，在全世界范圍內人工智能研究陷入困境、落入低谷。,一、何謂人工智能：以知識為中心的研究 What is Artificia

19、l Intelligence： knowledge-oriented researches,以知識為中心的研究： 專家系統(tǒng)實現(xiàn)了人工智能從理論研究走向實際應用，從一般思維規(guī)律探討走向專門知識運用的重大突破，是AI發(fā)展史上的一次重要轉折。 1972年，費根鮑姆開始研究MYCIN專家系統(tǒng)，并于1976年研制成功。從應用角度看，它能協(xié)助內科醫(yī)生診斷細菌感染疾病，并提供最佳處方。從技術角度看，他解決了知識表示、不精確推理、搜索策略、人機聯(lián)系、知識獲取及專家系統(tǒng)基本結構等一系列重大技術問題。 1976年，斯坦福大學的杜達(R.D.Duda)等人開始研制地質勘探專家系統(tǒng)PROSPECTOR 這一時期，與專家系統(tǒng)同時發(fā)展的重要領域還有計算機視覺和機器人，自然語言理解與機器翻譯等。 新的問題： 專家系統(tǒng)本身所存在的應用領域狹窄、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)存數據庫等問題被逐漸暴露出來。,一、何謂人工智能：從學派分立到綜合 What is Artificial Intelligence： synthesis,20世紀80年代到本世紀初人工智能研究形成了三大學派： 隨著人工神經網絡的再度興起和布魯克（R.A.Brooks）的機器蟲的出現(xiàn)，人工智能研究形成了符號主義、連接主義和行為主義三大學派。 符號主義學派 是指基于符號運算的人工