人工智能-第1章 绪论

1,人工智能,第1章 绪论,海军工程大学 贲可荣,2,教材人工智能(第二版),普通高等教育“十一五”和“十二五”国家级规划教材 高等学校计算机教育规划教材贲可荣 张彦铎 编著 陈志刚 审电话 643985（O）13871164789,3,参考书,Artificial Intelligence: Structures and Strategies for Complex Problem Solving (6th Edition) George F. Luger,人工智能原理与考试指导（第二版） 张仰森，高等教育出版社，2004 学校图书馆,4,人工智能自诞生之日起就引起人们无限美丽的想象和憧憬； 已经成为学科交叉发展中的一盏明灯,光芒四射； 但其理论起伏跌宕，也存在争议和误解。,5,1.1 人工智能的定义与发展 1.2 人类智能与人工智能 1.2.1 智能信息处理系统的假设 1.2.2 人类智能的计算机模拟 1.3 人工智能各学派的认知观 1.4 人工智能的研究与应用领域 1.4.1 智能感知 1.4.2 智能推理 1.4.3 智能学习 1.4.4 智能行动 1.5 未来50年的人工智能问题 1.6 人工智能与新军事变革,6,人工智能 (A.I.: Artificial Intelligence),华纳兄弟公司(Warner Brothers, USA)2001年出品 主演： 海利-乔-奥斯蒙特(Haley Joel Osment) 裘德-洛(Jude Law) 弗朗西斯-奥康娜(Frances O'Connor) 萨姆-罗伯兹(Sam Robards) 导演：斯蒂文-斯皮尔伯格(Steven Spielberg) 编剧：斯蒂文-斯皮尔伯格(Steven Spielberg) 类型：科幻片,7,1.1 人工智能的定义与发展,人类的许多活动，如下棋、竞技、解题、游戏、规划和编程，甚至驾车和骑车都需要“智能”。 如果机器能够执行这种任务，就可以认为机器已具有某种性质的“人工智能”。,3个主流学派： 逻辑学派（符号主义方法） 仿生学派（联结主义方法） 控制论学派（行为主义方法）,8,1. 定义,AI是研究理解和模拟人类智能、智能行为及其规律的一门学科。 主要任务建立智能信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人类智能行为的计算系统。 智能机器(intelligent machine)能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务的机器。,9,AI能力是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如 判断、推理、 证明、识别、 感知、理解、 通信、设计、 思考、规划、 学习和问题求解等思维活动。,10,2. 起源与发展,20世纪30年代，Frege、Whitehead、Russell和Tarski等人研究表明，推理的某些方面可以用比较简单的结构加以形式化。 Turing、Church等人给出了计算的本质刻画。,11,1956年 Dartmouth会议标志人工智能学科的诞生。 与会者有数学家、逻辑学家、认知学家、心理学家、神经生理学家和计算机科学家。3个亮点 神经网络模拟器 搜索法 定理证明器,1969年召开IJCAI 1970年International Journal of AI创刊,12,Wiener、McCulloch等人提出的控制论和自组织系统的概念集中讨论了“局部简单”系统的宏观特性。 1948年，Wiener开创了近代控制论，而且为人工智能的控制论学派(即行为主义学派)树立了新的里程碑。 控制论影响了许多领域。,Warren McCulloch,13,最终把这些不同思想连接起来的是计算机本身。 在机器的应用成为可行之后不久，人们就开始试图编写程序以解决智力测验难题、下棋以及把文本从一种语言翻译成另一种语言。,14,智能机器,5thc B.C. Aristotelian logic invented 1642 Pascal built an adding machine1694 Leibnitz reckoning machine,15,智能机器,1834 Charles BabbagesAnalytical Engine,Ada writes of the engine, “The Analytical Engine has no pretensions whatever to originate anything. It can do whatever we know how to order it to perform.”,The picture is of a model built in the late 1800s by Babbages son from Babbages drawings.,16,30多年来，人工智能的应用研究取得了重大进展。,专家系统(expert system)显示出强大的生命力。 Feigenbaum所领导的研究小组于1968年研究成功第一个专家系统DENDRAL 1972-1976年，Feigenbaum小组又开发成功MYCIN医疗专家系统,17,著名专家系统 PROSPECTOR地质勘探专家系统、 CASNET青光眼诊断治疗专家系统、 RI计算机结构设计专家系统、 MACSYMA符号积分与定理证明专家系统、 ELAS钻井数据分析专家系统 ACE电话电缆维护专家系统1977年，Feigenbaum进一步提出了知识工程(knowledge engineering)的概念。,18,AI系统的三个基本问题: 知识表示 知识利用 知识获取 人工智能系统是一个知识处理系统近十多年来，机器学习、计算智能、人工神经网络等行为主义的研究深入开展，形成高潮，这些都推动了人工智能研究的深入发展。,19,1978年 “智能模拟”纳入国家计划； 1984年召开了智能计算机及其系统的全国学术讨论会； 1986年起把智能计算机系统、智能机器人和智能信息处理(含模式识别)等重大项目列入863计划； 1993年起，又把智能控制和智能自动化等项目列入973计划。 进入21世纪后，己有更多的人工智能与智能系统研究获得各种基金计划支持。,中国,20,1981年起，相继成立了 中国人工智能学会(CAAI)、 全国高校人工智能研究会、 中国计算机学会人工智能与模式识别专业委员会（2010长沙） 中国自动化学会模式识别与机器智能专业委员会、 中国软件行业协会人工智能协会、 中国智能机器人专业委员会、 中国计算机视觉与智能控制专业委员会 中国智能自动化专业委员会等学术团体。 1989年召开CJCAI IJCAI2013：2013年8月3日-9日，北京国际会议中心,21,1987年模式识别与人工智能创刊。 国际上有影响的创造性成果，如吴文俊关于几何定理证明的“吴氏方法”。,22,8位人工智能学者获图灵奖 Marvin Minsky（1969年获奖）, John McCarthy（1971年获奖）, Herbert Simon和Allen Newell（1975年获奖）, Edward Albert Feigenbaum和 Raj Reddy（1994年获奖）。 Leslie Valiant(2010年获奖) Judea Pearl(2011年获奖),23,Leslie Valiant获得2010年图灵奖,出生于英国的理论计算机科学家、哈佛大学教授Leslie Valiant因为“对众多计算理论（包括PAC学习、枚举复杂性、代数计算和并行与分布式计算）所做的变革性的贡献”而获得最新一届计算机科学最高荣誉图灵奖。,Valiant最大的贡献是1984年的论文A Theory of the Learnable，使诞生于50年代的机器学习领域第一次有了坚实的数学基础，从而扫除了学科发展的障碍，这对人工智能诸多领域包括加强学习、机器视觉、自然语言处理和手写识别等都产生了巨大影响。可以说，没有他的贡献，IBM也不可能造出Watson这样神奇的机器来。,24,2012年3月16日消息，被誉为“计算领域诺贝尔奖”的图灵奖，2011年颁发给了UCLA的Judea Pearl教授（75岁），奖励他在人工智能领域的基础性贡献，他提出概率和因果性推理演算法，彻底改变了人工智能最初基于规则和逻辑的方向。,人工智能专家Judea Pearl获2011年图灵奖,Judea Pear毕业于 以色列理工学院Technion，在那里获得电气工程学科的学士学位。1965年，他获得了Rutgers大学的物理学硕士学位，同年获得了布鲁克林理工学院的电气工程学的博士学位。,25,AI有三次大跃进： 智能系统代替人完成部分逻辑推理工作 智能系统能够和环境交互，从运行的环境中获取信息，代替人完成包括不确定性在内的部分思维工作，通过自身的动作，对环境施加影响，并适应环境的变化。 智能系统具有类人的认知和思维能力，能够发现新的知识，去完成面临的任务,26,1.2 人类智能与人工智能,人类的认知过程是一个非常复杂的行为，人们从不同的角度对它进行研究，从而形成诸如认知生理学、认知心理学和认知工程学等相关学科。,27,1.2.1 智能信息处理系统的假设,28,一个完善的符号系统应具有下列6种基本功能：(1)输入符号(input)，(2)输出符号(output)，(3)存储符号(store)，(4)复制符号(copy)，(5)建立符号结构：通过找出各符号间的关系，在符号系统中形成符号结构，(6)条件性迁移(conditional transfer)：根据已有符号，继续完成活动过程,人和计算机具备这6种功能。,29,(1)认知生理学 (2)认知心理学 (3)认知信息学 (4)认知工程学,从4个层次对认知本质进行研究：,30,计算机的确能够很好地执行许多智能功能，如下棋、证明定理、翻译语言文字和解决难题等。 这些任务是通过编写与执行模拟人类智能的计算机程序来完成的。 这些程序只能接近于人的行为,1.2.2 人类智能的计算机模拟,IBM人机大战：2011年2月17日，鏖战三回合，IBM超级电脑沃森（Watson）完胜鸣金。,31,考虑下棋的计算机程序。 计算机程序对每个可能的走步空间进行搜索，它能够同时搜索几千种走步。 进行有效搜索的技术是人工智能的核心思想之一。当象棋大师们盯着一个棋位时，在他们的脑子里出现了很多盘重要的棋局，帮助他们决定最好的走步。,32,“IBM人机大战：超级电脑让人类智慧处于危险边缘？”中报道，2011年2月17日，鏖战三回合的人机大战硝烟散尽，IBM超级电脑沃森（Watson）完胜鸣金。 两名对手肯·詹宁斯和布拉德·鲁特尔，前者是曾连赢74场的答题王，创下连赢场数最多纪录；后者是获得奖金总额最高选手，总数达325万美元之多。,33,1.3 人工智能各学派的认知观,AI的主要学派： (l)符号主义 (2)连接主义 (3)行为主义,34,1.符号主义学派,认知基元是符号，智能行为通过符号操作来实现,以Robinson提出的归结原理为基础，以LISP和Prolog语言为代表； 着重问题求解中启发式搜索和推理过程，在逻辑思维的模拟方面取得成功，如自动定理证明和专家系统。,35,人工智能源于数理逻辑。 数理逻辑和计算机科学具有完全相同的宗旨。 数理逻辑试图找出构成人类思维或计算的最基础的机制，例如推理中的代换、匹配、分离，计算中的运算、迭代、递归。 计算机程序设计则是要把问题的求解归结于程序设计语言的几条基本语句，甚至归结于一些极其简单的机器操作指令。,36,数理逻辑的形式化方法又和计算机科学不谋而合。 计算机系统本身，它的硬件、软件都是一种形式系统，它们的结构都可以形式地描述； 程序设计语言更是不折不扣的形式语言系统。 要研究计算机、开发种种程序设计语言，没有形式化知识和形式化能力是难以取得出色的成果的。,