【教学课件】第1章人工智能概述.ppt

第 1 章 人工智能概述 第 1 章 人工智能概述 1.1 什么是人工智能什么是人工智能 1.2 人工智能的研究意义、目标和策略人工智能的研究意义、目标和策略1.3 人工智能的学科范畴人工智能的学科范畴 1.4 人工智能的研究内容人工智能的研究内容 1.5 人工智能的研究途径与方法人工智能的研究途径与方法 1.6 人工智能的基本技术人工智能的基本技术 1.7 人工智能的应用人工智能的应用 1.8 人工智能的分支领域与研究方向人工智能的分支领域与研究方向 1.9 人工智能的发展概况人工智能的发展概况 习题一习题一 第 1 章 人工智能概述 1.1 什么是人工智能什么是人工智能 1.1.1 1.1.1 人工智能概念的一般描述人工智能概念的一般描述顾名思义,人工智能就是人造智能,其英文表示是“Artificial Intelligence”,简称AI人工智能”一词目前是指用计算机模拟或实现的智能,因此人工智能又称机器智能当然,这只是对人工智能的字面解释或一般解释关于人工智能的科学定义,学术界目前还没有统一的认识下面是部分学者对人工智能概念的描述,可以看做是他们各自对人工智能所下的定义第 1 章 人工智能概述 人工智能是那些与人的思维相关的活动,诸如决策、问题求解和学习等的自动化(Bellman,1978年)。

人工智能是一种计算机能够思维,使机器具有智力的激动人心的新尝试(Haugeland,1985年)人工智能是研究如何让计算机做现阶段只有人才能做得好的事情(Rich Knight,1991年)人工智能是那些使知觉、推理和行为成为可能的计算的研究(Winston,1992年)第 1 章 人工智能概述 广义地讲,人工智能是关于人造物的智能行为,而智能行为包括知觉、推理、学习、交流和在复杂环境中的行为(Nilsson,1998年)Stuart Russell和Peter Norvig则把已有的一些人工智能定义分为4类:像人一样思考的系统、像人一样行动的系统、理性地思考的系统、理性地行动的系统(2003年)第 1 章 人工智能概述 可以看出,这些定义虽然都指出了人工智能的一些特征,但用它们却难以界定一台计算机是否具有智能因为要界定机器是否具有智能,必然要涉及到什么是智能的问题,但这却是一个难以准确回答的问题所以,尽管人们给出了关于人工智能的不少说法,但都没有完全或严格地用智能的内涵或外延来定义人工智能第 1 章 人工智能概述 1.1.2 1.1.2 图灵测试和中文屋子图灵测试和中文屋子关于如何界定机器智能,早在人工智能学科还未正式诞生之前的1950年,计算机科学创始人之一的英国数学家阿兰图灵(Alan Turing)就提出了现称为“图灵测试”(Turing Test)的方法。

简单来讲,图灵测试的做法是:让一位测试者分别与一台计算机和一个人进行交谈(当时是用电传打字机),而测试者事先并不知道哪一个被测者是人,哪一个是计算机如果交谈后测试者分不出哪一个被测者是人,哪一个是计算机,则可以认为这台被测的计算机具有智能第 1 章 人工智能概述 对于“图灵测试”,美国哲学家约翰西尔勒(John Searle,1980年)提出了异议他用一个现在称为“中文屋子”的假设,试图说明即便是一台计算机通过了图灵测试,也不能说它就真的具有智能中文屋子假设是说:有一台计算机阅读了一段故事并且能正确回答相关问题,这样这台计算就通过了图灵测试而西尔勒设想将这段故事和问题改用中文描述(因为他本人不懂中文),然后将自己封闭在一个屋子里,代替计算机阅读这段故事并且回答相关问题描述这段故事和问题的一连串中文符号只能通过一个很小的缝隙被送到屋子里西尔勒则完全按照原先计算机程序的处理方式和过程(如符号匹配、查找、照抄等)对这些符号串进行操作,然后把得到的结果即问题答案通过小缝隙送出去西尔勒认为尽管计算机用这种符号处理方式也能正确回答问题,并且也可通过图灵测试,但仍然不能说计算机就有了智能第 1 章 人工智能概述 1.1.3 1.1.3 脑智能和群智能脑智能和群智能群智能是有别于脑智能的。

事实上,它们是属于不同层次的智能脑智能是一种个体智能(Individual Intelligence,II),而群智能是一种社会智能(Social Intelligence,SI),或者说是系统智能(System Intelligence,SI)但对于人脑来说,宏观心理(或者语言)层次上的脑智能与神经元层次上的群智能又有密切的关系正是微观生理层次上低级的神经元的群智能形成了宏观心理层次上高级的脑智能(但二者之间的具体关系如何,却仍然是个迷,这个问题的解决需要借助于系统科学)第 1 章 人工智能概述 1.1.4 1.1.4 符号智能和计算智能符号智能和计算智能1.1.符号智能符号智能符号智能就是符号人工智能,它是模拟脑智能的人工智能,也就是所说的传统人工智能或经典人工智能符号智能以符号形式的知识和信息为基础,主要通过逻辑推理，运用知识进行问题求解符号智能的主要内容包括知识获取(knowledge acquisition)、知识表示(knowledge representation)、知识组织与管理和知识运用等技术(这些构成了所谓的知识工程(Knowledge Engineering,KE)以及基于知识的智能系统等。

第 1 章 人工智能概述 2.2.计算智能计算智能计算智能就是计算人工智能,它是模拟群智能的人工智能计算智能以数值数据为基础,主要通过数值计算，运用算法进行问题求解计算智能的主要内容包括:神经计算(Neural Computation,NC)、进 化 计 算(亦 称 演 化 计 算,Evolutionary Computation,EC,包 括 遗 传 算 法(Genetic Algorithm,GA)、进化规划(Evolutionary Planning,EP)、进化策略(Evolutionary Strategies,ES)等)、免疫计算(immune computation)、粒群算法(Particle Swarm Algorithm,PSA)、蚁群算法(Ant Colony Algorithm,ACA)、自然计算(Natural Computation,NC)以及人工生命(Artificial Life,AL)等计算智能主要研究各类优化搜索算法,是当前人工智能学科中一个十分活跃的分支领域第 1 章 人工智能概述 1.2 人工智能的研究意义、目标和策略人工智能的研究意义、目标和策略 1.2.1 1.2.1 为什么要研究人工智能为什么要研究人工智能我们知道,计算机是迄今为止最有效的信息处理工具,以至于人们称它为“电脑”。

但现在的普通计算机系统的智能还相当低下,譬如缺乏自适应、自学习、自优化等能力,也缺乏社会常识或专业知识等,而只能是被动地按照人们为它事先安排好的工作步骤进行工作因而它的功能和作用就受到很大的限制,难以满足越来越复杂和越来越广泛的社会需求既然计算机和人脑一样都可进行信息处理,那么是否能让计算机同人脑一样也具有智能呢？这正是人们研究人工智能的初衷第 1 章 人工智能概述 研究人工智能也是当前信息化社会的迫切要求我们知道,人类社会现在已经进入了信息化时代信息化的进一步发展,就必须有智能技术的支持例如,当前迅速发展着的互联网(Internet)、万维网(WWW)和网格(Grid)就强烈地需要智能技术的支持也就是说,人工智能技术在Internet、WWW和Grid上将发挥重要作用智能化也是自动化发展的必然趋势自动化发展到一定水平,再向前发展就必然是智能化事实上,智能化将是继机械化、自动化之后,人类生产和生活中的又一个技术特征第 1 章 人工智能概述 1.2.2 1.2.2 人工智能的研究目标和策略人工智能的研究目标和策略 人工智能作为一门学科,其研究目标就是制造智能机器和智能系统,实现智能化社会。

具体来讲,就是要使计算机不仅具有脑智能和群智能,还要具有看、听、说、写等感知和交流能力简言之,就是要使计算机具有自主发现规律、解决问题和发明创造的能力,从而大大扩展和延伸人的智能,实现人类社会的全面智能化人工智能学科的研究策略则是先部分地或某种程度地实现机器的智能,并运用智能技术解决各种实际问题特别是工程问题,从而使现有的计算机更灵活、更好用和更有用,成为人类的智能化信息处理工具,从而逐步扩展和不断延伸人的智能,逐步实现智能化第 1 章 人工智能概述 1.3 人工智能的学科范畴人工智能的学科范畴 现在,人工智能已构成信息技术领域的一个重要学科因为该学科研究的是如何使机器(计算机)具有智能或者说如何利用计算机实现智能的理论、方法和技术,所以,当前的人工智能既属于计算机科学技术的一个前沿领域,也属于信息处理和自动化技术的一个前沿领域但由于其研究内容涉及到“智能”,因此,人工智能又不局限于计算机、信息和自动化等学科,还涉及到智能科学、认知科学、心理科学、脑及神经科学、生命科学、语言学、逻辑学、行为科学、教育科学、系统科学、数理科学以及控制论、哲学甚至经济学等众多学科领域所以,人工智能实际上是一门综合性的交叉学科和边缘学科。

第 1 章 人工智能概述 1.4 人工智能的研究内容人工智能的研究内容 1.4.1 1.4.1 搜索与求解搜索与求解所谓搜索,就是为了达到某一目标而多次地进行某种操作、运算、推理或计算的过程事实上,搜索是人在求解问题时而不知现成解法的情况下所采用的一种普遍方法这可以看做是人类和其他生物所具有的一种元知识另一方面,人工智能的研究实践也表明,许多问题(包括智力问题和实际工程问题)的求解都可以描述为或者归结为对某种图或空间的搜索问题进一步人们发现,许多智能活动(包括脑智能和群智能)的过程,甚至几乎所有智能活动的过程,都可以看做或者抽象为一个基于搜索的问题求解过程因此,搜索技术就成为人工智能最基本的研究内容第 1 章 人工智能概述 1.4.2 1.4.2 学习与发现学习与发现学习与发现是指机器的知识学习和规律发现事实上,经验积累能力、规律发现能力和知识学习能力都是智能的表现那么,要实现人工智能就应该赋予机器这些能力因此,关于机器的学习和发现技术就是人工智能的重要研究内容第 1 章 人工智能概述 1.4.3 1.4.3 知识与推理知识与推理我们知道“知识就是力量”在人工智能中,人们则更进一步领略到了这句话的深刻内涵。

的确,对智能来说,知识太重要了,以致可以说“知识就是智能”事实上,能发现客观规律是一种有智能的表现,能运用知识解决问题也是有智能的表现,而且是最为基本的一种表现而发现规律和运用知识本身还需要知识因此可以说,知识是智能的基础和源泉所以,要实现人工智能,计算机就必须拥有知识和运用知识的能力为此,就要研究面向机器的知识表示形式和基于各种表示的机器推理技术知识表示要求便于计算机的接受、存储、处理和运用,机器的推理方式与知识的表示又息息相关由于推理是人脑的一个基本功能和重要功能,因此,在符号智能中几乎处处都与推理有关第 1 章 人工智能概述 1.4.4 1.4.4 发明与创造发明与创造这里的发明创造是广义的,它既包括我们通常所说的发明创造,如机器、仪器、设备等的发明和革新,也包括创新性软件、方案、规划、设计等的研制和技术、方法的创新以及文学、艺术的创作,还包括思想、理论、法规的建立和创新等等我们知道,发明创造不仅需要知识和推理,还需要想象和灵感它不仅需要逻辑思维,而且还需要形象思维所以,这个领域应该说是人工智能中最富挑战性的一个研究领域目前,人们在这一领域已经开展了一些工作,并取得了一些成果,例如已展开了关于形象信息的认知理论、计算模型和应用技术的研究,已开发出了计算机辅助创新软件,还尝试用计算机进行文艺创作等等。

但总的来讲,原创性的机器发明创造进展甚微,甚至还是空白第 1 章 人工智能概述 1.4.5 1.4.5 感知与交。