人工智能课件：AI1章概述.ppt

1、1人工智能人工智能Artificial Intelligence；简称；简称AI主讲老师：周雄辉主讲老师：周雄辉Tel: 13349913458QQ: 397653252Mail:办公室：逸夫楼办公室：逸夫楼C418教学安排 理论：16*2 考试：期末闭卷理论考试2/56作业平时表现课程成绩AB期末考试C中期考试作业和平时表现：30%期末考试：70%课程要求：课程要求：4 人工智能原理及其应用（第三版），王万人工智能原理及其应用（第三版），王万森著，电子工业出版社森著，电子工业出版社. .&教材人工智能及其应用（第4版），蔡自兴等，清华大学出版社。Artificial Intelligence

2、: A Modern Approach&参考教材使用的教材和主要参考书先看一个AI领域的一个最新进展 http:/ 56人工智能的基本内容人工智能的基本内容人工智能基本概念、方法和技术人工智能基本概念、方法和技术 基本技术：基本技术：知识表示、推理、搜索、规划知识表示、推理、搜索、规划人工智能的主要研究、应用领域人工智能的主要研究、应用领域 机器感知：机器感知：机器视觉；机器听觉；自然语言理解；机器翻译机器视觉；机器听觉；自然语言理解；机器翻译 机器思维：机器思维：机器推理机器推理 机器学习：机器学习：符号学习；连接学习符号学习；连接学习 机器行为：机器行为：智能控制智能控制 智能机器：智能机

3、器：智能机器人；机器智能智能机器人；机器智能 智能应用：智能应用：机器博弈；自动定理证明机器博弈；自动定理证明 专家系统；智能决策；智能检索；智能专家系统；智能决策；智能检索；智能CAD 智能交通；智能电力；智能产品；智能建筑等智能交通；智能电力；智能产品；智能建筑等 人工智能新技术人工智能新技术 计算智能：计算智能：神经计算；模糊计算；进化计算；自然计算神经计算；模糊计算；进化计算；自然计算 分布智能：分布智能：多多Agent系统系统 群集智能：群集智能：蚁群算法；粒群算法蚁群算法；粒群算法 集成智能：集成智能：脑机接口（即脑机接口（即BCI）一个新兴的一个新兴的“智能科学与技术学科智能科学

4、与技术学科”正在兴起正在兴起7本课程的主要内容本课程的主要内容第第1章：人工智能概述章：人工智能概述 基本概念，；产生与发展；基本内容；不同学派；研究和应用领域；现状与思考基本概念，；产生与发展；基本内容；不同学派；研究和应用领域；现状与思考第第2章：确定性知识系统章：确定性知识系统 确定性知识确定性知识 概述；确定性知识表示；确定性知识推理；确定性知识系统简例概述；确定性知识表示；确定性知识推理；确定性知识系统简例第第3章：搜索策略章：搜索策略 搜索概述；搜索的盲目策略；状态空间的启发式搜索；与搜索概述；搜索的盲目策略；状态空间的启发式搜索；与/或树的启发式搜索；博或树的启发式搜索；博弈树的

5、启发式搜索弈树的启发式搜索第第4章：计算智能章：计算智能 计算智能概述；神经计算；进化计算；模糊计算；粗糙集计算智能概述；神经计算；进化计算；模糊计算；粗糙集第第5章：不确定性推理章：不确定性推理 不确定推理概述；可信度推理；主观不确定推理概述；可信度推理；主观Bayese推理；证据理论；模糊推理；概率推理推理；证据理论；模糊推理；概率推理第第6章：符号学习章：符号学习 符号学习概述；记忆学习；示例学习；决策树学习；统计学习符号学习概述；记忆学习；示例学习；决策树学习；统计学习第第7章：联结学习章：联结学习 联结学习概述；感知器学习；联结学习概述；感知器学习；BP网络学习；网络学习；Hopfi

6、eld网络学习网络学习第第8章：章： 分布智能分布智能 分布智能概述；分布智能概述；Agent的结构；多的结构；多Agent系统，移动系统，移动Agent第第9章：智能应用简介章：智能应用简介 自然语言理解简介；专家系统简介自然语言理解简介；专家系统简介8第第1章章 人工智能概述人工智能概述1.1 AI的基本概念的基本概念 智能的概念智能的概念 人工智能的概念人工智能的概念 人工智能的研究目标人工智能的研究目标1.2 AI的产生于发展的产生于发展1.3 AI研究的基本内容研究的基本内容1.4 AI研究中的不同学派研究中的不同学派1.5 AI的研究和应用领域的研究和应用领域1.6 AI的现状与思

7、考的现状与思考91.1.1 智能的概念智能的概念1. 自然智能自然智能自然智能自然智能 指人类和一些动物所具有的智力和行为能力指人类和一些动物所具有的智力和行为能力人类的自然智能（简称智能）人类的自然智能（简称智能） 指人类在认识客观世界中，由思维过程和脑力活动所表现出的综合能力指人类在认识客观世界中，由思维过程和脑力活动所表现出的综合能力智能智能(自然智能自然智能)现象：现象： 1、人是怎样思考问题的？例如：树上还有几只鸟？（常识推理）、人是怎样思考问题的？例如：树上还有几只鸟？（常识推理） 2、人是怎样横穿马路的？（常识推理和逻辑问题的形象处理）、人是怎样横穿马路的？（常识推理和逻辑问题的

8、形象处理） 3、人是怎样识别景物的？例如：小孩能认识谁是妈妈？（形象思维）、人是怎样识别景物的？例如：小孩能认识谁是妈妈？（形象思维） 4、人是怎样实现感知、学习、思维等的？（神经系统的心智活动）、人是怎样实现感知、学习、思维等的？（神经系统的心智活动） 5、人是怎样产生情绪、情感的？（神经系统的心理过程）、人是怎样产生情绪、情感的？（神经系统的心理过程） 定义智能的困难定义智能的困难 从结构上，人脑有从结构上，人脑有1011-12 量级的神经元，广泛分布并行的巨复杂系统量级的神经元，广泛分布并行的巨复杂系统 从功能上，人脑具有记忆、思维、观察、分析等能力从功能上，人脑具有记忆、思维、观察、分

9、析等能力 其严格定义，有待于人脑奥秘的揭示，进一步认识其严格定义，有待于人脑奥秘的揭示，进一步认识101.1.1 何谓智能何谓智能2.智能的不同观点和层次结构智能的不同观点和层次结构认识智能的不同观点认识智能的不同观点 思维理论：思维理论：智能来源于思维活动，智能的核心是思维，人的一切知识都是智能来源于思维活动，智能的核心是思维，人的一切知识都是思维的产物。可望通过对思维规律和思维方法的研究，来揭示智能的本质。思维的产物。可望通过对思维规律和思维方法的研究，来揭示智能的本质。 知识阈值理论：知识阈值理论：智能取决于知识的数量及其可运用程度。一个系统所具有智能取决于知识的数量及其可运用程度。一个

10、系统所具有的可运用知识越多，其智能就会越高。的可运用知识越多，其智能就会越高。 进化理论：进化理论：是美国是美国MIT的的Brooks在对人造机器虫研究的基础上提出来的。在对人造机器虫研究的基础上提出来的。智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境的适应，智能不需要知识、智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境的适应，智能不需要知识、不需要表示、不需要推理，智能可由逐步进化来实现。不需要表示、不需要推理，智能可由逐步进化来实现。智能的层次结构智能的层次结构 高层智能：高层智能：以大脑皮层（抑制中枢）为主，主要完成记忆、思维等活动。以大脑皮层（抑制中枢）为主，主要完成记忆、思维等活动。 中层智

11、能：中层智能：以丘脑（或称间脑，感觉中枢）为主，主要完成感知活动。以丘脑（或称间脑，感觉中枢）为主，主要完成感知活动。 低层智能：低层智能：以小脑、脊髓为主，主要完成动作反应活动。以小脑、脊髓为主，主要完成动作反应活动。不同观点与层次结构的对应关系不同观点与层次结构的对应关系 思维理论思维理论 知识阈值理论知识阈值理论进化理论进化理论 中层智能和低层智能中层智能和低层智能高层智能高层智能大脑大脑间脑间脑脊髓脊髓小脑小脑111.1.1 何谓智能何谓智能3. 智能包含的能力（智能包含的能力（1/2）感知能力感知能力 通过感知器官感知外界的能力。是人类获得外界信息的基本途径，其处理通过感知器官感知外

12、界的能力。是人类获得外界信息的基本途径，其处理方式有以下两种：方式有以下两种： 感知感知-动作方式：动作方式：对简单、紧急信息对简单、紧急信息 感知感知-思维思维-动作方式：动作方式：对复杂信息对复杂信息 记忆和思维能力记忆和思维能力 记忆：记忆：对感知到的外界信息和由思维产生的内部知识的存储过程对感知到的外界信息和由思维产生的内部知识的存储过程 思维：思维：对已存储信息或知识的本质属性、内部知识的认识过程对已存储信息或知识的本质属性、内部知识的认识过程 思维方式：思维方式： 抽象思维（逻辑思维）：抽象思维（逻辑思维）：根据逻辑规则对信息和知识进行处理的理性根据逻辑规则对信息和知识进行处理的理

13、性思维方式。例如，逻辑推理等思维方式。例如，逻辑推理等 形象思维（直感思维）：形象思维（直感思维）：基于形象概念，根据感性形象认识材料对客基于形象概念，根据感性形象认识材料对客观现象进行处理的一种思维方式。例如，图像、景物识别等观现象进行处理的一种思维方式。例如，图像、景物识别等 灵感思维（顿悟思维）：灵感思维（顿悟思维）：是一种显意识和潜意识相互作用的思维方式。是一种显意识和潜意识相互作用的思维方式。例如，因灵感而顿时开窍例如，因灵感而顿时开窍121.1.1 何谓智能何谓智能3. 智能包含的能力（智能包含的能力（2/2）学习和自适应能力学习和自适应能力 学习：学习：是一个具有特定目的的知识获

14、取过程是一个具有特定目的的知识获取过程 是人的一种本能。不同人的学习方法、能力不同是人的一种本能。不同人的学习方法、能力不同 自适应：自适应：是一种通过自我调节适应外界环境的过程是一种通过自我调节适应外界环境的过程 是人的一种本能。不同人的适应能力不同是人的一种本能。不同人的适应能力不同行为能力行为能力 含义：含义：是人们对感知到的外界信息作出动作反应的能力是人们对感知到的外界信息作出动作反应的能力 信息来源：信息来源：由感知直接获得的外界信息由感知直接获得的外界信息 经过思维加工后的信息经过思维加工后的信息 实现过程：实现过程：通过脊髓来控制通过脊髓来控制 由语言、表情、体姿等来实现由语言、

15、表情、体姿等来实现 131.1.2 人工智能的概念人工智能的概念1. 人工智能解释人工智能解释人工智能的一般解释人工智能的一般解释 从能力的角度：从能力的角度：人工智能是指用人工的方法在机器（计算机）上实现的智人工智能是指用人工的方法在机器（计算机）上实现的智能。能。 从学科的角度：从学科的角度：人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，去模人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，去模拟、延伸和扩展人类智能的学科。拟、延伸和扩展人类智能的学科。141.1.2 人工智能的概念人工智能的概念2. 图灵测试图灵测试测试主持人测试主持人被测机器被测机器被测人被测人能分辨出来的概能分辨出来的概

16、率小于率小于50%吗？吗？Turing测试测试 图灵测试方法是一种基于人类自身的智能去定义一个机器或系统是否具有智图灵测试方法是一种基于人类自身的智能去定义一个机器或系统是否具有智能的方法能的方法。151.1.3 人工智能的研究目标人工智能的研究目标远期目标远期目标 揭示人类智能的根本机理，用智能机器去模拟、延伸和扩揭示人类智能的根本机理，用智能机器去模拟、延伸和扩展人类的智能展人类的智能 涉及到脑科学、认知科学、计算机科学、系统科学、控制涉及到脑科学、认知科学、计算机科学、系统科学、控制论等多种学科，并依赖于它们的共同发展论等多种学科，并依赖于它们的共同发展近期目标近期目标 研究如何使现有的

17、计算机更聪明，即使它能够运用知识去研究如何使现有的计算机更聪明，即使它能够运用知识去处理问题，能够模拟人类的智能行为。处理问题，能够模拟人类的智能行为。相互关系相互关系 远期目标为近期目标指明了方向远期目标为近期目标指明了方向 近期目标则为远期目标奠定了理论和技术基础近期目标则为远期目标奠定了理论和技术基础16第第1章章 人工智能概述人工智能概述1.1 AI的基本概念的基本概念1.2 AI的产生与发展的产生与发展 孕育期孕育期（1956年以前）年以前） 形成期形成期（1956-1970年）年） 知识应用期知识应用期（1970- 20世纪世纪80年代末）年代末） 从学派分立走向综合从学派分立走向

18、综合（20世纪世纪80年代末到本世纪初）年代末到本世纪初） 智能科学技术学科的兴起智能科学技术学科的兴起（本世纪初以来）（本世纪初以来）1.3 AI研究的基本内容研究的基本内容1.4 AI研究的不同学派研究的不同学派1.5 AI的研究应用领域的研究应用领域1.6 AI现状与思考现状与思考171.2.1 孕育期孕育期1. 孕育孕育(1956年以前年以前) 自远古以来，人类就有用机器代替人们脑力劳动的的幻想：自远古以来，人类就有用机器代替人们脑力劳动的的幻想：公元前公元前900多年多年我国有歌舞机器人流传的记载。我国有歌舞机器人流传的记载。 亚里斯多德（公元前亚里斯多德（公元前384322）：）：

19、古希腊伟大的哲学家和思想家，创立古希腊伟大的哲学家和思想家，创立了演绎法。了演绎法。 莱布尼茨莱布尼茨(16461716)：德国数学家和哲学家把形式逻辑符号化，奠定了德国数学家和哲学家把形式逻辑符号化，奠定了数理逻辑的基础数理逻辑的基础 图灵图灵(19121954)：英国数学家，英国数学家，1936年创立了自动机理论，自动机理论年创立了自动机理论，自动机理论亦称图灵机，是一个理论计算机模型。亦称图灵机，是一个理论计算机模型。 莫克利莫克利(19071980)：美国数学家、电子数字计算机的先驱，他与埃克美国数学家、电子数字计算机的先驱，他与埃克特特(J.P.Eckert)合作，合作，1946年研

20、制成功了世界上第一台通用电子计算机年研制成功了世界上第一台通用电子计算机ENIAC 麦克洛奇和皮兹：麦克洛奇和皮兹：美国神经生理学家，于美国神经生理学家，于1943年建成了第一个神经网络模型年建成了第一个神经网络模型(MP模型模型)。 维纳维纳18741956) ：美国著名数学家、控制论创始人。美国著名数学家、控制论创始人。1948年创立了控制论年创立了控制论。控制论向人工智能的渗透，形成了行为主义学派。控制论向人工智能的渗透，形成了行为主义学派。 图灵又于图灵又于1950年，年，发表题为发表题为计算机能思维吗？计算机能思维吗？的著名论文，明确提出的著名论文，明确提出了了“机器能思维机器能思维

21、”的观点。的观点。 这些，这些，都为人工智能的诞生准备了必要的思想、理论和物质技术条件。都为人工智能的诞生准备了必要的思想、理论和物质技术条件。181.2.2 形成期形成期1. 诞生诞生AI诞生于一次历史性的聚会诞生于一次历史性的聚会时间：时间：1956年夏季年夏季地点：地点：达特莫斯达特莫斯 (Dartmouth) 大学大学目的：目的：为使计算机变得更为使计算机变得更“聪明聪明” ，或者说使计算机具有智能，或者说使计算机具有智能发起人：发起人： 麦卡锡麦卡锡(J.McCarthy） ，Dartmouth的年轻数学家、计算机专家，后为的年轻数学家、计算机专家，后为MIT教授教授 明斯基明斯基(

22、M.L.Minsky），哈佛大学数学家、神经学家，后为），哈佛大学数学家、神经学家，后为MIT教授教授 洛切斯特洛切斯特(N.Lochester)， IBM公司信息中心负责人公司信息中心负责人 香农香农(C.E.Shannon)，贝尔实验室信息部数学研究员，贝尔实验室信息部数学研究员参加人：参加人： 莫尔莫尔(T.more)、塞缪尔、塞缪尔(A.L.Samuel)， IBM公司公司 塞尔夫里奇塞尔夫里奇(O.Selfridge)、索罗蒙夫、索罗蒙夫(R.Solomonff) ， MIT 纽厄尔纽厄尔(A.Newell)，兰德，兰德(RAND)公司公司 西蒙西蒙(H.A.Simon)，卡内基，卡

23、内基(Carnagie)工科大学工科大学会议结果：会议结果： 由麦卡锡提议正式采用了由麦卡锡提议正式采用了“Artificial Intelligence”这一术语这一术语191.2.2 形成期形成期2. 早期研究早期研究 心理学小组：心理学小组：1957年，纽厄尔、肖年，纽厄尔、肖(J.Shaw)和西蒙等人的心理学小组研制和西蒙等人的心理学小组研制了称为逻辑理论机了称为逻辑理论机(简称简称LT)的数学定理证明程序。的数学定理证明程序。 1960年研制了通用问题求解程序。该程序当时可解决年研制了通用问题求解程序。该程序当时可解决11种类型的问题，如种类型的问题，如不定积分、三角函数、代数方程、

24、猴子摘香蕉、河内梵塔、人不定积分、三角函数、代数方程、猴子摘香蕉、河内梵塔、人羊过河等。羊过河等。 IBM工程小组：工程小组：1956年，塞缪尔在年，塞缪尔在IBM704计算机上研制成功了具有自学习计算机上研制成功了具有自学习、自组织和自适应能力的西洋跳棋程序。这个程序可以从棋谱中学习，也可、自组织和自适应能力的西洋跳棋程序。这个程序可以从棋谱中学习，也可以在下棋过程中积累经验、提高棋艺。通过不断学习，该程序以在下棋过程中积累经验、提高棋艺。通过不断学习，该程序1959年击败了年击败了塞缪尔本人，塞缪尔本人，1962年又击败了一个州的冠军。年又击败了一个州的冠军。 MIT小组：小组：1958年

25、，麦卡西建立了行动规划咨询系统。年，麦卡西建立了行动规划咨询系统。 1960年，麦卡西又研制了人工智能语言年，麦卡西又研制了人工智能语言LISP。 1961年，明斯基发表了年，明斯基发表了“走向人工智能的步骤走向人工智能的步骤”的论文，推动了人工智能的论文，推动了人工智能的发展。的发展。 其他方面：其他方面：1965年，鲁宾逊年，鲁宾逊(J.A.Robinson)提出了归结（消解）原理。提出了归结（消解）原理。 1965年，费根鲍姆开始研究化学专家系统年，费根鲍姆开始研究化学专家系统DENDRAL。201.2.3 知识应用期知识应用期1. 挫折和教训挫折和教训失败的预言：失败的预言： 60年代

26、初，西蒙预言：年代初，西蒙预言：10年内计算机将成为世界冠军、将证明一个未发年内计算机将成为世界冠军、将证明一个未发现的数学定理、将能谱写出具有优秀作曲家水平的乐曲、大多数心理学理论现的数学定理、将能谱写出具有优秀作曲家水平的乐曲、大多数心理学理论将在计算机上形成。将在计算机上形成。 挫折和教训挫折和教训 在博弈方面，在博弈方面，塞缪尔的下棋程序在与世界冠军对弈时，塞缪尔的下棋程序在与世界冠军对弈时，5局败了局败了4局。局。 在定理证明方面，在定理证明方面，发现鲁宾逊归结法的能力有限。当用归结原理证明两个发现鲁宾逊归结法的能力有限。当用归结原理证明两个连续函数之和还是连续函数时，推了连续函数之

27、和还是连续函数时，推了10万步也没证出结果。万步也没证出结果。 在问题求解方面，在问题求解方面，对于不良结构，会产生组合爆炸问题。对于不良结构，会产生组合爆炸问题。 在机器翻译方面，在机器翻译方面，发现并不那么简单，甚至会闹出笑话。例如，把发现并不那么简单，甚至会闹出笑话。例如，把“心有心有余而力不足余而力不足”的英语句子翻译成俄语，再的英语句子翻译成俄语，再 翻译回来时竟变成了翻译回来时竟变成了“酒是好的，酒是好的，肉变质了肉变质了” 在神经生理学方面，在神经生理学方面，研究发现人脑有研究发现人脑有1011-12以上的神经元，在现有技术条以上的神经元，在现有技术条件下用机器从结构上模拟人脑是

28、根本不可能的。件下用机器从结构上模拟人脑是根本不可能的。 在其它方面，在其它方面，人工智能也遇到了不少问题。从此，在全世界范围内人工智人工智能也遇到了不少问题。从此，在全世界范围内人工智能研究陷入困境、落入低谷。能研究陷入困境、落入低谷。 211.2.3 知识应用期知识应用期2. 以知识为中心的研究以知识为中心的研究以知识为中心的研究：以知识为中心的研究： 专家系统专家系统实现了人工智能从理论研究走向实际应用，从一般思维规律探讨实现了人工智能从理论研究走向实际应用，从一般思维规律探讨走向专门知识运用的重大突破，是走向专门知识运用的重大突破，是AI发展史上的一次重要转折。发展史上的一次重要转折。

29、 1972年，费根鲍姆开始研究年，费根鲍姆开始研究MYCIN专家系统，并于专家系统，并于1976年研制成功。从年研制成功。从应用角度看，它能协助内科医生诊断细菌感染疾病，并提供最佳处方。从技应用角度看，它能协助内科医生诊断细菌感染疾病，并提供最佳处方。从技术角度看，他解决了知识表示、不精确推理、搜索策略、人机联系、知识获术角度看，他解决了知识表示、不精确推理、搜索策略、人机联系、知识获取及专家系统基本结构等一系列重大技术问题。取及专家系统基本结构等一系列重大技术问题。 1976年，斯坦福大学的杜达年，斯坦福大学的杜达(R.D.Duda)等人开始研制地质勘探专家系统等人开始研制地质勘探专家系统P

30、ROSPECTOR 这一时期，与专家系统同时发展的重要领域还有计算机视觉和机器人，自这一时期，与专家系统同时发展的重要领域还有计算机视觉和机器人，自然语言理解与机器翻译等。然语言理解与机器翻译等。 新的问题：新的问题： 专家系统本身所存在的应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识获取困难、专家系统本身所存在的应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识获取困难、推理方法单一、没有分布式功能、不能访问现存数据库等问题被逐渐暴露出推理方法单一、没有分布式功能、不能访问现存数据库等问题被逐渐暴露出来。来。 221.2.4 从学派分立到综合从学派分立到综合（20世纪世纪80年代到本世纪初）年代到本世纪初）人工智能研究

31、的三大学派：人工智能研究的三大学派： 随着人工神经网络的再度兴起和布鲁克（随着人工神经网络的再度兴起和布鲁克（R.A.Brooks）的机器虫的出现，）的机器虫的出现，人工智能研究形成了符号主义、联结主义和行为主义三大学派。人工智能研究形成了符号主义、联结主义和行为主义三大学派。 符号主义学派符号主义学派 是指基于符号运算的人工智能学派，他们认为知识可以用符号来表示，认是指基于符号运算的人工智能学派，他们认为知识可以用符号来表示，认知可以通过符号运算来实现。例如，专家系统等。知可以通过符号运算来实现。例如，专家系统等。联结主义学派联结主义学派 是指神经网络学派，在神经网络方面，继鲁梅尔哈特研制出

32、是指神经网络学派，在神经网络方面，继鲁梅尔哈特研制出BP网络之后，网络之后，人工神经网络研究掀起了第二次高潮。之后，随着模糊逻辑和进化计算的逐人工神经网络研究掀起了第二次高潮。之后，随着模糊逻辑和进化计算的逐步成熟，又形成了步成熟，又形成了“计算智能计算智能”这个统一的学科范畴。这个统一的学科范畴。 行为主义学派行为主义学派 是指进化主义学派，在行为模拟方面，麻省理工学院的布鲁克教授是指进化主义学派，在行为模拟方面，麻省理工学院的布鲁克教授1991年年研制成功了能在未知的动态环境中漫游的有研制成功了能在未知的动态环境中漫游的有6条腿的机器虫。条腿的机器虫。三大学派的综合集成三大学派的综合集成

33、随着研究和应用的深入，人们又逐步认识到，三个学派各有所长，各有所随着研究和应用的深入，人们又逐步认识到，三个学派各有所长，各有所短，应相互结合、取长补短，综合集成。短，应相互结合、取长补短，综合集成。231.2.5 智能科学技术的兴起智能科学技术的兴起（本世纪初以来）（本世纪初以来） 目前，一个以人工智能为核心，以自然智能、人工智能、集成智能为一体目前，一个以人工智能为核心，以自然智能、人工智能、集成智能为一体的新的智能科学技术学科正在逐步兴起，并引起了人们的极大关注。的新的智能科学技术学科正在逐步兴起，并引起了人们的极大关注。 智能科学技术学科研究的主要特征智能科学技术学科研究的主要特征 (

34、1) 由对人工智能的单一研究走向以自然智能、人工智能、集成智能为一体由对人工智能的单一研究走向以自然智能、人工智能、集成智能为一体的协同研究；的协同研究； (2) 由人工智能学科的独立研究走向重视与脑科学、认知科学、等学科的交由人工智能学科的独立研究走向重视与脑科学、认知科学、等学科的交叉研究；叉研究； (3) 由多个不同学派的独立研究走向多学派的综合研究；由多个不同学派的独立研究走向多学派的综合研究； (4) 由对个体、集中智能的研究走向对群体、分布智能的研究；由对个体、集中智能的研究走向对群体、分布智能的研究； (5) 智能技术应用已渗透到人类社会的各个领域。智能技术应用已渗透到人类社会的

35、各个领域。 智能科学技术学科教育正在兴起智能科学技术学科教育正在兴起 作为一个新兴学科，我国第一个智能科学与技术本科专业在北大诞生，目作为一个新兴学科，我国第一个智能科学与技术本科专业在北大诞生，目前国内已有该专业前国内已有该专业24个。个。24第第1章章 人工智能概述人工智能概述1.1 AI的基本概念的基本概念1.2 AI的产生与发展的产生与发展1.3 AI的基本内容的基本内容 人工智能的学科位置人工智能的学科位置 与脑科学和认知科学的交叉研究与脑科学和认知科学的交叉研究 智能模拟的方法和技术研究智能模拟的方法和技术研究1.4 AI研究中的不同学派研究中的不同学派1.5 AI的研究应用领域的

36、研究应用领域1.6 AI的现状与思考的现状与思考251.3.1 AI 的的 学学 科科 位位 置置1. 一门新兴的交叉学科一门新兴的交叉学科自然自然科学科学社会社会科学科学哲学哲学数学数学交叉学科交叉学科系统科学系统科学思维科学思维科学人体科学人体科学人工智能人工智能基础学科基础学科指导学科指导学科AI是一门新兴的边缘学科是一门新兴的边缘学科，是自然科学与社会科学的交叉学科，是自然科学与社会科学的交叉学科AI的交叉包括的交叉包括：逻辑、思维、生理、心理、计算机、电子、语言、自动化、：逻辑、思维、生理、心理、计算机、电子、语言、自动化、光、声等光、声等AI的核心是思维与智能的核心是思维与智能，构

37、成了自己独特的学科体系，构成了自己独特的学科体系AI的基础学科包括：的基础学科包括：数学（离散、模糊）、思维科学（认知心理、逻辑思维数学（离散、模糊）、思维科学（认知心理、逻辑思维学、形象思维学）和计算机（硬件、软件）等学、形象思维学）和计算机（硬件、软件）等26 1基因修饰技术基因修饰技术 2未来家庭机器人未来家庭机器人 3新型电池新型电池 4人工智能技术人工智能技术 5超高速交通工具超高速交通工具 6干细胞技术干细胞技术 7光电信息技术光电信息技术 8可服用诊疗芯片可服用诊疗芯片 9感冒疫苗感冒疫苗 10无线能量传输技术无线能量传输技术 2008年年11月月16日，在中国科协成立日，在中国

38、科协成立50周年的新闻发布会上，经周年的新闻发布会上，经2000多万多万公众网上投票，评出的公众网上投票，评出的10项引领未来的科学技术项引领未来的科学技术如下：如下： 中国科协网站：中国科协网站：http:/ AI 的的 学学 科科 位位 置置2. 一个引领未来的科学技术一个引领未来的科学技术27 在数学机械化领域。他提出的几何定理在数学机械化领域。他提出的几何定理的机器证明被国际数学界称为的机器证明被国际数学界称为“吴方法吴方法”。1.3.1 AI 的的 学学 科科 位位 置置3. 信息时代的核心技术信息时代的核心技术 吴文俊，吴文俊，1919年生，年生，1940年毕业年毕业于上海交大数学

39、系于上海交大数学系，1946年赴法国留年赴法国留学，并获博士学位。学，并获博士学位。 历任中科学院数历任中科学院数学所副所长、研究学所副所长、研究员。员。 1957年当选中科年当选中科院学部委员（院士）院学部委员（院士） 2001年获首届国年获首届国家主席奖。家主席奖。281.3.2 与脑科学和认知科学的交叉研究与脑科学和认知科学的交叉研究1. 脑科学与神经科学脑科学与神经科学 脑科学：脑科学：是一门研究脑与心智现象及规律的科学，其主要目标就是要揭示脑功能的是一门研究脑与心智现象及规律的科学，其主要目标就是要揭示脑功能的本质，认识脑与智能的规律，保护脑和创造脑。本质，认识脑与智能的规律，保护脑

40、和创造脑。 神经科学：神经科学：是一门研究神经系统内分子水平、细胞水平及细胞间的变化过程，及这是一门研究神经系统内分子水平、细胞水平及细胞间的变化过程，及这些过程在中枢的功能、控制系统内的整合作用所进行的学科。些过程在中枢的功能、控制系统内的整合作用所进行的学科。 脑的涵义：脑的涵义： 从狭义方面，从狭义方面，脑是指中枢神经系统，有时特指大脑；脑是指中枢神经系统，有时特指大脑； 从广义方面，从广义方面，脑可泛指整个神经系统。人工智能是从广义角度来理解脑科学的。脑可泛指整个神经系统。人工智能是从广义角度来理解脑科学的。 脑的复杂度：脑的复杂度：人脑是由巨量神经元经其突触的广泛并行互联所形成的一个

41、巨复杂系人脑是由巨量神经元经其突触的广泛并行互联所形成的一个巨复杂系统，是自然界中最复杂、最高级的智能系统。统，是自然界中最复杂、最高级的智能系统。 现代脑科学的基本问题：现代脑科学的基本问题： (1) 揭示神经元之间的连接形式，奠定行为的脑机制的结构基础；揭示神经元之间的连接形式，奠定行为的脑机制的结构基础； (2) 阐明神经活动的基本过程，说明在分子、细胞到行为等不同层次上神经信号的产阐明神经活动的基本过程，说明在分子、细胞到行为等不同层次上神经信号的产生、传递、调制等基本过程；生、传递、调制等基本过程； (3) 认识实现各种功能的神经回路基础；认识实现各种功能的神经回路基础； (4) 解

42、释脑的高级功能机制等。解释脑的高级功能机制等。 脑科学是脑科学是AI的基础：的基础：其任何研究进展都将对人工智能的研究起到积极的推动作用。其任何研究进展都将对人工智能的研究起到积极的推动作用。291.3.2与脑科学和认知科学的交叉研究与脑科学和认知科学的交叉研究2. 认知科学和思维科学认知科学和思维科学 认知：认知：可一般地认为是和情感、动机、意志相对应的理智或认识过程，或可一般地认为是和情感、动机、意志相对应的理智或认识过程，或者是为了一定的目的，在一定的心理结构中进行的信息加工过程。者是为了一定的目的，在一定的心理结构中进行的信息加工过程。 美国心理学家浩斯顿美国心理学家浩斯顿(Houst

43、on)等人把认知归纳为以下等人把认知归纳为以下5种主要类型：种主要类型： (1) 认知是信息的处理过程；认知是信息的处理过程； (2) 认知是心理上的符号运算；认知是心理上的符号运算； (3) 认知是问题求解；认知是问题求解； (4) 认知是思维；认知是思维； (5) 认知是一组相关的活动，如知觉、记忆、思维、判断、推理、问题求认知是一组相关的活动，如知觉、记忆、思维、判断、推理、问题求解、学习、想象、概念形成及语言使用等。解、学习、想象、概念形成及语言使用等。 认知科学：认知科学：认知科学（思维科学）是研究人类感知和思维信息处理过程的认知科学（思维科学）是研究人类感知和思维信息处理过程的一门

44、学科，其主要研究目的就是要说明和解释人类在完成认知活动时是如何一门学科，其主要研究目的就是要说明和解释人类在完成认知活动时是如何进行信息加工的进行信息加工的 认知科学也是人工智能的重要理论基础，对人工智能发展起着根本性的作认知科学也是人工智能的重要理论基础，对人工智能发展起着根本性的作用。认知科学涉及的问题非常广泛，除了像浩斯顿提出的相关联活动外，还用。认知科学涉及的问题非常广泛，除了像浩斯顿提出的相关联活动外，还会受到环境、社会、文化背景等方面的影响。会受到环境、社会、文化背景等方面的影响。 从认知观点看，从认知观点看，AI应同时开展对逻辑思维、形象思维和灵感思维的研究应同时开展对逻辑思维、

45、形象思维和灵感思维的研究301.3.3智能模拟的方法和技术研究智能模拟的方法和技术研究1. 感知、思维感知、思维机器感知机器感知 就是要让计算机具有类似于人的感知能力，如视觉、听觉、触觉、嗅觉、就是要让计算机具有类似于人的感知能力，如视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉味觉 机器视觉机器视觉（或叫计算机视觉）：就是给计算机配上能看的视觉器官，如（或叫计算机视觉）：就是给计算机配上能看的视觉器官，如摄像机等，使它可以识别并理解文字、图像、景物等摄像机等，使它可以识别并理解文字、图像、景物等 机器听觉机器听觉（或叫计算机听觉）：就是给计算配上能听的听觉器官，如话（或叫计算机听觉）：就是给计算配上能听的听觉

46、器官，如话筒等，使计算机能够识别并理解语言、声音等。筒等，使计算机能够识别并理解语言、声音等。 机器感知相当于智能系统的输入部分。机器感知相当于智能系统的输入部分。 机器感知的专门的研究领域：计算机视觉、模式识别、自然语言理解机器感知的专门的研究领域：计算机视觉、模式识别、自然语言理解机器思维机器思维 让计算机能够对感知到的外界信息和自己产生的内部信息进行思维性加让计算机能够对感知到的外界信息和自己产生的内部信息进行思维性加工工 逻辑思维逻辑思维 形象思维形象思维 灵感思维灵感思维311.3.3 智能模拟的方法和技术研究智能模拟的方法和技术研究2. 学习、行为、系统学习、行为、系统机器学习机器

47、学习 让计算机能够像人那样自动地获取新知识，并在实践中不断地完善自我和让计算机能够像人那样自动地获取新知识，并在实践中不断地完善自我和增强能力。增强能力。 机器学习方法：机器学习方法：机械学习、类比学习、归纳学习、发现学习、遗传学习机械学习、类比学习、归纳学习、发现学习、遗传学习和连接学习等和连接学习等 机器行为机器行为 让计算机能够具有像人那样地行动和表达能力，如走、跑、拿、说、唱、让计算机能够具有像人那样地行动和表达能力，如走、跑、拿、说、唱、写画等。写画等。 相当于智能系统的输出部分。相当于智能系统的输出部分。 智能系统与智能机器智能系统与智能机器 无论是人工智能的近期目标还是远期目标，

48、都需要建立智能系统或构造智无论是人工智能的近期目标还是远期目标，都需要建立智能系统或构造智能机器能机器 需要开展对系统模型、构造技术、构造工具及语言环境等研究需要开展对系统模型、构造技术、构造工具及语言环境等研究 32第第1章章 人工智能概述人工智能概述1.1 AI的基本概念的基本概念1.2 AI研究的基本内容研究的基本内容1.3 AI的历史回顾的历史回顾1.4 AI研究的不同学派研究的不同学派 符号主义符号主义 联结主义联结主义 行为主义行为主义1.5 AI的研究应用领域的研究应用领域1.6 AI现状与思考现状与思考331.4 AI研究中的不同学派研究中的不同学派1. 不同学派不同学派符号主

49、义学派（逻辑主义、心理学派）符号主义学派（逻辑主义、心理学派） 主要观点：主要观点：AI起源于数理逻辑，人类认知的基元是符号，认知过程是符号起源于数理逻辑，人类认知的基元是符号，认知过程是符号表示上的一种运算表示上的一种运算 代表性成果：代表性成果：厄尔和西蒙等人研制的称为逻辑理论机的数学定理证明程序厄尔和西蒙等人研制的称为逻辑理论机的数学定理证明程序LT 代表人物：代表人物：纽厄尔、肖、西蒙和尼尔逊纽厄尔、肖、西蒙和尼尔逊(Nilsson)等等 联结主义学派（仿生学派或生理学派）联结主义学派（仿生学派或生理学派） 主要观点：主要观点：AI起源于仿生学，特别是人脑模型，人类认知的基元是神经起源

50、于仿生学，特别是人脑模型，人类认知的基元是神经元，认知过程是神经元的联结活动过程元，认知过程是神经元的联结活动过程 代表性成果：代表性成果：由麦克洛奇和皮兹创立的脑模型，即由麦克洛奇和皮兹创立的脑模型，即MP模型模型 代表人物：代表人物：麦克洛奇和皮兹麦克洛奇和皮兹行为主义学派（进化主义、控制论学派）行为主义学派（进化主义、控制论学派） 主要观点：主要观点：AI起源于控制论，智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂起源于控制论，智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境的适应，而不是推理。环境的适应，而不是推理。 代表性成果：代表性成果：Brooks教授研制的机器虫教授研制的机器虫 代表人物：代