1人工智能教学方法资料课件.ppt

1、Artificial Intelligence Principles and Applications主讲：主讲：王万良王万良 浙江工业大学浙江工业大学20152015年全国高校师资网络培训课程年全国高校师资网络培训课程 人工智能导论人工智能导论教学方法探讨教学方法探讨2 学习人工智能的必要性学习人工智能的必要性 国内外人工智能教学国内外人工智能教学 人工智能教学内容人工智能教学内容人工智能教学方法人工智能教学方法 提 纲3Beckham是谁？4AI是什么？5o 1956年夏，在美年夏，在美国达特茅斯大学国达特茅斯大学讨论会上，经麦讨论会上，经麦卡锡提议正式采卡锡提议正式采用用“人工智能人工智

2、能”，标志着人工智能标志着人工智能学科正式诞生。学科正式诞生。6o 20世纪三大科技成就：世纪三大科技成就： 空间技术空间技术 原子能技术原子能技术 人工智能人工智能人工智能是当前：人工智能是当前：学术界最前沿研究领域学术界最前沿研究领域产业界最新发展增长点产业界最新发展增长点7 2009年曝光的自动驾驶汽车雏形。年曝光的自动驾驶汽车雏形。 2010年年10月月9日，谷歌在官方博客宣布开发自动驾日，谷歌在官方博客宣布开发自动驾驶汽车。驶汽车。 2011年年10月，谷歌在月，谷歌在内华达州内华达州和和加州加州的的莫哈韦沙莫哈韦沙漠漠作为试验场对汽车进行测试。作为试验场对汽车进行测试。美国内华达立

3、法机关允许自动驾驶车辆上路，美国内华达立法机关允许自动驾驶车辆上路，2012年年3月月1日正式生效日正式生效 。 2012年年5月月7日，内华达州机动车辆管理局（日，内华达州机动车辆管理局（DMV）批准了美国首个自动驾驶车辆许可证。批准了美国首个自动驾驶车辆许可证。谷歌自动驾驶汽车8智力问答节目危险边缘2011年以年以IBM创始人创始人托马斯托马斯沃森沃森名字命名的电脑，挑名字命名的电脑，挑战肯战肯詹宁斯和布拉德詹宁斯和布拉德鲁特。鲁特。 9Google大脑 2012年年6月，月，纽约时报纽约时报披露斯坦福大学披露斯坦福大学AI实验室实验室主任主任Andrew Ng（吴恩达）领导的有史以来人工

4、智（吴恩达）领导的有史以来人工智能领域目标最远大的项目能领域目标最远大的项目Google Brain。 使用使用 16000 台台CPU创造创造出出 10 亿个连接的亿个连接的“神经网神经网络络”，让机器系统学会自，让机器系统学会自动识别猫。动识别猫。 国际深度学习领域广为国际深度学习领域广为人知的案例。人知的案例。10Google大脑 2014年年05月月17日日，百度宣布人工智能领域最权威，百度宣布人工智能领域最权威的学者之一的学者之一吴恩达吴恩达(Andrew Ng)正式加盟百度，正式加盟百度，担任百度首席科学家，全面负责百度研究院。担任百度首席科学家，全面负责百度研究院。112014年

5、年7月月2日，微软日，微软(亚洲亚洲)互联网工程院宣布，第二代互联网工程院宣布，第二代智能智能聊天机器人聊天机器人“微软小冰微软小冰”正式上线。正式上线。微软小冰集成了大数据、自微软小冰集成了大数据、自然语义分析、机器学习和深然语义分析、机器学习和深度神经网络方面的技术，具度神经网络方面的技术，具有很强的机器学习能力。有很强的机器学习能力。微软小冰12智能机器主持人20142014年年6 6月月2727日，日本东京展出全球首个基于安卓系统日，日本东京展出全球首个基于安卓系统的机器人新闻主播，说话流利，颇具幽默。的机器人新闻主播，说话流利，颇具幽默。美女主持人机器人美女主持人机器人Otonaro

6、id播报新闻播报新闻132014年年6月月9日英国雷丁大学宣称俄罗斯人弗拉基米日英国雷丁大学宣称俄罗斯人弗拉基米尔尔维西罗夫创立的维西罗夫创立的AI软件尤金软件尤金古斯特曼通过图灵测试古斯特曼通过图灵测试。计算机“通过”图灵测试14 2015年年4月月1日上午，日上午，手机百度手机百度在爱奇艺、在爱奇艺、腾讯视腾讯视频频等网站上推出等网站上推出“神灯搜索神灯搜索”新功能，该功能基新功能，该功能基于一款名为于一款名为“百度神灯百度神灯”的智能手机配件配合最的智能手机配件配合最新版本的手机百度实现。新版本的手机百度实现。百度神灯搜索“神灯搜索神灯搜索”将手机百将手机百度的搜索结果以全息度的搜索结果

7、以全息投影的形式展现在用投影的形式展现在用户面前，用户可以与户面前，用户可以与之进行实时互动，实之进行实时互动，实现智能搜索体验。现智能搜索体验。15 驱使谷歌、驱使谷歌、IBM、微软、苹果、百度这些公司竞、微软、苹果、百度这些公司竞相开发高级机器学习技术的原因，正是其背后蕴相开发高级机器学习技术的原因，正是其背后蕴藏的巨大商业潜力藏的巨大商业潜力。有预测：人工智能未来可能带来几十万亿级的市有预测：人工智能未来可能带来几十万亿级的市场规模，丝毫不逊于智能手机带来的市场。场规模，丝毫不逊于智能手机带来的市场。人工智能产业16 学习人工智能的必要性学习人工智能的必要性 国内外人工智能教学国内外人工

8、智能教学 人工智能教学内容人工智能教学内容人工智能教学方法人工智能教学方法 提 纲17国外人工智能教学o 美国大学计算机类专业最核心课程是system 和 AIo 英国拉夫堡大学计算机系主要本科AI课程AI Methods 人工智能方法人工智能方法Advanced Artificial Intelligence Systems 现代人工智能系统现代人工智能系统Agent-Based Systems 智能体系统智能体系统Data Mining 数据挖掘数据挖掘AI Project 人工智能项目人工智能项目18国内人工智能教学o 清华大学计算机专业核心课程清华大学计算机专业核心课程 5 门（门（2

9、014级）级）o 30240243操作系统操作系统3学分学分(春春)o 30240382编译原理编译原理2学分学分(秋秋)o 40240432形式语言与自动机形式语言与自动机2学分学分(秋秋)o 30240042人工智能导论人工智能导论2学分学分(秋秋)o 40240595专业实践专业实践5学分学分(夏夏)19o 浙江工业大学：浙江工业大学：o 1994年开始开设年开始开设人工智能及应用人工智能及应用，教学对象：，教学对象：机电研究生、工自研究生。机电研究生、工自研究生。o 2003年开始开设本科生年开始开设本科生人工智能导论人工智能导论，教学，教学对象：对象： 计算机科学与技术、数字媒体技术

10、、物联计算机科学与技术、数字媒体技术、物联网工程、软件工程、自动化、机械工程等专业。网工程、软件工程、自动化、机械工程等专业。o 目前，目前，人工智能导论人工智能导论是计算机科学与技术、是计算机科学与技术、数字媒体技术等专业的必修课。数字媒体技术等专业的必修课。o 从一名任课教师发展到由十几名教授、副教授、从一名任课教师发展到由十几名教授、副教授、博士组成的博士组成的AI精品课程教学团队。精品课程教学团队。国内人工智能教学20国内人工智能教学o 目前制定的目前制定的计算机类专业教学质量国家计算机类专业教学质量国家标准标准将将智能技术智能技术列入专业必修内容。列入专业必修内容。o计算机科学与技术

11、专业计算机科学与技术专业专业必修内容专业必修内容n培养学生将基本原理与技术用于计算学科研究以培养学生将基本原理与技术用于计算学科研究以及计算系统设计、开发与应用等工作的能力及计算系统设计、开发与应用等工作的能力n建议课程内容覆盖建议课程内容覆盖:数字电路、计算机系统结构、数字电路、计算机系统结构、算法、软件工程、数据库系统、程序设计语言、算法、软件工程、数据库系统、程序设计语言、智能技术智能技术、系统开发等知识领域的基本内容系统开发等知识领域的基本内容21 提 纲 学习人工智能的必要性学习人工智能的必要性 国内外人工智能教学国内外人工智能教学 人工智能教学内容人工智能教学内容人工智能教学方法人

12、工智能教学方法22知识表示：知识表示：将人类知识形式化或者模型化。将人类知识形式化或者模型化。机器感知：机器感知：使计算机具有类似于人的感知能力。以使计算机具有类似于人的感知能力。以机器视觉与机器听觉为主。机器视觉与机器听觉为主。机器思维：机器思维：对感知到的外部信息及机器内部的各种对感知到的外部信息及机器内部的各种工作信息进行有目的的处理。工作信息进行有目的的处理。机器学习：机器学习：使计算机具有类似于人的学习能力，自使计算机具有类似于人的学习能力，自动获取知识。动获取知识。 机器行为：机器行为：计算机的表达能力，即计算机的表达能力，即“说说”、“写写”、“画画”等能力。等能力。人工智能研究

13、的基本内人工智能研究的基本内容容人工智能教学内容23人工智能教学内容人工智能导论人工智能导论一般一般32-64学时左右。讲课学时左右。讲课32-48学时左右。实验学时差异较大，在学时左右。实验学时差异较大，在0-16学时之间。学时之间。人工智能正处于迅速发展阶段，内容非常庞杂。人工智能正处于迅速发展阶段，内容非常庞杂。教学内容应该精选一些基本理论与实用方法，而不教学内容应该精选一些基本理论与实用方法，而不是像研究生教学那样追求前沿理论与方法。是像研究生教学那样追求前沿理论与方法。尽可能介绍本科生能够理解的人工智能应用实例，尽可能介绍本科生能够理解的人工智能应用实例，培养学生应用新理论解决工程问

14、题的方法。培养学生应用新理论解决工程问题的方法。学习这些内容后，学生自己能够进一步学习更广、学习这些内容后，学生自己能够进一步学习更广、更深的人工智能技术。更深的人工智能技术。24人工智能教学内容人工智能概述：人工智能概述：基本概念、研究领域，以开阔学生基本概念、研究领域，以开阔学生的视野，使学生对人工智能有较全面的了解。的视野，使学生对人工智能有较全面的了解。知识表示：知识表示：一阶谓词逻辑、产生式、框架等。一阶谓词逻辑、产生式、框架等。确定性推理：确定性推理：鲁宾逊归结原理，利用归结原理证明鲁宾逊归结原理，利用归结原理证明定理和求解问题的方法。定理和求解问题的方法。不确定性推理：不确定性推

15、理：实用的可信度方法、证据理论、模实用的可信度方法、证据理论、模糊推理。糊推理。搜索求解：搜索求解：状态空间知识表示、宽度优先、深度优状态空间知识表示、宽度优先、深度优先、先、A*搜索。搜索。进化计算：进化计算：进化算法是一个算法簇，包括遗传算法、进化算法是一个算法簇，包括遗传算法、遗传规划、进化策略、进化规划以及差分进化、量子遗传规划、进化策略、进化规划以及差分进化、量子进化等。进化等。遗传算法是基础。遗传算法是基础。25人工智能教学内容群智能算法：群智能算法：受动物群体智能启发的算法称为群智受动物群体智能启发的算法称为群智能算法，包括粒子群优化算法、蚁群算法等。能算法，包括粒子群优化算法、

16、蚁群算法等。专家系统：专家系统：概念、工作原理、建立方法，典型的专概念、工作原理、建立方法，典型的专家系统实例以及开发工具。家系统实例以及开发工具。机器学习：机器学习：机器学习的概念和方法，以及知识发现机器学习的概念和方法，以及知识发现和数据挖掘的基本概念和方法。和数据挖掘的基本概念和方法。人工神经网络：人工神经网络：BP学习算法、学习算法、Hopfield神经网络、神经网络、在软测量、联想记忆与优化求解中的应用。在软测量、联想记忆与优化求解中的应用。智能体与多智能体：智能体与多智能体：多智能体系统的通信、协调、多智能体系统的通信、协调、协作与协商方法。协作与协商方法。自然语言理解：自然语言理

17、解：计算机理解、处理自然语言的基本计算机理解、处理自然语言的基本方法，包括机器翻译和语音识别。方法，包括机器翻译和语音识别。26人工智能教学内容实验设计实验设计实验一实验一 产生式系统产生式系统实验二实验二 模糊推理系统模糊推理系统实验三实验三 A*算法算法I- N数码难题数码难题实验四实验四 A*算法算法II-迷宫寻路迷宫寻路实验五实验五 遗传算法遗传算法I-函数优化函数优化实验六实验六 遗传算法遗传算法II -TSP实验七实验七 基于神经网络的模式识别基于神经网络的模式识别实验八实验八 基于神经网络的优化计算基于神经网络的优化计算27人工智能教学内容“十二五十二五”国家级规划教材国家级规划

18、教材王万良，王万良，人工智能导论人工智能导论 高等教育出版社，高等教育出版社，2011教材是教学经验的传承，是提高教学质量的重要措施。教材是教学经验的传承，是提高教学质量的重要措施。28 学习人工智能的必要性学习人工智能的必要性 国内外人工智能教学国内外人工智能教学 人工智能教学内容人工智能教学内容人工智能教学方法人工智能教学方法 提 纲29人工智能是当今高技术，人工智能是当今高技术，涉及面非常广，经过科幻电涉及面非常广，经过科幻电影小说以及新闻报道等广泛影小说以及新闻报道等广泛宣传产生了非常的神秘感，宣传产生了非常的神秘感，学生感觉难学，教师感觉难学生感觉难学，教师感觉难教。教。有没有一些教

19、学方法降低有没有一些教学方法降低学生学习的难度？学生学习的难度？人工智能教学方法学习人工智能难吗？学习人工智能难吗？30o AI课程的特点课程的特点o 没有专业限制：没有专业限制：AI属于计算机科学研究领域，但属于计算机科学研究领域，但AI是研究机器智能，凡是运用人脑的地方都可以运用是研究机器智能，凡是运用人脑的地方都可以运用AI ，因此，因此， AI可应用于各专业领域。可应用于各专业领域。o 永远不过时：永远不过时： AI是研究机器智能，对人类智慧的不是研究机器智能，对人类智慧的不断逼近，但永远不会超过人类智慧，因此，断逼近，但永远不会超过人类智慧，因此， AI永远永远不会过时。不会过时。o

20、 研究方法自然：研究方法自然： AI模拟人类解决问题，因此，模拟人类解决问题，因此， AI的研究方法非常自然，容易理解。的研究方法非常自然，容易理解。人工智能教学方法31o 你看过你看过三国志三国志、三国演义三国演义、三国连三国连环画环画吗？它们的讲解方法不同，但主要内容吗？它们的讲解方法不同，但主要内容相同。相同。o 三国志三国志：研究生课程：研究生课程o 三国演义三国演义：计算机、信息本科必修课：计算机、信息本科必修课 o 三国连环画三国连环画：公选课：公选课人工智能教学方法根据不同的教学对象选择不同的教学方法。根据不同的教学对象选择不同的教学方法。32人工智能教学方法开展研究型教学：开展

21、研究型教学：人工智能是模拟人解决问题的方法，人工智能是模拟人解决问题的方法，非常适合进行研究型教学。启发学生将人的思维形式化，非常适合进行研究型教学。启发学生将人的思维形式化，研究新的人工智能算法，提高学生的创新能力。研究新的人工智能算法，提高学生的创新能力。理论联系实际教学：理论联系实际教学：尽可能介绍能够为本科生理解的尽可能介绍能够为本科生理解的人工智能应用实例，引导学生学习应用新理论解决工程人工智能应用实例，引导学生学习应用新理论解决工程问题的方法。问题的方法。开展项目式教学：开展项目式教学：人工智能具有非常广泛的应用，非人工智能具有非常广泛的应用，非常适合进行项目式教学实践。结合教材中丰富的人工智常适合进行项目式教学实践。结合教材中丰富的人工智能应用实例，介绍人工智能应用方法，要求学生结合一能应用实例，介绍人工智能应用方法，要求学生结合一些工程进行人工智能技术设计。些工程进行人工智能技术设计。33人工智能正在日新月异，人工智能正在日新月异，一定能够到达胜利彼岸！一定能够到达胜利彼岸！挪威的天空之桥挪威的天空之桥 34教学中没有普遍的正确方法，需要教师根据具教学中没有普遍的正确方法，需要教师根据具体的教学对象选择合适的教学方法。体的教学对象选择合适的教学方法。欢迎大家讨论！欢迎大家讨论！