人工智能课件-0-绪论.ppt

1、LOGO人工智能导论人工智能导论 绪论绪论福州大学软件学院福州大学软件学院一、课程的性质，内容v人工智能是一门涉及面较宽的综合性学科，与人工智能是一门涉及面较宽的综合性学科，与数学、计算机科学、思维科学、神经生理学、数学、计算机科学、思维科学、神经生理学、心理学等多种学科都有密切的联系，需要多方心理学等多种学科都有密切的联系，需要多方面的知识。人工智能是一门面的知识。人工智能是一门不断有新理论不断有新理论、新新思想思想涌现的前沿性学科。涌现的前沿性学科。v通过学习掌握人工智能的基本理论知识、了解通过学习掌握人工智能的基本理论知识、了解人工智能各个领域内容及其的发展状况；掌握人工智能各个领域内容

2、及其的发展状况；掌握各种搜索、推理策略和方法；人工智能的知识各种搜索、推理策略和方法；人工智能的知识表示方法；了解并掌握智能计算主要观点与算表示方法；了解并掌握智能计算主要观点与算法；掌握机器学习概念及其算法、了解数据挖法；掌握机器学习概念及其算法、了解数据挖掘的基本概念和内容。掘的基本概念和内容。参考书与课时安排参考书与课时安排v人工智能人工智能马少平，朱小燕著马少平，朱小燕著 清华大学出版清华大学出版社社v人工智能人工智能:一种现代的方法一种现代的方法(第二版第二版)罗素，罗素，诺维格诺维格 著著 清华大学出版社清华大学出版社v人工智能复杂问题求解的结构和策略人工智能复杂问题求解的结构和策

3、略（第四版）（第四版）George F.Luger机械工业出机械工业出版社版社 v人工智能及其应用人工智能及其应用（第三版）蔡自兴等（第三版）蔡自兴等清华大学出版社清华大学出版社v知识发现知识发现 史忠植史忠植 清华大学出版社清华大学出版社v游戏开发中的人工智能游戏开发中的人工智能 David M.Bourg & Glenn Seemann著著 东南大学出版社东南大学出版社要求与考核要求与考核v课堂考勤课堂考勤v作业作业v期末成绩结构期末成绩结构笔试（笔试（70）作业（）作业（10）平时（）平时（20）一、一、转入正题：什么是人工智能？转入正题：什么是人工智能？v什么是人工智能？什么是人工智能

4、？v如何判定具有人工智能？如何判定具有人工智能？v人工智能研究的目标是什么？人工智能研究的目标是什么？v人工智能的应用人工智能的应用v本课程的体系结构本课程的体系结构人类智能人类智能v 人类在认识世界和改造世界的活动中表现出来的能力人类在认识世界和改造世界的活动中表现出来的能力 直觉思维直觉思维通过视觉、听觉、触觉等通过视觉、听觉、触觉等 感官活动，感官活动，接受并理解文字、图象、声音和语言等各种外界信息，接受并理解文字、图象、声音和语言等各种外界信息，即认识和理解外界环境的能力。即认识和理解外界环境的能力。 理性思维理性思维通过人脑的生理和心理活动以及有关的通过人脑的生理和心理活动以及有关的

5、信息处理过程，将感性知识抽象为理性知识，并能对信息处理过程，将感性知识抽象为理性知识，并能对事物运行的规律进行分析、判断和推理，这就是提出事物运行的规律进行分析、判断和推理，这就是提出概念、建立方法，进行演绎和归纳推理、作出决策。概念、建立方法，进行演绎和归纳推理、作出决策。 学习能力学习能力通过教育、训练和学习过程，日益丰富通过教育、训练和学习过程，日益丰富自身的知识和技能。自身的知识和技能。 适应能力适应能力对不断变化的外界环境能灵活地作出适对不断变化的外界环境能灵活地作出适当的反应。当的反应。 早期的AIv 传说与幻想传说与幻想 黄帝的黄帝的“指南车指南车” 诸葛亮的诸葛亮的“木牛流马木

6、牛流马” 850 B.C 850 B.C 古希腊的会劳动的机器人；古希腊的会劳动的机器人； 12-1312-13世纪世纪 西班牙的神学家试图制造能解决各种问题的通用逻西班牙的神学家试图制造能解决各种问题的通用逻辑机；辑机；v 尝试与成果尝试与成果 1717世纪世纪 法国物理学家法国物理学家B.PascalB.Pascal制成的机械加法器；在其基础制成的机械加法器；在其基础上，德国数学家上，德国数学家LeibnizLeibniz制成了四则运算的计算器。制成了四则运算的计算器。 19201920年年 KarelKarel Capek Capek的科幻剧中的机器人的科幻剧中的机器人RobortaRo

7、borta； 19361936年年 英国数学家英国数学家TurningTurning提出了图灵机模型；提出了图灵机模型； 19381938年年 德国工程师德国工程师ZuseZuse研制成了第一台累计数字计算机；研制成了第一台累计数字计算机； 19461946年年 美国诞生了第一台电子数字计算机美国诞生了第一台电子数字计算机ENIACENIAC；现代人工智能的兴起现代人工智能的兴起v现代人工智能（现代人工智能（Artificial Intelligence，简简称称AI），一般认为起源于美国），一般认为起源于美国1956年的一次年的一次夏季讨论（达特茅斯会议），在这次会议上，夏季讨论（达特茅斯会

8、议），在这次会议上，第一次提出了第一次提出了“Artificial Intelligence”这这个词。个词。v美国美国Dartmouth大学的大学的J. McCarthy教授和教授和他的三位朋友，他的三位朋友，第一次正式提出。第一次正式提出。v什么是人工智能？什么是人工智能？什么是人工智能部分学者对人工智能概念的描述部分学者对人工智能概念的描述： 人工智能是那些与人的思维相关的活动，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诸如决策、问题求解和学习等的自动化（Bellman, 1978Bellman, 1978）；）； 人工智能是一种计算机能够思维，使机人工智能是

9、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（器具有智力的激动人心的新尝试（HaugelandHaugeland, , 19851985）；）； 人工智能是研究如何让计算机做现阶段只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（有人才能做得好的事情（Rich Knight,1991Rich Knight,1991）；）； 人工智能是那些使知觉、推理和行为成为可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（能的计算的研究（Winston, 1992Winston, 1992）；）； 广义地讲，人工智能是关于人造物的智能行广义地讲，人工智能是关于人造物的智能行为，而智能

10、行为包括知觉、推理、学习、交流和为，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（在复杂环境中的行为（NilssonNilsson，19981998）。）。 Stuart Russell Stuart Russell和和Peter Peter NorvigNorvig则把已有的则把已有的一些人工智能定义分为一些人工智能定义分为4 4类：像人一样思考的系类：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、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（理性地行动的系统（20032003）。）。如何判定是否具有人工智能？如何判定是否具有人工智能？图灵测试v如何知道

11、一个系统是否具有智能呢？如何知道一个系统是否具有智能呢？v1950年，计算机科学家图灵提出了著名的年，计算机科学家图灵提出了著名的“图图灵测试灵测试”。希尔勒的中文屋子希尔勒的中文屋子v通过了图灵测试就具有了智能吗？通过了图灵测试就具有了智能吗？v机器是否真的理解了呢？机器是否真的理解了呢？v希尔勒的中文屋子希尔勒的中文屋子人类和计算机各有所长v 计算机难以模拟的计算机难以模拟的 语音识别语音识别 自然语言理解自然语言理解v 计算机的强项计算机的强项 复杂的数值计算复杂的数值计算 大规模数据库管理大规模数据库管理 网络信息检索网络信息检索 太空飞行器的自动控制等等太空飞行器的自动控制等等人工智

12、能的研究目标与途径人工智能的研究目标与途径v 最终目标最终目标 理解人类的智能理解人类的智能 有效的自动化有效的自动化 有效的智能拓展有效的智能拓展 超人的智力超人的智力 通用问题求解通用问题求解 连贯性交谈连贯性交谈 自治自治 学习学习v 远期目标：制造智能机器。远期目标：制造智能机器。v 近期目标：实现机器智能。近期目标：实现机器智能。 研究如何制造出人造的智能机器或系统，来模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。人工智能研究的经典课题人工智能研究的经典课题v自然语言理解自然语言理解(natural language understanding)(natural language u

13、nderstanding)v数据库智能检索数据库智能检索(intelligent retrieval from (intelligent retrieval from database)database)v专家咨询系统专家咨询系统(expert consulting system)(expert consulting system)v定理机器证明定理机器证明(theorem proving)(theorem proving)v博弈博弈(game playing)(game playing)v机器人学机器人学( (robotics)robotics)v自动程序设计自动程序设计(automatic

14、 programming)(automatic programming)v组合调度问题组合调度问题(combinatorial and scheduling (combinatorial and scheduling problem)problem)v感知问题感知问题(perception problems)(perception problems)v模式识别模式识别(pattern recognition)(pattern recognition)人工智能研究的新课题人工智能研究的新课题v人工神经元网络人工神经元网络(artificial neural network)(artificial

15、 neural network)v智能控制智能控制(intelligent control)(intelligent control)v智能调度和指挥智能调度和指挥(intelligent scheduling and (intelligent scheduling and commanding)commanding)v智能决策支持系统智能决策支持系统intelligent decision intelligent decision support systems)support systems)v知识发现和数据挖掘知识发现和数据挖掘(knowledge discovery in (knowl

16、edge discovery in database/data mining)database/data mining)v分布式人工智能分布式人工智能(distributed artificial (distributed artificial intelligence)intelligence)人工智能的应用人工智能的应用vIBM的的“深蓝深蓝” 北京时间北京时间1997年年5月月12日凌晨日凌晨4点点50分，分，美国纽约公平大厦，当美国纽约公平大厦，当IBM公司的公司的“深蓝深蓝”超级电脑将棋盘上的一个兵走到超级电脑将棋盘上的一个兵走到C4的位置上的位置上时，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫对时

17、，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫对“深蓝深蓝”的人机大战落下帷幕，的人机大战落下帷幕，“深蓝深蓝” 以以3.5：2.5的总比分战胜卡斯帕罗夫。的总比分战胜卡斯帕罗夫。v 正在与深蓝下棋的卡斯帕罗夫正在与深蓝下棋的卡斯帕罗夫v96年年2月第一次比赛结果：月第一次比赛结果：“深蓝深蓝”：胜、负、平、平、负、负：胜、负、平、平、负、负v97年年5月第二次比赛结果：月第二次比赛结果：“深蓝深蓝”：负、胜、平、平、平、胜：负、胜、平、平、平、胜v“深蓝深蓝”的技术指标：的技术指标： 32个个CPU 每个每个CPU有有16个协处理器个协处理器 每个每个CPU有有256M内存内存 每个每个CPU的处理速度为的处

18、理速度为200万步万步/秒秒明德至诚、博学远志明德至诚、博学远志福州大学软件学院福州大学软件学院v具有人工智能的机器狗、机器鸟等机器人宠物具有人工智能的机器狗、机器鸟等机器人宠物可以对声音指令作出回应，找到主人。机器人可以对声音指令作出回应，找到主人。机器人宠物还可以装上感应器和警报器，一旦主人生宠物还可以装上感应器和警报器，一旦主人生病，可以向主人亲属发出告警。病，可以向主人亲属发出告警。v2009年年6月，在伦敦进行的一次肝移植手术中，月，在伦敦进行的一次肝移植手术中，机器人就派上了用场。它们最初设计用于偏远机器人就派上了用场。它们最初设计用于偏远地区或战场，可以配备三维超声波和摄像机，地

19、区或战场，可以配备三维超声波和摄像机，帮助进行常规手术。帮助进行常规手术。智能汽车智能汽车v智能技术与系统国家重点实验室研制的智能汽智能技术与系统国家重点实验室研制的智能汽车车v在高速公路上，该汽车可以自动识别道路，自在高速公路上，该汽车可以自动识别道路，自动躲避障碍物动躲避障碍物v在最近的实验中，平均速度为在最近的实验中，平均速度为100公里，最高公里，最高速度达到了速度达到了150公里，达到了世界先进水平。公里，达到了世界先进水平。智能交通智能交通图像识别系统图像识别系统四色定理的证明四色定理的证明v四四色色定定理理v从从1852年发现四色问题，世界上很多著名的科年发现四色问题，世界上很多

20、著名的科学家试图证明，当一直未能完成。学家试图证明，当一直未能完成。v1976年年6月，哈肯在美国伊利诺斯大学的两台月，哈肯在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用了不同的电子计算机上，用了1200个小时，作了个小时，作了100亿次判断，终于完成了四色定理的证明，亿次判断，终于完成了四色定理的证明，从而解决了一个历时从而解决了一个历时100多年的问题，轰动了多年的问题，轰动了世界。世界。人工智能发展简史（自学之）v萌芽时期（萌芽时期（19561956年以前）年以前）v形成时期（形成时期（1956-19611956-1961年）年）v发展时期（发展时期（19611961年以后）年以后）萌芽

21、时期（1956年以前）v 850 B.C 850 B.C 古希腊的会劳动的机器人；古希腊的会劳动的机器人；v 900 B.C 900 B.C 中国古代的歌舞机器人；中国古代的歌舞机器人；v 12-1312-13世纪世纪 西班牙的神学家试图制造能解决各种问题西班牙的神学家试图制造能解决各种问题 的通用逻辑机；的通用逻辑机；v 1717世纪世纪 法国物理学家法国物理学家B.PascalB.Pascal制成的机械加法器；制成的机械加法器；在其基础上，德国数学家在其基础上，德国数学家LeibnizLeibniz制成了四则运算的计制成了四则运算的计算器。算器。v 19201920年年 KarelKare

22、l Capek Capek的科幻剧中的机器人的科幻剧中的机器人RobortaRoborta；v 19361936年年 英国数学家英国数学家TurningTurning提出了图灵机模型；提出了图灵机模型；v 19381938年年 德国工程师德国工程师ZuseZuse研制成了第一台累计数字计算研制成了第一台累计数字计算机；机；v 19461946年年 美国诞生了第一台电子数字计算机美国诞生了第一台电子数字计算机ENIACENIAC；明德至诚、博学远志明德至诚、博学远志福州大学软件学院福州大学软件学院形成时期（形成时期（1956-1961年）年）v1956年，在美国年，在美国Dartmouth大学的

23、一次历史大学的一次历史性聚会是人工智能学科正式诞生的标志。性聚会是人工智能学科正式诞生的标志。 v有三个较有影响的研究团队。有三个较有影响的研究团队。 A.Newell、J.Shaw和和H.Simon： 1957年，逻辑理论年，逻辑理论机机LT， 1960年，通用问题求解器年，通用问题求解器GPS，编程的表处，编程的表处理技术和理技术和NSS国际象棋机。国际象棋机。 IBM研究小组：研究小组：A.Samuel西洋跳棋程序，西洋跳棋程序， 1962年，年，战胜了美国的一个州冠军。战胜了美国的一个州冠军。 MITMIT研究小组：研究小组：19591959年，年，McCarthyMcCarthy发明

24、了人工智能主发明了人工智能主要的语言：要的语言：LISPLISP。19581958年开发了的行动计划咨询系统。年开发了的行动计划咨询系统。19601960年年MinskyMinsky的论文：走向人工智能的步骤。的论文：走向人工智能的步骤。 其他：其他：19561956年年N.ChomskyN.Chomsky的文法体系、的文法体系、19581958年年ShelffridgeShelffridge的模式识别系统的模式识别系统发展时期（发展时期（1961年以后）年以后）v 符号主义学派方面符号主义学派方面 归结原理推动了定理证明技术的发展。专家系统和知归结原理推动了定理证明技术的发展。专家系统和知识

25、工程技术已应用到各种计算机应用系统中，出现了识工程技术已应用到各种计算机应用系统中，出现了智能管理信息系统、智能决策支持系统、智能控制系智能管理信息系统、智能决策支持系统、智能控制系统、智能统、智能CADCAD系统、智能系统、智能CAICAI系统、智能数据库系统和系统、智能数据库系统和智能多媒体系统等等。知识表示、不确定性推理、机智能多媒体系统等等。知识表示、不确定性推理、机器学习等方面都取得了重大的进展。器学习等方面都取得了重大的进展。v 连结主义学派方面连结主义学派方面 神经网络在智能控制、语言识别与合成、图形文字识神经网络在智能控制、语言识别与合成、图形文字识别、数据压缩、知识工程、最优

26、化问题求解和智能计别、数据压缩、知识工程、最优化问题求解和智能计算机等领域进行了实践并取得了一系列的成果算机等领域进行了实践并取得了一系列的成果v 行为主义学派方面行为主义学派方面 BrooksBrooks等人的六脚行走机器人，是一种基于感知等人的六脚行走机器人，是一种基于感知- -动动作模式的模拟昆虫行为的控制系统。作模式的模拟昆虫行为的控制系统。低潮发展期（低潮发展期（19661976）v1958年年Newell和和Simon的预言的预言vAI处在低潮和反对的声浪之中处在低潮和反对的声浪之中v这个时期这个时期AI获得了总结和提高获得了总结和提高新一轮的高潮发展期（新一轮的高潮发展期（197

27、71988）v“知识就是力量知识就是力量”1977年斯坦福大学在第年斯坦福大学在第五届人工智能大会上展示的专家系统五届人工智能大会上展示的专家系统ES。v20世纪世纪80年代，日本批准了第五代计算机年代，日本批准了第五代计算机KIPS (知识信息处理系统知识信息处理系统)的十年研究计划的十年研究计划v多学科共同发展时期多学科共同发展时期（问题的求解、逻辑推理（问题的求解、逻辑推理与定理的证明、自然语言的理解、博弈、自动与定理的证明、自然语言的理解、博弈、自动程序设计、专家系统、机器学习、机器人程序设计、专家系统、机器学习、机器人）高潮迭起的发展时期（高潮迭起的发展时期（19892000）vAI

28、发展的里程碑发展的里程碑ANNv机器学习、遗传算法、机器学习、遗传算法、web智能、机器人技术智能、机器人技术等等21世纪世纪AI发展的新时代发展的新时代v21世纪是智能科学、生命科学及其信息集成并世纪是智能科学、生命科学及其信息集成并融合应用的时代、作为现代信息技术的精髓，融合应用的时代、作为现代信息技术的精髓，人工智能技术自然成为新世纪科学技术的前沿人工智能技术自然成为新世纪科学技术的前沿和焦点。和焦点。本课程的体系结构v搜索问题搜索问题v博弈博弈v逻辑推理逻辑推理v知识表示（知识表示（自学自学）v机器学习（决策树、神经网络）机器学习（决策树、神经网络）v高级搜索（局部搜索、模拟退火、遗传算法、高级搜索（局部搜索、模拟退火、遗传算法、蚁群算法）蚁群算法）小结小结v什么是人工智能什么是人工智能v人工智能的研究目标人工智能的研究目标v人工智能的应用人工智能的应用v人工智能的发展历程人工智能的发展历程v课程的体系结构课程的体系结构