人工智能(AI)的研究与应用领域课件.ppt

1、计算机科学与应用专业计算机科学与应用专业计算机科学与技术专业计算机科学与技术专业Artificial Intelligence人工智能人工智能1课程简介课程简介1.1. 本课程较系统地介绍人工智能的基本概念、原理和本课程较系统地介绍人工智能的基本概念、原理和方法，为学生研究或应用人工智能技术打下基础。方法，为学生研究或应用人工智能技术打下基础。2.2. 掌握人工智能基本原理，包括人工智能的两大支柱：掌握人工智能基本原理，包括人工智能的两大支柱：搜索技术搜索技术（盲目搜索、启发式搜索）和（盲目搜索、启发式搜索）和知识表示知识表示（知识表示和推理方法：一阶谓词逻辑，即命题演（知识表示和推理方法：一

2、阶谓词逻辑，即命题演算和谓词演算）及其计算机实现。算和谓词演算）及其计算机实现。 3.3. 了解不确定推理的基本方法，具有一定运用一种编了解不确定推理的基本方法，具有一定运用一种编程语言进行人工智能算法的编程能力。程语言进行人工智能算法的编程能力。先修：先修：C或或C+、数据结构、离散数学、概率统计数据结构、离散数学、概率统计2主要学习的内容主要学习的内容 搜索技术及应用搜索技术及应用 盲目搜索方法盲目搜索方法 启发式搜索方法启发式搜索方法 与与/或图搜索方法或图搜索方法 博弈树搜索方法博弈树搜索方法 谓词演算及应用谓词演算及应用 知识表示和知识推理及应用知识表示和知识推理及应用 不确定性推理

3、不确定性推理,专家系统专家系统,高级搜索高级搜索 人工智能应用领域人工智能应用领域核心内容核心内容 需掌握需掌握选修内容选修内容了解了解3主要考核形式：主要考核形式：1.1. 作业作业2.2. 实验（运用一种编程语言实现算法）实验（运用一种编程语言实现算法）3.3. 发言情况发言情况4.4. 考试（开卷）考试（开卷） 4第一章第一章 绪绪 论论教学内容：本章介绍人工智能的定义、发展概况及相教学内容：本章介绍人工智能的定义、发展概况及相关学派和他们的认知观，接着讨论人工智能的研究关学派和他们的认知观，接着讨论人工智能的研究和应用领域。和应用领域。教学要点：教学要点：u从不同科学或学科出发对人工智

4、能进行的定义；从不同科学或学科出发对人工智能进行的定义；u介绍人工智能的起源与发展过程；介绍人工智能的起源与发展过程；u讨论人工智能与人类智能的关系；讨论人工智能与人类智能的关系；u 简介目前人工智能的主要学派；简介目前人工智能的主要学派；u 简介人工智能所研究的范围与应用领域。简介人工智能所研究的范围与应用领域。5教学要求教学要求 重点掌握人工智能的几种定义，掌握目前重点掌握人工智能的几种定义，掌握目前人工智能的三个主要学派及对人工智能的人工智能的三个主要学派及对人工智能的理解，一般了解人工智能的主要研究范围理解，一般了解人工智能的主要研究范围和应用领域。和应用领域。61.1 人工智能的定义

5、与发展人工智能的定义与发展 本小节主要介绍目前对人工智能的几种定本小节主要介绍目前对人工智能的几种定义，并对人工智能的起源和发展进行了总义，并对人工智能的起源和发展进行了总结和分析结和分析 。 从学科和能力的角度深刻理解人工智能的从学科和能力的角度深刻理解人工智能的定义，初步了解人工智能的起源及其发展定义，初步了解人工智能的起源及其发展过程。过程。71.1.1 人工智能的定义人工智能的定义 定义定义1 智能机器智能机器 能够在各类环境中能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人自主地或交互地执行各种拟人任务任务(anthropomorphic tasks)的机器。的机器。 例子例子1：能够模拟

6、人的思维，进行博弈的计算机。能够模拟人的思维，进行博弈的计算机。1997年年5月月11日，一个名为日，一个名为“深蓝深蓝”(Deep Blue)的的I计算机系统战胜当时的国际象棋世界冠军盖利计算机系统战胜当时的国际象棋世界冠军盖利.卡卡斯帕罗夫（斯帕罗夫（Garry Kasparov）。）。 例子例子2：能够进行深海探测的潜水机器人。能够进行深海探测的潜水机器人。 例子例子3：在星际探险中的移动机器人，如美国研制的在星际探险中的移动机器人，如美国研制的火星探测车。火星探测车。81.1.1 人工智能的定义人工智能的定义 定义定义2 人工智能人工智能(学科学科) 人工智能人工智能(学科学科)是计算

7、机科学中涉及研究、设计是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。它的近期主要目标在于和应用智能机器的一个分支。它的近期主要目标在于研究用机器来研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能模仿和执行人脑的某些智力功能，并开，并开发相关理论和技术。发相关理论和技术。 定义定义3 人工智能人工智能(能力能力) 人工智能人工智能(能力能力)是智能机器所执行的通常与人类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、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、学习和问题感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。求

8、解等思维活动。9其它几种关于人工智能的定义其它几种关于人工智能的定义 定义定义4 人工智能是一种使计算机能够思维，使机器人工智能是一种使计算机能够思维，使机器具有智力的激动人心的新尝试（具有智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985）。）。 定义定义5 人工智能是那些与人的思维、决策、问题求人工智能是那些与人的思维、决策、问题求解和学习等有关活动的自动化（解和学习等有关活动的自动化（Bellman,1978）。）。 定义定义6 人工智能是用计算模型研究智力行为人工智能是用计算模型研究智力行为（Charniak和和McDermott,1985）。）。 定义定义7 人工智能是研究那些使理

9、解、推理和行为成人工智能是研究那些使理解、推理和行为成为可能的计算（为可能的计算（Winston,1992）。）。10其它几种关于人工智能的定义其它几种关于人工智能的定义 定义定义8 人工智能是一种能够执行需要人的智能的人工智能是一种能够执行需要人的智能的创造性机器的技术（创造性机器的技术（Kurzwell,1990）。）。 定义定义9 人工智能研究如何使计算机做事让人过得人工智能研究如何使计算机做事让人过得更好更好（Rick和和Knight,1991）。）。 定义定义10 人工智能是一门通过计算过程力图理解和人工智能是一门通过计算过程力图理解和模仿智能行为的学科（模仿智能行为的学科（Scha

10、lkoff,1990）。）。 定义定义11 人工智能是计算机科学中与智能行为的自人工智能是计算机科学中与智能行为的自动化有关的一个分支（动化有关的一个分支（Luger和和Stubblefield,1993）。）。 其中，定义其中，定义4和定义和定义5涉及涉及拟人思维拟人思维；定义；定义6和定义和定义7与与理性思维理性思维有关；定义有关；定义8和定义和定义9涉及涉及拟拟人行为人行为；定义；定义10和定义和定义11与与拟人理性行为拟人理性行为有关。有关。111.1.2 人工智能的起源与发展人工智能的起源与发展 人工智能的发展是以硬件与软件为基础的，人工智能的发展是以硬件与软件为基础的，经历了漫长的

11、发展历程。特别是经历了漫长的发展历程。特别是20世纪世纪30年代和年代和40年代的智能界，发现了两件重要年代的智能界，发现了两件重要的事情：的事情：数理逻辑和关于计算的新思想数理逻辑和关于计算的新思想。以维纳（以维纳（Wiener）、弗雷治、罗素等为代）、弗雷治、罗素等为代表对发展数理逻辑学科的贡献及丘奇表对发展数理逻辑学科的贡献及丘奇(Church)、图灵和其它一些人关于计算本、图灵和其它一些人关于计算本质的思想，为人工智能的形成产生了重要质的思想，为人工智能的形成产生了重要影响。影响。12人工智能的发展简史 第一阶段（第一阶段（40年代中年代中50年代末）年代末） 神经元网络时代神经元网络

12、时代(1956年以前，年以前，萌芽期萌芽期） 基于生理学知识和脑神经元的功能；对命题逻基于生理学知识和脑神经元的功能；对命题逻辑的形式化分析以及图灵的计算理论，提出一辑的形式化分析以及图灵的计算理论，提出一种人工神经元模型。种人工神经元模型。 普林斯顿大学的两名研究生在普林斯顿大学的两名研究生在1951年建造了第年建造了第一台神经网络计算机。一台神经网络计算机。13人工智能的发展简史 第二阶段（第二阶段（50年代中年代中60年代中）年代中） 通用方法时代（通用方法时代（形成期形成期1956-1961年）年） 物理符号系统物理符号系统 主要研究的问题：定理证明、游戏、翻译等主要研究的问题：定理证

13、明、游戏、翻译等 对问题的难度估计不足，陷入困境对问题的难度估计不足，陷入困境14AI的历史回顾 一个笑话（英俄翻译）：一个笑话（英俄翻译）： The spirit is willing but the flesh is weak.（心有余而力不足）心有余而力不足） The vodka is strong but meat is rotten.（伏特加酒虽然很浓，但肉是腐烂的）伏特加酒虽然很浓，但肉是腐烂的） 出现这样的错误的原因：出现这样的错误的原因： Spirit：1）精神精神 2）烈性酒）烈性酒 结论：结论：必须理解才能翻译，而理解需要知识必须理解才能翻译，而理解需要知识15人工智能的发

14、展简史 第三阶段（第三阶段（60年代中年代中80年代初）年代初） 知识工程时代（知识工程时代（发展期发展期1961年以后）年以后） 专家系统专家系统 知识工程知识工程 知识工程席卷全球知识工程席卷全球 各国发展计划：各国发展计划： 美国星球大战计划美国星球大战计划 英国英国ALVEY计划计划 法国法国UNIKA 计划计划 日本五代机计划日本五代机计划 中国中国“863”计划计划16人工智能的发展简史 第四阶段（第四阶段（80年代中年代中90年代初）年代初） 新的神经元网络时代（新的神经元网络时代（神经网络期神经网络期） BP网（算法），解决了多层网的学习问题网（算法），解决了多层网的学习问题

15、Hopfield网，成功求解了货郎担问题网，成功求解了货郎担问题 存在问题：存在问题： 理论依据理论依据 解决大规模问题的能力解决大规模问题的能力 新的动向新的动向构造化方法构造化方法17人工智能的发展简史 第五阶段（第五阶段（90年代初现在）年代初现在） 数据与网络时代（数据与网络）数据与网络时代（数据与网络） 网络给网络给AI带来无限的机会带来无限的机会 知识发现与数据挖掘知识发现与数据挖掘 AI走向实用化走向实用化18各国的人工智能研究 美国是人工智能的发源地美国是人工智能的发源地 英国英国60年代开始起步年代开始起步 日本西欧和前苏联：起步较晚，发展快日本西欧和前苏联：起步较晚，发展快

16、 我国我国78年开始：定理证明，自然语言理解，年开始：定理证明，自然语言理解，机器人与专家系统机器人与专家系统 人工智能学会，计算机学会人工智能与模人工智能学会，计算机学会人工智能与模式识别专业委员会式识别专业委员会191.2 人类智能与人工智能人类智能与人工智能1.2.1 智能处理信息系统的假设智能处理信息系统的假设1、符号处理系统的六种基本功能、符号处理系统的六种基本功能信息处理系统又叫符号操作系统(Symbol Operation System) ，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)

17、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。201.2.1 智能处理信息系统的假设智能处理信息系统的假设2、可以把人看成一个智能信息处理系统、可以把人看成一个智能信息处理系统 如果一个物理符号系统具有上述全部如果一个物理符号系统具有上述全部6种功能，种功能，能够完成这个全过程，那么它就是一个完整能够完成这个全过程，那么它就是一个完整的物理符号系统。人具有上述的物理符号系统。人具有上述6种功能；现代种功能；现代计算机也具备物理符号系统的这计算机也具备物理符

18、号系统的这6种功能。种功能。211.2.1 智能处理信息系统的假设智能处理信息系统的假设3、物理符号系统的假设、物理符号系统的假设 任何一个系统，如果它能表现出智能，那么它就任何一个系统，如果它能表现出智能，那么它就必定能够执行上述必定能够执行上述6种功能。反之，种功能。反之，任何系统如任何系统如果具有果具有这这6种功能，那么它就能够表现出智能种功能，那么它就能够表现出智能；这种智能指的是人类所具有的那种智能。把这个这种智能指的是人类所具有的那种智能。把这个假设称为物理符号系统的假设。假设称为物理符号系统的假设。221.2.1 智能处理信息系统的假设智能处理信息系统的假设4、物理符号系统、物理

19、符号系统3个推论个推论u推论一：既然人具有智能，那么他推论一：既然人具有智能，那么他(她她)就一就一定是个物理符号系统。定是个物理符号系统。u推论二：既然计算机是一个物理符号系统，推论二：既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智能。它就一定能够表现出智能。 u推论三：既然人是一个物理符号系统，计算推论三：既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么我们就能够机也是一个物理符号系统，那么我们就能够用计算机来模拟人的活动用计算机来模拟人的活动。231.2.2 人类智能的计算机模拟人类智能的计算机模拟 1950年，图灵发表了题为年，图灵发表了题为计算计算机能思考吗？机能思考吗

20、？的论文，给人工的论文，给人工智能下了一个定义，而且论证了智能下了一个定义，而且论证了人工智能的可能性。定义智慧时，人工智能的可能性。定义智慧时，如果一台机器能够通过称之为图如果一台机器能够通过称之为图灵实验的实验，那它就是智慧的。灵实验的实验，那它就是智慧的。图灵实验的本质就是让人在不看图灵实验的本质就是让人在不看外型的情况下不能区别是机器的外型的情况下不能区别是机器的行为还是人的行为时，这个机器行为还是人的行为时，这个机器就是智慧的。就是智慧的。 Alan Turing(1912-1954) 24图灵测试图灵测试 游戏由一男游戏由一男(A)(A)、一女、一女(B)(B)和一名询问者和一名询

21、问者(C)(C)进进行；行；C C与与A A、B B被隔离，通过电传打字机与被隔离，通过电传打字机与A A、B B对话。对话。询问者只知道二人的称呼是询问者只知道二人的称呼是X X，Y Y，通过提问以及，通过提问以及回答来判断，最终作出回答来判断，最终作出XX是是A A，Y Y是是BB或者或者XX是是B B，Y Y是是AA的结论。游戏中，的结论。游戏中，A A必须尽力使必须尽力使C C判断错误，判断错误，而而B B的任务是帮助的任务是帮助C C。 当一个机器代替了游戏中的当一个机器代替了游戏中的A A，并且机器将试，并且机器将试图使得图使得C C相信它是一个人。如果机器通过了图灵测相信它是一个

22、人。如果机器通过了图灵测试，就认为它是试，就认为它是 智慧智慧 的的。 251.2.2 人类智能的计算机模拟人类智能的计算机模拟1、机器智能可以模拟人类智能、机器智能可以模拟人类智能 物理符号系统假设的推论一告诉人们，人有智物理符号系统假设的推论一告诉人们，人有智能，所以他是一个物理符号系统；推论三指出，能，所以他是一个物理符号系统；推论三指出，可以编写出计算机程序去模拟人类的思维活动。可以编写出计算机程序去模拟人类的思维活动。这就是说，人和计算机这两个物理符号系统所这就是说，人和计算机这两个物理符号系统所使用的物理符号是相同的，因而计算机可以模使用的物理符号是相同的，因而计算机可以模拟人类的

23、智能活动过程。拟人类的智能活动过程。262、智能计算机的功能、智能计算机的功能 可以看出，要使机器达到人类智能的水平，或者超可以看出，要使机器达到人类智能的水平，或者超过人类智能还需要做大量的工作。计算机尚需具有过人类智能还需要做大量的工作。计算机尚需具有以下能力：以下能力：1. 自然语言处理自然语言处理，使得计算机可以用英文成功，使得计算机可以用英文成功 地进行交流；地进行交流；2. 知识表示，知识表示，存储它知道的或听到的信息；存储它知道的或听到的信息；3. 自动推理自动推理，运用存储的信息来回答问题和提取新的结论；，运用存储的信息来回答问题和提取新的结论；4. 机器学习机器学习，能适应新

24、的环境并能检测和推断新的模式。，能适应新的环境并能检测和推断新的模式。 完全的图灵测试还包括询问者利用视频信号来测试完全的图灵测试还包括询问者利用视频信号来测试对方的感知能力，以及询问者对方的感知能力，以及询问者“通过窗口通过窗口”传递给传递给受试对象。受试对象。5. 计算机视觉，计算机视觉，可以感知物体；可以感知物体；6. 机器人技术，机器人技术，可以操纵和移动物体。可以操纵和移动物体。这六个领域构成了这六个领域构成了AI的大部分内容。的大部分内容。讨论：为什么能够用电脑模拟人脑智能？讨论：为什么能够用电脑模拟人脑智能？271.3 人工智能的学派及其争论人工智能的学派及其争论1、人工智能三大

25、学派、人工智能三大学派符号主义符号主义(Symbolicism)，又称为逻辑主义，又称为逻辑主义(Logicism)、心理学派(Psychlogism)或计算机学派(Computerism)，其原理主要为物理符号系统假设和有限合理性原理。联结主义联结主义(Connectionism)，又称为仿生学派，又称为仿生学派(Bionicsism)或生理学派(Physiologism)，其原理主要为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法。行为主义行为主义(Actionism)，又称进化主义，又称进化主义(Evolutionism)或控制论学派(Cyberneticsism)，其原理为控制论及感知-动作

26、型控制系统。282、三大学派对人工智能发展、三大学派对人工智能发展历史的不同看法历史的不同看法 符号主义：符号主义：认为人工智能源于数理逻辑。认为人工智能源于数理逻辑。 它认为人是一个物理符号系统，计算机也是一个它认为人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，因此，我们就能够用计算机来模物理符号系统，因此，我们就能够用计算机来模拟人的智能行为，即用计算机的符号操作来模拟拟人的智能行为，即用计算机的符号操作来模拟人的认知过程。人的认知过程。 知识是信息的一种形式，是构成智能的基础。人知识是信息的一种形式，是构成智能的基础。人工智能的核心问题是知识表示、知识推理和知识工智能的核心问题是知识

27、表示、知识推理和知识运用。运用。 是人工智能的主流学派，这个学派的代表有纽厄是人工智能的主流学派，这个学派的代表有纽厄尔、肖、西蒙和尼尔逊尔、肖、西蒙和尼尔逊(Nilsson)等。等。 29联结主义联结主义 联结主义：联结主义：认为人工智能源于仿生学，特别是人认为人工智能源于仿生学，特别是人脑模型的研究。脑模型的研究。 它的代表性成果是它的代表性成果是1943年由生理学家麦卡洛克年由生理学家麦卡洛克(McCulloch)和数理逻辑学家皮茨和数理逻辑学家皮茨(Pitts)创立的脑创立的脑模型，即模型，即MP模型。模型。 近期代表性工作有：近期代表性工作有： Hopfield教授在教授在1982年

28、和年和1984年论文中提出用硬年论文中提出用硬件模拟神经网络。件模拟神经网络。 J.D.Rumelhart 教授于教授于1986年提出多层网络中的年提出多层网络中的反馈传播（反馈传播（BP）算法。）算法。30行为主义行为主义 行为主义：行为主义：认为人工智能源于控制论。认为人工智能源于控制论。 提出智能行为的提出智能行为的“感知感知-动作动作”模式。认为：模式。认为： 智能取决于感知和行动智能取决于感知和行动(所以被称为行为主义所以被称为行为主义)； AI可以像人类智能一样逐步进化；可以像人类智能一样逐步进化； 智能行为只能通过现实世界与周围环境交互作用智能行为只能通过现实世界与周围环境交互作

29、用表现出来。表现出来。 这一学派的代表作首推布鲁克斯这一学派的代表作首推布鲁克斯(Brooks)的六足的六足行走机器人，它被看做新一代的行走机器人，它被看做新一代的“控制论动物控制论动物”，是一个基于感知动作模式的模拟昆虫行为的控是一个基于感知动作模式的模拟昆虫行为的控制系统。制系统。 311.4 人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域 1.4.1 问题求解问题求解 人工智能的第一个大成就是发展了能够求人工智能的第一个大成就是发展了能够求解难题的下棋解难题的下棋(如国际象棋如国际象棋)程序。它包含问程序。它包含问题的表示、分解、搜索与归约等。题的表示、分解、搜索与归约等。 今天的计算

30、机程序能够下锦标赛水平的各今天的计算机程序能够下锦标赛水平的各种方盘棋、十五子棋和国际象棋种方盘棋、十五子棋和国际象棋 。32IBM的“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，美国纽约公平大厦，当分，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超级电脑将棋盘上的一个兵走到到C4的位置上时，国际象棋世界冠军卡的位置上时，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫对斯帕罗夫对“深蓝深蓝”的人机大战落下帷的人机大战落下帷幕，幕，“深蓝深蓝” 以以3.5：2.5的总比分战胜的总比分战胜卡斯帕罗夫。卡斯帕罗夫。33IBM的“深蓝”（续1） 96年年2月第一

31、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 97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“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的处理速度为的处理速度为200万步万步/秒秒 在每步棋限时在每步棋限时3分钟里，可以推演分钟里，可以推演1000-2000亿步棋亿步棋局。（局。（Garry Kasparov的思考速度的思考速度是是200步步/分）。分）。341.4.2 逻辑推理与定理证

32、明逻辑推理与定理证明1976年7月，美国的阿佩尔(K.Appel)等人合作解决了长达124年之久的难题-四色定理。他们用三台大型计算机，花去1200小时CPU时间，并对中间结果进行人为反复修改500多处。四色定理的成功证明曾轰动计算机界。 我国人工智能大师吴文俊院士提出并实现了几何定理机器证明的方法，被国际上承认为“吴氏方法”，是定理证明的又一标志性成果。351.4.3 自然语言理解自然语言理解 NLP(Natural Language Processing)自然语言自然语言处理也是人工智能的早期研究领域之一，已经编处理也是人工智能的早期研究领域之一，已经编写出能够从内部数据库回答用英语提出的

33、问题的写出能够从内部数据库回答用英语提出的问题的程序，这些程序通过阅读文本材料和建立内部数程序，这些程序通过阅读文本材料和建立内部数据库，能够据库，能够把句子从一种语言翻译为另一种语言把句子从一种语言翻译为另一种语言，执行用英语给出的指令和获取知识等。有些程序执行用英语给出的指令和获取知识等。有些程序甚至能够在一定程度上甚至能够在一定程度上翻译从话筒输入的口头指翻译从话筒输入的口头指令令(而不是从键盘打入计算机的指令而不是从键盘打入计算机的指令)。361.4.4 自动程序设计自动程序设计 自动程序设计（自动程序设计（Automatic Programming）的）的任务是设计这样一个程序系统：

34、它接收关于所设任务是设计这样一个程序系统：它接收关于所设计程序要实现目标的需求描述，然后自动生成能计程序要实现目标的需求描述，然后自动生成能完成这个目标的具体程序。完成这个目标的具体程序。 自动程序设计研究的重大贡献之一是作为自动程序设计研究的重大贡献之一是作为问题求问题求解策略的调整概念解策略的调整概念。已经发现，对程序设计或机。已经发现，对程序设计或机器人控制问题，先产生一个不费事的有错误的解，器人控制问题，先产生一个不费事的有错误的解，然后再修改它然后再修改它(使它正确工作使它正确工作)，这种做法一般要，这种做法一般要比坚持要求第一个解就完全没有缺陷的做法有效比坚持要求第一个解就完全没有

35、缺陷的做法有效得多。得多。371.4.5 专家系统专家系统 一般地说，专家系统是一个智能计算机程序系统，一般地说，专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部具有大量专家水平的某个领域知识与经验，其内部具有大量专家水平的某个领域知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。该领域的问题。 专家系统可以解决的问题一般包括专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、诊解释、预测、诊断、设计、规划、监视、修理、指导和控制等断、设计、规划、监视、修理、指导和控制等。 在已经建立的专家咨询系统中，有能够诊断疾病的在已经建立的专家咨询系统中，有

36、能够诊断疾病的(包括中医诊断智能机包括中医诊断智能机)，估计潜在石油等矿藏的，研，估计潜在石油等矿藏的，研究复杂有机化合物结构的以及提供使用其它计算机究复杂有机化合物结构的以及提供使用其它计算机系统的参考意见等。系统的参考意见等。 381.4.6 机器学习机器学习 学习是人类智能的主要标志和获得知识的基本手学习是人类智能的主要标志和获得知识的基本手段。机器学习段。机器学习(自动获取新的事实及新的推理算自动获取新的事实及新的推理算法法)是使计算机具有智能的根本途径。是使计算机具有智能的根本途径。 学习能力无疑是人工智能研究上最突出和最重要学习能力无疑是人工智能研究上最突出和最重要的一个方面。人工

37、智能在这方面的研究近年来取的一个方面。人工智能在这方面的研究近年来取得了一些进展，理论正在创立，方法日臻完善，得了一些进展，理论正在创立，方法日臻完善，但远未达到理想境地。但远未达到理想境地。 391.4.7 神经网络神经网络 神经网络处理直觉和形象思维信息具有比传统处理方神经网络处理直觉和形象思维信息具有比传统处理方式好得多的效果。式好得多的效果。 对神经网络的研究始于对神经网络的研究始于40年代初期，经历了一条十分年代初期，经历了一条十分曲折的道路，几起几落，曲折的道路，几起几落，80年代初以来，对神经网络年代初以来，对神经网络的研究再次出现高潮。霍普菲尔德的研究再次出现高潮。霍普菲尔德(

38、Hopfield)提出提出用用硬件实现神经网络硬件实现神经网络，鲁梅尔哈特，鲁梅尔哈特(Rumelhart)等提出等提出多层网络中的多层网络中的反向传播反向传播(BP)算法算法就是两个重要标志。就是两个重要标志。 神经网络已在模式识别、图象处理、组合优化、自动神经网络已在模式识别、图象处理、组合优化、自动控制、信息处理、机器人学和人工智能的其它领域获控制、信息处理、机器人学和人工智能的其它领域获得日益广泛的应用。得日益广泛的应用。401.4.8 机器人学机器人学 机器人学：包括对操作机器人装置程序的研究。这个机器人学：包括对操作机器人装置程序的研究。这个领域所研究的问题，从领域所研究的问题，从

39、机器人手臂的最佳移动机器人手臂的最佳移动到实现到实现机器人目标的机器人目标的动作序列的规划方法动作序列的规划方法，无所不包。，无所不包。 智能机器人的研究和应用体现出广泛的学科交叉，涉智能机器人的研究和应用体现出广泛的学科交叉，涉及众多的课题，如机器人体系结构、机构、控制、智及众多的课题，如机器人体系结构、机构、控制、智能、视觉、触觉、力觉、听觉、机器人装配、恶劣环能、视觉、触觉、力觉、听觉、机器人装配、恶劣环境下的机器人以及机器人语言等。境下的机器人以及机器人语言等。 机器人已在各种工业、农业、商业、旅游业、空中和机器人已在各种工业、农业、商业、旅游业、空中和海洋以及国防等领域获得越来越普遍

40、的应用。海洋以及国防等领域获得越来越普遍的应用。411.4.8 机器人学（续）机器人学（续）421.4.9 模式识别模式识别 人工智能所研究的模式识别是指用计算机代替人人工智能所研究的模式识别是指用计算机代替人类或帮助人类感知模式，是对人类感知外界功能类或帮助人类感知模式，是对人类感知外界功能的模拟，研究的是计算机模式识别系统，也就是的模拟，研究的是计算机模式识别系统，也就是使一个计算机系统具有模拟人类通过感官接受外使一个计算机系统具有模拟人类通过感官接受外界信息、识别和理解周围环境的感知能力。界信息、识别和理解周围环境的感知能力。 在模式识别领域，神经网络方法已经成功地用于在模式识别领域，神

41、经网络方法已经成功地用于手写字符的识别、汽车牌照的识别、指纹识别、手写字符的识别、汽车牌照的识别、指纹识别、语音识别等方面。语音识别等方面。 431.4.10 机器视觉机器视觉 实验表明，实验表明，人类接受外界信息的人类接受外界信息的80%以上来自视觉以上来自视觉，视觉对人类是非常重要的。视觉对人类是非常重要的。 机器视觉的前沿研究领域包括实时并行处理、主动式机器视觉的前沿研究领域包括实时并行处理、主动式定性视觉、动态和时变视觉、三维景物的建模与识别、定性视觉、动态和时变视觉、三维景物的建模与识别、实时图象压缩传输和复原、多光谱和彩色图象的处理实时图象压缩传输和复原、多光谱和彩色图象的处理与解

42、释等。与解释等。 机器视觉已在机器人装配、卫星图象处理、工业过程机器视觉已在机器人装配、卫星图象处理、工业过程监控、飞行器跟踪和制导以及电视实况转播等领域获监控、飞行器跟踪和制导以及电视实况转播等领域获得极为广泛的应用。得极为广泛的应用。 44 机器视觉（续）机器视觉（续）451.4.11 智能控制智能控制 智能控制是一类无需智能控制是一类无需(或需要尽可能少的或需要尽可能少的)人的干预就人的干预就能够独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制。能够独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制。 智能控制的核心在高层控制，即组织级控制。智能控制的核心在高层控制，即组织级控制。其任务在于对实际环境或过程进

43、行组织，即决策和规划，以实现广义问题求解。 智能控制有很多研究领域，目前研究得较多的是以下6个方面：智能机器人规划与控制、智能过程规划、智能过程控制、专家控制系统、语音控制以及智能仪器。461.4.12 智能检索智能检索 随着科学技术的迅速发展，出现了随着科学技术的迅速发展，出现了“知识爆炸知识爆炸”的情况，研究智能检索系统已成为科技持续快速的情况，研究智能检索系统已成为科技持续快速发展的重要保证。发展的重要保证。 智能信息检索系统的设计者们将面临以下几个问智能信息检索系统的设计者们将面临以下几个问题。题。u建立一个建立一个能够理解以自然语言陈述的询问系统能够理解以自然语言陈述的询问系统。u如

44、何如何根据存储的事实演绎出答案根据存储的事实演绎出答案的问题。的问题。u理解询问和演绎答案所需要的知识都可能超出该理解询问和演绎答案所需要的知识都可能超出该学科领域数据库所表示的知识。学科领域数据库所表示的知识。47小小 结结人工智能的定义人工智能的定义 ： 定义定义1 智能机器：智能机器：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。 定义定义2 人工智能人工智能(学科学科)：人工智能(学科)是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。它的近期主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。 定义定义3 人工智能人工智能(能力能力)：人工智能(能

45、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。48小小 结结 人工智能三大学派：人工智能三大学派：u符号主义(Symbolicism)，其原理主要为物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性原理。u联结主义(Connectionism)，又称仿生学派，其原理主要为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法。u行为主义(Actionism)：其原理为控制论及感知-动作型控制系统。49小小 结结人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域 ：u问题求解：下棋程序 u逻辑推理与定理证明：四色定理证明、吴氏方法 u自然语言理解 ：翻译（口头、文字）u自动程序设计 、专家系统、机器学习u神经网络、机器人学、模式识别u机器视觉 、智能控制 、智能检索 50