智能计算-史忠植课件.ppt

1、2022-8-3史忠植 智能科学1“智能科学技术基础理论重大问题智能科学技术基础理论重大问题”高层研讨会高层研讨会智能科学智能科学的的基本问题基本问题 史忠植史忠植ShizzShizz cnhttp:/www.http:/cn/中国科学院计算技术研究所中国科学院计算技术研究所 2022-8-3史忠植 智能科学2报告内容报告内容 FF科学发展大趋势科学发展大趋势 F F智能研究的新生智能研究的新生 F F基本科学问题基本科学问题FF结束语结束语 F F建议建议 2022-8-3史忠植 智能科学310多年的酝酿，1151人的参与两次会议：2001-05-11 NSF预备会 2001-12-03 N

2、SF/DOC(79人)政府及国家实验室 32人 大学 28人 企业及非政府组织 19人 2004-03 成立Converging Technologies Bar Association(CTBA)科学发展大趋势科学发展大趋势美国关于NBIC会聚技术的战略研讨2022-8-3史忠植 智能科学4InfoCognoBioNanoEnhancing HumanPerformanceNew HumanbeingNew IndustriesNew SocietyNew Education 科学发展大趋势科学发展大趋势2022-8-3史忠植 智能科学5技术浪潮l天文学（天问）推动农业、航海业l物理化学（物

3、问）推动能源、材料、信息技术l生物学（命问）推动基因农业和基因药物l脑科学（脑问）推动下一轮智能技术浪潮2022-8-3史忠植 智能科学6第一次浪潮第二次浪潮第三次浪潮第四次浪潮第五次浪潮1785 1845 1900 1950199019992020 创创新新步步伐伐水力水力纺织纺织铁铁蒸汽蒸汽铁路铁路钢钢电电化学品化学品内燃机内燃机石油化学石油化学电子电子航空航空数字网络数字网络软件软件新媒体新媒体60年年55年年50年年40年年30年年技术创新浪潮的经济长波规律技术创新浪潮的经济长波规律（康德拉捷夫）（康德拉捷夫）机械化机械化铁路化铁路化电气化电气化 电子化电子化 数字化数字化2022-8

4、-3史忠植 智能科学7第一次浪潮第二次浪潮第三次浪潮第四次浪潮1990 2020 2050 20802100创创新新步步伐伐数字网络数字网络软件软件新媒体新媒体生物基因生物基因（蛋白质）（蛋白质）纳米材料纳米材料脑科学脑科学智能技术智能技术？对对2121世纪技术创新浪潮长波的猜想世纪技术创新浪潮长波的猜想2022-8-3史忠植 智能科学8 科学发展大趋势20世纪末世纪末:生物信息学生物信息学生物信息学主要是研究生命中物质的组生物信息学主要是研究生命中物质的组成、进化、结构与功能的规律、以及这些物成、进化、结构与功能的规律、以及这些物质在生命体中能量和信息的交换或传递。该质在生命体中能量和信息的

5、交换或传递。该学科以计算机和生物电子设备为工具，对生学科以计算机和生物电子设备为工具，对生物信息进行提取、储存、加工和分析，用信物信息进行提取、储存、加工和分析，用信息理论技术及生物数学的方法去理解和阐述息理论技术及生物数学的方法去理解和阐述生物大分子的存在和生命价值，最终对它们生物大分子的存在和生命价值，最终对它们进行各种处理与应用。进行各种处理与应用。2022-8-3史忠植 智能科学9 科学发展大趋势21世纪世纪:智能科学智能科学 智能科学是一门交叉学科，主要由智能科学是一门交叉学科，主要由 F F 脑科学脑科学 FF 认知科学认知科学 F F 人工智能人工智能 等学科共同研究智能行为的基

6、本理论和实等学科共同研究智能行为的基本理论和实现技术。现技术。2022-8-3史忠植 智能科学10人工智能的诞生人工智能的诞生 1956:1956:世界上第一次正式的AI会议美国的Dartmouth College，为期2月John McCarthy 正式提出“Artificial Intelligence”这一术语 著名参加者：J.McCarthy、C.Shannon、M.Minsky、N.Wiener、W.McCulloch、S.Papert 1956年年JohnMcCarthy在他的在他的ProposalfortheDartmouthSummerResearchProjectOnArti

7、ficialIntelligence中首先引入中首先引入了这个术语，他将人工智能定义为了这个术语，他将人工智能定义为:“使一部机器的反应方式就使一部机器的反应方式就像是一个人在行动时所依据的像是一个人在行动时所依据的智能智能”。2022-8-3史忠植 智能科学11智能研究的反思智能研究的反思 1969 1969年年MinskyMinsky,PapertPapert:感知机感知机,对计算智能的反思对计算智能的反思 8080年代末对符号智能的反思年代末对符号智能的反思 (1)(1)知识与概念化是否是人工智能的核心？知识与概念化是否是人工智能的核心？(2)(2)认知能力能否与载体分开来研究？认知能力

8、能否与载体分开来研究？(3)(3)认知的轨迹是否可用类自然语言来描述？认知的轨迹是否可用类自然语言来描述？(4)(4)学习能力能否与认知分开来研究？学习能力能否与认知分开来研究？(5)(5)所有的认知是否有一种统一的结构？所有的认知是否有一种统一的结构？90 90年代末对智能研究的反思年代末对智能研究的反思2022-8-3史忠植 智能科学12智能研究的新生智能研究的新生 智能不仅要功能仿真智能不仅要功能仿真,而且要机理仿真而且要机理仿真 智能不仅要运用推理智能不仅要运用推理,自顶向下自顶向下,而而 且要通过学习且要通过学习,由底向上由底向上,两者并存两者并存.脑的感知部分不仅具有输入脑的感知部

9、分不仅具有输入/输出通道的输出通道的 功能，而且对思维活动有直接贡献功能，而且对思维活动有直接贡献 符号计算新机制符号计算新机制2022-8-3史忠植 智能科学13问题之一问题之一:神经活动的理论神经活动的理论2022-8-3史忠植 智能科学14问题之一问题之一:神经活动的基本过程神经活动的基本过程突突触触可可塑塑性性2022-8-3史忠植 智能科学15问题之二问题之二:知觉理论知觉理论 感知信息如何表达感知信息如何表达?感知过程是从哪里开始的？感知过程是从哪里开始的？外在物理世界的那些变量具有心理学的知觉意外在物理世界的那些变量具有心理学的知觉意义？义？作为知觉的计算模型计算的对象是什么？作

10、为知觉的计算模型计算的对象是什么？2022-8-3史忠植 智能科学16GibsonGibson生态学理论生态学理论l“光阵列光阵列(Optic array)”Optic array)”包含全部必需的信包含全部必需的信息息l知觉是直接的，没有任何推理步骤、中介变量知觉是直接的，没有任何推理步骤、中介变量或联想或联想 l从生态学的观点来看，知觉是环境向知觉者显从生态学的观点来看，知觉是环境向知觉者显露的过程，神经系统并非建构知觉，而是萃取露的过程，神经系统并非建构知觉，而是萃取它们它们2022-8-3史忠植 智能科学17Bruner Bruner 知觉理论知觉理论l提出提出建构主义理论认为建构主义

11、理论认为:所有感知都受到人们的经验和期所有感知都受到人们的经验和期望的影响望的影响.2022-8-3史忠植 智能科学18Gestalt 知觉理论l整体不等于部分之和l意识不等于感觉元素的集合l行为不等于反射弧的循环2022-8-3史忠植 智能科学19问题之三问题之三:学习学习 揭示学习的神经机制揭示学习的神经机制 理解感性认识与理性认识理解感性认识与理性认识的相互关系的相互关系外 界 环境 知识库内省学习机 执行单元观察学习机2022-8-3史忠植 智能科学20问题之四问题之四:记忆记忆 记忆在智能活动中占有突出的位置，记忆能力也记忆在智能活动中占有突出的位置，记忆能力也是智能水平的重要标志之

12、一。是智能水平的重要标志之一。在内容上，记忆可分为陈述性记忆（包括情景记忆和在内容上，记忆可分为陈述性记忆（包括情景记忆和语义记忆等）和非陈述性记忆（包括启动效应、运动技语义记忆等）和非陈述性记忆（包括启动效应、运动技巧、习惯等）巧、习惯等）在时间上，记忆又可分为感知记忆、短时记忆和长时在时间上，记忆又可分为感知记忆、短时记忆和长时记忆记忆工作记忆是一种短时记忆，它的功能是短时间工作记忆是一种短时记忆，它的功能是短时间“在线在线”式地保存和处理信息，是多种高级认知功能的核心环节。式地保存和处理信息，是多种高级认知功能的核心环节。2022-8-3史忠植 智能科学21问题之五问题之五:语言认知语言

13、认知 运动性语言中枢运动性语言中枢:额下回后部额下回后部 (44.45)(44.45)听觉性语言中枢听觉性语言中枢 颞上回后部颞上回后部(22)(22)书写中枢书写中枢:额中回后部额中回后部(8)(8)视觉性语言中枢视觉性语言中枢:角回（角回（3939）2022-8-3史忠植 智能科学22脑语言处理2022-8-3史忠植 智能科学23问题之六问题之六:思维思维 思维是具有意识的人脑对于客观现实的本质属性、思维是具有意识的人脑对于客观现实的本质属性、内部规律性的自觉的、间接的和概括的反映。内部规律性的自觉的、间接的和概括的反映。FF不同形式思维的机理不同形式思维的机理F脑的感知部分对思维的作用脑

14、的感知部分对思维的作用F思维如何分层思维如何分层2022-8-3史忠植 智能科学24思维的层次模型思维的层次模型 感知处理单元1感知处理单元2感知处理单元形象处理单元1形象处理单元2形象处理单元抽象处理单元2022-8-3史忠植 智能科学25问题之七问题之七:智力发展智力发展 旧模式新经验同化平衡失衡調適內在驅力2022-8-3史忠植 智能科学26问题之八问题之八:脑功能成像数据库脑功能成像数据库 (1)(1)有中国人特色的大脑标准化方法。现有的脑功有中国人特色的大脑标准化方法。现有的脑功能成像数据库基本上都是基于能成像数据库基本上都是基于TalairachTalairach坐标进行标准坐标进

15、行标准化。要对现有的数据进行分析研究，提出有中国人特色化。要对现有的数据进行分析研究，提出有中国人特色的，能够体现大脑精细结构差异的大脑标准化方法；的，能够体现大脑精细结构差异的大脑标准化方法；(2)(2)超大规模脑功能成像数据的快速存取技术；超大规模脑功能成像数据的快速存取技术；(3)(3)脑功能区划分（脑功能区划分（segmentationsegmentation）的方法和技术；的方法和技术；(4)(4)基于内容的层次型脑功能成像数据库体系结构；基于内容的层次型脑功能成像数据库体系结构；(5)(5)脑功能区的动态变化的跟踪、演示与存储。脑功能区的动态变化的跟踪、演示与存储。2022-8-3

16、史忠植 智能科学27问题之九问题之九:情感智能情感智能 认知系统 控制系统 情感系统 输出 运动声音 物理信号 图图 诺诺尔尔曼曼模模型型2022-8-3史忠植 智能科学28问题之十问题之十:免疫系统免疫系统 Phagocyte Adaptive immune response Lymphocytes Innate immune response Biochemical barriers Skin Pathogens (1)(1)识别和清识别和清除侵入机体的除侵入机体的微生物、异体微生物、异体细胞或大分子细胞或大分子物质（抗原）物质（抗原）(2)(2)监护机体监护机体内部的稳定性，内部的稳定性

17、，清除表面抗原清除表面抗原发生变化的细发生变化的细胞（肿瘤细胞胞（肿瘤细胞和病毒感染的和病毒感染的细胞等）。细胞等）。2022-8-3史忠植 智能科学29问题之十一问题之十一:意识意识意识是人脑对外部世界和自身心理、生理活动等客意识是人脑对外部世界和自身心理、生理活动等客观事物的觉知和控制。意识问题是对当代科学的巨大挑观事物的觉知和控制。意识问题是对当代科学的巨大挑战。战。FF 1879年现代心理学建立以来，意识就成为心理年现代心理学建立以来，意识就成为心理学的主要研究对象。学的主要研究对象。James认为，心理学是研究意识的认为，心理学是研究意识的科学。科学。FF20世纪世纪20年代兴起的行

18、为主义心理学，不承认年代兴起的行为主义心理学，不承认意识的存在。意识的存在。FF 50年代出现的认知心理学重新提出意识问题年代出现的认知心理学重新提出意识问题2022-8-3史忠植 智能科学30意识模型意识模型认知系统感知记忆学习思维工作记忆注意 意识目的感知觉知2022-8-3史忠植 智能科学31问题之十二问题之十二:符号计算符号计算智能科学智能科学符符号号计计算算自自然然智智能能2022-8-3史忠植 智能科学32符号计算符号计算 逻辑系统逻辑系统 知识科学知识科学 数学机械化数学机械化模型论模型论 2022-8-3史忠植 智能科学33结束语结束语智能科学探索智能科学探索智能行为智能行为的

19、理论的理论和实现技术和实现技术 开展多学科交叉研究开展多学科交叉研究 开展多层次的整合研究开展多层次的整合研究 重视重视智能科学智能科学的基础研究的基础研究2022-8-3史忠植 智能科学34建议建议 抓住机遇抓住机遇,选好切入点选好切入点,开展智能科开展智能科 学的研究学的研究 尽快启动认知科学与智能信息处理尽快启动认知科学与智能信息处理 重大方向项目重大方向项目2022-8-3史忠植 智能科学35问题思考问题思考史忠植史忠植:认知科学和计算机认知科学和计算机,1990,1990史忠植史忠植:智能科学智能科学,清华大学出版社清华大学出版社欢迎访问智能科学网站欢迎访问智能科学网站:http:/www.http:/cn/2022-8-3史忠植 智能科学36谢谢 谢！谢！提问提问!