高中信息技术-人工智能教学培训课件-选修5.ppt

1、人工智能初步人工智能初步设计、教学与评价设计、教学与评价课程目标 通过本模块的学习，学生应能描述人工智能的基本概念，会使用一种人工智能语言解决简单问题，把握其基本特点；能利用简易的专家系统外壳开发简单的专家系统；知道人工智能对人类学习、生活的影响；通过感受人工智能技术的丰富魅力，增强对信息技术发展前景的向往和对未来生活的追求。内容体系结构内容体系结构 本书以应用人工智能技术解决问本书以应用人工智能技术解决问题为主线题为主线,按照按照“知识表达与人工智能知识表达与人工智能语言语言推理与专家系统推理与专家系统问题求解问题求解”这这一线索呈现学习内容。全书一线索呈现学习内容。全书分为五章：分为五章：

2、1、人工智能初探、人工智能初探2、知识表示及、知识表示及PROLOG语言语言3、专家系统、专家系统4、问题求解、问题求解5、人工智能的回顾与展望、人工智能的回顾与展望一、人工智能初探一、人工智能初探课程内容标准：课程内容标准：1、能描述人工智能的概念与基本特点。、能描述人工智能的概念与基本特点。2、列举人工智能的主要应用领域；通过、列举人工智能的主要应用领域；通过演示或实际操作，体验人工智能的若干演示或实际操作，体验人工智能的若干典型应用，知道其发展现状。典型应用，知道其发展现状。本章作用与地位：本章作用与地位：通过对人工智能一些生动的应用例子的探通过对人工智能一些生动的应用例子的探讨，逐步引

3、发学生对人工智能的学习兴趣和好讨，逐步引发学生对人工智能的学习兴趣和好奇心，并且使他们对人工智能的基本概念、基奇心，并且使他们对人工智能的基本概念、基本内容及主要应用领域有个整体上的认识，为本内容及主要应用领域有个整体上的认识，为学生学习学生学习“人工智能人工智能”奠定良好的基础。奠定良好的基础。一、人工智能初探一、人工智能初探常见的智能例子常见的智能例子 智能、人工智能的概念、基本特智能、人工智能的概念、基本特点和发展动态。点和发展动态。会表演节目的动物机器人会下棋的机器引引入入一般认为：一般认为：智能是知识与智力的总和。智能是知识与智力的总和。人工智能是研究和开发用于模拟、延伸和扩展人的人

4、工智能是研究和开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、技术、方法及应用系统的一门学科。智能的理论、技术、方法及应用系统的一门学科。人工智能的主要特点1、人工智能是由多学科相互渗透发展起来的新学科。2、人工智能研究的内容很广，包括机器感知、机器思维、机器行为、机器学习、智能系统及智能机器人等。3、人工智能研究的目标是使机器智能化及制造出新的智能化机器。4、人工智能技术在许多领域有广泛的应用，它与其他学科相结合，极大地提高了应用技术的智能化水平。学生通过观摩或实际操作，体验人工智能在学生通过观摩或实际操作，体验人工智能在模式识别、专家系统、问题求解等方面的典模式识别、专家系统、问题求解等方面的典型

5、应用。型应用。本章一些典型案例：本章教学方法本章教学方法自主阅读、交流讨论自主阅读、交流讨论 如智能、人工智能、人工智能特点充分利用网上资源，挖掘丰富内涵，获得充分利用网上资源，挖掘丰富内涵，获得知识，加强实践能力知识，加强实践能力 如机器人踢足球、机器思维观摩演示的学习方法观摩演示的学习方法 如指纹系统、动物专家系统二、知识表示及二、知识表示及PROLOG语言语言课程内容标准课程内容标准:1、掌握知识的概念；学会知识表达的基本方、掌握知识的概念；学会知识表达的基本方法。法。2、了解状态空间的概念与方法，学会用该方、了解状态空间的概念与方法，学会用该方法描述待求解的问题。法描述待求解的问题。3

6、、了解一种人工智能语言的基本数据结构和、了解一种人工智能语言的基本数据结构和程序结构，掌握相关概念，知道人工智能程序结构，掌握相关概念，知道人工智能语言的主要特征。语言的主要特征。4、初步学会使用该语言设计程序求解简单问、初步学会使用该语言设计程序求解简单问题，并能够上机调试，执行相应的程序。题，并能够上机调试，执行相应的程序。本章的作用和地位本章的作用和地位 让学生对知识的基本含义、知识表示让学生对知识的基本含义、知识表示的方法、人工智能语言的方法、人工智能语言Prolog等方面有个等方面有个概括性的了解，并为学生学习智能信息处概括性的了解，并为学生学习智能信息处理奠定基础，并使他们对人工智

7、能语言产理奠定基础，并使他们对人工智能语言产生深厚的学习兴趣和强烈的求知欲。生深厚的学习兴趣和强烈的求知欲。强调学生通过分析具体的例子来感悟强调学生通过分析具体的例子来感悟知识的格式化表示，侧重培养学生掌握知知识的格式化表示，侧重培养学生掌握知识的格式化表示，让学生了解一种人工智识的格式化表示，让学生了解一种人工智能语言，使学生能更好地理解计算机智能能语言，使学生能更好地理解计算机智能处理信息的过程和方法。处理信息的过程和方法。教学方法教学方法知识表示以案例讨论为主，知识表示以案例讨论为主，人工智能语言以讲练结合人工智能语言以讲练结合知识表示法知识表示法案例案例框架表示法框架表示法描述高中生的

8、知识框架、天描述高中生的知识框架、天气预报的知识框架气预报的知识框架“与与/或或”图表示法图表示法两个三角形全等的两个三角形全等的“与与/或或”图表示法、识别动物的图表示法、识别动物的“与与/或或”图表示法图表示法状态空间表示法状态空间表示法翻钱币、水壶问题的状态空翻钱币、水壶问题的状态空间表示法间表示法产生式规则表示法产生式规则表示法动物识别系统的产生式规则动物识别系统的产生式规则人工智能语言一般语言：数据+算法智能语言：知识+推理什么是prolog？prolog是Programming in Logic的缩写，意思就是使用逻辑的语言编写程序。prolog不是很高深的语言，相反，比较起其他的

9、一些程序语言，例如c、basic等等语言，prolog是更加容易理解的语言。如果你从来没有接触过计算机编程，那么恭喜你，你将很容易的进入prolog世界。如果你已经是其他语言的高手，你就需要完全丢弃你原来的编程思路，否则是很难掌握prolog的。一个例子一个例子 比如一群年轻人正在恋爱，每个人都有自己心中所追求的对象：张学友爱王菲 张学友爱周慧敏 王菲爱谢廷峰 周慧敏爱张学友 谢廷峰爱王菲 谢廷峰爱周慧敏 刘德华爱周慧敏.我们说两个年轻人要互相都喜爱，他们就算是一对情侣，那么上面的谁和谁是情侣呢？这应该算是一道最简单逻辑推理题目了，那么我们如何用prolog语言实现呢？完整的可运行的prolo

10、g程序如下：love(zhangxueyou,wangfei).love(zhangxueyou,zouhuimin).love(wangfei,xietingfen).love(zouhuimin,zhangxueyou).love(xietingfen,wangfei).love(xietingfen,zouhuimin).love(liudehua,zouhuimin).lovers(X,Y):-love(X,Y),love(Y,X).最好能在Visual Prolog中演示一下，因为绝大部分教师都没运行过Visual Prolog教学案例初识PROLOG语言三、专家系统三、专家系统 课

11、程内容标准：1、演示或使用简单的产生式专家系统软件，感受用专家系统解决问题的过程；了解专家系统的基本结构。2、通过实例分析，知道专家系统正向、反向推理的基本原理；会描述一种常用的不精确推理的基本过程。3、了解专家系统解释机制的基本概念及其在专家系统中的重要作用。4、了解专家系统外壳的基本概念；学会使用一个简易的专家系统外壳，并能用它开发简单的专家系统。本章的作用和地位 引导学生对人工智能的应用有更进一步的理解，对专家系统的结构、功能及开发过程有一个较全面的了解，并使学生通过综合活动，亲身体验利用专家系统外壳建造专家系统的过程，由此产生浓厚的学习兴趣。通过这一章的学习，学生不仅可以掌握如何在实际

12、问题中运用第二章所学习的内容，并且对将要学习的第四章的内容有所了解。教学组织手段 对一个医疗诊断系统进行测试的过程，引入了专家系统的概念。专家系统=知识库+推理机 观摩“动物识别系统”，感受用专家系统解决问题的过程，了解专家系统的组成和功能 人机接口知识获取推理机解释机制知识库数据库知识获取手动获取知识半自动获取知识自动获取知识知识库手动获取知识手动获取知识：按专家系统的要求把知识输入到知识库中半自动获取知识半自动获取知识：通过知识获取系统，帮助专家系统提取、归纳有关知识，并自动记入知识库自动获取知识自动获取知识：专家系统具有自学功能获取知识或专门的机器学习系统获取知识。推理过程 正向推理过程

13、：是以已知事实作为出发点，按照一定的策略，运用知识库中的知识，推断出结论的过程。反向推理过程：从表示目标的谓词或命题出以，使用一组推理规则，来证明事实谓词或命题成立。专家系统的开发过程阶段任务问题选择任务确定问题调研、确定候选问题候选问题分析、确定最终入选的问题需求分析反复与用户及领域专家进行调查研究写出需求分析报告写出系统的规格说明书和开发计划原形化设计原形系统开发、测试、演示、项目修正。规划与设计详细规划、设计系统的体系结构及各个功能模块系统实现对系统进行程序的编写和调度测试与评价测试与评估整个系统的功能，并进行必要的修改系统维护与完善找出测试中发现问题的原因并修改扩充系统的功能和知识，成

14、为一个完整的系统四、问题求解技术四、问题求解技术 课程内容标准：1了解用盲目搜索技术进行状态空间搜索的基本过程。2知道启发式搜索的基本思想及其优点。3了解如何用谓词逻辑表达知识，了解归结原理求解问题的一般过程。本章的作用和地位 以简单的问题为例，说明了盲目搜索和启发式搜索的技术，讲述了求解博弈问题的基本思想，通过简单的例子说明机器证明的过程。通过本章的学习，学生可以掌握人工智能中问题求解的简单方法，为我们解决生活中遇到的类似问题提供启发和帮助。教学组织手段重排九宫问题游戏基本搜索启发式搜索广度优先搜索 深度优先搜索 8 32 1 47 6 5E18 1 32 47 6 5E22 8 37 46

15、 1 5E32 8 37 1 46 5E41 2 38 47 6 5Sg8 32 1 47 6 5D12 8 37 1 46 5D2D32 3 41 87 6 5D42 81 4 37 6 5D52 8 31 4 57 6D62 8 3 6 41 7 5D72 8 31 67 5 4D8 8 32 1 47 6 5C12 8 37 1 4 6 5C2 2 31 8 47 6 5C32 31 8 47 6 5C42 81 4 37 6 5C52 8 31 8 57 6C62 8 31 6 4 7 5C72 8 31 6 47 5C8B12 31 8 47 6 5B22 8 31 47 6 5B3

16、2 8 31 6 47 5B42 8 31 47 6 5S01 2 3 8 47 6 5第四层第三层第二层第一层第零层2 3 41 87 6 51 2 37 8 4 6 52 8 3 1 47 6 5E6E72 8 32 8 3 1 4 1 47 6 57 6 52 32 31 8 41 8 47 6 57 6 52 8 32 8 31 41 47 6 57 6 52 8 32 8 31 6 41 6 47 57 5 8 38 32 1 42 1 47 6 57 6 52 8 32 8 37 1 47 1 4 6 5 6 5 2 32 31 8 41 8 47 6 57 6 52 32 31

17、8 41 8 47 6 57 6 52 82 81 4 31 4 37 6 57 6 52 8 32 8 31 8 51 8 57 67 62 8 32 8 31 6 41 6 4 7 5 7 52 8 32 8 31 6 41 6 47 57 58 38 32 1 42 1 47 6 57 6 52 8 32 8 37 1 47 1 46 56 51 2 31 2 3 8 4 8 47 6 57 6 52 3 42 3 41 81 87 6 57 6 52 82 81 4 31 4 37 6 57 6 52 8 32 8 31 4 51 4 57 67 62 8 32 8 3 6 4 6 4

18、1 7 51 7 52 8 32 8 31 61 67 5 47 5 48 38 32 1 42 1 47 6 57 6 58 1 38 1 32 42 47 6 57 6 52 8 32 8 37 47 46 1 56 1 52 8 32 8 37 1 47 1 46 56 51 2 31 2 38 48 47 6 57 6 5找到目标状态，结束搜索广度优先搜索8 32 1 47 6 5E18 1 32 47 6 5E22 8 37 46 1 5E32 8 37 1 46 5E41 2 38 47 6 5Sg8 32 1 47 6 5D12 8 37 1 46 5D2D3 8 32 1 47

19、 6 5C12 8 37 1 4 6 5C2 2 31 8 47 6 5C32 8 3 1 47 6 5B12 31 8 47 6 5B22 8 31 47 6 5S01 2 3 8 47 6 52 8 32 8 3 1 4 1 47 6 57 6 52 32 31 8 41 8 47 6 57 6 5 8 38 32 1 42 1 47 6 57 6 52 8 32 8 37 1 47 1 4 6 5 6 5 2 32 31 8 41 8 47 6 57 6 58 38 32 1 42 1 47 6 57 6 52 8 32 8 37 1 47 1 46 56 51 2 31 2 3 8 4

20、 8 47 6 57 6 58 38 32 1 42 1 47 6 57 6 58 1 38 1 32 42 47 6 57 6 52 8 32 8 37 47 46 1 56 1 52 8 32 8 37 1 47 1 46 56 51 2 38 47 6 52 8 31 47 6 5B32 8 31 6 47 5B42 81 4 37 6 5C52 8 31 8 57 6C62 8 31 6 4 7 5C72 8 31 6 47 5C8找到目标状态，结束搜索1 2 31 2 38 48 47 6 57 6 5深度优先搜索1 2 38 47 6 58 32 1 47 6 5E28 1 32

21、47 6 5E11 2 31 2 38 48 47 6 57 6 5Sg8 32 1 47 6 5D1 8 32 1 47 6 5C12 8 37 1 4 6 5C22 8 3 1 47 6 5B12 31 8 47 6 5B22 8 31 47 6 5B32 8 31 6 47 5B42 8 31 47 6 5S08 1 32 47 6 5F18 1 3 2 47 6 5F28 1 32 6 47 5F3 1 38 2 47 6 5G18 1 37 2 4 6 5G21 38 2 47 6 5H1 1 38 2 47 6 5J1334434343443421202 8 32 8 3 1 4

22、1 47 6 57 6 5 8 38 32 1 42 1 47 6 57 6 58 38 32 1 42 1 47 6 57 6 58 1 38 1 32 42 47 6 57 6 58 1 38 1 3 2 4 2 47 6 57 6 5 1 31 38 2 48 2 47 6 57 6 51 31 38 2 48 2 47 6 57 6 53 33 33 33 33 33 32 21 10 0找到目标状态，结束搜索启发式搜索五、人工智能的回顾与展望五、人工智能的回顾与展望 课程内容标准：知道人工智能技术随着计算机硬、软件技术的进步和应用需求而发展的事实和客观规律。本章的作用和地位 通过对本

23、章的学习，学生将掌握人工智能发展的主要历程，把握好人工智能发展的脉络，并且在学生眼前呈现出对未来人工智能的展望，从而增强学生对人工智能发展前景的向往和追求。第一节第一节 人工智能的发展历程。人工智能的发展历程。了解人工智能的形成与发展的不同阶段，认识人工智能发展的曲折性和必然性；了解人工智能学科所取得的主要成果，肯定前人做出的成绩；把握国内人工智能发展现状，增强对我国人工智能发展的信心和希望。第二节第二节 人工智能的展望人工智能的展望”。主要从“机器智能化”、“智能机器人”、“知识发现与数据挖掘”、“社会智能化”四个方面入手，为人工智能的发展编织出一幅蓝图，呈现于学生面前，让学生感受到人工智能发展的美好前景。教学评价