第二章人工智能课程解读课件.ppt
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1、高中人工智能课程:高中人工智能课程:课标与教学资源课标与教学资源v什么是什么是AIAIv为何要开设为何要开设AIAI课程课程vAIAI课程的基本内容课程的基本内容v国内外国内外AIAI教育现状教育现状v高中高中AIAI课程的教学资源课程的教学资源研修班计划主要内容什么是人工智能什么是人工智能v智能 人们在处理复杂事务、解决困难问题时所表现人们在处理复杂事务、解决困难问题时所表现出来的出来的智慧与能力智慧与能力v人工智能(Artificial Intelligence,简称 AI)用计算机来表示和执行人类的智能活动用计算机来表示和执行人类的智能活动 也称人工人工智慧智慧vAI的特征 推理、学习、
2、联想推理、学习、联想v当代三大尖端技术:空间技术空间技术;能源技术能源技术;人工智能技术人工智能技术v人工智能处于信息技术发展的前沿,反映了人工智能处于信息技术发展的前沿,反映了信息技术的发展方向。信息技术的发展方向。AI的研究领域与目标的研究领域与目标vAIAI的研究领域的研究领域 知识表示、专家系统、自然语言理解、自动定理证知识表示、专家系统、自然语言理解、自动定理证明、自动程序设计、问题求解、博弈、计算机视觉、明、自动程序设计、问题求解、博弈、计算机视觉、模式识别、智能机器人、人工神经网络、模式识别、智能机器人、人工神经网络、vAIAI的研究目标的研究目标近期近期实现机器智能实现机器智能
3、n部分地或者在一定程度上实现机器的智能,从而使现有的计部分地或者在一定程度上实现机器的智能,从而使现有的计算机更灵活、更好用和更有用,成为人类的智能化信息处理算机更灵活、更好用和更有用,成为人类的智能化信息处理工具。工具。远期远期制造智能机器制造智能机器n要使计算机具有看、听、说、写等感知交互功能,具有联想、要使计算机具有看、听、说、写等感知交互功能,具有联想、推理、理解、学习等高级思维能力,还要有分析问题、解决推理、理解、学习等高级思维能力,还要有分析问题、解决问题和发明创造的能力问题和发明创造的能力。AI的研究方法v功能模拟以人脑的心理模型为基础,将问题或知识表示成某种逻辑以人脑的心理模型
4、为基础,将问题或知识表示成某种逻辑网络,采用网络,采用符号推演的方法,来实现搜索、推理和学习,的方法,来实现搜索、推理和学习,模拟人脑的思维;模拟人脑的思维;v结构模拟以人脑的生理结构和工作机理为基础,对人脑的神经细胞以人脑的生理结构和工作机理为基础,对人脑的神经细胞及其构成的神经网络进行研究,采用及其构成的神经网络进行研究,采用神经计算的方法来实的方法来实现学习、联想、识别、推理;现学习、联想、识别、推理;v行为模拟通过模拟人在通过模拟人在控制过程中的智能活动和行为特性,如自寻中的智能活动和行为特性,如自寻优、自适应、自学习、自组织等,来研究和实现人工智能。优、自适应、自学习、自组织等,来研
5、究和实现人工智能。为何要开设人工智能课程为何要开设为何要开设AI课程?课程?高中课程改革强调要高中课程改革强调要适应时代发展需要,适应时代发展需要,体现体现时代性时代性特征。特征。人工智能是信息技人工智能是信息技术的术的前沿前沿领域,应领域,应当被关注!当被关注!高中信息技术课程高中信息技术课程要有利于学生的要有利于学生的个个性发展性发展。高中高中AI课程的背景与目标课程的背景与目标v课程背景:适应时代发展需要,体现时代性特征。适应时代发展需要,体现时代性特征。v目标定位:了解信息技术发展的前沿,信息技术发展的前沿,体验若干典型人工智能技术的应用,若干典型人工智能技术的应用,感受人工智能对学习
6、和生活的影响,人工智能对学习和生活的影响,激发对信息技术未来的追求。对信息技术未来的追求。高中开设高中开设AI课程的意义课程的意义 1、开设人工智能课程的教育价值开设人工智能课程的教育价值 提高信息素养提高信息素养 培养多种思维能力和多样化问题解决能力培养多种思维能力和多样化问题解决能力提高学生的逻辑思维能力提高学生的逻辑思维能力促进个性化学习,培养创新人才促进个性化学习,培养创新人才激发对信息技术未来的追求激发对信息技术未来的追求 2、开设人工智能课程的必要性和可行性开设人工智能课程的必要性和可行性人工智能在社会各个领域的应用越来越广人工智能在社会各个领域的应用越来越广 ,越来越多的人需要了
7、解,越来越多的人需要了解和接触人工智能和接触人工智能目前我国已基本具备了实施人工智能基础教育的条件目前我国已基本具备了实施人工智能基础教育的条件 从问题解决角度看从问题解决角度看AIAI教育的必要性教育的必要性vITIT教育教育的最终目的目的是让学生能够自如地应用用ITIT解决问题解决问题。v问题解决问题解决是所面对的问题得到解决的认知活动过程。问题的分类问题的分类:1.1.结构化结构化(structured)问题问题能够通过形式化(或称公式化)方法描述和求解的问题 也称:定义完善的问题、良构问题算法与程序设计课程要解决的问题2.2.非结构化非结构化(unstructured)问题问题1.难以
8、用确定的形式来描述,主要根据经验求解也称:定义不完善的问题、劣构问题人工智能初步课程要解决的问题3.3.半结构化半结构化(semi-structured)问题问题AIAI课程对于提升信息素养的作用课程对于提升信息素养的作用 v对多种思维方式的培养和信息素养的综合锻炼求解结构化问题 传统程序算法数据结构求解非结构化问题 智能程序知识推理v体验人类专家解决复杂问题的思路,提高学生的逻辑思维能力 美国著名教育技术专家Jonassen认为:那些自行设计专家系统的学生将会在这种活动中受益匪浅,因为这是一个对所学知识进行深度加工的过程。v了解信息技术发展的前沿,激发对信息技术未来的追求 高中高中AIAI课
9、程课程的的基本内容基本内容高中高中AI课程课程的的三大主题三大主题人工智能初步人工智能初步知识及其表达知识及其表达推理与专家系统推理与专家系统人工智能语言与问题求解人工智能语言与问题求解高中高中AI课程课程的的内容体系内容体系1、基本概念、基本概念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、知识及其表达、知识及其表达 列举人工智能的主要应用领域列举人工智能的主要应用领域掌握知识的概念、知识表达的基本方法掌握知识的概念、知识表达的基本方法3、推理与专家系统、推理与专家系统 演示或使用简单的产生式专家系统软件演示或使用简单的产生式专家系统软件 知道专家系统正向、反向推理的基本原
10、理知道专家系统正向、反向推理的基本原理 学会使用一个简易的专家系统外壳学会使用一个简易的专家系统外壳4、人工智能语言与问题求解、人工智能语言与问题求解 学会使用一种人工智能语言求解简单问题学会使用一种人工智能语言求解简单问题 了解状态空间的概念与方法了解状态空间的概念与方法 了解用盲目搜索技术进行搜索,知道启发式搜索了解用盲目搜索技术进行搜索,知道启发式搜索AI课程内容举例:AIAI语言语言AI语言 是一类适应于AI领域的、具有符号处理和逻辑推理能力的程序设计语言。典型的AI语言LISP 表处理语言Prolog 逻辑型语言(用来描述事物之间的逻辑关系,接近于人类的自然语言)用智能搜索求解问题v
11、盲目搜索(宽度优先、深度优先)v启发式搜索v计算机博弈盲目搜索:宽度优先求解8数码问题数码问题盲目搜索:深度优先 求解8数码问题数码问题 启发式搜索 应用全局择优法求解8数码问题估价函数:估价函数:f f(n)=d(n)+h(n)(n)=d(n)+h(n)节点节点n与目标节点与目标节点之间位置不相同之间位置不相同的棋子数。的棋子数。节点节点n的搜索深度的搜索深度1234深度:深度:AI语言AI语言 是一类适应于AI领域的、具有符号处理和逻辑推理能力的程序设计语言。AI语言的特点 具有符号运算能力;具有递归和回溯的功能;适合于推理。典型的AI语言LISP 表处理语言Prolog 逻辑型语言(用来
12、描述事物之间的逻辑关系,接近于人类的自然语言)Prolog语言 Visual Prolog 6.1 Turbo Prolog 2.0 专家系统(ES)知识获取部分知识获取部分解释部分解释部分工作工作记忆区记忆区知识库知识库推理机推理机人人机机 界界 面面专家系统:模拟专家经验和推理过程专家系统:模拟专家经验和推理过程来完成复杂专业任务的软件来完成复杂专业任务的软件。基本基本结构结构:例例:“常见病诊断专家系统常见病诊断专家系统”中的中的 知识库知识库/*-头部病头部病 诊断诊断-*/if if 病位病位=头部头部 and and 流鼻涕流鼻涕 and and 头晕头晕then then 病病=
13、感冒刚起感冒刚起.if if 病位病位=头部头部 and and 鼻塞鼻塞 and and 浑身无力浑身无力then then 病病=一般感冒一般感冒.if if 病位病位=头部头部 and and 发烧发烧 and and 头晕头晕 and and 扁桃扁桃体肿体肿then then 病病=严重感冒严重感冒./*-cf1 cf1 感冒处方感冒处方-*/if if 病位病位=头部头部 and and 病病=感冒刚起感冒刚起then then 处方处方=服用新速效伤风胶囊服用新速效伤风胶囊,日服三次日服三次,每次一颗每次一颗.if if 病位病位=头部头部 and and 病病=一般感冒一般感冒
14、then then 处方处方=服用服用感冒通感冒通,日服三次日服三次,每次三颗每次三颗.ES ES 的的正向推理正向推理推理机推理机人人机机 界界 面面 头部、头部、鼻塞、浑身无力鼻塞、浑身无力 一般一般感冒感冒工作记忆区知识库if if 头部头部 and and 鼻塞鼻塞 and and 浑浑身无力身无力then then 一般一般感冒感冒.if if 头部头部 and and 一般感冒一般感冒then then 服用感冒通服用感冒通,日服三次日服三次,每次三每次三颗颗.服用感冒通服用感冒通,日服三次日服三次,每次三每次三颗颗服用服用感冒通感冒通,日服三次日服三次,每次三颗每次三颗头部、头部
15、、鼻塞、浑身无力鼻塞、浑身无力演示演示专家系统的推理与解释机制v推理机制正向推理(从事实到结论)反向推理(从假设到事实)混合推理不精确推理v解释机制How?(这个结论是如何得出的?)Why?(为什么问我这个问题?)人机 界 面 头部、鼻塞、浑身无力、一般感冒 工作记忆区工作记忆区知识库知识库if if 头部头部 and and 鼻塞鼻塞 and and 浑浑身无力身无力then then 一般一般感冒感冒.if if 头部头部 and and 一般感冒一般感冒“then then 服用感冒通服用感冒通,日服三次日服三次,每次三每次三颗颗.服用感冒通,日服三次,每次三颗解释模块解释模块HowHo
16、w?(你是如何得出该结论的)您说“头部”、“鼻塞”、“浑身无力”,由规则A A,您是“一般感冒”;又由规则B B,您需“服用感冒通”。专家系统实例v在线专家系统:PC机配置顾问 http:/ 2再出现一个有没有汽油味再出现一个有没有汽油味的问题,选择是,答案为十分钟后再发动汽车)的问题,选择是,答案为十分钟后再发动汽车)专家系统工具与外壳vM1n基于DOSn是一个产生式系统n南京大学计算机系的“找水专家系统”vOPS83n用C语言实现的产生式系统vJESSn用Java语言实现,适用于网络运用vIntermodellern适用于中学生的学习AI课程内容举例:专家系统及其外壳v学习一个简单的专家系
17、统外壳学习一个简单的专家系统外壳 Intermodellerv它是一个适合中学生使用的软件适合中学生使用的软件v作者为英国的作者为英国的 Dr.Tom Conlon国内外人工智能教育现状我国高校的人工智能教育我国高校的人工智能教育v高校一直将AI作为计算机专业的必修课程v“智能科学与技术”本科专业的建立n北京大学(2004)n北京邮电大学(2005)n南开大学(2005)n西安电子科技大学(2005)n(2006)n(2007)v第一届全国人工智能教育学术研讨会(2002.北京)中国AI学会教育工作委员会主办首都师范大学信息工程学院承办我国中学的我国中学的AI教育教育v20042004年之前尚
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