一章节人工智能概述课件.ppt
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1、第一章第一章 人工智能概述人工智能概述2021/2/21第一章第一章 人工智能概述人工智能概述n人工智能的概念人工智能的概念n人工智能的研究途径与方法人工智能的研究途径与方法 n人工智能的分支领域人工智能的分支领域n人工智能的基本技术人工智能的基本技术n人工智能的发展概况人工智能的发展概况2021/2/22第一章第一章 人工智能概述人工智能概述n人工智能的概念人工智能的概念n人工智能的研究途径与方法人工智能的研究途径与方法 n人工智能的分支领域人工智能的分支领域n人工智能的基本技术人工智能的基本技术n人工智能的发展概况人工智能的发展概况2021/2/23人工智能的概念人工智能的概念n什么是人工
2、智能什么是人工智能n为什么研究人工智能为什么研究人工智能n人工智能的目标人工智能的目标n人工智能的表现形式人工智能的表现形式2021/2/24什么是人工智能什么是人工智能n人工智能人工智能 人工智能(人工智能(Artificial IntelligenceArtificial Intelligence)简称)简称AIAI,主要研究如何用人工的方法和技术,使用各种自动化主要研究如何用人工的方法和技术,使用各种自动化机器或智能机器(主要指计算机)模仿、延伸和扩展机器或智能机器(主要指计算机)模仿、延伸和扩展人的智能,实现某些机器思维或脑力劳动自动化。人的智能,实现某些机器思维或脑力劳动自动化。n智
3、能智能 基于人脑的智能从内涵上讲,应该是基于人脑的智能从内涵上讲,应该是知识思维知识思维。从外延上讲,就是从外延上讲,就是发现规律发现规律、运用规律运用规律的能力和的能力和分析问题分析问题、解决问题解决问题的能力的能力(或者说获取知识、处理知或者说获取知识、处理知识、运用知识的能力识、运用知识的能力)。n学科结构学科结构 2021/2/25学科结构学科结构常常识识性性推推理理演演绎绎、问问题题求求解解逻逻辑辑心心理理学学知知识识的的模模型型化化和和表表示示认认识识论论心心理理学学A AI I系系统统和和语语言言系系统统程程序序设设计计计计算算机机语语言言启启发发式式搜搜索索现现代代控控制制理理
4、论论图图论论运运筹筹学学基基本本方方法法和和技技术术近近期期主主要要应应用用领领域域近近期期主主要要应应用用领领域域信信息息处处理理心心理理学学逻逻辑辑控控制制理理论论心心理理学学语语言言学学自自然然语语言言系系统统声声学学语语音音学学机机器器视视觉觉光光学学模模式式识识别别心心理理学学 图图示示学学机机器器人人工工业业自自动动化化控控制制理理论论 空空间间研研究究自自动动程程序序设设计计系系统统程程序序设设计计算算法法分分析析计计算算原原理理逻逻辑辑自自动动定定理理证证明明数数学学逻逻辑辑学学教教学学、科科学学和和工工程程辅辅助助博博弈弈管管理理科科学学有有关关学学科科符符号号操操作作图图示
5、示学学2021/2/26为什么研究人工智能为什么研究人工智能n普通计算机智能低下,不能满足社会需求。普通计算机智能低下,不能满足社会需求。n研究人工智能也是当前信息化社会的迫切需研究人工智能也是当前信息化社会的迫切需求。求。n智能化是自动化发展的必然趋势。智能化是自动化发展的必然趋势。n研究人工智能,对人类自身智能的奥秘也提研究人工智能,对人类自身智能的奥秘也提供有益帮助供有益帮助2021/2/27人工智能的目标人工智能的目标n远期目标远期目标 人工智能的远期目标是要制造智能机器。具人工智能的远期目标是要制造智能机器。具体讲就是使计算机具有看听说写等感知和交互能体讲就是使计算机具有看听说写等感
6、知和交互能力,具有联想学习推理理解学习等高级思维能力力,具有联想学习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。,还要有分析问题解决问题和发明创造的能力。n近期目标近期目标 人工智能的近期目标是实现机器智能。即先人工智能的近期目标是实现机器智能。即先部分地或某种程度地实现机器智能,从而使现有部分地或某种程度地实现机器智能,从而使现有的计算机更灵活好用和更聪明有用。的计算机更灵活好用和更聪明有用。2021/2/28人工智能的表现形式人工智能的表现形式n智能软件智能软件n智能设备智能设备n智能网络智能网络n智能计算机智能计算机n智能机器人智能机器人nAgentAgent20
7、21/2/29第一章第一章 人工智能概述人工智能概述n人工智能的概念人工智能的概念n人工智能的研究途径与方法人工智能的研究途径与方法 n人工智能的分支领域人工智能的分支领域n人工智能的基本技术人工智能的基本技术n人工智能的发展概况人工智能的发展概况2021/2/210人工智能的研究途径与方法人工智能的研究途径与方法n结构模拟,神经计算结构模拟,神经计算n功能模拟,符号推演功能模拟,符号推演n行为模拟控制进化行为模拟控制进化2021/2/211结构模拟,神经计算结构模拟,神经计算 结构模拟结构模拟就是用人工神经元(神经细胞就是用人工神经元(神经细胞)组成的人工神经网络来作为信息和知识的)组成的人
8、工神经网络来作为信息和知识的载体,用所谓载体,用所谓神经计算神经计算的方法实现学习联想的方法实现学习联想识别和推理等功能,从而来模拟人脑的智能识别和推理等功能,从而来模拟人脑的智能行为,使计算机表现出某种智能。行为,使计算机表现出某种智能。采用结构模拟,用神经网络和神经计算采用结构模拟,用神经网络和神经计算的方法研究人工智能者,被称为的方法研究人工智能者,被称为生理学派生理学派、连接主义连接主义。2021/2/212功能模拟,符号推演功能模拟,符号推演 功能模拟功能模拟法就是以人脑的心理模型,将法就是以人脑的心理模型,将问题或知识表示成某种逻辑网络,采用问题或知识表示成某种逻辑网络,采用符号符
9、号推演推演的方法,实现搜索、推理、学习等功能的方法,实现搜索、推理、学习等功能,从宏观上来模拟人脑的思维,实现机器智,从宏观上来模拟人脑的思维,实现机器智能。能。以功能模拟和符号推演研究人工智能者以功能模拟和符号推演研究人工智能者,被称为,被称为心理学派、逻辑学派、符号主义心理学派、逻辑学派、符号主义。2021/2/213行为模拟,控制进化行为模拟,控制进化 行为模拟行为模拟是一种基于是一种基于感知行为感知行为模型模型的研究途径和方法,它是在模拟人在控制的研究途径和方法,它是在模拟人在控制过程中的智能活动和行为特性,如自适应过程中的智能活动和行为特性,如自适应,自寻优、自学习、自组织等,来研究
10、和,自寻优、自学习、自组织等,来研究和实现人工智能。实现人工智能。以行为模拟方法研究人工智能者,被以行为模拟方法研究人工智能者,被称为称为行为主义、进化主义、控制论学派行为主义、进化主义、控制论学派。2021/2/214第一章第一章 人工智能概述人工智能概述n人工智能的概念人工智能的概念n人工智能的研究途径与方法人工智能的研究途径与方法 n人工智能的分支领域人工智能的分支领域n人工智能的基本技术人工智能的基本技术n人工智能的发展概况人工智能的发展概况2021/2/215人工智能的分支领域人工智能的分支领域n基于脑功能模拟的领域划分基于脑功能模拟的领域划分n基于研究途径与实现技术的领域划分基于研
11、究途径与实现技术的领域划分n基于应用领域的领域划分基于应用领域的领域划分n基于应用系统的领域划分基于应用系统的领域划分n基于计算机系统结构的领域划分基于计算机系统结构的领域划分n基于实现工具与环境的领域划分基于实现工具与环境的领域划分n基于体系结构的领域划分基于体系结构的领域划分2021/2/216基于脑功能模拟的领域划分基于脑功能模拟的领域划分n机器感知机器感知n机器联想机器联想n机器推理机器推理n机器学习机器学习n机器理解机器理解n机器行为机器行为2021/2/217机器感知机器感知机器感知机器感知 计算机象人一样通过计算机象人一样通过“感觉器官感觉器官”直接从外界获取直接从外界获取信息。
12、信息。n模式识别模式识别 先将摄像机、送话器或其它传感器接受的外界信息先将摄像机、送话器或其它传感器接受的外界信息转换为电信号序列,计算机再进一步对这个电信号序列转换为电信号序列,计算机再进一步对这个电信号序列进行各种预处理,从中抽出有意义的特征,得到输入信进行各种预处理,从中抽出有意义的特征,得到输入信号的模式然后与机器中原有的各个标准模式进行比较,号的模式然后与机器中原有的各个标准模式进行比较,完成对输入信息的分类识别工作。完成对输入信息的分类识别工作。2021/2/218基于脑功能模拟的领域划分基于脑功能模拟的领域划分n机器感知机器感知n机器联想机器联想n机器推理机器推理n机器学习机器学
13、习n机器理解机器理解n机器行为机器行为2021/2/219机器联想机器联想n人类联想人类联想 人类的联想是建立事物之间的联系。人类的联想功人类的联想是建立事物之间的联系。人类的联想功能是基于神经网络、按内容记忆方式进行的。能是基于神经网络、按内容记忆方式进行的。n机器联想机器联想 机器的联想就是有关数据、信息或知识之间的联系机器的联想就是有关数据、信息或知识之间的联系。机器联想利用人类按内容记忆原理,采用。机器联想利用人类按内容记忆原理,采用“联想存储联想存储”的技术实现联想功能。的技术实现联想功能。2021/2/220基于脑功能模拟的领域划分基于脑功能模拟的领域划分n机器感知机器感知n机器联
14、想机器联想n机器推理机器推理n机器学习机器学习n机器理解机器理解n机器行为机器行为2021/2/221机器推理机器推理n推理推理 推理是从一些已知判断(前提)推出一个新判断推理是从一些已知判断(前提)推出一个新判断(结论)的思维过程。(结论)的思维过程。n机器推理机器推理 机器推理主要包括形式逻辑中的机器推理主要包括形式逻辑中的演绎推理演绎推理、归纳、归纳推理、类比推理和非逻辑的基于指令性规则的操作变推理、类比推理和非逻辑的基于指令性规则的操作变换式的换式的“推理推理”。n机器推理的分类机器推理的分类n机器推理的形式机器推理的形式 机器推理包括串行推理(传统的机器推理)和并机器推理包括串行推理
15、(传统的机器推理)和并行推理(神经网络推理)。行推理(神经网络推理)。2021/2/222基于脑功能模拟的领域划分基于脑功能模拟的领域划分n机器感知机器感知n机器联想机器联想n机器推理机器推理n机器学习机器学习n机器理解机器理解n机器行为机器行为2021/2/223机器学习机器学习n机器学习机器学习 机器自己获取知识。包括机器自己获取知识。包括 对人类已有知识的对人类已有知识的获取;对客观规律的发现;获取;对客观规律的发现;对自身行为的修正。对自身行为的修正。n按实现途径分类按实现途径分类n符号学习符号学习包括机械学习,指导学习,解释学习,类包括机械学习,指导学习,解释学习,类比学习,示例学习
16、,发现学习比学习,示例学习,发现学习n连接学习连接学习神经网络学习神经网络学习n发展方向发展方向 将符号学习与连接学习二者结合起来。将符号学习与连接学习二者结合起来。2021/2/224基于脑功能模拟的领域划分基于脑功能模拟的领域划分n机器感知机器感知n机器联想机器联想n机器推理机器推理n机器学习机器学习n机器理解机器理解n机器行为机器行为2021/2/225机器理解机器理解n自然语言理解自然语言理解 是计算机理解人类的语言。但由于人类语言的二义是计算机理解人类的语言。但由于人类语言的二义性,自然语言理解是一个困难的课题。性,自然语言理解是一个困难的课题。n图形理解图形理解 是计算机识别的组成
17、部分。主要是物景分析,目前是计算机识别的组成部分。主要是物景分析,目前主要是研究在复杂的背景中寻找目标以及室外物景分析。主要是研究在复杂的背景中寻找目标以及室外物景分析。n理解是感知的延伸,是对本质和意义的感知理解是感知的延伸,是对本质和意义的感知 2021/2/226基于脑功能模拟的领域划分基于脑功能模拟的领域划分n机器感知机器感知n机器联想机器联想n机器推理机器推理n机器学习机器学习n机器理解机器理解n机器行为机器行为2021/2/227机器行为机器行为n机器行为机器行为 机器行为主要指机器人行动规划。是智能机器人机器行为主要指机器人行动规划。是智能机器人的核心技术,规划功能的强弱反映了智
18、能机器人的智的核心技术,规划功能的强弱反映了智能机器人的智能水平。能水平。n机器人规划的基本任务机器人规划的基本任务 在一个特定的工作区域中自动地生成从初始状态在一个特定的工作区域中自动地生成从初始状态到目标状态的动作序列、运动路径和轨迹的控制程序。到目标状态的动作序列、运动路径和轨迹的控制程序。2021/2/228基于研究途径与实现技术的领域划分基于研究途径与实现技术的领域划分n符号智能符号智能 就是以符号知识为基础,通过符号推理进行问题就是以符号知识为基础,通过符号推理进行问题求解而实现的智能。研究主要内容是知识工程和符号求解而实现的智能。研究主要内容是知识工程和符号处理技术。处理技术。n
19、计算智能计算智能 计算智能是以数据为基础,通过数值计算进行问计算智能是以数据为基础,通过数值计算进行问题求解而实现的智能。研究主要内容包括人工神经网题求解而实现的智能。研究主要内容包括人工神经网络、进化计算(包括遗传算法、遗传程序设计、进化络、进化计算(包括遗传算法、遗传程序设计、进化规划、进化策略等)模糊技术及人工生命。规划、进化策略等)模糊技术及人工生命。2021/2/229基于应用领域的领域划分基于应用领域的领域划分n难题难题求解求解n自动定理证明自动定理证明n自动程序设计自动程序设计n自动翻译自动翻译n智能控制智能控制n智能管理智能管理n智能决策智能决策n智能通信智能通信n智能仿真智能
20、仿真n智能智能CADn智能智能CAI2021/2/230难题求解难题求解n难题难题 没有算法解或或虽有算法解但在现有机器上无法没有算法解或或虽有算法解但在现有机器上无法实施或无法完成的问题。实施或无法完成的问题。nNP NP Nondeterministic Polynomial,Nondeterministic Polynomial,非确定性多项非确定性多项式。不能证明算法复杂度超出多项式边界,但又未找式。不能证明算法复杂度超出多项式边界,但又未找到有效算法的问题。到有效算法的问题。NPC NPC:NP CompleteNP Complete,NPNP中一类中一类最困难的问题。最困难的问题。
21、n研究意义研究意义 a.a.找到解决难题的途径。找到解决难题的途径。b.b.由解决这些难题而发由解决这些难题而发展起来得一些技术和方法可用于人工智能其它领域。展起来得一些技术和方法可用于人工智能其它领域。2021/2/231基于应用领域的领域划分基于应用领域的领域划分n难题难题求解求解n自动定理证明自动定理证明n自动程序设计自动程序设计n自动翻译自动翻译n智能控制智能控制n智能管理智能管理n智能决策智能决策n智能通信智能通信n智能仿真智能仿真n智能智能CADn智能智能CAI2021/2/232自动定理证明自动定理证明n自然演绎法自然演绎法 依据推理规则,从前提和公理中推出许多定理,若待证明的依
22、据推理规则,从前提和公理中推出许多定理,若待证明的定理恰在其中,则定理得证。定理恰在其中,则定理得证。n判定法判定法 对一类问题找出统一的计算机上可实现的算法解。对一类问题找出统一的计算机上可实现的算法解。n定理证明器定理证明器 研究一切可判定问题的解法。研究一切可判定问题的解法。19651965年鲁滨逊提出的年鲁滨逊提出的消解原理消解原理是这类工作的基础,是这类工作的基础,n计算机辅助证明计算机辅助证明 以计算机为辅助工具,利用机器的高速和大容量,帮助人完以计算机为辅助工具,利用机器的高速和大容量,帮助人完成手工证明中无法完成的大量计算、推理和穷举。成手工证明中无法完成的大量计算、推理和穷举
23、。2021/2/233基于应用领域的领域划分基于应用领域的领域划分n难题难题求解求解n自动定理证明自动定理证明n自动程序设计自动程序设计n自动翻译自动翻译n智能控制智能控制n智能管理智能管理n智能决策智能决策n智能通信智能通信n智能仿真智能仿真n智能智能CADn智能智能CAI2021/2/234自动程序设计自动程序设计n自动程序设计自动程序设计 自动程序设计就是人只要给出关于某程序要求的自动程序设计就是人只要给出关于某程序要求的非常高级的描述,计算机就会自动生成一个能完成这非常高级的描述,计算机就会自动生成一个能完成这个要求目标的具体程序。个要求目标的具体程序。n自动程序设计过程自动程序设计过
24、程 自动程序设计相当于给机器配置了一个自动程序设计相当于给机器配置了一个“超级编超级编译系统译系统”,它能够对高级描述进行处理,通过规划过,它能够对高级描述进行处理,通过规划过程,生成所需的程序。这是自动程序设计的主要内容程,生成所需的程序。这是自动程序设计的主要内容,它实际是程序的自动综合。自动程序设计还包括程,它实际是程序的自动综合。自动程序设计还包括程序自动验证。序自动验证。2021/2/235基于应用领域的领域划分基于应用领域的领域划分n难题难题求解求解n自动定理证明自动定理证明n自动程序设计自动程序设计n自动翻译自动翻译n智能控制智能控制n智能管理智能管理n智能决策智能决策n智能通信
25、智能通信n智能仿真智能仿真n智能智能CADn智能智能CAI2021/2/236自动翻译自动翻译 自动翻译即是机器翻译,用计算机作为两自动翻译即是机器翻译,用计算机作为两种语言之间的翻译。由于自然语言理解方面的种语言之间的翻译。由于自然语言理解方面的困难,所以到目前为止自动翻译问题还没有完困难,所以到目前为止自动翻译问题还没有完全解决。全解决。2021/2/237基于应用领域的领域划分基于应用领域的领域划分n难题难题求解求解n自动定理证明自动定理证明n自动程序设计自动程序设计n自动翻译自动翻译n智能控制智能控制n智能管理智能管理n智能决策智能决策n智能通信智能通信n智能仿真智能仿真n智能智能CA
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