人工智能概述59

人工智能導論福州大學軟件學院陳家瑞jrchen@126.com一、課程程的性質質，內容容人工智能能是一門門涉及面面較寬的的綜合性性學科，，與數(shù)學學、計算算機科學學、思維維科學、、神經生生理學、、心理學學等多種種學科都都有密切切的聯(lián)系系，需要要多方面面的知識識。人工工智能是是一門不不斷有新新理論、、新思想想涌現(xiàn)的的前沿性性學科。。通過學習習掌握人人工智能能的基本本理論知知識、了了解人工工智能各各個領域域內容及及其的發(fā)發(fā)展狀況況；掌握握各種推推理策略略和方法法、人工工智能的的知識表表示方法法；了解解并掌握握智能計計算主要要觀點與與算法；；掌握機機器學習習概念及及其算法法、了解解數(shù)據挖挖掘的基基本概念念和內容容。二、參考考資料《人工智智能導論論》馬少少平，朱朱小燕著著清清華大學學出版社社《人工智智能:一一種現(xiàn)代代的方法法(第二二版)》》羅素，，諾維格格著清清華大大學出版版社《人工智智能－復復雜問題題求解的的結構和和策略》》（第四四版）GeorgeF..Luger機機械工工業(yè)出版版社《人工智智能及其其應用》》（第三三版）蔡蔡自興興等清清華大學學出版社社《知識發(fā)現(xiàn)現(xiàn)》史史忠植植清清華華大學出出版社《游戲開開發(fā)中的的人工智智能》DavidM.Bourg&&GlennSeemann著著東東南大大學出版版社云松鑾仙玉骨骨寒，松虬雪友友繁。大千收眼眼底，斯調不同同凡。（無題））家住閩山山東復東東,其中歲歲歲有鶯啼啼。如今不在在鶯啼處處,鶯在舊時時啼處啼啼。（無題））白沙平舟舟夜?jié)暵暎喝諘月堵堵废喾攴?。朱樓寒雨雨離歌淚淚，不堪腸斷斷雨乘風風。BetrayalDaveStriverlovedtheuniversity..Heloveditsivy--coveredclocktowers,itsancientandsturdybrick,anditssun--splashedverdantgreensandeageryouth.Healsolovedthefactthattheuniversityisfreeofthestarkunforgivingtrialsofthebusinessworld--onlythisisn''tafact::Academiahasitsowntests,andsomeareasmercilessasanyinthemarketplace..Aprimeexampleisthedissertationdefense::ToearnthePhD,tobecomeadoctor,onemustpassanoralexaminationonone'sdissertation.ThiswasatestProfessorEdwardHartenjoyedgiving.Davewanteddesperatelytobeadoctor.Butheneededthesignaturesofthreepeopleonthefirstpageofhisdissertation,thepricelessinscriptionsthat,together,,wouldcertifythathehadpassedhisdefense.OneofthesignatureshadtocomefromProfessorHart,andHarthadoftensaid--toothersandtohimself--thathewashonoredtohelpDavesecurehiswell--earneddream.Wellbeforethedefense,StrivergaveHartapenultimatecopyofhisthesis..HartreaditandtoldDavethatitwasabsolutelyfirstrate,andthathewouldgladlysignitatthedefense..TheyevenshookhandsinHart'sbook-linedoffice..DavenoticedthatHart''seyeswerebrightandtrustful,andhisbearingpaternal.Atthedefense,Davethoughtthatheeloquentlysummarizedchapter3ofhisdissertation.Thereweretwoquestions,,onefromProfessorRodmanandonefromDr.Teer;Daveansweredboth,,apparentlytoeveryone''ssatisfaction..Therewerenofurtherobjections.ProfessorRodmansigned.HeslidthetometoTeer;shetoosigned,andthensliditinfrontofHart.Hartdidn''tmove."Ed??"Rodmansaid.Hartstillsatmotionless.Davefeltslightlydizzy.."Edward,areyougoingtosign??"Later,Hartsataloneinhisofficeinhisbigleatherchair,,saddenedbyDave''sfailure.HetriedtothinkofwayshecouldhelpDaveachievehisdream.背叛戴夫·斯特賴維維爾喜愛愛這所大大學。他他喜愛校校園里爬爬滿常青青藤的鐘鐘樓，那那古色古古香而又又堅固的的磚塊，，還有那那灑滿陽陽光的碧碧綠草坪坪和熱情情的年輕輕人。使使他感到到欣慰的的還有這這樣一件件事，即即大學里里完全沒沒有商場場上那些些冷酷無無情的考考驗——但事實恰恰恰并非非如此：：做學問問也要通通過考試試，而且且有的考考試與市市場上的的考驗一一樣不留留情面。。最好的的例子就就是論文文答辯：：為了取取得博士士學位，，為了成成為博士士，博士士生必須須通過論論文的口口試，愛愛德華·哈特教授授就喜歡歡主持這這樣的答答辯考試試。戴夫迫切切希望成成為一名名博士。。但他需需要讓３３個人在在他論文文的第一一頁上簽簽上他們們的名字字，這３３個千金金難買的的簽名能能夠證明明他通過過了答辯辯。其中中一個簽簽名是哈哈特教授授的。哈哈特常常常對戴夫夫本人和和其他人人說，對對于幫助助戴夫實實現(xiàn)他應應該有的的夢想，，他感到到很榮幸幸。答辯之前前，斯特特賴維爾爾早早給給哈特送送去了他他論文的的倒數(shù)第第二稿。。哈特閱閱讀后告告訴戴夫夫，論文文水平絕絕對一流流，答辯辯時他會會很高興興地在論論文上簽簽名。在在哈特那那四壁擺擺滿書櫥櫥的辦公公室里，，兩人甚甚至還握握了手。。戴夫注注意到，，哈特兩兩眼放光光，充滿滿信任，，神情宛宛如慈父父一般。。在答辯時時，戴夫夫覺得自自己流利利地概括括了論文文的第三三章。評評審者提提了兩個個問題，，一個是是羅德曼曼教授提提的，另另一個是是蒂爾博博士提的的。戴夫夫分別做做了回答答，并且且顯然讓讓每個人人都心悅悅誠服，，再沒有有人提出出異議。。羅德曼教教授簽了了名。他他把論文文推給蒂蒂爾，她她也簽上上了名字字，接著著便把本本子推到到了哈特特跟前。。哈特沒沒有動。?！皭鄣氯A華？”羅羅德曼問問道。哈特仍然然坐在那那兒，毫毫無表情情。戴夫夫感到有有點眩暈暈?！皭蹛鄣氯A，，你打算算簽名嗎嗎？”過后，哈哈特一個個人呆在在辦公室室里，坐坐在那張張寬大的的皮椅里里，他為為戴夫未未能通過過答辯感感到難過過。他試試圖想出出幫助戴戴夫實現(xiàn)現(xiàn)他夢想想的辦法法。IBM的的“深藍藍”北京時間間1997年5月12日凌晨晨4點50分，，美國紐紐約公平平大廈，，當IBM公司司的“深深藍”超超級電腦腦將棋盤盤上的一一個兵走走到C4的位置置上時，，國際象象棋世界界冠軍卡卡斯帕羅羅夫對““深藍””的人機機大戰(zhàn)落落下帷幕幕，“深深藍”以以3..5：2.5的的總比分分戰(zhàn)勝卡卡斯帕羅羅夫。正在與深深藍下棋棋的卡斯斯帕羅夫夫IBM的的“深藍藍”（續(xù)續(xù)1）96年2月第一一次比賽賽結果：：“深藍””：勝、、負、平平、平、、負、負負97年5月第二二次比賽賽結果：：“深藍””：負、、勝、平平、平、、平、勝勝IBM的的“深藍藍”（續(xù)續(xù)2）“深藍””的技術術指標：：32個CPU每個CPU有16個協(xié)協(xié)處理器器每個CPU有256M內存每個CPU的處處理速度度為200萬步步/秒智能汽車車智能技術術與系統(tǒng)統(tǒng)國家重重點實驗驗室研制制的智能能汽車在高速公公路上，，該汽車車可以自自動識別別道路，，自動躲躲避障礙礙物在最近的的實驗中中，平均均速度為為100公里，，最高速速度達到到了150公里里，達到到了世界界先進水水平。智能交通通圖像識別別系統(tǒng)四色定理理的證明明四色定理理從1852年發(fā)發(fā)現(xiàn)四色色問題，，世界上上很多著著名的科科學家試試圖證明明，當一一直未能能完成。。1976年6月月，哈肯肯在美國國伊利諾諾斯大學學的兩臺臺不同的的電子計計算機上上，用了了1200個小小時，作作了100億次次判斷，，終于完完成了四四色定理理的證明明，從而而解決了了一個歷歷時100多年年的問題題，轟動動了世界界。第一章緒緒論論1.1人人工智智能的定定義1.2人人工智智能的研研究目標標1.3人人工智能能的發(fā)展展簡史1.4人人工智能能研究的的課題人類智能能人類在認認識世界界和改造造世界的的活動中中表現(xiàn)出出來的能能力直覺思維維——通過視覺覺、聽覺覺、觸覺覺等感感官活動動，接受受并理解解文字、、圖象、、聲音和和語言等等各種外外界信息息，即認認識和理理解外界界環(huán)境的的能力。。理性思維維——通過人腦腦的生理理和心理理活動以以及有關關的信息息處理過過程，將將感性知知識抽象象為理性性知識，，并能對對事物運運行的規(guī)規(guī)律進行行分析、、判斷和和推理，，這就是是提出概概念、建建立方法法，進行行演繹和和歸納推推理、作作出決策策。學習能力力——通過教育育、訓練練和學習習過程，，日益豐豐富自身身的知識識和技能能。適應能力力——對不斷變變化的外外界環(huán)境境能靈活活地作出出適當?shù)牡姆磻?。。早期的AI傳說與幻幻想黃帝的““指南車車”諸葛亮的的“木牛牛流馬””850B.C古希臘的會會勞動的的機器人人；12-13世紀西西班牙牙的神學學家試圖圖制造能能解決各各種問題題的通用用邏輯機機；嘗試與成成果17世紀法法國物物理學家家B.Pascal制成的機機械加法法器；在在其基礎礎上，德德國數(shù)學學家Leibniz制成了四四則運算算的計算算器。1920年KarelCapek的科幻劇劇中的機機器人Roborta；1936年英國國數(shù)學家家Turning提出了圖圖靈機模模型；1938年德國國工程師師Zuse研制成了了第一臺臺累計數(shù)數(shù)字計算算機；1946年美國國誕生了了第一臺臺電子數(shù)數(shù)字計算算機ENIAC；現(xiàn)代人工工智能的的興起現(xiàn)代人工工智能（（ArtificialIntelligence，，簡稱AI），，一般認認為起源源于美國國1956年的的一次夏夏季討論論（達特特茅斯會會議），，在這次次會議上上，第一一次提出出了“ArtificialIntelligence”這這個詞。。什么是人人工智能能◆部分學者者對人工工智能概概念的描描述：——人工智能能是那些些與人的的思維相相關的活活動，諸諸如決策策、問題題求解和和學習等等的自動動化（Bellman,1978）；——人工智能能是一種種計算機機能夠思思維，使使機器具具有智力力的激動動人心的的新嘗試試（Haugeland,1985）；——人工智能能是研究究如何讓讓計算機機做現(xiàn)階階段只有有人才能能做得好好的事情情（RichKnight,,1991）；——人工智能能是那些些使知覺覺、推理理和行為為成為可可能的計計算的研研究（Winston,1992）；——廣義地講講，人工工智能是是關于人人造物的的智能行行為，而而智能行行為包括括知覺、、推理、、學習、、交流和和在復雜雜環(huán)境中中的行為為（Nilsson，1998）?！猄tuartRussell和PeterNorvig則把已有有的一些些人工智智能定義義分為4類：像人人一樣思思考的系系統(tǒng)、像像人一樣樣行動的的系統(tǒng)、、理性地地思考的的系統(tǒng)、、理性地地行動的的系統(tǒng)（（2003）。圖靈測試試如何知道道一個系系統(tǒng)是否否具有智智能呢？？1950年，計計算機科科學家圖圖靈提出出了著名名的“圖圖靈測試試”。希爾勒的的中文屋屋子通過了圖圖靈測試試就具有有了智能能嗎？機器是否否真的理理解了呢呢？希爾勒的的中文屋屋子人類和計計算機各各有所長長計算機難難以模擬擬的語音識別別自然語言言理解計算機的的強項復雜的數(shù)數(shù)值計算算大規(guī)模數(shù)數(shù)據庫管管理網絡信息息檢索太空飛行行器的自自動控制制等等人工智能能的研究究目標最終目標標理解人類類的智能能有效的自自動化有效的智智能拓展展超人的智智力通用問題題求解連貫性交交談自治學習存儲信息息遠期目標標：制造造智能機機器。近期目標標：實現(xiàn)現(xiàn)機器智智能。人工智能能發(fā)展簡簡史萌芽時期期（1956年以前））形成時期期（1956-1961年）發(fā)展時期期（1961年以后））萌芽時期期（1956年年以前））850B.C古希臘的的會勞動動的機器器人；900B.C中國古代代的歌舞舞機器人人；12-13世紀西西班牙牙的神學學家試圖圖制造能能解決各各種問題題的通用用邏輯機機；17世紀法法國物物理學家家B.Pascal制成的機機械加法法器；在在其基礎礎上，德德國數(shù)學學家Leibniz制成了四四則運算算的計算算器。1920年KarelCapek的科幻劇劇中的機機器人Roborta；1936年英國國數(shù)學家家Turning提出了圖圖靈機模模型；1938年德國國工程師師Zuse研制成了了第一臺臺累計數(shù)數(shù)字計算算機；1946年美國國誕生了了第一臺臺電子數(shù)數(shù)字計算算機ENIAC；形成時期期（1956--1961年））1956年，在在美國Dartmouth大大學的一一次歷史史性聚會會是人工工智能學學科正式式誕生的的標志。。有三個較較有影響響的研究究團隊。。A.Newell、J.Shaw和和H.Simon：1957年，，邏輯理理論機LT，1960年，，通用問問題求解解器GPS，編編程的表表處理技技術和NSS國國際象棋棋機。IBM研研究小組組：A..Samuel西洋跳跳棋程序序，1962年，戰(zhàn)戰(zhàn)勝了美美國的一一個州冠冠軍。MIT研究小組組：1959年，McCarthy發(fā)明了人人工智能能主要的的語言：：LISP。1958年開發(fā)了了的行動動計劃咨咨詢系統(tǒng)統(tǒng)。1960年Minsky的論文：：走向人人工智能能的步驟驟。其他：1956年N.Chomsky的文法體體系、1958年Shelffridge的模式識識別系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)展時期期（1961年年以后））符號主義義學派方方面歸結原理理推動了了定理證證明技術術的發(fā)展展。專家家系統(tǒng)和和知識工工程技術術已應用用到各種種計算機機應用系系統(tǒng)中，，出現(xiàn)了了智能管管理信息息系統(tǒng)、、智能決決策支持持系統(tǒng)、、智能控控制系統(tǒng)統(tǒng)、智能能CAD系統(tǒng)、智智能CAI系統(tǒng)、智智能數(shù)據據庫系統(tǒng)統(tǒng)和智能能多媒體體系統(tǒng)等等等。知知識表示示、不確確定性推推理、機機器學習習等方面面都取得得了重大大的進展展。連結主義義學派方方面神經網絡絡在智能能控制、、語言識識別與合合成、圖圖形文字字識別、、數(shù)據壓壓縮、知知識工程程、最優(yōu)優(yōu)化問題題求解和和智能計計算機等等領域進進行了實實踐并取取得了一一系列的的成果行為主義義學派方方面Brooks等人的六六腳行走走機器人人，是一一種基于于感知-動作模式式的模擬擬昆蟲行行為的控控制系統(tǒng)統(tǒng)。人工智能能研究的的經典課課題自然語言言理解(naturallanguageunderstanding)數(shù)據庫智智能檢索索(intelligentretrievalfromdatabase))專家咨詢詢系統(tǒng)(expertconsultingsystem)定理機器器證明(theoremproving)博弈(gameplaying)機器人學學(robotics))自動程序序設計(automaticprogramming)組合調度度問題(combinatorialandschedulingproblem)感知問題題(perceptionproblems)人工智能能研究的的新課題題人工神經經元網絡絡(artificialneuralnetwork)智能控制制(intelligentcontrol)智能調度度和指揮揮(intelligentschedulingandcommanding)智能決策策支持系系統(tǒng)intelligentdecisionsupportsystems))知識發(fā)現(xiàn)現(xiàn)和數(shù)據據挖掘(knowledgediscoveryindatabase/datamining)分布式人人工智能能(distributedartificialintelligence))歷史上的的人工智智能大師師下面介紹紹圖靈和和幾位獲獲得圖靈靈獎的人人工智能能大師阿倫?圖靈（（AlanTuring））計算機科科學理論論的創(chuàng)始始人阿倫?圖靈（AlanTuring）1912年出生生于英國國倫敦，，1954年去去世1936年發(fā)表表論文““論可計計算數(shù)及及其在判判定問題題中的應應用”，，提出圖圖靈機理理論1950年發(fā)表表論文““計算機機與智能能”，闡闡述了計計算機可可以具有有智能的的想法，，提出圖圖靈測試試1966年為紀紀念圖靈靈的杰出出貢獻，，ACM設立圖圖靈獎馬文?明斯基（（MarnivLeeMinsky）人工智能能之父框架理論論的創(chuàng)立立者首位獲得得圖靈獎獎的人工工智能學學者馬文?明斯基（（MarnivLeeMinsky）1927年出生生于美國國紐約1951年提出出思維如如何萌發(fā)發(fā)并形成成的基本本理論1956年達特特茅斯會會議的發(fā)發(fā)起人之之一1958年在MIT創(chuàng)創(chuàng)建世界界上第一一個AI實驗室室1969年獲得得圖靈獎獎1975年首創(chuàng)創(chuàng)框架理理論約翰?麥卡錫（（JohnMcCarthy））人工智能能之父LISP語言的的發(fā)明人人首次提出出AI的的概念約翰?麥卡錫（（JohnMcCarthy））1927年出生生于美國國波士頓頓1956年發(fā)起起達特茅茅斯會議議，并提提出“人人工智能能”的概概念1958年與明明斯基一一起創(chuàng)建建世界上上第一個個人工智智能實驗驗室發(fā)明α－β剪枝算法法1959年開發(fā)發(fā)LISP語言言開創(chuàng)邏輯輯程序研研究，用用于程序序驗證和和自動程程序設計計1971年獲得得圖靈獎獎赫伯特?西蒙（（HerbertA.Simon）符號主義義學派的的創(chuàng)始人人愛好廣泛泛的全能能科學家家中國科學學院外籍籍院士赫伯特?西蒙(HerbertA..Simon）1916年出生生于美國國的威斯斯康辛州州1943年在匹匹茲堡大大學獲政政治學博博士學位位1969年因心心理學方方面的貢貢獻獲得得杰出科科學貢獻獻獎1975年和他他的學生生艾倫?紐厄爾共共同獲得得圖靈獎獎1978年獲得得諾貝爾爾經濟學學獎1986年因行行為學方方面的成成就獲得得美國全全國科學學家獎章章50年代代至60年代初初開發(fā)了了世界上上最早的的啟發(fā)式式程序““邏輯理理論家””LT，，證明了了《數(shù)學學原理》》第二章章中的全全部52個定理理，開創(chuàng)創(chuàng)了機器器定理證證明這一一新的學學科領域域57年開開發(fā)了IPL((InformationProcessingLanguage)語語言，是是最早的的AI語語言。60年開開發(fā)了““通用問問題求解解系統(tǒng)””GPS66年開開發(fā)了最最早的下下棋程序序之一MATER70年發(fā)發(fā)展與完完善了語語義網絡絡的概念念和方法法70年代代提出了了“物