人工智能的爭論與展望教學教案

PAGE131人工智能的爭論與展望教學內(nèi)容：本章主要講敘人工智能發(fā)展過程中各學術流派在理論、方法和技術路線等方面的爭論，人工智能對經(jīng)濟和社會的影響以及對人工智能發(fā)展前景的展望。教學重點：啟迪學生自己理解人工智能各學派的認知觀，分析人工智能的發(fā)展前景。教學難點：人工智能三大主要學術流派的異同點。教學方法：采用課堂講授與組織學生討論相結合，引導學生積極預測人工智能的未來發(fā)展趨勢。教學要求：全面認識人工智能發(fā)展過程中各主要學術流派的觀點和爭論，一般了解人工智能對人類社會和經(jīng)濟的影響以及人工智能的發(fā)展前景，對人工智能的未來充滿信心。1人工智能的爭論教學內(nèi)容：介紹人工智能發(fā)展過程中各學術流派在各方面的爭論。 教學重點：人工智能的三大學術流派的認知觀。教學難點：三大主要學術流派的異同點。教學方法：講授為主教學要求：比較深入地了解人工智能發(fā)展過程中各主要學術流派和爭論。1.1對人工智能理論的爭論1、符號主義：符號主義認為人的認知基元是符號，而且認知過程即符號操作過程。它認為人是一個物理符號系統(tǒng)，計算機也是一個物理符號系統(tǒng)，因此，我們就能夠用計算機來模擬人的智能行為，即用計算機的符號操作來模擬人的認知過程。也就是說，人的思維是可操作的。它還認為，知識是信息的一種形式，是構成智能的基礎。人工智能的核心問題是知識表示、知識推理和知識運用。知識可用符號表示，也可用符號進行推理，因而有可能建立起基于知識的人類智能和機器智能的統(tǒng)一理論體系。2、聯(lián)結主義：聯(lián)結主義認為人的思維基元是神經(jīng)元，而不是符號處理過程。它對物理符號系統(tǒng)假設持反對意見，認為人腦不同于電腦，并提出聯(lián)結主義的大腦工作模式，用于取代符號操作的電腦工作模式。3、行為主義提問：在本書的第一章中我們提到人工智能的三個主要流派，請同學們回顧一下，是哪三個流派，各有什么特點？行為主義認為智能取決于感知和行動(所以被稱為行為主義)，提出智能行為的“感知—動作”模式。行為主義者認為智能不需要知識、不需要表示、不需要推理；人工智能可以像人類智能一樣逐步進化(所以稱為進化主義)；智能行為只能在現(xiàn)實世界中與周圍環(huán)境交互作用而表現(xiàn)出來。行為主義還認為：符號主義(還包括聯(lián)結主義)對真實世界客觀事物的描述及其智能行為工作模式是過于簡化的抽象，因而是不能真實地反映客觀存在的。提問：在本書的第一章中我們提到人工智能的三個主要流派，請同學們回顧一下，是哪三個流派，各有什么特點？1.2對人工智能方法的爭論1、符號主義：符號主義認為人工智能的研究方法應為功能模擬方法。通過分析人類認知系統(tǒng)所具備的功能和機能，然后用計算機模擬這些功能，實現(xiàn)人工智能。符號主義力圖用數(shù)學邏輯方法來建立人工智能的統(tǒng)一理論體系，但遇到不少暫時無法解決的困難，并受到其它學派的否定。2、聯(lián)結主義：聯(lián)結主義主張人工智能應著重于結構模擬，即模擬人的生理神經(jīng)網(wǎng)絡結構，并認為功能、結構和智能行為是密切相關的。不同的結構表現(xiàn)出不同的功能和行為。已經(jīng)提出多種人工神經(jīng)網(wǎng)絡結構和眾多的學習算法。3、行為主義：行為主義認為人工智能的研究方法應采用行為模擬方法，也認為功能、結構和智能行為是不可分開的。不同的行為表現(xiàn)出不同的功能和不同的控制結構。行為主義的研究方法也受到其它學派的懷疑與批判，認為行為主義最多只能創(chuàng)造出智能昆蟲行為，而無法創(chuàng)造出人的智能行為。1.3對人工智能技術路線的爭論1、專用路線：專用路線強調(diào)研制與開發(fā)專用的智能計算機、人工智能軟件、專用開發(fā)工具、人工智能語言和其它專用設備，如LISP機、PROLOG機、PROLOG、LISP語言、M.I語言、OPSS83語言、專家系統(tǒng)開發(fā)工具EMYCIN、EXPERT、INSIGHT2和GURU等。2、通用路線：通用路線認為通用的計算機硬件和軟件能夠對人工智能開發(fā)提供有效的支持，并能夠解決廣泛的和一般的人工智能問題。這方面的例子有以VLSI技術為基礎的RISC技術、UNIX分時操作系統(tǒng)、C語言及其改進型、SUN工作站和SPARC工作站等。通用路線強調(diào)人工智能應用系統(tǒng)和人工智能產(chǎn)品的開發(fā)，應與計算機立體技術和主流技術相結合，并把知識工程視為軟件工程的一個分支。3、硬件路線：硬件路線認為人工智能的發(fā)展主要依靠硬件技術，如VLSI、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、腦模型、智能機和智能機器人等。該路線還認為智能機器的開發(fā)主要有賴于各種智能硬件、智能工具及固化技術。4、軟件路線：軟件路線強調(diào)人工智能的發(fā)展主要依靠軟件技術，例如，啟發(fā)性程序設計、自動編程專家系統(tǒng)、知識工程以及其它各種智能算法等。軟件路線認為智能機器的研制主要在于開發(fā)各種智能軟件、工具及其應用系統(tǒng)。2人工智能對人類的影響教學內(nèi)容：闡述人工智能發(fā)展對人類的影響。 教學重點：人工智能發(fā)展對人類的影響程度。教學難點：人工智能發(fā)展為什么會對人類產(chǎn)生影響。教學方法：課堂講授與組織學生討論相結合。舉例：1.專家系統(tǒng)的效益舉例：1.專家系統(tǒng)的效益2.人工智能推動計算機技術發(fā)展2.1人工智能對經(jīng)濟的影響人工智能系統(tǒng)的開發(fā)和應用，已為人類創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟效益，專家系統(tǒng)就是一個例子。隨著計算機系統(tǒng)價格的繼續(xù)下降，人工智能技術必將得到更大的推廣，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。2.2人工智能對社會的影響1、勞務就業(yè)問題由于人工智能能夠代替人類進行各種腦力勞動，例如用專家系統(tǒng)代替管理人員或醫(yī)生進行決策或診斷與治療病人疾病，所以，將會使一部分人不得不改變他們的工種，甚至造成失業(yè)。人工智能在科技和工程中的應用，會使一些人失去介入信息處理活動(如規(guī)劃、診斷、理解和決策等)的機會，甚至不得不改變自己的工作方式。2、社會結構變化人們一方面希望人工智能和智能機器能夠代替人類從事各種勞動，另一方面又擔心它們的發(fā)展會引起新的社會問題。實際上，近十多年來，社會結構正在發(fā)生一種靜悄悄的變化。人—機器的社會結構，終將為人—智能機器—機器的社會結構所取代。智能機器人就是智能機器之一。人們將不得不學會與有智能的機器相處，并適應這種變化了的社會結構。3、思維方式與觀念的變化人工智能的發(fā)展與推廣應用，將影響到人類的思維方式和傳統(tǒng)觀念，并使它們發(fā)生改變。例如，傳統(tǒng)知識一般印在書本報刊或雜志上，因而是固定不變的，而人工智能系統(tǒng)的知識庫的知識卻是可以不斷修改、擴充和更新的。又如，一旦專家系統(tǒng)的用戶開始相信系統(tǒng)(智能機器)的判斷和決定，那么他們就可能不愿多動腦筋，變得懶惰，并失去對許多問題及其求解任務的責任感和敏感性。過分地依賴計算機的建議而不加分析地接受，將會使智能機器用戶的認知能力下降，并增加誤解。4、心理上的威脅人工智能還使一部分社會成員感到心理上的威脅，或叫做精神威脅。人們一般認為，只有人類才具有感知精神，而且以此與機器相別。如果有一天，這些人開始相信機器也能夠思維和創(chuàng)作，那么他們可能會感到失望，甚至感到威脅。他們擔心：有朝一日，智能機器的人工智能會超過人類的自然智能，使人類淪為智能機器和智能系統(tǒng)的奴隸。按照人工智能的觀點，人類有可能用機器來規(guī)劃自己的未來，甚至可以把這個規(guī)劃問題想象為一類狀態(tài)空間搜索。當社會上一部分人歡迎這種新觀念時，另一部分人則發(fā)現(xiàn)這些新觀念是惹人煩惱的和無法接受的，尤其是當這些觀念與他們鐘愛的信仰和觀念背道而馳時。討論：人工智能對社會有哪些正面和負面的影響？討論：人工智能對社會有哪些正面和負面的影響？舉例：介紹著名的美國科幻作家阿西莫夫(I.Asimov)提出了“機器人三守則”，并引導討論。任何新技術最大危險莫過于人類對它失去了控制，或者是它落入那些企圖利用新技術反對人類的人手中。有人擔心機器人有一天會反賓為主，奴役它們的創(chuàng)造者—人類，擔心人工智能的其它制品威脅人類的安全。2.3人工智能對文化的影響1、改善人類知識在重新闡述我們的歷史知識的過程中，哲學家、科學家和人工智能學家有機會努力解決知識的模糊性以及消除知識的不一致性。這種努力的結果，可能導致知識的某些改善，以便能夠比較容易地推斷出令人感興趣的新的真理。2、改善人類語言人類語言是伴隨人類的進化和發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展的，對人類的智能活動起到極其重要的作用。根據(jù)語言學的觀點，語言是思維的表現(xiàn)和工具，思維規(guī)律可用語言學方法加以研究，但人的下意識和潛意識往往“只能意會，不可言傳”。由于采用人工智能技術，綜合應用語法、語義和形式知識表示方法，有可能在改善知識的自然語言表示的同時，把知識闡述為適用的人工智能形式。3、改善文化生活舉例：建立“知識精煉廠”。舉例：建立“知識精煉廠”。3對人工智能的展望教學內(nèi)容：展望人工智能的發(fā)展方向。 討論：人工智能將會怎樣發(fā)展？應該在哪些方面進一步開展研究？習題：討論：人工智能將會怎樣發(fā)展？應該在哪些方面進一步開展研究？習題：寫一篇小論文，談談人工智能的未來發(fā)展趨勢與對策。教學難點：讓學生按自己的觀點來思考人工智能的發(fā)展問題。教學方法：討論為主。教學要求：引導學生積極投入對人工智能的未來發(fā)展趨勢的討論，活躍學術思想。3.1更新的理論框架人工智能研究存在不少問題：(1)宏觀與微觀隔離一方面是哲學、認知科學、思維科學和心理學等學科所研究的智能層次太高、太抽象；另一方面是人工智能邏輯符號、神經(jīng)網(wǎng)絡和行為主義所研究的智能層次太低。這兩方面之間相距太遠，中間還有許多層次未予研究，無法把宏觀與微觀有機地結合起來和相互滲透。(2)全局與局部割裂人類智能是腦系統(tǒng)的整體效應，有著豐富的層次和多個側面。但是，符號主義只抓住人腦的抽象思維特性；連接主義只模仿人的形象思維特性；行為主義則著眼于人類智能行為特性及其進化過程。它們存在明顯的局限性。(3)理論和實際脫節(jié)大腦的實際工作，在宏觀上我們已知道得不少；但是智能的千姿百態(tài)，變幻莫測，復雜得難以理出清晰的頭緒。在微觀上，我們對大腦的工作機制卻知之甚少，似是而非，使我們難以找出規(guī)律。在這種背景下提出的各種人工智能理論，只是部分人的主觀猜想，能在某些方面表現(xiàn)出“智能”就算相當成功了。上述存在問題和其它問題說明，人腦的結構和功能要比人們想象的復雜得多，人工智能研究面臨的困難要比我們估計的重大得多，人工智能研究的任務要比我們討論過的艱巨得多。同時也說明，要從根本上了解人腦的結構和功能，解決面臨的難題，完成人工智能的研究任務，需要尋找和建立更新的人工智能框架和理論體系，打下人工智能進一步發(fā)展的理論基礎。我們至少需要經(jīng)過幾代人的持續(xù)奮斗，進行多學科聯(lián)合協(xié)作研究，才可能基本上解開“智能”之謎，使人工智能理論達到一個更高的水平。3.2更好的技術集成人工智能技術是智能技術與各種信息處理技術及相關學科技術的集成。要集成的信息技術除數(shù)字技術外，還包括計算機網(wǎng)絡、遠程通信、數(shù)據(jù)庫、計算機圖形學、語音與聽覺、機器人學、過程控制、并行計算、量子計算、光計算和生物信息處理等技術。智能系統(tǒng)不僅包括心理學、語言學、現(xiàn)代計算技術、認知科學和計算語言學，而且還包括社會學、人類學以及哲學和系統(tǒng)科學等。計算不僅是智能系統(tǒng)支持結構的重要部分，而且是智能系統(tǒng)的活力所在，就象血液對于人體一樣重要。3.3更成熟的應用方法人工智能的實現(xiàn)固然需要硬件的保證，然而，軟件應是人工智能的核心技術。許多人工智能應用問題需要開發(fā)復雜的軟件系統(tǒng)，這有助于促進軟件工程學科的出現(xiàn)與發(fā)展。軟件工程能為一定類型的問題求解提供標準化程序；知識軟件則能為人工智能問題求解提供有效的編程手段。由于人工智能應用問題的復雜性和廣泛性，傳統(tǒng)的軟件設計方法顯然是不夠用和不適用的。人工智能方法必須支持人工智能系統(tǒng)的開發(fā)實驗，并允許系統(tǒng)有組織地從一個較小的核心原型逐漸發(fā)展為一個完整的應用系統(tǒng)。應當有信心地期望將要研究出通用而有效的人工智能開發(fā)方法。更高級的AI通用語言、更有效的AI專用語言與開發(fā)環(huán)境或工具以及人工智能開發(fā)專用機器將會不斷出現(xiàn)及更新，為人工智能研究和開發(fā)提供有力的工具。我們確信，最終定能研究出使人工智能成功地應用于更多領域的和更成熟的方法。在當前的人工智能應用方法研究中，有幾個引人注目的課題，即多種方法混合技術、多專家系統(tǒng)技術、機器學習(尤以神經(jīng)網(wǎng)絡學習和知識發(fā)現(xiàn))方法、硬件軟件一體化技術以及并行分布處理技術等。其中，有人認為：對人腦機理和分