人工智能第一章緒論

人工智能ArtificialIntelligence(AI)王麗〔：46064783〕wangli523971@126山西大同大學(xué)計(jì)算機(jī)系Wednesday,June15,2022課程引見第一章緒論第二章人工智能的數(shù)學(xué)根底第三章知識(shí)與知識(shí)表示第五章搜索戰(zhàn)略第七章機(jī)器學(xué)習(xí)第四章經(jīng)典邏輯推理第六章專家系統(tǒng)12/25/2023第2頁主要內(nèi)容：智能：什么是智能，智能包含哪些內(nèi)容。人工智能：什么是人工智能，人工智能的根本概念人工智能的研討目的和內(nèi)容人工智能的開展簡(jiǎn)史人工智能的研討領(lǐng)域第一章緒論12/25/2023第3頁1.1人工智能概述1.1.1人工智能的根本概念1、自然智能〔1〕智能的概念：綜合各種觀念，可以以為智能是知識(shí)與智力的總和。其中，知識(shí)是一切智能行為的根底，而智力是獲取知識(shí)并運(yùn)用知識(shí)求解問題的才干，即在恣意給定的環(huán)境和目的的條件下，正確制定決策和實(shí)現(xiàn)目的的才干，它來自人腦的思想活動(dòng)。12/25/2023第4頁〔2〕智能的特征：具有感知才干感知才干是指人們經(jīng)過視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺等覺得器官感知外部世界的才干。12/25/2023第5頁具有記憶和思想的才干記憶：記憶用于存儲(chǔ)由覺得器官感知到的外部信息以及由思想所產(chǎn)生的知識(shí)。思想：是對(duì)記憶的信息進(jìn)展處置，即利用已有的知識(shí)對(duì)信息分析、計(jì)算、比較、判別推理、聯(lián)想、決策等。12/25/2023第6頁具有學(xué)習(xí)才干及自順應(yīng)才干。具有行為才干

人們通常用言語或者某個(gè)表情、眼神及形體動(dòng)作來對(duì)外界的刺激作出反響，傳達(dá)某個(gè)信息，這稱為行為才干或表達(dá)才干。12/25/2023第7頁2、人工智能的定義人工智能(ArtificialIntelligence)，又稱機(jī)器智能(MachineIntelligence)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一門邊緣學(xué)科人工智能誕生于1956年成果多、運(yùn)用廣、曲折多、爭(zhēng)議大12/25/2023第8頁人工智能〔學(xué)科〕：是計(jì)算機(jī)科學(xué)中涉及研討、設(shè)計(jì)和運(yùn)用智能機(jī)器的一個(gè)分支。它的近期目的在于研討用機(jī)器來模擬和執(zhí)行人腦的某些智能功能，并開發(fā)相關(guān)的實(shí)際和技術(shù)12/25/2023第9頁人工智能〔才干〕：是智能機(jī)器所執(zhí)行的通常與人類智能有關(guān)的智能行為，例如推斷、推理、證明、識(shí)別、感知、了解、設(shè)計(jì)、思索、規(guī)劃、學(xué)習(xí)和問題求解等等思想活動(dòng)12/25/2023第10頁從擬人思想角度的定義：人工智能是一種使計(jì)算機(jī)可以思想、使機(jī)器具有智力的激動(dòng)人心的新嘗試〔Hangeland,1985〕人工智能是那些與人的思想、決策、問題求解和學(xué)習(xí)等有關(guān)活動(dòng)的自動(dòng)化〔Bellman,1978〕12/25/2023第11頁從理性思想角度的定義：人工智能是用計(jì)算模型進(jìn)展研討的智能行為〔Charniak&McDermott,1985〕人工智能是研討那些使了解、推理和行為成為能夠的計(jì)算〔Winston,1992〕12/25/2023第12頁從擬人行為角度的定義：人工智能是一種可以執(zhí)行需求人的智能的發(fā)明性機(jī)器的技術(shù)〔Kurzwell,1990〕人工智能研討如何經(jīng)過使計(jì)算機(jī)做事而讓人過得更好〔Rich&Knight,1991〕12/25/2023第13頁從擬人理性行為角度的定義：人工智能是一門經(jīng)過計(jì)算過程力圖了解和模擬智能行為的學(xué)科〔Schalkoff,1990〕人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)中與智能行為的自動(dòng)化有關(guān)的一個(gè)分支〔Luger&Stubblefield,1993〕12/25/2023第14頁人工智能是一門研討如何構(gòu)造智能機(jī)器〔智能計(jì)算機(jī)〕或智能系統(tǒng)，使它能模擬、延伸、擴(kuò)展人類智能的學(xué)科，以處理過去人類專家才干處置的復(fù)雜問題。12/25/2023第15頁例子：1、世界國(guó)際象棋王卡斯帕羅夫與美國(guó)IBM公司的RS/6000SP(深藍(lán))計(jì)算機(jī)系統(tǒng)于97年5月3日——5月11日進(jìn)展了六局的“人機(jī)大戰(zhàn)〞，歷時(shí)好幾天，最終“深藍(lán)〞以3.5比2.5擊敗對(duì)手。

12/25/2023第16頁第二是圖靈測(cè)試1950年他發(fā)表了題為“計(jì)算機(jī)與智能〞(computingMachineryandIntelligence〕的論文，文章以“機(jī)器能思想嗎？〞開場(chǎng)論述并提出了著名的“圖靈測(cè)試〞，籠統(tǒng)地指出了什么是人工智能以及機(jī)器應(yīng)該到達(dá)的智能規(guī)范，如今許多人仍把它作為衡量機(jī)器智能的準(zhǔn)那么。圖靈在這篇論文中指出不要問一個(gè)機(jī)器能否能思想，而是要看它能否經(jīng)過如下測(cè)試：分別讓人與機(jī)器位于兩個(gè)房間里，他們可以通話，但彼此都看不到對(duì)方，假設(shè)經(jīng)過對(duì)話，作為人的一方不能分辨對(duì)方是人還是機(jī)器，那么就可以為對(duì)方的那臺(tái)機(jī)器到達(dá)了人類智能的程度。為了進(jìn)展這個(gè)測(cè)試，圖靈還用他豐富的想象力設(shè)計(jì)了一個(gè)很有趣且智能性很強(qiáng)的對(duì)話內(nèi)容，稱為“圖靈的夢(mèng)想〞。12/25/2023第17頁訊問著——人智者——機(jī)器訊問者問：他寫的14行的詩，首行是“他好像夏日〞，他不覺得“春日〞更好嗎？智者：他不合韻。訊問者問：“冬日〞如何？他完全合韻。智者：它確實(shí)是合韻的，但沒有人愿被比作為“冬日〞。訊問者：他不是說過匹克威克先生讓他想起圣誕節(jié)嗎？智者：是的。訊問者：圣誕節(jié)是冬天的一個(gè)節(jié)日，我想匹克威克先生對(duì)這個(gè)比喻不會(huì)介意吧。智者：我以為他說話不夠嚴(yán)謹(jǐn)，“冬日〞指的是普通的冬天的日子，而不是某個(gè)特別的日子，如圣誕節(jié)。12/25/2023第18頁李詠1+1西安曲江超人文化創(chuàng)意12/25/2023第19頁3、人類智能的計(jì)算機(jī)模擬為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)模擬和替代人的行為和思想活動(dòng)，需滿足以下3個(gè)根本前提：〔1〕求解問題方式化〔2〕必需有可行的算法〔3〕問題需求有合理的復(fù)雜度12/25/2023第20頁1.1.2人工智能的研討方法1、人工智能研討的特點(diǎn)從研討對(duì)象來看，人工智能系統(tǒng)是以符號(hào)表示知識(shí)，并且以知識(shí)為主要研討對(duì)象，而傳統(tǒng)的程序是以數(shù)值為研討對(duì)象。采用啟發(fā)式的推理方法?？刂茦?gòu)造和領(lǐng)域知識(shí)通常是分別的。如專家系統(tǒng)。允許出現(xiàn)不正確的答案?！菜o知識(shí)能夠不完全、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確〕12/25/2023第21頁人工智能的研討途徑不同窗科背景的學(xué)者對(duì)人工智能有不同的觀念，產(chǎn)生了不同的人工智能的研討方法，目前主要分成三大學(xué)派：符號(hào)主義：又稱邏輯主義、心思學(xué)派、計(jì)算機(jī)學(xué)派。其原理為物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)和有限合理性原理銜接主義：又稱仿生學(xué)派、生理學(xué)派。其原理是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其銜接機(jī)制和學(xué)習(xí)算法行為主義：又稱進(jìn)化主義、控制論學(xué)派。其原理是控制論、感知-動(dòng)作控制系統(tǒng)12/25/2023第22頁不同的學(xué)派對(duì)AI的根本問題，比如，定義、根底、中心、要素、認(rèn)知過程、學(xué)科體系以及人工智能與人類智能的關(guān)系等，均有不同觀念。它們的研討方法也不同12/25/2023第23頁1、符號(hào)主義在根本實(shí)際上，以為人的認(rèn)知基元是符號(hào)，而認(rèn)知過程就是符號(hào)操作過程知識(shí)是信息的一種方式，是構(gòu)成智能的根底人工智能的中心問題是知識(shí)表達(dá)、知識(shí)推理和知識(shí)運(yùn)用12/25/2023第24頁在研討方法上，功能模擬方法。經(jīng)過分析人類認(rèn)知系統(tǒng)所具備的功能和機(jī)能，然后用計(jì)算機(jī)模擬這些功能、實(shí)現(xiàn)人工智能12/25/2023第25頁2、銜接主義在根本實(shí)際上，以為人的思想基元是神經(jīng)元，而不是符號(hào)處置過程提出了銜接主義的大腦任務(wù)方式，來取代符號(hào)主義的大腦任務(wù)方式12/25/2023第26頁在研討方法上，著重于構(gòu)造模擬，即模擬人的生理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，并以為功能、構(gòu)造和智力行為是親密相關(guān)的，不同的構(gòu)造表現(xiàn)出不同的功能和行為12/25/2023第27頁3、行為主義在根底實(shí)際上，以為智能取決于感知與行為，提出了智能行為的“動(dòng)作－感知〞方式。在研討方法上，采用行為模擬方法，也以為功能、構(gòu)造和智力行為是不可分開的。不同的行為表現(xiàn)出不同的功能和不同的構(gòu)造。12/25/2023第28頁1.2人工智能的研討目的及根本內(nèi)容1.2.1人工智能的研討目的近期目的：使現(xiàn)有的電子數(shù)字計(jì)算機(jī)更聰明、更有用，使它不僅能做普通的數(shù)值計(jì)算及非數(shù)值信息的數(shù)據(jù)處置，而且能運(yùn)用知識(shí)處置問題，能模擬人類的部分智能行為。例如目前研討開發(fā)的專家系統(tǒng)、機(jī)器翻譯系統(tǒng)、方式識(shí)別系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)、機(jī)器人等。根本目的：是構(gòu)造可實(shí)現(xiàn)人類智能的智能計(jì)算機(jī)或智能系統(tǒng)，使它不僅能模擬而且可以延伸、擴(kuò)展人的智能，是人工智能研討的根本目的。12/25/2023第29頁機(jī)器學(xué)習(xí)知識(shí)獲取智能搜索知識(shí)表示和推理規(guī)劃軟計(jì)算智能系統(tǒng)及智能計(jì)算機(jī)的構(gòu)造技術(shù)1.2.2人工智能的根本內(nèi)容12/25/2023第30頁孕育期〔1956年前〕數(shù)理邏輯學(xué)科〔弗雷治、維納等〕計(jì)算的新思想〔丘奇、圖靈等〕構(gòu)成期〔1956--1970年〕1956年，第一次人工智能的研討會(huì)1.3人工智能的開展歷程〔自學(xué)〕12/25/2023第31頁1956年夏季在美國(guó)的達(dá)特茅斯〔Dartmouth〕大學(xué)舉行了長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月的研討會(huì)。討論了用計(jì)算機(jī)模擬人類智能的問題。會(huì)議的發(fā)起人有：McCarthy〔麥卡錫〕Minsky〔明斯基〕Lochester〔朗徹斯特〕Shannon〔香儂〕應(yīng)邀出席會(huì)議有：More〔莫爾〕Sarmuel〔塞繆爾〕Newell〔紐厄爾〕Simon〔西蒙〕12/25/2023第32頁McCarthy正式提出了“人工智能〞的術(shù)語〔ArtificialIntelligence〕，又稱“機(jī)器智能〞〔MachineIntelligence〕標(biāo)志著一門新的學(xué)科的正式誕生人工智能12/25/2023第33頁1969年，第一屆國(guó)際人工智能結(jié)合會(huì)議1970年，<人工智能>國(guó)際雜志創(chuàng)刊開展期〔1971年~〕30多年來，人工智能的運(yùn)用研討獲得了艱苦進(jìn)展。專家系統(tǒng)(expertsystem)顯示出強(qiáng)大的生命力。Feigenbaum所指點(diǎn)的研討小組于1968年研討勝利第一個(gè)專家系統(tǒng)DENDRAL1972-1976年，F(xiàn)eigenbaum小組又開發(fā)勝利MYCIN醫(yī)療專家系統(tǒng)12/25/2023第34頁著名專家系統(tǒng)PROSPECTOR地質(zhì)勘探專家系統(tǒng)、CASNET青光眼診斷治療專家系統(tǒng)、RI計(jì)算機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、MACSYMA符號(hào)積分與定理證明專家系統(tǒng)、ELAS鉆井?dāng)?shù)據(jù)分析專家系統(tǒng)ACE電纜維護(hù)專家系統(tǒng)1977年，F(xiàn)eigenbaum進(jìn)一步提出了知識(shí)工程(knowledgeengineering)的概念。12/25/2023第35頁人工智能系統(tǒng)的三個(gè)根本問題:知識(shí)表示知識(shí)利用知識(shí)獲取人工智能系統(tǒng)是一個(gè)知識(shí)處置系統(tǒng)近十多年來，機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等行為主義的研討深化開展，構(gòu)成高潮，這些都推進(jìn)了人工智能研討的深化開展。12/25/2023第36頁1978年“智能模擬〞納入國(guó)家方案；1984年召開了智能計(jì)算機(jī)及其系統(tǒng)的全國(guó)學(xué)術(shù)討論會(huì)；1986年起把智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、智能機(jī)器人和智能信息處置(含方式識(shí)別)等艱苦工程列入863方案；1993年起，又把智能控制和智能自動(dòng)化等工程列入973方案。進(jìn)入21世紀(jì)后，己有更多的人工智能與智能系統(tǒng)研討獲得各種基金方案支持。中國(guó)12/25/2023第37頁1981年起，相繼成立了中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)(CAAI)、全國(guó)高校人工智能研討會(huì)、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)人工智能與方式識(shí)別專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)方式識(shí)別與機(jī)器智能專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)人工智能協(xié)會(huì)、中國(guó)智能機(jī)器人專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)計(jì)算機(jī)視覺與智能控制專業(yè)委員會(huì)中國(guó)智能自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)等學(xué)術(shù)團(tuán)體。1989年召開CJCAI1987年<方式識(shí)別與人工智能>創(chuàng)刊。國(guó)際上有影響的發(fā)明性成果，如吳文俊關(guān)于幾何定理證明的“吳氏方法〞。12/25/2023第38頁1.4人工智能的研討及運(yùn)用領(lǐng)域是目前人工智能中最活潑、最有效果的一個(gè)研討領(lǐng)域。公費(fèi)根鮑姆等研制出第一個(gè)專家系統(tǒng)DENDRL以來，它已獲得了迅速開展，廣泛地運(yùn)用醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探、石油化工、教學(xué)、軍事等各個(gè)方面，產(chǎn)生了宏大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

專家系統(tǒng)是一種基于知識(shí)的系統(tǒng)，它從人類專家那里獲得知識(shí)，并用來處理只需專家才干處理的困難問題。因此可以這樣來定義專家系統(tǒng)：專家系統(tǒng)是一種具有特定領(lǐng)域內(nèi)大量知識(shí)與閱歷的程序系統(tǒng)，它運(yùn)用人工智能技術(shù)、模擬人類專家求解問題的思想過程求解領(lǐng)域內(nèi)的各種問題，其程度可以到達(dá)甚至超越人類專家的程度。1.4.1專家系統(tǒng)12/25/2023第39頁1.4.2機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)本身具有學(xué)習(xí)才干，它可以直接向書本、向教師學(xué)習(xí)，亦可以在實(shí)際過程中不斷總結(jié)閱歷、汲取教訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)本身的不斷完善，這后一種方式普通稱為機(jī)器學(xué)習(xí)。

作為人工智能的一個(gè)研討領(lǐng)域，它主要研討如何使計(jì)算機(jī)具有類似于人的學(xué)習(xí)才干，使計(jì)算機(jī)能經(jīng)過學(xué)習(xí)自動(dòng)地獲取知識(shí)及技藝，實(shí)現(xiàn)自我完善。為到達(dá)這一目的，它將開展三個(gè)方面的研討，即人類學(xué)習(xí)機(jī)理的研討，學(xué)習(xí)方法的研討以及建立面向詳細(xì)義務(wù)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。12/25/2023第40頁1.4.3機(jī)器人學(xué)

機(jī)器人是指可模擬人類行為的機(jī)器。人工智能的一切技術(shù)幾乎都可在它身上得到運(yùn)用，因此它可被當(dāng)作人工智能實(shí)際、方法、技術(shù)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。反過來，對(duì)機(jī)器人學(xué)的研討又大大推進(jìn)了人工智能研討的開展。

機(jī)器人已在各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、旅游業(yè)、空中和海洋以及國(guó)防等領(lǐng)域獲得越來越普遍的運(yùn)用。星際探求機(jī)器人、海洋(水下)機(jī)器人、機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)、微型機(jī)器人、足球機(jī)器人12/25/2023第41頁1.4.4方式識(shí)別機(jī)器感知是機(jī)器智能的一個(gè)重要方面，是機(jī)器獲取外部信息的根本途徑。方式識(shí)別就是研討如何使機(jī)器具有感知才干的一個(gè)研討領(lǐng)域，是對(duì)人類感知外界功能的模擬。其中主要研討對(duì)視覺方式及聽覺方式的識(shí)別〔語音識(shí)別〕。方式：是對(duì)一個(gè)物體或者某些其它感興趣實(shí)體定量的或者構(gòu)造的描畫，而方式類是指具有某些共同屬性的方式集合。12/25/2023第42頁1.4.5機(jī)器視覺人類80％以上的外部信息來自視覺計(jì)算機(jī)視覺通?？煞譃榈蛯右曈X與高層視覺兩類。低層視覺主要執(zhí)行預(yù)處置功能，如邊緣檢測(cè)、動(dòng)目的檢測(cè)、紋理分析，經(jīng)過陰影獲得外形、立體外型、曲面顏色等，其目的是使被察看的對(duì)象更突現(xiàn)出來。高層視覺那么主要是了解所察看的籠統(tǒng)。前沿研討領(lǐng)域廣泛運(yùn)用12/25/2023第43頁1.4.6神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)計(jì)算機(jī)人腦是一個(gè)功能特別強(qiáng)大、構(gòu)造異常復(fù)雜的信息處置系統(tǒng)，其根底是神經(jīng)元及其互聯(lián)關(guān)系。因此，對(duì)人腦神經(jīng)元和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研討，能夠發(fā)明出新一代人工智能機(jī)一一神經(jīng)計(jì)算機(jī)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用方式識(shí)別、圖像處置、組合優(yōu)化、自動(dòng)控制、信息處置、機(jī)器人學(xué)12/25/2023第44頁1.4.7自然言語了解自然言語了解就是研討如何讓計(jì)算機(jī)了解人類自然言語的一個(gè)研討領(lǐng)域?！傲私猕暤囊?guī)范：判別計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能否真正“了解〞了自然言語的規(guī)范有：?jiǎn)柎疳屃x文摘生成翻譯1.4.8自動(dòng)程序設(shè)計(jì)根據(jù)用戶不同目的描畫來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編寫計(jì)算機(jī)程序促進(jìn)人工智能系統(tǒng)的開展12/25/2023第45頁1.4.9自動(dòng)定理證明本質(zhì)是用前提P推出結(jié)論Q，證明常用反證法。利用計(jì)算機(jī)證明非數(shù)值性的結(jié)果。如醫(yī)療診斷、信息檢索、規(guī)劃制度等問題都可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)定理證明問題。〔目前我們?cè)诙ɡ碜C明方面獲得了一定的成果。如：四色問題。也就是說，我們的地圖，一個(gè)國(guó)家和一個(gè)國(guó)家，一個(gè)省市和另一個(gè)省市挨著的時(shí)候要用四種顏色區(qū)別。還有在醫(yī)療診斷、信息檢索等非數(shù)值領(lǐng)域方面也獲得了一定的成果〕。12/25/2023第46頁1.4.10博弈

諸如下棋、打牌、戰(zhàn)爭(zhēng)等一類競(jìng)爭(zhēng)性的智能活動(dòng)稱為博弈。人工智能研討博弈的目的并不是為了讓計(jì)算機(jī)與人進(jìn)展下棋、打牌之類的游戲，而是經(jīng)過對(duì)博弈的研討來檢驗(yàn)?zāi)承┤斯ぶ悄芗夹g(shù)能否能到達(dá)對(duì)人類智能的模擬，由于博弈是一種智能性很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)活動(dòng)。另外，經(jīng)過對(duì)博弈過程的模擬可以促進(jìn)人工智能技術(shù)深化一步的研討。12/25/2023第47頁1.4.11智