人工智能與教育課件

完整最新ppt1人工智能與教育人工智能概述人工智能的研究領(lǐng)域人工智能教育應(yīng)用概述人工智能被譽(yù)為20世紀(jì)的三大尖端科技成就之一。有預(yù)言家說：“說掌握了人工智能，說就能征服整個(gè)世界?！蓖暾钚聀pt2第一節(jié)人工智能的概述人工智能（ArtificialIntelligence,AI）是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的一門前沿學(xué)科。人工智能是在計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)心理學(xué)、哲學(xué)等多種學(xué)科研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。無人駕駛飛機(jī)、掃雷機(jī)器人、衛(wèi)星評(píng)估糧食產(chǎn)量、醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)、、購(gòu)物籃分析、信息過濾、人臉的識(shí)別、人機(jī)搏弈、機(jī)器人足球、……完整最新ppt3一、什么是人工智能談到人工智能的定義，首先需要指出以下兩點(diǎn):第一，人工智能和其他許多新興學(xué)科一樣，至今尚無一個(gè)統(tǒng)一的定義，所謂人工智能的定義，只能是人工智能學(xué)者根據(jù)對(duì)它的已有認(rèn)識(shí)所作的一些不同解釋。第二，人工智能的定義依賴于智能的定義。因此，要定義人工智能，首先應(yīng)該定義智能。完整最新ppt4(一)什么是智能通俗地說,智能是一種認(rèn)識(shí)客觀事物和運(yùn)用知識(shí)解決問題的綜合能力。至于其確切定義,還有待于對(duì)人腦奧秘的徹底揭示。

完整最新ppt5為了區(qū)分機(jī)器是否會(huì)“思考”，有必要給出“智能”的定義。究竟“會(huì)思考”到什么程度才叫智能？

人工智能專家面臨的最大挑戰(zhàn)之一是：如何構(gòu)造一個(gè)系統(tǒng)，可以模仿由上百億個(gè)神經(jīng)元組成的人腦的行為，去思考宇宙中最復(fù)雜的問題。完整最新ppt61.智能的層次結(jié)構(gòu)人類的智能總體上可分為高、中、低三個(gè)層次,不同層次智能的活動(dòng)由不同的神經(jīng)系統(tǒng)來完成。高層智能以大腦皮層為主,主要完成記憶和思維等活動(dòng)；中層智能以丘腦為主,主要完成感知活動(dòng)；低層智能以小腦、脊髓為主,主要完成動(dòng)作反應(yīng)。完整最新ppt7

2.智能所包含的能力智能是一種綜合能力。具體地說,它包含的各種能力如下:①智能具有感知能力②智能具有記憶與思維能力③智能具有學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力④智能具有行為能力完整最新ppt8(二)什么是人工智能綜合各種不同的人工智能觀點(diǎn),可以從“能力”和“學(xué)科”兩個(gè)方面對(duì)人工智能進(jìn)行定義。從能力的角度來看,人工智能是相對(duì)于人的自然智能而言的,所謂人工智能是指用人工的方法在機(jī)器（計(jì)算機(jī)）上實(shí)現(xiàn)的智能；從學(xué)科的角度來看,人工智能是作為一個(gè)學(xué)科名稱來使用的,所謂人工智能是一門研究如何構(gòu)造智能機(jī)器或智能系統(tǒng),使它能模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的學(xué)科。完整最新ppt9

圖靈測(cè)試如何衡量機(jī)器是否具有智能？完整最新ppt10測(cè)試過程：讓一個(gè)程序與一個(gè)人進(jìn)行5分鐘對(duì)話,然后人猜測(cè)交談對(duì)象是程序還是人？如果在30%測(cè)試中程序成功地欺騙了詢問人，則通過了測(cè)試圖靈期待最遲2000年出現(xiàn)這樣的程序，但是到目前為止，面對(duì)訓(xùn)練有素的鑒定人，沒有一個(gè)程序接近30%的標(biāo)準(zhǔn)完整最新ppt11要想程序通過圖靈測(cè)試，還需要做大量工作，這些技能包括:自然語(yǔ)言處理,使機(jī)器可以用人類語(yǔ)言交流知識(shí)表示,存儲(chǔ)機(jī)器獲得的各種信息自動(dòng)推理,運(yùn)用知識(shí)來回答問題和提取新結(jié)論機(jī)器學(xué)習(xí),適應(yīng)新環(huán)境并檢測(cè)和推斷新模式以及(為了完全圖靈測(cè)試)計(jì)算機(jī)視覺,機(jī)器感知物體機(jī)器人技術(shù),操縱和移動(dòng)物體完整最新ppt12二、人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展人工智能這個(gè)術(shù)語(yǔ)自1956年正式提出,并作為一個(gè)新興學(xué)科的名稱被使用以來,已經(jīng)有四十多年的歷史了?；仡櫰洚a(chǎn)生與發(fā)展過程,可大致分為四個(gè)階段。孕育期形成期知識(shí)應(yīng)用期綜合集成期

完整最新ppt131.孕育期（1956年之前）古希臘偉大的哲學(xué)家和思想家亞里斯多德（Aristotle）創(chuàng)立了演繹法。英國(guó)哲學(xué)家和自然科學(xué)家培根（F.Bacon）創(chuàng)立了歸納法。德國(guó)數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家萊布尼茨（G.W.Leibnitz）把形式邏輯符號(hào)化，奠定了數(shù)理邏輯的基礎(chǔ)。使人們可以對(duì)人的思維進(jìn)行運(yùn)算和推理。法國(guó)物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家帕斯卡（B.Pascal）制造成功了世界上第一臺(tái)加法器。完整最新ppt142.形成期（1956年-1969年）人工智能誕生于一次歷史性的聚會(huì)。1O位杰出年輕科學(xué)家在美國(guó)達(dá)特莫斯大學(xué)舉行了一次為期兩個(gè)月的夏季學(xué)術(shù)研討會(huì),共同學(xué)習(xí)和探討了用機(jī)器模擬人類智能的有關(guān)問題。由麥卡錫提議正式采用了“人工智能AI（ArtifcialIntelligence）”這一術(shù)語(yǔ)。從而,一個(gè)以研究如何用機(jī)器來模擬人類智能的新興學(xué)科——人工智能誕生了。

完整最新ppt153.知識(shí)應(yīng)用期（1970年-80年代末）人工智能遇到了許多麻煩:在博弈方面，塞繆爾的下棋程序在與世界冠軍對(duì)弈時(shí)，5局中敗了4局。在機(jī)器翻譯方面，原來人們以為只要有一本雙解字典和一些語(yǔ)法知識(shí)就可以實(shí)現(xiàn)兩種語(yǔ)言的互譯，但后來發(fā)現(xiàn)并不那么簡(jiǎn)單，甚至?xí)[出笑話。在神經(jīng)生理學(xué)方面，研究發(fā)現(xiàn)人腦有1011以上的神經(jīng)元，在現(xiàn)有技術(shù)條件下用機(jī)器從結(jié)構(gòu)上模擬人腦是根本不可能的。在人工智能的本質(zhì)、理論、思想及機(jī)理方面，人工智能受到了來自哲學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)等社會(huì)各界的責(zé)難、懷疑和批評(píng)。完整最新ppt16以知識(shí)為中心的研究:專家系統(tǒng)悄悄開始孕育,使得人工智能在后來出現(xiàn)的困難和挫折中能很快找到前進(jìn)方向,迅速地再度興起。專家系統(tǒng)（ExpertSystem,簡(jiǎn)寫為ES）是一個(gè)具有大量的專門知識(shí),并能夠利用這些知識(shí)去解決特定領(lǐng)域中需要由專家才能解決的那些問題的計(jì)算機(jī)程序。專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人工智能從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用,從一般思維規(guī)律探討走向?qū)ｉT知識(shí)運(yùn)用的重大突破,是人工智能發(fā)展史上的一次重要轉(zhuǎn)折。完整最新ppt17專家系統(tǒng)1972年,費(fèi)根鮑姆在繼化學(xué)專家系統(tǒng)DENDRAL之后,又領(lǐng)導(dǎo)他的研究小組開始研究其他的項(xiàng)目。1976年,斯坦福大學(xué)國(guó)際人工智能中心杜達(dá)（R.D.Duda）等人開始研制地質(zhì)勘探專家系統(tǒng)PROSPECTOR。MIT1971年研制成功并投入使用數(shù)學(xué)專家系統(tǒng)MACSYMA。美國(guó)拉特格爾（Rutger）大學(xué)于1978年研制成功用于青光眼診斷和治療的專家系統(tǒng)CASNET。完整最新ppt18在這一時(shí)期,與專家系統(tǒng)同時(shí)發(fā)展的重要領(lǐng)域還有計(jì)算機(jī)視覺和機(jī)器人,自然語(yǔ)言理解與機(jī)器翻譯等。此外,在知識(shí)表示、不精確推理、人工智能語(yǔ)言等方面也有重大進(jìn)展。完整最新ppt191977年,在第五屆國(guó)際人工智能聯(lián)合會(huì)議上,費(fèi)根鮑姆正式提出了知識(shí)工程（KnowledgeEngineering,簡(jiǎn)稱KE）的概念。整個(gè)2O世紀(jì)8O年代知識(shí)工程和專家系統(tǒng)在全世界得到了迅速發(fā)展,其應(yīng)用范圍也擴(kuò)大到了人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域,并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。專家系統(tǒng)的成功,說明了知識(shí)在智能系統(tǒng)中的重要性,使人們更清楚地認(rèn)識(shí)到人工智能系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)知識(shí)處理系統(tǒng),而知識(shí)表示、知識(shí)獲取、知識(shí)利用是人工智能系統(tǒng)的三個(gè)基本問題。完整最新ppt20隨著專家系統(tǒng)應(yīng)用的不斷深入和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，專家系統(tǒng)本身所存在的問題逐漸暴露出來:應(yīng)用領(lǐng)域狹窄缺乏常識(shí)性知識(shí)知識(shí)獲取困難推理方法單一沒有分布式功能不能訪問現(xiàn)存數(shù)據(jù)庫(kù)人工智能又面臨著一次考驗(yàn)。出路何在？人工智能需要走綜合集成發(fā)展的道路。完整最新ppt214.綜合集成期（80年代末至今）

在專家系統(tǒng)方面,從2O世紀(jì)8O年代末開始逐步向多技術(shù)、多方法的綜合集成與多學(xué)科、多領(lǐng)域的綜合應(yīng)用型發(fā)展。大型專家系統(tǒng)開發(fā)采用了多種人工智能語(yǔ)言（如LISP、Prolog和C十十等）、多種知識(shí)表示方法（如產(chǎn)生式規(guī)則、框架、邏輯、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、面向?qū)ο蟮龋⒍喾N推理機(jī)制（如演繹推理、歸納推理、非精確推理和非單調(diào)推理等）和多種控制策略（如正向、逆向和雙向等）相結(jié)合的方式,并開始運(yùn)用各種專家系統(tǒng)外殼、專家系統(tǒng)開發(fā)工具和專家系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境等。完整最新ppt22

目前,人工智能技術(shù)正在向大型分布式人工智能、大型分布式多專家協(xié)同系統(tǒng)、廣義知識(shí)表達(dá)、綜合知識(shí)庫(kù)（即知識(shí)庫(kù)、方法庫(kù)、模型庫(kù)、方法庫(kù)的集成）、并行推理、多種專家系統(tǒng)開發(fā)工具、大型分布式人工智能開發(fā)環(huán)境和分布式環(huán)境下的多智能體（Agent）協(xié)同系統(tǒng)等方向發(fā)展。盡管如此,但從目前來看,人工智能仍處于學(xué)科發(fā)展的早期階段,其理論、方法和技術(shù)都不太成熟,人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)也比較膚淺,甚至連人工智能能否歸結(jié)、如何歸結(jié)為一組基本原理也還是個(gè)問號(hào)。完整最新ppt23AI成功的例子(1)博弈:IBM公司的“深藍(lán)”成為第一個(gè)在國(guó)際象棋比賽中戰(zhàn)勝世界冠軍的計(jì)算機(jī)程序1997年，一次公開賽中3.5/2.5比分戰(zhàn)勝卡斯帕羅夫，他說從棋盤對(duì)面感到了“一種新智能”（但是，連“深藍(lán)”的設(shè)計(jì)者也不認(rèn)為用了什么人工智能技術(shù)）完整最新ppt24AI成功的例子(2)自主控制:CMU研制的ALVINN計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)安置在NAVLAB計(jì)算機(jī)控制微型汽車中，用于汽車導(dǎo)航行駛在高速公路上全程2850英里(約4586.5公里),其中98%時(shí)間由這個(gè)系統(tǒng)掌握方向盤,2%時(shí)間由人駕駛,幾乎都在高速公路出入口處完整最新ppt25AI成功的例子(3)后勤規(guī)劃:1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中美國(guó)軍隊(duì)配備了一個(gè)動(dòng)態(tài)分析和重規(guī)劃工具DART,用于自動(dòng)后勤規(guī)劃與運(yùn)輸調(diào)度。該系統(tǒng)同時(shí)涉及50000個(gè)車輛、貨物和人，而且要考慮起點(diǎn)、目的地、路徑，解決所有參數(shù)之間的沖突。使用AI技術(shù)使規(guī)劃在幾小時(shí)內(nèi)完成，而傳統(tǒng)方法需要幾個(gè)星期DARPA稱就此一項(xiàng)投資足以補(bǔ)償DARPA在AI方面30年的投資完整最新ppt26第二節(jié)人工智能的研究領(lǐng)域一、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(一）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述生物神經(jīng)元及腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特征

1.生物神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)

生物神經(jīng)元（Neuron）即為神經(jīng)細(xì)胞，它是生物神經(jīng)系統(tǒng)的最基本單元。從其形狀和大小來看，神經(jīng)元是多種多樣的，但從組成結(jié)構(gòu)看，各種神經(jīng)元又具有共性。神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)如圖6-4所示，它由細(xì)胞體（Soma）、軸突（Axon）和樹突（Dendrite）三個(gè)主要部分組成。完整最新ppt27細(xì)胞體是神經(jīng)元的主體,用于處理由樹突接受的其他神經(jīng)元傳來的信號(hào)。細(xì)胞體的內(nèi)部是細(xì)胞核,外部是細(xì)胞膜,細(xì)胞膜的外面是許多向外延伸出的纖維。軸突是由細(xì)胞體向外延伸出的所有纖維中最長(zhǎng)的一條分枝,用來向外傳遞神經(jīng)元產(chǎn)生的輸出電信號(hào)。每個(gè)神經(jīng)元都有一條軸突,其最大長(zhǎng)度可達(dá)1cm以上。在軸突的末端形成了許多很細(xì)的分枝,這些分枝叫神經(jīng)末梢。每一條神經(jīng)末梢可以與其他神經(jīng)元形成功能性接觸,該接觸部位稱為突觸。所謂功能性接觸,是指非永久性的接觸,這正是神經(jīng)元之間傳遞信息的奧秘之一。樹突是指由細(xì)胞體向外延伸的除軸突以外的其他所有分支。樹突的長(zhǎng)度較短,但數(shù)量很多,它是神經(jīng)元的輸入端用于接受從其他神經(jīng)元的突觸傳來的信號(hào)。完整最新ppt282.人腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特征

記憶和存儲(chǔ)功能高度并行性分布式功能容錯(cuò)功能聯(lián)想功能自組織和自學(xué)習(xí)功能

完整最新ppt29（二）人工神經(jīng)元及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

1.人工神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)圖7-2M-P神經(jīng)元模型θx1x2xnyω1ω2ωn在圖7-2中,x1,x2,…,xn表示某一神經(jīng)元的n個(gè)輸入；ωi表示第i個(gè)輸入的連接強(qiáng)度,稱為連接權(quán)值；θ為神經(jīng)元的閾值；y為神經(jīng)元的輸出?？梢钥闯?人工神經(jīng)元是一個(gè)具有多輸入,單輸出的非線性器件。完整最新ppt302.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是對(duì)人類神經(jīng)系統(tǒng)的一種模擬。盡管人類神經(jīng)系統(tǒng)規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能神奇，但其最基本的處理單元卻只有神經(jīng)元。人工神經(jīng)系統(tǒng)的功能實(shí)際上是通過大量神經(jīng)元的廣泛互連，以規(guī)模宏偉的并行運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)的。

基于對(duì)人類生物系統(tǒng)的這一認(rèn)識(shí)，人們也試圖通過對(duì)人工神經(jīng)元的廣泛互連來模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。人工神經(jīng)元之間通過互連形成的網(wǎng)絡(luò)稱為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)元之間互連的方式稱為連接模式或連接模型。它不僅決定了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的互連結(jié)構(gòu)，同時(shí)也決定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)處理方式。完整最新ppt313.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類

目前，已有的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型至少有幾十種，其分類方法也有多種。例如，按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為無反饋網(wǎng)絡(luò)與有反饋網(wǎng)絡(luò)；按網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法可分為有教師的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)和無教師的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)；按網(wǎng)絡(luò)的性能可分為連續(xù)型網(wǎng)絡(luò)與離散型網(wǎng)絡(luò)，或分為確定性網(wǎng)絡(luò)與隨機(jī)型網(wǎng)絡(luò)；按突觸連接的性質(zhì)可分為一階線性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與高階非線性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

完整最新ppt32（三）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面:

第一，具有自學(xué)習(xí)功能。例如實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別時(shí)，只在先把許多不同的圖像樣板和對(duì)應(yīng)的應(yīng)識(shí)別的結(jié)果輸入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)通過自學(xué)習(xí)功能，慢慢學(xué)會(huì)識(shí)別類似的圖像。自學(xué)習(xí)功能對(duì)于預(yù)測(cè)有特別重要的意義。預(yù)期未來的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)將為人類提供經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、效益預(yù)測(cè)，其前途是很遠(yuǎn)大的。

完整最新ppt33第二,具有聯(lián)想存儲(chǔ)功能。人的大腦是具有聯(lián)想功能的。如果有人和你提起你幼年的同學(xué)張某某,你就會(huì)聯(lián)想起張某某的許多事情。用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反饋網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)這種聯(lián)想。

第三,具有高速尋找優(yōu)化解的能力。尋找一個(gè)復(fù)雜問題的優(yōu)化解,往往需要很大的計(jì)算量,利用一個(gè)針對(duì)某問題而設(shè)計(jì)的反饋型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),發(fā)揮計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力,可能很快找到優(yōu)化解。

完整最新ppt34（四）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的局限性

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)新興學(xué)科，還存在許多問題。其主要表現(xiàn)有。

（1）受到腦科學(xué)研究的限制

由于生理實(shí)驗(yàn)的困難性，目前人類對(duì)思維和記憶機(jī)制的認(rèn)識(shí)還很膚淺，還有很多問題需要解決。例如，腦的層次結(jié)構(gòu)是怎樣形成的？腦是怎樣學(xué)習(xí)的？不同類型的知識(shí)在腦中是如何組織的？腦神經(jīng)元在思維記憶中起什么作用？腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元之間的突觸聯(lián)系強(qiáng)度是如何修正、保持的？等等。這些問題如果能夠得到解決，將極大地促進(jìn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

（2）還沒有完整成熟的理論體系

雖然目前已有許多人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，但這些模型的學(xué)習(xí)策略卻各不相同，還無法統(tǒng)一到一個(gè)完整的理論框架中，因而也無法形成一個(gè)成熟的理論體系。完整最新ppt35（3）還帶有濃厚的策略和經(jīng)驗(yàn)色彩

對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),一方面還沒有完整、成熟的理論系統(tǒng)支持,另一方面又需要用它分析和解決某些實(shí)際問題,因此使得人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究帶有濃厚的策略和經(jīng)驗(yàn)色彩。

（4）與傳統(tǒng)技術(shù)的接口不成熟

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然有它自己的優(yōu)勢(shì),但又不可能全面替代傳統(tǒng)的計(jì)算技術(shù),它們之間只能是相互補(bǔ)充。然而,目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)計(jì)算技術(shù)之間的接口還很不成熟。

上述問題的存在,制約了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的發(fā)展。完整最新ppt36二、專家系統(tǒng)（一）專家系統(tǒng)的基本概念目前，對(duì)什么是專家系統(tǒng)還沒有一個(gè)嚴(yán)格公認(rèn)的形式化定義。作為一種一般的解釋，可以認(rèn)為專家系統(tǒng)是一種具有大量專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的智能程序系統(tǒng)，它能運(yùn)用領(lǐng)域?qū)＜叶嗄攴e累的經(jīng)驗(yàn)和專門知識(shí)，模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過程，解決該領(lǐng)域中需要專家才能解決的復(fù)雜問題。從上述解釋可以看出，專家系統(tǒng)包括以下三個(gè)方面的含義:（1）專家系統(tǒng)是一種程序系統(tǒng)，但又具有智能，因此它不同于一般的程序系統(tǒng)，而是一種能運(yùn)用專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理的啟發(fā)式程序系統(tǒng)。完整最新ppt37

（2）專家系統(tǒng)的智能來源于領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)、經(jīng)驗(yàn)及解決問題的訣竅。為此,專家系統(tǒng)內(nèi)部必須包含有大量專家水平的領(lǐng)域知識(shí)與經(jīng)驗(yàn),并且能夠在運(yùn)行過程中不斷地增長(zhǎng)新知識(shí)和修改原有知識(shí)。（3）專家系統(tǒng)所要解決的問題一般是那些本來應(yīng)該由領(lǐng)域?qū)＜也拍芙鉀Q的問題。完整最新ppt38（二）專家系統(tǒng)的分類按求解問題的性質(zhì)分類

海葉斯-羅斯（F．Heyes-Roth）按照求解問題的性質(zhì)，將專家系統(tǒng)分為以下10種類型:

（1）解釋型專家系統(tǒng)

解釋型專家系統(tǒng)的任務(wù)是通過對(duì)已知信息和數(shù)據(jù)的分析與解釋，確定它們的含義。其主要特點(diǎn)有:第一，系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)量很大，而且往往是不準(zhǔn)確的、錯(cuò)誤的或不完全的；第二，系統(tǒng)能夠從不完全的信息中得出解釋，并能對(duì)數(shù)據(jù)做出某些假設(shè)；第三，系統(tǒng)的推理過程可能很復(fù)雜和很長(zhǎng)，因而要求系統(tǒng)具有對(duì)自身推理過程做出解釋的能力。

作為解釋型專家系統(tǒng)的例子有語(yǔ)音理解、圖像分析、系統(tǒng)監(jiān)視、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析和信號(hào)解釋等。例如，衛(wèi)星圖像分析、集成電路分析、石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分析、染色體分類等。完整最新ppt39（2）預(yù)測(cè)型專家系統(tǒng)

預(yù)測(cè)型專家系統(tǒng)的任務(wù)是通過對(duì)過去或現(xiàn)在知識(shí)狀況的分析，推斷未來可能發(fā)生的情況。其主要特點(diǎn)有:第一，系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化，而且可能是不準(zhǔn)確或不完備的；第二，系統(tǒng)需要有適應(yīng)時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)模型，能夠從不完全和不準(zhǔn)確的信息中得出預(yù)報(bào)，并達(dá)到快速響應(yīng)的要求。

預(yù)測(cè)型專家系統(tǒng)的例子主要有氣象預(yù)報(bào)、軍事預(yù)測(cè)、人口預(yù)測(cè)、交通預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)和作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)等。（3）診斷型專家系統(tǒng)

診斷型專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)觀察到的情況來推斷出某個(gè)對(duì)象機(jī)能失常的原因。其主要特點(diǎn)有:第一，能夠了解被診斷對(duì)象和客體各組成部分的特性，以及它們之間的聯(lián)系；第二，能夠區(qū)分一種現(xiàn)象及其所掩蓋的另一種現(xiàn)象；第三，能夠向用戶提出測(cè)量的數(shù)據(jù)，并從不確切信息中得出盡可能正確的診斷。

診斷型專家系統(tǒng)的例子特別多，有醫(yī)療診斷、電子或機(jī)械故障診斷以及材料失效診斷等。著名的血液病診斷專家系統(tǒng)MYCIN、青光眼治療專家系統(tǒng)CASNET等都屬于這類專家系統(tǒng)。（4）設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)

設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)設(shè)計(jì)要求，求出滿足設(shè)計(jì)問題約束的目標(biāo)配置。其主要特點(diǎn)有:第一，善于從多方面的約束中得到符合要求的設(shè)計(jì)結(jié)果；第二，系統(tǒng)需要檢索較大的可能解空間；第三，善于分析各種子問題，并處理好子問題間的相互作用；第四，能夠試驗(yàn)性地構(gòu)造出可能設(shè)計(jì)，并易于對(duì)所得設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改；第五，能夠使用已被證明是正確的設(shè)計(jì)來解釋當(dāng)前的設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的例子主要有電路設(shè)計(jì)、土木建筑工程設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)等。完整最新ppt40（5）規(guī)劃型專家系統(tǒng)

規(guī)劃型專家系統(tǒng)的任務(wù)是要尋找出某個(gè)能夠達(dá)到目標(biāo)的動(dòng)作序列或步驟。其主要特點(diǎn)有:第一，所要規(guī)劃的目標(biāo)可能是動(dòng)態(tài)的或靜止的；第二，所涉及的問題可能很復(fù)雜，要求系統(tǒng)能抓住重點(diǎn)，處理好各子目標(biāo)間的關(guān)系和不確定的信息，并通過試驗(yàn)性動(dòng)作得出可行的規(guī)劃。

規(guī)劃型專家系統(tǒng)可用于機(jī)器人規(guī)劃、交通運(yùn)輸調(diào)度、工程項(xiàng)目論證、通信與軍事指揮以及農(nóng)作物施肥方案規(guī)劃等。（6）監(jiān)視型專家系統(tǒng)

監(jiān)視型專家系統(tǒng)的任務(wù)在于對(duì)系統(tǒng)、對(duì)象或過程的行為進(jìn)行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應(yīng)當(dāng)具有的行為進(jìn)行比較，以發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報(bào)。監(jiān)視專家系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有:第一，系統(tǒng)應(yīng)具有快速反應(yīng)能力，在造成事故之前及時(shí)發(fā)出警報(bào)；第二，系統(tǒng)發(fā)出的警報(bào)要有很高的精確性；第三，系統(tǒng)能夠隨時(shí)間和條件的變化而動(dòng)態(tài)地處理其輸入信息。

監(jiān)視型專家系統(tǒng)可用于核電站的安全監(jiān)視、防空監(jiān)視與報(bào)警、國(guó)家財(cái)政的監(jiān)控及農(nóng)作物病蟲害的監(jiān)視與報(bào)警等。（7）控制型專家系統(tǒng)

控制型專家系統(tǒng)的任務(wù)是自適應(yīng)地管理一個(gè)受控對(duì)象或客體的全面行為，使其滿足預(yù)期要求。這類專家系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是:能夠解釋當(dāng)前情況，預(yù)測(cè)未來可能發(fā)生的情況，診斷可能發(fā)生的問題及其原因，不斷修正計(jì)劃，并控制計(jì)劃的執(zhí)行。也就是說，控制型專家系統(tǒng)具有解釋、預(yù)報(bào)、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等多種功能。

控制型專家系統(tǒng)可用于空中交通管制、商業(yè)管理、自主機(jī)器人控制、作戰(zhàn)管理、生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)質(zhì)量控制等許多方面。完整最新ppt41（8）調(diào)試型專家系統(tǒng)

調(diào)試型專家系統(tǒng)的任務(wù)是對(duì)失靈的對(duì)象給出處理意見和方法。它要求專家系統(tǒng)須具有規(guī)劃、設(shè)計(jì)、預(yù)報(bào)和診斷等功能。

調(diào)試專家系統(tǒng)可用于新產(chǎn)品或新系統(tǒng)的調(diào)試，也可用于被維修設(shè)備的調(diào)整、測(cè)試與試驗(yàn)。（9）教學(xué)型專家系統(tǒng)

教學(xué)型專家系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、弱點(diǎn)和基礎(chǔ)知識(shí)，以最適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方案和教學(xué)方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和輔導(dǎo)。這類專家系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有:第一，同時(shí)具有診斷和調(diào)試功能；第二，具有良好的人機(jī)界面。完整最新ppt42專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是指專家系統(tǒng)各組成部分的構(gòu)造方法和組織形式。不同應(yīng)用領(lǐng)域和不同類型的專家系統(tǒng),其體系結(jié)構(gòu)和功能也都不盡相同。通常,一個(gè)最基本的專家系統(tǒng)應(yīng)由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、解釋機(jī)構(gòu)、知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)和用戶界面6個(gè)部分所組成,如圖1所示。用戶界面解釋機(jī)構(gòu)推理機(jī)知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶領(lǐng)域?qū)＜褹I專家圖1專家系統(tǒng)的組成推理機(jī)和知識(shí)庫(kù)完全是分開的（四）專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)完整最新ppt43用戶界面解釋機(jī)構(gòu)推理機(jī)知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶領(lǐng)域?qū)＜褹I專家知識(shí)庫(kù)是專家系統(tǒng)的知識(shí)存儲(chǔ)器，用來存放求解問題的領(lǐng)域知識(shí)。通常，知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)分為兩大類型:一類是領(lǐng)域中的事實(shí)，稱為事實(shí)性知識(shí)，這是一種廣泛公認(rèn)的知識(shí)，即在書本上的知識(shí)及常識(shí)；另一類是啟發(fā)性知識(shí)，它是領(lǐng)域?qū)＜以陂L(zhǎng)期工作實(shí)踐中積累起來的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。專家系統(tǒng)開發(fā)中的一個(gè)重要任務(wù)就是要十分認(rèn)真細(xì)致地對(duì)專家的這類經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行分析。1.知識(shí)庫(kù)完整最新ppt44用戶界面解釋機(jī)構(gòu)推理機(jī)知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶領(lǐng)域?qū)＜褹I專家數(shù)據(jù)庫(kù)又稱為全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)或綜合數(shù)據(jù)庫(kù),用來存儲(chǔ)有關(guān)領(lǐng)域問題的事實(shí)、數(shù)據(jù)、初始狀態(tài)（證據(jù)）和推理過程中得到的各種中間狀態(tài)及目標(biāo)等。實(shí)際上,它相當(dāng)于專家系統(tǒng)的工作存儲(chǔ)器,用它存放用戶回答的事實(shí)、已知的事實(shí)和由推理得到的事實(shí)。2.數(shù)據(jù)庫(kù)完整最新ppt45用戶界面解釋機(jī)構(gòu)推理機(jī)知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶領(lǐng)域?qū)＜褹I專家推理機(jī)是一組用來控制、協(xié)調(diào)整個(gè)專家系統(tǒng)的程序。它根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù),利用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)按一定的推理策略,去求解當(dāng)前的問題、解釋外部輸入的事實(shí)和數(shù)據(jù),推導(dǎo)出結(jié)論并向用戶提出問題等。由于專家系統(tǒng)是模擬人類專家進(jìn)行工作,因此設(shè)計(jì)推理機(jī)時(shí),應(yīng)使它的推理過程和專家的推理過程盡量相似,并最好完全一致。推理機(jī)所采用的推理方法可以是正向推理、逆向推理、或正逆向結(jié)合的雙向推理,并且,在這三種推理方式中,都包含有精確推理和不確定推理。3.推理機(jī)完整最新ppt46

推理機(jī)和知識(shí)庫(kù)相分離,是專家系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。這不僅便于對(duì)知識(shí)庫(kù)的管理,而且還可以實(shí)現(xiàn)具有可塑性、通用性的系統(tǒng)。完整最新ppt47用戶界面解釋機(jī)構(gòu)推理機(jī)知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)用戶領(lǐng)域?qū)＜褹I專家解釋機(jī)構(gòu)實(shí)際上也是一組程序，它包括系統(tǒng)提示、人機(jī)對(duì)話、能書寫規(guī)則的語(yǔ)言以及解釋部分程序，其主要功能是解釋系統(tǒng)本身的推理結(jié)果，回答用戶的提問，使用戶能夠了解推理的過程及所運(yùn)用的知識(shí)和數(shù)據(jù)。因此，在設(shè)計(jì)解釋機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)預(yù)先考慮好:在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，應(yīng)該回答哪些問題，然后根據(jù)這些問題，設(shè)計(jì)好如何回答。目前，大多數(shù)專家系統(tǒng)的解釋機(jī)構(gòu)都采用人機(jī)對(duì)話的交互式解釋方法。4.解釋機(jī)構(gòu)完整最新ppt48許多的人工智能領(lǐng)域的研究論文中Agent都是用的英文單詞,據(jù)說中文的翻譯有兩種:智能代理和智能主體,到底哪一種更合適,各有各的理由。這也反映了人們對(duì)于Agent的不同理解,或者說對(duì)Agent的各個(gè)特征的重要性的不同理解。三、智能代理完整最新ppt49有一種理解認(rèn)為,Agent是一類自動(dòng)程序,它能夠代替人完成某些任務(wù)。例如郵件Agent可以代替人對(duì)收到的郵件進(jìn)行分類并處理。這種Agent不僅能夠了解企業(yè)或人對(duì)于郵件處理的規(guī)則和習(xí)慣,而且在很多情況下比人做得還要好。它的作用就像是我們?cè)谌粘Ｉ钪械穆眯写怼⒍悇?wù)代理、保險(xiǎn)代理等,能夠幫助我們完成一些特定的任務(wù)。很顯然,在這類Agent中,強(qiáng)調(diào)的是程序的自治能力和學(xué)習(xí)能力,把這類Agent翻譯成智能代理是合適的。完整最新ppt50另一種理解認(rèn)為,Agent是功能單一的主體,換句話說,它只是解決某一方面的問題,但是,通過群體Agent的通信和協(xié)調(diào),它們可以共同解決非常復(fù)雜的問題。在這類系統(tǒng)中,智能并不是體現(xiàn)在個(gè)體Agent上,而是體現(xiàn)在群體Agent上。從目前的研究來看,盡管第一種意義下的Agent也有廣泛的應(yīng)用,但是,從問題求解方法論的角度上講,單純的代理行為意義不大。而如果一些簡(jiǎn)單的Agent能夠通過協(xié)作完成復(fù)雜的任務(wù)是我們非常希望的一種解決問題的方式,因此是Agent研究背后的真正動(dòng)機(jī)。完整最新ppt51什么是Agent？實(shí)際上并沒有一個(gè)公認(rèn)的定義，這也充分說明這還是一個(gè)發(fā)展中的學(xué)科。我比較認(rèn)同下面的定義:Agent是為了達(dá)到某個(gè)特定的目標(biāo)，在與外部環(huán)境的相互作用基礎(chǔ)上，通過對(duì)環(huán)境狀態(tài)的認(rèn)識(shí)以及和其他Agent的協(xié)作，自律地推進(jìn)問題解決的處理單位。從這個(gè)定義來看，Agent應(yīng)具有以下四種基本特征。完整最新ppt52(自律性):Agent