人工智能-1绪论

人工智能ARTIFICIALINTELLIGENCE主讲：鲍军鹏博士西安交通大学电信学院计算机系电子邮箱：[e-mail]版本：2.02010年1月教材作者：鲍军鹏、张选平书名：人工智能导论出版社：机械工业出版社出版年：2010书号：ISBN978-7-111-28837-4参考书陆汝钤，人工智能，北京：科学出版社，1996王永庆，人工智能原理与方法，西安：西安交通大学出版社，1998蔡自兴，人工智能基础，北京：高教出版社，2005MichellTM.机器学习，北京：机械工业出版社，2003TomasDean.人工智能：理论与实践，北京：电子工业出版社，2004刘峡壁，人工智能导论：方法与系统，北京：国防工业出版社，2008史忠植，高级人工智能，北京：科学出版社，2006考核内容（1）写一份5千字以上的读书报告。主题：a.(学号末尾为0，5)：专家系统、智能决策、智能规划、智能体；b.(学号末尾为1，6)：机器学习（数据挖掘、知识发现）；c.(学号末尾为2，7)：机器视觉、模式识别、图像理解；d.(学号末尾为3，8)：知识、推理；e.(学号末尾为4，9)：搜索、博弈、优化。要求：必须附10篇以上的参考文献（论文），不得抄袭教科书。其中《软件学报》、《计算机学报》、《计算机研究与发展》、《人工智能与模式识别》中的论文至少4篇；IEEE论文库中的论文至少3篇。严禁相互拷贝!违者0分！考核内容（2）编程。a.请用三种方法解决15、25、35城市对称TSP问题。b.请用BP算法学习曲线f(x)=sin6(5πx),x∈[0,500]上的点，进行预测。要求：程序输出搜索或者学习过程以及最终运行结果；提交相关文档（问题描述，解决算法和方案，程序流程图）；用Java实现全部算法，不得使用他人模块；可以相互讨论，但是必须独立编程，独立书写文档。严禁相互拷贝!违者0分！考核内容（3）课堂讨论。主题：机器的反叛——机器的智能会超越人类吗？听课情况。笔试。第一章绪论1.1什么是人工智能1.2人工智能发展简史1.3人工智能研究方法1.4人工智能研究及应用领域1.1.1关于智能什么是智能？现代汉语词典：智慧和才能；或者具有人的某些智慧和才能。牛津高阶英语词典（OXFORDADVANCEDLEARNER‘SDICTIONARY）：以逻辑的方式学习、理解、思考事物的能力Theabilitytolearnunderstandandthinkinalogicalwayaboutthings.思维理论来自认知科学（CognitiveScience）。认为智能的核心是思维。人的一切智慧或者智能都来自于大脑的思维活动，人类的一切知识都是人们思维的产物。因而通过对思维规律与方法的研究可望揭示智能的本质。知识阈值理论强调知识对于智能的重要意义和作用，认为智能行为取决于知识的数量及其一般化的程度。智能就是在巨大搜索空间中迅速找到一个满意解的能力。例如下棋。在人工智能的发展史中有重要影响。发展出了知识工程、专家系统等等。进化理论MIT的Brooks教授提出。人的本质能力是在动态环境中的行走能力，对外界事务的感知能力，维持生命和繁衍生息的能力。因此智能是某种复杂系统所浮现的性质。该理论的核心是用控制取代表示，从而取消概念、模型及显式表示的知识。否定抽象对于智能及智能模拟的必要性，强调分层结构对于智能进化的可能性与必要性。对人工智能的定义麦卡锡（JohnMcCarthy）：人工智能就是要让机器的行为看起来就象是人所表现出的智能行为一样。尼尔逊（Nilsson）：人工智能是关于人造物的智能行为，包括知觉、推理、学习、交流和在复杂环境中的行为。巴尔（A.Barr）和费根鲍姆（E.A.Feigenbaum）：人工智能属于计算机科学的一个分支，旨在设计智能的计算机系统，也就是说，对照人类在自然语言理解、学习、推理问题求解等方面的智能行为，它所设计的系统应呈现出与之类似的特征。我们认为人工智能就是研究如何使一个计算机系统具有像人一样的智能特征，使其能模拟、延伸、扩展人类智能。通俗地讲，人工智能就是研究如何使得计算机会听、说、读、写、学习、推理，能够适应环境变化，能够模拟出人脑思维活动。人工智能就是要使计算机能够像人一样去思考和行动，完成人类能够完成的工作，甚至在某些方面比人更强。1.1.2人工智能的研究目标最终目标造出一个像人一样具有智能，会思维和行动的计算机系统。强人工智能机器可以有知觉，有自我意识。弱人工智能机器只不过看起来像是智能的，不会有自主意识。图灵测试（1）英国数学家AlanM.Turing在1950年发表的“计算机与智能(ComputingMachineryandIntelligence)”论文中提出了“图灵测试”。他被誉为“人工智能之父”。Turing测试第一次给出了检验计算机是否具有智能的哲学说法。图灵测试（2）Q:你的14行诗的首行为“你如同夏日”，你不觉得“春日”更好吗?A:它不合韵。Q:“冬日”如何？它可是完全合韵的。A:它确是合韵，但没有人愿被比为“冬日”。Q:你不是说过匹克威克先生让你能想起圣诞节吗？A:是的。Q:圣诞节是冬天的一个日子，我想匹克威克先生对这个比喻不会介意吧。A:我认为你不够严谨，“冬日”指的是一般的冬天的日子，而不是某个特别的日子，如圣诞节。对图灵测试的质疑——JOHNR.SEARLEMillsProf.OfthePhilosophyofMindandLanguageatUniversityofCalifornia，Berkeley一个不懂汉语的人A，一个充分详细的汉语问答手册。不计查手册的时间代价。给A一个使用汉语提出的问题，A通过汉语符号的比对使用手册，给出回答。Searle问，如果A通过查手册做出的回答与懂汉语的人一样，A懂汉语吗？深蓝(DEEPBLUE)（1）——IBM公司的RS/6000SP北京时间1997年5月12日凌晨4点50分，美国纽约公平大厦，当IBM公司的“深蓝”超级电脑将棋盘上的一个兵走到C4的位置上时，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫(Kasparov)对“深蓝”的人机大战落下帷幕，“深蓝”以3.5：2.5的总比分战胜卡斯帕罗夫。深蓝（2）96年2月第一次比赛结果：“深蓝”：胜、负、平、平、负、负2：4（负）97年5月第二次比赛结果：“深蓝”：负、胜、平、平、平、胜3.5:2.5（胜）深蓝（3）“深蓝”的技术指标：32个CPU每个CPU有16个协处理器每个CPU有256M内存每个CPU的处理速度为200万步/秒深蓝（4）“深蓝”有智能吗？媒体与大众“可以有”科学家“真没有”人工智能的近期目标使现有的计算机系统更聪明、更有用，使它不仅能做一般的数值计算及非数值信息处理，而且能运用知识处理问题，能模拟人类的部分智能行为，成为人类的智能化辅助工具。1.2人工智能发展简史人工智能的发展到目前为止经历的三个阶段第一阶段：孕育（1956年之前）第二阶段：形成（1956～1969）第三阶段：发展（1970年至今）人工智能提出之前（1）•Aristotle(公元前384—322)在《工具论》的著作中提出形式逻辑。•Bacon(1561—1626)在《新工具》中提出归纳法。•Leibnitz(1646—1716)研制了四则计算器，提出了“通用符号”和“推理计算”的概念，使形式逻辑符号化，可以说是“机器思维”研究的萌芽。•19世纪以来，数理逻辑、自动机理论、控制论、信息论、仿生学、计算机、心理学等科学技术的进展，为人工智能的诞生，准备了思想、理论和物质基础。•Boole(1815—1864)创立了布尔代数，他在《思维法则》一书中，首次用符号语言描述了思维活动的基本推理法则。人工智能提出之前（2）•1936:图灵提出了“图灵机”概念——一种理想计算机的数学模型。•1943：美国神经生理学家W.McCullochandW.Pitts提出了M-P模型，奠定了人工神经网络发展的基础。•1946:ENIACElectronicNumericalIntegratorandCalculator•1950:AlanTuring的文章“ComputingMachineryandIntelligence.”提出图灵测试。M-P模型图解人工智能提出之前（3）在50年代，计算局限在数值处理，例如，计算弹道等。1950年，Shannon完成了第一个下棋程序。开创了非数值计算的先河。Newell,Simon,MaCarthyandMinsky等均提出以符号为基础的计算。人工智能的初期阶段（1）——蓬勃发展•1956夏:麦卡锡(McCarthy)等10人正式提出了“人工智能”这一术语。•1956：赛缪尔(Samuel)研制出了跳棋程序。•1957:Newell,Shaw和Simon提出通用问题求解系统GPS•1958：美籍华人王浩在IBM－740机器上用3～5分钟证明了《数学原理》中有关命题演算的全部定理(220条)。1959年鲁宾逊(Robinson)提出了消解定理，为定理的机器证明作出了突破性贡献。•1958:McCarthy在MIT实现了LISP•1959:Samuel的跳棋程序打败他本人–能学棋谱、能从对阵中学习–1962年打败Connecticut洲的跳棋冠军•1965：Stanford的费根鲍姆(E.A.Feigenbaum)开展了专家系统DENDRAL的研究，并于1968年投入使用。这是一个分析化合物分子结构的专家系统。人工智能的初期阶段（2）——盲目乐观•1958:Newell和Simon的四个预测–十年内，计算机将成为世界象棋冠军–1997年“深蓝”才第一次击败国际象棋世界冠军–十年内，计算机将发现或证明有意义的数学定理–1976年美国数学家KennethAppel等人在三台大型机上完成了四色定理证明。1977年我国数学家吴文俊在提出了一种几何定理机械化证明方法–十年内，计算机将能谱写优美的乐曲–十年内，计算机将能实现大多数的心理学理论人工智能的初期阶段（3）——打击一个笑话（英俄翻译）：Thespiritiswillingbutthefleshisweek.（心有余而力不足）Thevodkaisstrongbutmeatisrotten.（伏特加酒虽然很浓，但肉是腐烂的）人工智能的初期阶段（4）——打击出现这样的错误的原因：Spirit：1）精神2）烈性酒、酒精结论：必须理解才能翻译，而理解需要知识人工智能的初期阶段（5）——打击•1966:ALPAC的负面报告造成美国政府取消对机器翻译的资助•1969:Minsky和Papert的感知机报告造成美国政府取消对神经网络研究的资助。•1973:JamesLighthill爵士的负面报告使得英国政府取消对AI研究的资助–“人工智能研究是不成功的，不值得政府资助。”–英政府接受了此报告的观点。从那时起至今，英国AI研究一蹶不振。MINSKY的批评1969年，Minsky出版Perceptron一书。一方面，他批评感知机无法解决非线性问题，例如，XOR问题。复杂性信息处理应该以解决非线性问题为主。另一方面，几何方法应该代替分析方法作为主要数学手段。对人工智能发展的影响：在以后的二十年，感知机的研究方向被忽视。基于符号的知识表示成为主流。基于逻辑的推理成为主要研究方向。人工智能的发展（1）——锲而不舍•1977:SRI启动PROSPECTOR工程–帮助地质专家探测和解释矿物–1978年发现钼矿脉(molybdenumvein)•1977:EdwardFeigenbaum正式提出知识工程作为一门学科–在1977年IJCAI会议上•1980:JohnMcDermott的XCON专家系统–用于配置VAX机器系统人工智能的发展（2）——再度兴起知