人工智能导论--绪论_83330736887

1欢迎大家学习《人工智能导论》清华大学计算机系马少平2自我介绍姓名：马少平单位：智能技术与系统国家重点实验室电话：62783191办公室：FIT楼3-517E-mail：[e-mail]网上课堂：learn.tsinghua.edu.cn主页：www.thuir.org3绪论很早人类就有制造机器人的幻想–黄帝的“指南车”–诸葛亮的“木牛流马”–亚里士多德的形式逻辑–布莱尼茨的关于数理逻辑的思想–“机器人”一词的来源捷克剧作家卡雷尔·恰佩克于1922年搬上纽约舞台的戏剧《罗萨姆的万能机器人》4现代人工智能的兴起现代人工智能（ArtificialIntelligence，简称AI），一般认为起源于美国1956年的一次夏季讨论（达特茅斯会议），在这次会议上，第一次提出了“ArtificialIntelligence”这个词。5什么是人工智能？至今没有统一的定义从“计算”到“算计”6像人一样思考的系统理性地思考的系统“要使计算机能够思考..….意思就是：有头脑的机器”（Haugeland,1985）“与人类的思维相关的活动，诸如决策、问题求解、学习等活动”（Bellman,1978）“通过利用计算模型来进行心智能力的研究”（Chamiak和McDermott,1985）“对使得知觉、推理和行为成为可能的计算的研究”（Winston,1992）像人一样行动的系统理性地行动的系统“一种技艺，创造机器来执行人需要智能才能完成的功能”（Kurzweil,1990）“研究如何让计算机能够做到那些目前人比计算机做得更好的事情”（Rich和Knight,1991）“计算智能是对设计智能化智能体的研究”（Poole等，1998）“AI..….关心的是人工制品中的智能行为”（Nilsson,1998）7图灵测试如何知道一个系统是否具有智能呢？1950年，计算机科学家图灵提出了著名的“图灵测试”。8希尔勒的中文屋子罗杰•施安克的故事理解程序（举例）机器是否真的理解了呢？希尔勒的中文屋子问题：通过了图灵测试就具有了智能吗？思考题：如何理解希尔勒的中文屋子？9故事理解程序举例“一个人进入餐馆并订了一份汉堡包。当汉堡包端来时发现被烘脆了，此人暴怒地离开餐馆，没有付帐或留下小费。”“一个人进入餐馆并订了一份汉堡包。当汉堡包端来后他非常喜欢它，而且在离开餐馆付帐之前，给了女服务员很多小费。”作为对“理解”故事的检验，可以向计算机询问，在每一种情况下，此人是否吃了汉堡包。返回10AI的本质问题研究如何制造出人造的智能机器或系统，来模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。计算机应用就是AI问题11数据平台应用系统AI12AI的历史回顾第一阶段（40年代中～50年代末）神经元网络时代–双层网络–M-P模型、感知器模型等–问题：XOR问题不能解决13AI的历史回顾（续1）XOR问题（异或问题）输入1输入2输出000011101110(0,0)(1,1)(0,1)(1,0)14AI的历史回顾（续2）Minsky的著作：《Perceptions》（感知器）–从理论上证明了一层神经元网络不可能解决XOR问题–致使世界范围内有关神经网络的研究停滞十多年15AI的历史回顾（续3）第二阶段（50年代中～60年代中）通用方法时代–物理符号系统–主要研究的问题：GPS、游戏、翻译等–对问题的难度估计不足，陷入困境16AI的历史回顾（续4）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）17AI的历史回顾（续5）出现这样的错误的原因：Spirit：1）精神2）烈性酒结论：必须理解才能翻译，而理解需要知识18AI的历史回顾（续6）知识就是力量——培根知识蕴涵着力量——费根鲍姆一个例子：Thepenisintheboxandtheboxisinthepen.19AI的历史回顾（续7）第三阶段（60年代中～80年代初）知识工程时代–专家系统–知识工程–知识工程席卷全球–各国发展计划：美国星球大战计划英国ALVEY计划法国UNIKA计划日本五代机计划中国“863”计划20AI的历史回顾（续8）遇到的困难：–知识获取的瓶颈问题21AI的历史回顾（续9）第四阶段（80年代中～90年代初）新的神经元网络时代–BP网（算法），解决了多层网的学习问题–Hopfield网，成功求解了旅行商问题–二层网络可以任意逼近任何有界连续函数–三层网络可以任意逼近任何函数–存在问题：理论依据解决大规模问题的能力–2006年，深度学习（DeepLearning）兴起22AI的历史回顾（续10）第五阶段（90年代初～现在）海量信息处理与网络时代统计机器学习时代大数据深度学习–统计机器学习大发展–网络给AI带来无限的机会网络拯救了人工智能–知识发现与数据挖掘–网络信息检索与挖掘–AI走向实用化一些大公司的举动百度成立深度学习研究院（IDL，2013.4）Google与NASA合作，成立量子人工智能实验室（2013.5）–半年内收购了8加机器人公司Facebook成立人工智能实验室（2013.12）IBM成立沃森业务集团IBM、微软也分别开展仿人脑研究23流行热词大数据深度学习奇点临近2425历史上AI的三大流派符号主义–认知基元是符号，认知过程即符号操作过程链接主义–思维基元是神经元，智能通过神经元的链接实现行为主义–智能取决于感知和行动–不需要知识、不需要表示、不需要推理26AI的研究内容搜索技术知识表示规划方法机器学习认知科学27AI的研究内容（续1）自然语言理解与机器翻译专家系统与知识工程定理证明博弈机器人数据挖掘与知识发现28AI的研究内容（续2）网络信息检索与挖掘社交网络的分析与挖掘情感分析与计算观点挖掘多Agent系统人机交互技术大数据29人工智能取得的一些成果近六十年来，人工智能的研究虽然步履艰难，但也取得了一些很突出的成绩。下面列举一些实例。30定理证明50年代中期，世界上最早的启发式程序“逻辑理论家”，证明了数学名著《数学原理》中的38个定理。经改进后，62年证明了该书中全部的52个定理。被认为是用计算机探讨人类智力活动的第一个真正的成果。31四色定理的证明四色定理从1852年发现四色问题，世界上很多著名的科学家试图证明，当一直未能完成。1976年6月，哈肯在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用了1200个小时，作了100亿次判断，终于完成了四色定理的证明，从而解决了一个历时100多年的问题，轰动了世界。32通用问题求解器（GPS）从1957年开始，Newell等人开始研究一种不依赖于具体领域的通用解题程序，这个程序的设计是从模仿人类问题求解的规程开始的。在它能处理的有限类别的问题中，它显示出程序决定的子目标及可能采取的行动的次序，与人类求解同样问题是类似的。因此，GPS很可能是第一个实现了“像人一样思考”方法的程序。33专家系统人类之所以能求解问题，是因为人类具有知识。专家系统就是把有关领域专家的知识整理出来，让计算机利用这些知识求解专门领域的问题。1968年世界上第一个专家系统DENDRAL问世。MYCIN，一个著名的医疗诊断专家系统34第一个商用专家系统：R1世界上第一个成功的商用专家系统，1982年开始正式在DEC公司使用。该程序帮助为新计算机系统配置订单；到1986年为止，估计它为公司每年节省了4千万美元。35海湾战争中的专家系统在1991年的海湾危机中，美国军队使用专家系统用于自动的后勤规划和运输日程安排。这项工作同时涉及到50000个车辆、货物和人，而且必须考虑到起点、目的地、路径以及解决所有参数之间的冲突。AI规划技术使得一个计划可以在几小时内产生，而用旧的方法需要花费几个星期。36IBM公司的两颗卫星深蓝沃森37IBM的“深蓝”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。38正在与深蓝下棋的卡斯帕罗夫39IBM的“深蓝”（续1）96年2月第一次比赛结果：“深蓝”：胜、负、平、平、负、负97年5月第二次比赛结果：“深蓝”：负、胜、平、平、平、胜40IBM的“深蓝”（续2）“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41浪潮杯中国象棋人机大战2006年8月9日，经过了三个小时的激烈搏战，浪潮天梭击败大师联盟。柳大华等五位中国象棋大师组成的大师队，在十局比赛中，2胜5平3负，最终以9：11的总比分最终负于浪潮天梭。2006年8月15日，中国象棋第一人许银川与天梭大战两个回合，不分胜负（两盘均和棋）42许银川与天梭握手言和43“（国际象棋）人机之战”简史1958年，IBM704成为第一台能同人下棋的计算机，名为“思考”，思考速度每秒200步60年代中期，科学家德里夫斯断言，计算机将无法击败一位年仅10岁的棋手1973年，国际象棋软件4.0被开发出来，这是未来程序的基础1979年，国际象棋软件4.9达到专家级水平1981年，CRAYBLITZ新的超级计算机拥有特殊的集成电路，预言将可在1995年击败世界棋王441983年，BELLEAT＆T开发了国际象棋硬件，达到了大师水平80年代中期，皮兹堡的CARNEGIEMELLON大学开始研究世界级的国际象棋计算机程序1987年，“深思”首次以每秒钟75万步的思考速度露面，它的水平相当于拥有国际等级分为2450的棋手1988年，“深思”击败丹麦特级大师拉尔森1989年，“深思”已经有6台信息处理器，每秒思考速度达200万步，但在与世界棋王卡斯帕罗夫进行的“人机大战”中对阵以0比2败北451990年，“深思”第二代产生，使用IBM的硬件，吸引了前世界棋王卡尔波夫与之对抗1991年，“弗里茨”问世1993年，“深思”二代击败了丹麦国家队，在与世界优秀女棋手小波尔加的对抗中获胜1995年，“深蓝”更新程序，新的集成电路将其思考速度达到每秒300万步1996年，“深蓝”在与卡斯帕罗夫的挑战赛中，以2比4不敌卡斯帕罗夫1997年，“超级深蓝”开发出了更加高级的“大脑”，4名国际大师参与IBM的挑战小组为电脑与卡斯帕罗夫重战出谋划策，最后“超级深蓝”以3比2击败了卡斯帕罗夫，卡斯帕罗夫要求重赛，但没有得到回应461999年，“弗里茨”升级为“更弗里茨”(DeepFritz)2001年，“更弗里茨”更新了程序，击败了卡斯帕罗夫和阿南德，以及除了克拉姆尼克之外的所有排名世界前十位的棋手2002年10月，“更弗里茨”与克拉姆尼克在巴林进行“人机大战”，思考速度为每秒600万步，双方4比4战平2003年1～2月“更年少者”与卡斯帕罗夫举行人机对抗，双方3比3战平47计算机围棋谷歌的AlphaGo战胜欧洲冠军2016年3月9日~15日挑战韩国棋手李世石Nature封面论文：MasteringthegameofGowithdeepneuralnetworksandtreesearch（通过深度神经网络和搜索树，学会围棋游戏）4849围棋人机对战史第一阶段：2005年以前，初学者水平–基本上是基于规则的方法第二阶段：2006年~2015年，业余五段水平–蒙特卡洛树方法+上限信心界策略–2012年3月，由日本研发的被认为是当时世界上最先进的电脑围棋软件“ZEN”，在先后受五子和受四子的情况下，均击败日本武宫正树九段，这是电脑围棋首次被让四子战胜第一流职业棋手。