人工智能第0章72

1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2什么是人工智能（1）•20世纪的信息技术，尤其是计算机的出现，以机器代替或减轻人的脑力劳动，形成人工智能新兴学科。•1956年四位年轻学者：JohnMcCarthy、MarvinMinsky、NathanielRochester和ClaudeShannon共同发起和组织召开了用机器模拟人类智能的夏季专题讨论会。会议邀请了包括数学、神经生理学、精神病学、心理学、信息论和计算机科学领域的10名学者参加，为期两个月。此次会议是在美国的Dartmouth召开，有时称为Dartmouth夏季讨论会。•会议上，科学家们运用数理逻辑和计算机的成果，提供关于形式化计算和处理的理论，模拟人类某些智能行为的基本方法和技术，构造具有一定智能的人工系统，让计算机去完成需要人的智力才能胜任的工作。•在Dartmouth夏季讨论会上，约翰·麦卡锡提议用人工智能（artificialintelligence）作为这一交叉学科的名称，标志着人工智能学科的诞生，具有十分重要的意义。3什么是人工智能？•至今没有统一的定义•从“计算”到“算计”4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）5图灵测试•如何知道一个系统是否具有智能呢？•“Canmachinesthink?”•1950年，计算机科学家图灵提出了著名的“图灵测试”。6何谓人工智能（二）----Turing测试测试主持人被测机器被测人小于50%？按照图灵检验，该电脑和某个人类的代表都躲开到检验者的视线之外。检验者必须根据向他们双方提出问题，来判定谁是电脑谁是人类。7希尔勒的中文屋子•中文房间（Chineseroom，theChineseroomargument）又称作华语房间是由美国哲学家约翰·希尔勒（JohnSearle）在1980年设计的一个思维试验以推翻强人工智能（机能主义）提出的过强主张：只要计算机拥有了适当的程序，理论上就可以说计算机拥有它的认知状态以及可以像人一样地进行理解活动。8希尔勒的中文屋子•其实验可表示为：一个人手中拿着一本象形文字对照手册，身处图灵实验中所提及的房子中。而另一人则在房间外向此房间发送象形文字问题。房间内的人只需按照对照手册，返回手册上的象形文字答案，房间外的人就会以为房间内的人是个会思维的象形文字专家。然而实际上房子内的人可能对象形文字一窍不通，更谈不上什么智能思维。91011希尔勒的中文屋子•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？12AI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。13孕育期（1943－1955）•自远古以来，人类就有用机器代替人们脑力劳动的的幻想：公元前900多年我国有歌舞机器人流传的记载；公元前850年古希腊有制造机器人帮助人们劳动的神话传说•亚里斯多德（Aristotle，公元前384——322）：古希腊伟大的哲学家和思想家，创立了演绎法。他提出的三段论至今仍然是演绎推理的最基本出发点。•莱布尼茨(G.W.Leibnitz，1646——1716)：德国数学家和哲学家把形式逻辑符号化，奠定了数理逻辑的基础•图灵(A.M.Turing，1912——1954)：英国数学家，1936年创立了自动机理论，自动机理论亦称图灵机，是一个理论计算机模型。•莫克利(J.W.Mauchly，1907——1980)：美国数学家、电子数字计算机的先驱，与他的研究生埃克特(J.P.Eckert)合作，1946年研制成功了世界上第一台通用电子计算机ENIAC14孕育期（1956年以前）•麦克洛奇(W.McCulloch)和皮兹(W.Pitts)：美国神经生理学家，于1943年建成了第一个神经网络模型(MP模型)。•维纳(N.Wiener，1874—1956)：美国著名数学家、控制论创始人。1948年创立了控制论。控制论向人工智能的渗透，形成了行为主义学派。•图灵又于1950年，发表题为《计算机能思维吗？》的著名论文，明确提出了“机器能思维”的观点。•可见，在人工智能诞生之前，一些著名科学家就已经创立了数理逻辑、神经网络模型和控制论，并发明了通用电子数字计算机。为人工智能的诞生准备了必要的思想、理论和物质技术条件。15诞生期（1956--1970年）(1/3)•AI诞生于一次历史性的聚会•时间：1956年夏季•地点：达特莫斯(Dartmouth)大学•目的：为使计算机变得更“聪明”，或者说使计算机具有智能•发起人：•麦卡锡(J.McCarthy），Dartmouth的年轻数学家、计算机专家，后为MIT教授•明斯基(M.L.Minsky），哈佛大学数学家、神经学家，后为MIT教授•洛切斯特(N.Lochester)，IBM公司信息中心负责人•香农(C.E.Shannon)，贝尔实验室信息部数学研究员•参加人：•莫尔(T.more)、塞缪尔(A.L.Samuel)，IBM公司•塞尔夫里奇(O.Selfridge)、索罗蒙夫(R.Solomonff)，MIT•纽厄尔(A.Newell)，兰德(RAND)公司•西蒙(H.A.Simon)，卡内基(Carnagie)工科大学•会议结果：•由麦卡锡提议正式采用了“ArtificialIntelligence”这一术语16诞生期（1956--1970年）(2/3)•心理学小组•1957年，纽厄尔、肖(J.Shaw)和西蒙等人的心理学小组研制了一个称为逻辑理论机(LogicTheoryMachine，简称LT)的数学定理证明程序。•1960年研制了通用问题求解(GeneralProblemSolving)程序。该程序当时可以解决11种不同类型的问题，如不定积分、三角函数、代数方程、猴子摘香蕉、河内梵塔、人—羊过河等。•IBM工程小组•1956年，塞缪尔在IBM704计算机上研制成功了具有自学习、自组织和自适应能力的西洋跳棋程序。这个程序可以从棋谱中学习，也可以在下棋过程中积累经验、提高棋艺。通过不断学习，该程序1959年击败了塞缪尔本人，1962年又击败了一个州的冠军。•MIT小组•1958年，麦卡西建立了行动规划咨询系统。•1960年，麦卡西又研制了人工智能语言LISP。•1961年，明斯基发表了“走向人工智能的步骤”的论文，推动了人工智能的发展。17诞生期（1956--1970年）(3/3)•其他方面•1965年，鲁宾逊(J.A.Robinson)提出了归结（消解）原理。•1965年，费根鲍姆(E.A.Feigenbaum)开始研究化学专家系统DENDRAL。18知识应用期（1971--80年代末）(1/2)•失败的预言：•60年代初，西蒙预言：10年内计算机将成为世界冠军、将证明一个未发现的数学定理、将能谱写出具有优秀作曲家水平的乐曲、大多数心理学理论将在计算机上形成。•挫折和教训•在博弈方面，塞缪尔的下棋程序在与世界冠军对弈时，5局败了4局。•在定理证明方面，发现鲁宾逊归结法的能力有限。当用归结原理证明两个连续函数之和还是连续函数时，推了10万步也没证出结果。•在问题求解方面，对于不良结构，会产生组合爆炸问题。•在机器翻译方面，发现并不那么简单，甚至会闹出笑话。例如，把“心有余而力不足”的英语句子翻译成俄语，再翻译回来时竟变成了“酒是好的，肉变质了”•在神经生理学方面，研究发现人脑有1011-12以上的神经元，在现有技术条件下用机器从结构上模拟人脑是根本不可能的。•在其它方面，人工智能也遇到了不少问题。在英国，剑桥大学的詹姆教授指责“人工智能研究不是骗局，也是庸人自扰”。从此，形势急转直下，在全世界范围内人工智能研究陷入困境、落入低谷。19知识应用期（1971--80年代末）(2/2)•以知识为中心的研究：•专家系统实现了人工智能从理论研究走向实际应用，从一般思维规律探讨走向专门知识运用的重大突破，是AI发展史上的一次重要转折。•1972年，费根鲍姆开始研究MYCIN专家系统，并于1976年研制成功。从应用角度看，它能协助内科医生诊断细菌感染疾病，并提供最佳处方。从技术角度看，他解决了知识表示、不精确推理、搜索策略、人机联系、知识获取及专家系统基本结构等一系列重大技术问题。•1976年，斯坦福大学的杜达(R.D.Duda)等人开始研制地质勘探专家系统PROSPECTOR•这一时期，与专家系统同时发展的重要领域还有计算机视觉和机器人，自然语言理解与机器翻译等。•新的问题：•专家系统本身所存在的应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识获取困难、推理方法单一、没有分布式功能、不能访问现存数据库等问题被逐渐暴露出来。20从学派分立到综合（20世纪80年代到本世纪初）•人工智能研究形成了三大学派：•随着人工神经网络的再度兴起和布鲁克（R.A.Brooks）的机器虫的出现，人工智能研究形成了符号主义、连接主义和行为主义三大学派。•符号主义学派•是指基于符号运算的人工智能学派，他们认为知识可以用符号来表示，认知可以通过符号运算来实现。例如，专家系统等。•连接主义学派•是指神经网络学派，在神经网络方面，继鲁梅尔哈特研制出BP网络之后，1987年，首届国际人工神经网络学术大会在美国的圣迭戈（San-Diego）举行，掀起了人工神经网络的第二次高潮。之后，随着模糊逻辑和进化计算的逐步成熟，又形成了“计算智能”这个统一的学科范畴。•行为主义学派•是指进化主义学派，在行为模拟方面，麻省理工学院的布鲁克教授1991年研制成功了能在未知的动态环境中漫游的有6条腿的机器虫。•三大学派的综合集成•随着研究和应用的深入，人们又逐步认识到，三个学派各有所长，各有所短，应相互结合、取长补短，综合集成。21智能科学技术的兴起•目前，一个以人工智能为核心，以自然智能、人工智能、集成智能为一体的新的智能科学技术学科正在逐步兴起，并引起了人们的极大关注。•该学科研究的主要特征包括以下几个方面：•(1)由对人工智能的单一研究走向以自然智能、人工智能、集成智能为一体的协同研究；•(2)由人工智能学科的独立研究走向重视与脑科学、认知科学、等学科的交叉研究；•(3)由多个不同学派的独立研究走向多学派的综合研究；•(4)由对个体、集中智能的研究走向对群体、分布智能的研究。22AI研究中的不同学派•符号主义学派（逻辑主义、心理学派）•主要观点：AI起源于数理逻辑，人类认知的基元是符号，认知过程是符号表示上的一种运算•代表性成果：厄尔和西蒙等人研制的称为逻辑理论机的数学定理证明程序LT•代表人物：纽厄尔、肖、西蒙和尼尔逊(Nilsson)等•连接主义学派（仿生学派或心理学派）•主要观点：AI起源于仿生学，特别是人脑模型，人类认知的基元是神经元，认知过程是神经元的连接活动过程•代表性成果：由麦克洛奇和皮兹创立的脑模型，即MP模型•代表人物：麦克洛奇和皮兹•行为主义学派（进化主义、控制论学派）•主要观点：AI起源于控制论，智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境的适应，而不是推理。•代表性成果：Brooks教授研制的机器虫•代表人物：B