1_人工智能概述

1专家系统原理与方法23参考书目•1.《人工智能》清华大学出版社贲可荣等•2.《高级专家系统》科学出版社蔡自兴、约翰.德尔金等•3.《智能系统：基础、方法及其在农业中的应用》SongYT4•中国科学院自动化研究所•北京邮电大学模式识别与智能系统实验室•国际人工智能网站参考网站：51概述•引言•人类智能及智能本质的理论•人类智能的特征•人工智能（AI）的定义•AI研究的基本内容及特点•AI的基本技术•AI的研究和应用领域•AI研究的理论与方法的争论•AI发展史•AI的问题与发展分析AI研究内容（不考不讲），研究方法和途径SongYT66SongYTSongYT78人工智能、原子能技术、空间技术是当今世界的三大尖端技术。为什么要使用人工智能？（或者说AI产生的背景是什么？）91.基本概念_什么是智能？智能，又名智力，通常是指人们认识客观事物并运用知识解决实际问题的能力。它包括感知、记忆、抽象概括、学习知识、积累经验和解决问题的能力，所以是一种复杂的综合精神活动的功能。这种能力是在掌握人类知识经验和从事实践中发展的，但又不等同于知识和实践。它是先天素质、社会和教育的影响，以及个人努力这三方面因素相互作用的产物。因此，在检查智能时，必须考虑年龄、职业及职位等因素。临床上往往根据一个人解决实际问题的能力，运用词汇、数字、符号、图形和其他非语言性材料以构成的概念能力，来测定其智能高低。当前，较常运用智商的计算方法去估测智能发育水平。101.基本概念_什么是智能？智龄即智力年龄(MA)，是指智力已实际达到的某一年龄的正常水平。实足年龄(CA)，是指进行测验时最近已过的生日的年数。计算智商(1Q)的公式如下：智商(1Q)＝(智力年龄/实足年龄)×100一个儿童如果测得其智力年龄(MA)是五岁，而其实际年龄又正好是五岁的话，那么他的智商是100。大多数人的平均智商是90～110。若超过110便是高智能。若智商在80～90，便为愚钝，70～80作为临界线，而70以下便属于低能了。智能异常的表现主要是智能低下。智能低下在心理活动的各个方面都是有其特点的。智能低下影响感知觉，而且感知觉的减退与智能低下的程度是成正比的。111.基本概念_什么是智能？智能的拉丁文名称是“Legere”，意思是收集、汇集。扩展延伸后的智能则包括从汇集的知识中选择、理解和感觉。就此理解，具备这些特征的物体就具有智能，而与物体的载体形式无关，因此智能的广义解释包括：1.人类智能2.人工智能3.集成智能12•1.思维能力（高）；感性知识理性知识，即作出结论的能力。•2.感知能力（中）；获取感性知识的能力。•3.行为能力（低）；对外界刺激作出行为。1.基本概念_人类智能层次131.基本概念_人类智能的本质智能的本质是什么？这是古今中外许多哲学家、脑科学家一直在努力探索和研究的问题，但至今仍然没有完全解决，以致被列为自然界四大奥秘（物质的本质、宇宙的起源、生命的本质、智能的发生）之一。在此情况下，要从本质上对智能给出一个精确的、可被公认的定义显然是不现实的。目前人们大多是把对人脑的已有认识与智能的外在表现结合起来，从不同的角度、不同的侧面、用不同的方法来对智能进行研究的，提出的观点亦不相同。其中影响较大的主要有思维理论、知识阈值值理论及进化理论等。14思维理论思维理论来自认知科学。认知科学又称为思维科学，它是研究人们认识客观世界的规律和方法的一门科学，其目的在于揭开大脑思维功能的奥秘。该理论认为智能的核心是思维，人的一切智慧或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。15知识阈值理论知识阈值理论着重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，一个系统之所以有智能是因为它具有可运用的知识。在此认识的基础上，它把智能定义为：智能就是在巨大的搜索空间中迅速找到一个满意解的能力。这一理论在人工智能的发展史中有着重要的影响，知识工程、专家系统等都是在这一理论的影响下发展起来的。SongYT16进化理论该理论认为人的本质能力是在动态环境中的行走能力、对外界事物的感知能力、维持生命和繁衍生息的能力，正是这些能力对智能的发展提供了基础，因此智能是某种复杂系统所浮现的性质。智能仅仅由系统总的行为以及行为与环境的联系所决定。如临床上检查智能时，常常考虑年龄、职业及职位等因素来综合评定其智能高低。其中就包含了进化理论。存在决定意识是基本的哲学观点，也是客观现实，但是进化论观点尚未形成完整的理论体系，有待进一步的研究。SongYT17人类智能理论小结综合上述各种观点，可以认为智能是知识与智力的总和。其中，知识是一切智能行为的基础，而智力是获取知识并运用知识求解问题的能力，即在任意给定的环境和目标的条件下，正确制订决策和实现目标的能力，它来自人脑的思维活动。SongYT18人类智能的几个特征1）具有感知能力感知能力是指人们通过视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等感觉器官感知外部世界的能力。2）具有记忆与思维的能力记忆与思维是人脑最重要的功能，亦是人们之所以有智能的根本原因所在。记忆用于存储感觉器官感知到的外部信息以及由思维所产生的知识；思维用于对记忆的信息进行处理，即利用已有的知识对信息进行分析、计算、比较、判断、推理、联想、决策等。SongYT19人类智能的几个特征（续）思维是一个动态过程．是获取知识以及运用知识求解问题的根本途径。思维可分为逻辑思维、形象思维以及在潜意识激发下获得灵感而“忽然开窍”的灵感思维或顿悟思维等。其中，逻辑思维与形象思维是两种基本的思维方式。SongYT20逻辑思维特点：(1)依靠逻辑进行思维。(2)思维过程是串行的，表现为一个线性过程。(3)容易形式化，其思维过程可以用符号串表达出来。(4)思维过程具有严密性、可靠性，能对事物未来的发展给出逻辑上合理的预测，可使人们对事物的认识不断深化。SongYT21形象思维特点：(1)主要是依据直觉，即感觉形象进行思维。(2)思维过程是并行协同式的，表现为一个非线性过程。(3)形式化困难，没有统一的形象联系规则，对象不同，场合不同，形象的联系规则亦不相同，不能直接套用。(4)在信息变形或缺少的情况下仍有可能得到比较满意的结果。SongYT22灵感思维灵感或顿悟思维具有如下特点：(1)具有不定期的突发性；(2)具有非线性的独创性及模糊性。(3)它穿插于形象思维与逻辑思维之中．起着突破、创新、升华的作用。它比形象思维更复杂，至今人们还不能确切地描述灵感的具体实现以及它产生的机理。SongYT23人类智能的几个特征（续）3）具有学习能力及自适应能力．学习是人的本能，每个人都在随时随地的进行着学习，既可能是自觉的、有意识的，也可能是不自觉、无意识的；既可以是有教师指导的，也可以是通过自己的实践。总之，人人都在通过与环境的相互作用，不断地进行着学习，并通过学习积累知识、增长才干，适应环境的变化，充实、完善自己。只是由于各人所处的环境不同，条件不同，学习的效果亦不相同，体现出不同的智能差异。SongYT24人类智能的几个特征4）具有行为能力人们通常用语言或者某个表情、眼神及形体动作来对外界的刺激作出反应，传达某个信息，这称为行为能力或表达能力。如果把人们的感知能力看作是用于信息的输入，则行为能力就是用作信息的输出，它们都受到神经系统的控制。但是对于人类智能的评价和个人表现，不能一概而论。由于人们所处环境和实现目标的内容不同，智能的表现形式也不相同。SongYT25智能种类智能特征相关活动特征语言智能善于表达、驾驭文字的能力读、写、讲故事或者是办一份杂志、期刊数学-逻辑智能有效运用数字和推理的能力计算、游戏、解惑音乐智能对音高、音色、节奏、旋律等较为敏感练耳、唱歌、表演、谱曲肢体-运动智能有着良好的身体技巧和控制平衡的能力运动、舞蹈、休操、制作小模型视觉-空间智能能够准确地感觉视觉空间,并能表现出来绘画作图、雕刻、设计时装和家具自然智能能够识别自然界的各种动、植物,并能进行分类采集各种标本（树叶、化石、蛇皮）在花园里玩、收养宠物人际智能能够察觉别人的情绪、意向、辨别不同的人际关系领导团队、解决朋友之间的问题内省智能能很好地控制自己的情绪、并善于自我分析,有自知之明。独立思考、自我反省智能分类与特征SongYT26人工智能的定义著名的美国斯坦福大学人工智能研究中心尼尔逊教授对人工智能下了这样一个定义：“人工智能是关于知识的学科――怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。”另一个美国麻省理工学院的温斯顿教授认为：“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”SongYT27人工智能的定义从人工智能所实现的功能来定义：人工智能是智能机器所执行的通常与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。SongYT28人工智能的特征•传统程序与AI程序的区别？SongYT29传统程序AI程序1.以数据为处理对象2.知识表现在建立数学模型和算法3.模型或算法的精确性决定解或优化解的精度4.知识隐含于整个程序中，知识与数据融合在一起不可分离5.程序的执行顺序是可以预知的6.不能对程序过程和解进行解释7.问题求解方法主要是数值仿真技术1.强调符号处理2.按求解问题的思维规律和心理学建立模型3.寻求问题的满意解答，可以是精确的或一定可信度的不精确解答4.知识是显式表示于知识库中5.程序执行过程是无法预知的6.知识库中包含相应的解释结构7.问题求解是知识处理技术SongYT30感知（知识获取）人的感知器官接受客观世界信息----人的中枢神经和脑进行信息处理----获的感性认识，直接和间接经验知识思维（知识运用）人脑思维活动是对上述各种信息进行深入加工处理----感性知识变为理性知识，直接经验知识形成，积累经验知识，掌握理论知识，形成概念----进行演绎归纳推理----求解问题----作出结论和决策行为（知识处理）人的效应器官和发音器官在前两个基础上作出反映机器视觉机器思维机器行为模式识别，人工神经元网络模型知识工程学（知识获取、知识表示）专家系统、机器人学模拟研究人类智能行为AIAI领域SongYT31人工智能研究的基本内容(1)认知建模一般认为，认知是为了一定的目的，在一定的心理结构中进行的信息加工过程。认知科学（思维科学）是研究人类感知和思维信息处理过程的一门学科。认知科学是人工智能的重要理论基础，对人工智能的发展起着根本作用。机器感知所谓机器感知，就是要让计算机具有类似于人的感知能力，如视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等。机器感知是智能系统获取外部信息的最主要的途径，也是机器智能不可缺少的重要组成部分。对计算机视觉与听觉的研究，目前已在人工智能中形成了一些专门的研究领域，如计算机视觉、模式识别、自然语言理解等。机器思维所谓机器思维，就是计算机能够对感知到的外界信息和自己产生的内部信息进行思维性加工。由于人类智能主要来自于大脑的思维活动，因此机器的智能也主要应该通过机器的思维功能来实现。机器思维是机器智能的重要组成部分。SongYT32人工智能研究的基本内容(2)机器学习所谓机器学习，就是让计算机能够象人那样自动的获取新知识，并在实践中不断完善自我和增强能力。机器学习是机器具有智能的根本途径，也是人工智能研究的核心问题之一。目前，人们已经研究出不少机器学习的方法，如机械学习，类比学习，归纳学习，发现学习，遗传学习，连接学习等。机器行为所谓机器行为就是让机器能够具有象人那样的行动和表达能力。机器人学作为人工智能的一个研究领域，包含了机器行为方面的研究。智能系统和智能计算机无论是人工智能的近期目标还是远期目标，都需要建立智能系统或构造智能机器，因此需要开展对系统模型、构造技术、构造工具及语言环境等方面的研究。SongYT33人工智能研究的特点目前的