人工智能导论

人工智能导论第1章人工智能概述1.1什么是人工智能1.2人工智能的研究意义、目标和策略1.3人工智能的学科范畴1.4人工智能的研究内容1.5人工智能的研究途径与方法1.6人工智能的基本技术1.7人工智能的应用1.8人工智能的分支领域与研究方向1.9人工智能的发展概况1.1什么是人工智能◆人工智能（ArtificialIntelligence”，AI）1.1.1人工智能概念的一般描述◆部分学者对人工智能概念的描述：——人工智能是那些与人的思维相关的活动，诸如决策、问题求解和学习等的自动化（Bellman,1978）；——人工智能是一种计算机能够思维，使机器具有智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985）；——人工智能是研究如何让计算机做现阶段只有人才能做得好的事情（RichKnight,1991）；——人工智能是那些使知觉、推理和行为成为可能的计算的研究（Winston,1992）；——广义地讲，人工智能是关于人造物的智能行为，而智能行为包括知觉、推理、学习、交流和在复杂环境中的行为（Nilsson，1998）。——StuartRussell和PeterNorvig则把已有的一些人工智能定义分为4类：像人一样思考的系统、像人一样行动的系统、理性地思考的系统、理性地行动的系统（2003）。1.1.2图灵测试和中文屋子◆图灵测试”（TuringTest）◆约翰.西尔勒(JohnSearle)的“中文屋子”1.1.3脑智能和群智能脑（主要指人脑）的宏观心理层次的智能表现称为脑智能（BrainIntelligence,BI）。由群体行为所表现出的智能称为群智能（SwarmIntelligence,SI）。脑智能和群智能是属于不同层次的智能：脑智能是一种个体智能（IndividualIntelligence,II）；群智能是一种社会智能（SocialIntelligence,SI），或者说系统智能（SystemIntelligence,SI）。1.1.4符号智能和计算智能1.符号智能符号智能就是符号人工智能，它是模拟脑智能的人工智能，也就是所说的传统人工智能或经典人工智能。符号智能以符号形式的知识和信息为基础，主要通过逻辑推理，运用知识进行问题求解。符号智能的主要内容包括知识获取（knowledgeacquisition）、知识表示（knowledgerepresentation）、知识组织与管理和知识运用等技术（这些构成了所谓的知识工程（KnowledgeEngineering,KE））以及基于知识的智能系统等。2.计算智能计算智能就是计算人工智能，它是模拟群智能的人工智能。计算智能以数值数据为基础，主要通过数值计算，运用算法进行问题求解。计算智能的主要内容包括：神经计算（NeuralComputation，NC）、进化计算（亦称演化计算，EvolutionaryComputation，EC，包括遗传算法（GeneticAlgorithm，GA）、进化规划（EvolutionaryPlanning，EP）、进化策略（EvolutionaryStrategies，ES）等）、免疫计算（immunecomputation）、粒群计算（ParticleSwarmAlgorithm，PSA）、蚁群算法（AntColonyAlgorithm，ACA）、自然计算（NaturalComputation，NC）以及人工生命（ArtificialLife，AL）等。1.2人工智能的研究意义、目标和策略1.2.1为什么要研究人工智能■使当前的电脑更好用，更有用，以扩大和延伸人类智能；■信息化社会的迫切要求；■自动化发展的必然趋势；■有益于探索人类自身智能的奥秘。1.2.2人工智能的研究目标和策略研究目标就是制造智能机器和智能系统，实现智能化社会。具体来讲，就是要使计算机不仅具有脑智能和群智能，还要具有看、听、说、写等感知和交流能力。研究策略则是先部分地或某种程度地实现机器的智能，并运用智能技术解决各种实际问题特别是工程问题，从而使现有的计算机更灵活、更好用和更有用，成为人类的智能化信息处理工具，而逐步扩展和不断延伸人的智能，逐步实现智能化。1.3人工智能的学科范畴人工智能已构成信息技术领域的一个重要学科。当前的人工智能既属于计算机科学技术的一个前沿领域，也属于信息处理和自动化技术的一个前沿领域。还涉及到智能科学、认知科学、心理科学、脑及神经科学、生命科学、语言学、逻辑学、行为科学、教育科学、系统科学、数理科学以及控制论、科学方法论、哲学甚至经济学等众多学科领域。人工智能实际上是一门综合性的交叉学科和边缘学科。1.4人工智能的研究内容1.5.1搜索与求解1.5.2学习与发现1.5.3知识与推理1.5.4发明与创造1.5.5感知与交流1.5.6记忆与联想1.5.7系统与建造1.5.8应用与工程1.5人工智能的研究途径与方法1.5.1心理模拟，符号推演1.5.2生理模拟，神经计算1.5.3行为模拟，控制进化1.5.4群体模拟，仿生计算1.5.5博采广鉴，自然计算1.5.6原理分析，数学建模1.6人工智能的基本技术表示运算搜索1.7人工智能的应用1.7.1难题求解1.7.2自动规划、调度与配置1.7.3机器定理证明1.7.4自动程序设计1.7.5机器翻译1.7.6智能控制1.7.7智能管理1.7.8智能决策1.7.9智能通信1.7.10智能仿真1.7.11智能CAD1.7.12智能制造1.7.13智能CAI1.7.14智能人机接口1.7.15模式识别1.7.16数据挖掘与数据库中的知识发现1.7.17计算机辅助创新1.7.18计算机文艺创作1.7.19机器博弈1.7.20智能机器人1.8人工智能的分支领域与研究方向从模拟的层次和所用的方法来看，人工智能可分为符号智能和计算智能两大主要分支领域。而这两大领域各自又有一些子领域和研究方向。如符号智能中又有图搜索、自动推理、不确定性推理、知识工程、符号学习等。计算智能中又有神经计算、进化计算、免疫计算、蚁群计算、粒群计算、自然计算等。另外，智能Agent也是人工智能的一个新兴的重要领域。智能Agent或者说Agent智能则是以符号智能和计算智能为基础的更高一级的人工智能。从模拟的脑智能或脑功能来看，AI中有机器学习、机器感知、机器联想、机器推理、机器行为等分支领域。而机器学习又可分为符号学习、连接学习、统计学习等许多研究领域和方向。机器感知又可分为计算机视觉、计算机听觉、模式识别、图像识别与理解、语音识别、自然语言处理等领域和方向。从应用角度看，如1.7节所述，AI中有难题求解等数十种分支领域和研究方向。从系统角度看，有智能计算机系统和智能应用系统两大类。智能计算机系统又可分为：智能硬件平台、智能操作系统、智能网络系统等。智能应用系统又可分为：基于知识的智能系统、基于算法的智能系统和兼有知识和算法的智能系统等。另外，还有分布式人工智能系统。从基础理论看，AI中有数理逻辑和多种非标准逻辑、图论、人工神经网络、模糊集、粗糙集、概率统计（贝叶斯统计决策理论）和贝叶斯网络、统计学习理论与支持向量机、形式语言与自动机等领域和方向。1.9人工智能学科的发展概况1.9.1人工智能学科的产生1.9.2符号主义途径发展概况1.9.3连接主义途径发展概况1.9.4计算智能异军突起1.9.5智能Agent方兴未艾1.9.6现状与发展趋势多种途径齐头并进，多种方法协作互补。新思想、新技术不断涌现，新领域、新方向不断开拓。理论研究更加深入，应用研究愈加广泛。研究队伍日益壮大，社会影响越来越大。虽然在通向人工智能最终目标的道路上，还有不少困难、问题和挑战，但前进和发展毕竟是大势所趋。智能交通图像识别系统云松銮仙玉骨寒，松虬雪友繁。大千收眼底，斯调不同凡。（无题）白沙平舟夜涛声，春日晓露路相逢。朱楼寒雨离歌泪，不堪肠断雨乘风。BetrayalDaveStriverlovedtheuniversity.Heloveditsivy-coveredclocktowers,itsancientandsturdybrick,anditssun-splashedverdantgreensandeageryouth.Healsolovedthefactthattheuniversityisfreeofthestarkunforgivingtrialsofthebusinessworld-onlythisisn'tafact:Academiahasitsowntests,andsomeareasmercilessasanyinthemarketplace.Aprimeexampleisthedissertationdefense:ToearnthePhD,tobecomeadoctor,onemustpassanoralexaminationonone'sdissertation.ThiswasatestProfessorEdwardHartenjoyedgiving.Davewanteddesperatelytobeadoctor.Butheneededthesignaturesofthreepeopleonthefirstpageofhisdissertation,thepricelessinscriptionsthat,together,wouldcertifythathehadpassedhisdefense.OneofthesignatureshadtocomefromProfessorHart,andHarthadoftensaid-toothersandtohimself-thathewashonoredtohelpDavesecurehiswell-earneddream.Wellbeforethedefense,StrivergaveHartapenultimatecopyofhisthesis.HartreaditandtoldDavethatitwasabsolutelyfirstrate,andthathewouldgladlysignitatthedefense.TheyevenshookhandsinHart'sbook-linedoffice.DavenoticedthatHart'seyeswerebrightandtrustful,andhisbearingpaternal.Atthedefense,Davethoughtthatheeloquentlysummarizedchapter3ofhisdissertation.Thereweretwoquestions,onefromProfessorRodmanandonefromDr.Teer;Daveansweredboth,apparentlytoeveryone'ssatisfaction.Therewerenofurtherobjections.ProfessorRodmansigned.HeslidthetometoTeer;shetoosigned,andthensliditinfrontofHart.Hartdidn'tmove.Ed?Rodmansaid.Hartstillsatmotionless.Davefeltslightlydizzy.Edward,areyougoingtosign?Later,Hartsataloneinhisofficeinhisbigleatherchair,saddenedbyDave'sfailure.HetriedtothinkofwayshecouldhelpDaveachievehisdream.背叛戴夫·斯特赖维尔喜爱这所大学。他喜爱校园里爬满常青藤的钟楼，那古色古香而又坚固的砖块，还有那洒满阳光的碧绿草坪和热情的年轻人。使他感到欣慰的还有这样一件事，即大学里完全没有商场上那些冷酷无情的考验——但事实恰恰并非如此：做学问也要通过考试，而且有的考试与市场上的考验一