第一章-人工智能概述

人工智能ArtificialIntelligence计算机学院董燕举2012年9月4日第1章人工智能概述第1章人工智能概述1.1人工智能的定义与研究目标1.2人工智能的产生与发展历史1.3人工智能研究的各个学派1.4人工智能主要研究与应用领域第1章人工智能概述1.1人工智能的定义和研究目标智能群体智能人工智能定义为什么要研究人工智能人工智能的研究目标学科地位吃货女神@兰晓曦愁嫁@姐，你爱不起！橙家菇凉怕冷丶菇凉黑寡妇*/素颜马尾好菇凉@姑娘眼睛好美女人°该有的洒脱゛╭ァ文【枫】待君归母金刚霸气辣妹子然蜜美丽妙女人@霸道菇凉最给力。女总统。姐的心里不缺人@猫七姑娘°猫妹不温柔的女子ˉ辣妹子炫舞妹子@高调艿是姐的风格、劳资就是不淑女#朴美人飞车妹子雄起Rita无果花~无敌硬妹囚在他城齐逼小短裙@姐我输的起。囚蝶帆布鞋也比你高跟鞋优雅、花姑娘！淑女，╮丁香姑娘@万人迷皇后娘娘syaat女皇必胜残朵@萌面超妹@樱玲@傲娇女神天橙党丫°丶娇嗔@婷大爷@输女ぐ°苑心女帝@雨妞。去尼玛の淑女＠风一样的女子女王的高傲平凡女生丶街头的迷失少女゜劳娘@女神经@芮小姐、“纯娘们”阿萌妹∧千金归来寇静柳絮居奇哑女一副鬼样的妹子中国美女短发女生大妹子，杨家千金╰蝴蝶结╯┽﹏甜心公主陌冷紫(り红装姊ヽ你旳女王じ☆嫒凊嗨☆じ耿直妹°我是南方姑娘、姑奶奶@要强的女人籹子当自强ツ枪火萝莉小妹脸皮太后。*１6岁的小女孩。°陌ゞ筱研何谓智能“智能”是指高级生物（主要是人类）认知过程（包括：感觉、表征、记忆、概念形成、意识、辨识、判断、推理、决策、知识形成、问题解决）的能力。第1章人工智能概述人类智能的来源：大脑？美国哥伦比亚大学教授迈克·格尔森提出他的“第二大脑”理论，此理论认为每个人都有第二个大脑，它位于人的肚子里，负责“消化”食物、信息、外界刺激、声音和颜色。它像一把钥匙，能够调节人的焦虑和紧张的情绪。中医：肝藏魂，肺藏魄，心藏神，肾藏志，脾藏意智能包含的能力感知能力通过感知器官感知外界的能力。记忆和思维能力记忆：对感知到的外界信息和由思维产生的内部知识的存储过程思维：对已存储信息或知识的本质属性、内部知识的认识过程学习和自适应能力学习：是一个具有特定目的的知识获取过程是人的一种本能。不同人的学习方法、能力不同自适应：是一种通过自我调节适应外界环境的过程是人的一种本能。不同人的适应能力不同行为能力是人们对感知到的外界信息作出动作反应的能力第1章人工智能概述智能与生命智能是高等生命的一个重要特征。高等生命依靠智能生存或更好地生活智能是服务“我”的工具之一群体智能人类社会的发展本身就是集体智慧的结晶一些生物群落（如蚁群，蜜蜂群，鸟群，鱼群）的群体行为或社会行为表现出一定的智能；这种由群体行为表现出的智能称为群体智能；第1章人工智能概述人工智能定义（1）人工智能是一门科学，它使机器做那些由人需要通过智能来做的事情。——马文•明斯基马文•明斯基(MarvinMinsky)第1章人工智能概述人工智能定义（2）能力方面人工智能是用人工的方法在机器上实现的智能，或称机器智能学科方面人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，以模拟、延伸和扩展人类智能的学科TuringTest，图灵测试测试主持人被测机器被测人小于50%？第1章人工智能概述问：你会下国际象棋吗？答：是的。问：你会下国际象棋吗？答：是的。问：请再次回答，你会下国际象棋吗？答：是的。问：你会下国际象棋吗？答：是的。问：你会下国际象棋吗？答：是的，我不是已经说过了吗？问：请再次回答，你会下国际象棋吗？答：你烦不烦，干嘛老提同样的问题。机器的回答人的回答第1章人工智能概述中文屋子美国哲学家约翰.西尔勒提出了一个中文屋子的假设：一台计算机阅读了一段故事并且能正确回答相关问题，这样这台计算机就通过了图灵测试；西尔勒设想将这段故事和问题改用中文描述，然后将自己封闭在一个屋子里。描述这段故事和问题的一连串中文符号只能通过一个很小的缝隙被传到屋子里。西尔勒则完全按计算机程序的处理方式和过程对这些符号串进行处理；结果，西尔勒根本不懂中文也完成了问题的回答第1章人工智能概述人工智能的困惑计算机能够有自觉性和意识吗？人脑→硅脑，由芯片替换全部神经元“我思故我在”笛卡尔我第1章人工智能概述为什么要研究人工智能科学问题：–智能的本质是什么？智能如何产生？–能否让机器拥有像人一样智能？应用需求驱动：–制造聪明的机器为人服务制造聪明的机器现有计算机的优势：–运算速度快，数据存储量大，–按照算法，编制程序，可以反复运行–人脑的延伸现有计算机的缺陷：–缺乏自适应、自学习、自优化等能力–缺乏灵感和智慧(创造力)–缺乏社会常识或专业知识等，而只能是被动地按照人们为它事先安排好的工作步骤进行工作–不能像人一样聪明地做事第1章人工智能概述人工智能的研究目标近期目标：弱人工智能：智能功能仿真。远期目标：强人工智能：机器拥有智能，像人一样想和做。阿西莫夫【机器人学三定律】一.机器人不得伤害人，也不得见人受到伤害而袖手旁观二.机器人应服从人的一切命令，但不得违反第一定律三.机器人应保护自身的安全，但不得违反第一、第二定律艾萨克·阿西莫夫（1920－1992），当代美国最著名的科幻大师、是本世纪最顶尖的科幻小说家之一。AI的学科位置人工智能（AI：ArtificialIntelligence）是一门前沿学科，是在哲学、数学、计算机科学、脑科学、认知科学、控制论、信息论、心理学、语言学等多种学科的基础上发展起来的一门交叉学科。自然科学社会科学哲学数学基础学科指导学科人工智能第1章人工智能概述1.2AI的产生与发展历史50多年来，人工智能走过了一条起伏和曲折的发展道路。回顾历史，可以按照不同时期的主要特征，将其产生与发展过程分为7个阶段。孕育期：1956年以前人工智能的诞生：1956年黄金年代：1956-1974第一次AI低谷：1974-1980第二次繁荣：1980-1987第二次AI低谷：1987–1993低调中遍地开花：1993-现在第1章人工智能概述中国历史上第一篇科幻小说《偃师》战国时期的诸子百家经典《列子·汤问》中，有一篇名叫《偃师》的小故事，今天已经被公认为中国历史上第一篇科幻小说：一名工匠名偃师，将一个木偶进献给周穆王。这个木偶不仅能够翩翩起舞，而且能够歌唱，配置”齐全。最后，它竟然向王妃递媚眼，最终惹恼周穆王，将它大卸八块。第1章人工智能概述孕育期的成果孕育期(1956年前)主要成就:--创立了数理逻辑,自动机理论,控制论,信息论和系统论--发明了电子数字计算机主要贡献人物:--布尔:创立逻辑代数,用符号语言描述了思维活动中推理的基本法则--麦克洛奇：提出MP模型，人工神经网络研究开端.--莫克利:研制第一台计算机--香农：创立了信息论--维纳：创立了控制论--图灵:提出一种理想计算机的数学模型第1章人工智能概述莫克利(J.W.Mauchly，1907——1980)1946年研制成功了世界上第一台通用电子计算机ENIAC图灵机原型(1936)图灵机是一条在两个方向上都为无限长的磁带，一个控制器和一个读写磁头组成，磁带被分成一个个独立的存储单元，且控制器的状态是有限的第1章人工智能概述孕育期代表人物麦克洛奇(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。香农于1950年发表了《通讯的数学理论》，创立了信息论。这时，人工智能作为一门学科诞生的条件已经基本成熟。图灵于1950年，发表题为《计算机器和智能》的著名论文，明确提出“图灵测试”。英国著名学者计算机逻辑的奠基者，人工智能之父。他对计算机的重要贡献在于提出图灵机的概念，1950年图灵在发表了《计算机器和智能》论文，提出了智能机器的概念和“图灵测试。计算机界的最高奖为图灵奖。图灵（AlanTuring)真正的大师是提出问题，开拓一个全新的研究领域第1章人工智能概述图灵•图灵三岁那年，他进行了在科学实验方面的首次尝试──把玩具木头人的胳膊掰下来种植到花园里，想让它们长成更多的木头人。•1940年-1942年，作为主要参与者和贡献者之一，在破译纳粹德国通讯密码的工作上成就杰出，并成功破译了德军U-潜艇密码，为扭转二战盟军的大西洋战场战局立下汗马功劳。图灵年轻时的照片AI的产生与发展形成期（1956--1974年）AI诞生于一次历史性的聚会1956年夏季，达特莫斯大学的麦卡锡、哈佛大学的明斯基、贝尔实验室的香农和IBM公司的罗切斯特（IBM计算机设计者之一），邀请了一批年轻科学家，共同探讨用机器模拟人工智能的问题，其中包括后来著名的人工智能专家塞缪尔、纽厄尔和西蒙等共10人。举行了一个次长达2个月的暑期研讨班（seminar）。这些青年学者的研究专业包括数学、心理学、神经生理学、信息论和电脑科学，分别从不同的角度共同探讨人工智能的可能性。麦卡锡、明斯基、纽厄尔和西蒙都是“图灵奖”的获奖者。在这次会上，麦卡锡提议使用“ArtificialIntelligence”这一术语。从此，人工智能作为一门学科正式诞生了。赫伯特•西蒙(HerbertSimon)克劳德.香农(ClaudeElwoodShannon)约翰•麦卡锡(JohnMcCarthy）马文•明斯基(MarvinMinsky)人工智能的先驱斯坦福大学教授。1927年9月4日生于波士顿1958年麦卡锡到MIT任职，与明斯基(L.Minsky,1969年图灵奖获得者)一起组建了世界上第一个人工智能实验室第一个提出了将计算机的批处理方式改造成为能同时允许数十甚至上百用户使用的分时方式（time-sharing）的建议，分时概念的创始人。1959年开发了著名的LISP语言，成为人工智能界第一个最广泛流行的语言1971年的图灵奖获得者2011年10月24日与世长辞，享年84岁约翰.麦卡锡（JohnMcCarthy)第1章人工智能概述西蒙是人工智能和认知心理学派的主要代表，他曾自学汉语，中文名叫“司马贺”，西蒙是个通才，在许多领域都有杰出的表现。获得1978年度诺贝尔经济学奖。1975年，西蒙和纽厄尔两人共同获得计算机领域的最高奖图灵奖赫伯特•西蒙AI发展期1956年，塞缪尔研制成功了具有自学习能力的西洋跳棋程序。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。1960年，麦卡锡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。西蒙与纽厄尔于1958年做出了如下的预言：10年内，计算机将成为世界象棋冠军；10年内，计算机将发现并证明新的数学定理；10年内，计算机将谱写出能被评论家认可的乐曲。西蒙的乐观预言第1章人工智能概述第一次AI低谷：1974-1980所有的AI程序都只是“玩具”计算机的运算能力计算复杂性和指数爆炸常识与推理预言未实现人工智能遭遇危机1971年，应政府的要求，英国剑桥大学的应用数学家詹姆士在进行了一番研究后，发表了一篇关于人工智能的综合报告，该报告对人工智能做了批判，他甚至说：“人工智能即便不是骗局，也是庸人自扰”。这篇报告当时产生了巨大的影响，英国的人工智能研究经费被削减，机构被解散。美国IBM公司也开始放弃了它一向热衷的人工智能研究。整个人工智能学界遭遇到了前所未有的危机。第1章人工智能概述感知器与联结主义遭到冷落1969年，明斯基与白伯脱共同发表了《Perceptrons》，书中证明单层人工神经网络无法实现一个简单的异或门，对人工神经网络前景持悲观态度，70年代人工神经网络的研究处于低潮。联结主义的研究因此停滞了十年。第1章人工智能概述停止拨款由于缺乏进展，对AI提供资助的机构（如英国政府，DARPA和NRC）对无方向的AI研究逐渐停止了资助。NRC（NationalResearchCo