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人工智能原理张永刚吉林大学计算机科学与技术学院E-mail:zhangyg@jlu.edu.cn课程内容一、课程背景二、产生式系统表示及其搜索方法三、逻辑表示及其推理方法第一章人工智能简介千古的梦想不断地从自然力的束缚下解放自己古代：利用物质资源制造人力的工具扩展人的体质功能支持农业社会的文明近代：利用能量的资源制造动力工具扩展人的体力功能支持工业社会的文明现代：利用信息资源制造智能工具扩展人的智力功能导致信息社会人工智能（ArtificialIntelligence）研究如何用计算机去模拟、延伸和扩展人的智能；如何把计算机用得更聪明；如何设计和建造具有高智能水平的计算机应用系统；如何设计和制造更聪明的智能计算机一门由计算机科学、控制论、信息论、语言学、神经生理学、心理学、数学、哲学等多种学科相互渗透而发展起来的综合性新学科二十世纪七十年代以来世界三大尖端技术（空间技术、能源技术、人工智能）之一二十一世纪三大尖端技术（基因工程、纳米科学、人工智能）之一计算机科学技术的前沿科技领域人工智能（ArtificialIntelligence）2001年上映的电影《人工智能》是未来派的科幻史诗影片，由斯皮尔伯格制作。影片讲述21世纪中期，由于气候变暖，南北两极冰盖的融化，地球上很多城市都被淹没在了一片汪洋之中，此时，人类的科学技术已经达到了相当高的水平，人工智能机器人就是人类发明出来的用以应对恶劣自然环境的科技手段之一！杰出人物20世纪40位图灵奖获得者中有6位人工智能学者：MarvinMinsky(1969年),美国知识的框架理论（FrameTheory）创立者JohnMcCarthy(1971年),美国人工智能之父，LISP语言的发明者HerbertSimon和AllenNewell(1975年),美国人工智能符号主义学派的创始人EdwardFeigenbaum和RajReddy(1994年),美国大型人工智能系统的开拓者可见人工智能在信息科学中的地位。LeslieGabrielValiant(莱斯利·瓦里安特)(2010年),英国在机器学习理论、计算复杂性理论以及计算神经学领域的突出贡献(首位图灵奖的华裔科学家姚期智(AndrewChi-ChihYao)(2000年)在计算理论方面的贡献)JudeaPearl(犹大·伯尔)(2011年)，美国最早提出概率和因果性推理演算法杰出人物IJCAI（InternationalJointConferenceonAI）国际人工智能联合会议（）AI界最高级别的学术盛会,中国计算机学会A类会议论文集出版：MorganKaufmann创会时间：1969年每两年开一次，组委会决定在2016年起每年举办一届.2007年投稿1365，录用212，录用率15.5%.2009年投稿1291，录用331，录用率25.6%.2011年投稿1325，录用227，录用率17.1%.2013年投稿1473，录用413，录用率28%——北京第一次在中国举行2015年将在阿根廷布宜诺斯艾利斯召开AAAI-AAAIConferenceonArtificialIntelligence的简称会议主办方(sponsor):AAAI,原为美国人工智能学会(AmericanAssociationforArtificialIntelligence)，2007年改名为国际人工智能促进协会（TheAssociationfortheAdvancementofArtificialIntelligence)1980年第一届AAAI召开，此后每年举办一次。中国计算机学会A类会议ECAI、AJCAI（澳大利亚）、CAI（加拿大）、AAMAS（InternationalConferenceonAutonomousAgentsandMultiagentSystems）、ICAPS（InternationalConferenceonAutomatedPlanningandScheduling）、ICML(InternationalConferenceonMachineLearning,中国计算机学会A类会议)ArtificialIntelligence出版社：世界上公认的高质量学术期刊出版集团荷兰ElsevierSCI收录创刊时间：1970年每期论文篇数：4篇左右平均审稿周期为9个月期刊的主编A.G.Cohn曾为多届国际顶级会议IJCAI，KR，ECAI程序委员会主席及会议主席中国计算机学会A类期刊重要国际刊物重要国际刊物1979年起，AAAI定期出版：《AIMagazine》中国计算机学会推荐的人工智能国际学术刊物A类:AIIEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligenceJournalofMachineLearningResearch国内重要会议1981年成立中国人工智能学会全国人工智能学术年会（CAAI）。1990年首次召开中国人工智能联合会议（CJCAI）。一、什么是人工智能？二、人工智能的历史三、人工智能的不同研究流派四、人工智能的主要研究领域及其发展五、人工智能与其它领域的交叉一、什么是人工智能？1、智能智能人类在认识和改造世界的活动中，由脑力劳动表现出来的能力。包括感知、理解、抽象、分析、推理、判断、学习和对变化环境的适应等等疑问：仅限于人？一般动物没有吗？为什么说猩猩一类动物比一般动物智力高？若只限于人，那么机器就更不能谈什么智能了，也就无人工智能可言了！所以，智能本身现在无法下精确的定义。1、智能基于计算机的智能如果一种行为或一系列行为能完成人类所做到的事，就说它是智能的。2、人工智能人工智能又称为智能模拟，用计算机模拟人脑的智能行为。包括感知、学习、推理、对策、决策、预测、直觉、联想。Nilson(Stanford):AI是关于知识的科学，即怎样获取、表示和使用知识的科学Feigenbaum(Stanford):AI是知识信息处理系统Winston(MIT):AI就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的富有智能的工作Itisthescienceandengineeringofmakingintelligentmachines,especiallyintelligentcomputerprograms.Itisrelatedtothesimilartaskofusingcomputerstounderstandhumanintelligence,butAIdoesnothavetoconfineitselftomethodsthatarebiologicallyobservable.--McCarthy人工智能既包含理论研究的内容又包含工程方面的内容.人工智能的研究注意智能系统的效果而不是单纯的对人的智能行为的模拟.(人工智能研究的出发点与生物学家不同。生物学家研究智能行为是从脑的结构和神经细胞的组织入手。人工智能研究者主要从智能行为的过程与表现入手，重点放在智能行为的实际效果上。)3、人工智能的研究目标根本目标要求计算机不仅能模拟而且可以延伸、扩展人的智能,达到甚至超过人类智能的水平。附：关于智能本质的争论VonNeumann：计算机决不会有智能。Turing：计算机是能达到人的智力水平的。McCarthy：人工智能的所有主要问题都是难解的。Minsky：人工智能是有史以来最难的科学之一;思维的社会无统一的知识表示和理论基础。Brooks：无需表示、无需推理的智能。反对派的核心观点：计算机只能解决形式化的问题，而客观世界的问题则是非形式化的，是变化无穷的。近期目标使现有的计算机不仅能做一般的数值计算及非数值信息的数据处理，而且能运用知识处理问题，能模拟人类的部分智能行为。作为工程技术学科，人工智能的目标是提出建造人工智能系统的新技术、新方法和新理论，并在此基础上研制出具有智能行为的计算机系统。作为理论研究学科，人工智能的目标是提出能够描述和解释智能行为的概念与理论，为建立人工智能系统提供理论依据。一、什么是人工智能？二、人工智能的历史三、人工智能的不同研究流派四、人工智能的主要研究领域及其发展五、人工智能与其它领域的交叉二、人工智能的历史AIisnearlyasoldascomputing人工智能的历史Aristotle（公元前384-322）：古希腊伟大的哲学家、思想家，著名学者Plato的学生。主要贡献:为形式逻辑奠定了基础。三段论FamoussyllogismofAristotle:EverymanismortalSocratesisamanDeduction:Socratesismortal演绎推理特点：一般→特殊;前提真，结论一定真Bacon（1561-1626），英国哲学家和自然科学家。主要贡献：系统地提出了归纳法。强调了知识的作用：“知识就是力量”。SocratesisamanSocratesismortalInduction:EverymanismortalEverymortalisamanNomanbutSocratesismortalEtc.归纳推理的特点：特殊→一般;前提真，结论不一定真。Leibniz(1646-1716)德国数学家和哲学家同Newton并列为微积分的发明者。改进了Pascal的加法计算器，做出了能进行四则运算的手摇计算器，在计算工具的历史上占有一席位置。对AI的主要贡献：提出的数理逻辑的思想，把形式逻辑符号化，从而能对人的思维进行运算和推理。Leibnitz提出的计划是：建立一种通用的符号语言，以及一种在此符号语言上进行推理的演算。Leibnitz之梦：有一天所有的知识，包括精神和无形的真理，能够通过通用的代数演算放入一个单一的演绎系统。此梦的初步实现归功于Boole。GeorgeBoole（1815-1864）英国数学家、逻辑学家主要贡献：初步实现了Leibnitz关于思维符号化和数学化的思想；提出了一种崭新的代数系统，被后世称为布尔代数。凡传统逻辑（命题逻辑）能处理的问题，布尔代数都能处理，而某些能用布尔代数处理的问题，用传统逻辑处理却极其困难。Frege（1848-1925）德国数理逻辑学家，主要贡献：建立了谓词逻辑系统。出版了《概念演算》、《算术的基本法则》等名著。Godel（1906-1978）美籍奥地利数理逻辑学家主要贡献：研究数理逻辑中一些带有根本性的问题，即形式系统的完备性和可判定性问题。1930年证明了一阶谓词演算的完备性定理1931年证明了：第一条不完备性定理--任何包含初等数论的形式系统，如果它是协调的，那么一定是不完备的。第二条不完备性定理是：如果这种形式系统是协调的，那么这种协调性一定不能在本系统中得到证明。Godel的这两条定理彻底摧毁了Hilbert的建立无矛盾数学体系的纲领，对人工智能研究的意义在于，指出了把人的思维形式化和机械化的某种极限，在理论上证明了有些事情是做不到的。A·M·Turing（图灵）（1912-1954）英国天才数学家主要贡献：1936年提出一种理想计算机的数学模型，后世称之为图灵机。现已公认，所有可计算函数都能用图灵机计算--为电子计算机出现建立了理论根据。在二次大战期间为盟军设计破译密码的机器，为盟军的最后胜利立下了汗马功劳。1950年，在《ComputingMachineryandIntelligence》一文中提出了著名的“TuringTest”如果机器能成功的伪装成人欺骗观察者,就认为它具有了智能。TuringTest的重要意义：使实验研究智能行为成为可能1980,美国哲学家Johnsearle在其论文《心、大脑与程序》中提出ChineseRoomExperiment第一阶段：50年代人工智能的兴起和冷落电子计算机的诞生——人工智能的物质基础。Mauchly