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人工智能•课程名称：人工智能•学时：12×3＝36•授课对象:硕士研究生•学习方法：授课与自学相结合•考核：平时50%考查50%•平时作业：Email或磁盘上交电子文档•联系Email：syzheng@263.net•联系人：郑顺义人工智能•课程的特点：理论性、抽象性比较强•参考书：•人工智能原理朱福喜等武汉大学出版社2002年•人工智能原理与应用张仰森高等教育出版社2004年•人工智能教程王士同电子工业出版社2001年•人工智能原理与应用王文杰等人民邮电出版社2004年•。。。。。。第一章概述•1.1什么是人工智能？人类的自然智能伴随着人类活动无时不在、无处不在。人类的许多活动，如解题、下棋、猜谜、写作、编制计划和编程，甚至驾车骑车等，都需要智能。如果机器能够完成这些任务的一部分，那么就可以认为机器已经具有某种程度的“人工智能”。什么是人工智能？•从思维基础上讲，它是人们长期以来探索研制能够进行计算、推理和其它思维活动的智能机器的必然结果；从理论基础上讲，它是信息论、控制论、系统工程论、计算机科学、心理学、神经学、认知科学、数学和哲学等多学科相互渗透的结果；从物质和技术基础上讲，它是电子计算机和电子技术得到广泛应用的结果。什么是人工智能？•什么是人的智能?什么是人工智能?人的智能与人工智能有什么区别和联系?我们首先看看什么是信息。信息与物质及能量构成整个宇宙。•为了了解人工智能，先熟悉一下与它有关的一些概念，这些概念涉及到信息、认识、知识、智力、智能。不难看出，这些概念在逐步贴近人工智能。什么是人工智能？•我们首先看看什么是信息。信息与物质及能量构成整个宇宙。•人们不能直接认识物质和能量，而是通过物质和能量的信息来认识它们。•人的认识过程为：信息经过感觉输入到神经系统，再经过大脑思维变为认识。什么是人工智能？•认识就是用符号去整理研究对象，并确定其联系。由认识可以继续探讨什么是知识、什么是智力。•知识是用人们对于可重复信息之间的联系的认识，知识也就是被认识了的信息和信息之间的联系，它是信息经过加工整理、解释、挑选和改造而形成的。什么是人工智能？关于智力，科学家们有不同的定义：•Wisterw:智力是个体对生活中新问题和新条件的心理上的一般适应能力。•Terman:智力是抽象思维的能力。•Buckinghan:智力是学习的能力。什么是人工智能？•Storddard:智力是从事艰难、复杂、抽象、敏捷和创造性地活动以及集中能力和保持情绪稳定的能力。•Piaget:智力的本质就是适应，使个体与环境取得平衡。•Guilford:智力是对信息进行处理的能力。什么是人工智能？•总而言之,智力看作个体的各种认识能力的综合，特别强调解决新问题的能力，抽象思维、学习能力、对环境适应能力。•有了知识和智力的定义后，一般将智能定义为：智能=知识集+智力。所以智能主要指运用知识解决问题的能力,推理、学习和联想是智能的重要因素。什么是人工智能？•至于人工智能，其英文是ArtificialIntelligence，简称AI。字面上的意义是智能的人工制品。它是研究如何将人的智能转化为机器智能，或者是用机器来模拟或实现人的智能。什么是人工智能？•几位著名的人工智能方面的科学家分别在不同的年代对人工智能给出的定义：•1981年A.Barr和Feiganbum.E“人工智能是计算机科学的一个分支，它关心的是设计智能计算机系统，该系统具有我们通常与人的行为相联系的智能特征，如了解语言、学习、推理、问题求解等等”。什么是人工智能？•1983年ElaineRich“人工智能是研究怎样让电脑模拟人脑从事推理、规划、设计、思考、学习等思维活动，解决至今认为需要由专家才能处理的复杂问题。”•1987年MichaelR.Genesereth和NilsJ.Nilsson“人工智能是研究智能行为的科学。人工智能有两个分支，一个为科学人工智能,一个为工程人工智能。”什么是人工智能？•Michael和Nilsson关于人工智能的定义引出了科学人工智能和工程人工智能的概念。•科学人工智能的目的是发展概念和词汇，以帮助我们了解人和其他动物的智能行为。什么是人工智能？•工程人工智能研究的是建立智能机器的概念、理论和实践。例如：u专家系统：在专门的领域（医疗、探矿、财务等领域）内的咨询服务系统。u自然语言处理：在有限范围内的问题回答系统。u程序验证系统：通过定理证明途径验证程序的正确性。u智能机器人：人工智能研究计算机视觉和智能机。什么是人工智能？•人工智能似乎还有一个比较模糊的定义，那就是“如果某个问题在计算机上没有解决，那么这个问题就是人工智能问题”，因为一旦解决了的某个问题，也就有了解决这个问题的模型或算法，因而也就划分到某个学科或某个学科的分支去了。因此，从某种意义上讲，人工智能永远是一个深奥而永无止境的追求目标。1.2AI的产生及主要学派•AI的起源可以追溯到丘奇（Church）、图灵（Turing）和其他一些学者关于计算本质的思想萌芽。早在20世纪30年代，他们就开始探索形式推理概念与即将发明的计算机之间的联系，建立起了关于计算和符号处理的理论。AI的产生及主要学派•早在计算机产生之前，丘奇和图灵就已发现，数值计算并不是计算的主要方面，被称为“人工智能之父”的图灵，不仅仅创造了一个简单的非数字计算模型，而且直接证明了计算机可能以某种智能的方式进行工作，这就是人工智能的思想的萌芽。AI的产生及主要学派•人工智能作为一门学科而出现的突出标志是：1956年夏，在美国达特茅斯（Dartmouth）大学由当时美国年轻的数学家John-McCarthy和他的朋友明斯基（Minsky）、纽维尔（Newell）、西蒙（Simon）、香侬（Shannon）、塞缪尔（Saumel）、莫尔（More）等数学、心理学、神经学、信息论、计算机科学方面的学者，举办了一个长达2个月的研讨会。AI的产生及主要学派•McCarthy提出了“ArtificialIntelligence”一词，尔后AllenNewell和H.A.Simon提出了物理符号系统假设，从而创建了AI这一学科。主张系统符号假设的学派形成了AI研究的主要学派，即符号主义学派。AI的产生及主要学派•人工智能的主要有以下三个学派。1．符号主义（Symbolicism）学派符号主义又称为逻辑主义（Logicis）、心理学派（Psychlogism）或计算机学派（Computerism）。该学派认为人工智能源于数理逻辑。数理逻辑在19世纪获得迅速发展，到20世纪30年代开始用于描述智能行为。计算机产生以后，又在计算机上实现了逻辑演绎系统，其代表的成果为启发式程序LT（逻辑理论家），人们使用它证明了38个数学定理，从而表明了人类可利用计算机模拟人类的智能活动。AI的产生及主要学派•符号主义将符号系统定义为如下三部分组成：u一组符号：对应于客观世界的某些物理模型。u一组结构：它是由以某种方式相关联的符号的实例所构成。u一组过程：它作用于符号结构上而产生另一些符号结构，这些作用包括：创建、修改、消除等。AI的产生及主要学派•一个物理符号系统就是能够逐步生成一组符号的产生器。•在物理符号的假设下，符号主义认为，人的认知是符号，人的认知过程是符号操作过程。人就是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，因此，我们就能够用计算机来模拟人的智能行为，即用计算机的符号操作来模拟人的认知过程。这实质就是认为，人的思维是可操作的。AI的产生及主要学派•AI的核心问题是知识表示、知识推理和知识运用。知识可用符号表示，也可用符号进行推理。符号主义就是在这种假设之下，建立起基于知识的人类智能和机器智能的核心理论体系。•至今符号主义仍是AI的主流派。AI的产生及主要学派•2．联结主义（Connetionism）学派•联结主义又称仿生学派（Bionicsism）或生理学派（Physiogism），是基于生物进化论的AI学派，其主要理论基础为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法。联结主义认为AI源于仿生学，特别是对人脑模型的研究，认为人的思维基元是神经元，而不是符号处理过程，人脑不同于电脑，并提出联结主义的大脑工作模式，用于否定基于符号操作的电脑工作模式。AI的产生及主要学派•如果说符号主义是从宏观上模拟人的思维过程的话，那么联结主义则试图从微观上解决人类的认知功能，以探索认知过程的微观结构。联结主义从人脑模式出发，建议在网络层次上模拟人的认知过程。所以，联结主义本质上是用人脑的并行分布处理模式来表现认知过程。AI的产生及主要学派•人工神经网络ANN（ArtificialNeuralNetwork）研究的兴起，作为模拟人的智能和形象思维能力的一条重要途径，对AI研究工作者有着极大的吸引力。近年来，由于出现了一些新型的ANN模型和一些强有力的学习算法，联结主义具有代表性的工作有：uHopfield教授在82和84的两篇论文中提出用硬件模拟神经网络；uRumthart教授在86年提出多层网络中的反向传播（BP）算法。AI的产生及主要学派•3．行为主义（Actionism）学派行为主义又称为进化主义（Evolutionism）或控制论学派（Cyberneticsism），其原理为控制论及“感知——动作”型控制系统。行为主义提出了智能行为的“感知——动作”模式，认为：u智能取决于感知和行动；u人工智能可以像人类智能一样逐步进化（所以称为进化主义）；u智能行为只能在现实世界中与周围环境交互作用而表现出来。AI的产生及主要学派•行为主义的理论基础是控制论，它把神经系统的工作原理与信息论联系起来，着重研究模拟人在控制过程中的智能行为和作用，如自寻优、自适应、自校正、自镇定、自学习和自组织等控制论系统，并进行控制论动物的研究。AI的产生及主要学派•这一学派的代表首推美国AI专家Brooks。在1991年8月在悉尼召开的12届国际人工智能联合会议上，Brooks作为大会“计算机与思维”奖的得主，以他在MIT多年进行人造动物机器的研究与实践和他所提出的“假设计算机体系结构”研究为基础，发表了“没有推理的智能”一文，对传统的AI提出了批评和挑战。AI的产生及主要学派•Brooks的行为主义学派否定智能行为来源于逻辑推理及其启发式的思想，认为对AI的研究不应把精力放在知识表示和编制推理规则上，而应着重研究在复杂环境下对行为的控制。这种思想对AI主流派传统的符号主义思想是一次冲击和挑战。行为主义学派的代表作首推Brooks等人研制的六足行走机器人，它是一个基于“感知——动作”模式的模拟昆虫行为的控制系统。1.3人工智能、专家系统和知识工程•在上个世纪六十年代,人工智能的研究者试图通过找到通用问题求解方法来模拟复杂的思维过程，最典型的例子是当时开发的GPS(GeneralProblemSolver)。然而，这种策略虽取得了一些进展，但没有多大突破。人们发现单个程序能处理的问题越多，它处理一般具体问题的能力就越差。人工智能、专家系统和知识工程•既然开发通用问题求解程序太难,他们就把研究重心转移到开发一系列较特殊的程序。因此，在七十年代，他们致力于问题表示技术——如何将问题求解形式化，使之易于求解；搜索技术——如何有效地控制解的搜索过程，使之不要浪费太多的时间和空间。使用这两种技术虽也取得了一定的进展,但仍未有所突破。人工智能、专家系统和知识工程•直到七十年代后期，人工智能工作者们才认识到:一个程序求解问题的能力来自它所具有的知识，而不仅仅是它所采用的形式化方法和推理策略。这个概念上的突破可以简单的叙述为:•要使一个程序具有智能，就要给它提供许多关于某一问题域特定的知识。人工智能、专家系统和知识工程•这一认识导致了特定问题求解的计算机程序的发展，这类程序就是人们所熟悉的专家系统。•一般认为，专家系统是一个智能程序，它能对那些需要专家知识才能解决的应用问题提供具有专家水平的解答人工智能、专家系统和知识工程•早期的专家系统通常用高级程序设计语言编写，尤其是LISP和PROLOG语言，常被选作