第一章人工智能概述

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2020/2/171第一章人工智能概述2020/2/17人工智能2第一章人工智能概述人工智能的概念人工智能的研究途径与方法人工智能的分支领域人工智能的基本技术人工智能的发展概况2020/2/17人工智能3第一章人工智能概述人工智能的概念人工智能的研究途径与方法人工智能的分支领域人工智能的基本技术人工智能的发展概况2020/2/17人工智能4人工智能的概念什么是人工智能为什么研究人工智能人工智能的目标人工智能的表现形式2020/2/17人工智能5什么是人工智能人工智能人工智能(ArtificialIntelligence)简称AI,主要研究如何用人工的方法和技术,使用各种自动化机器或智能机器(主要指计算机)模仿、延伸和扩展人的智能,实现某些机器思维或脑力劳动自动化。智能基于人脑的智能从内涵上讲,应该是知识+思维。从外延上讲,就是发现规律、运用规律的能力和分析问题、解决问题的能力(或者说获取知识、处理知识、运用知识的能力)。学科结构2020/2/17人工智能6学科结构常识性推理演绎、问题求解逻辑心理学知识的模型化和表示认识论心理学AI系统和语言系统程序设计计算机语言启发式搜索现代控制理论图论运筹学基本方法和技术近期主要应用领域近期主要应用领域信息处理心理学逻辑控制理论心理学语言学自然语言系统声学语音学机器视觉光学模式识别心理学图示学机器人工业自动化控制理论空间研究自动程序设计系统程序设计算法分析计算原理逻辑自动定理证明数学逻辑学教学、科学和工程辅助博弈管理科学有关学科符号操作图示学2020/2/17人工智能7为什么研究人工智能普通计算机智能低下,不能满足社会需求。研究人工智能也是当前信息化社会的迫切需求。智能化是自动化发展的必然趋势。研究人工智能,对人类自身智能的奥秘也提供有益帮助2020/2/17人工智能8人工智能的目标远期目标人工智能的远期目标是要制造智能机器。具体讲就是使计算机具有看听说写等感知和交互能力,具有联想学习推理理解学习等高级思维能力,还要有分析问题解决问题和发明创造的能力。近期目标人工智能的近期目标是实现机器智能。即先部分地或某种程度地实现机器智能,从而使现有的计算机更灵活好用和更聪明有用。2020/2/17人工智能9人工智能的表现形式智能软件智能设备智能网络智能计算机智能机器人Agent2020/2/17人工智能10第一章人工智能概述人工智能的概念人工智能的研究途径与方法人工智能的分支领域人工智能的基本技术人工智能的发展概况2020/2/17人工智能11人工智能的研究途径与方法结构模拟,神经计算功能模拟,符号推演行为模拟控制进化2020/2/17人工智能12结构模拟,神经计算结构模拟就是用人工神经元(神经细胞)组成的人工神经网络来作为信息和知识的载体,用所谓神经计算的方法实现学习联想识别和推理等功能,从而来模拟人脑的智能行为,使计算机表现出某种智能。采用结构模拟,用神经网络和神经计算的方法研究人工智能者,被称为生理学派、连接主义。2020/2/17人工智能13功能模拟,符号推演功能模拟法就是以人脑的心理模型,将问题或知识表示成某种逻辑网络,采用符号推演的方法,实现搜索、推理、学习等功能,从宏观上来模拟人脑的思维,实现机器智能。以功能模拟和符号推演研究人工智能者,被称为心理学派、逻辑学派、符号主义。2020/2/17人工智能14行为模拟,控制进化行为模拟是一种基于感知-行为模型的研究途径和方法,它是在模拟人在控制过程中的智能活动和行为特性,如自适应,自寻优、自学习、自组织等,来研究和实现人工智能。以行为模拟方法研究人工智能者,被称为行为主义、进化主义、控制论学派。2020/2/17人工智能15第一章人工智能概述人工智能的概念人工智能的研究途径与方法人工智能的分支领域人工智能的基本技术人工智能的发展概况2020/2/17人工智能16人工智能的分支领域基于脑功能模拟的领域划分基于研究途径与实现技术的领域划分基于应用领域的领域划分基于应用系统的领域划分基于计算机系统结构的领域划分基于实现工具与环境的领域划分基于体系结构的领域划分2020/2/17人工智能17基于脑功能模拟的领域划分机器感知机器联想机器推理机器学习机器理解机器行为2020/2/17人工智能18机器感知机器感知计算机象人一样通过“感觉器官”直接从外界获取信息。模式识别先将摄像机、送话器或其它传感器接受的外界信息转换为电信号序列,计算机再进一步对这个电信号序列进行各种预处理,从中抽出有意义的特征,得到输入信号的模式然后与机器中原有的各个标准模式进行比较,完成对输入信息的分类识别工作。2020/2/17人工智能19基于脑功能模拟的领域划分机器感知机器联想机器推理机器学习机器理解机器行为2020/2/17人工智能20机器联想人类联想人类的联想是建立事物之间的联系。人类的联想功能是基于神经网络、按内容记忆方式进行的。机器联想机器的联想就是有关数据、信息或知识之间的联系。机器联想利用人类按内容记忆原理,采用“联想存储”的技术实现联想功能。2020/2/17人工智能21基于脑功能模拟的领域划分机器感知机器联想机器推理机器学习机器理解机器行为2020/2/17人工智能22机器推理推理推理是从一些已知判断(前提)推出一个新判断(结论)的思维过程。机器推理机器推理主要包括形式逻辑中的演绎推理、归纳推理、类比推理和非逻辑的基于指令性规则的操作变换式的“推理”。机器推理的分类机器推理的形式机器推理包括串行推理(传统的机器推理)和并行推理(神经网络推理)。2020/2/17人工智能23基于脑功能模拟的领域划分机器感知机器联想机器推理机器学习机器理解机器行为2020/2/17人工智能24机器学习机器学习机器自己获取知识。包括①对人类已有知识的获取;②对客观规律的发现;③对自身行为的修正。按实现途径分类符号学习包括机械学习,指导学习,解释学习,类比学习,示例学习,发现学习连接学习神经网络学习发展方向将符号学习与连接学习二者结合起来。2020/2/17人工智能25基于脑功能模拟的领域划分机器感知机器联想机器推理机器学习机器理解机器行为2020/2/17人工智能26机器理解自然语言理解是计算机理解人类的语言。但由于人类语言的二义性,自然语言理解是一个困难的课题。图形理解是计算机识别的组成部分。主要是物景分析,目前主要是研究在复杂的背景中寻找目标以及室外物景分析。理解是感知的延伸,是对本质和意义的感知2020/2/17人工智能27基于脑功能模拟的领域划分机器感知机器联想机器推理机器学习机器理解机器行为2020/2/17人工智能28机器行为机器行为机器行为主要指机器人行动规划。是智能机器人的核心技术,规划功能的强弱反映了智能机器人的智能水平。机器人规划的基本任务在一个特定的工作区域中自动地生成从初始状态到目标状态的动作序列、运动路径和轨迹的控制程序。2020/2/17人工智能29基于研究途径与实现技术的领域划分符号智能就是以符号知识为基础,通过符号推理进行问题求解而实现的智能。研究主要内容是知识工程和符号处理技术。计算智能计算智能是以数据为基础,通过数值计算进行问题求解而实现的智能。研究主要内容包括人工神经网络、进化计算(包括遗传算法、遗传程序设计、进化规划、进化策略等)模糊技术及人工生命。2020/2/17人工智能30基于应用领域的领域划分难题求解自动定理证明自动程序设计自动翻译智能控制智能管理智能决策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI2020/2/17人工智能31难题求解难题没有算法解或或虽有算法解但在现有机器上无法实施或无法完成的问题。NPNondeterministicPolynomial,非确定性多项式。不能证明算法复杂度超出多项式边界,但又未找到有效算法的问题。NPC:NPComplete,NP中一类最困难的问题。研究意义a.找到解决难题的途径。b.由解决这些难题而发展起来得一些技术和方法可用于人工智能其它领域。2020/2/17人工智能32基于应用领域的领域划分难题求解自动定理证明自动程序设计自动翻译智能控制智能管理智能决策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI2020/2/17人工智能33自动定理证明自然演绎法依据推理规则,从前提和公理中推出许多定理,若待证明的定理恰在其中,则定理得证。判定法对一类问题找出统一的计算机上可实现的算法解。定理证明器研究一切可判定问题的解法。1965年鲁滨逊提出的消解原理是这类工作的基础,计算机辅助证明以计算机为辅助工具,利用机器的高速和大容量,帮助人完成手工证明中无法完成的大量计算、推理和穷举。2020/2/17人工智能34基于应用领域的领域划分难题求解自动定理证明自动程序设计自动翻译智能控制智能管理智能决策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI2020/2/17人工智能35自动程序设计自动程序设计自动程序设计就是人只要给出关于某程序要求的非常高级的描述,计算机就会自动生成一个能完成这个要求目标的具体程序。自动程序设计过程自动程序设计相当于给机器配置了一个“超级编译系统”,它能够对高级描述进行处理,通过规划过程,生成所需的程序。这是自动程序设计的主要内容,它实际是程序的自动综合。自动程序设计还包括程序自动验证。2020/2/17人工智能36基于应用领域的领域划分难题求解自动定理证明自动程序设计自动翻译智能控制智能管理智能决策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI2020/2/17人工智能37自动翻译自动翻译即是机器翻译,用计算机作为两种语言之间的翻译。由于自然语言理解方面的困难,所以到目前为止自动翻译问题还没有完全解决。2020/2/17人工智能38基于应用领域的领域划分难题求解自动定理证明自动程序设计自动翻译智能控制智能管理智能决策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI2020/2/17人工智能39智能控制产生1965年,傅京孙(KS.Fu)提出,1987年正式作为一门独立的学科。特点智能控制中的智能先验智能;反应性智能;优化智能;组织与协调智能。智能控制开发途径基于专家系统的专家智能控制;基于模糊推理和计算的模糊控制:基于人工神经网络的神经网络控制;综合以上三种方法的综合型智能控制。2020/2/17人工智能40基于应用领域的领域划分难题求解自动定理证明自动程序设计自动翻译智能控制智能管理智能决策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI2020/2/17人工智能41智能管理智能管理是人工智能与管理科学、系统工程、计算机技术及通信技术等多学科、多技术相结合、互相渗透而产生的一门新技术、新学科。它研究如何提高计算机管理系统的智能水平以及智能管理系统的设计理论、方法与实现技术。2020/2/17人工智能42基于应用领域的领域划分难题求解自动定理证明自动程序设计自动翻译智能控制智能管理智能决策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI2020/2/17人工智能43智能决策智能决策支持系统将人工智能技术引入决策过程,建立决策支持系统,充分发挥传统决策支持系统中数值分析的优势,也充分发挥专家系统中知识给知识处理的特长。智能决策支持系统构成智能决策支持系统是在传统决策支持系统的基础上加上相应的智能部件构成的。包括模型库、方法库、数据库、知识库四部分构成。2020/2/17人工智能44基于应用领域的领域划分难题求解自动定理证明自动程序设计自动翻译智能控制智能管理智能决策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI2020/2/17人工智能45智能通信智能通信就是在通信系统的各个层次和环节上实现智能化,使网络运行在最佳状态,使网络具有自适应、自组织、自学习、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