1.4-人工智能的应用领域

1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能1.3人工智能的主要方法人工智能丁世飞1第一章绪论1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域1.2人工智能的诞生与发展1.1人工智能的定义1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能1.3人工智能的主要方法人工智能丁世飞2ParentdisciplinesofAIPhilosophy&Cog.Sc.Maths.PsychologyComputerScienceArtificialIntelligenceReasoning,Learning,Planning,Perception,Knowledgeacquisition,IntelligenceSearch,Uncertaintymanagement,othersLanguage/ImageUnderstandingTheoremProvingGamePlayingRobotics&NavigationSubjectscoveredunderAIApplicationareasofAI1.4人工智能的应用领域1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞31.博弈2.自动定理证明3.专家系统4.自然语言理解5.机器视觉6.自动程序设计7.机器人学8.机器学习9.人工神经网络10.智能决策支持系统11.智能检索12.分布式人工智能与Agent13.数据挖掘与知识发现14.系统与语言工具人工智能研究的主要内容1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞41.博弈(GamePlaying)•诸如下棋、打牌、战争等一类竞争性的智能活动称为博弈。到目前为止，AI对博弈的研究多以下棋为对象，但其目的并不是为了让计算机与人下棋，而主要是为了给人工智能研究提供一个试验场地，对AI的有关技术进行检验，从而也促进这些技术的发展。•著名的老一辈AI学者像Simon、Newell、Shaw等都深入研究过下棋程序，不少AI问题求解技术，如状态空间搜索方法，也来源于下棋程序的研究。按AI术语，棋盘的棋子布局称为一个状态，所有可能的状态构成状态空间。显然状态空间是很大的，需有效的搜索方法去从中搜索解答。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞5国际象棋人机对抗史•1966年下棋程序只达到C级专业棋手水平，到1982年已可达大师级。•1985年美国的一个称为Hitech的下棋程序，基于VLSI并行结构硬件，可达特级大师水平。•1988年由CMU的两个学生设计的“DeepThought”，在美国的一次锦标赛中胜击败丹麦特级大师拉尔森。•1997年由IBM公司研制的超级计算机“DeeperBlue”，在与国际象棋冠军卡斯帕罗夫的六盘对弈中，取得2胜3平1负的战绩，卡斯帕罗夫要求重赛，但没有得到回应。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞6国际象棋人机对抗史（续）•2003年1至2月由两位以色列电脑专家研究出的“DeepJunior”与卡斯帕罗夫举行人机大战，双方3比3战平,也使人与电脑程序究竟谁更厉害的争论暂时不能得出最后结论。•在2004年6月举行的中国首届国际象棋“人机对话”中，棋后诸宸在与“紫光之星”的两次对局中，都因超时被判负。•这些人机大战表明：可以通过人脑与电脑协同工作,以人-机结合的模式,为解决复杂系统问题寻找解决方案。鉴于下棋需要高级的智能，计算机下棋程序的进展可视为人工智能研究的重大成就。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞7电脑围棋•中山大学的陈志行教授所设计的“手谈”在多次国际电脑围棋赛取得冠军。•山东科技大学张连蓬教授也从事电脑围棋方面的研究，曾取得国际第7和国内第3的好成绩。•但在围棋方面取得的成绩非常有限，学者们20多年的辛勤研究、应昌期先生百万美元的悬赏及十多年的国际电脑围棋赛，所得的成果—电脑围棋只能达到业余初级的水平，业余初段可以让它7～8个子。•为什么电脑围棋和电脑国际象棋的水平存在如此大的区别呢？这种现象只能说明，要么是目前在电脑围棋程序采用的人工智能技术太少，要么是人工智能技术在围棋面前还是十分的幼稚与苍白。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞8围棋和国际象棋的比较国际象棋围棋步数方面每盘棋的走步大约是20～40步，每步的合法走法也在32～38之间每盘棋的走步大约是250～300步，布局和中盘时每步的合法走法也200以上整体与局部的关系如果忽略将丢失重要棋子的走步，国际象棋可以剪掉大量的分支，并且使得战术大为简化存在局部与整体之间的复杂关系，在每个局部都走出合理的走法，并不能导致最后的胜利评价函数以国王为主，胜负全集中在国王身上，这导致了很多算法上的简化，特别是导致了评价函数的简化而围棋没有一个中心，各个子功能相同，子子平等，处处平等，没有一个简单而又精确的评价函数状态空间1012010700可选状态数从多到少从少到多1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞92.自动定理证明•利用计算机进行ATP是AI研究中的一个重要方向，在发展AI方法上起过重大的作用。很多非数学领域的任务，都可以转化为一个定理证明问题。•目前，自动定理证明的常用方法有3大类：–自然演绎法：其基本思想是依据推理规则，从前提和公理中可以推出许多定理，如果待证明的定理恰好在其中，则定理得证。–判定法：即对一类特定的问题找出统一的、可在计算机上实现的算法解。如吴文俊的“吴方法”。–定理证明器：是研究一切可判定问题的证明方法。它的基础是1965年Robinson提出的归结原理。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞103.专家系统(ExpertSystems)•专家系统是一个计算机智能软件系统，它运用特定领域的专门知识，通过推理来模拟解决通常由人类专家才能解决的各种复杂、具体的问题，其解决问题的能力达到与领域专家同等水平。•专家系统的研究起源于前述的DENDRAL系统，它和后来研制的MYCIN系统一起推动了专家系统技术的大发展。进入20世纪80年代后期，专家系统加快了其实用化步伐。•例如据1988年美国的一份统计资料讲：1987年得到实用的专家系统为50个，而1988年则达1400个，至于声称在研制开发中的专家系统就更多了。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞11•目前，专家系统已广泛用于工业、农业、医疗、地质、气象、交通、军事、教育、空间技术、信息管理等各方面，大大提高了工作效率和工作质量，创造了可观的经济效益和积极的社会效益。•今后专家系统研究的重点课题是：如何克服专家系统的脆弱性，提高鲁棒性，浅层知识与深层知识推理的结合，多专家系统协作求解，自动知识获取等。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞124.自然语言理解•如果能让计算机“听懂”、“看懂”人类自身的语言(如汉语、英语、法语等)，那将使更多的人可以使用计算机，大大提高计算机的利用率。自然语言理解就是研究如何让计算机理解人类自然语言的一个研究领域。•自然语言理解是指机器能够执行人类所期望的以下语言功能：–回答有关提问(question-answering)；–摘要生成和文本释义(Summarizingandparaphrase)；–翻译(translation)。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞135.机器视觉•计算机视觉的任务是理解一个图象，即利用象素(pixels)所描绘的景物。涉及到图片处理、图象处理、模式识别、景物分析、图象解释、光学信息处理、视频信号处理以及图象理解等领域。•计算机视觉的研究开始于20世纪50年代，并在60年代开展了3维视觉的研究。如Minsky和McCarthy的hand-eye项目。•代表性成果：CMU的Navlab实验室的自动车。它能实现自动的户外导航，通过电子和液压机制开动车辆并转弯，具有彩色立体的视觉能力，能识别道路上的障碍物，并能避开障碍物行驶。配备的计算机系统由4台SUN工作站和一台Warp超级机组成。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞146.自动程序设计•编制和调试一个复杂的计算机程序是件费事的烦琐工作。自动程序设计就是一种让计算机把用高级形式语言或自然语言描述的程序，自动转换成可执行程序的技术，旨在实现程序设计过程中的自动化。•自动程序设计以下两个方面：–Programsynthesis(程序综合)，用于实现自动编程，即用户只需告诉计算机“做什么”，无须说明“怎么做”，计算机就可自动实现程序的设计。–Programverification(程序验证)，是要研究出一套理论和方法，通过这套理论和方法就可以证明程序的正确性。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞157.机器人学•机器人是一种能自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务”。机器人学则是在社会对机器人的需求和机器人技术的迅速发展的基础上，形成的一个多学科高度交叉的前沿学科。•目前研制出来的机器人一般是针对具体领域的，如工业机器人、水下机器人、宇宙机器人、智能机器人等，特别应用在一些环境比较危险、人们难以胜任的工作场合。•山东科技大学苏学成教授等研制的“喷浆机器人”，获国家科技进步二等奖。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞16机器人学涉及的主要研究技术•机器人学涉及的主要研究技术：(1)研究视觉、听觉、触觉等感知器，尤其是研究空间识别问题；(2)研制用精密机械元件做成的手、脚等肢体与计算机之间的结合方式；(3)研究机器人从三维空间搜集信息的处理方式；(4)研究识别外界环境的能力；(5)研究机器人判断机理的工程化方法及相应软件。•机器人学的出现和发展为人工智能的发展带来了新的生机，产生了新的推动力。•国际机器人世界杯足球赛。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智能的应用领域第一章绪论人工智能人工智能丁世飞178.机器学习•机器学习就是让计算机能够像人那样自动获取新知识，并在实践中不断地完善自我和增强能力，使得系统在下一次执行同样任务或类似的任务时，会比现在做得更好或效率更高。•机器学习的研究一方面可以使机器能自动获取知识，赋予机器更多的智能；另一方面可以进一步揭示人类思维规律和学习奥秘，帮助人们提高学习效率。机器学习的研究还会对记忆存储模式、信息输入方式及计算机体系结构产生重大影响。•机器学习主要有机械学习、归纳学习、类比学习、解释学习、发现学习、遗传学习和连接学习等。1.1人工智能的定义1.2人工智能的诞生及发展1.3人工智能的主要方法1.4人工智