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2012-02-26史忠植高级人工智能1高级人工智能第一章绪论史忠植中国科学院计算技术研究所2012-02-26史忠植高级人工智能2第一章绪论1.1人工智能的发展概况1.2人工智能的认知问题1.3思维的层次模型1.4符号智能1.5人工智能的研究方法1.6自动推理1.7机器学习1.8分布式人工智能1.9智能系统2012-02-26史忠植高级人工智能3Computer:HighperformanceLowintelligenceCitefrom《ScientificAmerican》，2005（3）重大挑战2012-02-26史忠植高级人工智能4智能机器5thcB.C.Aristotelianlogicinvented1642Pascalbuiltanaddingmachine1694Leibnitzreckoningmachine2012-02-26史忠植高级人工智能5智能机器1834CharlesBabbage’sAnalyticalEngineAdawritesoftheengine,“TheAnalyticalEnginehasnopretensionswhatevertooriginateanything.Itcandowhateverweknowhowtoorderittoperform.”Thepictureisofamodelbuiltinthelate1800sbyBabbage’ssonfromBabbage’sdrawings.2012-02-26史忠植高级人工智能6布尔逻辑1848GeorgeBooleTheCalculusofLogicchocolatenutsmintchocolateand¬nutsandmint2012-02-26史忠植高级人工智能720世纪初的数学基础•1900Hilbert’sprogramandtheefforttoformalizemathematics•1931KurtGödel’spaper,OnFormallyUndecidablePropositions•1936AlanTuring’spaper,OnComputableNumberswithanapplicationtotheEntscheidungsproblem2012-02-26史忠植高级人工智能8图灵测试TheTuringTest•1950:AlanTuring的文章“ComputingMachineryandIntelligence.”Mind,Vol.59,No.236,pp.433-460提出图灵测试2012-02-26史忠植高级人工智能9人工智能的诞生1956:世界上第一次正式的AI会议–美国的DartmouthCollege，为期2月–JohnMcCarthy正式提出“ArtificialIntelligence”这一术语–著名参加者：J.McCarthy、C.Shannon、M.Minsky、N.Wiener、W.McCulloch、S.Papert2012-02-26史忠植高级人工智能10人工智能的发展•1958:Newell和Simon的四个预测–十年内，计算机将成为世界象棋冠军–十年内，计算机将发现或证明有意义的数学定理–十年内，计算机将能谱写优美的乐曲–十年内，计算机将能实现大多数的心理学理论•1959:FrankRosenblatt提出感知器模型（PerceptronModel)•1959:MITAILab正式成立（Minsky和McCarthy）2012-02-26史忠植高级人工智能11人工智能的发展专家系统时期•1962:McCarthy调到Stanford,1963年创建StanfordAILab•1963:M.RossQuillian开创语义网络（SemanticNets)•1965:Feigenbaum掌管StanfordAILab;Noftsker掌管MITAILab•1965:MIT的JosephWeizenbaum研制出ELIZA–用英语进行交互–回答任何问题•1965-83:Feigenbaum和Lederberg启动DENDRAL工程•1966:ALPAC的负面报告造成美国政府取消对机器翻译的资助•1969:Minsky和Papert的感知机报告造成美国政府取消对神经网络研究的资助。–结论：有限阶感知机仅能识别出Euler数，不能识别其他的拓扑不变性•1969:SRI研制出机器人Shakey–具有运动、感知和问题求解能力2012-02-26史忠植高级人工智能12人工智能的发展自然语言处理•1970:Stanford的TerryWinograd等研制出（ETAOIN）SHRDLU–接受自然语言命令–操作积木块•1970:Colmerauer研制出PROLOG语言的解释系统–不久，爱丁堡大学的Warren实现了编译系统•1972:DARPA取消Stanford大学机器人研究(Shakey)的资助。•1972:Mycin工程启动•1973:JamesLighthill爵士的负面报告使得英国政府取消对AI研究的资助–“人工智能研究是不成功的，不值得政府资助。”–英政府接受了此报告的观点。从那时起至今，英国AI研究一蹶不振。•1976:DARPA取消对语音识别研究的资助•1976:Greenblatt研制出第一台LISP机CONS2012-02-26史忠植高级人工智能13人工智能的发展•1976:DougLenat的数学积分系统AM(AutomatedMathematician)•1977:SRI启动PROSPECTOR工程–帮助地质专家探测和解释矿物–1978年发现钼矿脉(molybdenumvein)•1977:EdwardFeigenbaum正式提出知识工程作为一门学科–在1977年IJCAI会议上•1979:Stanford研制出第一台计算机控制的汽车（StanfordCart）•1980:第一届美国AI协会会议（AAAI）在Stanford召开。•1980:JohnMcDermott的XCON专家系统–用于配置VAX机器系统2012-02-26史忠植高级人工智能14人工智能的发展知识工程时期•1981:日本政府宣布日本五代机（first-generationcomputer）计划（即智能计算机）•1982:JohnHopfield掀起神经网络的研究•1983:MCC（MicroelectronicsandComputerTechnologyCorporation）成立（BobbyInman任主任）•1984:DougLenat在BobbyRayInman的劝说下在MCC开始Cyc的研究•1986:ThinkingMachinesInc研制联结机器(ConnectionMachine)•1987:LISP机器市场开始暗淡•1988:386芯片使得PC机速度可以与LISP机器媲美2012-02-26史忠植高级人工智能15人工智能的发展分布智能和机器学习•1992:日本政府宣布五代机计划失败。随后启动RWC计划（RealWorldComputingProject）•1993:Shoham提出AOP,Agent-OrientedProgramming•1995:Vapnik提出SVM•1996:中科院计算所多主体系统MAPE•1996:DARPA启动HPKB计划–军事上的“GrandChallenge”问题分析和求解•1997:IBM深蓝II(DeepBlue)击败GarryKasparov•2000:中科院计算所多主体环境MAGE,知识发现系统MSMiner2012-02-26史忠植高级人工智能16人工智能的发展智能科学,SandraBlakeslee.OnIntelligence.TimesBooks,HenryHoltandCompany,NewYork,20042012-02-26史忠植高级人工智能17人工智能的基础•认知科学•脑科学•逻辑2012-02-26史忠植高级人工智能18认知科学认知科学研究是“国际人类前沿科学计划”的重点。认知科学及其信息处理方面的研究被列为整个计划的三大部分之一(其余两部分是“物质和能量的转换”、“支撑技术”)；“知觉和认知”、“运动和行为”、“记忆和学习”和“语言和思考”被列为人类前沿科学的12大焦点问题中的4个。近年来，美国和欧共体分别推出“脑的十年”计划和“EC脑的十年计划”。日本则推出雄心勃勃的“脑科学时代”计划，总预算高达200亿美元。在“脑科学时代”计划中，脑的认知功能及其信息处理的研究是重中之重。2012-02-26史忠植高级人工智能19认知认知是和情感、动机、意志等相对的理智或认识过程。美国心理学家Houston等人将对“认知”的看法归纳为如下五种主要类型：(1)认知是信息的处理过程；(2)认知是心理上的符号运算；(3)认知是问题求解；(4)认知是思维；(5)认知是一组相关的活动，如知觉、记忆、思维、判断、推理、问题求解、学习、想象、概念形成、语言使用等。2012-02-26史忠植高级人工智能20认知认知心理学家Dodd等则认为，认知应包括三个方面，即适应结构过程。也就是说，认知是为了一定的目的，在一定的心理结构中进行的信息加工过程。2012-02-26史忠植高级人工智能21认知科学认知科学探索人类的智力如何由物质产生和人脑信息处理的过程。具体地说，认知科学是研究人类的认知和智力的本质和规律的前沿科学。认知科学研究的范围包括知觉、注意、记忆、动作、语言、推理、思考、意识乃至情感动机在内的各个层面的认知活动。2012-02-26史忠植高级人工智能22认知科学认知科学是研究人类感知和思维信息处理过程的科学,包括从感觉的输入到复杂问题求解,从人类个体到人类社会的智能活动,以及人类智能和机器智能的性质。认知科学是现代心理学、信息科学、神经科学、数学、科学语言学、人类学乃至自然哲学等学科交叉发展的结果。它是人工智能重要的理论基础。2012-02-26史忠植高级人工智能23人工智能的五个基本问题(1)知识与概念化是否是人工智能的核心？(2)认知能力能否与载体分开来研究？(3)认知的轨迹是否可用类自然语言来描述？(4)学习能力能否与认知分开来研究？(5)所有的认知是否有一种统一的结构？2012-02-26史忠植高级人工智能24思维的层次模型思维是客观现实的反映过程，是具有意识的人脑对于客观现实的本质属性、内部规律性的自觉的、间接的和概括的反映。人类思维的形态主要有感知思维形象思维抽象思维灵感思维2012-02-26史忠植高级人工智能25思维的层次模型抽象处理单元形象处理单元1形象处理单元2形象处理单元n感知处理单元1感知处理单元2感知处理单元n抽象思维形象思维感知思维外界信号注意2012-02-26史忠植高级人工智能26感知思维是一种初级的思维形态。在人们开始认识世界时,只是把感性材料组织起来,使之构成有条理的知识,所能认识到的仅是现象。在此基础上形成的思维形态即是感知思维。人们在实践过程中,通过眼、耳、鼻、舌、身等感官直接接触客观外界而获得的各种事物的表面现象的初步认识,它的来源和内容都是客观的、丰富的。2012-02-26史忠植高级人工智能27形象思维形象思维主要是用典型化的方法进行概括，并用形象材料来思维，是一切高等生物所共有的。形象思维是与神经机制的连接论相适应的。模式识别、图象处理、视觉信息加工都属于这个范畴。2012-02-26史忠植高级人工智能28抽象思维抽象思维是一种基于抽象概念的思维形式，通过符号信息处理进行思维。只有语言的出现，抽象思维才成为可能，语言和思维互相促进，互相推动。可以认为物理符号系统是抽象思维的基础。2012-02-26史忠植高级人工智能29灵感思维对灵感思维至今研究甚少。有人认为,灵感思维是形象思维扩大到潜意识,人脑有一部分对信息进行加工,但是人并没有意识到。也有人认为,灵感思维是顿悟。灵感思维在创造性思维中起重