1、1人工智能Artificial Intelligence主講：相明西安交通大學(xué)電信學(xué)院計(jì)算機(jī)系E_mail：2 第一章緒 論1.1 什么是人工智能1.2 人工智能發(fā)展簡(jiǎn)史1.3 人工智能研究方法1.4 人工智能研究及應(yīng)用領(lǐng)域31.1什么是人工智能1.1.1 關(guān)于智能1、關(guān)于智能的3個(gè)觀點(diǎn)思維理論知識(shí)閾值理論進(jìn)化理論4思維理論認(rèn)為智能的核心是思維。人的一切智慧或者智能都來自于大腦的思維活動(dòng)，人類的一切知識(shí)都是人們思維的產(chǎn)物。因而通過對(duì)思維規(guī)律與思維方法的研究可望揭示智能的本質(zhì)。5知識(shí)閾值理論強(qiáng)調(diào)知識(shí)對(duì)于智能的重要意義和作用，認(rèn)為智能行為取決于知識(shí)的數(shù)量及其一般化的程度。智能就是在巨大知識(shí)庫中迅速

2、找到一個(gè)滿意解的能力。例如下棋。在人工智能的發(fā)展史中有重要影響。6進(jìn)化理論MIT布魯克（R.A.Brook）教授提出。人的本質(zhì)能力是在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的行走能力，對(duì)外界事務(wù)的感知能力，維持生命的能力和繁衍生息的能力，正是這些能力為智能的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。對(duì)外界事物的感知能力、對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境的適應(yīng)能力是智能的重要基礎(chǔ)及組成部分。7我們認(rèn)為智能是知識(shí)與智力的總和。知識(shí)是智能行為的基礎(chǔ)，智力是獲取知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)的能力，它來自于人腦的思維活動(dòng)。同時(shí)，對(duì)外界事物的感知能力，是智能的重要基礎(chǔ)及組成部分。82、智能的具體特征（1）具有感知能力機(jī)器視覺、機(jī)器聽覺、人臉識(shí)別、語音識(shí)別、基于內(nèi)容的檢索92、智能的具體特征（2

3、）具有記憶與思維能力思維是智能的根本原因，思維是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程思維分為：邏輯思維、形象思維、頓悟思維（靈感）a. 邏輯思維（抽象思維）：推理（deductive）與歸納（inductive） b. 形象思維：精神病測(cè)試、色盲測(cè)試 c. 靈感思維：牛頓與蘋果102、智能的具體特征（3）具有學(xué)習(xí)能力及自適應(yīng)能力適應(yīng)環(huán)境的變化、積累經(jīng)驗(yàn)的能力具有行為能力對(duì)外界的反映，系統(tǒng)的輸出111.1.2 人工智能的研究目標(biāo)就是用人工的方法在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)智能。Artificial Intelligence于1956年夏由麥卡錫(J.McCarthy)、明斯基(M.L. Minsky)、羅切斯特(N.Locheste

4、r)、香農(nóng)(C.E.Shannon)發(fā)起，邀請(qǐng)了莫爾(T.More)、塞繆爾(A.L.Samuel)、賽爾夫里奇(O.Selfridge)、索羅門夫(R.Solomonff)、紐厄爾(A.Newell)、西蒙(H.A.Simon)等10人在達(dá)特莫斯(Dartmouth)大學(xué)召開的一次研討會(huì)上正式提出。圖靈測(cè)試深藍(lán)12圖靈測(cè)試（1）英國數(shù)學(xué)家Alan M.Turing在1950年發(fā)表的“計(jì)算機(jī)與智能(Computing Machinery and Intelligence)”論文中提出了“圖靈測(cè)試”。他被譽(yù)為“人工智能之父”。Turing測(cè)試：測(cè)試者A，被測(cè)試者B與C。A是人，B與C一個(gè)是人，另

5、一個(gè)是計(jì)算機(jī)。A提出問題，B與C分別回答。如果B與C的回答，使得A無法區(qū)分B與C哪一個(gè)是計(jì)算機(jī)，哪一個(gè)是人，則認(rèn)為計(jì)算機(jī)具有了智能。13圖靈的夢(mèng)想（2）Q:你的14行詩的首行為“你如同夏日”，你不覺得“春日”更好嗎?A:它不合韻。Q: “冬日”如何？它可是完全合韻的。A:它確是合韻，但沒有人愿被比為“冬日”。Q:你不是說過匹克威克先生讓你能想起圣誕節(jié)嗎？A:是的。Q:圣誕節(jié)是冬天的一個(gè)日子，我想匹克威克先生對(duì)這個(gè)比喻不會(huì)介意吧。A:我認(rèn)為你不夠嚴(yán)謹(jǐn)，“冬日”指的是一般的冬天的日子，而不是某個(gè)特別的日子，如圣誕節(jié)。14深藍(lán)(Deep Blue)（1）IBM公司的RS/6000SP北京時(shí)間1997

6、年5月12日凌晨4點(diǎn)50分，美國紐約公平大廈，當(dāng)IBM公司的“深藍(lán)”超級(jí)電腦將棋盤上的一個(gè)兵走到C4的位置上時(shí)，國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫(Kasparov)對(duì)“深藍(lán)”的人機(jī)大戰(zhàn)落下帷幕，“深藍(lán)” 以3.5：2.5的總比分戰(zhàn)勝卡斯帕羅夫。15深藍(lán)（2）96年2月第一次比賽結(jié)果：“深藍(lán)”：勝、負(fù)、平、平、負(fù)、負(fù)2：4（負(fù)）97年5月第二次比賽結(jié)果：“深藍(lán)”：負(fù)、勝、平、平、平、勝3.5:2.5（勝）16深藍(lán)（3）“深藍(lán)”的技術(shù)指標(biāo)：n32個(gè)CPUn每個(gè)CPU有16個(gè)協(xié)處理器n每個(gè)CPU有256M內(nèi)存n每個(gè)CPU的處理速度為200萬步/秒17深藍(lán)（4）“深藍(lán)”有智能嗎？ 媒體與大眾認(rèn)為“有”。 科

7、學(xué)家認(rèn)為“沒有”。問題：深藍(lán)與圖靈的夢(mèng)想哪一個(gè)更難于實(shí)現(xiàn)？181.2 人工智能發(fā)展簡(jiǎn)史人工智能的發(fā)展到目前為止經(jīng)歷的三個(gè)階段第一階段：孕育（1956年之前）第二階段：形成（19561969）第三階段：發(fā)展（1970年至今）19孕育階段 Aristotle (公元前384322) 在工具論的著作中提出形式邏輯。 Bacon (15611626)在新工具中提出歸納法。 Leibnitz (16461716) 研制了四則計(jì)算器，提出了“通用符號(hào)”和“推理計(jì)算”的概念，使形式邏輯符號(hào)化，可以說是“機(jī)器思維”研究的萌芽。 19世紀(jì)以來，數(shù)理邏輯、自動(dòng)機(jī)理論、控制論、信息論、仿生學(xué)、計(jì)算機(jī)、心理學(xué)等科學(xué)技

8、術(shù)的進(jìn)展，為人工智能的誕生，準(zhǔn)備了重要的理論基礎(chǔ)。 Boole (18151864)創(chuàng)立了布爾代數(shù)，他在思維法則一書中，首次用符號(hào)語言描述了思維活動(dòng)的基本推理法則。20 1936: 1936: 圖靈提出了“圖靈機(jī)”概念一種理想計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 19431943：美國神經(jīng)生理學(xué)家W.McCulloch and W.Pitts提出了M-P模型，奠定了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的基礎(chǔ)。 1946: 1946: ENIACElectronic Numerical Integrator and Calculator，可編程 1950:1950: Alan Turing的文章 “Computing Machine

9、ry and Intelligence.”提出圖靈測(cè)試 Mind, Vol. 59, No. 236, pp. 433-46021 在50年代，計(jì)算局限在數(shù)值處理，例如，計(jì)算彈道等。1950年，Shannon完成了第一個(gè)下棋程序。開創(chuàng)了非數(shù)值計(jì)算的先河。Newell, Simon, MaCarthy and Minsky等均提出以符號(hào)為基礎(chǔ)的計(jì)算。22人工智能的初期階段（形成階段）（1）蓬勃發(fā)展19561956夏夏: : 麥卡錫(McCarthy)等10人正式提出了“人工智能” 這一術(shù)語。19561956：賽繆爾(Samuel)研制出了跳棋程序。19581958： 美籍華人王浩在IBM740機(jī)

10、器上用35分鐘證明了數(shù)學(xué)原理中有關(guān)命題演算的全部定理(220條)。19591959：魯賓遜(Robinson)提出了消解定理，為定理的機(jī)器證明作出了突破性貢獻(xiàn)。1958:1958: McCarthy在MIT實(shí)現(xiàn)了 LISP語言。1959:1959: Samuel的跳棋程序打敗他本人。能學(xué)棋譜、能從對(duì)陣中學(xué)習(xí)1962年打敗Connecticut洲的跳棋冠軍19651965：Stanford的費(fèi)根鮑姆(E.A.Feigenbaum)開展了專家系統(tǒng)DENDRAL的研究，并于1968年投入使用。這是一個(gè)分析化合物分子結(jié)構(gòu)的專家系統(tǒng)。23人工智能的初期階段（2）盲目樂觀 1958: Newell和Sim

11、on的四個(gè)預(yù)測(cè)十年內(nèi)，計(jì)算機(jī)將成為世界象棋冠軍十年內(nèi)，計(jì)算機(jī)將發(fā)現(xiàn)或證明有意義的數(shù)學(xué)定理十年內(nèi)，計(jì)算機(jī)將能譜寫優(yōu)美的樂曲十年內(nèi)，計(jì)算機(jī)將能實(shí)現(xiàn)大多數(shù)的心理學(xué)理論24人工智能的初期階段（3）打擊一個(gè)笑話（英俄翻譯）：The spirit is willing but the flesh is week.（心有余而力不足）The vodka is strong but meat is rotten.（伏特加酒雖然很濃，但肉是腐爛的）25人工智能的初期階段（4）打擊出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤的原因：Spirit：1）精神 2）烈性酒、酒精結(jié)論：必須理解才能翻譯，而理解需要知識(shí)26人工智能的發(fā)展（發(fā)展階段）（1）

12、鍥而不舍 1977:1977: SRI啟動(dòng) PROSPECTOR 工程幫助地質(zhì)專家探測(cè)和解釋礦物1978年發(fā)現(xiàn)鉬礦脈(molybdenum vein) 1977: 1977: Edward Feigenbaum正式提出知識(shí)工程作為一門學(xué)科在1977年IJCAI會(huì)議上 1980:1980: John McDermott的XCON專家系統(tǒng)用于配置 VAX 機(jī)器系統(tǒng)27人工智能的發(fā)展（3）再度興起 1981: 1981: 日本政府宣布日本五代機(jī)（first-generation computer）計(jì)劃（即智能計(jì)算機(jī)） 1982: 1982: John Hopfield 掀起神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究28人工智能

13、的發(fā)展（4）重大突破n1982年，JHopfield提出了Hopfield網(wǎng)絡(luò)模型。Hopfield網(wǎng)絡(luò)比較成功求解了貨郎擔(dān)問題n1986年，Rumelhart發(fā)現(xiàn)了BP算法，導(dǎo)致感知機(jī)之類的研究重新興起。 BP算法解決了多層網(wǎng)的學(xué)習(xí)問題。29人工智能的發(fā)展（4）廣泛深入 1992: 1992: 日本政府宣布五代機(jī)計(jì)劃失敗。隨后啟日本政府宣布五代機(jī)計(jì)劃失敗。隨后啟動(dòng)動(dòng)RWCRWC計(jì)劃（計(jì)劃（Real World Computing ProjectReal World Computing Project） 1995: 1995: VapnikVapnik提出提出SVMSVM 1997: IBM

14、1997: IBM 深藍(lán)深藍(lán)II (Deep Blue)II (Deep Blue)擊敗擊敗Garry Garry KasparovKasparov301.3 人工智能研究方法1.3.1 人工智能研究的特點(diǎn)1.3.2 人工智能研究的途徑1.3.3 人工智能研究的資源31 人工智能基本研究?jī)?nèi)容機(jī)器感知：模式識(shí)別機(jī)器思維：n知識(shí)表示；n知識(shí)組織、累積、管理技術(shù)；n知識(shí)的推理；n啟發(fā)式搜索及控制策略；n神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人腦結(jié)構(gòu)機(jī)器工作原理。機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)器行為：機(jī)器人智能系統(tǒng)321.4 人工智能研究及應(yīng)用領(lǐng)域（1）專家系統(tǒng)(Expert System)與知識(shí)工程(Knowledge Engineering)機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning) 模式識(shí)別(Pattern Recognize)自然語言處理(Natural Language Process)與機(jī)器翻譯(Machine Translation)機(jī)器定理證明(Mechanical Theorem Proving)我國數(shù)學(xué)家吳文俊在幾何定理證明取得了突破性成果。他把幾何問題化成代數(shù)問題，把一個(gè)幾何定理化成一組代數(shù)方程，然后應(yīng)用代數(shù)幾何中的代數(shù)簇理論給出了求解代數(shù)方程的算法并證明砌正確性。此方法在國