人工智能第0章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,绪 论,很早人类就有制造机器人的幻想,黄帝的“指南车”,诸葛亮的“木牛流马”,亚里士多德的形式逻辑,布莱尼茨的关于数理逻辑的思想,“机器人”一词的来源,1,什么是人工智能,（1）,20世纪的信息技术，尤其是计算机的出现，以机器代替或减轻人的脑力劳动，形成人工智能新兴学科。,1956年四位年轻学者：John McCarthy、Marvin Minsky、Nathaniel Rochester和Claude Shannon共同发起和组织召开了用机器模拟人类智能的夏季专题讨论会。会议邀请了包括数学、神经生理学、精神病学、心理学、信息论和计算机科学领域的10名学者参加，为期两个月。此次会议是在美国的Dartmouth召开，有时称为Dartmouth夏季讨论会。,会议上，科学家们运用数理逻辑和计算机的成果，提供关于形式化计算和处理的理论，模拟人类某些智能行为的基本方法和技术，构造具有一定智能的人工系统，让计算机去完成需要人的智力才能胜任的工作。,在Dartmouth夏季讨论会上，约翰麦卡锡提议用人工智能（artificial intelligence）作为这一交叉学科的名称，标志着人工智能学科的诞生，具有十分重要的意义。,2,什么是人工智能？,至今没有统一的定义,从“计算”到“算计”,3,图灵测试,如何知道一个系统是否具有智能呢？,“Can machines think?”,1950年，计算机科学家图灵提出了著名的“图灵测试”。,5,何谓人工智能（二）,-Turing测试,测试主持人,被测机器,被测人,小于50%？,按照图灵检验，该电脑和某个人类的代表都躲开到检验者的视线之外。检验 者必须根据向他们双方提出问题，来判定谁是电脑谁是人类,。,6,希尔勒的中文屋子,中文房间（Chinese room，the Chinese room argument）又称作华语房间是由美国哲学家约翰希尔勒（John Searle）在1980年设计的一个思维试验以推翻强人工智能（机能主义）提出的过强主张：只要计算机拥有了适当的程序，理论上就可以说计算机拥有它的认知状态以及可以像人一样地进行理解活动。,7,希尔勒的中文屋子,其实验可表示为：一个人手中拿着一本象形文字对照手册，身处图灵实验中所提及的房子中。而另一人则在房间外向此房间发送象形文字问题。房间内的人只需按照对照手册，返回手册上的象形文字答案，房间外的人就会以为房间内的人是个会思维的象形文字专家。然而实际上房子内的人可能对象形文字一窍不通，更谈不上什么智能思维。,8,10,AI的本质问题,研究如何制造出人造的智能机器或系统，来模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。,12,孕育期（1956年以前）,麦克洛奇(W.McCulloch)和皮兹(W.Pitts)：,美国神经生理学家，于1943年建成了第一个神经网络模型(MP模型)。,维纳(N.Wiener，18741956)：,美国著名数学家、控制论创始人。1948年创立了控制论。控制论向人工智能的渗透，形成了行为主义学派。,图灵又于1950年，,发表题为计算机能思维吗？的著名论文，明确提出了“机器能思维”的观点。,可见，,在人工智能诞生之前，一些著名科学家就已经创立了数理逻辑、神经网络模型和控制论，并发明了通用电子数字计算机。为人工智能的诞生准备了必要的思想、理论和物质技术条件。,14,诞生期（1956-1970年）(1/3),AI诞生于一次历史性的聚会,时间：,1956年夏季,地点：,达特莫斯(Dartmouth)大学,目的：,为使计算机变得更“聪明”，或者说使计算机具有智能,发起人：,麦卡锡(J.McCarthy），Dartmouth的年轻数学家、计算机专家，后为MIT教授,明斯基(M.L.Minsky），哈佛大学数学家、神经学家，后为MIT教授,洛切斯特(N.Lochester)，IBM公司信息中心负责人,香农(C.E.Shannon)，贝尔实验室信息部数学研究员,参加人：,莫尔(T.more)、塞缪尔(A.L.Samuel)，IBM公司,塞尔夫里奇(O.Selfridge)、索罗蒙夫(R.Solomonff)，MIT,纽厄尔(A.Newell)，兰德(RAND)公司,西蒙(H.A.Simon)，卡内基(Carnagie)工科大学,会议结果：,由麦卡锡提议正式采用了“Artificial Intelligence”这一术语,15,诞生期（1956-1970年）(2/3),心理学小组,1957年，纽厄尔、肖(J.Shaw)和西蒙等人的心理学小组研制了一个称为逻辑理论机(Logic Theory Machine，简称LT)的数学定理证明程序。,1960年研制了通用问题求解(General Problem Solving)程序。该程序当时可以解决11种不同类型的问题，如不定积分、三角函数、代数方程、猴子摘香蕉、河内梵塔、人羊过河等。,IBM工程小组,1956年，塞缪尔在IBM704计算机上研制成功了具有自学习、自组织和自适应能力的西洋跳棋程序。这个程序可以从棋谱中学习，也可以在下棋过程中积累经验、提高棋艺。通过不断学习，该程序1959年击败了塞缪尔本人，1962年又击败了一个州的冠军。,MIT小组,1958年，麦卡西建立了行动规划咨询系统。,1960年，麦卡西又研制了人工智能语言LISP。,1961年，明斯基发表了“走向人工智能的步骤”的论文，推动了人工智能的发展。,16,诞生期（1956-1970年）(3/3),其他方面,1965年，鲁宾逊(J.A.Robinson)提出了归结（消解）原理。,1965年，费根鲍姆(E.A.Feigenbaum)开始研究化学专家系统DENDRAL。,17,知识应用期（1971-80年代末）(1/2),失败的预言：,60年代初，西蒙预言：,10年内计算机将成为世界冠军、将证明一个未发现的数学定理、将能谱写出具有优秀作曲家水平的乐曲、大多数心理学理论将在计算机上形成。,挫折和教训,在博弈方面，,塞缪尔的下棋程序在与世界冠军对弈时，5局败了4局。,在定理证明方面，,发现鲁宾逊归结法的能力有限。当用归结原理证明两个连续函数之和还是连续函数时，推了10万步也没证出结果。,在问题求解方面，,对于不良结构，会产生组合爆炸问题。,在机器翻译方面，,发现并不那么简单，甚至会闹出笑话。例如，把“心有余而力不足”的英语句子翻译成俄语，再 翻译回来时竟变成了“酒是好的，肉变质了”,在神经生理学方面，,研究发现人脑有10,11-12,以上的神经元，在现有技术条件下用机器从结构上模拟人脑是根本不可能的。,在其它方面，,人工智能也遇到了不少问题。在英国，剑桥大学的詹姆教授指责“人工智能研究不是骗局，也是庸人自扰”。从此，形势急转直下，在全世界范围内人工智能研究陷入困境、落入低谷。,18,从学派分立到综合（20世纪80年代到本世纪初）,人工智能研究形成了三大学派：,随着人工神经网络的再度兴起和布鲁克（R.A.Brooks）的机器虫的出现，人工智能研究形成了符号主义、连接主义和行为主义三大学派。,符号主义学派,是指基于符号运算的人工智能学派，他们认为知识可以用符号来表示，认知可以通过符号运算来实现。例如，专家系统等。,连接主义学派,是指神经网络学派，在神经网络方面，继鲁梅尔哈特研制出BP网络之后，1987年，首届国际人工神经网络学术大会在美国的圣迭戈（San-Diego）举行，掀起了人工神经网络的第二次高潮。之后，随着模糊逻辑和进化计算的逐步成熟，又形成了“计算智能”这个统一的学科范畴。,行为主义学派,是指进化主义学派，在行为模拟方面，麻省理工学院的布鲁克教授1991年研制成功了能在未知的动态环境中漫游的有6条腿的机器虫。,三大学派的综合集成,随着研究和应用的深入，人们又逐步认识到，三个学派各有所长，各有所短，应相互结合、取长补短，综合集成。,20,智能科学技术的兴起,目前，一个以人工智能为核心，以自然智能、人工智能、集成智能为一体的新的智能科学技术学科正在逐步兴起，并引起了人们的极大关注。,该学科研究的主要特征包括以下几个方面：,(1)由对人工智能的单一研究走向以自然智能、人工智能、集成智能为一体的协同研究；,(2)由人工智能学科的独立研究走向重视与脑科学、认知科学、等学科的交叉研究；,(3)由多个不同学派的独立研究走向多学派的综合研究；,(4)由对个体、集中智能的研究走向对群体、分布智能的研究。,21,AI研究中的不同学派,不同学派的理论之争,符号主义,智能的基础是知识，其核心是知识表示和知识推理；知识可用符号表示，也可用符号进行推理，因而可以建立基于知识的人类智能和机器智能的统一的理论体系。,连接主义,思维的基元是神经元，而不是符号；思维过程是神经元的联结活动过程，而不是符号运算过程；反对符号主义关于物理符号系统的假设。,行为主义,智能取决于感知和行动，提出了智能行为的“感知动作”模型；智能不需要知识、不需要表示、不需要推理；人工智能可以像人类智能那样逐步进化,23,AI研究中的不同学派,不同学派的方法之争,符号主义,功能模拟,构造能够模拟大脑功能的智能系统。,相当于“鸟飞”,连接主义,结构模拟,构造模拟大脑结构的神经网络系统。,相当于“飞鸟”,行为主义,行为模拟,构造具有进化能力的智能系统。,相当于“由猿到人”,24,AI的研究内容（续1）,自然语言理解与机器翻译,专家系统与知识工程,定理证明,博弈,机器人,数据挖掘与知识发现,26,AI的研究内容（续2）,多Agent系统,复杂系统,足球机器人,人机交互技术,27,人工智能取得的一些成果,四十多年来，人工智能的研究虽然步履艰难，但也取得了一些很突出的成绩。下面列举一些实例。,28,四色定理的证明,四色定理,从1852年发现四色问题，世界上很多著名的科学家试图证明，当一直未能完成。,1976年6月，哈肯在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用了1200个小时，作了100亿次判断，终于完成了四色定理的证明，从而解决了一个历时100多年的问题，轰动了世界。,30,定理证明的“吴方法”,2000年我国最高科学技术奖获得者吴文俊教授，提出了“数学机器化”。,1977年，吴文俊关于平面几何定理的机械化证明首次取得成功。,创立了定理机器证明的,“吴方法”。,31,通用问题求解器（GPS）,从1957年开始，Newell等人开始研究一种不依赖于具体领域的通用解题程序，这个程序的设计是从模仿人类问题求解的规程开始的。在它能处理的有限类别的问题中，它显示出程序决定的子目标及可能采取的行动的次序，与人类求解同样问题是类似的。因此，GPS很可能是第一个实现了“像人一样思考”方法的程序。,32,专家系统,人类之所以能求解问题，是因为人类具有知识。,专家系统就是把有关领域专家的知识整理出来，让计算机利用这些知识求解专门领域的问题。,1968年世界上第一个专家系统DENDRAL问世。,MYCIN，一个著名的医疗诊断专家系统,33,第一个商用专家系统：R1,世界上第一个成功的商用专家系统，1982年开始正式在DEC公司使用。该程序帮助为新计算机系统配置订单；到1986年为止，估计它为公司每年节省了4千万美元。,34,海湾战争中的专家系统,在1991年的海湾危机中，美国军队使用专家系统用于自动的后勤规划和运输日程安排。这项工作同时涉及到50000个车辆、货物和人，而且必须考虑到起点、目的地、路径以及解决所有参数之间的冲突。AI规划技术使得一个计划可以在几小时内产生，而用旧的方法需要花费几个星期。,35,数字识别,清华大学智能技术与系统国家重点实验室采用神经元网络方法研制的数字识别系统，用于2000年我国人口普查。对普查数据进行自动识别，错误率达到了万分之一以下的高水平。,36,古籍数字化四库全书,37,IBM的“深蓝”,北京时间1997年5月12日凌晨4点50分，美国纽约公平大厦，当IBM公司的“深蓝”超级电脑将棋盘上的一个兵走到C4的位置上时，国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫对“深蓝”的人机大战落下帷幕，“深蓝”以3.5：2.5的总比分战胜卡斯帕罗夫。,38,正在与深蓝下棋的卡斯帕罗夫,39,IBM的“深蓝”（续1）,96年2月第一次比赛结果：,“深蓝”：胜、负、平、平、负、负,97年5月第二次比赛结果：,“深蓝”：负、胜、平、平、平、胜,40,IBM的“深蓝”（续2）,“深蓝”的技术指标：,32个CPU,每个CPU有16个协处理器,每个CPU有256M内存,每个CPU的处理速度为200万步/秒,41,“人机之战”简史,1958年，IBM704成为第一台能同人下棋的计算机，名为“思考”，思考速度每秒200步,60年代中期，科学家德里夫斯断言，计算机将无法击败一位年仅10岁的棋手,1973年，国际象棋软件4.0被开发出来，这是未来程序的基础,1979年，国际象棋软件4.9达到专家级水平,1981年，CRAYBLITZ新的超级计算机拥有特殊的集成电路，预言将可在1995年击败世界棋王,42,1983年，BELLEATT开发了国际象棋硬件，达到了大师水平,80年代中期，皮兹堡的CARNEGIEMELLON大学开始研究世界级的国际象棋计算机程序,1987年，“深思”首次以每秒钟75万步的思考速度露面，它的水平相当于拥有国际等级分为2450的棋手,1988年，“深思”击败丹麦特级大师拉尔森,1989年，“深思”已经有6台信息处理器，每秒思考速度达200万步，但在与世界棋王卡斯帕罗夫进行的“人机大战”中对阵以0比2败北,43,1990年，“深思”第二代产生，使用IBM的硬件，吸引了前世界棋王卡尔波夫与之对抗,1991年，“弗里茨”问世,1993年，“深思”二代击败了丹麦国家队，在与世界优秀女棋手小波尔加的对抗中获胜,1995年，“深蓝”更新程序，新的集成电路将其思考速度达到每秒300万步,1996年，“深蓝”在与卡斯帕罗夫的挑战赛中，以2比4不敌卡斯帕罗夫,1997年，“超级深蓝”开发出了更加高级的“大脑”，4名国际大师参与IBM的挑战小组为电脑与卡斯帕罗夫重战出谋划策，最后“超级深蓝”以3比2击败了卡斯帕罗夫，卡斯帕罗夫要求重赛，但没有得到回应,44,1999年，“弗里茨”升级为“更弗里茨”(,Deep Fritz,),2001年，“更弗里茨”更新了程序，击败了卡斯帕罗夫和阿南德，以及除了克拉姆尼克之外的所有排名世界前十位的棋手,2002年10月，“更弗里茨”与克拉姆尼克在巴林进行“人机大战”，思考速度为每秒600万步，双方4比4战平,2003年12月“更年少者”与卡斯帕罗夫举行人机对抗，双方3比3战平,45,思考题2：国际象棋、中国象棋与围棋,为什么已经有了可以战胜国际大师的国际象棋程序，而中国象棋和围棋的程序水平却比较低呢？,力量投入问题？,计算机发展水平问题？,棋本身的复杂性问题？,其他别的问题？,46,智能汽车,智能技术与系统国家重点实验室研制的智能汽车,47,在高速公路上，该汽车可以自动识别道路，自动躲避障碍物,在最近的实验中，平均速度为100公里，最高速度达到了150公里，达到了世界先进水平。,48,足球机器人,两个组织：RoboCup和FIRA,设有仿真组、小型组、中型组和有腿组,控制方式：FIRA采用集中控制，而RoboCup采用分布式控制,清华大学获得2001、2002年RoboCup世界冠军、2003年亚军（仿真组）,清华大学获得2003年RoboCup小型组全国冠军,49,小型组 有腿组,50,历史上的人工智能大师,下面介绍图灵和几位获得图灵奖的人工智能大师,51,阿伦,图灵（Alan Turing）,计算机科学理论的创始人,52,阿伦,图灵（Alan Turing）,1912年出生于英国伦敦，1954年去世,1936年发表论文“论可计算数及其在判定问题中的应用”，提出图灵机理论,1950年发表论文“计算机与智能”，阐述了计算机可以具有智能的想法，提出图灵测试,1966年为纪念图灵的杰出贡献，ACM设立图灵奖,53,马文,明斯基（Marniv Lee Minsky）,人工智能之父,框架理论的创立者,首位获得图灵奖的人工智能学者,54,马文,明斯基（Marniv Lee Minsky）,1927年出生于美国纽约,1951年提出思维如何萌发并形成的基本理论,1956年达特茅斯会议的发起人之一,1958年在MIT创建世界上第一个AI实验室,1969年获得图灵奖,1975年首创框架理论,55,约翰,麦卡锡（John McCarthy）,人工智能之父,LISP语言的发明人,首次提出AI的概念,56,约翰,麦卡锡（John McCarthy）,1927年出生于美国波士顿,1956年发起达特茅斯会议，并提出“人工智能”的概念,1958年与明斯基一起创建世界上第一个人工智能实验室,发明,剪枝算法,1959年开发LISP语言,开创逻辑程序研究，用于程序验证和自动程序设计,1971年获得图灵奖,57,赫伯特,西蒙（Herbert A.Simon）,符号主义学派的创始人,爱好广泛的全能科学家,中国科学院外籍院士,58,赫伯特,西蒙(Herbert A.Simon）,1916年出生于美国的威斯康辛州,1943年在匹兹堡大学获政治学博士学位,1969年因心理学方面的贡献获得杰出科学贡献奖,1975年和他的学生艾伦,纽厄尔共同获得图灵奖,1978年获得诺贝尔经济学奖,1986年因行为学方面的成就获得美国全国科学家奖章,59,50年代至60年代初开发了世界上最早的启发式程序“逻辑理论家”LT，证明了数学原理第二章中的全部52个定理，开创了机器定理证明这一新的学科领域,57年开发了IPL(Information Processing Language)语言，是最早的AI语言。,60年开发了“通用问题求解系统”GPS,66年开发了最早的下棋程序之一MATER,70年发展与完善了语义网络的概念和方法,70年代提出了“物理符号系统假说”,70年代提出决策过程模型，成为DSS的核心内容,60,艾伦,纽厄尔（Allen Newell）,符号主义学派的创始人之一,西蒙的学生与同事,1975年与西蒙同获图灵奖,61,查理德,卡普（Richard M.Karp）,发明“分枝界限法”的三栖学者,62,查理德,卡普（Richard M.Karp）,1935年出生于美国波士顿,是加州大学伯克利分校三个系的教授：,电气工程和计算机系,数学系,工业工程和运筹学系,60年代提出“分枝界限法”，成功求解含有65个城市的旅行商问题，创当时的记录,1985年获得图灵奖,63,爱德华,费根鲍姆（Edward A.Feigenbaum）,知识工程的提出者,大型人工智能系统的开拓者,64,爱德华,费根鲍姆（Edward A.Feigenbaum）,1936年出生于美国的新泽西州,通过实验和研究，证明了实现智能行为的主要手段是知识,1977年提出知识工程，使人工智能从理论转向应用,名言：知识蕴藏着力量,1994年和劳伊,雷迪共同获得图灵奖,65,1963年主编了计算机与思想一书，被认为是世界上第一本有关人工智能的经典性专著,1965年开发出世界上第一个专家系统,开发出著名的专家系统MYCIN,80年代合著了四卷本的人工智能手册,开设Teknowledge和IntelliGenetics两个公司，是世界上第一家以开发和将专家系统商品化的公司,66,劳伊,雷迪（Raj Reddy）,大型人工智能系统的开拓者,67,劳伊,雷迪（Raj Reddy）,37年出生于印度，66年在美国获得博士,1994年与费根鲍姆共同获得图灵奖,主持过一系列大型AI系统的开发,Navlab 能在道路行驶的自动车辆项目,LISTEN 用于扫盲的语音识别系统,以诗人但丁命名的火山探测机器人项目,自动机工厂项目，提出“白领机器人学”,68,人工智能研究的主要内容(1),理论,知识的模型化和表示方法,各种推理方法,启发式理论搜索,人工智能系统结构及语言,机器学习,应用,自然语言理解,数据库的智能检索,专家系统,机器定理证明,博弈,机器人学,自动程序设计,组合调度,感知,模式识别,机器视觉,智能控制,人工生命,69,人工智能研究的主要内容（2）,从最近,IJCAI,国际会议上看包括（,1）：,Automated Reasoning,Case-based Reasoning,Cognitive,Modelling,Constraint Satisfaction,Distributed AI,Computer Game Playing,Knowledge-based Applications,Machine Learning,Natural Language Processing,Planning and Scheduling,Qualitative Reasoning and Diagnosis,70,人工智能研究的主要内容（3）,从最近,IJCAI,国际会议上看包括（,2）：,Robotics and Perception,Search,Software Agents,Temporal Reasoning,Uncertainty and Probabilistic Reasoning,Neural Networks,Genetic Algorithms,Fuzzy Logic,Philosophy of AI,Knowledge Representation,Knowledge Acquisition and Expert Systems,71,第0章复习重点,教学重点：,1从不同科学或学科出发对人工智能进行的定义；,2介绍人工智能的起源与发展过程；,3简介目前人工智能的主要学派；,4简介人工智能所研究的范围与应用领域。,教学难点：,1怎么样理解人工智能；,2人工智能作为一门学科有什么意义；,3人工智能的主要学派与其争论焦点；,72,