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1、人工智能人工智能Artificial Intelligence计算机学院计算机学院 董燕举董燕举2012年年9月月4日日第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第第1章章 人工智能概述人工智能概述 1.1 人工智能的定义与研究目标人工智能的定义与研究目标 1.2 人工智能的产生与发展历史人工智能的产生与发展历史1.3 人工智能研究的各个学派人工智能研究的各个学派1.4 人工智能主要研究与应用领域人工智能主要研究与应用领域第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一
2、跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1.1 人工智能的定义和研究目标人工智能的定义和研究目标 n智能智能n群体智能群体智能n人工智能定义人工智能定义n为什么要研究人工智能为什么要研究人工智能n人工智能的研究目标人工智能的研究目标n学科地位学科地位何谓智能何谓智能“智能智能”是指高级生物（主要是人类）认知过程是指高级生物（主要是人类）认知过程（包括：感觉、表征、记忆、概念形成、意识、（包括：感觉、表征、记忆、概念形成、意识、辨识、判断、推理、决策、知识形成、问题解决）辨识、判断、推理、决策、知识形成、问题
3、解决）的能力。的能力。 第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物人类智能的来源：人类智能的来源：大脑？大脑？美国哥伦比亚大学教授迈克美国哥伦比亚大学教授迈克格尔森提出他的格尔森提出他的“第二大第二大脑脑”理论，此理论认为每个人都有第二个大脑，它位理论，此理论认为每个人都有第二个大脑，它位于人的肚子里，负责于人的肚子里，负责“消化消化”食物、信息、外界刺激食物、信息、外界刺激、声音和颜色。它像一把钥匙，能够调节人的焦虑和、声音和颜色。它像一把钥匙，能够调节人的焦虑和
4、紧张的情绪。紧张的情绪。中医：肝藏魂，肺藏魄，中医：肝藏魂，肺藏魄，心藏神，肾藏志，脾藏意心藏神，肾藏志，脾藏意智能包含的能力智能包含的能力感知能力感知能力 通过感知器官感知外界的能力。通过感知器官感知外界的能力。记忆和思维能力记忆和思维能力 记忆：记忆：对感知到的外界信息和由思维产生的内部知识的存储过程对感知到的外界信息和由思维产生的内部知识的存储过程 思维：思维：对已存储信息或知识的本质属性、内部知识的认识过程对已存储信息或知识的本质属性、内部知识的认识过程学习和自适应能力学习和自适应能力 学习：学习：是一个具有特定目的的知识获取过程是一个具有特定目的的知识获取过程 是人的一种本能。不同人
5、的学习方法、能力不同是人的一种本能。不同人的学习方法、能力不同 自适应：自适应：是一种通过自我调节适应外界环境的过程是一种通过自我调节适应外界环境的过程 是人的一种本能。不同人的适应能力不同是人的一种本能。不同人的适应能力不同行为能力行为能力 是人们对感知到的外界信息作出动作反应的能力是人们对感知到的外界信息作出动作反应的能力第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物智能与生命智能与生命智能是高等生命的一个重要特征。智能是高等生命的一个重要特征。高等生命依靠智能生存
6、或更好地生活高等生命依靠智能生存或更好地生活智能是服务智能是服务“我我”的工具之一的工具之一群体智能群体智能n人类社会的发展本身就是集体智慧的结晶人类社会的发展本身就是集体智慧的结晶n一些生物群落（如蚁群，蜜蜂群，鸟群，鱼群）的群一些生物群落（如蚁群，蜜蜂群，鸟群，鱼群）的群体行为或社会行为表现出一定的智能；体行为或社会行为表现出一定的智能；n这种由群体行为表现出的智能称为这种由群体行为表现出的智能称为群体智能；群体智能； 第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物
7、人工智能定义（人工智能定义（1） 人工智能是一门科学，它使人工智能是一门科学，它使机器做那些由人需要通过智机器做那些由人需要通过智能来做的事情。能来做的事情。 马文马文明斯基明斯基马文马文明斯基明斯基(Marvin Minsky) 第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物人工智能定义（人工智能定义（2）能力方面能力方面 人工智能人工智能是用人工的方法在机器上实现的智能，或称是用人工的方法在机器上实现的智能，或称机器智能机器智能学科方面学科方面 人工智能人工智能是一
8、门研究如何构造智能机器或智能系统，是一门研究如何构造智能机器或智能系统，以模拟、延伸和扩展人类智能的学科以模拟、延伸和扩展人类智能的学科Turing TestTuring Test，图灵测试，图灵测试测试主持测试主持人人被测机被测机器器被测被测人人小于小于50%？第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？ 答：是的。答：是的。 问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？ 答：是的。答：是的。 问：请再次回答，你会下国际象
9、棋吗？问：请再次回答，你会下国际象棋吗？ 答：是的。答：是的。 问：问： 你会下国际象棋吗？你会下国际象棋吗？ 答：是的。答：是的。 问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？ 答：是的，我不是已经说过了吗？答：是的，我不是已经说过了吗？ 问：请再次回答，你会下国际象棋吗？问：请再次回答，你会下国际象棋吗？ 答：你烦不烦，干嘛老提同样的问题。答：你烦不烦，干嘛老提同样的问题。 机器的回答机器的回答人的回答人的回答第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物中文屋子中
10、文屋子美国哲学家约翰美国哲学家约翰.西尔勒提出了一个中文屋子的假设：西尔勒提出了一个中文屋子的假设：n一台计算机阅读了一段故事并且能正确回答相关问题，这一台计算机阅读了一段故事并且能正确回答相关问题，这样这台计算机就通过了图灵测试；样这台计算机就通过了图灵测试；n西尔勒设想将这段故事和问题改用中文描述，然后将自己西尔勒设想将这段故事和问题改用中文描述，然后将自己封闭在一个屋子里。描述这段故事和问题的一连串中文符封闭在一个屋子里。描述这段故事和问题的一连串中文符号只能通过一个很小的缝隙被传到屋子里。号只能通过一个很小的缝隙被传到屋子里。n西尔勒则完全按计算机程序的处理方式和过程对这些符号西尔勒则
11、完全按计算机程序的处理方式和过程对这些符号串进行处理；串进行处理；n结果，西尔勒根本不懂中文也完成了问题的回答结果，西尔勒根本不懂中文也完成了问题的回答第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物人工智能的困惑人工智能的困惑计算机能够有自觉性和意识吗？计算机能够有自觉性和意识吗？人脑人脑硅脑，由芯片替换全部神经元硅脑，由芯片替换全部神经元“我思故我在我思故我在” 笛卡尔笛卡尔我我第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在
12、这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物为什么要研究人工智能为什么要研究人工智能 科学问题：科学问题： 智能的本质是什么？智能如何产生？智能的本质是什么？智能如何产生？ 能否让机器拥有像人一样智能？能否让机器拥有像人一样智能？应用需求驱动应用需求驱动 ： 制造聪明的机器为人服务制造聪明的机器为人服务制造聪明的机器制造聪明的机器现有计算机的优势：现有计算机的优势： 运算速度快，数据存储量大，运算速度快，数据存储量大， 按照算法，编制程序，可以反复运行按照算法，编制程序，可以反复运行 人脑的延伸人脑的延伸现有计算机的缺陷：现有计算机的缺陷： 缺乏自适应、自
13、学习、自优化等能力缺乏自适应、自学习、自优化等能力 缺乏灵感和智慧缺乏灵感和智慧(创造力创造力) 缺乏社会常识或专业知识等，而只能是被动地按缺乏社会常识或专业知识等，而只能是被动地按照人们为它事先安排好的工作步骤进行工作照人们为它事先安排好的工作步骤进行工作 不能像人一样不能像人一样聪明地聪明地做事做事第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 人工智能的研究目标人工智能的研究目标近期目标：近期目标：弱人工智能弱人工智能：智能功能仿真智能功能仿真 。远期目标：远期目
14、标：强人工智能强人工智能：机器拥有智能，像人一样想和做。：机器拥有智能，像人一样想和做。阿西莫夫【机器人学三定律】 一一.机器人不得伤害人，也不得见人受到伤害而袖机器人不得伤害人，也不得见人受到伤害而袖手旁观手旁观 二二.机器人应服从人的一切命令，但不得违反第一机器人应服从人的一切命令，但不得违反第一定律定律 三三.机器人应保护自身的安全，但不得违反第一、机器人应保护自身的安全，但不得违反第一、第二定律第二定律艾萨克艾萨克阿西莫夫（阿西莫夫（19201992） ，当代，当代美国美国最著名的最著名的科幻科幻大师大师、是本世纪最顶尖的科幻小说家之一。、是本世纪最顶尖的科幻小说家之一。AI 的的 学
15、学 科科 位位 置置 人工智能人工智能（AI：Artificial Intelligence）是一门前沿学科，是）是一门前沿学科，是在哲学、数学、计算机科学、脑科学、认知科学、控制论、在哲学、数学、计算机科学、脑科学、认知科学、控制论、信息论、心理学、语言学等多种学科的基础上发展起来的一信息论、心理学、语言学等多种学科的基础上发展起来的一门门交叉学科交叉学科。自然科自然科学学社会科社会科学学哲学哲学数学数学基础学科基础学科指导学科指导学科人工智能人工智能第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜
16、测没有错：表里边有一个活的生物1.2 AI的产生与发展历史的产生与发展历史 50多年来，人工智能走过了一条起伏和曲折的发展道多年来，人工智能走过了一条起伏和曲折的发展道路。回顾历史，可以按照不同时期的主要特征，将其路。回顾历史，可以按照不同时期的主要特征，将其产生与发展过程分为产生与发展过程分为7个阶段。个阶段。 孕育期：孕育期：1956年以前年以前 人工智能的诞生：人工智能的诞生：1956年年 黄金年代：黄金年代：1956 - 1974 第一次第一次AI低谷：低谷：1974 - 1980 第二次繁荣：第二次繁荣：1980 - 1987 第二次第二次AI低谷：低谷：1987 1993 低调中遍
17、地开花：低调中遍地开花：1993 - 现在现在 第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物中国历史上第一篇科幻小说中国历史上第一篇科幻小说偃师偃师战国时期的诸子百家经典战国时期的诸子百家经典列子列子汤问汤问中，有一篇名中，有一篇名叫叫偃师偃师的小故事，今天已经被公认为中国历史上的小故事，今天已经被公认为中国历史上第一篇科幻小说：一名工匠名偃师，将一个木偶进献第一篇科幻小说：一名工匠名偃师，将一个木偶进献给周穆王。这个木偶不仅能够翩翩起舞，而且能够歌给周穆王。这个木偶
18、不仅能够翩翩起舞，而且能够歌唱，唱，配置配置”齐全。最后，它竟然向王妃递媚眼，最终齐全。最后，它竟然向王妃递媚眼，最终惹恼周穆王，将它大卸八块。惹恼周穆王，将它大卸八块。第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物孕育期的成果孕育期的成果孕育期孕育期(19(195656年前年前) ) 主要成就主要成就: : - - 创立了数理逻辑创立了数理逻辑, ,自动机理论自动机理论, ,控制论控制论, ,信息论和系信息论和系 统论统论 - 发明了电子数字计算机发明了电子数字计算机
19、 主要贡献人物主要贡献人物: : -布尔布尔: : 创立逻辑代数创立逻辑代数, ,用符号语言描述了思维用符号语言描述了思维 活动中推理的基本法则活动中推理的基本法则 -麦克洛奇：提出麦克洛奇：提出MPMP模型，人工神经网络研究开端模型，人工神经网络研究开端. . - -莫克利莫克利: : 研制第一台计算机研制第一台计算机 -香农：香农： 创立了信息论创立了信息论 -维纳：维纳： 创立了创立了控制论控制论 -图灵图灵: : 提出一种理想计算机的数学模型提出一种理想计算机的数学模型第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是
20、我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物莫克利莫克利(J.W.Mauchly，19071980) 1946年研制成功了世界上第一年研制成功了世界上第一台通用电子计算机台通用电子计算机ENIAC图灵机原型图灵机原型(1936)图灵机是一条图灵机是一条在两个方向上在两个方向上都为无限长的都为无限长的磁带，一个控磁带，一个控制器和一个读制器和一个读写磁头组成，写磁头组成，磁带被分成一磁带被分成一个个独立的存个个独立的存储单元，且控储单元，且控制器的状态是制器的状态是有限的有限的第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里
21、呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物孕育期代表人物孕育期代表人物 麦克洛奇麦克洛奇(W.McCulloch)和皮兹和皮兹(W.Pitts)：美国神经生理学美国神经生理学家，于家，于1943年建成了第一个神经网络模型年建成了第一个神经网络模型(MP模型模型)。 维纳维纳(N.Wiener，18741956) ：美国著名数学家、控制论美国著名数学家、控制论创始人。创始人。1948年创立了控制论。控制论向人工智能的渗透，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。形成了行为主义学派。 香农于香农于1950年年发表了发表了通讯的数学理论通讯的数学理论，创立了信
22、息论。，创立了信息论。这时，人工智能作为一门学科诞生的条件已经基本成熟。这时，人工智能作为一门学科诞生的条件已经基本成熟。 图灵于图灵于1950年，年，发表题为发表题为计算机器和智能计算机器和智能的著名论文，的著名论文，明确提出明确提出“图灵测试图灵测试”。 英国著名学者英国著名学者计算机逻辑的奠基者，人工智能之父计算机逻辑的奠基者，人工智能之父 。他对计算机的重要贡献在于提出图灵机他对计算机的重要贡献在于提出图灵机的概念，的概念，1950年图灵在发表了年图灵在发表了计算机器和智能计算机器和智能论文，提出了智能机器的概念和论文，提出了智能机器的概念和“图灵图灵测试。测试。计算机界的最高奖为计算
23、机界的最高奖为图灵奖图灵奖。图灵（图灵（Alan Turing)真正的大师是提出问题，开拓一个全新的研究领域真正的大师是提出问题，开拓一个全新的研究领域第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物图灵图灵 图灵三岁那年，他进行了在科学实图灵三岁那年，他进行了在科学实验方面的首次尝试验方面的首次尝试把玩具木头人把玩具木头人的胳膊掰下来种植到花园里，想让它的胳膊掰下来种植到花园里，想让它们长成更多的木头人。们长成更多的木头人。 1940年年-1942年，作为主要参与者和年
24、，作为主要参与者和贡献者之一，在破译纳粹德国通讯密贡献者之一，在破译纳粹德国通讯密码的工作上成就杰出，并成功破译了码的工作上成就杰出，并成功破译了德军德军U-潜艇密码，为扭转二战盟军的潜艇密码，为扭转二战盟军的大西洋战场战局立下汗马功劳。大西洋战场战局立下汗马功劳。 图灵年轻时的照片 AI的产生与发展形成期（的产生与发展形成期（1956-1974年）年） AI诞生于一次历史性的聚会诞生于一次历史性的聚会n 19561956年夏季，达特莫斯大学的麦卡锡、哈佛大学的明斯基、年夏季，达特莫斯大学的麦卡锡、哈佛大学的明斯基、贝尔实验室的香农和贝尔实验室的香农和IBMIBM公司的罗切斯特公司的罗切斯特（
25、IBM计算机设计者计算机设计者之一）之一） ，邀请了一批年轻科学家，共同探讨用机器模拟人工智，邀请了一批年轻科学家，共同探讨用机器模拟人工智能的问题，其中包括后来著名的人工智能专家塞缪尔、纽厄尔能的问题，其中包括后来著名的人工智能专家塞缪尔、纽厄尔和西蒙等共和西蒙等共1010人。举行了一个次长达人。举行了一个次长达2 2个月的暑期研讨班个月的暑期研讨班（seminar）。）。n 这些青年学者的研究专业包括数学、心理学、神经生理学、这些青年学者的研究专业包括数学、心理学、神经生理学、信息论和电脑科学，分别从不同的角度共同探讨人工智能的可信息论和电脑科学，分别从不同的角度共同探讨人工智能的可能性。
26、能性。 n 麦卡锡、明斯基、纽厄尔和西蒙都是麦卡锡、明斯基、纽厄尔和西蒙都是“图灵奖图灵奖”的获奖者。的获奖者。 n 在这次会上，麦卡锡提议使用在这次会上，麦卡锡提议使用“Artificial Intelligence” 这一这一术语。从此，人工智能作为一门学科正式诞生了。术语。从此，人工智能作为一门学科正式诞生了。 克劳德克劳德.香农香农(Claude Elwood Shannon )约翰麦卡锡(John McCarthy ）马文马文明斯基明斯基(Marvin Minsky) 人工智能的先驱斯坦福大学教授。斯坦福大学教授。 1927年年9月月4日生于波士顿日生于波士顿 1958年麦卡锡到年麦
27、卡锡到MIT任职，与明斯基任职，与明斯基(L. Minsky,1969年图灵奖获得者年图灵奖获得者)一起一起组建了世界上第一个人工智能实验室组建了世界上第一个人工智能实验室第一个提出了将计算机的批处理方式第一个提出了将计算机的批处理方式改造成为能同时允许数十甚至上百用改造成为能同时允许数十甚至上百用户使用的分时方式（户使用的分时方式（time-sharing）的建议，分时概念的创始人。的建议，分时概念的创始人。1959年开发了著名的年开发了著名的LISP语言语言 ，成，成为人工智能界第一个最广泛流行的语为人工智能界第一个最广泛流行的语言言 1971年的图灵奖获得者年的图灵奖获得者2011年年1
28、0月月24日与世长辞，享年日与世长辞，享年84岁岁约翰. 麦卡锡（ John McCarthy)第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物西蒙是人工智能和认知心理学派的主要代西蒙是人工智能和认知心理学派的主要代表，他曾自学汉语，中文名叫表，他曾自学汉语，中文名叫“司马贺司马贺”，西蒙是个通才，在许多领域都有杰出的表西蒙是个通才，在许多领域都有杰出的表现。现。获得获得19781978年度诺贝尔经济学奖。年度诺贝尔经济学奖。 19751975年，西蒙和纽厄尔两人共同获得
29、计算年，西蒙和纽厄尔两人共同获得计算机领域的最高奖图灵奖机领域的最高奖图灵奖 赫伯特赫伯特西蒙西蒙AI发展期发展期19561956年，塞缪尔研制成功了具有自学习能力的西洋跳棋程序。该年，塞缪尔研制成功了具有自学习能力的西洋跳棋程序。该程序程序19591959年击败了塞缪尔本人，年击败了塞缪尔本人，19621962年又击败了一个州的冠年又击败了一个州的冠军。军。19601960年，麦卡锡又研制了人工智能语言年，麦卡锡又研制了人工智能语言LISPLISP。19611961年，明斯基发表了年，明斯基发表了“走向人工智能的步骤走向人工智能的步骤”的论文，推动了的论文，推动了人工智能的发展。人工智能的发
30、展。西蒙与纽厄尔于西蒙与纽厄尔于1958年做出了年做出了如下的预言如下的预言：10年内，计算机将成为世界象棋冠军；年内，计算机将成为世界象棋冠军；10年内，计算机将发现并证明新的数学定年内，计算机将发现并证明新的数学定理；理；10年内，计算机将谱写出能被评论家认可年内，计算机将谱写出能被评论家认可的乐曲。的乐曲。西蒙的乐观预言西蒙的乐观预言第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第一次第一次AI低谷：低谷：1974 - 1980 所有的所有的AI程序都只是程序都只
31、是“玩具玩具”计算机的运算能力计算机的运算能力计算复杂性和指数爆炸计算复杂性和指数爆炸常识与推理常识与推理 预言未实现预言未实现 人工智能遭遇危机人工智能遭遇危机 1971年，应政府的要求，英国剑桥大学的应用数学家年，应政府的要求，英国剑桥大学的应用数学家詹姆士在进行了一番研究后，发表了一篇关于人工智詹姆士在进行了一番研究后，发表了一篇关于人工智能的综合报告，该报告对人工智能做了批判，他甚至能的综合报告，该报告对人工智能做了批判，他甚至说：说：“人工智能即便不是骗局，也是庸人自扰人工智能即便不是骗局，也是庸人自扰”。这。这篇报告当时产生了巨大的影响，英国的人工智能研究篇报告当时产生了巨大的影响
32、，英国的人工智能研究经费被削减，机构被解散。美国经费被削减，机构被解散。美国IBM 公司也开始放弃公司也开始放弃了它一向热衷的人工智能研究。整个人工智能学界遭了它一向热衷的人工智能研究。整个人工智能学界遭遇到了前所未有的危机。遇到了前所未有的危机。第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物感知器与联结主义遭到冷落感知器与联结主义遭到冷落 1969 年，明斯基与白伯脱共同发表了年，明斯基与白伯脱共同发表了Perceptrons，书中证明单层人工神经网络无法实现一个简单
33、的异或书中证明单层人工神经网络无法实现一个简单的异或门，对人工神经网络前景持悲观态度，门，对人工神经网络前景持悲观态度，70年代人工神年代人工神经网络的研究处于低潮。经网络的研究处于低潮。 联结主义联结主义的研究因此停滞了十年。的研究因此停滞了十年。第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物停止拨款停止拨款 由于缺乏进展，对由于缺乏进展，对AI提供资助的机构（如英国政府，提供资助的机构（如英国政府，DARPA和和NRC）对无方向的）对无方向的AI研究逐渐停止了资助。
34、研究逐渐停止了资助。 NRC（National Research Council，美国国家科学委，美国国家科学委员会）在拨款二千万美元后停止资助。员会）在拨款二千万美元后停止资助。 1973年年Lighthill针对英国针对英国AI研究状况的报告批评了研究状况的报告批评了AI在实现其在实现其“宏伟目标宏伟目标”上的完全失败，并导致了英上的完全失败，并导致了英国国AI研究的低潮（该报告特别提到了指数爆炸问题，研究的低潮（该报告特别提到了指数爆炸问题，以此作为以此作为AI失败的一个原因）。失败的一个原因）。 DARPA则对则对CMU的语音理解研究项目深感失望，从的语音理解研究项目深感失望，从而取消
35、了每年三百万美元的资助。到了而取消了每年三百万美元的资助。到了1974年年已经很已经很难再找到对难再找到对AI项目的资助。项目的资助。 坚持与复兴n20世纪世纪70年代中期，专家系统作为一个新兴的分支得年代中期，专家系统作为一个新兴的分支得到了发展。从此，人工智能摆脱了那高高在上的形象，到了发展。从此，人工智能摆脱了那高高在上的形象，开始投入到开始投入到实际应用实际应用中。中。 n1977年，赫伯特年，赫伯特西蒙的研究生、斯坦福大学青年学者西蒙的研究生、斯坦福大学青年学者费根鲍姆，在第五届国际人工智能大会上提出了费根鲍姆，在第五届国际人工智能大会上提出了“知知识工程识工程”的概念的概念n标志着
36、标志着AI研究从传统的以推理为中心，进入到以知识研究从传统的以推理为中心，进入到以知识为中心的新阶段。人工智能重新获得人们的普遍重视，为中心的新阶段。人工智能重新获得人们的普遍重视，逐步跨进了复兴期。逐步跨进了复兴期。 第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物费根鲍姆费根鲍姆斯坦福大学教授斯坦福大学教授1994年度的图灵奖获得者年度的图灵奖获得者 费根鲍姆的重大贡献在于费根鲍姆的重大贡献在于:最早倡导了最早倡导了“知识工程知识工程”(Knowledge engin
37、eering),并并使知识工程成为人工智能一个领域使知识工程成为人工智能一个领域专家系统的成功专家系统的成功n1965年，年， 费根鲍姆研制的第一个专家系统费根鲍姆研制的第一个专家系统DENDRAL是化学是化学领域的领域的“专家专家”。在输入化学分子式和质谱图等信息后，它。在输入化学分子式和质谱图等信息后，它能通过分析推理决定有机化合物的分子结构，。能通过分析推理决定有机化合物的分子结构，。 n1976年美国斯坦福大学肖特列夫开发的医学专家系统年美国斯坦福大学肖特列夫开发的医学专家系统MYCIN，用于协助医生诊断脑膜炎一类的细菌感染疾病。，用于协助医生诊断脑膜炎一类的细菌感染疾病。n在在MYC
38、IN的知识库里，大约存放着的知识库里，大约存放着450条判别规则和条判别规则和1000条条关于细菌感染方面的医学知识。关于细菌感染方面的医学知识。n它的推理规则称为它的推理规则称为“产生式规则产生式规则”，类似于：，类似于：“IF（打喷嚏）（打喷嚏）OR（鼻塞）（鼻塞）OR（咳嗽），（咳嗽），THEN（有感冒症状）（有感冒症状）” 最后显最后显示出它示出它“考虑考虑”的可能性最高的病因，并以给出用药的建议的可能性最高的病因，并以给出用药的建议而结束。而结束。第五代计算机第五代计算机 n1982年夏天，日本年夏天，日本“新一代计算机技术研究所新一代计算机技术研究所”渊一博主持；渊一博主持； n总
39、投资预算达到总投资预算达到8亿美元计划定为亿美元计划定为10年完成年完成 ；n机器将以机器将以Prolog为机器的语言，其应用程序将达到知识表达为机器的语言，其应用程序将达到知识表达级，具有听觉、视觉甚至味觉功能，能够听懂人说话，自己级，具有听觉、视觉甚至味觉功能，能够听懂人说话，自己也能说话，能认识不同的物体，看懂图形和文字。人们不再也能说话，能认识不同的物体，看懂图形和文字。人们不再需要为它编写程序指令，只需要口述命令，它自动推理并完需要为它编写程序指令，只需要口述命令，它自动推理并完成工作任务。成工作任务。n1992年，因最终没能突破关键性的技术难题，无法实现自然年，因最终没能突破关键性
40、的技术难题，无法实现自然语言人机对话、程序自动生成等目标，导致了该计划最后阶语言人机对话、程序自动生成等目标，导致了该计划最后阶段研究的流产段研究的流产 。第二次第二次AI低谷：低谷：1987 - 1993 n“AI之冬之冬” ：从：从80年代末到年代末到90年代初，年代初，AI遭遇了一系遭遇了一系列财政问题。列财政问题。n到了到了80年代晚期，战略计算促进会大幅削减对年代晚期，战略计算促进会大幅削减对AI的资的资助。助。DARPA的新任领导认为的新任领导认为AI并非并非“下一个浪潮下一个浪潮”，拨款将倾向于那些看起来更容易出成果的项目。拨款将倾向于那些看起来更容易出成果的项目。n1991年人
41、们发现十年前日本人宏伟的年人们发现十年前日本人宏伟的“第五代工程第五代工程”并没有实现。并没有实现。AI：1993 - 现在现在n里程碑：里程碑：1997年年5月月11日，深蓝成为战胜国际象棋世界日，深蓝成为战胜国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫的第一个计算机系统。冠军卡斯帕罗夫的第一个计算机系统。 n数学工具引入数学工具引入AI。包括贝叶斯网络，隐马尔可夫模型，。包括贝叶斯网络，隐马尔可夫模型，信息论，随机模型和经典优化理论。针对神经网络和进信息论，随机模型和经典优化理论。针对神经网络和进化算法等化算法等“计算智能计算智能”范式的精确数学描述也被发展出范式的精确数学描述也被发展出来。来。nAI分支：
42、知分支：知识系统识系统 数据挖掘数据挖掘 计算智能计算智能 模式识别模式识别 nAI应用应用：数据挖掘，工业机器人，物流，语音识别，银数据挖掘，工业机器人，物流，语音识别，银行业软件，医疗诊断和智能搜索引擎等。行业软件，医疗诊断和智能搜索引擎等。nAI探索：群体智能、自然智能探索：群体智能、自然智能 人工生命人工生命n2011年年2月月15日至日至17日，由日，由IBM “沃森沃森”在在危险边缘危险边缘知识竞赛中击败人类明星肯知识竞赛中击败人类明星肯-詹宁斯和布拉德詹宁斯和布拉德-鲁特鲁特第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世
43、界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物时来运转时来运转互联网、云计算、物联网、传感网络产生大量互联网、云计算、物联网、传感网络产生大量数据数据当你使用这些信息服务的同时，你被迫留下足当你使用这些信息服务的同时，你被迫留下足迹（数据），除非你永不使用迹（数据），除非你永不使用这些数据如何利用成为一个大课题？具有很大这些数据如何利用成为一个大课题？具有很大的价值远景（经济、教育、政治、军事）的价值远景（经济、教育、政治、军事）典型需求：数据挖掘和搜索引擎典型需求：数据挖掘和搜索引擎第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在
44、这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物机遇：从计算为中心到数据为中心机遇：从计算为中心到数据为中心1.3 人工智能研究的各个学派人工智能研究的各个学派 由于对智能产生根源的理解不同形成了三大学派：由于对智能产生根源的理解不同形成了三大学派：符号主义：智能符号主义：智能=物理符号系统物理符号系统+符号表示符号表示+符号符号处理处理 逻辑推理系统。逻辑推理系统。连接主义：智能连接主义：智能=神经元之间相互关联。神经元之间相互关联。 脑神经模型。脑神经模型。行为主义：智能行为主义：智能=感知感知+行为行为+进化。进化。 生物进化模型。生物进化模型。符号主义
45、符号主义n心理学派、逻辑学派，源于数理逻辑；心理学派、逻辑学派，源于数理逻辑；n1976年，纽威尔和西蒙将人类求解问题的心理年，纽威尔和西蒙将人类求解问题的心理过程表达为符号计算，并提出了物理符号系统过程表达为符号计算，并提出了物理符号系统假设，使之成为了传统人工智能的基础。假设，使之成为了传统人工智能的基础。n基于人脑的心理模型，从基于人脑的心理模型，从宏观宏观上来模拟人脑的上来模拟人脑的思维思维n代表人物：西蒙、纽厄尔、尼尔逊代表人物：西蒙、纽厄尔、尼尔逊n研究领域：定理证明、专家系统、机器博弈研究领域：定理证明、专家系统、机器博弈第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么
46、丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物西蒙的西蒙的“物理符号系统假说物理符号系统假说”n假设：任何一个物理符号系统如果是有智能的，则肯定假设：任何一个物理符号系统如果是有智能的，则肯定能执行对符号的输入、输出、存储、复制、条件转移和能执行对符号的输入、输出、存储、复制、条件转移和建立符号结构这样建立符号结构这样6种操作。反之，能执行这种操作。反之，能执行这6种操作的种操作的任何系统，也就一定能够表现出智能。任何系统，也就一定能够表现出智能。n三个推论：三个推论：（1）人是具有智能的，因此人是一个物理符号系统；）人是具有
47、智能的，因此人是一个物理符号系统；（2）计算机是一个物理符号系统，因此它必具有智能；）计算机是一个物理符号系统，因此它必具有智能；（3）计算机能模拟人，或者说能模拟人的大脑功能。）计算机能模拟人，或者说能模拟人的大脑功能。第第1章章 人工智能概述人工智能概述我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物符号主义符号主义符号处理符号处理B（结论）（结论） AB (大前提大前提) A （小前提）（小前提）产生式规则产生式规则证据事实证据事实 不法分子都害怕法律的制裁不法分子都害怕法律的制裁 （大前提）（大前提
48、） 杀人犯是不法分子杀人犯是不法分子 （小前提）（小前提） 所以杀人犯害怕法律的制裁所以杀人犯害怕法律的制裁 （结论）（结论）联结主义（连接主义）联结主义（连接主义）n 联结主义联结主义(Connectionism)，源于脑神经科学。，源于脑神经科学。n 是仿生学，认为智能产生于大脑是仿生学，认为智能产生于大脑, 因此通过对大脑神经系统结构因此通过对大脑神经系统结构的模拟来建立人工神经元网络的模拟来建立人工神经元网络, 从而实现相应的智能行为。从而实现相应的智能行为。 n基于人脑的生理模型，从基于人脑的生理模型，从微观微观上来模拟人脑上来模拟人脑n代表人物：麦克洛奇、皮兹、代表人物：麦克洛奇、
49、皮兹、J.J.Hopfieldn实现人脑的低级感知功能，如图像、声音信息的识别和处理。实现人脑的低级感知功能，如图像、声音信息的识别和处理。什么是神经计算什么是神经计算n连接主义把人的智能归结为人脑的高层活动的结果，连接主义把人的智能归结为人脑的高层活动的结果，强调智能活动是由大量简单的单元通过复杂的相互连强调智能活动是由大量简单的单元通过复杂的相互连接后并行运行的结果。接后并行运行的结果。n人工神经网络（简称神经网络）就是其典型代表性技人工神经网络（简称神经网络）就是其典型代表性技术，称为术，称为“神经计算神经计算”。n连接主义认为神经元不仅是大脑神经系统的基本单元，连接主义认为神经元不仅是
50、大脑神经系统的基本单元，而且是行为反应的基本单元。而且是行为反应的基本单元。n思维过程是神经元的连接活动过程，而不是符号运算思维过程是神经元的连接活动过程，而不是符号运算过程过程,对物理符号系统假设持反对意见对物理符号系统假设持反对意见n他们认为任何思维和认知功能都不是少数神经元决定他们认为任何思维和认知功能都不是少数神经元决定的，而是通过大量突触相互动态联系着的众多神经元的，而是通过大量突触相互动态联系着的众多神经元协同作用来完成的。协同作用来完成的。 神经计算的发展（一）神经计算的发展（一）n连接主义的代表性成果是连接主义的代表性成果是1943年由麦克洛奇和皮兹提出的年由麦克洛奇和皮兹提出