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1、第第11章人工智能章人工智能第1页，共20页，编辑于2022年，星期日情景问题情景问题人人 PK 计算机计算机计算机比人做得更好计算机比人做得更好:对大整数进行快速计算，实现复杂的方程求解；对大整数进行快速计算，实现复杂的方程求解；在词典中进行快速查找，长期记忆大量数据；在词典中进行快速查找，长期记忆大量数据；计算机比人做得更好计算机比人做得更好:模式识别。例如，人可以识别出各种各样的桌子，可以识模式识别。例如，人可以识别出各种各样的桌子，可以识别不同字体和形状的字母；别不同字体和形状的字母；逻辑推理，图像识别，逻辑推理，图像识别，B B A B A B B A A B B A B A A B
2、 A A A B B第2页，共20页，编辑于2022年，星期日情景问题情景问题人人 PK 计算机计算机下棋、打牌等是非常能够体现人类智能的竞技性活动，但是，现下棋、打牌等是非常能够体现人类智能的竞技性活动，但是，现在计算机能够像人类一样下棋、打桥牌、打麻将，甚至手机上一在计算机能够像人类一样下棋、打桥牌、打麻将，甚至手机上一般都有诸如此类的游戏，如果一般的游戏者和计算机对弈，获胜般都有诸如此类的游戏，如果一般的游戏者和计算机对弈，获胜的一方常常是计算机。的一方常常是计算机。什么是智能？什么是人工智能？什么是智能？什么是人工智能？人工智能与人类智能有什么关系？人工智能与人类智能有什么关系？如何判
3、定机器是否具有智能？如何判定机器是否具有智能？第3页，共20页，编辑于2022年，星期日智能的定义智能的定义 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n 现代汉语词典对现代汉语词典对智能智能的定义是：智慧和能力。的定义是：智慧和能力。n 智慧智慧是指辨析判断、发明创造的能力；是指辨析判断、发明创造的能力；n 智力智力是指人认识、理解客观事物并运用知识、经验等解决问题是指人认识、理解客观事物并运用知识、经验等解决问题的能力，包括记忆、观察、想像、思考、判断等；的能力，包括记忆、观察、想像、思考、判断等；n 思维思维是指在表象、概念的基础上进行分析、综合、判断、推理等认是指在
4、表象、概念的基础上进行分析、综合、判断、推理等认识活动的过程。识活动的过程。n 智能是一个难以准确定义的概念，其根本原因在于人类智能的奥秘智能是一个难以准确定义的概念，其根本原因在于人类智能的奥秘还没有完全被揭开，没有人确切地知道人脑是如何存储和处理知识，还没有完全被揭开，没有人确切地知道人脑是如何存储和处理知识，如何将事物之间的联系合成信息。如何将事物之间的联系合成信息。第4页，共20页，编辑于2022年，星期日人工智能的定义人工智能的定义 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n 关于人工智能的严格定义，学术界还没有统一的认识。关于人工智能的严格定义，学术界还没有统
5、一的认识。n 人工智能人工智能是研究如何使计算机具有智能或如何利用计算机实现智是研究如何使计算机具有智能或如何利用计算机实现智能的理论、方法和技术。能的理论、方法和技术。n 1981年，费根鲍姆（年，费根鲍姆（Feigenbaum）：）：“人工智能是计算机科人工智能是计算机科学的一个分支，涉及到智能计算机系统的设计，该系统显示学的一个分支，涉及到智能计算机系统的设计，该系统显示人类行为中与智能有关的某些特征人类行为中与智能有关的某些特征”。n 1984年，绍特里夫（年，绍特里夫（Shortliffe）：）：“人工智能是计算机科学的一人工智能是计算机科学的一个分支，它研究问题求解的符号方法和非算
6、法方法个分支，它研究问题求解的符号方法和非算法方法”。n 1992年，温斯顿（年，温斯顿（Winston）：）：“人工智能是计算机科学的一个人工智能是计算机科学的一个领域，它主要解决如何使计算机感觉、推理和行为等问题领域，它主要解决如何使计算机感觉、推理和行为等问题”。第5页，共20页，编辑于2022年，星期日如何判定计算机是否具有智能如何判定计算机是否具有智能 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n弱弱人人工工智智能能人人类类和和计计算算机机在在结结果果（即即输输出出）上上是是等等价价的的，但但实实现结果的方式可以不同；现结果的方式可以不同；n强强人人工工智智能能人
7、人类类和和计计算算机机使使用用相相同同的的内内部部过过程程来来生生成成结结果果，也也就就是是计计算算机机能能够够以以人人类类的的思思维维方方式式（如如理理解解、推推理理、判判断断、感感知知等等）来处理信息。来处理信息。第6页，共20页，编辑于2022年，星期日如何判定计算机是否具有智能如何判定计算机是否具有智能 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n 弱人工智能的两个最著名实验：图灵测试和中文屋子。弱人工智能的两个最著名实验：图灵测试和中文屋子。提问者提问者回答者回答者A 回答者回答者B如果机器在一场会话中成功如果机器在一场会话中成功地扮演人的角色，就可以认地扮演人的
8、角色，就可以认为它具有智能。为它具有智能。第7页，共20页，编辑于2022年，星期日如何判定计算机是否具有智能如何判定计算机是否具有智能 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n 弱人工智能的两个最著名实验：图灵测试和中文屋子。弱人工智能的两个最著名实验：图灵测试和中文屋子。n 假设西尔勒被关在一个屋子里，屋子里有序地堆放着足够的假设西尔勒被关在一个屋子里，屋子里有序地堆放着足够的汉字字符，屋外的人递进一串汉语字符，同时还附了一本用英汉字字符，屋外的人递进一串汉语字符，同时还附了一本用英文写的处理汉字的规则，西尔勒按照规则对这些字符进行处理文写的处理汉字的规则，西尔勒按
9、照规则对这些字符进行处理后，将一串新的字符送出屋外。后，将一串新的字符送出屋外。n 事实上，他根本不知道送进来的字符串就是屋外人提出的事实上，他根本不知道送进来的字符串就是屋外人提出的“问题问题”，也不知道送出去的就是，也不知道送出去的就是“问题的答案问题的答案”。弱人工智能认为：形式化的计算机仅有语法，没有语义，因此，机器弱人工智能认为：形式化的计算机仅有语法，没有语义，因此，机器永远也不可能代替人脑，只有从功能的角度来判定机器是否具有思维，永远也不可能代替人脑，只有从功能的角度来判定机器是否具有思维，也就是从行为角度对机器思维进行定义。也就是从行为角度对机器思维进行定义。第8页，共20页，
10、编辑于2022年，星期日如何判定计算机是否具有智能如何判定计算机是否具有智能 第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能n 强人工智能的典型代表强人工智能的典型代表符号主义认为：认知是一种符号处理过符号主义认为：认知是一种符号处理过程，人类思维过程也可以用某种符号来描述。但是这种方法至少有三个程，人类思维过程也可以用某种符号来描述。但是这种方法至少有三个关键问题很难解决：关键问题很难解决：（1）人类的智能包含了很多人类难以理解或不能理解的智力活动。）人类的智能包含了很多人类难以理解或不能理解的智力活动。（2）人脑的结构与计算机的部件之间存在巨大的差别。）人脑的结构与计算机的
11、部件之间存在巨大的差别。（3）机器做事情的最佳方法与人类做这些事情时所用的方法往）机器做事情的最佳方法与人类做这些事情时所用的方法往往不同。往不同。n 到目前为止，思维就是符号计算的思想没有实质性的突破。到目前为止，思维就是符号计算的思想没有实质性的突破。第9页，共20页，编辑于2022年，星期日人工智能的研究意义人工智能的研究意义 n 如果计算机具有一定的智能，将会在更高层面上扩大和延伸人类如果计算机具有一定的智能，将会在更高层面上扩大和延伸人类的智能。的智能。n 人和计算机之间的交互应该更加友好、便捷和多样化，计算机能人和计算机之间的交互应该更加友好、便捷和多样化，计算机能够代替人类或者作
12、为人类的代理做一些更为复杂的工作。够代替人类或者作为人类的代理做一些更为复杂的工作。n 如果计算机具有智能，就能自动实现问题求解，向人们提如果计算机具有智能，就能自动实现问题求解，向人们提供功能和服务，甚至可以自发地工作。供功能和服务，甚至可以自发地工作。n 智能化是自动化发展的必然趋势。机械化智能化是自动化发展的必然趋势。机械化自动化自动化智能化。智能化。n 研究人工智能对探索人类自身智能的奥秘也可提供有益的研究人工智能对探索人类自身智能的奥秘也可提供有益的帮助。帮助。第第 11 章章 人工智能人工智能什么是人工智能什么是人工智能第10页，共20页，编辑于2022年，星期日n 符号智能：符号
13、智能：从人脑的宏观心理层面入手，以智能行为的心从人脑的宏观心理层面入手，以智能行为的心理模型为依据，主要通过逻辑推演，运用知识模拟人类的理模型为依据，主要通过逻辑推演，运用知识模拟人类的思维过程。思维过程。n 符号智能的代表性理念是符号智能的代表性理念是“物理符号系统假设物理符号系统假设”，认为计算机可，认为计算机可以通过以通过符号推演符号推演的方式来模拟人的逻辑思维过程，实现人工智的方式来模拟人的逻辑思维过程，实现人工智能。能。n 代表人物有西蒙、纽厄尔、费根鲍姆、尼尔逊等。代表人物有西蒙、纽厄尔、费根鲍姆、尼尔逊等。n 符号主义曾经一支独秀，为人工智能的发展做出重要贡献，符号主义曾经一支独
14、秀，为人工智能的发展做出重要贡献，尤其是专家系统的成功开发和利用，对人工智能走向工程应用尤其是专家系统的成功开发和利用，对人工智能走向工程应用具有重要意义，但在模拟人的视觉、听觉以及学习、适应能力具有重要意义，但在模拟人的视觉、听觉以及学习、适应能力等方面，却遇到了很大的困难。等方面，却遇到了很大的困难。第第 11 章章 人工智能人工智能研究方法研究方法符号智能符号智能 第11页，共20页，编辑于2022年，星期日n 计算智能计算智能以数值数据为基础，主要通过数值计算，运用算法以数值数据为基础，主要通过数值计算，运用算法进行问题求解。进行问题求解。n 神经计算神经计算是从人脑的生理层面入手，以
15、智能行为的生理模型为依据，是从人脑的生理层面入手，以智能行为的生理模型为依据，采用数值计算的方法，模拟人脑神经网络的工作过程，来研究和实现采用数值计算的方法，模拟人脑神经网络的工作过程，来研究和实现人工智能。人工智能。n 进化计算进化计算（演化计算演化计算）是以生物进化为基础，模拟人与环境的交）是以生物进化为基础，模拟人与环境的交互和控制过程中表现出来的行为特性，如反应、适应、学习、寻优等，互和控制过程中表现出来的行为特性，如反应、适应、学习、寻优等，来研究和实现人工智能。来研究和实现人工智能。n 模糊计算模糊计算是以模糊数学为基础，运用数学手段，描述和处理人的是以模糊数学为基础，运用数学手段
16、，描述和处理人的思维存在的模糊性概念，来研究和实现人工智能。思维存在的模糊性概念，来研究和实现人工智能。第第 11 章章 人工智能人工智能研究方法研究方法计算智能计算智能 第12页，共20页，编辑于2022年，星期日n Agent是一种具有智能的实体，这种实体可以是软件、设备、是一种具有智能的实体，这种实体可以是软件、设备、机器人或计算机系统。机器人或计算机系统。n Agent的抽象模型是具有传感器和效应器，的抽象模型是具有传感器和效应器，Agent通过传感器感通过传感器感知环境，通过效应器作用于环境，并且能与其他知环境，通过效应器作用于环境，并且能与其他Agent进行信息进行信息交流并协同工
17、作。交流并协同工作。n 目前的研究热点主要集中在目前的研究热点主要集中在Agent理论模型、多理论模型、多Agent系统及其系统及其开发应用等方面。开发应用等方面。n 工业界开始介入工业界开始介入Agent理论和技术的研究与应用。理论和技术的研究与应用。n OMG标准化组织开始致力于标准化组织开始致力于Agent技术的标准化工作并推出了一技术的标准化工作并推出了一些重要的些重要的Agent技术标准。技术标准。第第 11 章章 人工智能人工智能研究方法研究方法智能智能Agent 第13页，共20页，编辑于2022年，星期日n 博弈博弈：诸如下棋、打牌等竞争性智能活动称为博弈。：诸如下棋、打牌等竞
18、争性智能活动称为博弈。n 博弈为人工智能提供了一个很好的实验领域，人工智能中的许多博弈为人工智能提供了一个很好的实验领域，人工智能中的许多概念和方法都是从博弈中提取出来的。概念和方法都是从博弈中提取出来的。n 博弈成果显著，如博弈成果显著，如IBM公司研制的公司研制的IBM超级计算机超级计算机“深蓝深蓝”于于1997年年5月与当时的国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫对弈，结月与当时的国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫对弈，结果果“深蓝深蓝”获胜。获胜。n 实现机器博弈的关键是对博弈树的搜索。一个完整的博弈实现机器博弈的关键是对博弈树的搜索。一个完整的博弈树包括每一步所有可能的走步，国际象棋大约有树包括每一步所
19、有可能的走步，国际象棋大约有10120个结点，个结点，围棋大约有围棋大约有10768个结点。由于这样的树太大，即使具备现代的计个结点。由于这样的树太大，即使具备现代的计算能力，在合理的时间内，也只能分析博弈树的部分结点。算能力，在合理的时间内，也只能分析博弈树的部分结点。第第 11 章章 人工智能人工智能应用领域应用领域机器博弈机器博弈 第14页，共20页，编辑于2022年，星期日n专家系统专家系统是一个智能的计算机系统，它运用知识和推理来解决只有是一个智能的计算机系统，它运用知识和推理来解决只有专家才能解决的复杂问题。专家才能解决的复杂问题。n 任何解决问题的能力达到同领域人类专家水平的计算
20、机系统任何解决问题的能力达到同领域人类专家水平的计算机系统都可以称为专家系统。都可以称为专家系统。n 世界上第一个专家系统世界上第一个专家系统DENDRAL可以像物理化学家一样推断分可以像物理化学家一样推断分子结构。美国子结构。美国DEC公司配置专家系统公司配置专家系统XCON。n 由于专家系统走出了实验室，能够解决现实世界中的实际问由于专家系统走出了实验室，能够解决现实世界中的实际问题，被誉为题，被誉为“应用人工智能应用人工智能”，并受到企业界和政府的关注和，并受到企业界和政府的关注和支持。支持。第第 11 章章 人工智能人工智能应用领域应用领域专家系统专家系统 第15页，共20页，编辑于2
21、022年，星期日n“数据爆炸但知识贫乏数据爆炸但知识贫乏”的现象，人们希望能够对数据进行的现象，人们希望能够对数据进行更深层次的分析，从中发现更有价值的信息。更深层次的分析，从中发现更有价值的信息。n 数据挖掘数据挖掘是指从大型数据库或数据仓库中提取隐含的、未知是指从大型数据库或数据仓库中提取隐含的、未知的、非平凡的、有潜在应用价值的信息或模式的处理过程。的、非平凡的、有潜在应用价值的信息或模式的处理过程。n 数据挖掘利用各种分析方法和分析工具在大规模海量数据中数据挖掘利用各种分析方法和分析工具在大规模海量数据中建立模型和发现数据间关系，从而实现决策和预测。建立模型和发现数据间关系，从而实现决
22、策和预测。n 目前，数据挖掘在金融、保险、通讯等行业的成功案例较多，目前，数据挖掘在金融、保险、通讯等行业的成功案例较多，在零售业、医疗保健、运输业、行政司法等领域都具有广阔的应在零售业、医疗保健、运输业、行政司法等领域都具有广阔的应用前景。用前景。第第 11 章章 人工智能人工智能应用领域应用领域数据挖掘与知识发现数据挖掘与知识发现 第16页，共20页，编辑于2022年，星期日n 自然语言处理自然语言处理（又称自然语言理解）采用人工智能的理论和技（又称自然语言理解）采用人工智能的理论和技术将自然语言机理用计算机程序表达出来，构造能够理解自然术将自然语言机理用计算机程序表达出来，构造能够理解自
23、然语言的系统。语言的系统。n 我们知道，语言是由语句组成的，所以，语句应该是自然语言理解我们知道，语言是由语句组成的，所以，语句应该是自然语言理解的最小单位。然而，一个语句通常不是孤立存在的，往往是与该语句的最小单位。然而，一个语句通常不是孤立存在的，往往是与该语句所在的环境联系在一起才构成它的语义，这正是自然语言理解所遇到所在的环境联系在一起才构成它的语义，这正是自然语言理解所遇到的困难之一。的困难之一。n 自然语言理解在下列场合获得广泛应用：（自然语言理解在下列场合获得广泛应用：（1）机器翻译；（）机器翻译；（2）篇章）篇章理解；（理解；（3）自然语言接口。）自然语言接口。第第 11 章章
24、 人工智能人工智能应用领域应用领域自然语言理解自然语言理解第17页，共20页，编辑于2022年，星期日n 识别是人和生物的基本智能信息处理能力之一。识别是人和生物的基本智能信息处理能力之一。n 模式模式是提供模仿用的标本，是提供模仿用的标本，模式识别模式识别就是识别出给定事物和哪就是识别出给定事物和哪一个模式相同或相似。一个模式相同或相似。n 模式识别的研究主要在以下两个方面：模式识别的研究主要在以下两个方面：（1）图形和图像识别）图形和图像识别（2）语音识别）语音识别 预处理系统预处理系统识别处理系统识别处理系统待识别待识别事物事物识别识别结果结果第第 11 章章 人工智能人工智能应用领域应
25、用领域模式识别模式识别第18页，共20页，编辑于2022年，星期日n 机器人机器人是一种可再编程的多功能的操作装置。是一种可再编程的多功能的操作装置。n 机器人和其他类型计算机的最重要的硬件区别是复杂的机器人和其他类型计算机的最重要的硬件区别是复杂的输入和输输入和输出设备出设备，机器人并不是把输出传送到屏幕或打印机，而是发送命令，机器人并不是把输出传送到屏幕或打印机，而是发送命令给关节、手臂或其他可移动部件。给关节、手臂或其他可移动部件。n 理论上，智能机器人至少应该具备以下四种机能：理论上，智能机器人至少应该具备以下四种机能：（1）感知机能：获取外部环境信息以便进行自我行动；）感知机能：获取
26、外部环境信息以便进行自我行动；（2）运动机能：施加于外部环境的相当于人的手、脚；）运动机能：施加于外部环境的相当于人的手、脚；（3）思维机能：求解问题的认识、推理、判断等；）思维机能：求解问题的认识、推理、判断等；（4）通信机能：理解指示命令、输出内部状态，与人流畅地交换）通信机能：理解指示命令、输出内部状态，与人流畅地交换信息的通信机能。信息的通信机能。第第 11 章章 人工智能人工智能应用领域应用领域智能机器人智能机器人第19页，共20页，编辑于2022年，星期日第第 11 章章 人工智能人工智能回答问题回答问题学完本章，你将如何回答下列问题：学完本章，你将如何回答下列问题：1.什么是智能？什么是人工智能？为什么要研究人工智能？什么是智能？什么是人工智能？为什么要研究人工智能？2.如何实现人工智能？人工智能的主要研究方法是什么？如何实现人工智能？人工智能的主要研究方法是什么？3.目前，人工智能都应用在哪些领域？有成熟的应用吗？目前，人工智能都应用在哪些领域？有成熟的应用吗？第20页，共20页，编辑于2022年，星期日