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1、第0章 绪论n0.1什么是人工智能n0.2图灵测试n0.3中文屋子问题n0.4人工智能的研究目标n0.5人工智能发展简史n0.6人工智能研究课题10.1 什么是人工智能n很早人类就有制造机器人的幻想q黄帝的“指南车”q诸葛亮的“木牛流马”q亚里士多德的形式逻辑q莱布尼茨的关于数理逻辑的思想q“机器人”一词的来源2莱布尼茨手摇计算机n整个机器由一套齿轮系统传动重要部件是阶梯形轴便于实现简单的乘除运算第一个认识到二进制记数法重要性的人，并系统地提出了二进制数的运算法则3现代人工智能的兴起n现代人工智能（ArtificialIntelligence，简称AI），一般认为起源于美国1956年的一次夏季
2、讨论（达特茅斯会议），在这次会议上，第一次提出了“ArtificialIntelligence”这个词。4什么是人工智能？n至今没有统一的定义nJ.McCarthynAI使一部机器的反应方式就像是一个人在行动时所依据的智能。5约翰麦卡锡（John McCarthy）n人工智能之父nLISP语言的发明人n首次提出AI的概念6约翰麦卡锡（John McCarthy）n1927年出生于美国波士顿n1956年发起达特茅斯会议，并提出“人工智能”的概念n1958年与明斯基一起创建世界上第一个人工智能实验室n发明剪枝算法n1959年开发LISP语言n开创逻辑程序研究，用于程序验证和自动程序设计n1971年
3、获得图灵奖7什么是人工智能？nJ.NilssonnAI是关于知识的科学，即怎样表示知识、获取知识和使用知识的科学。nP.Winston：（Patrick Henry Winston：美国人工智能协会前主席,美国麻省理工学院（MIT）人工智能和计算机科学教授，美国Ascent技术公司总裁和创始人之一。）nAI研究如何使计算机去做过去只有人才能做的富有智能的工作。8 从事人工智能（AI）研究，是逻辑学派的奠基人之一，对AI的发展做出了重大的贡献。他以前的著作可认为是这个 领域的经典著作，NILSSON博士是斯坦福大学终身的工程学KUMAGAI教授。他曾任ARTIFICIAL INTELLIGENC
4、E、MACHINE LEARNING杂志的编辑、斯坦福大学计算机科学系系主任、SRT人工智能中心主任及美国人工智能协会理事长。J.Nilson9什么是人工智能？nM.MinskynAI是让机器做本需要人的智能才能做到的事情的一门学科。nA.FeigenbaumnAI是一个知识信息处理系统。10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11马文明斯基（Marniv Lee Minsky）n1927年出生于美国纽约n1951年提出思维如何萌发并形成的基本理论n1956年达特茅斯会议的发起人之一n1958年在MIT创建世界上第一个AI实验
5、室n1969年获得图灵奖n1975年首创框架理论12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13爱德华费根鲍姆（Edward A.Feigenbaum）n1936年出生于美国的新泽西州n通过实验和研究，证明了实现智能行为的主要手段是知识n1977年提出知识工程，使人工智能从理论转向应用n名言：知识蕴藏着力量n1994年和劳伊雷迪共同获得图灵奖14n1963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n1965年开发出世界上第一个专家系统n开发出著名的专家系统MYCINn80年代合著了四卷本的人工智能手册n开设Te
6、knowledge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15劳伊雷迪（Raj Reddy）大型人工智能系统的开拓者16劳伊雷迪（Raj Reddy）n37年出生于印度，66年在美国获得博士n1994年与费根鲍姆共同获得图灵奖n主持过一系列大型AI系统的开发qNavlab能在道路行驶的自动车辆项目qLISTEN用于扫盲的语音识别系统q以诗人但丁命名的火山探测机器人项目q自动机工厂项目，提出“白领机器人学”17像人一样思考的系统理性地思考的系统n“要使计算机能够思考.意思就是：有头脑的机器”（Haugeland,1985）n“与人类的思维相关的活动，
7、诸如决策、问题求解、学习等活动”（Bellman,1978）n“通过利用计算模型来进行心智能力的研究”（Chamiak和McDermott,1985）n“对使得知觉、推理和行为成为可能的计算的研究”（Winston,1992）像人一样行动的系统理性地行动的系统n“一种技艺，创造机器来执行人需要智能才能完成的功能”（Kurzweil,1990）n“研究如何让计算机能够做到那些目前人比计算机做得更好的事情”（Rich和Knight,1991）n“计算智能是对设计智能化智能体的研究”（Poole等，1998）n“AI.关心的是人工制品中的智能行为”（Nilsson,1998）180.2图灵测试n如何
8、知道一个系统是否具有智能呢？n1950年，计算机科学家图灵提出了著名的“图灵测试”。19测试的设置n测试的参与者：q测试人q被测试人：一个人，一个声称自己有人类智力的机器。n测试过程：q测试人与被测试人是分开的，测试人只有通过一些装置（如键盘）向被测试人问一些问题，这些问题随便是什么问题都可以。2021n问过一些问题后，如果测试人能够正确地分出谁是人谁是机器，那机器就没有通过图灵测试，如果测试人没有分出谁是机器谁是人，那这个机器就通过了图灵测试，具有了图灵测试意义具有了图灵测试意义下的智能下的智能。n计算机为了通过图灵测试，除了要很好地模拟人类的优点，还要模拟好人类的不足。计算机不能比人类愚蠢
9、，也不能比人类聪明。n让计算机在某些方面变得愚蠢并不是很难的事情，真正让计算机感到困难的事一些常识性的问题。人类可以非常轻松的处理常识性的问题，但对于计算机来说却非常困难。22图灵测试示范1n问：请给我写出有关“第四号桥”主题的十四行诗。n答：不要问我这道题，我从来不会写诗。n问：34957加70764等于多少？n答：（停30秒后）105721n问：你会下国际象棋吗？n答：是的。n问：我在我的K1处有棋子K；你仅在K6处有棋子K，在R1处有棋子R。现在轮到你走，你应该下那步棋？n答：（停15秒钟后）棋子R走到R8处，将军！23图灵测试示范2n问：你会下国际象棋吗？n答：是的。n问：你会下国际象
10、棋吗？n答：是的。n问：请再次回答，你会下国际象棋吗？n答：是的。n一部笨机器一部笨机器!24图灵测试示范3n问：你会下国际象棋吗？n答：是的。n问：你会下国际象棋吗？n答：是的，我不是已经说过了吗？n问：请再次回答，你会下国际象棋吗？n答：你烦不烦，干嘛老提同样的问题。n大概是人而不是机器!25图灵测试示范4n图灵自己也认为制造一台能通过图灵测试的计算机并不是一件容易的事情。很多人研究过计算机对话程序，如1966年J.Weizenbaum写的Eliza（扮演心理医生），模仿心理医生和女病人的对话。nP：所有男人都一个样。nE：这从何说起呢？nP：他们总是这样和那样的找我们的麻烦。nE：你能举
11、一个例子吗？nP：好吧，你瞧，我的男朋友叫我的这儿来。nE：哦，你的男朋友叫你到这儿来。nP：他说我显得精神沮丧已经很长时间了。nE：听到你说你精神沮丧，我很同情。nP：说真的，我很不高兴。nE：你认为到这儿来能帮助你高兴起来吗？nP：那当然，我需要帮助。nE：如果你得到了帮助，那将意味着什么？26图灵测试n对人类来说容易求解的问题，对计算机来说并不一定容易解决；n对人类来说困难的问题，计算机处理起来不一定困难；n计算机用于人类不太擅长的领域，发挥更多作用，延伸人的智力。n利用计算机难以通过图灵测试的特点，逆向使用图灵测试，解决复杂问题。q防止利用程序对网络系统进行恶意攻击，在登录界面上，除了
12、要输入用户名、密码之外，还要识别出系统随机产生的一些在复杂背景上的变形文字。270.3希尔勒的中文屋子n罗杰施安克的故事理解程序（举例）n机器是否真的理解了呢？n希尔勒的中文屋子n问题：通过了图灵测试就具有了智能吗？n思考题：如何理解希尔勒的中文屋子？28故事理解程序举例n“一个人进入餐馆并订了一份汉堡包。当汉堡包端来时发现被烘脆了，此人暴怒地离开餐馆，没有付帐或留下小费。”n“一个人进入餐馆并订了一份汉堡包。当汉堡包端来后他非常喜欢它，而且在离开餐馆付帐之前，给了女服务员很多小费。”n作为对“理解”故事的检验，可以向计算机询问，在每一种情况下，此人是否吃了汉堡包。返回29中文屋子问题-1n故
13、事是用中文写的。计算机对故事处理的所有运算指令均转换为一组指令。希尔勒想象自己在一个屋子里操作这些指令。n代表这一故事和问题的一连串符号通过小缝隙送到屋子里，而且不允许其他信息渗透到屋子里。希尔勒完全按照程序的处理过程对故事和问题进行处理，并通过缝隙将结果送到外面。由于希尔勒完全按照施安克的程序进行操作，因此最终得到的是中文的“是”或“否”，并以此作为对中文故事和中文问题的回答。30中文屋子问题-2n希尔勒清楚的表明，自己完全不懂中文，对故事和问题，甚至自己的答案完全不清楚，只是按照程序完成了操作，给出了答案。也就是说：仅仅成功执行算法本身并不意味着对所发生的事情有丝毫理解，被锁在中文屋子里的
14、希尔勒不理解故事中的任何一个词。n希尔勒的中文屋子的例子，提出了一个什么是什么是理解理解的问题，也许体现了人的智能和人工智能的不同。返回310.4 AI的研究目标nAI是研究如何制造出人造的智能机器或智能系统，来模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。n人类智能活动的能力：人类在认识世界和改造世界的活动中，由脑力劳动表现出来的能力，q认识和理解世界环境的能力。q提出概念、建立方法，进行演绎和归纳推理、作出决策的能力。q学习的能力。q自我适应的能力。320.4 AI的研究途径n一条是心理学家、生理学家们认为大脑是智能活动的物质基础，要揭示人类智能的奥秘，就必须弄清大脑的结构，也就是要从大脑
15、的神经元模型着手研究，搞清大脑信息处理过程的机理机理，这样人工智能的实现就可迎刃而解。可以看出这一学派是企图创立“信息处理的智能理信息处理的智能理论论”作为实现人工智能的长远研究目标的。n另一条是计算机科学家们提出的从模拟人脑功能功能的角度来实现人工智能，也就是通过计算机程序的运行，从效果上达到和人们智能行为活动过程相类似作为研究目标，因而这派学者只是局限于解决“建造智能机器或系统为建造智能机器或系统为工程目标的有关原理和技术工程目标的有关原理和技术”作为实现人工智能的近期目标，这个观点比较实际，目前引起较多人的注意。33补充：n心理学（符号主义）：人工智能源于数理逻辑。认识的基本元素是符号，
16、智能和知识可用符号表示、擅长抽象思维。人工智能的主流学派。代表有纽厄尔、肖、西蒙和尼尔逊等。n生理学（联结主义）：原理主要为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法。认为认识的基本元素是神经元，认识过程是大量神经元的并行活动，擅长形象思维。n生物进化（行为主义）行为主义：原理为控制论及感知论。认为人工智能源于控制论。布鲁克斯。340.5 AI的历史回顾n萌芽期（1956年以前）q神话传说：帮助人劳动的机器人，歌舞机器人；q法国物理学家和数学家BPascal的机械加法器；qLeibniz在机械加法器基础上制造了四则运算器；q英国数学家和力学家CBabbage对差分机和分析机的研究；q图灵的图灵机
17、模型q1938德国工程师Zuse的累计数字计算机Z-1q1946年Mauchly等的第一台计算机ENIACqWiener的控制论和Shannon的信息论等35AI的历史回顾（续1）n形成期（1956-1961）nDartmouth聚会后，在美国开始形成了以人工智能为研究目标的几个研究组：q如Newell和Simon的Carnegie-RAND协作组；qSamuel和Gelernter的IBM公司工程课题研究组；qMinsky和McCarthy的MIT研究组等n这一时期人工智能的研究工作主要在下述几个方面。36AI的历史回顾（续2）n方面1：nA.Newell、J.Shaw和H.Simon等人编
18、制出逻辑理论机LT，当时该程序证明了“数学原理”一书第二章中的38个定理（1963年修订的程序在大机器上终于证完了该章中全部52个定理）。n1960年又编制了能解十种类型不同课题的通用问题求解程序GPS（GeneralProblemSolving）nNewell关于自适应象棋机的论文和Simon关于问题求解和决策过程中合理选择和环境影响的行为理论的论文。n人的口语学习和记忆的EPAM模型（1959年）、早期自然语言理解程序SAD-SAM。37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38赫伯特西蒙(Herbert A.Simon）n1
19、916年出生于美国的威斯康辛州n1943年在匹兹堡大学获政治学博士学位n1969年因心理学方面的贡献获得杰出科学贡献奖n1975年和他的学生艾伦纽厄尔共同获得图灵奖n1978年获得诺贝尔经济学奖n1986年因行为学方面的成就获得美国全国科学家奖章39赫伯特西蒙(Herbert A.Simon）n50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。n57年开发了IPL(InformationProcessingLanguage)语言，是最早的AI语言。n60年开发了“通用问题求解系统”GPSn66年开发了最早的下棋程序之一MATERn70年发展与完善了语义网络的概念和方法n70年
20、代提出了“物理符号系统假说”n70年代提出决策过程模型。40艾伦纽厄尔（Allen Newell）n符号主义学派的创始人之一n西蒙的学生与同事n1975年与西蒙同获图灵奖41AI的历史回顾（续3）n方面2n1956年Samuel的西洋跳棋程序n1959年这个程序曾战胜设计者本人n1962年还击败了美国一个州的跳棋大师。42AI的历史回顾（续4）n方面3n1959年McCarthy发明的表（符号）处理语言LISP，成为人工智能程序设计的主要语言，至今仍被广泛采用。n1958年McCarthy建立的行动计划咨询系统以及1960年Minsky的论文“走向人工智能的步骤”，对人工智能的发展都起了积极的
21、作用。n1956年N.Chomsky的文法体系，1958年Selfridge等人的模式识别系统程序等。43AI的历史回顾（续5）n发展时期（1961年以后）n1965年J.A.Robinson提出了归结（消解）原理，推动了自动定理证明这一课题的发展。n70年代初，T.Winograd提出积木世界中理解自然语言的程序。n知识表示：C.Green的一阶谓词演算语句，M.R.Quillian的语义记忆的网络结构，R.F.Simmon等人的语义网结构，R.C.Schank的概念网结构，M.Minsky的框架系统的分层组织结构等。44AI的历史回顾（续6）n专家系统：自1965年研制DENDRAL系统以
22、来，一直受到人们的重视，这是人工智能走向实际应用最引人注目的课题。n1977年E.A.Feigenbaum提出了知识工程的研究方向，导致了专家系统和知识库系统更深入的研究和开发工作。n智能机器人、自然语言理解和自动程序设计。n经历了10多年的低潮之后，有关人工神经元网络的研究取得了突破性的进展（如Hopfield模型、Rumelhart提出的BP算法），很多新的神经元网络模型被提出，并广泛应用于模式识别、故障诊断、预测和智能控制等多个领域。45AI的历史回顾（续7）nIBM的“深蓝”：以3.5：2.5的总比分战胜卡斯帕罗夫。n“深蓝”的技术指标：q32个CPUq每个CPU有16个协处理器q每个
23、CPU有256M内存q每个CPU的处理速度为200万步/秒n1969年国际人工智能联合会成立，并举行第一次学术会议IJCAI-69，以后每两年召开一次。46AI的历史回顾（续8）n美国是人工智能的发源地。n英国在60年代就起步人工智能的研究，到70年代，在爱丁堡大学还成立了“人工智能”系。n日本和西欧一些国家虽起步较晚，但发展较快，苏联对人工智能研究也开始予以重视。n我国是从1978年才开始人工智能课题的研究，主要在定理证明、汉语自然语言理解、机器人及专家系统方面设立课题，并取得一些初步成果。47AI的历史回顾（续9）n足球机器人n两个组织：RoboCup和FIRAn设有仿真组、小型组、中型组
24、和有腿组n控制方式：FIRA采用集中控制，而RoboCup采用分布式控制48AI的历史回顾（续10）小型组 有腿组RoboCup_Four_Legged_League.flvARICC_s_Mirosot_11_vs._11_-_Champion_at_FIRA_2004.flv2007年日本东京机器人足球比赛.avi49AI的研究课题n人工智能目前也总结出若干个对实现人工智能系统来说具有一般意义的核心课题，这就是：q知识的模型化和表示方法；q启发式搜索理论；q各种推理方法（演绎推理、规划、常识性推理、归纳推理等）；q人工智能系统结构和语言。n此外，还有一些主要的应用领域。50AI的研究课题（续1）n自然语言理解（NaturalLanguageUnderstanding）n数据库的智能检索（IntelligentRetrievalfromDatabase）n专家咨询系统（ExpertConsultingSystems）n定理证明（TheoremProving）n博弈（GamePlaying）n机器人学（Robotics）robot朱尔斯.flv2009机器人.flvn自动程序设计（AutomaticProgramming）n组合调度问题（CombinatorialandSchedulingProblems）n感知问题（PerceptionProblems）51