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1、第1次课：2013年09月02日人工智能导论 Introduction to Artificial Intelligence王 洁2013年09月02日2013年12月16日简介n自我介绍：王 洁,信北314，联系方式: n上课时间：周一：5-6节1-16周 周四：5-6节1-4周 (三教207)简介n n考查方式考查方式:考试成绩占考试成绩占70%,70%,平时作业平时作业+考勤考勤 30%30%n n考试时间考试时间:一般为第一般为第1616周周,最后一次上课时间最后一次上课时间斯皮尔伯格,电影:人工智能,电影中 David:机器人，它的程序是爱.先进的机器人不但拥有可以乱真的人类外表，还
2、能感知自身的存在。nDavid:机器人(robot)nDavid:拥有乱真的人类外表，还能感知自身的存在。n电影中:制造David(机器人)的目的?以便以便象人类一样象人类一样完成富有完成富有智能智能的工作的工作“人工智能导论”n人工智能（AI):研究如何运用知识，以便象人类一样完成富有智能的工作n智能？what is intelligence?Intelligence is the computational part of the ability to achieve goals in the world.Varying kinds and degrees of intelligence
3、occur in people,many animals and some machines.(摘自John McCarthy2007)n n机器智能：机器智能：1 1）IMBIMB深蓝：深蓝：IBM“IBM“深蓝深蓝”战胜国际象棋世界冠军。战胜国际象棋世界冠军。“深蓝”：是一台 IBM RS/6000 SP 32节点的计算机，每秒可检查超过2亿个棋步 2）人工智能研究的目的：(摘自John McCarthy2007)-Does AI aim at human-level intelligence?-Yes.The ultimate effort is to make computer pro
4、grams that can solve problems and achieve goals in the world as well as humans.绪论n 人工智能？研究目标?n 发展概况？n 研究领域和方法 n 本学期课程所涉及的内容n 教材和参考书人工智能？n古代幻想制造出代替人类工作的机器n公元900年前的歌舞机器人n古希腊机器人帮助劳动的传说-人工智能的幻想n1956年人工智能的正式诞生n1946年第一台电子计算机诞生计算机可以帮助人们完成更多的事情。n 1956年，在美国的Dartmouth大学组织了一个讨论班，历时2个月.10位参加者都是在数学,神经生理学,心理学和计算机
5、科学领域从事教学和研究的学者.n首次使用了“人工智能”一词，开创了人工智能这个学科。组织者为J.McCarthy(斯坦福大学教授)和他的三个朋友M.Minsky(MIT教授),N.Lochester(IBM信息研究中心),C.Shannon(贝尔实验室信息部数学研究员)人工智能?n 什么是“人工智能”？n计算机科学，控制论，信息论，神经生理学，心理学，语言学等多种学科相互渗透而发展起来的一门综合性学科综合性学科。n通俗的讲:人工智能是一些方法,依靠这些方法,计算机可以比较好地求解问题,能够帮助人类做许多以前需要人类的智能才能完成的工作.John McCarthy 人工智能之父 LISP语言的发
6、明人nAI发展至今,已形成了一整套的理论和方法,并在AI的应用领域发挥着巨大的作用.n目前,AI仍处于发展时期,许多问题解决的不好,甚至不能求解.“人工智能”?-争议的问题n不同领域的学者有不同的定义不同领域的学者有不同的定义:nJ.McCarthy(最早):使一部机器的反应方式就像一个人在行动时所依据的智能.nJ.Nilsson:它是关于知识的科学，即怎样表示知识、获取知识和使用知识的科学.nP.Winston:AI是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.nM.Minsky:让机器做本需要人的智能才能够做到的事情的一门科学.nA.Feigenbaum:是一个知识信息处理系统.
7、人工智能的本质n 定义虽不同,但人工智能的本质:是一门研究如何制造出人造人造的智能智能机器或者智能系统机器或者智能系统,来模拟人类智能模拟人类智能活动的能力,以延伸人们智能的科学.什么样的系统具有“智能”？n图灵最早对此问题研究n1950年,论文“计算机 和智力”提出“图灵测试”以测试一个计算机系统 是否具有智能.n 测试方法如下:Alan Turingcomputercomputer?person 回答回答测试目的：测试者通过提问测试目的：测试者通过提问,判断哪个判断哪个房间是志愿者房间是志愿者,哪个房间是计算机哪个房间是计算机.房间房间A,A,志愿者志愿者room2测试者测试者测试者房间房
8、间B,B,计算机计算机回答回答提问提问n如果测试者在一系列的这种测试中，不能准确的判断出谁是计算机，谁是人，则说明该计算机通过了图灵测试，具有了图灵测试意义下的智能。n图灵测试完全是从机器是否很好的模拟人的角度进行测试的。n测试对计算机不公平，除了模拟人的优点外，还要 模拟人的缺点。（对复杂计算，计算机快速回答）。n可弱化计算机，只看计算机是否足够聪明。n计算机对常识知识感到困难。例如：既不能比人类愚蠢既不能比人类愚蠢也不能比人类聪明也不能比人类聪明测试者提问：“我听说，今天上午一头黄牛在长江上空飞行”。你怎么理解此事？计算机谨慎回答：“这听起来不可思议”测试者继续：“是么？我叔叔试过一回，只
9、不过黄牛是浅色的，并带有斑纹，这有什么不可思议？”n容易想象，如果计算机没有理解这些问题，并没有足够的常识知识，就会暴露自己是台计算机，而不是一个人。n可以看到，对于人类很容易理解的问题，对于计算机来说并不一定容易解决。又比如，即使是一个小孩，无论是从正面，侧面，甚至背后，都非常容易的认出自己的妈妈，即使是换了发型，带了眼镜等，但计算机人脸识别却是一个困难的课题。n但对人类困难的问题，计算机处理起来却比较容易，如数字计算，大规模数据库查找等。中文屋子问题n智能的体现离不开理解，在图灵测试中，计算机要正确回答问题，首先要理解问题。n通过图灵测试的计算机真正理解问题了么？n约翰 希尔勒提出了否定意
10、见。（以中文屋子为例）n罗杰 施安克编写的故事理解程序他认为即使一台计算机通过了他认为即使一台计算机通过了图灵测试，但仍然不具备和理图灵测试，但仍然不具备和理解有关的精神属性。解有关的精神属性。罗杰 施安克的故事理解程序n该程序阅读英文小说，并回答与故事有关的问题：一个人进入餐馆并定了一份汉堡包。当汉堡包端来的时侯发现被烘脆了，此人暴怒的离开餐馆，没有付帐或留下小费。一个人进入餐馆并定了一份汉堡包。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。computercomputer提问提问此人是否吃了汉堡包此人是否吃了汉堡包但计算机真正理解这两段话的含义了么？但计算机真正
11、理解这两段话的含义了么？NONO YESYES假定故事是用中文编写的,计算机对故事的所有运算转变成一组指令.代表故事和问题的的一连串符号通过代表故事和问题的的一连串符号通过缝隙送到屋子缝隙送到屋子希尔勒想象自己在屋子里操作这些指令。中文屋子希尔勒完全按照程序操作,最终的结果是中文的:”是”或”否”.问题是:他根本不懂任何中文.n希尔勒的结论：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的理解。n希尔勒的观点：即使计算机通过了图灵测试，但计算机也没有理解它所做的一切，因此也就不能体现出任何智能。人工智能的研究目标n人工智能的研究有大约50多年的历程，对人工智能有不同的定义。n但就其本质而言
12、：人工智能是研究如何制造出人造的智能机器或智能系统，来模拟人类人类智能活动的能力智能活动的能力，以延伸人类智能的科学。n人类智能活动的能力：一般而言，是人类在认识世界和改造世界的活动中，由脑力劳动脑力劳动表现出来的能力。具体的指：通过视觉，听觉，触觉等感官活动，接受并理解文字，图像，声音，语言等各种外界的自然信息-这就是认识和理解世界的能力认识和理解世界的能力。通过人脑的生理与心理活动以及有关的信息处理过程，将感性知识抽象为理性知识，并能对事物运动的规律进行分析，判断和推理-这就是提出概念，建立方法，进行演绎和归纳推理，作出决策的能力作出决策的能力。对变化多端的外界环境条件，如干扰，刺激等作用
13、能灵活的作出反应-这就是自我自我适应的能力。适应的能力。研究人工智能的途径n 目前研究人工智能主要有两种途径：n途径一：心理学家，生理学家认为大脑是智能活动的物质基础，要揭示人类智能活动的奥妙，就必须弄清大脑的结构。即：要从大脑的神经元着手研究，弄清大脑信息处理过程的机理。n途径二：计算机科学家提出的从模拟大脑功能的角度来实现人工智能。即：通过计算机程序的运行，从效果上达到和人类智能行为活动过程相似来作为研究目标。企图创立“信息处理的智能理论”作为实现人工智能的长远目标以解决“建造智能机器或系统为工程目标的有关原理和技术”作为人工智能的近期目标。研究目标n说明：不论从什么角度来研究人工智能，都
14、是通过计算机来实现的。n人工智能的研究目标是：弄清楚实现人工智能的有关原理，使计算机有智慧，更聪明，更有用。人工智能的发展阶段n第一阶段：萌芽期（1956年以前）n自古以来，人类企图用机器来代替人的部分脑力劳动，以提高征服自然的能力。如古希腊制造机器人帮助人劳动的传说，中国古代歌舞机器人传说-人工智能的幻想n帕斯卡（Pascal）于1647年制造了第一台会演算的机械加法器.n莱布尼茨（Leibniz）制成了能够实现四则运算的计算器.n巴贝奇（Babbage）在1821年发明了两台最先进的差分机和分析机.n布尔（G.Boole）致力于使“思维规律”形式化和实现机械化，发明了布尔代数。n图灵(A.
15、Turing)1936年，提出了“通用图灵机”概念和模型.nN.Wiener控制论,C.E.Shannon信息论创立，为人工智能学科的诞生做了理论上的巨大贡献。第二阶段：形成期（1956年-1961年）n1956年的Dartmouth大学历史性聚会人工智能的正式诞生。n物理符号系统：1957年，A.Newell,J.Shaw和H.Simon等编写了逻辑理论机的数学定理证明程序等。n1960年，编制了能解10种类型不同课题的GPS（通用问题求解程序），n游戏：1956年，Samuel研究的具有自学习，自组织，自适应能力的西洋跳棋程序，1959年战胜设计者本人，随后战胜了美国的州跳棋大师。第三阶段
16、：发展期（1961年-1980年）n专家系统n知识工程n知识工程席卷全球n各国发展计划：美国星球大战计划，英国的ALVEY计划，法国UNIKA计划，日本五代机计划，中国的863计划。n学术交流的发展对人工智能有很大的推动作用。1969，IJCAI;1974年ECAI,1970年ARTIFICIAL INTELLIGENCE等。第四阶段：（80年代初-90年代初）新的神经元网时代n BP网（算法），解决了多层网的学习问题。n在Hopfield网，成功解决了旅行商问题。n存在的问题：理论依据，解决大规模问题的能力。n新的动向：构造化方法。第五阶段：（90年代初-现在）n网络给AI带来无限的机会。n
17、知识发现和数据挖掘。nAI走向实用化。IBM的“深蓝”n 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。n在世界范围内引起轰动，标志着在某些领域，经过努力，人工智能系统可以达到人类的最高水平。正与“深蓝”下棋卡斯帕罗夫使用方法-博弈树搜索n在第三章详细介绍博弈树搜索在第三章详细介绍博弈树搜索n博弈问题n双人n一人一步n双方信息完备(对垒双方看到的信息是一样的，不存在一方看到另一方看不到的情况）n零和（对一方有利
18、的走棋，对另一方是不利的，不存在对双方均有利或者均无利的棋）IBM的“深蓝”n96年2月第一次比赛结果 深蓝：胜，负，平，平，负，负n97年5月第二次比赛结果 深蓝：负，胜，平，平，平，胜AI的研究内容 n搜索技术搜索技术n知识表示知识表示n规划方法n机器学习n认知科学n自然语言理解和机器翻译n专家系统与知识工程n定理证明n搏弈n机器人n数据挖掘与知识发现n多agent系统n复杂系统n足球机器人n人机交互历史上的人工智能大师n下面介绍图灵和几位获得图灵奖的人工智能大师阿伦图灵（Alan Turing）Alan Turing计算机科学理论创始人阿伦图灵（Alan Turing）n1912年出生在
19、英国伦敦，1954年去世n1936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n1950年发表论文“计算机与智能”，阐述了计算机可以有智能的想法，提出图灵测试n1966年为纪念图灵的杰出贡献，ACM设立图灵奖。马文明斯基（Marniv Lee Minsky）人工智能之父 框架理论的创立者 首位图灵奖获得者 （1969）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Dartmouth会议发起人之一n1958年在MIT创建世界第一个AI实验室n1969年获得的图灵奖n1975年首创框架理论 人工智
20、能之父 LISP语言的发明人 首次提出AI的概念 （1971）约翰麦卡锡（John McCarthy）约翰麦卡锡（John McCarthy）n1927年出生于美国波士顿n1956年发起Dartmouth会议，并提出了“人工智能”的概念n1958年于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年获得图灵奖赫伯特西蒙（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 （1975）赫伯特西蒙（Herbert A.Simon）n1916年出生在美国威斯康辛州n
21、1943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年因为行为方面的成就获得美国全国科学家奖章艾伦纽厄尔（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查理德卡普（Richard M.Karp）发明“分枝界限法”的 三栖学者（1985）查理德卡普（Richard M.Karp）n1935年出生于美国波士顿n是加州大学伯克利分校三个系的教授n电气工程与计算机n数学系n工业工程与运筹学系n60年代提出“分枝界限法”，成功求解含有6
22、5个城市的旅行商问题，创当时的记录n1985年获得图灵奖爱德华费根鲍姆（Edward A.Feigenbaum）知识工程的提出者大型人工智能系统的开拓者（1994）爱德华费根鲍姆（Edward A.Feigenbaum）n1936年出生于美国新泽西州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：知识蕴涵着力量n1994年与劳伊雷迪共同获得图灵奖劳伊雷迪（Raj Reddy）大型人工智能系统的开拓者 （1994）劳伊雷迪（Raj Reddy）n1937年出生于印度，1966年在美国获博士学位n1994年与费根鲍姆共同获得图灵奖n主持
23、过一系列大型AI系统的开发nNAVLAB能在道路行使的自行车辆项目nLISTEN用于扫盲的语音识别系统n以诗人但丁命名的火山探测机器人项目n自动机工厂项目，提出“白领机器人学”道格拉斯恩格尔巴特（Douglas Engelbart）鼠标的发明人 超文本研究的先驱道格拉斯恩格尔巴特（Douglas Engelbart）n1925年出生在美国的俄勒冈州n60年代提出计算机是人类智力的放大器的观点n1964年发明鼠标，67年申请专利，70年取得专利n对超文本技术作出巨大的贡献，以他的名字命名ACM超文本会议最佳论文奖姚期智 (Andrew Yao)n对计算理论做出了诸多根本性的重大贡献n第一位华裔获
24、奖者n美国科学院院士n中国科学院院士n清华大学教授n2000年图灵奖获得者2012图灵奖 nShafi Goldwasser(莎菲歌德瓦尔赛)MIT电机工程和计算机科学教授、以色列 魏茨曼科学研究所数学教授。nSilvio Micali(希尔维奥米卡利)MIT工程学教授 两位密码学专家奠定了现代密 码学的数学基础，形式化加密 安全是基于可计算而不是绝对 的概念，创造出数据结构，将 密码学从一门艺术变为一门科学.本课程是人工智能的入门性课程本课程是人工智能的入门性课程,主要介绍人工智能研究中最基本主要介绍人工智能研究中最基本,最经典的理论和方法最经典的理论和方法.本课程主要学习的内容n产生式系统
25、n搜索技术n盲目搜索方法n启发式搜索方法n与或图搜索方法n博弈树搜索方法nAI中的谓词演算及应用n高级搜索参考书目n n马少平马少平马少平马少平 朱小燕，人工智能，清华大学出版社朱小燕，人工智能，清华大学出版社朱小燕，人工智能，清华大学出版社朱小燕，人工智能，清华大学出版社 2004.82004.82004.82004.8n n林尧瑞林尧瑞林尧瑞林尧瑞 马少平，人工智能导论，清华大学出版社马少平，人工智能导论，清华大学出版社马少平，人工智能导论，清华大学出版社马少平，人工智能导论，清华大学出版社 1989198919891989n n陆汝钤，人工智能陆汝钤，人工智能陆汝钤，人工智能陆汝钤，人工
26、智能(上、下上、下上、下上、下)，科学出版社，科学出版社，科学出版社，科学出版社，1996.1996.1996.1996.n n蔡自兴蔡自兴蔡自兴蔡自兴 许光佑，人工智能及其应用，清华大学出版社，许光佑，人工智能及其应用，清华大学出版社，许光佑，人工智能及其应用，清华大学出版社，许光佑，人工智能及其应用，清华大学出版社，1996.1996.1996.1996.n nNils J.NilssonNils J.NilssonNils J.NilssonNils J.Nilsson，人工智能，机械工业出版社，人工智能，机械工业出版社，人工智能，机械工业出版社，人工智能，机械工业出版社n n史忠植，高级人工智能，科学出版社史忠植，高级人工智能，科学出版社史忠植，高级人工智能，科学出版社史忠植，高级人工智能，科学出版社