人工智能初步 课程简介

1、人工智能初步人工智能初步 课程简介课程简介报告人：陈卫东华南师范大学计算机系2004-7n开设课程开设课程人工智能初步人工智能初步意义意义n课程标准内容剖析课程标准内容剖析n教材特色教材特色n 教学建议教学建议 开设课程开设课程人工智能初步人工智能初步意义意义 n人工智能已经进入我们的生活，人工智能已经进入我们的生活，人类正人类正在迈入智能社会在迈入智能社会 无人驾驶飞机、扫雷机器人、卫星评估粮食产量、无人驾驶飞机、扫雷机器人、卫星评估粮食产量、医学专家系统、医学专家系统、购物篮分析、信息过滤、购物篮分析、信息过滤、人脸的人脸的识别、人机搏弈、识别、人机搏弈、机器人足球、机器人足球、开设课程开

2、设课程人工智能初步人工智能初步意义意义 n人工智能是高科技竞争的前沿阵地人工智能是高科技竞争的前沿阵地 人工智能被誉为人工智能被誉为20世纪的三大尖端科技成就之一。世纪的三大尖端科技成就之一。 有预言家说：有预言家说： “说掌握了人工智能，说就能征服整个世界。说掌握了人工智能，说就能征服整个世界。” 开设课程开设课程人工智能初步人工智能初步意义意义 n学习人工智能是科技发展的必然趋势学习人工智能是科技发展的必然趋势 让孩子尽早接触人工智能，揭开人工智能的神秘面纱。让孩子尽早接触人工智能，揭开人工智能的神秘面纱。 人工智能初步人工智能初步 知识及其表达知识及其表达推理与专家系统推理与专家系统人工

3、智能语言与问题求解人工智能语言与问题求解课程标准内容剖析课程标准内容剖析人工智能初步人工智能初步模块由模块由3个主题组成：个主题组成：课程标准内容剖析课程标准内容剖析总体目标：总体目标：知道人工智能对人类学习、生活的影响。知道人工智能对人类学习、生活的影响。感受人工智能技术的丰富魅力，增强对信息技术发展感受人工智能技术的丰富魅力，增强对信息技术发展前景的向往和对未来生活的追求。前景的向往和对未来生活的追求。能用专家系统外壳开发简单的专家系统。能用专家系统外壳开发简单的专家系统。能描述人工智能的基本概念，会使用一种人工智能语能描述人工智能的基本概念，会使用一种人工智能语言解决简单问题。言解决简单

4、问题。课程标准内容剖析课程标准内容剖析一、各个部分的主要内容一、各个部分的主要内容 知识及其表达知识及其表达 内容目标：内容目标： （1）相关背景知识：）相关背景知识： 了解人工智能的概念与基本特点；了解人工智能的概念与基本特点； 了解、体验人智能某些典型应用、发展现状。了解、体验人智能某些典型应用、发展现状。（2）掌握知识表达的几种基本方法。）掌握知识表达的几种基本方法。课程标准内容剖析课程标准内容剖析一、各个部分的主要内容一、各个部分的主要内容人工智能语言与问题求解人工智能语言与问题求解内容目标：内容目标： （1）了解一种人工智能语言，初步学会使用该语言设计）了解一种人工智能语言，初步学会

5、使用该语言设计程序上机求解简单问题程序上机求解简单问题（2）了解状态空间的概念与方法，学会用该方法描述待）了解状态空间的概念与方法，学会用该方法描述待求解的问题。求解的问题。（3）了解盲目搜索、启发式搜索的基本思想及其特点。）了解盲目搜索、启发式搜索的基本思想及其特点。课程标准内容剖析课程标准内容剖析一、各个部分的主要内容一、各个部分的主要内容推理与专家系统推理与专家系统内容目标：内容目标： （1）了解专家系统的基本结构、工作的基本过程。）了解专家系统的基本结构、工作的基本过程。（2）知道专家系统正向、反向推理的基本原理。会描）知道专家系统正向、反向推理的基本原理。会描述一种常用的不精确推理的

6、基本过程。述一种常用的不精确推理的基本过程。 （3）了解专家系统解释机制。）了解专家系统解释机制。（4）会用专家系统外壳来开发简单的专家系统。）会用专家系统外壳来开发简单的专家系统。人人机机接接口口知识获取知识获取推理机推理机解释机解释机知识库知识库事实库事实库专家系统的基本结构专家系统的基本结构课程标准内容的剖析课程标准内容的剖析二、各部分间的关系二、各部分间的关系 知识表示是基础知识表示是基础 搜索技术是核心搜索技术是核心 专家系统是目标专家系统是目标 三、三、 重难点重难点知识表示知识表示 产生式规则、状态空间、产生式规则、状态空间、Prolog语言。语言。各种搜索策略的基本原理。各种搜

7、索策略的基本原理。专家系统的推理原理；简单专家系统的构造。专家系统的推理原理；简单专家系统的构造。n实例教学，深入浅出。实例教学，深入浅出。n以栏目形式组织教学，可操作性强。以栏目形式组织教学，可操作性强。n知识点可伸可缩，适应面广。知识点可伸可缩，适应面广。教材特色教材特色 教材选择学生看得见、摸得着的人工智能实教材选择学生看得见、摸得着的人工智能实际问题作为案例，来介绍人工智能的基本知识和际问题作为案例，来介绍人工智能的基本知识和发展动态。发展动态。 例如，例如， 机器人足球、指纹识别技术的介绍机器人足球、指纹识别技术的介绍 通过游戏学习搜索技术通过游戏学习搜索技术 动物识别专家系统动物识

8、别专家系统教材特色之一教材特色之一 实例教学，深入浅出实例教学，深入浅出n 观摩栏目观摩栏目n 交流栏目交流栏目n 任务和实践栏目任务和实践栏目n 拓展栏目拓展栏目n 评价栏目评价栏目 例如，例如， 在问题求解中，以棋类游戏为案例来学习启发式搜在问题求解中，以棋类游戏为案例来学习启发式搜索技术的思想。索技术的思想。教材特色之二教材特色之二 以栏目形式组织教学，可操作性强以栏目形式组织教学，可操作性强 根据实际情况来进行延伸、扩展有关的知识及根据实际情况来进行延伸、扩展有关的知识及其应用。其应用。例如，例如， 在知识点的拓在知识点的拓展部分对相关的知识进行了延伸，学生可展部分对相关的知识进行了延

9、伸，学生可加深、巩固所学，或把所学知识带到课外。加深、巩固所学，或把所学知识带到课外。 比如，启发式搜索技术学习后，可对人机大战的原理、比如，启发式搜索技术学习后，可对人机大战的原理、历史以及意义进行进一步了解。历史以及意义进行进一步了解。教材特色之三教材特色之三 知识点可伸可缩，适应面广知识点可伸可缩，适应面广1 知识的表示知识的表示n知识表示的目的知识表示的目的 使用知识。它是问题求解和专家系统的基础。n知识表示遵循思路知识表示遵循思路 教学建议教学建议产生式规则产生式规则 与或图与或图 状态空间状态空间等等 人工智能语言人工智能语言 （如（如Prolog语言）语言） 通用程序设计语言通用

10、程序设计语言（如（如C、C+）自然语言表示自然语言表示 格式化表示格式化表示 计算机语言表示计算机语言表示 如果有毛发或者产奶，那么它是哺育动物；如果有毛发或者产奶，那么它是哺育动物； 如果吃肉，那么它是食肉动物；如果吃肉，那么它是食肉动物； 如果有犬齿、有爪、眼视前方，那么它也是食肉动如果有犬齿、有爪、眼视前方，那么它也是食肉动物；物； 如果是哺育动物、食肉动物、黄褐色、有黑色条纹，如果是哺育动物、食肉动物、黄褐色、有黑色条纹，那么它是老虎。那么它是老虎。自然语言描述知识自然语言描述知识 if 有毛发或者产奶有毛发或者产奶 then 它是哺育动物；它是哺育动物； if 吃肉吃肉 then 它

11、是食肉动物；它是食肉动物； if 有犬齿，且有爪，且眼视前方有犬齿，且有爪，且眼视前方 then 它是食肉动物；它是食肉动物； if 是哺育动物，且是食肉动物，且是黄褐色，且有黑是哺育动物，且是食肉动物，且是黄褐色，且有黑色条纹色条纹 then 它是老虎。它是老虎。产生式规则表示知识产生式规则表示知识产生式规则的基本形式：产生式规则的基本形式：If P then Q或者或者PQ老虎老虎黄褐色黄褐色黑色条纹黑色条纹食肉动物食肉动物吃肉吃肉有犬牙有犬牙有爪有爪眼睛向前眼睛向前哺育动物哺育动物产奶产奶有毛发有毛发产生式规则表示知识的网络产生式规则表示知识的网络老虎老虎黄褐色黄褐色黑色条纹黑色条纹食肉

12、动物食肉动物吃肉吃肉有犬牙有犬牙有爪有爪眼睛向前眼睛向前哺育动物哺育动物产奶产奶有毛发有毛发与或图表示知识与或图表示知识定义如下谓词：定义如下谓词： positive(X)表示该动物具有特点表示该动物具有特点X; negative(X)表示该动物不具有特点表示该动物不具有特点X; It_is(X)表示该动物属于表示该动物属于X类别类别; Animal_is(X)表示该动物的名字叫表示该动物的名字叫X.用用PrologProlog语言表示知识（语言表示知识（1 1）It_is(“哺育动物哺育动物”):-positive(“有毛发有毛发”)It_is(“哺育动物哺育动物”):-positive(“

13、产奶产奶”)It_is(“食肉动食肉动 物物”):-positive(“吃肉吃肉”)It_is(“食肉动物食肉动物”):-positive(“有犬有犬齿齿”),positive(“有爪有爪”),positive(“眼视前方眼视前方”)Animal_is(“老虎老虎”):-It_is(“哺育动物哺育动物”),It_is(“食肉食肉动物动物”),positive(“黄褐色黄褐色”),positive(“有黑色条纹有黑色条纹”)用用PrologProlog语言表示知识（语言表示知识（2 2）状态空间表示法举例状态空间表示法举例2. 专家系统专家系统n了解专家系统的基本结构了解专家系统的基本结构n了解

14、专家系统的基本工作原理了解专家系统的基本工作原理n能用专家系统的能用专家系统的“外壳外壳”来建立简单的专家系统来建立简单的专家系统 （只需表示知识，并初步了解其基本结构和工作原理即可）（只需表示知识，并初步了解其基本结构和工作原理即可） 教学建议教学建议一个简单的动物识别专家系统一个简单的动物识别专家系统老虎老虎黄褐色黄褐色黑色条纹黑色条纹食肉动物食肉动物吃肉吃肉有犬牙有犬牙有爪有爪眼睛向前眼睛向前哺育动物哺育动物产奶产奶有毛发有毛发正向推理示意图正向推理示意图老虎老虎黄褐色黄褐色黑色条纹黑色条纹食肉动物食肉动物吃肉吃肉有犬牙有犬牙有爪有爪眼睛向前眼睛向前哺育动物哺育动物产奶产奶有毛发有毛发反

15、向推理示意图反向推理示意图3 问题的求解问题的求解n手工求解手工求解 重排九宫问题、分钱币问题 要求：通过手工求解来了解各种搜索技术的基本原理。n程序求解程序求解 Prolog语言程序：无需写推理部分的程序。 要求：能用Prolog语言表示知识，求解一些简单问题。 教学建议教学建议例例1 重排九宫问题重排九宫问题28 3 16 47 5初始状态初始状态1 2 3 8 47 6 5目标状态目标状态 请用尽可能少的棋步从初始状态达到目标状态。请用尽可能少的棋步从初始状态达到目标状态。九宫重排九宫重排问题问题的求解的求解 用用Prolog程序求解：程序求解： 下图中从下图中从a可以到达哪些点？可以到达哪些点？adbcef例例2 路径问题路径问题predicates road(symbol,symbol) path(symbol,symbol)goal path(a,X),write(“X=,X),nl,fail.clauses road(a,b). road(b,c). road(c,f). road(d,a). road(d,c). road(d,e). road(f,e). path(X,Y):-road(X,Y). path(X,Y):-road(X,Z),path(Z,Y).程序的执行程序的执行adbcef