人工智能的历史及应用.ppt

1、人工智能的历史及应用何谓人工智能何谓人工智能研究人类智能如何以人工方法来实现。目前，用计算机模拟人类的某些智能活动，如推理、决策、规划、设计和学习等。人工智能的定义（从狭义的概念上来讲）计算机科学的一个分支，是对智能计算机系统的研究，涉及研究、设计和应用智能机器。（思维科学：研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。）智能机器：能自主地或交互的执行各种拟人任务，与人智力相当或相近的机器。（对人类语言能理解、能学习、能推理） 何谓人工智能人工智能的定义（从广义的概念上来讲）从广义上来讲，人工智能是指人类智能行为规律、智能理论方面的研究。 狭义方面已经做了一些工作，如专家系统

2、的研究与开发。 广义的理解至今还没有做出令人兴奋的结果。 何谓人工智能测试主持人被测机器被测人小于50%？Turing测试，1950Turing测试存在的问题 仅反映了结果的比较，无涉及思维过程， 没指出是什么人何谓人工智能：图灵测试一个对中文一窍不通的，以英语作母语的人被关闭在一只有两个通口的封闭房间中。房间里有一本用英文写成，从形式上说明中文文字句法和文法组合规则的手册，以及一大堆中文符号。房外的人不断向房间内递进用中文写成的问题。房内的人便按照手册的说明，将中文符号组合成对问题的解答，并将答案递出房间。 何谓人工智能：中文屋何谓人工智能：中文屋人工智能的产生与发展10人工智能的产生与发展

3、 50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，将其产生与发展过程分为5个阶段。 孕育期（1956年以前） 形成期（1956-1970年） 知识应用期（1970- 20世纪80年代末） 从学派分离走向综合（20世纪80年代末到本世纪初） 智能科学技术学科的兴起（本世纪初以来）11人工智能的产生与发展孕育期（1956年以前）(1/2) 自远古以来，人类就有用机器代替人们脑力劳动的的幻想：公元前900多年我国有歌舞机器人流传的记载；公元前850年古希腊有制造机器人帮助人们劳动的神话传说 亚里斯多德（Aristotle，公元前384322）：古希腊伟大的哲

4、学家和思想家，创立了演绎法。他提出的三段论至今仍然是演绎推理的最基本出发点。 莱布尼茨(G.W.Leibnitz，16461716)：德国数学家和哲学家把形式逻辑符号化，奠定了数理逻辑的基础 图灵(A.M.Turing，19121954)：英国数学家，1936年创立了自动机理论，自动机理论亦称图灵机，是一个理论计算机模型。 莫克利(J.W.Mauchly，19071980)：美国数学家、电子数字计算机的先驱，与他的研究生埃克特(J.P.Eckert)合作，1946年研制成功了世界上第一台通用电子计算机ENIAC12人工智能的产生与发展孕育期（1956年以前）(2/2) 麦克洛奇(W.McCul

5、loch)和皮兹(W.Pitts)：美国神经生理学家，于1943年建成了第一个神经网络模型(MP模型)。 维纳(N.Wiener，18741956) ：美国著名数学家、控制论创始人。1948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。 图灵又于1950年，发表题为计算机能思维吗？的著名论文，明确提出了“机器能思维”的观点。 可见，在人工智能诞生之前，一些著名科学家就已经创立了数理逻辑、神经网络模型和控制论，并发明了通用电子数字计算机。为人工智能的诞生准备了必要的思想、理论和物质技术条件。13人工智能的产生与发展形成期（1956-1970年）(1/3)AI诞生于一次历史性的聚会时

6、间：1956年夏季地点：达特莫斯 (Dartmouth) 大学目的：为使计算机变得更“聪明” ，或者说使计算机具有智能发起人： 麦卡锡(J.McCarthy） ，Dartmouth的年轻数学家、计算机专家，后为MIT教授 明斯基(M.L.Minsky），哈佛大学数学家、神经学家，后为MIT教授 洛切斯特(N.Lochester)， IBM公司信息中心负责人 香农(C.E.Shannon)，贝尔实验室信息部数学研究员参加人： 莫尔(T.more)、塞缪尔(A.L.Samuel)， IBM公司 塞尔夫里奇(O.Selfridge)、索罗蒙夫(R.Solomonff) ， MIT 纽厄尔(A.New

7、ell)，兰德(RAND)公司 西蒙(H.A.Simon)，卡内基(Carnagie)工科大学会议结果： 由麦卡锡提议正式采用了“Artificial Intelligence”这一术语，简称AI14人工智能的产生与发展形成期（1956-1970年）(2/3)心理学小组 1957年，纽厄尔、肖(J.Shaw)和西蒙等人的心理学小组研制了一个称为逻辑理论机(Logic Theory Machine，简称LT)的数学定理证明程序。 1960年研制了通用问题求解(General Problem Solving)程序。该程序当时可以解决11种不同类型的问题，如不定积分、三角函数、代数方程、猴子摘香蕉、

8、河内梵塔、人羊过河等。 IBM工程小组 1956年，塞缪尔在IBM704计算机上研制成功了具有自学习、自组织和自适应能力的西洋跳棋程序。这个程序可以从棋谱中学习，也可以在下棋过程中积累经验、提高棋艺。通过不断学习，该程序1959年击败了塞缪尔本人，1962年又击败了一个州的冠军。MIT小组 1958年，麦卡西建立了行动规划咨询系统。 1960年，麦卡西又研制了人工智能语言LISP。 1961年，明斯基发表了“走向人工智能的步骤”的论文，推动了人工智能的发展。15人工智能的产生与发展形成期（1956-1970年）(3/3)其他方面 1965年，鲁宾逊(J.A.Robinson)提出了归结（消解）

9、原理。 1965年，费根鲍姆(E.A.Feigenbaum) 开始研究化学专家系统DENDRAL。16人工智能的产生与发展知识应用期（1971-80年代末）(1/2)失败的预言： 60年代初，西蒙预言：10年内计算机将成为世界冠军、将证明一个未发现的数学定理、将能谱写出具有优秀作曲家水平的乐曲、大多数心理学理论将在计算机上形成。 挫折和教训 在博弈方面，塞缪尔的下棋程序在与世界冠军对弈时，5局败了4局。 在定理证明方面，发现鲁宾逊归结法的能力有限。当用归结原理证明两个连续函数之和还是连续函数时，推了10万步也没证出结果。 在问题求解方面，对于不良结构，会产生组合爆炸问题。 在机器翻译方面，发现

10、并不那么简单，甚至会闹出笑话。例如，把“心有余而力不足”的英语句子翻译成俄语，再 翻译回来时竟变成了“酒是好的，肉变质了” 在神经生理学方面，研究发现人脑有1011-12以上的神经元，在现有技术条件下用机器从结构上模拟人脑是根本不可能的。 在其它方面，人工智能也遇到了不少问题。在英国，剑桥大学的詹姆教授指责“人工智能研究不是骗局，也是庸人自扰” 。从此，形势急转直下，在全世界范围内人工智能研究陷入困境、落入低谷。 17人工智能的产生与发展知识应用期（1971-80年代末）(2/2)以知识为中心的研究： 专家系统实现了人工智能从理论研究走向实际应用，从一般思维规律探讨走向专门知识运用的重大突破，

11、是AI发展史上的一次重要转折。 1972年，费根鲍姆开始研究MYCIN专家系统，并于1976年研制成功。从应用角度看，它能协助内科医生诊断细菌感染疾病，并提供最佳处方。从技术角度看，他解决了知识表示、不精确推理、搜索策略、人机联系、知识获取及专家系统基本结构等一系列重大技术问题。 1976年，斯坦福大学的杜达(R.D.Duda)等人开始研制地质勘探专家系统PROSPECTOR 这一时期，与专家系统同时发展的重要领域还有计算机视觉和机器人，自然语言理解与机器翻译等。新的问题： 专家系统本身所存在的应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识获取困难、推理方法单一、没有分布式功能、不能访问现存数据库等问题被

12、逐渐暴露出来。 18人工智能的产生与发展从学派分立到综合（20世纪80年代到本世纪初）人工智能研究形成了三大学派： 随着人工神经网络的再度兴起和布鲁克（R.A.Brooks）的机器虫的出现，人工智能研究形成了符号主义、连接主义和行为主义三大学派。 符号主义学派 是指基于符号运算的人工智能学派，他们认为知识可以用符号来表示，认知可以通过符号运算来实现。例如，专家系统等。连接主义学派 是指神经网络学派，在神经网络方面，继鲁梅尔哈特研制出BP网络之后，1987年，首届国际人工神经网络学术大会在美国的圣迭戈（San-Diego）举行，掀起了人工神经网络的第二次高潮。之后，随着模糊逻辑和进化计算的逐步成

13、熟，又形成了“计算智能”这个统一的学科范畴。 行为主义学派 是指进化主义学派，在行为模拟方面，麻省理工学院的布鲁克教授1991年研制成功了能在未知的动态环境中漫游的有6条腿的机器虫。三大学派的综合集成 随着研究和应用的深入，人们又逐步认识到，三个学派各有所长，各有所短，应相互结合、取长补短，综合集成。 80年代，人工智能发展达到阶段性的顶峰。87,89年世界大会有67千人参加。硬件公司有上千个。Lisp硬件、Lisp机形成产品。在专家系统及其工具越来越商品化的过程中，国际软件市场上形成了一门旨在生产和加工知识的新产业-知识产业。应该说，知识工程和专家系统是近十余年来人工智能研究中最有成就的分支

14、之一。 同年代，1986年Rumlhart领导的并行分布处理研究小组提出了神经元网络的反向传播学习算法，解决了神经网络分类能力有限这一根本问题。从此，神经网络的研究进入新的高潮。 人工智能的产生与发展从学派分立到综合（20世纪80年代到本世纪初）90年代，计算机发展趋势为小型化、并行化、网络化、智能化。人工智能技术逐渐与数据库、多媒体等主流技术相结合，并融合在主流技术之中，旨在使计算机更聪明、更有效、与人更接近。日本政府于1992年结束了为期十年的，称为知识信息处理体统的第五代计算机系统研究开发计划。并开始了为期十年的实况计算（Real World Computing）计划。 人工智能的产生与

15、发展从学派分立到综合（20世纪80年代到本世纪初）21人工智能的产生与发展智能科学技术的兴起（本世纪初以来） 目前，一个以人工智能为核心，以自然智能、人工智能、集成智能为一体的新的智能科学技术学科正在逐步兴起，并引起了人们的极大关注。 该学科研究的主要特征包括以下几个方面： (1) 由对人工智能的单一研究走向以自然智能、人工智能、集成智能为一体的协同研究； (2) 由人工智能学科的独立研究走向重视与脑科学、认知科学、等学科的交叉研究； (3) 由多个不同学派的独立研究走向多学派的综合研究； (4) 由对个体、集中智能的研究走向对群体、分布智能的研究。 22人工智能成功的标志：IBM的“深蓝”和

16、“小深”“深蓝”对弈情况： 时间：北京时间1997年5月12日凌晨4点50分 对手：IBM的“深蓝”超级计算机 国际象棋世界冠军卡斯派罗夫 结局：2胜1负3平，总比分3.5 : 2.5， “深蓝”获胜技术指标 32个CPU，每个CPU有12个协处理器，每个CPU有256M内存，每个CPU的处理速度为200万步/秒。 对弈的实质机器智能与人类智能的较量“小深”对弈情况： 时间：北京时间2003年1月26日至2月7日 对手：比“深蓝”功能强大的“小深”超级计算机 国际象棋世界冠军卡斯派罗夫 结局：1胜1负4平，平局启示：计算机可以有智能；计算机要完全战胜人类象棋大师并非易事。人工智能的典型应用24

17、人工智能的典型应用 目前，人工智能的应用领域已非常广泛，从理论到技术，从产品到工程，从家庭到社会，从地下到太空，智能无处不在。例如，智能CAD、智能CAI、智能产品、智能家居、智能楼宇、智能社区、智能网络、智能电力、智能交通、智能控制、智能优化、智能空天技术等。下面简单介绍其中的几种典型应用。25 博弈的概念：是一个有关对策和斗智问题的研究领域。例如，下棋、打牌、战争等这一类竞争性智能活动都属于博弈问题。 博弈的例子： 国际上，人们对博弈的研究主要以下棋为对象，其个代表性成果是IBM公司研制的IBM超级计算机“深蓝”和“小深”。国内，2006.8.9在北京举办的首届中国象棋人机大赛中，计算机以

18、3胜5和2负（比分11:9）的微弱优势战胜人类象棋大师。 研究博弈的目的：不完全是为了让计算机与人下棋，而主要是为了给人工智能研究提供一个试验场地，同时也为了证明计算机具备有智能。试想，连国际象棋世界冠军都能被计算机战败或者平局，可见计算机所具备了何等的智能水平。 人工智能的典型应用 ：博弈26 自动定理证明的概念：就是让计算机模拟人类证明定理的方法，自动实现像人类证明定理那样的非数值符号演算过程。它既是人工智能的一个重要研究领域，又是人工智能的一种实用方法。除数学定理外，还有很多非数学领域的任务如医疗诊断、难题求解等都可转化成定理证明问题。 自动定理证明的主要方法： 自然演绎法：其基本思想是

19、依据推理规则，从前提和公理中推出一些定理，如果待证明的定理在恰在其中，则定理得证。这种方法的突出代表是纽厄尔等人研制的数学定理证明程序LT等。 判定法：其基本思想是对某一类问题找出一个统一的、可在计算机上实现的算法。其突出代表是我国数学家吴文俊院士提出的证明初等几何定理的算法。其基本思想是把几何问题代数化，即先通过引入坐标把几何定理中的假设和求证部分用一组代数方程表达出来，然后再利用代数几何中的代数簇理论求解代数方程，以证明定理的正确性。 定理证明器：是一种研究一切可判定问题的证明方法。其典型代表是1965年鲁宾逊提出的归结原理。 人机交互定理证明：是一种通过人机交互方式来证明定理的方法。它把

20、计算机作为数学家的辅助工具，用计算机来帮助人完成手工证明中难以完成的那些计算、推理、穷举等。其典型代表是四色定理证明。人工智能的典型应用：自动定理证明27 研究智能网络的意义 (1)因特网在为人类提供了方便快捷的信息交换手段，但基于因特网的万维网（WWW）却是一个杂乱无章、真假不分的信息海洋，它不区分问题领域，不考虑用户类型，不关心个人兴趣，不过滤信息内容。(2) 传统的搜索引擎在给人们提供方便的同时，大量的信息冗余也给人们带来了不少烦恼。因此，利用人工智能技术实现智能网络具有极大的理论意义和实际价值。 智能网络的两个重研究内容 智能搜索引擎是一种能够为用户提供相关度排序、角色登记、兴趣识别、

21、内容的语义理解、智能化信息过滤和推送等人性化服务的搜索引擎。 智能网格是一种与物理结构和物理分布无关的网络环境，它能够实现各种资源的充分共享，能够为不同用户提供个性化的网服务。可以形象地把智能网格比作一个超级大脑，其中的各种计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等，都像大脑的神经元细胞一样能够相互作用、传导和传递，实现资源的共享、融合和新生。人工智能的典型应用：智能网络人工智能在家热度恒温器和空调系统，预计温度变化与居民的需求跟其他家用设备交流，并提前采取适当的调节行动微波炉读取包装条形码来确定要煮多久自动适应不同状况的洗衣机把衣服洗的更好高级驾驶辅助系统现在的车有自动传输

22、，燃料喷射系统，防锁死刹车，气袋， 安全系统和导航系统，尽管没有全自动，越来越汽车开始装备名为“先进的驾驶辅助系统”(ADAS)。 司机在驾驶过程中会面临非常复杂的交通状况 对汽车进行动力控制 对汽车周围环境的关注 从出发点到目的地的导航线路 中国的人工智能Company Logo中国人工智能的历史信息科学和生命科学是21世纪的两大带头学科。人工智能是这两个科群中最重要、最精彩、最具发展前景的交叉领域。在全球信息化的需求牵引下，在信息科学和生命科学巨大成就的推动下，人工智能研究正在成为一个创新前景特别光明的事业。自1956年人工智能学科诞生以来，我国科学技术工作者一直在敏锐地进行跟踪学习。经过

23、将近半个世纪的消化吸收和融会贯通，已经从跟踪学习进入自主研究重大科学问题，独立进行重大科学创新的新阶段。Company Logo中国人工智能学会(CAAI)成立于1981年，是经国家民政部正式注册的我国智能科学技术领域唯一的国家级学会，具有独立法人资格；是中国科学技术协会的正式团体会员，具有推荐“两院院士”的资格，已申请设立吴文俊智能科学技术奖。 中国人工智能的历史Company Logo吴文俊（1919-）是中国著名的数学家。毕业于上海交通大学，1949年在法国取得博士学位。 在拓扑学的示性类和示嵌类、数学机械化等领域中作出了重要贡献，后者得益于他对中国数学史的研究。这是近代数学史上的第一个

24、中国原创的领域，被国际上称为“吴方法”。2000年获首届国家最高科学技术奖。被誉为中国人工智能之父。 现设有“吴文俊人工智能科学技术奖”。中国人工智能的历史中国人工智能之父 Company Logo从1961年世界上第一个真正意义上的实用机器人在美国问世，到如今机器人已经从一个梦想中的角色真真正正的走入了人类的生活，48年来，世界各国都前赴后继地奔跑在“研究利用人工智能”这条新路上，特别是美国和日本已经逐步发展成为了“人工智能强国”。而中国人工智能学科起步晚，但在理论研究方面已“赶超日本、追平美国”，完全达到了世界领跑水平，特别是中国科学家协同配合国外传统研究方法，开发出的新的综合创新性研究体系，为国际人工智能科学