人工智能课件0绪论

人工智能导论——绪论福州大学软件学院人工智能导论一、课程的性质，内容人工智能是一门涉及面较宽的综合性学科，与数学、计算机科学、思维科学、神经生理学、心理学等多种学科都有密切的联系，需要多方面的知识。人工智能是一门不断有新理论、新思想涌现的前沿性学科。

通过学习掌握人工智能的基本理论知识、了解人工智能各个领域内容及其的发展状况；掌握各种搜索、推理策略和方法；人工智能的知识表示方法；了解并掌握智能计算主要观点与算法；掌握机器学习概念及其算法、了解数据挖掘的基本概念和内容。一、课程的性质，内容人工智能是一门涉及面较宽的综合性学科，与2参考书与课时安排《人工智能》马少平，朱小燕著清华大学出版社《人工智能:一种现代的方法(第二版)》罗素，诺维格著清华大学出版社《人工智能－复杂问题求解的结构和策略》（第四版）GeorgeF.Luger机械工业出版社《人工智能及其应用》（第三版）蔡自兴等清华大学出版社《知识发现》史忠植清华大学出版社《游戏开发中的人工智能》DavidM.Bourg&GlennSeemann著东南大学出版社参考书与课时安排《人工智能》马少平，朱小燕著清华大学出版3要求与考核课堂考勤作业期末成绩结构笔试（70％）＋作业（10％）＋平时（20％）要求与考核课堂考勤4一、转入正题：什么是人工智能？什么是人工智能？如何判定具有人工智能？人工智能研究的目标是什么？人工智能的应用本课程的体系结构一、转入正题：什么是人工智能？什么是人工智能？5人类智能人类在认识世界和改造世界的活动中表现出来的能力直觉思维——通过视觉、听觉、触觉等感官活动，接受并理解文字、图象、声音和语言等各种外界信息，即认识和理解外界环境的能力。理性思维——通过人脑的生理和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，并能对事物运行的规律进行分析、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。学习能力——通过教育、训练和学习过程，日益丰富自身的知识和技能。适应能力——对不断变化的外界环境能灵活地作出适当的反应。人类智能人类在认识世界和改造世界的活动中表现出来的能力6早期的AI传说与幻想黄帝的“指南车”诸葛亮的“木牛流马”850B.C古希腊的会劳动的机器人；12-13世纪西班牙的神学家试图制造能解决各种问题的通用逻辑机；尝试与成果17世纪法国物理学家B.Pascal制成的机械加法器；在其基础上，德国数学家Leibniz制成了四则运算的计算器。1920年KarelCapek的科幻剧中的机器人Roborta；1936年英国数学家Turning提出了图灵机模型；1938年德国工程师Zuse研制成了第一台累计数字计算机；1946年美国诞生了第一台电子数字计算机ENIAC；早期的AI传说与幻想7现代人工智能的兴起现代人工智能（ArtificialIntelligence，简称AI），一般认为起源于美国1956年的一次夏季讨论（达特茅斯会议），在这次会议上，第一次提出了“ArtificialIntelligence”这个词。美国Dartmouth大学的J.McCarthy教授和他的三位朋友，……第一次正式提出。什么是人工智能？现代人工智能的兴起现代人工智能（ArtificialInt8什么是人工智能部分学者对人工智能概念的描述：

——人工智能是那些与人的思维相关的活动，诸如决策、问题求解和学习等的自动化（Bellman,1978）；

——人工智能是一种计算机能够思维，使机器具有智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985）；

——人工智能是研究如何让计算机做现阶段只有人才能做得好的事情（RichKnight,1991）；什么是人工智能部分学者对人工智能概念的描述：9——人工智能是那些使知觉、推理和行为成为可能的计算的研究（Winston,1992）；——广义地讲，人工智能是关于人造物的智能行为，而智能行为包括知觉、推理、学习、交流和在复杂环境中的行为（Nilsson，1998）。——StuartRussell和PeterNorvig则把已有的一些人工智能定义分为4类：像人一样思考的系统、像人一样行动的系统、理性地思考的系统、理性地行动的系统（2003）。如何判定是否具有人工智能？——人工智能是那些使知觉、推理和行为成为可能的计算的研究（10图灵测试如何知道一个系统是否具有智能呢？1950年，计算机科学家图灵提出了著名的“图灵测试”。图灵测试如何知道一个系统是否具有智能呢？11希尔勒的中文屋子通过了图灵测试就具有了智能吗？机器是否真的理解了呢？希尔勒的中文屋子希尔勒的中文屋子通过了图灵测试就具有了智能吗？12人类和计算机各有所长计算机难以模拟的语音识别自然语言理解计算机的强项复杂的数值计算大规模数据库管理网络信息检索太空飞行器的自动控制等等人类和计算机各有所长计算机难以模拟的13人工智能的研究目标与途径最终目标理解人类的智能有效的自动化有效的智能拓展超人的智力通用问题求解连贯性交谈自治学习远期目标：制造智能机器。近期目标：实现机器智能。研究如何制造出人造的智能机器或系统，来模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。人工智能的研究目标与途径最终目标研究如何制造14人工智能研究的经典课题自然语言理解(naturallanguageunderstanding)数据库智能检索(intelligentretrievalfromdatabase)专家咨询系统(expertconsultingsystem)定理机器证明(theoremproving)博弈(gameplaying)机器人学(robotics)自动程序设计(automaticprogramming)组合调度问题(combinatorialandschedulingproblem)感知问题(perceptionproblems)模式识别(patternrecognition)人工智能研究的经典课题自然语言理解(naturallang15人工智能研究的新课题人工神经元网络(artificialneuralnetwork)智能控制(intelligentcontrol)智能调度和指挥(intelligentschedulingandcommanding)智能决策支持系统intelligentdecisionsupportsystems)知识发现和数据挖掘(knowledgediscoveryindatabase/datamining)分布式人工智能(distributedartificialintelligence)人工智能研究的新课题人工神经元网络(artificialn16人工智能的应用IBM的“深蓝”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。人工智能的应用IBM的“深蓝”北京时间19917正在与深蓝下棋的卡斯帕罗夫正在与深蓝下棋的卡斯帕罗夫1896年2月第一次比赛结果： “深蓝”：胜、负、平、平、负、负97年5月第二次比赛结果： “深蓝”：负、胜、平、平、平、胜96年2月第一次比赛结果：19“深蓝”的技术指标：32个CPU每个CPU有16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“深蓝”的技术指标：20明德至诚、博学远志福州大学软件学院明德至诚、博学远志福州大学软件学院21人工智能课件0绪论22具有人工智能的机器狗、机器鸟等机器人宠物可以对声音指令作出回应，找到主人。机器人宠物还可以装上感应器和警报器，一旦主人生病，可以向主人亲属发出告警。具有人工智能的机器狗、机器鸟等机器人宠物可以对声音指令作出回23人工智能课件0绪论242009年6月，在伦敦进行的一次肝移植手术中，机器人就派上了用场。它们最初设计用于偏远地区或战场，可以配备三维超声波和摄像机，帮助进行常规手术。2009年6月，在伦敦进行的一次肝移植手术中，机器人就派上了25人工智能课件0绪论26智能汽车智能技术与系统国家重点实验室研制的智能汽车智能汽车智能技术与系统国家重点实验室研制的智能汽车27在高速公路上，该汽车可以自动识别道路，自动躲避障碍物在最近的实验中，平均速度为100公里，最高速度达到了150公里，达到了世界先进水平。人工智能课件0绪论28智能交通智能交通29图像识别系统图像识别系统30四色定理的证明四色定理从1852年发现四色问题，世界上很多著名的科学家试图证明，当一直未能完成。1976年6月，哈肯在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用了1200个小时，作了100亿次判断，终于完成了四色定理的证明，从而解决了一个历时100多年的问题，轰动了世界。四色定理的证明四色定理31人工智能发展简史（自学之）萌芽时期（1956年以前）形成时期（1956-1961年）发展时期（1961年以后）人工智能发展简史（自学之）萌芽时期（1956年以前）32萌芽时期（1956年以前）

850B.C古希腊的会劳动的机器人；

900B.C中国古代的歌舞机器人；

12-13世纪西班牙的神学家试图制造能解决各种问题的通用逻辑机；

17世纪法国物理学家B.Pascal制成的机械加法器；在其基础上，德国数学家Leibniz制成了四则运算的计算器。

1920年KarelCapek的科幻剧中的机器人Roborta；

1936年英国数学家Turning提出了图灵机模型；

1938年德国工程师Zuse研制成了第一台累计数字计算机；

1946年美国诞生了第一台电子数字计算机ENIAC；明德至诚、博学远志福州大学软件学院萌芽时期（1956年以前）850B.C古希腊的会劳动的33形成时期（1956-1961年）1956年，在美国Dartmouth大学的一次历史性聚会是人工智能学科正式诞生的标志。有三个较有影响的研究团队。A.Newell、J.Shaw和H.Simon：1957年，逻辑理论机LT，1960年，通用问题求解器GPS，编程的表处理技术和NSS国际象棋机。IBM研究小组：A.Samuel西洋跳棋程序，1962年，战胜了美国的一个州冠军。MIT研究小组：1959年，McCarthy发明了人工智能主要的语言：LISP。1958年开发了的行动计划咨询系统。1960年Minsky的论文：走向人工智能的步骤。其他：1956年N.Chomsky的文法体系、1958年Shelffridge的模式识别系统形成时期（1956-1961年）1956年，在美国Dartm34发展时期（1961年以后）符号主义学派方面归结原理推动了定理证明技术的发展。专家系统和知识工程技术已应用到各种计算机应用系统中，出现了智能管理信息系统、智能决策支持系统、智能控制系统、智能CAD系统、智能CAI系统、智能数据库系统和智能多媒体系统等等。知识表示、不确定性推理、机器学习等方面都取得了重大的进展。连结主义学派方面神经网络在智能控制、语言识别与合成、图形文字识别、数据压缩、知识工程、最优化问题求解和智能计算机等领域进行了实践并取得了一系列的成果行为主义学派方面Brooks等人的六脚行走机器人，是一种基于感知-动作模式的模拟昆虫行为的控制系统。发展时期（1961年以后）符号主义学派方面35低潮发展期（1966~1976）1958年Newell和Simon的预言AI处在低潮和反对的声浪之中这个时期AI获得了总结和提高低潮发展期（1966~1976）1958年Newell和Si36新一轮的高潮发展期（1977~1988）“知识就是力量”——1977年斯坦福大学在第五届人工智能大会上展示的专家系统ES。20世纪80年代，日本批准了第五代计算机KIPS(知识信息处理系统)的十年研究计划多学科共同发展时期（问题的求解、逻辑推理与定理的证明、自然语言的理解、博弈、自动程序设计、专家系统、机器学习、机器人……）新一轮的高潮发展期（1977~1988）“知识就是力量”——37高潮迭起的发展时期（1989~2000）AI发展的里程碑——ANN机器学习、遗传算法、web智能、机器人技术等高潮迭起的发展时期（1989~2000）3821世纪——AI发展的新时代21世纪是智能科学、生命科学及其信息集成并融合应用的时代、作为现代信息技术的精髓，人工智能技术自然成为新世纪科学技术的前沿和焦点。21世纪——AI发展的新时代39本课程的体系结构搜索问题博弈逻辑推理知识表示（自学）机器学习（决策树、神经网络）高级搜索（局部搜索、模拟退火、遗传算法、蚁群算法）本课程的体系结构搜索问题40小结什么是人工智能人工智能的研究目标人工智能的应用人工智能的发展历程课程的体系结构小结什么是人工智能41人工智能导论——绪论福州大学软件学院人工智能导论一、课程的性质，内容人工智能是一门涉及面较宽的综合性学科，与数学、计算机科学、思维科学、神经生理学、心理学等多种学科都有密切的联系，需要多方面的知识。人工智能是一门不断有新理论、新思想涌现的前沿性学科。

通过学习掌握人工智能的基本理论知识、了解人工智能各个领域内容及其的发展状况；掌握各种搜索、推理策略和方法；人工智能的知识表示方法；了解并掌握智能计算主要观点与算法；掌握机器学习概念及其算法、了解数据挖掘的基本概念和内容。一、课程的性质，内容人工智能是一门涉及面较宽的综合性学科，与43参考书与课时安排《人工智能》马少平，朱小燕著清华大学出版社《人工智能:一种现代的方法(第二版)》罗素，诺维格著清华大学出版社《人工智能－复杂问题求解的结构和策略》（第四版）GeorgeF.Luger机械工业出版社《人工智能及其应用》（第三版）蔡自兴等清华大学出版社《知识发现》史忠植清华大学出版社《游戏开发中的人工智能》DavidM.Bourg&GlennSeemann著东南大学出版社参考书与课时安排《人工智能》马少平，朱小燕著清华大学出版44要求与考核课堂考勤作业期末成绩结构笔试（70％）＋作业（10％）＋平时（20％）要求与考核课堂考勤45一、转入正题：什么是人工智能？什么是人工智能？如何判定具有人工智能？人工智能研究的目标是什么？人工智能的应用本课程的体系结构一、转入正题：什么是人工智能？什么是人工智能？46人类智能人类在认识世界和改造世界的活动中表现出来的能力直觉思维——通过视觉、听觉、触觉等感官活动，接受并理解文字、图象、声音和语言等各种外界信息，即认识和理解外界环境的能力。理性思维——通过人脑的生理和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，并能对事物运行的规律进行分析、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。学习能力——通过教育、训练和学习过程，日益丰富自身的知识和技能。适应能力——对不断变化的外界环境能灵活地作出适当的反应。人类智能人类在认识世界和改造世界的活动中表现出来的能力47早期的AI传说与幻想黄帝的“指南车”诸葛亮的“木牛流马”850B.C古希腊的会劳动的机器人；12-13世纪西班牙的神学家试图制造能解决各种问题的通用逻辑机；尝试与成果17世纪法国物理学家B.Pascal制成的机械加法器；在其基础上，德国数学家Leibniz制成了四则运算的计算器。1920年KarelCapek的科幻剧中的机器人Roborta；1936年英国数学家Turning提出了图灵机模型；1938年德国工程师Zuse研制成了第一台累计数字计算机；1946年美国诞生了第一台电子数字计算机ENIAC；早期的AI传说与幻想48现代人工智能的兴起现代人工智能（ArtificialIntelligence，简称AI），一般认为起源于美国1956年的一次夏季讨论（达特茅斯会议），在这次会议上，第一次提出了“ArtificialIntelligence”这个词。美国Dartmouth大学的J.McCarthy教授和他的三位朋友，……第一次正式提出。什么是人工智能？现代人工智能的兴起现代人工智能（ArtificialInt49什么是人工智能部分学者对人工智能概念的描述：

——人工智能是那些与人的思维相关的活动，诸如决策、问题求解和学习等的自动化（Bellman,1978）；

——人工智能是一种计算机能够思维，使机器具有智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985）；

——人工智能是研究如何让计算机做现阶段只有人才能做得好的事情（RichKnight,1991）；什么是人工智能部分学者对人工智能概念的描述：50——人工智能是那些使知觉、推理和行为成为可能的计算的研究（Winston,1992）；——广义地讲，人工智能是关于人造物的智能行为，而智能行为包括知觉、推理、学习、交流和在复杂环境中的行为（Nilsson，1998）。——StuartRussell和PeterNorvig则把已有的一些人工智能定义分为4类：像人一样思考的系统、像人一样行动的系统、理性地思考的系统、理性地行动的系统（2003）。如何判定是否具有人工智能？——人工智能是那些使知觉、推理和行为成为可能的计算的研究（51图灵测试如何知道一个系统是否具有智能呢？1950年，计算机科学家图灵提出了著名的“图灵测试”。图灵测试如何知道一个系统是否具有智能呢？52希尔勒的中文屋子通过了图灵测试就具有了智能吗？机器是否真的理解了呢？希尔勒的中文屋子希尔勒的中文屋子通过了图灵测试就具有了智能吗？53人类和计算机各有所长计算机难以模拟的语音识别自然语言理解计算机的强项复杂的数值计算大规模数据库管理网络信息检索太空飞行器的自动控制等等人类和计算机各有所长计算机难以模拟的54人工智能的研究目标与途径最终目标理解人类的智能有效的自动化有效的智能拓展超人的智力通用问题求解连贯性交谈自治学习远期目标：制造智能机器。近期目标：实现机器智能。研究如何制造出人造的智能机器或系统，来模拟人类智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。人工智能的研究目标与途径最终目标研究如何制造55人工智能研究的经典课题自然语言理解(naturallanguageunderstanding)数据库智能检索(intelligentretrievalfromdatabase)专家咨询系统(expertconsultingsystem)定理机器证明(theoremproving)博弈(gameplaying)机器人学(robotics)自动程序设计(automaticprogramming)组合调度问题(combinatorialandschedulingproblem)感知问题(perceptionproblems)模式识别(patternrecognition)人工智能研究的经典课题自然语言理解(naturallang56人工智能研究的新课题人工神经元网络(artificialneuralnetwork)智能控制(intelligentcontrol)智能调度和指挥(intelligentschedulingandcommanding)智能决策支持系统intelligentdecisionsupportsystems)知识发现和数据挖掘(knowledgediscoveryindatabase/datamining)分布式人工智能(distributedartificialintelligence)人工智能研究的新课题人工神经元网络(artificialn57人工智能的应用IBM的“深蓝”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。人工智能的应用IBM的“深蓝”北京时间19958正在与深蓝下棋的卡斯帕罗夫正在与深蓝下棋的卡斯帕罗夫5996年2月第一次比赛结果： “深蓝”：胜、负、平、平、负、负97年5月第二次比赛结果： “深蓝”：负、胜、平、平、平、胜96年2月第一次比赛结果：60“深蓝”的技术指标：32个CPU每个CPU有16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“深蓝”的技术指标：61明德至诚、博学远志福州大学软件学院明德至诚、博学远志福州大学软件学院62人工智能课件0绪论63具有人工智能的机器狗、机器鸟等机器人宠物可以对声音指令作出回应，找到主人。机器人宠物还可以装上感应器和警报器，一旦主人生病，可以向主人亲属发出告警。具有人工智能的机器狗、机器鸟等机器人宠物可以对声音指令作出回64人工智能课件0绪论652009年6月，在伦敦进行的一次肝移植手术中，机器人就派上了用场。它们最初设计用于偏远地区或战场，可以配备三维超声波和摄像机，帮助进行常规手术。2009年6月，在伦敦进行的一次肝移植手术中，机器人就派上了66人工智能课件0绪论67智能汽车智能技术与系统国家重点实验室研制的智能汽车智能汽车智能技术与系统国家重点实验室研制的智能汽车68在高速公路上，该汽车可以自动识别道路，自动躲避障碍物在最近的实验中，平均速度为100公里，最高速度达到了150公里，达到了世界先进水平。人工智能课件0绪论69智能交通智能交通70图像识别系统图像识别系统71四色定理的证明四色定理从1852年发现四色问题，世界上很多著名的科学家试图证明，当一直未能完成。1976年6月，哈肯在美国伊利诺斯大学的两台不同的电子计算机上，用了1200个小时，作了100亿次判断，终于完成了四色定理的证明，从而解决了一个历时100多年的问题，轰动了世界。四色定理的证明四色定理72人工智能发展简史（自学之）萌芽时期（1956年以前）形成时期（1956-1961年）发展时期（1961年以后）人工智能发展简史（自学之）萌芽时期（1956年以前）73萌芽时期（1956年以前）

850B.C古希腊的会劳动的机器人；

900B.C中国古代的歌舞机器人；

12-13世纪西班牙的神学家试图制造能解决各种问题的通用逻辑机；

17世纪法国物理学家B.Pascal制成的机械加法器；在其基础上，德国数学家Leibniz制成了四则运算的计算器。

1920年KarelCapek的科幻剧中的机器人Roborta；

1936年英国数学家Turning提出了图灵机模型；

1938年德国工程师Zuse研制成了第一台累计数字计算机；

1946年美国诞生了第一台电子数字计算机ENIAC；明德至诚、博学远志福州大学软件学院萌芽时期（1956年以前）850B.C古希腊的会劳动的74形成时期（1956-1961年）1956年，在美国Dartmouth大学的一次历史性聚会是人工智能学科正式诞生的标志。有三个较有影响的研究团队。A.Newell、J.Shaw和H.Simon：1957年，逻辑理论机LT，1960年，通用问题求解器GPS，编程的表处理技术和NSS国际象棋机。IBM研究