人工智能与专家系统XXXX

学科选修课人工智能与专家系统主讲人：黄解军1教材及参考资料人工智能及其应用，王万良，高等教育出版社，2008ArtificialIntelligence人工智能NilssonN.J.尼尔逊（美），《机械工业出版社》人工智能.马少平.北京：清华大学出版社，2005；人工智能基础.高济等.高等教育出版社，2008；计算机决策支持系统，孟波，武汉：武汉大学出版社，2003；据挖掘原理与技术，张云涛、龚玲，北京：电子工业出版社，20042人工智能课程的特点没有专业限制：人工智能（AI）属于计算机科学研究领域，但AI是研究机器智能，凡是运用人脑的地方都可运用AI，因此，AI可应用于各专业领域。永远不过时：AI是研究机器智能，对人类智慧的不断逼近，但永远不会超过人类智慧，因此，AI永远不会过时。研究方法自然：AI模拟人类解决问题，因此，AI的研究方法非常自然，容易理解。3第1章绪论1956年正式提出人工智能（artificialintelligence,AI）这个术语并作为一门新兴科学的名称。20世纪三大科学技术成就：空间技术原子能技术人工智能4人工智能与现代生活5智慧城市与人工智能67智慧地球与人工智能2009年1月，奥巴马与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”(SmartEarth)，建议投资新一代的智慧型基础设施。提出：把新一代的IT技术充分运用到各行各业之中，即要把传感器装备到生活中的各种物体当中，并且连接起来，形成“物联网”，通过超级计算机和云计算将“物联网”整合起来，实现网上数字地球与人类社会和物理系统的整合。人类可以更加精细和动态的方式管理生产和生活，从而达到“智慧”状态。在智慧地球上，将看到智慧医疗、智慧电网、智慧油田、智慧城市、智慧企业等。8第1章绪论1.1人工智能的基本概念

1.2人工智能的发展简史1.3人工智能研究的基本内容1.4人工智能研究途径与学派1.5人工智能的主要研究领域91997年,世界国际象棋冠军斯卡帕罗夫(Kasparow)与特殊的对手进行了一次比赛。这位特殊的对手不是人类，而是IBM公司制造的超级计算机—(Deepblue)10由于第六局局戏剧性的的大胜，深深蓝以3.5比2.5的总比比分迫使斯斯卡帕罗夫夫低头认输输。人们惊惊呼：电脑脑战胜了人人脑！深蓝蓝创造了历历史！深蓝蓝又是如何何做到这一一点的呢〉〉11归根结底，，深蓝能够够取得这样样的成功，，其实是人人工智能不不断发展的的结果。那么，什么么是人工智智能呢？121.1.1智能能的概念自然界四大大奥秘：物物质的本质质、宇宙的的起源、生生命的本质、智能的的发生。对智能还没没有确切的的定义，主主要流派有有：（1）思维维理论：智智能的核心心是思维（2）知识识阈值理论论：智能取取决于知识识的数量及及一般化程程度（3）进化化理论：用用控制取代知知识的表示示智能是知识与智力的总和。知识是一切切智能行为为的基础获取知识并并应用知识识求解问题题的能力13感知能力：：通过视觉、、听觉、触触觉、嗅觉觉等感觉器器官感知外外部世界的的能力。80%以上上信息通过过视觉得到到，10%信息通过过听觉得到到。1.1.2智能能的特征存储由感知知器官感知知到的外部部信息以及及由思维所所产生的知知识对记忆的信信息进行处处理2.记忆与思维维能力14（1）逻辑辑思维（抽抽象思维））依靠逻辑进进行思维。。思维过程是是串行的。。容易形式化化。思维过程具具有严密性性、可靠性性。1.1.2智能能的特征（2）形象象思维（直直感思维））依据直觉。。思维过程是是并行协同同式的。形式化困难难。在信息变形形或缺少的的情况下仍仍有可能得得到比较满满意的结果果。154.行为为能力（表表达能力））1.1.2智能能的特征（3）顿悟悟思维（灵灵感思维））不定期的突突发性。非线性的独独创性及模模糊性。穿插于形象象思维与逻逻辑思维之之中。3.学习能力

学习既可能是自觉的、有意识的，也可能是不自觉的、无意识的；既可以是有教师指导的，也可以是通过自己实践的。人们的感知知能力：用用于信息的的输入。行为能力：：信息的输输出。16人工智能：用人工的的方法在机机器（计算算机）上实实现的智能能；或者说说是人们使使机器具有有类似于人人的智能。。1.1.3人工智智能人工智能学学科：一门研究究如何构造造智能机器器（智能计计算机）或或智能系统统，使它能能模拟、延延伸、扩展展人类智能能的学科。。图灵测试：1950年图灵发发表的《计计算机与智智能》中设设计了一个个测试，用用以说明人人工智能的的概念。智者询问者17人的智能与与人工智能能人的智能：：人类思维维活动表现现出来的能能力（解决决智能问题题的能力））感知和理解解能力思维与演绎绎能力学习能力与与适应环境境能力行为能力人工智能：：通过某些些方法使机机器有类似似于人的智智能。研究如何使使机器能听听、会说、、能看、会会写、能思思考推理、、会学习，，能解决各各种实际问问题。18智能问题重排九宫问问题（拼图图游戏）旅行商问题题（travellingsalesmanproblem,TSP问题）梵塔”问题题(TowerofHanoiProblem):寻宝问题博弈问题19重排九宫问问题83647■■5初始状态1238■■4765目标标状状态态请用用尽尽可可能能少少的的棋棋步步从从初初始始状状态态达达到到目目标标状状态态。。20传教教士士和和野野人人问问题题（（MissionariesandCannibals)(M-C））有个个N传传教教士士和和N个个野野人人来来到到河河边边准准备备渡渡河河，，河河岸岸有有一一条条船船，，每每次次至至多多可可供供K(<N)个个人人乘乘坐坐，，传传教教士士为为了了安安全全起起见见，，考考虑虑在在任任何何情情况况下下（（河河两两岸岸和和船船上上））和和任任何何时时刻刻都都不不允允许许野野人人数数目目超超过过传传教教士士的的人人数数,请请给给出出摆摆渡渡方方案案。。21M-C问问题题求求解解2个个野野人人去去，，1个个野野人人回回2个个野野人人去去，，1个个野野人人回回2个个传传教教士士去去，，1个个野野人人与与1个个传传教教士士回回2个个传传教教士士去去，，1个个野野人人回回2个个野野人人去去，，1个个野野人人回回2个个野野人人去去，，完完成成。。22旅行行商商问问题题（（travellingsalesmanproblem,TSP问问题题））销售售员员到到几几个个城城市市去去推推销销商商品品，，城城市市之之间间的的距距离离是是已已知知的的，，他他现现在在从从某某一一个个城城市市出出发发，，经经过过每每个个城城市市一一次次，，最最后后又又回回到到出出发发的的城城市市。。要要求求归归划划好好一一条条最最短短路路线线。。7710101013656ABEDC23“梵梵塔塔””问问题题(TowerofHanoiProblem)3阶阶““梵梵塔塔””问问题题:有三三个个柱柱子子(1，，2和和3)和和两两个个不不同同尺尺寸寸的的圆圆盘盘(A，，B，，C)。。在在每每个个圆圆盘盘的的中中心心有有个个孔孔，，所所以以圆圆盘盘可可以以堆堆叠叠在在柱柱子子上上,最最初初,全全部部三三个个圆圆盘盘都都堆堆在在柱柱子子1上上(最最大大的的在在底底部部,最最小小的的在在顶顶部部)。。要要求求把把所所有有圆圆盘盘都都移移到到另另一一个个柱柱子子上上，，搬搬动动规规则则为为：：(1)一一次次只只能能搬搬一一个个圆圆盘盘(2)不不能能将将大大圆圆盘盘放放在在小小圆圆盘盘上上(3)可可以以利利用用空空柱柱子子。。24图梵塔塔132C123AB123ABABCC253阶“梵梵塔”问问题分解解(1,1,1)(3,3,3)(1,1,1)(1,2,2)(1,2,2)(3,2,2)(3,2,2)(3,3,3)(1,1,1)(1,1,3)(1,2,3)(1,2,2)(1,1,3)(1,2,3)(3,2,2)(3,3,3)(3,2,2)(3,2,1)(3,3,1)(3,3,3)26寻宝问题题有三个盒盒子（金金,银,铜）其其中一个个盒子里里放有一一颗宝石石，每个个盒子外外写有一一句话，，其中只只有一句句是真话话，问宝宝石在哪哪里。金盒：宝宝石在这这只金盒盒子里。。银盒：宝宝石不在在这只银银盒子里里铜盒：宝宝石不在在金盒子子里27推理方法法正向推理理反向推理理推理过程程：假设：分分别假定定宝石在在三盒子子里前题：一一句对，，其它两两句错误误28金盒：宝宝石在这这只金盒盒子里。。银盒：宝宝石不在在这只银银盒子里里铜盒：宝宝石不在在金盒子子里假设集合合宝石在金金盒子里里假设1宝石在铜铜盒子里里宝石在银银盒子里里假设2假设3宝石在这这只金盒盒子里宝石不在在金盒子子里宝石不在在这只银银盒子里里正确不正确正确矛盾123第一句第二句第三句第三句第二句第一句不正确正确正确矛盾不正确正确不正确满足前提提条件宝石在银银盒子里里29博弈问题题分钱币游游戏：有有一堆数数目为的的钱币，，两个选选手轮流流将它一一分为二二，规则则是无论论哪个选选手分币币时，一一次只能能挑选其其中的一一堆把它它分为两两小堆，，而且必必须满足足分堆后后两小堆堆的钱数数不能相相等，直直到哪个个选手无无法再分分时，即即碰到每每堆钱币币数为1或2的的情况，，他即为为输家。。30问题表示示：设N=6,选手手MAX，MIN，数数字序列列x1,x2……xn为为n堆钱钱币不同同的个数数。例（6，MAX）表表示甲从从一堆（（6个））钱币开开始分（（5，1，MIN）MIN要要分的状状态。31分钱币的的搜索树树S0(6,MAX)S1(5,1,MIN)S4(3,2,1,MAX)S2(4,2,MIN)S6(2,2,1,1,MIN)S3(4,1,1,MAX)S7(2,1,1,1,1,MAX)S5(3,1,1,1,MIN)MIN输输MAX输输32你体验过过“芝麻麻开门””的感觉觉吗？阿里巴巴巴对着山山洞的门门一念““芝麻开开门”，，山洞的的门就打打开了，，再念““芝麻关关门”，，山洞的的门又自自动关上上了。科幻片《《X战警警》中，，X教授授只要在在实验室室门口一一站，实实验室的的门就会会自动打打开，并并且发出出声音欢欢迎X教教授的到到来，而而其他人人则没法法进去。。国内某些些厂家生生产的个个人数字字助理（（PDA），给给人们提提供了一一个微型型书写板板和笔，，让信息息的输入入更符合合人们的的自然习习惯。……33机器人图片欣欣赏▲咱们握握手！！34机器人图片欣欣赏▲来一段舞怎样样？35▲我是家用机器器人！36日本本田公司司展示最新研研制的“Asimo”智智能机器人37第1章绪绪论1.1人人工智能的基基本概念1.2人人工智能的发发展简史1.3人人工智能研究究的基本内容容1.4人工工智能研究途途径与学派1.5人人工智能的主主要研究领域域381.2人人工智能的发发展简史孕孕育（1956年之之前）公元前，亚里里斯多德（Aristotle）：：三段论培根（F.Bacon）：归纳法法莱布尼茨（G.W.Leibnitz）：：万能符号、、推理计算布尔（G.Boole）：用符号号语言描述思思维活动的基基本推理法则则1936年，，图灵：图灵灵机1943年，，麦克洛奇（（W.McCulloch）、匹匹兹(W.Pitts)：M－P模型39像人一样行动动:图灵测试试图灵预测2000年之前前计算机有30%的概率率蒙骗普通人人达5分钟。。而AI研究者者相信研究智智能的根本原原则远比复制制样本更重要要。Source:lecturenotesbyDr.HweeTouNg,Singapore40图灵的梦想图灵测试：人人通过特殊的的方式，在不不知情的条件件下，和机器器进行问答，，如果在相当当长时间内，，分辨不出与与他交流的对对象是人还是是机器，那么么，就可以认认为这台机器器是能思维的的。研究人工智能能目的是让计计算机能够像像人一样思考考。人工智能涉及及到的学科与与领域：计算算机科学、认认知心理学、、哲学等，包包括模式识别别、自然语言言处理、智能能机器人、机机器证明、神神经网络、符符号运算等。。41图灵测试对计计算机的要求求自然语言处理理知识表示自动推理机器学习完全图灵测试试计算机视觉机器人技术42像人一样思考考：认知模型型方法确定人是怎样样思考的通过内省通过心理测试试（blackbox）通过计算机程程序来表达关关于思维的结结论比较计算机输输入/输出以以及timingbehavior和人类行行为，例子：：GeneralProblemSolverbyNewell&Simon。认知科学：把把AI的计算算机模型和心心理学的实验验相结合，试试图创立一种种精确且可检检验的人类思思维工作方式式理论。43理性地思考：：“思维法则则”方法“正确思考””是不能辩辩驳的推理过过程（Aristotle）三段论：前提提正确结论正确描述世界上一一切事物及其其彼此之间关关系的精确的的命题符号（（19世纪））求解任何用逻逻辑符号描述述的可解问题题的程序（1965）逻辑的方法的的两个障碍：：难以获得非形形式化的知识识并得到逻辑辑符号表示所所需的形式化化表达，尤其其当知识不可可靠时。“原原则则上上””可可以以解解决决一一个个问问题题与与实实际际解解决决问问题题这这两两者者之之间间存存在在巨巨大大的的差差异异：：如如果果推推理理步步骤骤不不合合适适，，会会耗耗尽尽计计算算机机的的资资源源。。44理性性地地行行动动：：理理性性智智能能体体方方法法智能能体体是是某某种种能能够够行行动动的的东东西西，，区区别别于于简简单单““程程序序””自主主控控制制的的操操作作感知知环环境境持续续能能力力适应应变变化化有能能力力承承担担其其它它智智能能体体的的目目标标通过过自自己己的的行行动动获获得得最最佳佳结结果果做出出正正确确的的推推论论是是理理性性智智能能体体的的部分分功能能，，但但不不是是理理性性的的全全部部内内容容。。图灵灵测测试试中中需需要要的的所所有有技技能能都都是是为为了了做做出出理理性性行行为为.451.2人人工工智能的的发展简简史孕孕育（（1956年之之前）美国爱荷荷华州立立大学的的阿塔纳纳索夫教教授和他他的研究究生贝瑞瑞在1937年年至1941年年间开发发的世界界上第一一台电子子计算机机“阿塔塔纳索夫夫－贝瑞瑞计算机机（Atanasoff-BerryComputer，ABC））”为人人工智能能的研究究奠定了了物质基基础。阿塔纳索索夫贝瑞46形形成（（1956年－－1969年））1956年夏，，当时美美国达特特茅斯大大学数学学助教、、现任斯斯坦福大大学教授授麦卡锡锡和哈佛佛大学数数学和神神经学家家、现任任MIT教授明明斯基、、IBM公司信信息研究究中心负负责人洛洛切斯特特、贝尔尔实验室室信息部部研究员员香农共共同发起起，邀请请普林斯斯顿大学学莫尔和和IBM公司塞塞缪尔、、MIT的塞尔尔夫里奇奇和索罗罗莫夫以以及兰德德公司和和卡内基基－梅隆隆大学的的纽厄尔尔、西蒙蒙等10名年轻轻学者在在达特莫莫斯大学学召开了了学术研研讨会，，讨论机机器智能能问题。。会上经经麦卡卡锡提提议正正式采采用““人工工智能能”这这一术术语，，标志志着人人工智智能学学科正正式诞诞生。。麦卡卡锡因因而被被称为为人工工智能能之父父。此后，，美国国形成成了多多个人人工智智能研研究组组织，，如纽纽厄尔尔和西西蒙的的CarnegieRAND协协作组组，明明斯基基和麦麦卡锡锡的MIT研究究组，，塞缪缪尔的的IBM工工程研研究组组等。。47杰出人人物20世世纪40位位图灵灵奖获获得者者有6位人人工智智能学学者MarvinMinsky（1969））JohnMccarthy（1971））HerbertSimon和AllenNewell（（1975）EdwardFeigenbaum和RajReddy（（1994）可见人人工智智能学学科在在信息息科学学中的的地位位。48时间国家姓名主要贡献1904俄国巴甫洛夫（Pavlov.I.P.1849~1936）提出了条件反射和信号学说1906意大利高基(Golgi.C.1843～1926)神经系统的构造西班牙卡哈尔(Cajal.S.R.1852～1934)1932英国谢灵顿（Sherrington.C.S.1857～1952）关于神经元的功能的研究英国阿德里安（Adrian.E.D.1889～1977）1936英国代尔(Dale.H.H.1875～1968)神经冲动的化学传递奥地利洛伊(Loewi.O．1873～1961)1944美国厄兰格(Erlanger.J．1874～1965)单根神经纤维功能的研究美国伽塞尔(Gasser.H.S．1888～1963)1949瑞士赫斯(Hess.W．R．1881～1973)间脑的机能，特别是对内脏活动的调节获得诺诺贝尔尔奖的的脑科科学与与神经经生物物学家家491963澳大利亚艾克尔斯(Eccles.J．C．1903～)神经元兴奋与抑制的离子机制英国霍奇金(Hodgkin.A．L．1914～)英国赫胥黎(Huxley.A．F．1917～)1970英国卡兹(Katz．B．1911～)

神经末梢的化学递质的发现及递质的储藏、释放、活等机制研究瑞典欧拉(Euler.U.S．von.1905～1983)美国阿克塞尔罗德(Axelrod.J．1912～)1977美国吉尔曼(Guillemin.R．1924～)下丘脑促垂体激素的研究美国沙利(Schally.A．V.1927～)1981美国斯佩里(Sperry.R.1913～)关于大脑两半球功能特异性的研究2000美国卡尔松(Carlsoon.A.1923～)神经系统的信号传导美国格林加德(Greengard.P.1925～)美国坎德尔(Kandel.E.R.1929～)获得诺诺贝尔尔奖的的脑科科学与与神经经生物物学家家（续续）50人工智智能的的顶尖尖人物物HerbertSimon1978年年获得得诺贝贝尔经经济学学奖建立机机器证证明数数学定定理的的启发发式搜搜索法法，提提出有有限理理论对对经济济决策策活动动的影影响。。DanielKahneman2002年年获得得诺贝贝尔经经济学学奖研究不不确定定情况况下的的决策策，解解释人人类决决策行行为，，系统统偏离离基本本概率率理论论和标标准经经济理理论的的原因因。51重要会会议1969年年第一一届国国际人人工智智能联联合会会议（（InternationalJointConferenceonAI）召召开,此此后每每两年年开一一次，，成为为人工工智能能界最最高级级别的的学术术盛会会。1979年年成立美国国人工智能能联合会（（AmericanAssociationforArtificialIntelligence），到2004年年已经召开开了