人工智能概述(一)

人工智能ArtificialIntelligence人工智能是一门交叉学科脑科学认知科学心理学语言学逻辑学哲学计算机科学人工智能学习目标领略人工智能思想的精髓，对人工智能的思想和方法有较深刻的认识，从人工智能的角度出发去思考问题，解决问题了解人工智能的发展历史，国内外人工智能相关领域的发展动态掌握人工智能的基本理论、技术及其应用方法讨论一些新的和正在研究中的人工智能方法与技术能够应用相应的人工智能技术解决实际应用问题主要参考书人工智能-一种现代的方法

(第2版)StuartJ.RUSSELL，PeterNovig清华大学出版社,2006人工智能——复杂问题求解的结构和策略(原书第5版)

GeorgeF.Luger著,史忠植等译机械工业出版社,2006

主要参考文献IJCAI，世界人工智能大会，两年一次AAAI，美国一年一次的年会ArtificialIntelligenceComputationalIntelligenceIEEETransactionsonPatternanalysisandMachineIntelligenceIEEEIntelligentSystems……国内计算机学报软件学报自动化学报中国科学E辑信息科学模式识别与人工智能……什么是人工智能

什么是人工智能

人工智能概念的一般描述英文表示：“ArtificialIntelligence”,forshortAI。字面解释(一般解释)：“人工智能”一词目前是指用计算机模拟或实现的智能,因此人工智能又称机器智能。科学定义,还没有统一的认识。部分学者对AI概念的描述,可以看做是他们各自对人工智能的理解。——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年)。——StuartRussell和PeterNorvig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年)。马文明斯基基(MarvinMinsky):“人工工智能能就是是让机机器来来完成成那些些如果果由人人来做做则需需要智智能的的事情情的科科学””“AI问题题是科科学曾曾经经经历的的最困困难的的问题题之一一”(1982)怎么定定义人人工智智能？？马文明斯基基(MarvinMinsky)“人工工智能能之父父”1927~1969年年获图图灵奖奖,获此殊殊荣的的第一一位人人工智智能学学者1969年年获图图灵奖奖,1991年获获IJCAI终终身成成就奖奖。他他在人人工智智能、、认知知心理理学、、数学学、计计算语语言学学、机机器人人学等等领域域都做做出了了杰出出贡献献。他他创建建了MIT的AI实实验室室、还还是MIT的Media实验验室奠奠基人人。智能的的特征征？智能有有哪些些具体体特征征？具有感感知能能力（（系统统输入入）:机器视视觉，，机器器听觉觉，图图像语语音识识别………具有记记忆与与思维维能力力：思维是是智能能的根根本原原因，，思维维是一一个动动态的的过程程。思思维分分为：：逻辑辑思维维，形形象思思维和和顿悟悟思维维。具有学学习能能力及及自适适应能能力：：适应环环境的的变换换、积积累经经验的的能力力具有行行为能能力（（系统统输出出）：：对外界界的智智能化化反应应两个界界定：：图灵测测试和和中文文屋子子英国数数学家家阿兰兰·图图灵(AlanTuring)提提出了了现称称为““图灵灵测试试”(TuringTest)的方方法。。简单单来讲讲,图图灵灵测试试的做做法是是:让让一一位测测试者者分别别与一一台计计算机机和一一个人人进行行交谈谈(当当时是是用电电传打打字机机),而而测试试者事事先并并不知知道哪哪一个个是人人,哪哪一一个是是计算算机。。如如果交交谈后后测试试者分分不出出哪一一个被被测者者是人人,哪哪一一个是是计算算机,则则可以以认为为这台台被测测的计计算机机具有有智能能。图灵测试试TuringTest测试主持持人被测机器器被测人小于50%？“快速的的、按规规矩行事事的傻子子机器。。”※如果测试试主持人人能分辨辨出人和和机器的的概率小小于50%，则则认为机机器具有有了智能能图灵测试试TuringTest阿伦•图图灵（AlanTuring）计算机科科学理论论的创始始人1912年出生生于英国国伦敦，，1954年去去世，享享年42岁1936年发表表论文““论可计计算数及及其在判判定问题题中的应应用”，，提出图图灵机理理论1950年发表表论文““计算机机与智能能”，阐阐述了计计算机可可以具有有智能的的想法，，提出图图灵测试试1966年为纪纪念图灵灵的杰出出贡献，，ACM设立图图灵奖AssociationforComputingMachinery图灵（AlanTuring））Turing测测试存在在的问题题“图灵测测试”没没有规定定问题的的范围和和提问的的标准仅反映了了结果的的比较，，无涉及及思维过过程没指出是是什么人人争论：通通过了图图灵检验验的电脑脑就具备备思维能能力了么么？约翰·西西尔勒测试主持持人被测机器器被测人美国哲学学家约翰翰·西尔尔勒(JohnSearle,1980年)对于“图图灵测试试”提出了异异议。他他用一个个现在称称为“中文屋子子”的假设设,试试图说明明即便是是一台计计算机通通过了图图灵测试试,也也不能说说它就真真的具有有智能。。约翰·西西尔勒的的中文屋子子假设是是说:有有一台台计算机机阅读了了一段故故事并且且能正确确回答相相关问题题,这这样这台台计算就就通过了了图灵测测试。而而西尔勒勒设想将将这段故故事和问问题改用用中文描描述(因因为他本本人不懂懂中文),然然后将自自己封闭闭在一个个屋子里里,代代替计算算机阅读读这段故故事并且且回答相相关问题题。描述述这段故故事和问问题的一一连串中中文符号号只能通通过一个个很小的的缝隙被被送到屋屋子里。。西尔尔勒则完完全按照照原先计计算机程程序的处处理方式式和过程程(如符符号匹配配、查找找、照抄抄等)对对这些符符号串进进行操作作,然然后把得得到的结结果即问问题答案案通过小小缝隙送送出去。。西尔勒也也得到了了问题的的正确答答案。西尔勒认认为尽管管计算机机用这种种符号处处理方式式也能正正确回答答问题,并且且也可通通过图灵灵测试,但仍仍然不能能说计算算机就有有了智能能。中文屋子子中文屋子子不懂？中文模仿约翰·西西尔勒我国古代代先人对对智能机机器的遐遐想和创创造三千多年年前的古古代机器器人：据《列子子·汤问问》记载载，传说说周穆王王在西巡巡途中，，遇到一一位名叫叫偃师的的能工巧巧匠。偃偃师献上上一个会会歌舞表表演的““假倡””，““钡（抑抑）其颐颐则歌合合律，捧捧其手则则舞应节节，千变变万化，，惟意所所适”。。两千多年年前的侦侦察机：：据《墨子子·鲁问问》记载载，“公公输子（（鲁班））削竹木木以为鹊鹊”，““三日不不下”。。他还还造了能能载人的的大木鸢鸢，在战战争中担担任侦查查的任务务。指南车：：东汉张衡衡木牛流马马：鲁班？诸诸葛亮？？人工智能能的发展展概况孕育期（（1956年以以前）人工智能能的发展展概况孕育期（（1956年以以前）亚里斯多多德（Aristotle，，公元前前384——322））：古希腊伟伟大的哲哲学家和和思想家家，创立立了演绎绎法。他他提出的的三段论论至今仍仍然是演演绎推理理的最基基本出发发点。莱布尼茨茨(G.W.Leibnitz，1646——1716)：德国数学学家和哲哲学家把把形式逻逻辑符号号化，奠奠定了数数理逻辑辑的基础础(四则运算算计算器器)图灵(A.M.Turing，1912———1954)：英国数学学家，1936年创立立了自动动机理论论，自动动机理论论亦称图图灵机，，是一个个理论计计算机模模型。又于1950年年，发表题为为《计算算机能思思维吗？？》的著著名论文文，明确确提出了了“机器器能思维维”的观观点。，，1907———1980)：：美国数学学家、电电子数字字计算机机的先驱驱，与他他的研究究生埃克克特(J.P.Eckert)合作作，1946年年研制成成功了世世界上第第一台通通用电子子计算机机ENIAC.人工智能能的发展展概况孕育期（（1956年以以前）麦克洛奇奇(W.McCulloch)和皮皮兹(W.Pitts)：美国神经经生理学学家，于于1943年建建成了第第一个神神经网络络模型(MP模模型)。。维纳(N.Wiener，1874—1956)：美国著名名数学家家、控制制论创始始人。1948年创立立了控制制论。控控制论向向人工智智能的渗渗透，形形成了行行为主义义学派。。可见，在人工智智能诞生生之前，，一些著著名科学学家就已已经创立立了数理理逻辑、、神经网网络模型型和控制制论，并并发明了了通用电电子数字字计算机机。为人人工智能能的诞生生准备了了必要的的思想、、理论和和物质技技术条件件。人工智智能的的发展展概况况形成期期（1956--1970年年）AI诞诞生于于一次次历史史性的的聚会会(Dartmouth人工工智能能夏季季研讨讨会)时间：：1956年年夏季季地点：：美国达达特茅茅斯(Dartmouth)大大学目的：：为使计计算机机变得得更““聪明明”，，或或者说说使计计算机机具有有智能能发起人人：麦卡锡锡(J.McCarthy）），，Dartmouth的的年轻轻数学学家、、计算算机专专家，，后为为MIT教教授明斯基）），哈哈佛大大学数数学家家、神神经学学家，，后为为MIT教教授洛切斯斯特(N.Lochester)，IBM公公司信信息中中心负负责人人香农(C.E.Shannon)，贝贝尔实实验室室信息息部数数学研研究员员参加人人：莫尔(T.more)、、塞缪缪尔(A.L.Samuel)，，IBM公司司塞尔夫夫里奇奇(O.Selfridge)、、索罗罗蒙夫夫(R.Solomonff)，，MIT纽厄尔尔(A.Newell)，兰兰德(RAND)公公司西蒙(H.A.Simon)，卡卡内基基(Carnagie)梅隆隆大学学会议结结果：：由麦卡卡锡提提议正正式采采用了了“ArtificialIntelligence”这这一术术语会议上上的一一些人人物麦卡锡锡(J.McCarthy)首次提提出人人工智智能的的概念念发明αα－ββ剪枝枝算法法提出人人工智智能语语言Lisp提出情情景演演算理理论论明斯基基(M.L.Minsky)提出思思维如如何萌萌发并并形成成的基基本理理论建造第第一个个神经经网络络模拟拟器，，学习习如何何穿过过迷宫宫最早提提出agent的概概念提出知知识表表示的的框架架理论论西蒙(H.A.Simon)符号主主义学学派的的创始始人之之一开创了了机器器定理理证明明的学学科领领域最早的的AI语言言IPL开发了了“通通用问问题求求解系系统””GPS纽厄尔尔(A.Newell)符号主主义学学派的的创始始人之之一西蒙的的学生生与同同事1975年年与西西蒙同同获图图灵奖奖人工智智能的的发展展概况况2.形形成期期（1956----1970年年）心理学学小组组1957年年，西西蒙和和纽厄厄尔等等人的的心理理学小小组研研制了了一个个称为为逻辑辑理论论机(LogicTheoryMachine，简简称LT)的数学定定理证证明程序。。1960年年研制制了通通用问问题求求解(GeneralProblemSolving)程序序。该程序序的设设计是是从模模仿人人类问问题求求解的的规程程开始始的，，不依依赖于于具体体领域域。在它它能处处理的的有限限类别别的问问题中中，它它显示示出程程序决决定的的子目目标及及可能能采取取的行行动的的次序序，与与人类类求解解同样样问题题是类类似的的。因因此，，GPS是第第一个个实现现了““像人人一样样思考考”方方法的的程序序。人工智智能的的发展展概况况2.形形成期期（1956----1970年年）IBM工程程小组组1956年年，塞塞缪尔尔在IBM704计计算机机上研研制成成功了了具有有自学习习、自自组织织和自自适应应能力的的西洋跳跳棋程序。。这个程程序可可以从从棋谱谱中学学习，，也可可以在在下棋棋过程程中积积累经经验、、提高高棋艺艺。通过不不断学学习，，该程程序1959年年击败败了塞塞缪尔尔本人人1962年年又击击败了了一个个州的的冠军军。MIT小组组1960年年，麦麦卡锡锡研制制了人人工智智能语语言LISP。。人工智智能的的发展展概况况2.形形成期期（1956----1970年年）其他开开创性性贡献献1958年年，美籍华华人数理逻逻辑学学家王王浩在在IBM-740计计算机机上仅仅用了了3-5分分钟就就证明明了《《数学学原理理》命命题演演算全全部220条条定定理。。1965年年，鲁鲁宾逊逊(J.A.Robinson)提出出了归归结（（消解解）原原理。。1965年年，费费根鲍鲍姆(E.A.Feigenbaum)开开始始研究究化学学专家家系统统DENDRAL，，用于于质谱谱仪分分析有有机化化合物物的分分子结结构。。1969年年召开开了第第一届届国际际人工工智能能联合合会议议（InternationalJointConferenceonAI，，IJCAI）），标标志着着人工工智能能作为为一门门独立立学科科登上上了国国际学学术舞舞台。。此后后IJCAI每每两年年召开开一次次。1970年年《InternationalJournalofAI》创创刊。。人工智智能的的发展展概况况3.暗暗淡淡期（（1966----1974年年）失败的的预言言给人人工智智能的的声誉誉造成成重大大伤害害“20年内内，机机器将将能做做人所所能做做的一一切””西蒙1965“在3~8年时时间里里，我我们们将研研制出出具有有普通通人智智力的的计算算机。。这样样的机机器能能读莎莎士比比亚的的著作作，会会给汽汽车上上润滑滑油，，会玩玩弄政政治权权术，，能讲讲笑话话，会会争吵吵………它的的智力力将无无以伦伦比。。”明斯基基1977人工智智能的的发展展概况况3.暗暗淡淡期（（1966----1974年年）挫折和和困境境在博弈弈方面面：塞缪尔尔的下下棋程程序在在与世世界冠冠军对对弈时时，5局败败了4局。。在定理理证明明方面面：发现鲁鲁宾逊逊归结结法的的能力力有限限。当当用归归结原原理证证明两两个连连续函函数之之和还还是连连续函函数时时，推推了10万万步也也没证证出结结果。。在机器器翻译译方面面：发现并并不那那么简简单，，甚至至会闹闹出笑笑话。。例如如，把把“心心有余余而力力不足足”的的英语语句子子翻译译成俄俄语，，再翻翻译回回来时时竟变变成了了“酒酒是好好的，，肉变变质了了”在问题题求解解方面面：对于不不良结结构，，会产产生组组合爆爆炸问问题。。在神经经生理理学方方面：：研究发发现人人脑有有1011-12以上的的神经经元，，在现现有技技术条条件下下用机机器从从结构构上模模拟人人脑是是根本本不可可能的的。在英国国，剑剑桥大大学的的詹姆姆教授授指责责“人人工智智能研研究不不是骗骗局，，也是是庸人人自扰扰”。。从从此，，形势势急转转直下下，在在全世世界范范围内内人工工智能能研究究陷入入困境境、落落入低低谷。。人工智能能的发展展概况3.暗暗淡期（（1966----1974年））Minsky的的批评1969年M.Minsky和和S.Papert在在《感感知机》》一书中中指出了了感知机机无法解解决异或或（XOR）问问题的缺缺陷，并并表示出出对这方方面研究究的悲观观态度，，使得神神经网络络的研究究从兴起起期进入入了停滞滞期。该批评对对人工智智能的发发展造成成了重要要的影响响在以后的的二十年年，感知知机的研研究方向向被忽视视基于符号号的知识识表示成成为主流流基于逻辑辑的推理理成为主主要研究究方向人工智能能的发展展概况3.暗暗淡期（（1966----1974年））当时的人人工智能能存在三三个方面面的局限限性知识局限限性：早期开发发的人工工智能程程序中包包含了太太少的主主题知识识，甚至至没有知知识，而而且只采采用简单单的句法法处理。。解法局限限性：求解方法法和步骤骤的局限限性使得得设计的的人工智智能程序序在实际际上无法法求得问问题的解解答，或或者只能能得到简简单问题题的解答答，而这这种简单单问题并并不需要要人工智智能的参参与。结构局限限性：用于产生生智能行行为的人人工智能能系统或或程序在在一些基基本结构构上严重重局限，，如没有有考虑不不良结构构，无法法处理组组合爆炸炸问题，，因而只只能用于于解决比比较简单单的问题题，影响响到人工工智能系系统的推推广应用用。人工智能能的发展展概况4.知知识应用用期（1970-1988年））以知识为为中心的的研究：：专家系统统实现了人人工智能能从理论论研究走走向实际际应用，，从一般般思维规规律探讨讨走向专专门知识识运用的的重大突突破，是是AI发发展史上上的一次次重要转转折。1972年，费根鲍姆姆开始研究究MYCIN医医疗专家家系统，，并于1976年研制制成功。。从应用用角度看看，它能能协助内内科医生生诊断细细菌感染染疾病，，并提供供最佳处处方。从从技术角角度看，，他解决决了知识识表示、、不精确确推理、、搜索策策略、人人机联系系、知识识获取及及专家系系统基本本结构等等一系列列重大技技术问题题。这一时期期，与专专家系统统同时发发展的重重要领域域还有计算机视视觉和机器人，自然语言言理解与与机器翻翻译等。费根鲍姆姆（E.A.Feigenbaum））人工智能能的发展展概况4.知知识应用用期（1970----1988年））整个20世纪80年代代，专家家系统和和知识工工程在全全世界得得到了迅迅速发展展。专家家系统为为企业等等用户赢赢得了巨巨大的经经济效益益。在开发专专家系统统过程中中，许多多研究者者获得共共识，即即人工智智能系统统是一个个知识处处理系统统，而知识获取取、知识识表示和和知识利利用则成成为人工工智能系系统的三三大基本本问题。新的问题题：专家系统统本身所所存在的的应用领领域狭窄窄、缺乏乏常识性性知识、、知识获获取困难难、推理理方法单单一、没没有分布布式功能能、不能能访问现现存数据据库等问问题被逐逐渐暴露露出来。。人工智能能的发展展概况5.集集成发展展期（1986年以来来）神经网络络的复兴兴：1982年，Hopfield模型型提出。。1984年，，J.Hopfield设计研研制了Hopfield网的的电路，，较好地地解决了了著名的的TSP（（TravellingSalesmanProblem）问题，，引起了了较大的的轰动。。1986年，Rumelhart,Hinton提提出多多层感知知机与反反向传播播(BP)学学习算法法，该方方法克服服了感知知器非线线性不可可分类问问题，给给神经网网络研究究带来了了新的希希望。美国加州州理工学学院物理学家家J.J.Hopfield教授授人工智能能的发展展概况5.集集成发展展期（1986年以来来）1995年，Vapnik提提出SupportVectorMachine（（SVM）。1997年5月月11日日，由IBM研研制的超超级计算算机“深深蓝”首首次击击败了国国际象棋棋特级大大师卡斯斯帕洛夫夫。2000年，中中国科学学院计算算所开发发出知识识发现系系统MSMiner。。该系统统是一种种多策略略知识发发现平台台，能够够提供快快捷有效效的数据据挖掘解解决方案案，提供供多种知知识发现现方法。。2011年，IBM超超级电脑脑“沃森森”亮相相美国最最受欢迎迎的智力力竞赛节节目《危危险边缘缘》战胜胜该节目目两位最最成功的的选手。。人工智能能研究形形成了三三大学派派符号主义义连接主义义行为主义义符号主义义又称：逻逻辑主义义、心理理学派或或计算机机学派原理：物物理符号号系统(即符号号操作系系统)假假设和有有限合理理性原原理起源：源源于数理理逻辑学派代表表：纽厄厄尔、西西蒙和尼尼尔逊等等符号主义义的基本本理论认为人的的认知基基元是符符号，认认知过程程即符号号操作过过程。认为人是是一个物物理符号号系统，，计算机机也是一一个物理理符号号系统，，因此，，能用计计算机来来模拟人人的智能能行为。。认为知识识是信息息的一种种形式，，是构成成智能的的基础。。人工工智能的的核心问问题是知知识表示示、知识识推理和和知连接主义义又称：仿仿生学派派或生理理学派原理：神神经网络络及神经经网络间间的连接接机制与与学习算算法。起源：源源于仿生生学，特特别是人人脑模型型的研究究。学派代表表：卡洛洛克、皮皮茨、Hopfield、鲁鲁梅尔哈哈特等。。连结主义义基本理理论认为思维维基元是是神经元元，而不不是符号号处理过过程。认为人脑脑不同于于电脑，，并提出出连结主主义的大大脑工作作模式式，用于于取代符符号操作作的电脑脑工作模模式。行为主义义又称：进进化主义义或控制制论学派派原理：控控制论及及感知——动作型型控制系系统起源：源源于控制制论学派代表表作：布布鲁克斯斯(Brooks)的的六足行行走机器器人，一一个基于于感知知-动作作模式的的模拟昆昆虫行为为的控制制系统行为主义义基本理理论认为智能能取决于于感知和和行动(所以被被称为行行为主义义)，提提出智能能行为为的“感感知—动动作”模模式；认为智能能不需