人工智能一三

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。图灵测测试TuringTest测试主主持人人被测机机器被测人人小于50%？“快速速的、、按规规矩行行事的的傻子子机器器。””※如果测测试主主持人人能分分辨出出人和和机器器的概概率小小于50%，则则认为为机器器具有有了智智能图灵测测试TuringTest阿伦••图灵灵（AlanTuring）计算机机科学学理论论的创创始人人1912年年出生生于英英国伦伦敦，，1954年去去世，，享年年42岁1936年年发表表论文文“论论可计计算数数及其其在判判定问问题中中的应应用””，提提出图图灵机机理论论1950年年发表表论文文“计计算机机与智智能””，阐阐述了了计算算机可可以具具有智智能的的想法法，提提出图图灵测测试1966年年为纪纪念图图灵的的杰出出贡献献，ACM设立立图灵灵奖AssociationforComputingMachinery图灵（AlanTuring））Turing测测试存存在的的问题题“图灵灵测试试”没没有规规定问问题的的范围围和提提问的的标准准仅反映映了结结果的的比较较，无无涉及及思维维过程程没指出出是什什么人人争论：：通过过了图图灵检检验的的电脑脑就具具备思思维能能力了了么？？约翰··西尔尔勒测试主主持人人被测机机器被测人人美国哲哲学家家约翰翰·西西尔勒勒(JohnSearle,1980年)对于““图灵灵测试试”提出了了异议议。他他用一一个现现在称称为““中文屋屋子”的假假设,试试图说说明即即便是是一台台计算算机通通过了了图灵灵测试试,也也不不能说说它就就真的的具有有智能能。约翰··西尔尔勒的的中文屋屋子假假设是是说:有有一台台计算算机阅阅读了了一段段故事事并且且能正正确回回答相相关问问题,这这样这这台计计算就就通过过了图图灵测测试。。而西西尔勒勒设想想将这这段故故事和和问题题改用用中文文描述述(因因为他他本人人不懂懂中文文),然然后将将自己己封闭闭在一一个屋屋子里里,代代替替计算算机阅阅读这这段故故事并并且回回答相相关问问题。。描述述这段段故事事和问问题的的一连连串中中文符符号只只能通通过一一个很很小的的缝隙隙被送送到屋屋子里里。西西尔尔勒则则完全全按照照原先先计算算机程程序的的处理理方式式和过过程(如符符号匹匹配、、查找找、照照抄等等)对对这些些符号号串进进行操操作,然然后把把得到到的结结果即即问题题答案案通过过小缝缝隙送送出去去。西尔勒勒也得得到了了问题题的正正确答答案。。西尔勒勒认为为尽管管计算算机用用这种种符号号处理理方式式也能能正确确回答答问题题,并并且且也可可通过过图灵灵测试试,但但仍仍然不不能说说计算算机就就有了了智能能。中文屋屋子中文屋屋子不懂？中文模仿约翰··西尔尔勒我国古古代先先人对对智能能机器器的遐遐想和和创造造三千多多年前前的古古代机机器人人：据《列列子··汤问问》记记载，，传说说周穆穆王在在西巡巡途中中，遇遇到一一位名名叫偃偃师的的能工工巧匠匠。偃偃师献献上一一个会会歌舞舞表演演的““假倡倡”，，““钡（（抑））其颐颐则歌歌合律律，捧捧其手手则舞舞应节节，千千变万万化，，惟意意所适适”。。两千多多年前前的侦侦察机机：据《墨墨子··鲁问问》记记载，，“公公输子子（鲁鲁班））削竹竹木以以为鹊鹊”，，“三三日不不下””。。他还还造了了能载载人的的大木木鸢，，在战战争中中担任任侦查查的任任务。。指南车：东汉张衡木牛流马：：鲁班？诸葛葛亮？人工智能的的发展概况况孕育期（1956年年以前）人工智能的的发展概况况孕育期（1956年年以前）亚里斯多德德（Aristotle，公公元前384——322）：：古希腊伟大大的哲学家家和思想家家，创立了了演绎法。。他提出的的三段论至至今仍然是是演绎推理理的最基本本出发点。。莱布尼茨(G.W.Leibnitz，1646——1716)：德国数学家家和哲学家家把形式逻逻辑符号化化，奠定了了数理逻辑辑的基础(四则运算计计算器)图灵(A.M.Turing，1912——1954)：英国数学家家，1936年创立立了自动机机理论，自自动机理论论亦称图灵灵机，是一一个理论计计算机模型型。又于1950年，发表题为《《计算机能能思维吗？？》的著名名论文，明明确提出了了“机器能能思维”的的观点。莫克利(J.W.Mauchly，1907———1980)：美国数学家家、电子数数字计算机机的先驱，，与他的研研究生埃克克特(J.P.Eckert)合作，，1946年研制成成功了世界界上第一台台通用电子子计算机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。人工智能能的发展展概况形成期（（1956--1970年））AI诞生生于一次次历史性性的聚会会(Dartmouth人工工智能夏夏季研讨讨会)时间：1956年夏季季地点：美国达特特茅斯(Dartmouth)大大学目的：为使计算算机变得得更“聪聪明”，，或者者说使计计算机具具有智能能发起人：：麦卡锡(J.McCarthy），，Dartmouth的年年轻数学学家、计计算机专专家，后后为MIT教授授明斯基(M.L.Minsky），，哈佛大大学数学学家、神神经学家家，后为为MIT教授洛切斯特特(N.Lochester)，IBM公司信信息中心心负责人人香农(C.E.Shannon)，，贝尔实实验室信信息部数数学研究究员参加人：：莫尔(T.more)、塞缪缪尔(A.L.Samuel)，IBM公司塞尔夫里里奇(O.Selfridge)、、索罗蒙蒙夫(R.Solomonff)，，MIT纽厄尔(A.Newell)，兰德德(RAND)公司西蒙(H.A.Simon)，卡内内基(Carnagie)梅梅隆大学学会议结果果：由麦卡锡锡提议正正式采用用了“ArtificialIntelligence”这这一术语语会议上的的一些人人物麦卡锡(J.McCarthy)首次提出出人工智智能的概概念发明α－－β剪枝枝算法提出人工工智能语语言Lisp提出情景景演算理理论明斯基(M.L.Minsky)提出思维维如何萌萌发并形形成的基基本理论论建造第一一个神经经网络模模拟器，，学习如如何穿过过迷宫最早提出出agent的的概念提出知识识表示的的框架理理论西蒙(H.A.Simon)符号主义义学派的的创始人人之一开创了机机器定理理证明的的学科领领域最早的AI语言言IPL开发了““通用问问题求解解系统””GPS纽厄尔(A.Newell)符号主义义学派的的创始人人之一西蒙的学学生与同同事1975年与西西蒙同获获图灵奖奖人工智能能的发展展概况2.形成成期（1956----1970年年）心理学小小组1957年，西西蒙和纽纽厄尔等等人的心心理学小小组研制制了一个个称为逻逻辑理论论机(LogicTheoryMachine，简简称LT)的数学定理理证明程序。。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，，鲁宾逊(J.A.Robinson)提出了了归结（消解解）原理。1965年，，费根鲍姆(E.A.Feigenbaum)开始始研究化学专专家系统DENDRAL，用于质谱谱仪分析有机机化合物的分分子结构。1969年召召开了第一届届国际人工智智能联合会议议（InternationalJointConferenceonAI，IJCAI），，标志着人工工智能作为一一门独立学科科登上了国际际学术舞台。。此后IJCAI每两年年召开一次。。1970年《《InternationalJournalofAI》创刊刊。人工智能的发发展概况3.暗淡期期（1966----1974年年）失败的预言给给人工智能的的声誉造成重重大伤害“20年内，，机器将能做做人所能做的的一切”西蒙1965“在3~8年年时间里，我我们将研制制出具有普通通人智力的计计算机。这样样的机器能读读莎士比亚的的著作，会给给汽车上润滑滑油，会玩弄弄政治权术，，能讲笑话，，会争吵………它的智力将将无以伦比。。”明斯基1977人工智能的发发展概况3.暗淡期期（1966----1974年年）挫折和困困境在博弈方方面：塞缪尔的的下棋程程序在与与世界冠冠军对弈弈时，5局败了了4局。。在定理证证明方面面：发现鲁宾宾逊归结结法的能能力有限限。当用用归结原原理证明明两个连连续函数数之和还还是连续续函数时时，推了了10万万步也没没证出结结果。在机器翻翻译方面面：发现并不不那么简简单，甚甚至会闹闹出笑话话。例如如，把““心有余余而力不不足”的的英语句句子翻译译成俄语语，再翻翻译回来来时竟变变成了““酒是好好的，肉肉变质了了”在问题求求解方面面：对于不良良结构，，会产生生组合爆爆炸问题题。在神经生生理学方方面：研究发现现人脑有有1011-12以上的神神经元，，在现有有技术条条件下用用机器从从结构上上模拟人人脑是根根本不可可能的。。在英国，，剑桥大大学的詹詹姆教授授指责““人工智智能研究究不是骗骗局，也也是庸人人自扰””。从从此，形形势急转转直下，，在全世世界范围围内人工工智能研研究陷入入困境、、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，引引起了较大大的轰动。。1986年年，Rumelhart,Hinton提提出多层层感知机与与反向传播播(BP)学习算算法，该方方法克服了了感知器非非线性不可可分类问题题，给神经经网络研究究带来了新新的希望。。美国加州理理工学院物理学家J.J.Hopfield教授人工智能的的发展概况况5.集成成发展期（（1986年以来））1995年年，Vapnik提提出SupportVectorMachine（（SVM））。1997年年5月11日，由IBM研制制的超级计计算机“深深蓝”首首次击败了了国际象棋棋特级大师师卡斯帕洛洛夫。2000年年，中国科科学院计算算所开发出出知识发现现系统MSMiner。该系系统是一种种多策略知知识发现平平台，能够够提供快捷捷有效的数数据挖掘解解决方案，，提供多种种知识发现现方法。2011年年，IBM超级电脑脑“沃森””亮相美国国最受欢迎迎的智力竞竞赛节目《《危险边缘缘》战胜该该节目两位位最成功的的选手。人工智能研研究形成了了三大学派派符号主义连接主义行为主义符号主义又称：逻辑辑主义、心心理学派或或计算机学学派原理：物理理符号系统统(即符号号操作系统统)假设和和有限合理理性原理理起源：源于于数理逻辑辑学派代表：：纽厄尔、、西蒙和尼尼尔逊等符号主义的的基本理论论认为人的认认知基元是是符号，认认知过程即即符号操作作过程。认为人是一一个物理符符号系统，，计算机也也是一个物物理符号号系统，因因此，能用用计算机来来模拟人的的智能行为为。认为知识是是信息的一一种形式，，是构成智智能的基础础。人工工智能的核核心问题是是知识表示示、知识推推理和知连接主义又称：仿生生学派或生生理学派原理：神经经网络及神神经网络间间的连接机机制与学习习算法。起源：源于于仿生学，，特别是人人脑模型的的研究。学派代表：：卡洛克、、皮茨、Hopfield、、鲁梅尔哈哈特等。连结主义基基本理论认为思维基基元是神经经元，而不不是符号处处理过程。。认为人脑不不同于电脑脑，并提出出连结主义义的大脑工工作模式式，用于取取代符号操操作的电脑脑工作模式式。行为主义又称：进化化主义或控控制论学派派原理：控制制论及感知知—动作型型控制系统统起源：源于于控制论学派代表作作：布鲁克克斯(Brooks)的六足足行走机器器人，一个个基于感知知-动作作模式的模模拟昆虫行行为的控制制系统行为主义基基本理论认为智能取取决于感知知和行动(所以被称称为行为主主义)，提提出智能行行为的“