《人工智能及其应用》第章

课程简介关于人工智能

人工智能是研究计算机实现智能的原理以及建造智能计算机的学科。目标和任务

“人工智能”是计算机科学理论基础研究的重要组成部分，是计算机类专业的专业课。本课程是关于人工智能的引导性课程，介绍人工智能的基本理论、方法和技术，目的是使学生了解和掌握人工智能的基本概念和方法，为今后的更高级课程的学习、为将来在人工智能领域的进一步研究工作和软件实践奠定良好的基础。先修课程计算机程序设计基础、离散数学。文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.1人工智能的定义与发展1.2人类智能与人工智能

1.3人工智能各学派的认知观

1.4人工智能的研究与应用领域文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.1.1人工智能的定义

定义1.1（智能机器（Intelligentmachine））能够在各类环境中自主地或交互地进行各种拟人任务（anthropomorphictask）的机器。定义1.2（人工智能（学科））人工智能学科是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支，是一门综合性的交叉学科和边缘学科。定义1.3（人工智能（能力））是智能机器执行的通常与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.1.2人工智能的起源与发展（1）孕育期公元前900多年，我国歌舞机器人公元前850多年，古希腊关于制造机器人帮助人们劳动的神话传说古希腊伟大的哲学家亚里士多德创立的演绎法德国数学和哲学家莱布尼茨奠定的数理逻辑基础英国数学家图灵创立图灵机模型美国数学家、电子数字计算机的先驱莫克利等人研制成功的世界上第一台通用电子计算机此外1943年，美国神经生理学家麦卡锡和皮茨一起研制出了世界上第一个人工神经网络模型，开创了以仿生学观点和结构化方法模拟人类智能的途径1948年，美国著名数学家维纳创立了控制论，为以行为模拟观点研究人工智能奠定了理论和技术基础。1950年，图灵又发表了题为《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。

文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.1.2人工智能的起源与发展（2）形成期（1956——1970年）1956年夏季，达特茅斯（Dartmouth）大学数学家、计算机专家麦卡锡和他的3位朋友：哈佛大学数学家、神经学家明斯基，IBM公司信息中心负责人洛切斯特，贝尔实验室信息部数学研究员香农共同发起在达特茅斯大学举行了一个为期两个月的夏季学术研讨会（用机器模拟人类智能）——人工智能诞生以人工智能为目标的3个研究小组纽厄尔和西蒙的卡内基-兰德小组（心里学小组）塞缪尔的IBM公司工程课题研究小组明斯基和麦卡锡的MIT研究小组3个小组取得的成就领域定理证明、问题求解、博弈文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.1.2人工智能的起源与发展（3）知识应用期（1971——20世纪80年代末，低潮期）挫折和教训博弈方面：塞缪尔的下棋程序与世界冠军的战绩：5战4负定理证明：鲁滨逊归结法的能力有限：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问题求解方面：理想的良结构问题，现实的不良结构问题，产生组合爆炸机器翻译：如，把“心有余而力不足”的英语句子“Thespiritiswillingbutthefleshisweak”翻译成俄语，然后再翻译回来时竟变成了“酒是好的，肉变质了”，即英语句子为“Thewineisgoodbutthemeatisspoiled”.以人工智能为目标的3个研究小组在神经生理学方面，研究发现人脑由1011~1012个神经元组成，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。人工智能的本质、理论、思想和机理受到了来自哲学、心理学、神经学等社会各界的责难、怀疑和批评。文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.1.2人工智能的起源与发展（3）以知识是为中心的研究（20世纪70年代至80年代）专家系统

是一个具有大量专门知识，并能够利用这些知识去解决特定领域中需要专家才能解决的那些问题的计算机程序。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，是人工智能发展史上的一次重大转折。1976年费根鲍姆领导研制成功的MYCIN专家系统——可以协助内科医生诊断、治疗细菌感染疾病文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.1.2人工智能的起源与发展（4）从学派分立走向综合（20世纪80年代末至本世纪初）基于知识工程的符号主义学派基于人工神经网络的联结主义学派基于控制论的行为主义学派文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.1.2人工智能的起源与发展（5）智能科学技术学科的兴起（本世纪初到现在）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智能研究；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由多个不同学派的分立研究走向多学派的综合研究由对个体、集中智能的研究走向对群体、分布智能的研究集成智能：自然智能与人工智能通过协调配合所集成的智能协同智能：个体智能相互协调所涌现的群体智能。文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.1.2人工智能的起源与发展（6）人工智能在我国1978年开始设立人工智能的研究课题主要在定理证明、汉语自然语言理解、机器人和专家系统方面取得一批研究成果文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.1.2人工智能的起源与发展（7）人工智能的目标远期目标制造智能机器，即能够在各类环境中自动地或交互地执行各种拟人任务（anthropomorphictasks）的机器。近期目标实现机器智能，即先部分地或某种程度地实现机器的智能

eg：1）深蓝巨型机&世界象棋冠军2）自动驾驶汽车文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.2人类智能与人工智能文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月符号处理系统的六种基本功能

符号处理系统信息处理系统又叫符号操作系统(SymbolOperationSystem)或物理符号系统(PhysicalSymbolSystem)。所谓符号就是模式(pattern)。

符号操作系统任务及功能：辨认相同的符号和区别不同的符号6种基本功能

(1)输入符号(input)；(2)输出符号(output);(3)存储符号(store);(4)复制符号(copy);(5)建立符号结构：通过找出各符号间的关系，在符号系统中形成符号结构；(6)条件性迁移(conditionaltransfer):根据已有符号，继续完成活动过程。1.2.1智能信息处理系统的假设文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月物理符号系统的假设任何一个系统，如果它能表现出智能，那么它就必定能够执行上述6种功能。反之，任何系统如果具有这6种功能，那么它就能够表现出智能；这种智能指的是人类所具有的那种智能。把这个假设称为物理符号系统的假设。物理符号系统3个推论

推论一

既然人具有智能，那么他(她)就一定是个物理符号系统。人之所以能够表现出智能，就是基于他的信息处理过程。

推论二既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智能。这是人工智能的基本条件。

推论三

既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么就能够用计算机来模拟人的活动。

1.2.1智能信息处理系统的假设文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月人类的认知行为具有不同的层次认知生理学

研究认知行为的生理过程，主要研究人的神经系统（神经元、中枢神经系统和大脑）的活动，是认知科学研究的底层。

认知心理学

研究认知行为的心理活动，主要研究人的思维策略，是认知科学研究的顶层。

认知信息学

研究人的认知行为在人体内的初级信息处理，主要研究人的认知行为如何通过初级信息自然处理，由生理活动变为心理活动及其逆过程，即由心理活动变为生理行为。这是认知活动的中间层，承上启下。

认知工程学

研究认知行为的信息加工处理，主要研究如何通过以计算机为中心的人工信息处理系统，对人的各种认知行为（如知觉、思维、记忆、语言、学习、理解、推理、识别等）进行信息处理。这是研究认知科学和认知行为的工具，应成为现代认知心理学和现代认知生理学的重要研究手段。

1.2.1智能信息处理系统的假设文学志南京信息工程大学计软学院2010年2月1.胃2.订2人类掀智能掘的计坊算机告模拟机器帽智能栏可以还模拟您人类意智能物理著符号给系统帜假设听的推贡论一荐告诉捆人们获，人斩有智亡能，凳所以馅他是守一个真物理狂符号忍系统；帆推论坝三指摆出，热可以孝编写饥出计惯算机诞程序招去模鞭拟人哑类的脂思维才活动刃。这屯就是冲说，人和蜓计算承机这秧两个使物理禁符号烂系统辜所使逆用的晋物理糊符号洪是相缸同的剧，因劈燕而计坦算机眨可以模拟便人类豪的智数能活回动过悦程。智能翼计算损机的慢功能如下袜棋、艺证明父定理笨、翻秘译语帽言文劈燕字和蹲解决只难题夸等。涂神经拾计算馋机(n舞eu闸ra师lco奖mp劣ut拔er谈)能够鞠以类摄似人抹类的凡方式拔进行于“思脖考”反，它掠力图秆重建雾人脑凑的形冰象。芦一些国家防对量灰子计水算机毛的研承究也阔已起裁步，按希望熄通过酱对量茧子计它算(q谜ua荣nt毁umco丈mp絮ut盛in草g)的研牲究，佛产生妙量子可计算里机。量子拐计算集机：由理乍开得·费曼提出锦，是报一类标遵循量子着力学规律盆进行乳高速趣数学侦和逻辑污运算、存拌储及椒处理量子启信息的物屈理装狭置。山当某劝个装队置处歼理和缓计算液的是陷量子熟信息惭，运摘行的志是量纳子算秧法时牙，它哲就是反量子赢计算假机。移量子某计算愿机的讨概念践源于调对可惠逆计链算机肃的研纽奉究。衣研究秤可逆落计算篮机的蝴目的艺是为扫了解恳决计最算机生中的膏能耗愿问题脾。文学躲志较南京砌信息戚工程声大学说计软螺学院20瞒10年2月1.弟3人工彻智能草各学铃派的薪认知退观文学衬志症南京损信息胆工程称大学键计软于学院20烟10年2月人工榨智能碧三大扔学派符号惑主义(Sy诸mb愧ol闪ic辈is唇m)又称件为逻疾辑主温义(Lo虽gi校ci镜sm)、心毅理学窝派(Ps孕yc歇hl仿og劈燕is晋m)或计裂算机仗学派(Co佳mp避ut煎er凶is劫m)，其驻原理挖主要眨为物剂理符踏号系萄统(即符暂号操司作系刃统)假设仗和有测限合嘉理性饶原理渣。连接爷主义(C脱on掌ne踢ct煎io哭ni销sm浴)又称绩为仿伍生学术派(Bi泽on给ic习si旦sm)或生抗理学盯派(Ph劣ys骑io陶lo问gi今sm)，其仰原理着主要匙为神搬经网轻络及索神经们网络搂间的肉连接激机制抢与学丙习算用法。行为柱主义(Ac孝ti答on泛is订m)又称们进化车主义(E升vo华lu逐ti明on奶is在m)或控伸制论陪学派(Cy吴be屠rn远et论ic恢si脊sm)，其俯原理欧为控众制论虽及感知——动作锤型控插制系告统。文学筝志所南京赵信息拳工程述大学辨计软酬学院20颠10年2月三大吐学派吴对人篮工智劝能发香展历恋史的昂不同向看法符号茄主义认为场人工桥智能芳源于猛数理贪逻辑瘦。符钱号主告义仍傲然是轿人工之智能冻的主雁流派本。这最个学森派的独代表足有纽愧厄尔反、肖筒、西厘蒙和刷尼尔伤逊(N幸il郊ss窄on华)等。连接跟主义认为畏人工丧智能欧源于扶仿生秀学，垦特别素是人诞脑模派型的制研究芳。行为升主义认为伟人工蹄智能宰源于疤控制寻论。菜这一召学派民的代缩慧表作梨首推穴布鲁青克斯(B逐ro锻ok嫩s)的六锻足行走机腰器人并，它绞被看丸做新铸一代饰的“愈控制窗论动唐物”寄，是罗一个类基于贤感知硬－动华作模鬼式的泻模拟昆虫来行为耕的控丙制系仍统。文学宿志券南京帐信息疑工程浮大学汤计软志学院20茎10年2月1.医4人工敏智能写的研谅究与榴应用保领域文学镇志肤南京轧信息蛛工程佩大学漏计软百学院20滋10年2月1.丘4.可1问题员求解人工踏智能怠的第阅一个路大成撒就是鸡发展护了能昌够求丙解难眨题的寻下棋(如国针际象担棋)程序槽，它绍包含作问题棉的表半示、泉分解肌、搜策索与向归约猪等。文学傍志瞒南京造信息若工程饰大学锤计软室学院20过10年2月1.搂4.避2逻辑冷推理事与定含理证声明逻辑芹推理是人茫工智梁能研污究中与最持胆久的值子领屠域之这一，码特别宽重要隔的是再要找甜到一去些方袄法，凡只把攀注意港力集嗓中在驻一个里大型腹数据短库中火的有俊关事植实上旦，留雄意可欺信的菠证明位，并匀在出芦现新罪信息衔时适骂时修逼正这帽些证妈明。定理迫证明定理疗证明晋的研销究在歉人工凑智能援方法档的发个展中炎曾经铸产生煎过重签要的谊影响铸。例柏如，啄采用崇谓词津逻辑亡语言洞的演迁绎过杂程的程形式美化有拔助于闭更清阀楚地匪理解鼠推理传的某交些子挺命题赤。许洲多非塌形式令的工穗作，轧包括肝医疗妄诊断服和信贱息检释索都衣可以虽和定脏理证种明问鹿题一阴样加轿以形琴式化冠。因俭此，猜在人如工智训能方超法的闲研究俯中定眉理证呜明是己一个老极其吵重要爹的论枯题。我国冻人工滤智能锄大师穗吴文守俊院点士提姿出并摆实现鸦了几脖何定洲理机悠器证绕明的狠方法握，被绝国际恶上承暑认为蓬“吴凳氏方盒法”款，是等定理却证明蹈的又认一标赤志性形成果洗。文学匹志英南京提信息柄工程膏大学洋计软野学院20证10年2月1.状4.缓3自然豪语言润理解语言来处理京也是诱人工蛾智能冷的早吗期研老究领液域之完一，堡并引览起了庄进一购步的旧重视袖。语教言的合生成犬和理滩解是栽一个壳极为头复杂聪的编库码和赠解码纽奉问题劝。一个艺能理温解自贷然语俘言信梢息的牵计算百机系堆统看寇起来此就像滔一个厚人一趟样需咸要有奴上下强文知锐识以禁及根在据这径些上沈下文效知识持和信鼠息用剧信息灶发生界器进们行推减理的狡过程酿。理蔽解口疼头的哭和书倘写语才言的腐计算袖机系窑统所耐取得光的某头些进睡展，浅其基并础就宪是有项关表娱示上范下文届知识甩结构宁的某题些人禾工智贫能思贫想以剂及根铅据这装些知泽识进穗行推仅理的蕉某些吴技术坑。文学耍志储南京剧信息盛工程叉大学值计软县学院20做10年2月1.者4.疯5专家照系统一般平地说甘，专弱家系指统是导一个筋智能愚计算蒸机程否序系查统，婶其内炭部具旱有大孙量专京家水烦平的岂某个挤领域引知识坦与经切验，昨能够貌利用僵人类客专家瓣的知葬识和格解决秃问题摄的方测法来夹解决鸡该领历域的馋问题财。发展盲专家鞭系统方的关碍键是吧表达兆和运提用专处家知芦识，孕即来死自人藏类专陪家的峡并已帽被证责明对扣解决挂有关科领域休内的死典型么问题荡是有闸用的得事实崖和过贯程。文学托志谢南京盆信息绩工程哭大学绵计软升学院20胖10年2月1.遭4.爽6机器流学习学习熊是人矿类智威能的升主要庄标志篮和获蹈得知浇识的可基本寻手段板；机勇器学着习(自动连获取培新的争事实速及新肚的推忧理算水法)是使鹅计算稍机具蚀有智英能的阵根本粪途径私；机怠器学畏习还泄有助春于发盘现人导类学喊习的驳机理线和揭卧示人火脑的个奥秘交。学绸习是双一个译有特砌定目姿的的勿知识斥获取菠过程载，其鸭内部墓表现训为新顷知识秧结构联的不柳断建斯立和晨修改的，而卸外部近表现评为性脆能的哄改善吉。文学辈志刑南京危信息逐工程拼大学炸计软顾学院20很10年2月1.唯4.我7神经挨网络神经似网络症处理雅直觉传和形蛾象思够维信货息具扮有比淋传统脚处理迈方式黎好得钉多的冷效果间。神经料网络召已在担模式黎识别阀、图垮象处钢理、陵组合芒优化拢、自锯动控著制、抢信息耍处理误、机明器人悬学和违人工是智能方的其煤它领及域获代得日黑益广钞泛的喝应用殃。文学剩志升南京的信息躁工程远大学忌计软唇学院20她10年2月1.医4.怒8机器炕人学人工每智能赴研究翻日益阴受到禾重视搁的另吼一个鲜分支朝是机践器人赖学，丧其中捆包括县对操牺作机战器人结装置设程序禁的研要究。较这个饥领域厕所研阀究的华问题弊，从郑机器郑人手报臂的挥最佳悠移动冒到实权现机志器人烤目标晴的动绝作序驾列的颂规划滔方法犹，无煎所不澡包。萍目前恒已经剂建立娘了一霞些比恨较复笼杂的盈机器矩人系午统。机器骗人和瞒机器材人学总的研汉究促动进了筑许多望人工半智能驼思想搭的发胆展。智能喷机器沈人的圆研究壤和应培用体释现出剖广泛导的学异科交振叉，泼涉及粉众多菠的课嚷题，竭机器骗人已泉在各邀领域说获得烈越来走越普沿遍的涝应用雷。文学葡志蓄南京球信息附工程死大学籍计软丙学院20访10年2月1.牙4.吃9模式吹识别人工愁智能贱所研缘瑞究的膏模式练识别还是指军用计苗算机沟代替滋人类码或帮量助人看类感杯知模口式，境是对坡人类洁感知粪外界村功能他的模侨拟，慌研究摩的是兔计算肆机模原式识纸别系舰统，义也就行是使洋一个苗计算率机系铸统具祖有模社拟人裂类通磁过感祥官接预受外侦界信帐息、午识别殿和理窑解周俱围环拐境的你感知伙能力倦。文学侦志善南京旷信息错工程全大学挽计软丈学院20轰10年2月1.量4.森10机器糖视觉实验射表明蔬，人含类接科受外裂界信翁息的80根%以上随来自胀视觉册，视施觉对钩人类手是非降常重莫要的劫。机器删视觉誓或计谊算机蓄视觉溜已从多模式吹识别庸的一炉个研浊究领叛域发惧展为放一门高独立典的学雀科；序在视碰觉方读面，休已经校给计焦算机源系统砖装上蚂电视宏输入冻装置器以便暑能够答“看虏见”柏周围草的东站西。机器泼视觉忧的前染沿研叛究领昨域包丑括实载时并尊行处爽理、海主动轰式定钩性视她觉、援动态臂和时痛变视揉觉、顶三维罢景物纠的建迎模与斧识别蹲、实奴时图置像压奥缩传泄输和糟复原攀、多籍光谱称和彩该色图拖像的虎处理钟与解藏释等泄。文学侨志图南京柏信息萌工程懒大学诞计软匀学院20砖10年2月1.蝴4.春11智能粉控制人工聋智能复的发米展促稻进自养动控让制向莫智能地控制娱发展粮。智虏能控拦制是货一类蔑无需(或需驻要尽当可能笔少的)人的碌干预被就能巧够独迈立地澡驱动超智能陆机器值实现娃其目皮标的黄自动下控制惭。智能请控制慨是同籍时具替有以绝知识钢表示牢的非盖数学激广义千世界引模型斑和数千学公拘式模顾型表掏示的践混合纲控制等过程周，也秋往往垂是含铁有复颂杂性争、不跑完全司性、拌模糊室性或两不确飘定性亭以及责不存辨在已病知算丽法的掩非数附学过最程，绿并以栏知识梁进行详推理控，以馒启发秧来引努导求何解过兄程。文学洲志赏南京无信息齿工程纹大学陷计软巨学院20辜10年2月1.鲁4.萌16数据谢挖掘愚与知昂识发馋现知识尚获取窄是知计识信冬息处笛理的蜓关键谁问题装之一甚。数据蚕挖掘连是通愧过综路合运略用统搜计学箱、粗权糙集布、模职糊数霸学、脆机器陕学习谣和专济家系陆统等戏多种打学习之手段敞和方扶法，营从大徐量的低数据垮中提蹦炼出惑抽象凶的知小识，字从而司揭示吐出蕴怕涵在办这些踩数据搞背后撇的客创观世珍界的慈内在贝联系答和本某质规悼律，败实现汪知识旷的自