第讲 计算智能概 论

计算智能（ComputationalIntelligence,CI）第1讲概论本讲要点1.1关于计算智能1.2人工神经网络1.3模糊系统1.4进化计算1.5人工神经网络、模糊系统和进化计算的相互融合1.1关于计算智能（ComputationalIntelligence,CI）1.1.1什么是计算智能1.1.2计算智能所包含的领域1.1.1关于计算智能92年，美国学者James首次提出：计算智能(CI)是依靠生产者提供的数字、数据材料进行加工处理，而不是依赖于知识；人工智能（ArtificialIntelligence,AI）则是须用知识进行处理。94年，James在Florida,Orlando,94IEEEWCCI会议上又阐述他的观点，智能有三个层次：InstituteofElectricalandElectronicsEngineers生物智能（BiologicalIntelligence,BI）由人脑的物理化学过程反映出来的，人脑是有机物，它是智能的基础。人工智能（ArtificialIntelligence,AI）是非生物的，人造的，常用符号来表示，AI的来源是人类知识的精华。计算智能（ComputationalIntelligence,CI）是由数学方法和计算机实现的，CI的来源是数值计算的传感器。关系：

a)从复杂性来看：BI>AI>CI；b)从所属关系来看：CI是AI的一个子集，AI是CI到BI的过渡，因为AI中除计算算法之外，还包括符号表示及数值信息处理。也有些人认为CI不属于AI，仅有部分重合。

1.1.2计算智能所包含的领域人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork,ANN）模糊系统（FuzzySystem,FS）进化计算（EvolutionComputing,EC）1.2人工神经网络1.2.1什么是神经网络1.2.2人工神经网络研究的历史1.2.3神经网络的研究概况1.2.4人工神经网络的应用领域1.2.1什么是神经网络人工神经网络(简称神经网络)是由大量的、功能比较简单的形式神经元（Neurons）互相连接而构成的复杂网络系统，用它可以模拟大脑的许多基本功能和简单的思维方式。

神经网络理论突破了传统的、线性处理的数字电子计算机的局限，是一个非线形动力学系统，并以分布式存储和并行协同处理为特色，虽然单个神经元的结构和功能极其简单有限，但是大量的神经元构成的网络系统所实现的行为却是极其丰富多彩的。两种勿人工镰智能窄技术策的比要较人工火神经盆网络任研究吊的历把史第一丘阶段需初始革发展繁期吉（40年代限－60年代健）1．19督43年，化美国蕉心理命学家Mc技Cu夹ll卖oc葡h和数酬学家Pi肠tt被s合作醒提出德了形稻式神降经元京的数装学模剥型，怀即M-否P模型急。能撞完成潮有限播的逻升辑运励算。2．19抢49年，猛心理愧学家He毛bb提出伟了改蹦变神座经元闭间连美接强往度的He引bb规则言。3．19覆57年，踩计算脂机科蛋学家Ro贯se稍nb据la沟tt用硬赔件完碗成了止最早灶的神贼经网师络模妖型，用称之捉为感需知器汇（Pe爬rc计ep另tr誓on）用浩来模盲拟生蒙物的微感知校和学捷习能押力。4．19麻62年，勇电机盈工程折师Wi魂nd反ro风w和Ho决ff提出色了自邪适应唯线形招元件Ad世al字in蜻e是一李个连常续取疗值的邀线形圆网络位，在脚信号妹处理鱼系统卸中用盟于抵油消通子讯中日的回亡波和璃噪声球，应完用十乐分广启泛。第二健阶段作低谷考期歇（60年代蹲末－70年代坛末）原因稠：1.誓69年，聪人工饲智能叠之父Mi拢ns卖ke寻y和Pa府pe满rt发表弦了《P夕er伟ce妻pt闭ro羽n》一书城指出把了Pe匆rc章ep覆tr鱼on无科即学价米值而伞言，但连XO逼R逻辑宣分类收都做碰不到抹，只剧能作敌线性忽划分雷。2.Vo浆n.罗Ne谜um农an厅n机的结兴盛用期，各陶醉禁在成笛功的滑喜悦夜之中么，掩岂盖了据新型泰计算寸机的妖发展催的必受然。但是恐仍然旱有不齿少有钱识之待士不歪断努包力：1.碑Bo大st搞on大学通的Gr张os缘瑞sb嘴er落g和Ca粉rp号en累te挺r提出摩了自旗适应表共振头理论AR肠T网络仆。2.芬兰翼的He转is气in堪ki大学爹的Ko阅ho技ne声n提出彩了自部组织谎映射盖网络迹。3.日本白的大蜘坂大底学的Fu乳ku际sh简im椅a提出件了神败经认纯知机谈网络受模型隔。4.日本刮东京糖大学词的Am蛋ar圣i对神让经网燃络进港行了拐数学识理论粉的研第究，浪为神粮经网即络的气研究膊奠定赔了理辰论基品础。第三运阶段次兴盛吗期校（80年代箩以后泪）原因亩：1.但70年代角末期子研究龟和试坑图模捎拟视缎听觉戚的人听工智斜能专忘家遇盆到了败挫折错，人番们习捷以为刑常的洞知识铸难能腹教给抚计算障机。2.计算卸机的愧科学禽家发河现前益面有挪不可廉逾越船的鸿垫沟，镇线路材微型婆的物躺理极鬼限,人们皮思考Vo秤n.闷Ne卡um似an定n机到煮底还干能走透多远肝。3.脑科猎学、菠生物捎学、抄光学绸的进赤步为捷人工亮神经夜网络座的发淋展打刷下了天基础。兴盛豪期的灾代表蔑人物贿：1.验19存82年，泄加州嫂大学仿的物涨理学帽家Ho阻pf蜜ie烈ld提出尾了Ho脑pf设ie阻ld网络慢模型霉，并密用电烦路实概现。2.点19泰85年，Ru虹me茫lh拼ar返t提出灾了BP算法易。3.毯Hi疫nt设on等人联提出篇了Bo物lt椅zm帽an机模尘型。4.竿19弊88年，叔蔡少偏堂提摸出了鞋细胞犬神经移网络慈模型刻。1.2.将3神经庭网络抵的研均究概受况神经积网络氏的研扇究主阁要可迁分为族以下港三个鸦方面青：1）夕大脑嗽和神叨经系斗统的匙信息包处理年原理些。2）对构造妖能实霉现信恋息处访理的谨神经灶网络智模型澡。3）岗能实每现信扭息处凤理基软本原妇理的妻技术配研究赏一神阴经计符算机煌。美国裁军方技认为弓神经鲜网络磁技术范是比饿原子队弹工狮程更链重要岩的技洋术。防美国宴国防含部(DA亲RP手A)曾宣多布执屈行一蓄项总助投资戴为4亿美复元的庭八年爸计划萌，其像主要姜研究址目标令为：脸连续动语音免信号鱼识别屠、声忌纳信然号识肃别、貌目标辣识别用及跟普踪等障。日本掀通产埋省早更在19径88年也谨提出筛了所蒜谓人汉类尖控端科婆学计获划(Hu种ma束n予Fr碑on拨ti袜er猪S香ci谣en言ce厦P傲ro辫gr晋am辞)，即所慎谓的顶第六阅代计弊算机争计划逐，研析制能丘模拟下人类疏智能尘行为陕的计歪算机五系统伐。到目机前为洽止，还已经火发表湾了多筝达几锐十种久的神酸经网隐络模棚型，经它们筛具备管不同仁的信丝式息处捎理能力，乒典型北的神呀经网筐络模箩型如基表1.示2所示验。1.2.勺3神经杰网络附的研脏究概雪况神经椒网络拉的相凝关会撒议19玻87年6月21至24日在物美国进加州茅圣地哨亚哥(Sa骑n尺Di箱eg斩o)召开税的第恳一届践神经料网络着国际骄会议;19钳88年，活我国专在北乏京召焦开了泰神经晌网络学的国友际研凉究工晒作会队议，压并出马版了溉论文词集。19羡89年10月在僚北京钟又召双开了熄神经剥网络砖及其专应用朴讨论姓会。19主90年12月在吉北京奶召开伤了我肃国首番届神慌经网朗络学凑术大元会，捕并决而定以醉后每磨年召走开一驴次年铲会。19谣91年冬特在南按京召徒开的见第二徐届中恢国神锡经网凯络学嘱术大相会上个，宣渗布成丽立中贤国神亭经网关络学常会。1.2.取3神经税网络浇的研厅究概鱼况神经顿网络算的主红要国吉际性吴杂志(1讲)Ne称ur斥al腔N炸et贿wo框rk蓄s(国际睁神经相网络裳协会丘会刊)(2箩)IE既EE伞T属ra风ns唯ac仍ti场on菌s丈on沉N祝eu属ra平l央Ne伍tw毒or惊ks(3小)I艇EE滋E糊Tr劈燕an喜sa化ct昌io魔ns建o泡n间Pa观ra讽ll昂el车Di挤st狗ri毙bu邮te扎d时Sy焦st炉em(4贯)C圾on幼ne蛾ct涛io猪ns澡S蔑ci贝en除ce(5绍)N略eu悲ro远co案mp渗ut冲in耕g(6适)N击eu扭ra牢l双Co聪mp妈ut蹲at果io晕n(7林)I若nt炼er锹na席ti旨on授al醋J删ou堡rn赔al梦o布f手Ne放ur眉al派S富ys劈燕te网ms1.2.孙4人工臂神经励网络颗的应偏用领绑域模式京识别、分类用于层语言涌，文值字，备图像妙的识从别，充用于徒医学亿特征喷的分哀类，岔诊断趴指纹糖鉴别情等函数盒逼近辟（曲每线拟搏合）用于彼非线架性控旧制的孙函数雄建模轿，拟浑和非拜线性岛曲线君，机饰器人绍的轨杰迹控贯制等数据尽压缩在通洞信中点的编闲码压君缩和陪恢复身，图宽像数拜据的互压缩暮和存京储以狭及图绣像特臣征的夫抽取厌等预测股市雨预测赴，天老气预躲测等1.嚼3模糊筛系统1.踢3.锁1模糊染系统灵理论馅的起绞源和像发展1.客3.谊2模糊户系统穴的研苏究范惑畴模糊闸系统挡理论无的起排源和我发展1.用1管96划5年，扩美国剖控制唇论专携家、河加利扣福尼座亚大承学教蜓授扎污德()首先息提出爪模糊眼集合缝概念,发表徒了开昏创性搏论文《模糊绝集合惧论(F姐uz六zy圣s污et杂s)熟》。他的提出,模糊登数学刊的核衡心思沙想就初是运苗用数呢学手验段,仿效区人脑造思维斧，对拘复杂掏事物衬进行规模糊剪处理属。模贤糊数弹学在渠基础抚理论题和实敲际应封用等倘方面地引起业了各拐国学剪者的泛极大估兴趣,并产具生了拒许多斩有价何值的茄应用宗和惊松人的旨成果趴。2.青1母97筛3年，缺扎德汤教授股又提句出模明糊逻风辑(F僚uz疏zy弯L捧og屠ic价)的理迷论，浇并积逢极倡蜡导将节模糊现理论哈向人低工智符能方辈向发岩展。炮模糊纵逻辑杯的研旅究虽趣然时富间还战不长来，但厨在智脂能模缘瑞拟和不智能图控制片等领梅域却饱已有促了飞速快的超发展娘。3.介19铁74年，态印度本裔英怀国学铸者马亲德尼()首先榨将模层糊理芦论用苹于锅办炉和纪蒸汽崭机的出控制场，并泳实验槐成功隔，开耕创了使模糊匹控制摸的新梅领域碎。4.泽80年代扇后期牲以来傅，在些日本锯采用副模糊累控制穷技术轧的家辱电产子品大话量上撕市，吊模糊挡技术引在图欺像识壁别、广自动章控制执、市奶场预母测、注人工浙智能池等领童域普抚遍应佩用，逗掀起诸了一述股模具糊热桃。日方本、蔽美国基和我围国都仿成功早地研吩制出标了智县能化订的模影糊推俭理机闷，这怒表现懂了模松糊理款论的星强大混生命债力和屠伟大姻意义凭。5.另一较方面望，模再糊理加论在膏学术多界也做得到燃了普稀遍的喷认同丙和重配视。19碍92年，IE等EE召开偿了第晶一届棒关于密模糊绵系统臂的国基际会慕议（FU坟ZZ－IE奥EE），贼并决知定以迈后每适年举娇行一愤次。19突93年IE寸EE创办叮了专灿刊IE束EE怀Tr吴an锡sa毁ct载io穿n喂on廉F织uz揪zy斩S墙ys睬te贺m。6.当前叫，模炕糊理据论和瓶应用蜻正向及深度背和广道度进掠一步摘发展怖，发垒展的捆速度周越来晋越快看，研属究成饱果大呼量涌浪现，椅已经烫成为宰世界和各国瞧高科荣技竞年争的吼重要披领域脸之一秆。1.羊3.五2模糊指系统吴的研资究范债畴模糊泉系统牌基于瘦模糊权数学俊理论摘，能涉对复将杂事荒物进炊行模攀糊处犁理。喜模糊纹数学长的理姻论基市础包饺括模附糊逻周辑、五模糊畜规则功、模残糊推房诚理、依隶属逃度和绣模糊存集合生等。1.午4进化撞计算进化体计算珠（Ev筝ol初ut混io松n角Co负mp配ut斥in趟g）是登采用棉简单载的编但码技屠术来丑表示肢各种纪复杂倾的结尤构，救并通歉过简拼单的凯遗传额操作续和优榨胜劣鸭汰的贡自然捡选择钥来指酱导学亲习和以确定钱搜索驾的方俱向。顷由于侍它采认用种协群（伶即一秋组表槽示）意的方陡式组雀织搜摘索，尊这使贝得它骆可以努同时宋搜索雀解空皇间内夫的多漏个区精域，票特别根适合易大规皂模并饥行计梁算。携进化题计算役具有狮自组涝织、苦自适持应、长自学湖习的绞特点慈，并封且不指受其复搜索背空间该限制以性条丈件（趋如可充微、义单峰问等）唉的约牌束，结不需核要其钥它辅排助信烘息（椅如导戚数）碍。这份使得渠进化匆计算漏不仅沃能获访得较伴高的俊效率柴，而差且操眨作简脖单、赔通用示性强恐。1.丙4.上1进化厘计算迅的发淹展过赚程1.渠4.垫2进化役计算侍的主骆要分祥支1.致4.倍3进化帆计算资的主习要特晴点1.难4.晴1进化或计算域的发侧展过央程进化辞计算量在20世纪裂六七著十年洋代并挤未受尾到普狡遍的蝇重视天。其狂主要辽原因呢：1）因氧为这筐些方瘦法本悔身还令不够想成熟叛；2）由壶于这璃些方扮法需序要较亿大的吸计算弊量，衔而当夫时的献计算纯机还江不够殿普及招且速副度较采慢，队这样康便限往制了败它们处的应刃用；3）当泻时基底于符久号处境理的街人工磁智能岂方法扑正处报于其勒顶峰捞时期侄，使拼得人疑们难摔以认羡识到剃其它霉方法阁的有赞效性生及适盲应性华。2.到了80年代穷，人特工智逢能方撤法的顶局限厌性越帆来越育突出君，并都且随完着计骂算机巡寿速度芝的提宗高和悼并行仿计算父机的幅普及晚，已军使得箱进化奶计算盟对机膨器速亿度的悦要求荐不再目是制搭约其国发展耍的因胶素。锁进化虎计算刻的不徐断发禾展及尊其在腾一些禁应用滑领域应内取两得的优成功台，已括表现创出了肢良好豪的应远用前有景。3.由于薄进化爆计算庆在机彩器学微习、窑过程纠控制作、经踪蝶济预萍测、牲工程域优化愧等领辣域取墓得的肺成功虑，引音起了乐各领梢域科丧学家妹们的附极大淋兴趣研，自80年代径中期慌以来终，世增界上愿许多方国家乔都掀俭起了任进化惰计算苏的研丑究热知潮。药目前拴，有裂数种岗以进旦化计若算为咽主题柳的国请际会奖议在负世界促各地误定期费召开样，并很已出杠版了若两种得以上饮专门就关于住进化怪计算纠的杂花志。妨可以罗预料然，随钳着进除化计蜻算理限论研胡究的幕不断经深入促和应分用领初域的秩不断汉拓广棍，进碌化计移算必抱将取伯得更荒大的侨成功追。1.看4.交2进化暗计算咳的主固要分寨支进化嚷计算匹的三盗大分敬支包发括：遗传显算法(G绒en最et躁ic倡A间lg丘or洪it涛hm路,简称GA在)进化搂规划酸（Ev筑ol除ut球io袍n雪Pr恒og怠ra蒜mm爷in怒g贸,简称EP）进化疼策略眨（Ev父ol秃ut砌io箩n绑St焰ra貌te阴gi香es始,简ES）。这三赤个分喂支在珠算法脱实现面方面肃具有间一些爆细微城的差项别，元但它计们具晓有一柳个共务同的略特点召，即色都是容借助麻生物暴进化笋的思待想和类原理把来解抗决实皮际问旋题。①遗传渔算法遗传涨算法嚷是一衣类通史过模壤拟生螺物界府自然为选择远和自仔然遗形传机赶制的繁随机记化搜气索算车法，定由美纪国J.陶Ho差la轿nd教授劳于19幸75年首纤次提辣出。珠它是求利用敏某种颠编码希技术分作用弹于称竭为染妻色体乡丰的二密进制连数串失，其短基本椅思想啊是模带拟由棚这些萌串组浮成的巴种群祸的进肃化过姑程，挪通过秧有组数织地烦然而便是随危机地悟信息财交换羞来重烛新组西合那颂些适姨应性经好的汇串。并遗传霉算法允对求括解问贩题的压本身屠一无连所知陷，它摩所需哲要的溜仅是则对算桌法所退产生跪的每锐个染税色体牢进行叛评价浩，并回根据司适应挠性来色选择帖染色追体，殊使适挂应性球好的乒染色匀体比也适应堆性差胖的染袭色体嚷有更环多的尺繁殖诉机会黄。遗传这算法吹尤其裁适用活于处闲理传疫统搜贝索方末法难物于解毒决的床复杂排的非福线性筹问题蓬，可型广泛套用于郑组合悦优化钱、机链器学飘习、告自适忽应控侨制、明规划演设计堪和人耍工生泥命等蒙领域,是21世纪抽有关孙智能附计算眯中的将关键舞技术幸之一冲。②进叮化策聪略19喘64年，析由德赴国柏现林工露业大据学的I.姜Re众ch席en孕be尖rg等人约提出翅。在器求解歇流体比动力效学柔衰性弯炎曲管膝的形永状优宋化问片题时初，用海传统溜的方其法很乓难优文化设围计中酬描述韵物体落形状虑的参主数，袖从而固利用础生物茎变异数的思倾想来斑随机言地改贡变参畜数值虎并获洪得了殖较好饼的结感果。歌随后像，他斑们便剥对这小种方缘瑞法进薄行了掉深入阳的研申究和握发展境，形翠成了嘴进化暑计算性的另弦一个覆分支―进化焰策略射。进化扁策略愁与遗驼传算示法的涉不同晌之处增在于称：进划化策忧略直殖接在阵解空抓间上恒进行盟操作捧，强划调进扫化过粗程中称从父庭体到歇后代称行为腐的自搭适应寻性和艰多样沸性，首强调省进化贡过程糊中搜昌索步朱长的叙自适侮应性扰调节威；而书遗传黑算法竖是将绪原问梦题的枝解空说间映量射到坚位串肆空间躁之中训，然辈后再忧施行链遗传友操作避，它冤强调犹个体侮基因诉结构要的变旨化对恨其适禾应度调的影轧响。进化耕策略票主要究用于拴求解察数值斩优化医问题蚊。③进化象规划进化伟规划陪的方图法最希初是泥由美北国人扣等人静在20世纪60年代炊提出张的。佣他们古在人抄工智劝能的缘瑞研究商中发村现，常智能广行为澡要具牵有能疮预测羞其所即处环迁境的游状态烦，并寸按照同给定嚷的目去标作漆出适樱当的怨响应吩的能溜力。欢在研肌究中岭，他绿们将庄模拟午环境炮描述弦成是怨由有猎限字跌符集驰中符改号组雅成的列序列便。1.东4.伟3进化慈计算耍的主夫要特姓点进化漫算法勾与传虎统的鸟算法厨具有衬很多岔不同昨之处浸，但飘其最云主要窜的特吵点体烂现在备下述终两个蛮方面框：①班智能傅性进化呜计算葬的智色能性巷包括香自组纠织、诸自适苍应和刚自学驱习性盐等。膨应用续进化俗计算装求解弃问题揉时，虹在确白定了膏编码交方案灶、适访应值蒜函数焦及遗幻玉传算尽子以上后，牢算法挣将根持据“棉适者欠生存捆、不甲适应赞者淘厉汰”扬的策画略，结利用仗进化隙过程宗中获狮得的筐信息元自行件组织强搜索柄，从劫而不盼断地五向最只佳解细方向酷逼近膛。自然枯选择优消除苏了传解统算衬法设话计过任程中仅的一飞个最晨大障敲碍：磁即需缩慧要事勾先描丢述问迷题的肉全部少特点击，并卫说明卸针对炭问题宽的不斧同特末点算抽法应仅采取邀的措灯施。骡于是朝，利贯用进托化计虫算的骄方法容可以涌解决悟那些众结构危尚无熔人能蓬理解我的复协杂问较题。②匆本搏质并败行性进化嫩计算年的本椅质并罢行性以表现录在两恒个方潮面：脆一是滚进化招计算以是内扇在并敞行的外，即拘进化舱计算勿本身垃非常萌适合怒大规雄模并意行。纵二是设进化都计算丘的内采含并倘行性就，由强于进阴化计婆算采沾用种朴群的旅方式薄组织盲搜索巩，从棚而它垒可以稠同时康搜索陕解空维间内才的多搁个区倍域，咬并相躲互交偿流信菠息，旅这种供搜索感方式丢使得私进化星计算性能以贴较少茅的计乒算获些得较蛙大的认收益过。1.啊5人工呆神经皆网络办、祸模糊赏系统皂、进躺化计培算的吼相互虹融合人工声神经跟网络高能够填通过淋学习种和训吩练获福得用待数据知表达缝的知姑识，脏除了灶可以溪记忆需已知怒的信仁息之娃外，村神经婚网络咱还具企有较蕉强的鲜概括墨能力话和联革想记俊忆能炉力。插但神迈经网帝络的蝇推理游知识冬表示公体现仰在网辨络连福接权让值上骂，表僚达比略较难钳以理辅解，全这是乎它的截一个觉缺点脖。模糊吼系统卖的显菊著特翼点是渗能够近直接赴地表承示逻近辑，视适于涉直接贼的或肾高级宜的知饶识表伟达，槐具有筝较强储的逻红辑功盒能。轰但它胆没有经本质林的获捧取知姓识的君能力厕，模糊规悦则的痒确定葬也比顽较困拖难，贷通常仗需要完领域虽专家朋知识痒的指同导。似因此经如何酱构造惑可自抄动处赵理模杨糊信江息的泛模