人工智能导论 第一章 人工智能概述

第1章人工智能概述自1956年诞生以来,人工智能研究已经取得了许多令人兴奋的成果,并在多个领域得到了广泛的应用,极大地改变了人们的社会生活。本节将对人工智能的概念作简单的介绍。人工智能（ArtificialIntelligence,AI）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能的定义较多，目前采用较多的是斯图亚特·罗素（StuartRussell）与彼得·诺维格（PeterNorvig）在《人工智能:一种现代的方法》一书中的定义。他们认为人工智能是关于“智能主体（Intelligentagent）的研究与设计”的学问，而“智能主体是指一个可以观察周遭环境并做出行动以达致目标的系统”。人工智能是研究使计算机模拟人类的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的学科,主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机,使计算机能实现更高层次的应用。人工智能的特点人工智能经历了六十多年的发展,现在已进入AI2.0阶段人工智能的分类人工智能可分为三类:弱人工智能、强人工智能与超人工智能。弱人工智能利用现有的智能化技术,来改善经济社会发展所需的一些技术条件,也指完成单一任务的智能。强人工智能综合的,在各方面都能和人类比肩的人工智能,人类能干的脑力活它都能干,非常接近于人类的智能,但还需要脑科学的突破才能实现强人工智能。强人工智能,不受领域、规则限制,只要是人能干的事情,它都能干。也就是说,强人工智能,才是真正的人工智能。超人工智能在几乎所有领域都大大超过人类

认知表现的任何智力。人工智能的起源与发展人工智能作为一门学科,经历了兴起、形成和发展等多个阶段1.人工智能的兴起1950年，一位名叫马文·明斯基（MarvinLeeMinsky，后被称为“人工智能之父”）的大四学生与他的同学邓恩·埃德蒙（DeanEdmunds）一起，建造了世界上第一台神经网络计算机，被看作是人工智能的一个起点。1956年,在由达特茅斯学院举办的一次会议上,计算机专家约翰·麦卡锡提出了“人工智能”一词。后来,这被人们看作是人工智能正式诞生的标志。1964年,首台聊天机器人诞生。MITAI实验室的约瑟夫·魏岑鲍姆（JosephWeizenbaum）教授开发了ELIZA聊天机器人1968年,首台人工智能机器人诞生。斯坦福国际的研究所（SRI）研发的机器人Shakey能够自主感知、分析环境、规划行动并执行任务2.人工智能的低谷20世纪70年代，人工智能进入了一段痛苦而艰难的岁月。由于科研人员在人工智能的研究中对项目难度预估不足，不仅导致与美国国防高级研究计划署的合作计划失败，还让人工智能的前景蒙上了一层阴影。1973年英国数学家JamesLighthill编写的针对英国人工智能研究状况的报告,批评了人工智能在实现“宏伟目标”上的失败。由此,人工智能遭遇了长达多年的科研深渊。在仅仅7年之后,这个曾经轰动一时的人工智能系统就宣告寻出历史舞台。到1987年时,苹果和IBM公司生产的台式机性能都超过了Symbolics等厂商生产的通用计算机。1980年,卡内基梅隆大学为数字设备公司设计了一套名为XCON的“专家系统”。专家系统是一种采用人工智能程序的系统人工智能的崛起与第二次低谷1995年,发明家理查德·华莱士（RichardS.Wallace）开发了聊天机器人ALICE（ArtificialLinuisticInternetComputerEntity,人工语言互联网计算机实体）从20世纪90年代中期开始,由于网络技术特别是互联网的发展,人工智能开始由单个智能主体研究转向基于网络环境下的分布式人工智能研究。人工智能的再次崛起2000年,本田公司制造了“阿西莫”机器人,它可以表现出与人类相似的某些特性,并拥有基本的智能水平1997年5月11日,IBM开发的计算机系统“深蓝”战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫2011年,由IBM开发的人工智能程序“沃森”（Watson）参加了一档智力问答节目并战胜了两位人类冠军。2006年,GeoffreyHinton在《科学》杂志发表论文,标志着神经网络的深度学习领域取得突破2016、2017年,AlphaGo多次战胜围棋冠军。AlphaGo是由GoogleDeepMind开发的人工智能围棋程序,具有自我学习能力。2017年,深度学习成为热门研究方向。AlphaGoZero（第四代AlphaGo）在无任何数据输入的情况下,开始自学围棋3天后便以100:0横扫了第二代AlphaGoLee。我国的人工智能发展现状我国人工智能技术攻关和产业应用虽然起步较晚,但在国家多项政策和科研基金的支持与鼓励下,近年来发展势头迅猛。伴随着人工智能研究热潮,我国人工智能产业化应用也蓬勃发展。智能产品和应用大量涌现,人工智能产品在医疗、商业、通信、城市管理等方面得到快速应用。《新一代人工智能发展规划》提出“到2030年,使中国成为世界主要人工智能创新中心”。2017年10月11日,阿里巴巴首席技术官张建锋宣布成立全球研究院——达摩院。达摩院的成立,代表着阿里巴巴正式迈入全球人工智能等前沿科技的研发行列。2017年8月3日,腾讯公司正式发布了人工智能医学影像产品——腾讯觅影。同时,还宣布成立人工智能医学影像联合实验室。从细分的研究领域来看,最受国际人工智能人才青睐的领域为机器学习、数据挖掘和模式识别,中国人工智能人才则倾向于投入遗传算法、神经网络和故障诊断方面。值得关注的是,目前我国已经具备人工智能产业发展的基础条件,未来十年内都将是人工智能技术加速普及的爆发期。知识表示知识表示是人工智能的一个重要研究课题,应用人工智能技术解决实际问题,就涉及各类知识的表示方法,它需要把人类知识概念化、形式化或模型化,常见的就是运用符号知识、算法和状态图等来描述待解决的问题。人工智能的研究内容认知建模人类的认知过程是非常复杂的,作为研究人类感知和思维信息处理过程的一门学科,认知科学（或称思维科学）要研究人类在认知过程中是如何进行信息加工的。推理要使机器具有智能,就必须使其具有推理的功能。推理是由一个或几个已知的判断推出另一个新判断的一种思维形式,也即从已有事实推出新的事实的过程。知识应用人工智能能否获得广

泛应用是衡量和检

验其生命力的重要

标志。机器感知机器感知就是使机器具有类似于人的感觉,包括视觉、听觉、触觉、嗅觉、痛觉、接近感和速度感等。其中,最重要的和应用最广的要属机器视觉（计算机视觉）和机器听觉。机器思维机器思维,顾名思义就是在机器的脑子里进行的动态活动,也就是计算机软件中动态地处理信息的算法。机器行为机器行为是人工智能中最有趣、最新兴的领域之一。机器行为系指智能系统（计算机、机器人）具有的表达能力和行动能力,如对话、描写、以及移动、行走、操作和抓取物体等能力,它是一个利用行为科学来理解人工智能代理行为的领域。机器学习机器学习就是使机器（计算机）具有学习新知识和新技术,并在实践中不断改进和完善的能力；其目的是让机器能够像人类一样具备学习能力,能够感知世界、认知世界和改造世界。人工智能领域的著名专家与代表性人物在人工智能的发展历程中,涌现出了诸多在该领域的杰出科学家。本节主要介绍人工智能领域的著名专家和代表性人物。艾伦·麦席森·图灵艾伦·麦席森·图灵（AlanMathisonTuring）,英国数学家、逻辑学家,被称为计算机科学之父、人工智能之父。1950年,他提出了著名的“图灵测试”,为人工智能的发展奠定了哲学基准

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图灵测试该测试由三个参与者组成,询问者A,人类参与者B,AI参与者C。他们分别在三个互相隔离的房间中完成本次测试询问者A可以通过远程终端之类的中介向参与者B和C提出任何问题,B和C进行作答并传回到询问者A的终端对于每个问题,询问者A均不知道答案的主人,并从两者中选出他认为是人类做出的答案进行多轮测试后,如果在超过30%的问答中,AI的答案被误认为是人类的答案,则该AI通过测试斯图尔特·罗素斯图尔特·罗素（StuartRussell）,世界经济论坛（WEF）人工智能委员会副主席、加州大学伯克利分校人工智能中心创始人。斯蒂芬·威廉·霍金斯蒂芬·威廉·霍金（StephenWilliamHawking），著名物理学家，被誉为继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家。他曾经指出:强大的人工智能的崛起，要么是人类历史上最好的事，要么是最糟的。贾斯汀·卡塞尔贾斯汀·卡塞尔（JustineCassell）,卡耐基梅隆大学计算机学院副院长、WEF计算机全球未来理事会前主席,连续6年在达沃斯世界经济论坛担任演讲人,Yahoo-CMU未来私人助手研究项目负责人之一。她在人工智能领域地位很高,被赞誉为“人工智能女王”。约翰·麦卡锡约翰·麦卡锡（JohnMcCarthy）,在1956年达特茅斯会议上提出了“人工智能”的概念,没有他,就没有后来的人工智能研究。约翰·麦卡锡教授曾在麻省理工学院、达特茅斯学院、普林斯顿大学和斯坦福大学工作过,是斯坦福大学的荣誉教授。吴恩达吴恩达,华裔美国人,斯坦福大学计算机科学系和电子工程系副教授,人工智能实验室主任,也是在线教育平台Coursera的创始人。德米什·哈萨比斯德米什·哈萨比斯（DemisHassabis）是DeepMind的联合创始人,这家英国人工智能创业公司于2014年被谷歌收购。DeepMind最著名的项目是轰动一时的围棋人工智能AlphaGo,它是首个击败人类围棋大师的计算机程序。人工智能研究的主要学派符号主义（Symbolism）是一种基于逻辑推理的智能模拟方法,又称为逻辑主义（Logicism）、心理学派（Psychologism）或计算机学派（Computerism）,其原理主要为物理符号系统假设和有限合理性原理,长期以来,一直在人工智能研究中处于主导地位。连接主义连接主义（Connectionism）又称为仿生学派（Bionicsism）或生理学派(Physiologism）。是一种基于神经网络及网络间的连接机制与学习算法的智能模拟方法。这一学派认为人工智能源于仿生学,特别是人脑模型的研究。行为主义行为主义（Actionism）又称进化主义（Evolutionism）或控制论学派（Cyberneticsism）,是一种基于“感知-行动”的行为智能模拟方法。行为主义最早来源于20世纪初的一个心理学流派,认为行为是有机体用以适应环境变化的各种身体反应的组合,它的理论目标在于预见和控制行为。人工智能的应用专家系统与传统的计算机程序相比,专家系统是以知识为中心,注重知识本身而不是确定的算法。专家系统所要解决的是复杂而专门的问题。自然语言处理自然语言处理是人工智能早期的研究领域之一,也是一个极为重要的领域,主要包括人机对话和机器翻译两大任务,是一门融语言学、计算机科学、数学于一体的科学。博弈博弈,指对抗的学问,起源于下棋。让计算机学会下棋是人们使机器具有智能的最早尝试。早在1956年,