人工智能基础 课件 第2章 人工智能概述

第2章人工智能概述1.

什么是人工智能2.

人工智能的发展历程3.人工智能的分类4.人工智能的研究内容及领域什么是人工智能1什么是人工智能作为计算机科学的一个分支，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，是一门自然科学、社会科学和技术科学交叉的边缘学科，它涉及的学科内容包括哲学和认知科学、数学、神经生理学、心理学、计算机科学、信息论、控制论、不定性论、仿生学、社会结构学与科学发展观等。人工智能的定义可以分为两部分，即“人工”和“智能”。“人工”比较好理解，泛指人造的、不是自然而生的东西。而人工智能中的智能，也是人为训练后产生的功能。至于什么是“智能”，问题就复杂多了，涉及诸如意识、自我、思维（包括无意识的思维)等等问题。什么是人工智能总体来讲，对人工智能的定义大多可划分为四类，即机器“像人一样思考”、“像人一样行动”、“理性地思考”和“理性地行动”，这里“行动”应广义地理解为采取行动，或制定行动的决策，而不是肢体动作。即人工智能是人造机器所表现出来的智能性，是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软/硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术的学科。但事实上，人类对自身智能及其构成要素的理解也十分有限，很难准确定义出什么是“人工”制造的“智能”。因此，人工智能的研究往往涉及对人的智能本身的研究，其他关于动物或人造系统的智能也普遍被认为是与人工智能相关的研究课题。什么是人工智能综上所述，人工智能就是研究如何将人的智能让机器实现并在实现过程中遵循从部分到整体的进化过程，是对人有效思考方式的模拟，是研究如何使机器具有认识问题与解决问题的能力，研究如何使机器具有感知功能（如视、听、嗅）、思维功能（如分析、综合、计算、推理、联想、判断、规划、决策）、行为功能（如说、写、画)及学习、记忆等功能的学科。人工智能不是人的智能，但能像人那样思考，甚至也可能超过人的智能。人工智能企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。第2章人工智能概述第2章人工智能概述1.

什么是人工智能2.

人工智能的发展历程3.人工智能的分类4.人工智能的研究内容及领域2人工智能的发展历程人工智能的发展历程人工智能的发展以1956年达特茅斯学会上提出“人工智能（AI）”这一术语为分界线，它标志着“人工智能”这门新兴学科的正式诞生，在这之前的时期我们称之为人工智能的孕育期。1孕育期：20世纪30年代以前1.西周“偃师献技”

早在2000多年前的春秋战国时期，著名的思想家、哲学家列子的著作《汤问》里就记载了“偃师献技”——西周（公元前1046年～前771年）工匠偃师为周穆王进奉一个人工材料组装偶人的故事。“偃师献技”被认为是历史上最早的机器人故事。机器人作为人工智能实现的主要形式之一，体现了人类长期以来的一种愿望，即创造出一种像人一样的机器，以便代替人去进行各种工作。人工智能的发展历程2.古希腊亚里士多德“三段论”公元前5世纪，古希腊的论辩术盛行，逻辑学也得到了相应的发展，亚里士多德（公元前384年～前322年）在这一时期提出了三段论学说。推理作为人工智能学科的重要基础，其中最重要的一个论证方法就是三段论，包括：一个包含大项和中项的命题（大前提）、一个包含小项和中项的命题（小前提）以及一个包含小项和大项的命题（结论）三部分。三段论实际上是以一个一般性的原则（大前提）以及一个附属于一般性的原则的特殊化陈述（小前提），由此引申出一个符合一般性原则的特殊化陈述（结论）的过程。三段论就是将一个论证分成大前提、小前提和结论三部分。三段论作为演绎法的核心，为后来的科学发展及人工智能的萌芽奠定了基础。人工智能的发展历程3.东汉张衡“记里鼓车”东汉时期，科学家张衡（78年～139年）不仅发明了震惊世界的“候风地动仪”，还发明了测量路程用的“记里鼓车”，这也可以算是人工智能最早的发明应用。记里鼓车又称记里车、大章车，是用来记录车辆行驶距离的工具，构造与指南车相似，有上下两层，每层各有木制机械人，手执木槌，下层木人打鼓，车每行一里路，敲鼓一下；上层机械人敲打铃铛，车每行十里，敲打铃铛一次。人工智能的发展历程4.欧洲中世纪的机械结构在公元8到17世纪的欧洲中世纪和文艺复兴时期，加扎利发明了分段齿轮和很多由水驱动的自动机器，包括自动孔雀、可以续杯的侍女服务员等。1515年，达·芬奇赠给了法国国王一只机器狮，当对着机器狮抽上三鞭，狮子胸部会打开，开出一朵“鸢尾花”，这也是达·芬奇最伟大发明之一。人工智能的发展历程5.三国诸葛亮“木牛流马”公元231年，在三国时期的蜀汉，既是军事家又是发明家诸葛亮成功地创造了最早的陆地军用机器人——木牛流马,可以用来运送军用物资，如图2-4所示。相传当年诸葛亮六出祁山与司马懿对阵，他偷偷在葫芦谷中制造出木牛流马用于运送军粮，省去不少人力。人工智能的发展历程6.第一次工业革命18世纪至19世纪中叶，欧洲爆发第一次工业革命，开创了以机器代替手工劳动的时代，又称机器时代。工业革命发源于18世纪的英国，随着瓦特改良蒸汽机，一系列技术引发了手工劳动向机器生产发生转变，进而扩散到欧洲大陆，并在随后传播到美洲和亚洲。如1769年出现了大量的机械玩具，其中包括著名的沃肯森机械鸭和冯·凯佩伦的假机械棋手土耳其人;1801年约瑟夫·玛丽·雅卡尔发明了第一台可编程机器——提花织机;1832年巴贝奇和艾达设计了一种可编程的机械计算机分析引擎。人工智能的发展历程2萌芽期：20世纪30至50年代20世纪的30年代至50年代，是人工智能发展的萌芽阶段（也称为经典时期），主要以游戏和定理证明为特征。

1.第一个神经元模型

1943年，沃伦·麦卡洛克和沃尔特·皮茨首次建立了模拟神经元的数学模型，即神经网络的基础。这一模型为后来的人工神经网络和深度学习技术提供了重要的理论基础。人工智能的发展历程2.图灵测试1950年，艾伦·图灵发表了论文《计算机器与智能》，其中预言创造出具有真正智能的机器的可能性。由于到“智能”这一概念难以被确切定义，他提出了著名的“图灵测试”，即如果一台机器能够与人类展开对话（通过电传设备）而不能被辨别出其机器身份，那么称这台机器具有智能。这一测试成为了评判机器智能的重要标准，艾伦·图灵也被誉为“人工智能之父”。2萌芽期：20世纪30至50年代人工智能的发展历程图灵测试为：测试者与被测试者（其中一个是人，另一个是机器）在隔离的情况下，采用“问”与“答”模式，测试者向被测试者随意提问，经过多次测试后，如果有超过30%的测试者不能确定被测试者是人还是机器，那么这台机器就通过了图灵测试，被认为具有了“智能”。2萌芽期：20世纪30至50年代2.图灵测试人工智能的发展历程3形成期：1956年至1970年1956年8月，艾伦·纽厄尔（1975年图灵奖获得者）、赫伯特·西蒙（1975年图灵奖获得者、1978年诺贝尔经济学奖）、克劳德·香农（信息论创始人）、奥利弗·塞弗里奇（机器感知之父）、纳撒尼尔·罗切斯特（IBM701计算机总设计师）、马文·闵斯基（1969年图灵奖获得者）、约翰·麦卡锡（1971年图灵奖获得者）等科学家聚集在达特茅斯学院，讨论一个主题：用机器来模仿人类学习以及其他方面的智能。

通过8周左右的讨论，与会者们大致勾勒出了我们今天所知的人工智能图景，并为会议讨论的内容起了一个名字——人工智能（ArtificialIntelligence）。这一概念的提出，标志着人工智能学科的正式诞生。因此，1956年也就成为了人工智能元年。人工智能的发展历程1957年，心理学和计算机科学家弗兰克·罗森布拉特在一台IBM-704计算机上模拟实现了一种他发明的叫“感知机(Perceptron)”的神经网络模型。3形成期：1956年至1970年人工智能的发展历程1958年，约翰·麦卡锡正式发布了自己开发的人工智能编程语言——LISP（ListProcessing，表处理），后来的很多知名的人工智能程序都是基于LISP开发的。1966年到1972年间，斯坦福国际研究所研制了移动式机器人Shakey。这是首台采用了人工智能的移动机器人，其具备一定人工智能，能够自主进行感知、环境建模、行为规划并执行任务(如寻找木箱并将其推到指定目的位置)。3形成期：1956年至1970年人工智能的发展历程1966年，麻省理工学院的约瑟夫·维森鲍姆发布了世界上第一个聊天机器人（程序）ELIZA。ELIZA只有200行程序代码和一个有限的对话库，可以针对提问中的关键词，进行答复。ELIZA使用模式匹配和替换方法来模拟对话，它能够按照脚本和指示来将谈话上下文相关化。3形成期：1956年至1970年人工智能的发展历程4第一次低谷（20世纪70～80年代）20世纪70年代，人工智能研究陷入低谷。由于研究者在人工智能的研究中对项目难度预估错误，人工智能的发展开始面临各种技术瓶颈和难题，如计算机运算能力不足、计算的复杂性、数据量的严重缺失等，人工智能开始遭受来自各方面的质疑，特别是1969年明斯基提出“单层感知机无法建模异或操作”，导致各方对人工智能的资助缩减或取消，人工智能陷入低潮。人工智能的发展历程5应用发展期（1980年~1987年）1980年，卡内基梅隆大学为DEC公司设计了一套名为XCON的“专家系统”。这套系统在1986年之前能为公司每年节省超过四千美元经费。专家系统是依据一组从专门知识中推演出的逻辑规则在某一特定领域回答或解决问题如图2-12所示，它的成功让知识库系统和知识工程成为了20世纪80年代人工智能研究的主要方向。人工智能的发展历程5应用发展期（1980年~1987年）1981年，日本政府拨款8.5亿美元用以研发第五代计算机项目，在当时被叫做人工智能计算机。希望可以制造出一个能够与人对话、翻译语言、解释图像，并且像人一样推理的机器。1982年，加州理工学院的物理学家约翰·霍普菲尔德提出一种新型的神经网络（现被称为“霍普菲尔德网络”），这是一种单层反馈式神经网络，能够用一种全新的方式学习和处理信息。大约在同时，大卫•莱姆哈特推广的一种神经网络训练方法反向传播算法也被众多研究者所接受。种种努力让1970年以来一直遭人遗弃的神经网络重获新生。1987年，苹果和IBM公司生产的台式机性能不断提升，超过了Symbolics等厂商生产的人工智能专用计算机（也叫LISP机），导致人工智能硬件需求产业土崩瓦解。人工智能的发展历程6第二次低谷（1987年~2000年）尽管专家系统取得了一定成功，然而专家系统的应用领域狭窄、知识获取困难、升级难度高、维护成本居高不下，行业发展再次遇到瓶颈。同时，日本第五代计算机工程的失败也进一步打击了人工智能领域的信心。到了20世纪80年代晚期，从官方到学术界，很多人都认为人工智能并非“下一个浪潮”，人工智能的研究也再次遭遇经费危机。人工智能的发展历程7稳步发展期（21世纪初至今）2006年深度学习神经网络提出后快速在语音和图像识别领域实现商业化应用,无监督学习算法取得突破性进展，以及从2016年开始人工智能围棋程序（AlphaGo）多次战胜人类围棋世界冠军等，这一些系列技术突破性进展都将人工智能推上前所未有的热度,再一次成为全球瞩目的科技焦点，人工智能得以迎来第三次发展浪潮。同时，图形处理器（GraphicsProcessingUnit，GPU）和人工智能专用芯片的研发和广泛应用，算力的大幅提升和算法模型的持续优化，以及新时代背景下人工智能目标和理念的重要改变等等,都推动着人工智能技术进入跨越式发展新阶段。第2章人工智能概述第2章人工智能概述1.

什么是人工智能2.

人工智能的发展历程3.人工智能的分类4.人工智能的研究内容及领域3人工智能的分类人工智能的分类根据智能水平的高低，可以将人工智能分为弱人工智能和强人工智能，以及一个更为理论化的概念——超人工智能。1.弱人工智能弱人工智能（ArtificialNarrowIntelligence,ANI），也称为狭义人工智能或受限人工智能，是指只能在特定领域内执行特定任务的人工智能系统。这类人工智能系统通常被设计来解决非常具体的问题，并且它们的能力仅限于这些预定义的领域。弱人工智能系统无法像人类一样进行跨领域的推理、学习或适应新环境。

人工智能的分类1.弱人工智能弱人工智能的应用范围非常广泛，包括语音识别、图像识别、自然语言处理等。例如，常见的语音助手如百度的小度、苹果的Siri等，都属于弱人工智能的范畴，如图2-13所示。它们能够根据用户的指令进行语音识别和语义理解，然后提供相应的回答或执行相应的任务。人工智能的分类2.强人工智能强人工智能（ArtificialGeneralIntelligence,AGI）是指能够像人类一样进行推理、学习、创造和解决问题的人工智能系统。这类人工智能系统不仅能在特定领域内表现出色，还能像人类一样跨领域地应用其知识和能力。强人工智能系统具备自我意识、情感理解和道德判断等能力，能够真正意义上地模拟人类的智能。

目前强人工智能主要应用于GPT-4、文心一言等各类大语言模型，以及超级人工智能工具，且后续还将有更多颠覆性的应用出现。人工智能的分类3.超人工智能超人工智能(ArtificialSuperIntelligence，ASI)是指比在各方面都比人类要强大得多的人工智能系统。它可以在科学创新、通识和社交技能等各个领域都比人类表现更出色。超人工智能目前仍然只是一个概念，还没有证据表明人类可以研究出一个可以全方位超越自己的机器。第2章人工智能概述第2章人工智能概述1.

什么是人工智能2.

人工智能的发展历程3.人工智能的分类4.人工智能的研究内容及领域4人工智能的研究内容及领域人工智能的研究内容及领域人工智能是一个