高中信息技術(shù) 人工智能教學(xué)培訓(xùn)課件 選修5

1、人工智能初步人工智能初步設(shè)計、教學(xué)與評價設(shè)計、教學(xué)與評價課程目標(biāo) 通過本模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能描述人工智能的基本概念，會使用一種人工智能語言解決簡單問題，把握其基本特點；能利用簡易的專家系統(tǒng)外殼開發(fā)簡單的專家系統(tǒng)；知道人工智能對人類學(xué)習(xí)、生活的影響；通過感受人工智能技術(shù)的豐富魅力，增強對信息技術(shù)發(fā)展前景的向往和對未來生活的追求。 內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)內(nèi)容體系結(jié)構(gòu) 本書以應(yīng)用人工智能技術(shù)解決問本書以應(yīng)用人工智能技術(shù)解決問題為主線題為主線,按照按照“知識表達(dá)與人工智能知識表達(dá)與人工智能語言語言推理與專家系統(tǒng)推理與專家系統(tǒng)問題求解問題求解”這這一線索呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。全書一線索呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。全書分為五章：分為五章

2、：1、人工智能初探、人工智能初探2、知識表示及、知識表示及PROLOG語言語言3、專家系統(tǒng)、專家系統(tǒng)4、問題求解、問題求解5、人工智能的回顧與展望、人工智能的回顧與展望一、人工智能初探一、人工智能初探課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)：課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)：1、能描述人工智能的概念與基本特點。、能描述人工智能的概念與基本特點。2、列舉人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域；通過、列舉人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域；通過演示或?qū)嶋H操作，體驗人工智能的若干演示或?qū)嶋H操作，體驗人工智能的若干典型應(yīng)用，知道其發(fā)展現(xiàn)狀。典型應(yīng)用，知道其發(fā)展現(xiàn)狀。本章作用與地位：本章作用與地位： 通過對人工智能一些生動的應(yīng)用例子的探通過對人工智能一些生動的應(yīng)用例子的探討，逐

3、步引發(fā)學(xué)生對人工智能的學(xué)習(xí)興趣和好討，逐步引發(fā)學(xué)生對人工智能的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，并且使他們對人工智能的基本概念、基奇心，并且使他們對人工智能的基本概念、基本內(nèi)容及主要應(yīng)用領(lǐng)域有個整體上的認(rèn)識，為本內(nèi)容及主要應(yīng)用領(lǐng)域有個整體上的認(rèn)識，為學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)生學(xué)習(xí)“人工智能人工智能”奠定良好的基礎(chǔ)。奠定良好的基礎(chǔ)。 一、人工智能初探一、人工智能初探常見的智能例子常見的智能例子 智能、人工智能的概念、基本特智能、人工智能的概念、基本特點和發(fā)展動態(tài)。點和發(fā)展動態(tài)。會表演節(jié)目的動物機器人會下棋的機器引引入入一般認(rèn)為：一般認(rèn)為：智能是知識與智力的總和。智能是知識與智力的總和。人工智能是研究和開發(fā)用于模擬、延伸和擴展

4、人的人工智能是研究和開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、技術(shù)、方法及應(yīng)用系統(tǒng)的一門學(xué)科。智能的理論、技術(shù)、方法及應(yīng)用系統(tǒng)的一門學(xué)科。人工智能的主要特點1、人工智能是由多學(xué)科相互滲透發(fā)展起來的新學(xué)科。2、人工智能研究的內(nèi)容很廣，包括機器感知、機器思維、機器行為、機器學(xué)習(xí)、智能系統(tǒng)及智能機器人等。3、人工智能研究的目標(biāo)是使機器智能化及制造出新的智能化機器。4、人工智能技術(shù)在許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，它與其他學(xué)科相結(jié)合，極大地提高了應(yīng)用技術(shù)的智能化水平。學(xué)生通過觀摩或?qū)嶋H操作，體驗人工智能在學(xué)生通過觀摩或?qū)嶋H操作，體驗人工智能在模式識別、專家系統(tǒng)、問題求解等方面的典模式識別、專家系統(tǒng)、問題求解等方面

5、的典型應(yīng)用。型應(yīng)用。本章一些典型案例：本章教學(xué)方法本章教學(xué)方法自主閱讀、交流討論自主閱讀、交流討論 如智能、人工智能、人工智能特點充分利用網(wǎng)上資源，挖掘豐富內(nèi)涵，獲得充分利用網(wǎng)上資源，挖掘豐富內(nèi)涵，獲得知識，加強實踐能力知識，加強實踐能力 如機器人踢足球、機器思維觀摩演示的學(xué)習(xí)方法觀摩演示的學(xué)習(xí)方法 如指紋系統(tǒng)、動物專家系統(tǒng)二、知識表示及二、知識表示及PROLOG語言語言課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn):1、掌握知識的概念；學(xué)會知識表達(dá)的基本方、掌握知識的概念；學(xué)會知識表達(dá)的基本方法。法。2、了解狀態(tài)空間的概念與方法，學(xué)會用該方、了解狀態(tài)空間的概念與方法，學(xué)會用該方法描述待求解的問題。法描述待求解的問

6、題。3、了解一種人工智能語言的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和、了解一種人工智能語言的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序結(jié)構(gòu)，掌握相關(guān)概念，知道人工智能程序結(jié)構(gòu)，掌握相關(guān)概念，知道人工智能語言的主要特征。語言的主要特征。4、初步學(xué)會使用該語言設(shè)計程序求解簡單問、初步學(xué)會使用該語言設(shè)計程序求解簡單問題，并能夠上機調(diào)試，執(zhí)行相應(yīng)的程序。題，并能夠上機調(diào)試，執(zhí)行相應(yīng)的程序。本章的作用和地位本章的作用和地位 讓學(xué)生對知識的基本含義、知識表示讓學(xué)生對知識的基本含義、知識表示的方法、人工智能語言的方法、人工智能語言Prolog等方面有個等方面有個概括性的了解，并為學(xué)生學(xué)習(xí)智能信息處概括性的了解，并為學(xué)生學(xué)習(xí)智能信息處理奠定基礎(chǔ)，并使他們對

7、人工智能語言產(chǎn)理奠定基礎(chǔ)，并使他們對人工智能語言產(chǎn)生深厚的學(xué)習(xí)興趣和強烈的求知欲。生深厚的學(xué)習(xí)興趣和強烈的求知欲。 強調(diào)學(xué)生通過分析具體的例子來感悟強調(diào)學(xué)生通過分析具體的例子來感悟知識的格式化表示，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生掌握知知識的格式化表示，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生掌握知識的格式化表示，讓學(xué)生了解一種人工智識的格式化表示，讓學(xué)生了解一種人工智能語言，使學(xué)生能更好地理解計算機智能能語言，使學(xué)生能更好地理解計算機智能處理信息的過程和方法。處理信息的過程和方法。教學(xué)方法教學(xué)方法知識表示以案例討論為主，知識表示以案例討論為主，人工智能語言以講練結(jié)合人工智能語言以講練結(jié)合知識表示法知識表示法案例案例框架表示法框架表示法描述

8、高中生的知識框架、天描述高中生的知識框架、天氣預(yù)報的知識框架氣預(yù)報的知識框架“與與/或或”圖表示法圖表示法兩個三角形全等的兩個三角形全等的“與與/或或”圖表示法、識別動物的圖表示法、識別動物的“與與/或或”圖表示法圖表示法狀態(tài)空間表示法狀態(tài)空間表示法翻錢幣、水壺問題的狀態(tài)空翻錢幣、水壺問題的狀態(tài)空間表示法間表示法產(chǎn)生式規(guī)則表示法產(chǎn)生式規(guī)則表示法動物識別系統(tǒng)的產(chǎn)生式規(guī)則動物識別系統(tǒng)的產(chǎn)生式規(guī)則人工智能語言一般語言：數(shù)據(jù)+算法智能語言：知識+推理什么是prolog？ prolog是Programming in Logic的縮寫，意思就是使用邏輯的語言編寫程序。prolog不是很高深的語言，相反，比

9、較起其他的一些程序語言，例如c、basic等等語言， prolog是更加容易理解的語言。如果你從來沒有接觸過計算機編程，那么恭喜你，你將很容易的進(jìn)入prolog世界。如果你已經(jīng)是其他語言的高手，你就需要完全丟棄你原來的編程思路，否則是很難掌握prolog的。 一個例子一個例子 比如一群年輕人正在戀愛，每個人都有自己心中所追求的對象： 張學(xué)友愛王菲 張學(xué)友愛周慧敏 王菲愛謝廷峰 周慧敏愛張學(xué)友 謝廷峰愛王菲 謝廷峰愛周慧敏 劉德華愛周慧敏 . 我們說兩個年輕人要互相都喜愛，他們就算是一對情侶，那么上面的誰和誰是情侶呢？ 這應(yīng)該算是一道最簡單邏輯推理題目了，那么我們?nèi)绾斡胮rolog語言實現(xiàn)呢？

10、完整的可運行的prolog程序如下 ：love(zhangxueyou,wangfei).love(zhangxueyou,zouhuimin).love(wangfei,xietingfen).love(zouhuimin,zhangxueyou).love(xietingfen,wangfei).love(xietingfen,zouhuimin).love(liudehua,zouhuimin).lovers(X,Y):-love(X,Y),love(Y,X). 最好能在Visual Prolog中演示一下，因為絕大部分教師都沒運行過Visual Prolog教學(xué)案例初識PROLOG語言

11、三、專家系統(tǒng)三、專家系統(tǒng) 課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)：1、演示或使用簡單的產(chǎn)生式專家系統(tǒng)軟件，感受用專家系統(tǒng)解決問題的過程；了解專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。2、通過實例分析，知道專家系統(tǒng)正向、反向推理的基本原理；會描述一種常用的不精確推理的基本過程。3、了解專家系統(tǒng)解釋機制的基本概念及其在專家系統(tǒng)中的重要作用。4、了解專家系統(tǒng)外殼的基本概念；學(xué)會使用一個簡易的專家系統(tǒng)外殼，并能用它開發(fā)簡單的專家系統(tǒng)。本章的作用和地位 引導(dǎo)學(xué)生對人工智能的應(yīng)用有更進(jìn)一步的理解，對專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及開發(fā)過程有一個較全面的了解，并使學(xué)生通過綜合活動，親身體驗利用專家系統(tǒng)外殼建造專家系統(tǒng)的過程，由此產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。 通過這一章的學(xué)

12、習(xí)，學(xué)生不僅可以掌握如何在實際問題中運用第二章所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，并且對將要學(xué)習(xí)的第四章的內(nèi)容有所了解。 教學(xué)組織手段 對一個醫(yī)療診斷系統(tǒng)進(jìn)行測試的過程，引入了專家系統(tǒng)的概念 。專家系統(tǒng)=知識庫+推理機 觀摩“動物識別系統(tǒng)”，感受用專家系統(tǒng)解決問題的過程，了解專家系統(tǒng)的組成和功能 人機接口知識獲取推理機解釋機制知識庫數(shù)據(jù)庫知識獲取手動獲取知識半自動獲取知識自動獲取知識知識庫手動獲取知識手動獲取知識：按專家系統(tǒng)的要求把知識輸入到知識庫中半自動獲取知識半自動獲取知識：通過知識獲取系統(tǒng)，幫助專家系統(tǒng)提取、歸納有關(guān)知識，并自動記入知識庫自動獲取知識自動獲取知識：專家系統(tǒng)具有自學(xué)功能獲取知識或?qū)ｉT的機器學(xué)習(xí)系

13、統(tǒng)獲取知識。推理過程 正向推理過程：是以已知事實作為出發(fā)點，按照一定的策略，運用知識庫中的知識，推斷出結(jié)論的過程。 反向推理過程：從表示目標(biāo)的謂詞或命題出以，使用一組推理規(guī)則，來證明事實謂詞或命題成立。專家系統(tǒng)的開發(fā)過程階段任務(wù)問題選擇任務(wù)確定問題調(diào)研、確定候選問題候選問題分析、確定最終入選的問題需求分析反復(fù)與用戶及領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行調(diào)查研究寫出需求分析報告寫出系統(tǒng)的規(guī)格說明書和開發(fā)計劃原形化設(shè)計原形系統(tǒng)開發(fā)、測試、演示、項目修正。規(guī)劃與設(shè)計詳細(xì)規(guī)劃、設(shè)計系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及各個功能模塊系統(tǒng)實現(xiàn)對系統(tǒng)進(jìn)行程序的編寫和調(diào)度測試與評價測試與評估整個系統(tǒng)的功能，并進(jìn)行必要的修改系統(tǒng)維護(hù)與完善找出測試中發(fā)現(xiàn)問題

14、的原因并修改擴充系統(tǒng)的功能和知識，成為一個完整的系統(tǒng)四、問題求解技術(shù)四、問題求解技術(shù) 課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)：1了解用盲目搜索技術(shù)進(jìn)行狀態(tài)空間搜索的基本過程。2知道啟發(fā)式搜索的基本思想及其優(yōu)點。3了解如何用謂詞邏輯表達(dá)知識，了解歸結(jié)原理求解問題的一般過程。本章的作用和地位 以簡單的問題為例，說明了盲目搜索和啟發(fā)式搜索的技術(shù)，講述了求解博弈問題的基本思想，通過簡單的例子說明機器證明的過程。 通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握人工智能中問題求解的簡單方法，為我們解決生活中遇到的類似問題提供啟發(fā)和幫助。教學(xué)組織手段重排九宮問題游戲基本搜索啟發(fā)式搜索廣度優(yōu)先搜索 深度優(yōu)先搜索 8 32 1 47 6 5E18 1 3

15、2 47 6 5E22 8 37 46 1 5E32 8 37 1 46 5E41 2 38 47 6 5Sg8 32 1 47 6 5D12 8 37 1 46 5D2D32 3 41 87 6 5D42 81 4 37 6 5D52 8 31 4 57 6D62 8 3 6 41 7 5D72 8 31 67 5 4D8 8 32 1 47 6 5C12 8 37 1 4 6 5C2 2 31 8 47 6 5C32 31 8 47 6 5C42 81 4 37 6 5C52 8 31 8 57 6C62 8 31 6 4 7 5C72 8 31 6 47 5C8B12 31 8 47 6

16、 5B22 8 31 47 6 5B32 8 31 6 47 5B42 8 31 47 6 5S01 2 3 8 47 6 5第四層第三層第二層第一層第零層2 3 41 87 6 51 2 37 8 4 6 52 8 3 1 47 6 5E6E72 8 32 8 3 1 4 1 47 6 57 6 52 32 31 8 41 8 47 6 57 6 52 8 32 8 31 41 47 6 57 6 52 8 32 8 31 6 41 6 47 57 5 8 38 32 1 42 1 47 6 57 6 52 8 32 8 37 1 47 1 4 6 5 6 5 2 32 31 8 41 8

17、47 6 57 6 52 32 31 8 41 8 47 6 57 6 52 82 81 4 31 4 37 6 57 6 52 8 32 8 31 8 51 8 57 67 62 8 32 8 31 6 41 6 4 7 5 7 52 8 32 8 31 6 41 6 47 57 58 38 32 1 42 1 47 6 57 6 52 8 32 8 37 1 47 1 46 56 51 2 31 2 3 8 4 8 47 6 57 6 52 3 42 3 41 81 87 6 57 6 52 82 81 4 31 4 37 6 57 6 52 8 32 8 31 4 51 4 57 67

18、62 8 32 8 3 6 4 6 41 7 51 7 52 8 32 8 31 61 67 5 47 5 48 38 32 1 42 1 47 6 57 6 58 1 38 1 32 42 47 6 57 6 52 8 32 8 37 47 46 1 56 1 52 8 32 8 37 1 47 1 46 56 51 2 31 2 38 48 47 6 57 6 5找到目標(biāo)狀態(tài)，結(jié)束搜索廣度優(yōu)先搜索8 32 1 47 6 5E18 1 32 47 6 5E22 8 37 46 1 5E32 8 37 1 46 5E41 2 38 47 6 5Sg8 32 1 47 6 5D12 8 37 1

19、 46 5D2D3 8 32 1 47 6 5C12 8 37 1 4 6 5C2 2 31 8 47 6 5C32 8 3 1 47 6 5B12 31 8 47 6 5B22 8 31 47 6 5S01 2 3 8 47 6 52 8 32 8 3 1 4 1 47 6 57 6 52 32 31 8 41 8 47 6 57 6 5 8 38 32 1 42 1 47 6 57 6 52 8 32 8 37 1 47 1 4 6 5 6 5 2 32 31 8 41 8 47 6 57 6 58 38 32 1 42 1 47 6 57 6 52 8 32 8 37 1 47 1 46

20、 56 51 2 31 2 3 8 4 8 47 6 57 6 58 38 32 1 42 1 47 6 57 6 58 1 38 1 32 42 47 6 57 6 52 8 32 8 37 47 46 1 56 1 52 8 32 8 37 1 47 1 46 56 51 2 38 47 6 52 8 31 47 6 5B32 8 31 6 47 5B42 81 4 37 6 5C52 8 31 8 57 6C62 8 31 6 4 7 5C72 8 31 6 47 5C8找到目標(biāo)狀態(tài)，結(jié)束搜索1 2 31 2 38 48 47 6 57 6 5深度優(yōu)先搜索1 2 38 47 6 58 32 1 47 6 5E28 1 32 47 6 5E11 2 31 2 38 48 47 6 57 6 5Sg8 32 1 47 6 5D1 8 32 1 47 6 5C12 8 37 1 4 6 5C22 8 3 1 47 6 5B12 31 8 47 6 5B22 8 31 47 6 5B32 8 31 6 47 5B42 8 31 47 6 5S08 1 32 47 6 5F18 1 3 2 47 6 5F28 1 32 6 47 5F3 1 38 2 47 6 5G1