第一章 人工智能課程及其發(fā)展ppt課件

1、第一章 人工智能課程及其開展.粵教版教材教學研討粵教版高中信息技術教材教學研討專家組北師大深圳南山附屬學校吳良輝2021年7月.引言人工智能(Artificial Intelligence， 縮寫為AI ) 一詞自從1956 年在Dartmouth學會上提出至今，研討者們曾經開展了眾多實際和原理，人工智能的概念也隨之擴展。人工智能是一門極富挑戰(zhàn)性的科學，它涉及計算機知識、心思學和哲學。人工智能由不同的領域組成，如機器學習，計算機視覺等等。人工智能研討的一個主要目的是使機器可以勝任一些通常需求人類智能才干完成的復雜任務。 .引言 何謂“復雜任務？不同的時代、不同的人會有不同的了解。例如，繁重的科

2、學和工程計算本來是要人腦來承當的, 而現代計算機不但能完成這種計算, 而且比人腦做得更快、更準確。當代人已不再把這種計算看作是“需求人類智能才干完成的復雜義務。 復雜任務的定義是隨著時代的開展和技術的提高而變化的, 人工智能這門科學的詳細目的也自然隨著時代的變化而開展。它一方面不斷獲得新的進展, 一方面又轉向更有意義、更加困難的目的。.引言 人工智能在某種意義上，可以把它了解成為機器系統(tǒng)的智能，是機器調度各種知識來處理問題的一種才干。假設機器有了這種才干，這個機器就可以協助人去做很多很多的事情，甚至是相當復雜的事情。 曾經出現的許多不同功能的機器人，可以在很多場所來完本錢來應該由人來完成的任務

3、。例如，清潔機器人、機器人足球、在一些具有危險性的場所運用機器人替代人去完成危險的操作，等等。.引言 機器的智能，顯然要介于植物和人類之間，它可以認識問題、處理問題，甚至可以籠統(tǒng)的認識世界、優(yōu)化世界。 獨一與人不一樣的地方它不可以像人一樣進展發(fā)明性思想。人工智能是要把人的智能的機制和信息科學技術相結合。因此我們講人工智能是生物學與信息學的一種交叉科學技術。.引言 目前可以用來研討人工智能的主要物質手段以及可以實現人工智能技術的機器就是計算機, 人工智能的開展歷史是和計算機科學與技術的開展史聯絡在一同的。 除了計算機科學以外, 人工智能還涉及信息論、控制論、自動化、仿生學、生物學、心思學、數理邏

4、輯、言語學、醫(yī)學和哲學等多門學科。 .模塊學習目的對規(guī)范的了解能描畫人工智能的概念 由于人工智能涉及的學科、實際、方法和技術非常廣泛，它的運用領域也是非常廣大。我們以為，讓學生對“人工智能有一個初步的、直觀的了解，引起他們對該課程的興趣是重要的。我們選擇知識與知識表示、專家系統(tǒng)、搜索技術以及Prolog言語的簡單運用等內容作為引導學生了解“人工智能的入門。盡量結合一些實例引見有關概念，讓學生可以直觀地、準確地把握這些概念，雖然引見是粗淺的。.對規(guī)范的了解 會運用一種人工智能言語處理簡單問題，把握其特點 為了讓學生可以直觀地了解知識表示，我們選用Prolog言語，這是一種邏輯型言語，是基于謂詞邏

5、輯知識表示的。希望經過學習，讓學生知道計算機是如何經過人工智能言語在計算機上實現“人工智能的。.對規(guī)范的了解能利用簡易的專家系統(tǒng)外殼開發(fā)簡單的專家系統(tǒng) 在教材中，我們引見了一個簡易的專家系統(tǒng)外殼InterModeller，經過實際體驗活動，讓同窗了解如何運用InterModeller來設計和實現一個簡易的專家系統(tǒng)，讓他們領會到人工智能的研討和運用是如何走近我們的。.對規(guī)范的了解知道人工智能對人類學習、生活的影響 在教材中，我們引入并設計了假設干個實際體驗活動來引導學生加深對有關概念的了解和把握。這些活動涉及的問題對同窗們來說并不是非常陌生的，只需稍加引導，大家就會覺得到在我們的身邊確實會面臨這

6、些問題。.編寫教材的指點思想我們希望經過籠統(tǒng)直觀的表述，讓學生對人工智能的概念有一個初步的了解，同時對人工智能的運用成果有所知曉。內容的安排 引見知識及其表示，由于這是在計算機上實現“智能必需面臨的一步。 引見Prolog入門，這是一種人工智能言語，經過學習，學生們可以知了解在機器上實現智能的工具，并初步知道如何運用它，這樣的安排也答應以引起他們在學習的過程中動手的興趣。.編寫教材的指點思想 “專家系統(tǒng)是人工智能運用比較勝利的一個領域。該系統(tǒng)中，對于知識及其表示，以及知識的運用推理方法，都有比較好的詮釋，經過學習，學生可以對知識、知識的表示、知識的運用以及知識的實現會有一個比較完好的認識。.編

7、寫教材的指點思想 搜索是人工智能的一種問題求解方法，搜索戰(zhàn)略決議著問題求解的一個推理步驟中知識被運用的優(yōu)先關系?？煞譃闊o信息導引的盲目搜索和利用閱歷知識導引的啟發(fā)式搜索。啟發(fā)式知識常由啟發(fā)式函數來表示，啟發(fā)式知識利用得越充分，求解問題的搜索空間就越小。對于搜索技術的探求不斷是人們關注的焦點。在教材中，我們給出一些簡單的引見，希望引起學生的興趣和關注。.開展本課程教學的根本思緒 根據高中階段學生的認知特點，選擇那些中學生易于了解的人工智能實踐運用問題作為案例展開教學。 充分利用相關媒體上的信息資源和軟件資源。 在學習的過程中組織學生開展相關討論，拓展學生的視野，了解人工智能技術對學習、生活的重要

8、作用。.教材構思“人工智能初步分為五章：一人工智能的簡介二知識與知識表示三Prolog入門四專家系統(tǒng)五搜索技術.教材構造知識及其表示搜索技術專家系統(tǒng)Prolog入門算法形狀空間表示人工智能簡介邏輯表示產生式規(guī)那么表示一種工具一種工具.人工智能簡介 首先引見人工智能的根本概念，然后引見人工智能的幾個運用領域。 為了引起學生的學習興趣，讓他們知道這些運用并不是紙上談兵，我們結合曾經實現的運用系統(tǒng)，讓同窗們經過實際體驗的方式來體驗這些運用。 在閱讀資料中，我們采用文字加插圖來引見人工智能開展歷程中的幾件有影響的事，以一種比較籠統(tǒng)的方式引見人工智能開展史。.人工智能簡介 我們引進一些網站的目的就是希望

9、引導同窗自動的去查找一些人工智能的勝利運用案例，激發(fā)他們自主學習的才干，學會如何從不同的媒體中尋覓本人感興趣的資料和信息。.人工智能研討的主要內容人工智能學科研討的主要內容包括：知識表示自動推理和搜索方法機器學習和知識獲取知識處置系統(tǒng)自然言語了解計算機視覺智能機器人自動程序設計 .知識表示 知識表示是人工智能的根本問題之一，推理和搜索都與表示方法親密相關。常用的知識表示方法有：邏輯表示法、產生式表示法、語義網絡表示法和框架表示法等。常識的表示遭到人們的關注。已提出多種方法，如非單調推理、定性推理，從不同角度來表達常識和處置常識。.自動推理和搜索方法 問題求解中的自動推理是知識的運用過程，由于存

10、在多種知識表示方法，相應地有多種推理方法。 推理過程普通可分為演繹推理和非演繹推理。謂詞邏輯是演繹推理的根底。構造化表示下的承繼性推理是非演繹性的。 由于知識處置的需求，近幾年來提出了多種非演澤的推理方法，如銜接機制推理、類比推理、基于例如的推理、反繹推理和受限推理等。.自動推理和搜索方法 搜索是人工智能的一種問題求解方法，搜索戰(zhàn)略決議著問題求解的一個推理步驟中知識被運用的優(yōu)先關系。 無信息導引的盲目搜索：廣度優(yōu)先，深度優(yōu)先。 利用閱歷知識導引的啟發(fā)式搜索：啟發(fā)式知識常由啟發(fā)式函數來表示，啟發(fā)式知識利用得越充分，求解問題的搜索空間就越小。 搜索方法的研討曾經關注那些具有百萬節(jié)點的超大規(guī)模的搜索

11、問題。出現了諸如模擬退火、遺傳算法、蟻群算法等優(yōu)化搜索算法。.機器學習和知識獲取 機器學習是人工智能的另一重要課題。機器學習是指在一定的知識表表示義下獲取新知識的過程，按照學習機制的不同，主要有歸納學習、分析學習、銜接機制學習和遺傳學習等。機器學習是要使計算機能模擬人的學習行為，自動地經過學習獲取知識和技藝，不斷改善性能，實現自我完善：三個方面的研討內容：學習機理研討學習方法研討面向義務研討.知識處置系統(tǒng)知識處置系統(tǒng)主要由知識庫和推理機組成 知識庫存儲系統(tǒng)所需求的知識，當知識量較大而又有多種表示方法時，知識的合理組織與管理是重要的。 在問題求解時，規(guī)定運用知識的根本方法和戰(zhàn)略，推理過程中為記錄

12、結果或通訊需求設置數據庫或采用黑板機制。 假設在知識庫中存儲的是某一領域(如醫(yī)療診斷)的專家知識，那么這樣的知識系統(tǒng)稱為專家系統(tǒng)。為順應復雜問題的求解需求，單一的專家系統(tǒng)向多主體的分布式人工智能系統(tǒng)開展，這時知識共享、主體間的協作、矛盾的出現和處置將是研討的關鍵問題。.自然言語了解自然言語處置 自然言語的處置是人工智能技術運用于實踐領域的典型范例，經過多年艱苦努力，這一領域已獲得了大量令人注目的成果。目前該領域的主要課題是：計算機系統(tǒng)如何以主題和對話情境為根底，注艱苦量的常識世界知識和期望作用，生成和了解自然言語。這是一個極其復雜的編碼和解碼問題。智能信息檢索技術 受信息技術迅猛開展的影響，信

13、息獲取和精化技術已成為當代計算機科學與技術研討中迫切需求研討的課題，將人工智能技術運用于這一領域的研討是人工智能走向廣泛實踐運用的契機與突破口。.智能機器人 機器人普通地可以看作為自動機器。自動機器就是自動機。比如說大家家里用的洗衣機也好，電冰箱也好，甚至他家庭的這些操作系統(tǒng)也好，或者像大家比較熟習的程控交換機，通訊網里頭的一切這些安裝都是自動機。 自動機器的共同特點：由設計機器的人，事先用一個程序來描畫機器要做的各種各樣的任務。機器只可以按部就班地完成這些程序，它不能做別的事，程序里頭沒有的事情，機器不會做，它是一個嚴厲受限于設計者事先設計的內容，而且只能處理特定的問題。.智能機器人 智能機

14、器它沒有一個事先固定的，按部就班的程序。設計者事先給它輸入的東西： 一、是必要的知識； 二、是他的問題； 三、是他的規(guī)那么； 四、是他的目的或者勝利和失敗的準那么。 當一個問題出現以后，智能機器會針對這個問題，在知識當中去尋覓可以處理這個問題的知識，這些知識構成一個規(guī)那么，然后去處理這個問題。而不是按人類事先指定的程序按部就班地走，這就是它的智能所在。.智能化的開展 智能化對我們的現代化和我們國家如今正在推進的信息化，意義是非常大的。 智能化模型通知我們社會的提高依賴于科學技術提供的先進的消費工具，人利用這種工具去跟各種勞動對象打交道，構成先進的消費力。先進的消費力要求先進的消費關系跟它相順應

15、，從而導致先進的經濟形狀，產生好的產品來滿足社會的需求。老的需求滿足之后，新的需求又會出現，這樣不斷地循環(huán)，不斷地走向更高的階段。.智能化的開展 智能系統(tǒng)除了別的系統(tǒng)具有的功能以外，還具有智能。具有智能的機器，可以協助人做更多、更好、更復雜、更重要的事情。 一切有理想、有志向的民族和個人都可以在這樣一個充溢夢想、時機和創(chuàng)新的事業(yè)中大顯身手。.內容提要課標內容分析教材模塊引見課堂教學教學評價.一、課標內容分析 本書以運用人工智能技術處理問題為主線,按照“知識表達與人工智能言語推理與專家系統(tǒng)問題求解這一線索呈現學習內容。全書分為五章：1.人工智能初探2.知識表示及PROLOG言語3.專家系統(tǒng)4.問

16、題求解5.人工智能的回想與展望.1.1課程目的知識的引見了解人工智能的一些根本概念、方法，典型運用， 人工智能對人類學習、生活的影響。技藝的培育處理的問題類型：構造不良的問題以及構造化的難問題。 難度要求：根本原理和方法的簡單運用。人文素質的培育感受人工智能技術的豐富魅力，加強對信息技術開展前景的向往和對未來生活的追求。一、課標內容分析.1.2課標內容構造一、課標內容分析人工智能初步知識及其表達推理與專家系統(tǒng)人工智能言語與問題求解.知識及其表達相關的背景知識了解人工智能的概念與根本特點；了解、體驗人工智能某些典型運用、開展現狀掌握知識表達的幾種根本方法。1.2課標內容構造一、課標內容分析.1.

17、2課標內容構造一、課標內容分析推理與專家系統(tǒng)了解專家系統(tǒng)的根本構造、任務的根本過程。知道專家系統(tǒng)正向、反向推理的根本原理。會描畫一種常用的不準確推理的根本過程。了解專家系統(tǒng)解釋機制。會用專家系統(tǒng)外殼來開發(fā)簡單的專家系統(tǒng)。.人工智能言語與問題求解了解一種人工智能言語，初步學會運用該言語設計程序上機求解簡單問題。了解形狀空間的概念與方法，學會用該方法描畫待求解的問題。了解盲目搜索、啟發(fā)式搜索的根本思想及其特點。1.2課標內容構造一、課標內容分析.1.3各部分之間的關系一、課標內容分析知識表示是根底搜索技術是中心專家系統(tǒng)是目的.1.4重點難點一、課標內容分析知識表示 產生式規(guī)那么、形狀空間、Prol

18、og言語。專家系統(tǒng)的推理原理；簡單專家系統(tǒng)的構造。各種搜索戰(zhàn)略的根本原理。.二、人工智能初探2.1教材編寫思緒學生經過觀摩或實踐操作，體驗人工智能在方式識別、專家系統(tǒng)、問題求解等方面的典型運用。.第一課時師：在同窗們曾經學會了搜集、處置、分析信息，選擇學習，也是由于他們能人工智能有著極大的興趣，不知道大家對人工智能了解多少？下面，我們請同窗們運用曾經學過的知識來完成一個義務。義務：分小組搜集有關人工智能的信息，做出整理并構成報告。 問題1：人工智能的概念、歷史、開展過程 問題2：現實生活中，哪些地方運用了人工智能？要求：小組長對本組成員進展分工，每人根據本人的專長完成相應的義務，最終小組進展討

19、論，完成小組義務，并引薦一人在下一課時報告本小組義務完成情況，交流知識。闡明：小組在課前確定，成員自在組合，人數確定，小組長由小組成員推舉產生。給各小組一個課時的時間用來搜集資料，完成相關義務。 本環(huán)節(jié)的設計，一方面是運用已有知識，讓學有所用；另一方面，基于高中生曾經有一定的分析歸納才干，對于概念性的東西不喜歡拿來主義的緣由，讓他們自已搜索，能夠會印象更深化一些，同時到達協作學習的目的，無意間培育其協作的才干。.二、人工智能初探2.2內容引見什么是人工智能人工智能的根本內容環(huán)境機器感知獲取知識機器學習獲取知識機器思想處置知識機器行為運用知識使機器具有類似于人的這些感知才干,讓機器可以識別并了解文字、圖像、言語等。使機器可以模擬人類的思想活動，對經過感知得來的外部信息及機器內部的各種任務信息進展有目的地處置。.二、人工智能初探人工智能的主要運用領域人工智能方式識別自然言語了解自動程序設計智能代理機器證明專家系統(tǒng)人工神經網絡.2.3教學重點人工智能的概念與根本特點人工智能根本內容人工智能的主要運用領域了解人工智能的根本概念人工智能的主要運用領域二、人工智能初探2.