人工智能概述課件

1、2022/8/8人工智能1第一章 人工智能概述人工智能的概念人工智能的研究途徑與方法 人工智能的分支領域人工智能的基本技術人工智能的發(fā)展概況第1頁，共72頁。2022/8/8人工智能2第一章 人工智能概述人工智能的概念人工智能的研究途徑與方法 人工智能的分支領域人工智能的基本技術人工智能的發(fā)展概況第2頁，共72頁。2022/8/8人工智能3人工智能的概念什么是人工智能為什么研究人工智能人工智能的目標人工智能的表現(xiàn)形式第3頁，共72頁。2022/8/8人工智能4什么是人工智能人工智能 人工智能（Artificial Intelligence）簡稱AI，主要研究如何用人工的方法和技術，使用各種自動

2、化機器或智能機器（主要指計算機）模仿、延伸和擴展人的智能，實現(xiàn)某些機器思維或腦力勞動自動化。智能 基于人腦的智能從內(nèi)涵上講，應該是知識思維。 從外延上講，就是發(fā)現(xiàn)規(guī)律、運用規(guī)律的能力和分析問題、解決問題的能力(或者說獲取知識、處理知識、運用知識的能力) 。學科結構 第4頁，共72頁。2022/8/8人工智能5學科結構第5頁，共72頁。2022/8/8人工智能6為什么研究人工智能普通計算機智能低下，不能滿足社會需求。研究人工智能也是當前信息化社會的迫切需求。智能化是自動化發(fā)展的必然趨勢。研究人工智能，對人類自身智能的奧秘也提供有益幫助第6頁，共72頁。2022/8/8人工智能7人工智能的目標遠期

3、目標 人工智能的遠期目標是要制造智能機器。具體講就是使計算機具有看聽說寫等感知和交互能力，具有聯(lián)想學習推理理解學習等高級思維能力，還要有分析問題解決問題和發(fā)明創(chuàng)造的能力。近期目標 人工智能的近期目標是實現(xiàn)機器智能。即先部分地或某種程度地實現(xiàn)機器智能，從而使現(xiàn)有的計算機更靈活好用和更聰明有用。第7頁，共72頁。2022/8/8人工智能8人工智能的表現(xiàn)形式智能軟件智能設備智能網(wǎng)絡智能計算機智能機器人Agent第8頁，共72頁。2022/8/8人工智能9第一章 人工智能概述人工智能的概念人工智能的研究途徑與方法 人工智能的分支領域人工智能的基本技術人工智能的發(fā)展概況第9頁，共72頁。2022/8/8

4、人工智能10人工智能的研究途徑與方法結構模擬，神經(jīng)計算功能模擬，符號推演行為模擬控制進化第10頁，共72頁。2022/8/8人工智能11結構模擬，神經(jīng)計算 結構模擬就是用人工神經(jīng)元（神經(jīng)細胞）組成的人工神經(jīng)網(wǎng)絡來作為信息和知識的載體，用所謂神經(jīng)計算的方法實現(xiàn)學習聯(lián)想識別和推理等功能，從而來模擬人腦的智能行為，使計算機表現(xiàn)出某種智能。 采用結構模擬，用神經(jīng)網(wǎng)絡和神經(jīng)計算的方法研究人工智能者，被稱為生理學派、連接主義。第11頁，共72頁。2022/8/8人工智能12功能模擬，符號推演 功能模擬法就是以人腦的心理模型，將問題或知識表示成某種邏輯網(wǎng)絡，采用符號推演的方法，實現(xiàn)搜索、推理、學習等功能，從

5、宏觀上來模擬人腦的思維，實現(xiàn)機器智能。 以功能模擬和符號推演研究人工智能者，被稱為心理學派、邏輯學派、符號主義。第12頁，共72頁。2022/8/8人工智能13行為模擬，控制進化 行為模擬是一種基于感知行為模型的研究途徑和方法，它是在模擬人在控制過程中的智能活動和行為特性，如自適應，自尋優(yōu)、自學習、自組織等，來研究和實現(xiàn)人工智能。 以行為模擬方法研究人工智能者，被稱為行為主義、進化主義、控制論學派。第13頁，共72頁。2022/8/8人工智能14第一章 人工智能概述人工智能的概念人工智能的研究途徑與方法 人工智能的分支領域人工智能的基本技術人工智能的發(fā)展概況第14頁，共72頁。2022/8/8

6、人工智能15人工智能的分支領域基于腦功能模擬的領域劃分基于研究途徑與實現(xiàn)技術的領域劃分基于應用領域的領域劃分基于應用系統(tǒng)的領域劃分基于計算機系統(tǒng)結構的領域劃分基于實現(xiàn)工具與環(huán)境的領域劃分基于體系結構的領域劃分第15頁，共72頁。2022/8/8人工智能16基于腦功能模擬的領域劃分機器感知機器聯(lián)想機器推理機器學習機器理解機器行為第16頁，共72頁。2022/8/8人工智能17機器感知機器感知 計算機象人一樣通過“感覺器官”直接從外界獲取信息。模式識別 先將攝像機、送話器或其它傳感器接受的外界信息轉(zhuǎn)換為電信號序列，計算機再進一步對這個電信號序列進行各種預處理，從中抽出有意義的特征，得到輸入信號的模

7、式然后與機器中原有的各個標準模式進行比較，完成對輸入信息的分類識別工作。第17頁，共72頁。2022/8/8人工智能18基于腦功能模擬的領域劃分機器感知機器聯(lián)想機器推理機器學習機器理解機器行為第18頁，共72頁。2022/8/8人工智能19機器聯(lián)想人類聯(lián)想 人類的聯(lián)想是建立事物之間的聯(lián)系。人類的聯(lián)想功能是基于神經(jīng)網(wǎng)絡、按內(nèi)容記憶方式進行的。機器聯(lián)想 機器的聯(lián)想就是有關數(shù)據(jù)、信息或知識之間的聯(lián)系。機器聯(lián)想利用人類按內(nèi)容記憶原理，采用“聯(lián)想存儲”的技術實現(xiàn)聯(lián)想功能。第19頁，共72頁。2022/8/8人工智能20基于腦功能模擬的領域劃分機器感知機器聯(lián)想機器推理機器學習機器理解機器行為第20頁，共7

8、2頁。2022/8/8人工智能21機器推理推理 推理是從一些已知判斷（前提）推出一個新判斷（結論）的思維過程。機器推理 機器推理主要包括形式邏輯中的演繹推理、歸納推理、類比推理和非邏輯的基于指令性規(guī)則的操作變換式的“推理”。機器推理的分類機器推理的形式 機器推理包括串行推理（傳統(tǒng)的機器推理）和并行推理（神經(jīng)網(wǎng)絡推理）。第21頁，共72頁。2022/8/8人工智能22基于腦功能模擬的領域劃分機器感知機器聯(lián)想機器推理機器學習機器理解機器行為第22頁，共72頁。2022/8/8人工智能23機器學習機器學習 機器自己獲取知識。包括 對人類已有知識的獲取；對客觀規(guī)律的發(fā)現(xiàn)； 對自身行為的修正。按實現(xiàn)途徑

9、分類符號學習包括機械學習，指導學習，解釋學習，類比學習，示例學習，發(fā)現(xiàn)學習連接學習神經(jīng)網(wǎng)絡學習發(fā)展方向 將符號學習與連接學習二者結合起來。第23頁，共72頁。2022/8/8人工智能24基于腦功能模擬的領域劃分機器感知機器聯(lián)想機器推理機器學習機器理解機器行為第24頁，共72頁。2022/8/8人工智能25機器理解自然語言理解 是計算機理解人類的語言。但由于人類語言的二義性，自然語言理解是一個困難的課題。圖形理解 是計算機識別的組成部分。主要是物景分析，目前主要是研究在復雜的背景中尋找目標以及室外物景分析。理解是感知的延伸，是對本質(zhì)和意義的感知 第25頁，共72頁。2022/8/8人工智能26基

10、于腦功能模擬的領域劃分機器感知機器聯(lián)想機器推理機器學習機器理解機器行為第26頁，共72頁。2022/8/8人工智能27機器行為機器行為 機器行為主要指機器人行動規(guī)劃。是智能機器人的核心技術，規(guī)劃功能的強弱反映了智能機器人的智能水平。機器人規(guī)劃的基本任務 在一個特定的工作區(qū)域中自動地生成從初始狀態(tài)到目標狀態(tài)的動作序列、運動路徑和軌跡的控制程序。第27頁，共72頁。2022/8/8人工智能28基于研究途徑與實現(xiàn)技術的領域劃分符號智能 就是以符號知識為基礎，通過符號推理進行問題求解而實現(xiàn)的智能。研究主要內(nèi)容是知識工程和符號處理技術。計算智能 計算智能是以數(shù)據(jù)為基礎，通過數(shù)值計算進行問題求解而實現(xiàn)的智

11、能。研究主要內(nèi)容包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡、進化計算（包括遺傳算法、遺傳程序設計、進化規(guī)劃、進化策略等）模糊技術及人工生命。第28頁，共72頁。2022/8/8人工智能29基于應用領域的領域劃分難題求解自動定理證明自動程序設計自動翻譯智能控制智能管理智能決策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI第29頁，共72頁。2022/8/8人工智能30難題求解難題 沒有算法解或或雖有算法解但在現(xiàn)有機器上無法實施或無法完成的問題。NP Nondeterministic Polynomial,非確定性多項式。不能證明算法復雜度超出多項式邊界，但又未找到有效算法的問題。 NPC：NP Complete，NP中一類最困難的

12、問題。研究意義 a.找到解決難題的途徑。b.由解決這些難題而發(fā)展起來得一些技術和方法可用于人工智能其它領域。第30頁，共72頁。2022/8/8人工智能31基于應用領域的領域劃分難題求解自動定理證明自動程序設計自動翻譯智能控制智能管理智能決策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI第31頁，共72頁。2022/8/8人工智能32自動定理證明自然演繹法 依據(jù)推理規(guī)則，從前提和公理中推出許多定理，若待證明的定理恰在其中，則定理得證。判定法 對一類問題找出統(tǒng)一的計算機上可實現(xiàn)的算法解。定理證明器 研究一切可判定問題的解法。1965年魯濱遜提出的消解原理是這類工作的基礎，計算機輔助證明 以計算機為輔助工具

13、，利用機器的高速和大容量，幫助人完成手工證明中無法完成的大量計算、推理和窮舉。 第32頁，共72頁。2022/8/8人工智能33基于應用領域的領域劃分難題求解自動定理證明自動程序設計自動翻譯智能控制智能管理智能決策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI第33頁，共72頁。2022/8/8人工智能34自動程序設計自動程序設計 自動程序設計就是人只要給出關于某程序要求的非常高級的描述，計算機就會自動生成一個能完成這個要求目標的具體程序。自動程序設計過程 自動程序設計相當于給機器配置了一個“超級編譯系統(tǒng)”，它能夠?qū)Ω呒壝枋鲞M行處理，通過規(guī)劃過程，生成所需的程序。這是自動程序設計的主要內(nèi)容，它實際是程序

14、的自動綜合。自動程序設計還包括程序自動驗證。 第34頁，共72頁。2022/8/8人工智能35基于應用領域的領域劃分難題求解自動定理證明自動程序設計自動翻譯智能控制智能管理智能決策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI第35頁，共72頁。2022/8/8人工智能36自動翻譯 自動翻譯即是機器翻譯，用計算機作為兩種語言之間的翻譯。由于自然語言理解方面的困難，所以到目前為止自動翻譯問題還沒有完全解決。第36頁，共72頁。2022/8/8人工智能37基于應用領域的領域劃分難題求解自動定理證明自動程序設計自動翻譯智能控制智能管理智能決策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI第37頁，共72頁。2022/8

15、/8人工智能38智能控制產(chǎn)生 1965年，傅京孫（KS.Fu）提出，1987年正式作為一門獨立的學科。特點智能控制中的智能 先驗智能；反應性智能；優(yōu)化智能；組織與協(xié)調(diào)智能。智能控制開發(fā)途徑 基于專家系統(tǒng)的專家智能控制；基于模糊推理和計算的模糊控制： 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的神經(jīng)網(wǎng)絡控制；綜合以上三種方法的綜合型智能控制。 第38頁，共72頁。2022/8/8人工智能39基于應用領域的領域劃分難題求解自動定理證明自動程序設計自動翻譯智能控制智能管理智能決策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI第39頁，共72頁。2022/8/8人工智能40智能管理 智能管理是人工智能與管理科學、系統(tǒng)工程、計算機技術及通

16、信技術等多學科、多技術相結合、互相滲透而產(chǎn)生的一門新技術、新學科。它研究如何提高計算機管理系統(tǒng)的智能水平以及智能管理系統(tǒng)的設計理論、方法與實現(xiàn)技術。第40頁，共72頁。2022/8/8人工智能41基于應用領域的領域劃分難題求解自動定理證明自動程序設計自動翻譯智能控制智能管理智能決策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI第41頁，共72頁。2022/8/8人工智能42智能決策智能決策支持系統(tǒng) 將人工智能技術引入決策過程，建立決策支持系統(tǒng)，充分發(fā)揮傳統(tǒng)決策支持系統(tǒng)中數(shù)值分析的優(yōu)勢，也充分發(fā)揮專家系統(tǒng)中知識給知識處理的特長。智能決策支持系統(tǒng)構成 智能決策支持系統(tǒng)是在傳統(tǒng)決策支持系統(tǒng)的基礎上加上相應的智

17、能部件構成的。包括模型庫、方法庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫四部分構成。第42頁，共72頁。2022/8/8人工智能43基于應用領域的領域劃分難題求解自動定理證明自動程序設計自動翻譯智能控制智能管理智能決策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI第43頁，共72頁。2022/8/8人工智能44智能通信 智能通信就是在通信系統(tǒng)的各個層次和環(huán)節(jié)上實現(xiàn)智能化，使網(wǎng)絡運行在最佳狀態(tài)，使網(wǎng)絡具有自適應、自組織、自學習、自修復等功能。第44頁，共72頁。2022/8/8人工智能45基于應用領域的領域劃分難題求解自動定理證明自動程序設計自動翻譯智能控制智能管理智能決策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI第45頁，共72頁。

18、2022/8/8人工智能46智能仿真仿真 仿真是在三種類型知識描述性知識、目的性知識及處理的基礎上產(chǎn)生結論性知識。仿真可以看作一個特殊的知識變換器。智能仿真 利用人工智能對仿真的建模、實驗運行及結果分析進行指導，能改善模型的描述能力，在仿真模型中引進知識表示將為研究面向目標的建模語言打下基礎，提高仿真工具面向用戶、面向問題的能力。同時仿真與人工智能結合能更有效地用于決策。第46頁，共72頁。2022/8/8人工智能47基于應用領域的領域劃分難題求解自動定理證明自動程序設計自動翻譯智能控制智能管理智能決策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI第47頁，共72頁。2022/8/8人工智能48智能CA

19、D發(fā)展趨勢 設計自動化；智能交互；智能圖形學；自動數(shù)據(jù)采集。技術 規(guī)則生成法；約束滿足方法；搜索法；知識工程方法；形象思維方法。 第48頁，共72頁。2022/8/8人工智能49基于應用領域的領域劃分難題求解自動定理證明自動程序設計自動翻譯智能控制智能管理智能決策智能通信智能仿真智能CAD智能CAI第49頁，共72頁。2022/8/8人工智能50智能CAIICAI ICAI就是把人工智能技術引入到計算機輔助教學領域，建立智能CAI系統(tǒng)。ICAI特征 （1）自動生成各種問題與練習。 （2）根據(jù)學生的水平和學習情況自動調(diào)整教學內(nèi)容和進度。 （3）在理解教學內(nèi)容的基礎上自動解決問題生成解答。 （4）

20、具有自然語言的生成和理解能力。 （5）對教學內(nèi)容有解釋咨詢能力。 （6）能診斷學生的錯誤，分析原因并采取糾正措施。 （7）能評價學生的學習行為。 （8）能改善教學策略。第50頁，共72頁。2022/8/8人工智能51基于應用系統(tǒng)的領域劃分專家系統(tǒng) 擁有大量的專家知識，能模擬專家的思維方式，對領域內(nèi)復雜的實際問題，能作出專家級決策，象專家一樣解決問題。知識庫系統(tǒng)智能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫加上智能成分。智能機器人系統(tǒng) 智能機器人就是能認識工作環(huán)境、工作對象及狀態(tài)，能根據(jù)人給予的指令和“自身”認識外界的結果來獨立地決定工作方法，實現(xiàn)任務目標，并能適應環(huán)境變化。第51頁，共72頁。2022/8/8人

21、工智能52基于計算機系統(tǒng)結構的領域劃分智能操作系統(tǒng) 智能操作系統(tǒng)的基本模型是以智能機為基礎，并能支撐外層的AI應用程序，實現(xiàn)多用戶知識處理和并行處理。智能多媒體系統(tǒng) 智能多媒體實際是人工智能與多媒體技術的有機結合，人工智能的計算機視聽覺、語音識別與理解、語音對譯、信息智能壓縮等技術運用于多媒體系統(tǒng)，將會使現(xiàn)在的多媒體系統(tǒng)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。智能計算機系統(tǒng)智能網(wǎng)絡系統(tǒng) 將人工智能技術引入到網(wǎng)絡構建、網(wǎng)絡管理與控制、信息檢索與轉(zhuǎn)換、人機接口等環(huán)節(jié)。第52頁，共72頁。2022/8/8人工智能53基于實現(xiàn)工具和環(huán)境的領域劃分智能軟件工具 包括開發(fā)建造智能系統(tǒng)的程序語言和工具環(huán)境。如函數(shù)程序設計語言（LIS

22、P）、邏輯程序設計語言（PROLOG）、對象程序設計語言（smalltalk、C、Java）、框架表示語言（FRL）產(chǎn)生式語言（OPS5）神經(jīng)網(wǎng)絡設計語言（AXON）、智能體程序設計語言。智能硬件平臺 指直接支持智能系統(tǒng)開發(fā)和運行的機器硬件。如LISP機、PROLOG機、神經(jīng)網(wǎng)絡計算機、知識信息處理機、模糊推理計算機、面向?qū)ο笥嬎銠C、智能計算機等。第53頁，共72頁。2022/8/8人工智能54基于體系結構的領域劃分集中式人工智能 研究個體智能，指研究個體的推理、學習、理解等智能行為。分布式人工智能 研究在邏輯上或物理上分散的智能個體或智能系統(tǒng)如何并行地、相互協(xié)作地實現(xiàn)大型復雜問題求解。 分布

23、式人工智能分為兩個主要研究方向：分布式問題求解（Distribution Problem Solving，DPS）和多Agent系統(tǒng)（ MultiAgent System，MAS）。第54頁，共72頁。2022/8/8人工智能55第一章 人工智能概述人工智能的概念人工智能的研究途徑與方法 人工智能的分支領域人工智能的基本技術人工智能的發(fā)展概況第55頁，共72頁。2022/8/8人工智能56人工智能的基本技術推理技術搜索技術知識表示與數(shù)據(jù)庫技術歸納技術聯(lián)想技術第56頁，共72頁。2022/8/8人工智能57推理技術邏輯是推理的理論基礎，推理為邏輯提出課題。 謂詞邏輯 多值邏輯 機器推理中的邏輯

24、多類邏輯 模糊邏輯 非經(jīng)典邏輯 模態(tài)邏輯 時態(tài)邏輯 動態(tài)邏輯 非單調(diào)邏輯 第57頁，共72頁。2022/8/8人工智能58搜索技術 搜索就是為了達到某一“目標”而連續(xù)進行推理的過程。搜索技術就是對推理進行引導和控制的技術，它是人工智能的基本技術之一。 人工智能初期，啟發(fā)式搜索方法是人工智能的核心課題。著名的A*算法和AO*算法就是兩個重要的啟發(fā)式搜索算法。 傳統(tǒng)的搜索技術都是基于符號推演方式進行的。近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡技術開辟了問題求解與搜索技術研究的新途徑。第58頁，共72頁。2022/8/8人工智能59知識表示與知識庫技術 知識表示指知識在計算機中的表示方法和表示形式，它涉及知識的邏輯結構和物

25、理結構。知識庫技術包括知識的組織、管理、維護、優(yōu)化等技術。 智能就是發(fā)現(xiàn)規(guī)律、運用規(guī)律的能力，而規(guī)律就是知識。同時發(fā)現(xiàn)知識和運用知識本身還需要知識。因此知識時智能的基礎和源泉。 第59頁，共72頁。2022/8/8人工智能60歸納技術 歸納技術指機器自動提取概念、抽取知識、尋找規(guī)律的技術。 歸納分為基于符號處理的歸納和基于神經(jīng)網(wǎng)絡的歸納。基于符號處理的歸納技術，除了已開發(fā)出的歸納學習方法之外，基于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)開采（Data Mining，簡稱DM）及知識發(fā)現(xiàn)（Knowledge Discovering，簡稱KD）技術為歸納技術的發(fā)展和應用注入新的活力。 歸納時需要分析、綜合、比較，還需要反饋、

26、修正、調(diào)整和優(yōu)化等步驟，所以廣義講歸納技術也包括類比、控制、適應甚至進化在內(nèi)。第60頁，共72頁。2022/8/8人工智能61聯(lián)想技術 聯(lián)想是人工智能的一項基本技術，聯(lián)想的前提是聯(lián)想記憶或聯(lián)想存儲。第61頁，共72頁。2022/8/8人工智能62第一章 人工智能概述人工智能的概念人工智能的研究途徑與方法 人工智能的分支領域人工智能的基本技術人工智能的發(fā)展概況第62頁，共72頁。2022/8/8人工智能63人工智能的發(fā)展概況人工智能學科的產(chǎn)生符號主義途徑發(fā)展概況連接主義途徑發(fā)展概況當前發(fā)展趨勢我國人工智能研究發(fā)展簡況第63頁，共72頁。2022/8/8人工智能64人工智能學科的產(chǎn)生前提條件 19

27、56年之前，創(chuàng)立數(shù)理邏輯、自動機理論、控制論、信息論和系統(tǒng)論，并發(fā)明了通用電子數(shù)字計算機，這些成就為人工智能的誕生準備了充足的思想、理論和物質(zhì)技術條件。產(chǎn)生 1956年夏季，十位來自數(shù)學、心理學、神經(jīng)生理學、信息論和計算機方面的專家在美國達特莫斯大學召開一次歷時兩個月的研究會，討論了關于機器智能的有關問題，會上麥卡錫提議正式采用了“人工智能”一詞。這標志人工智能學科的正式誕生。第64頁，共72頁。2022/8/8人工智能65人工智能發(fā)展簡史圖1956年提出AI60年代中期70年代初期8090年代形成第一個興旺期形成第二個興旺期蕭條期第65頁，共72頁。2022/8/8人工智能66符號主義途徑發(fā)

28、展概況（一）1956年之后十年符號主義主要成就（1）1956年，美國的紐厄爾、肖和塞蒙合作編制了名為邏輯理論機（Logic Theory Machine，簡稱LT）的計算機程序系統(tǒng)。該程序模擬人用數(shù)學邏輯證明定理時的思維規(guī)律。（2）1956年，賽謬爾研制成功了具有自學習、自組織和自適應能力的跳棋程序。（3）1959年，籍勒洛特發(fā)表了證明平面幾何問題的程序，塞爾福里奇推出勒一個模式識別程序；1965年羅伯特編制出了可以分辯積木構造的程序。第66頁，共72頁。2022/8/8人工智能67符號主義途徑發(fā)展概況（二）（4）1960年，紐厄爾、肖和塞蒙等人通過心理學試驗總結出人們求解問題的思維規(guī)律，編制了通用問題求解程序（General Problem Solving，GPS）。（5）1960年，麥卡錫研制成功了人工智能程序設計的表處理語言LISP.（6）1965年，魯濱遜提出了消解原理，為定理的機器證明作出了突破性貢獻。第67頁，共72頁。2022/8/8人工智能68符號主義途徑發(fā)展概況（三）推理期轉(zhuǎn)向知識期 1965年，美國斯坦福