人工智能與機(jī)器人培訓(xùn)講義課件

1、人工智能與機(jī)器人人類智能 人類智能，又叫自然智能，主要包含三個方面：感知能力、思維能力、行為能力。當(dāng)我們動用全身的感覺器官感受到外界的信息刺激之后，能夠通過大腦進(jìn)行記憶、聯(lián)想、分析、判斷等一系列思維活動，其結(jié)果就是做出一種決策，最后再通過我們的具體行動，把這一決策體現(xiàn)出來。人工智能 人工智能(Artificial Intelligence，簡稱AI)，也稱作機(jī)器智能， 它是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科互相滲透而發(fā)展起來的一門綜合性學(xué)科。從計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的角度出發(fā)，人工智能是研究如何制造出人造的智能機(jī)器或智能系統(tǒng)，來模擬人類智能活動的能力，以延伸人們智能的科學(xué)

2、。同樣，人工智能也主要包含三個方面：感知能力、思維能力、行為能力。只不過這三個方面是通過“機(jī)器”系統(tǒng)，而不是“人”這一系統(tǒng)來完成。（樓道感應(yīng)燈）我們?yōu)楹涡枰斯ぶ悄?一、做人類做不到的事情二、做人類做不好的事情三、做對人類有危險的事情人工智能可以為我們做什么1.模式識別 模式，是指已經(jīng)界定好的，用來供模仿的一個標(biāo)本或標(biāo)準(zhǔn)。模式識別就是指識別出這個標(biāo)本或標(biāo)準(zhǔn)。 人工智能所研究的模式識別是指用“機(jī)器”代替人類或幫助人類感知模式，也就是使一個“機(jī)器”系統(tǒng)具有模擬人類通過感官接受外界信息、識別和理解周圍環(huán)境的感知能力。模式識別主要需要建立的是語音識別和圖像識別體系。 語音識別 語音識別研究的目的就是讓

3、機(jī)器“聽懂”人類口述的語言。包括兩方面的含義：其一是逐字逐句聽懂非轉(zhuǎn)化成書面語言文字；其二是對口述語言中所包含的要求或詢問加以理解，做出正確響應(yīng)，而不拘泥于所有詞的正確轉(zhuǎn)換。語音識別系統(tǒng)從講敘方式角度可分為孤立詞、連接詞和連續(xù)語音三種。從服務(wù)對象的角度可分為特定人與非特定人。即系統(tǒng)只針對一個用戶或可用于任意用戶。 一個完整的語音識別系統(tǒng)可大致分為三部分：（1）語音特征提?。浩淠康氖菑恼Z音波形中提取出隨時間變化的語音特征序列。（2）聲學(xué)模型與模式匹配（識別算法）：聲學(xué)模型通常將獲取的語音特征通過學(xué)習(xí)算法產(chǎn)生。在識別時將輸入的語音特征同聲學(xué)模型（模式）進(jìn)行匹配與比較，得到最佳的識別結(jié)果。（3）語言

4、模型與語言處理：語言模型包括由識別語音命令構(gòu)成的語法網(wǎng)絡(luò)或由統(tǒng)計(jì)方法構(gòu)成的語言模型，語言處理可以進(jìn)行語法、語義分析。對小詞表語音識別系統(tǒng)，往往不需要語言處理部分。圖像識別 圖形刺激作用于感覺器官，人們辨認(rèn)出它是經(jīng)驗(yàn)過的某一圖形的過程。也稱圖像再認(rèn)。在圖像識別中，既要有當(dāng)時進(jìn)入感官的信息，也要有記憶中存儲的信息。只有通過存儲的信息與當(dāng)前的信息進(jìn)行比較的加工過程，才能實(shí)現(xiàn)對圖像的再認(rèn)。 自然語言理解“機(jī)器”要能夠理解自然語言，需要達(dá)到以下三個標(biāo)準(zhǔn)：一是能正確理解人類的自然語言輸入的信息，并能正確答復(fù)（或響應(yīng)）輸入的信息。二是對輸入的信息能產(chǎn)生相應(yīng)的摘要，而且復(fù)述輸入的內(nèi)容。 三是能把輸入的自然語言

5、翻譯成要求的另一種語言，如將漢語譯成英語或?qū)⒂⒄Z譯成漢語等。 機(jī)器翻譯 自然語言理解大致可分為機(jī)器翻譯、語義理解及人機(jī)會話技術(shù)幾個方面。其中機(jī)器翻譯(machine translation)，又稱機(jī)譯(MT)，就是利用“機(jī)器”把一種自然語言轉(zhuǎn)變成另一種自然語言的過程。 翻譯機(jī)器所依賴的自動翻譯技術(shù)包括語音翻譯和文字翻譯，主要的關(guān)鍵技術(shù)有四個方面：單詞分析，語法分析，意義分析和文理分析。 機(jī)器學(xué)習(xí) 人的智能是通過學(xué)習(xí)來獲得進(jìn)步的，學(xué)習(xí)的能力是我們?nèi)祟惖淖匀粚傩?。而人工智能研究上最突出和最重要的一個方面，就是機(jī)器學(xué)習(xí)。 首先，我們要賦予“機(jī)器”一個最基本的智能基礎(chǔ)。這一智能基礎(chǔ)就是專家系統(tǒng)與問題求

6、解系統(tǒng)。 專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)是一個具有大量專門知識與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)。它應(yīng)用人工智能技術(shù)，根據(jù)某個領(lǐng)域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以解決那些需要專家決定的復(fù)雜問題。當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)的研究成果中，專家系統(tǒng)是發(fā)展比較快的一個分支。 專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序有著本質(zhì)的不同,專家系統(tǒng)所要解決的問題一般沒有算法解，并且經(jīng)常要在不完全、不精確或不確定的信息基礎(chǔ)上做出結(jié)論。所以，發(fā)展專家系統(tǒng)的關(guān)鍵是提高“機(jī)器”的自學(xué)習(xí)能力，這種能力越高，對專家知識的表達(dá)和運(yùn)用就越好，專家系統(tǒng)的作用也就越顯著。 問題求解 人工智能的第一個大成就是發(fā)展了能夠求解難題的下棋程序，如國際象棋、

7、中國象棋、圍棋等，我們今天在網(wǎng)上都可以找到各種各樣的人機(jī)對弈軟件。在下棋程序中，應(yīng)用到的某些技術(shù)，如向前看幾步，還有把困難的問題分成一些比較容易的子問題等，其實(shí)就是數(shù)據(jù)庫搜索和問題歸納這樣的人工智能基本技術(shù)。 問題求解程序不僅是能夠下棋，還有一個重要的應(yīng)用就是符號運(yùn)算，可以把各種數(shù)學(xué)公式符號匯編在一起，其性能達(dá)到很高的水平，這就極大地方便了科學(xué)家和工程師們的工作，幫助他們從繁重的手工計(jì)算勞動中解脫出來，集中精力做好對問題的分析和對工作整體的把握上。有些高級的問題求解程序，已經(jīng)具備了一定的“機(jī)器學(xué)習(xí)”智能，能夠利用在被使用過程中積累起來的“經(jīng)驗(yàn)”，自動地來改善和提高其自身性能。 智能機(jī)器人 智能

8、機(jī)器人是人工智能中的最重要的應(yīng)用，機(jī)器人是一種能模擬人的行為的機(jī)械，對它的研究經(jīng)歷了三代的發(fā)展過程：第一代（程序控制）機(jī)器人；第二代（自適應(yīng)）機(jī)器人；第三代（智能）機(jī)器人；第一代（程序控制）機(jī)器人： 這種機(jī)器人一般是按以下二種方式“學(xué)會”工作的。一種是由設(shè)計(jì)師預(yù)先按工作流程編寫好程序，存貯在機(jī)器人的內(nèi)部存儲器，在程序控制下工作。另一種是被稱為“示教再現(xiàn)”方式，這種方式是在機(jī)器人第一次執(zhí)行任務(wù)之前，由技術(shù)人員引導(dǎo)機(jī)器人操作，機(jī)器人將整個操作過程一步一步地記錄下來，每一步操作都表示為指令。示教結(jié)束后，機(jī)器人按指令順序完成工作（即再現(xiàn)）。如任務(wù)或環(huán)境有了改變，就要重新進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。這種機(jī)器人能盡心盡

9、責(zé)的在機(jī)床、熔爐、焊機(jī)、生產(chǎn)線上工作。 第二代（自適應(yīng)）機(jī)器人： 這種機(jī)器人配備有相應(yīng)的感覺傳感器（如視覺、聽覺、觸覺傳感器等），能取得作業(yè)環(huán)境、操作對象等簡單的信息，并由機(jī)器人體內(nèi)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、處理，控制機(jī)器人的動作。雖然第二代機(jī)器人具有一些初級的智能，但還是需要技術(shù)人員的協(xié)調(diào)工作。目前這種機(jī)器人已經(jīng)有了一些商品化的產(chǎn)品，我們在后面所講述的內(nèi)容中，也將主要以這一類產(chǎn)品作為課堂學(xué)習(xí)的器材。第三代（智能）機(jī)器人： 智能機(jī)器人具有類似于人的智能，它裝備了高靈敏度的傳感器，因而具有超過一般人的視覺、聽覺、嗅覺、觸覺的能力，能對感知的信息進(jìn)行分析，控制自己的行為，處理環(huán)境發(fā)生的變化，完成交給的各種

10、復(fù)雜、困難的任務(wù)，而且有自我學(xué)習(xí)、歸納、總結(jié)、提高已掌握知識的能力。目前研制的智能機(jī)器人大都只具有部分的智能，和真正的意義上的智能機(jī)器人，還差得很遠(yuǎn)。1.5 人工智能的發(fā)展目標(biāo) 人工智能的發(fā)展目標(biāo)可以分為近期目標(biāo)和遠(yuǎn)期目標(biāo)。近期目標(biāo)：能模擬人類的部分智能行為，代替人類的部分工作。這一目標(biāo)正在實(shí)現(xiàn)的過程中，例如目前研究開發(fā)的專家系統(tǒng)，機(jī)器翻譯系統(tǒng)、模式識別系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)、機(jī)器人等。遠(yuǎn)期目標(biāo)：不僅能模擬而且可以延伸、擴(kuò)展人的智能，具有聯(lián)想、推理、理解、學(xué)習(xí)等高級思維能力，達(dá)到甚至超過人類智能的水平。走進(jìn)機(jī)器人世界機(jī)器人的定義 目前科學(xué)家對機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動化的機(jī)器，所不同的是這

11、種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機(jī)器”。人類制造機(jī)器人的三原則：1、機(jī)器人不應(yīng)傷害人類；2、機(jī)器人應(yīng)遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；3、機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己，與第一條相抵觸者除外。這是給機(jī)器人賦予的倫理性綱領(lǐng)。機(jī)器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機(jī)器人開發(fā)的準(zhǔn)則。2.2 機(jī)器人的發(fā)展歷程三千年前的歌者兩千年張衡發(fā)明的指南車近年的弧焊機(jī)器人2.3 機(jī)器人的分類及應(yīng)用 工業(yè)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人娛樂機(jī)器人軍用機(jī)器人教育機(jī)器人觀察與思考：1、機(jī)器人一定要做成像人一樣的形狀嗎？2、舉幾個例子，看看機(jī)器人都能幫助我們?nèi)祟愖鍪裁矗?、

12、通過學(xué)習(xí)，你能正確理解“將有形的機(jī)器人無形化”這句話的意思嗎？機(jī)器人機(jī)器人本體機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)械本體運(yùn)動、動力系統(tǒng)主控系統(tǒng)感知系統(tǒng)機(jī)器人的構(gòu)成 機(jī)器人 機(jī)器人本體機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)械本體運(yùn)動、動力系統(tǒng) 主控系統(tǒng)感知系統(tǒng) 傳感系統(tǒng) 主控系統(tǒng) 運(yùn)動動力系統(tǒng) 外界信息機(jī)器人的靈魂控制系統(tǒng)輸入：該信息來自機(jī)器人的傳感器；程序：你想讓機(jī)器人遵循的一種規(guī)則或指令；輸出：機(jī)器人的運(yùn)動，通常包括馬達(dá)（運(yùn)轉(zhuǎn)）、燈和聲音 信息轉(zhuǎn)化下達(dá)命令 機(jī)器人工作過程圖機(jī)器人的大腦主控系統(tǒng)可調(diào)電阻 傳感器板接口 通用接口 9V電池接口 4.5V電池接口單片機(jī)開關(guān)接口下載接口電機(jī)接口機(jī)器人的感官傳感系統(tǒng)避障傳感器功能及原理 跳線

13、軌跡識別傳感器功能及原理 軌跡識別傳感器 聲音傳感器功能及原理 聲音傳感器 光敏傳感器功能及原理 光敏傳感器 跳線 機(jī)器人的身體機(jī)器人本體 賦予機(jī)器人“智慧”機(jī)器人智慧的來源計(jì)算機(jī)程序 計(jì)算機(jī)程序的核心算法 什么是算法算法包含兩方面內(nèi)容：1、數(shù)據(jù)。2、操作步驟，也就是算法。 一架飛機(jī)每分鐘飛行20千米，問每小時能飛行多少千米？ 在這道應(yīng)用問題中，20千米和每小時是（數(shù)據(jù)），根據(jù)問題我們列出的乘法算式（20千米60）就是算法，得數(shù)1200千米（算法結(jié)果）。這道應(yīng)用問題我們采用了乘法算法，若我們采用加法（20千米20千米20千米 ）加60次，也可以得出1200千米的結(jié)果。但顯然加法的算法不好。如用

14、減法或除法那就是錯誤的算法了。根據(jù)這個例子，我們不難看出，算法是程序的靈魂與核心，一個算法的優(yōu)劣就決定著程序的好壞及是否正確。步驟的安排有不同的方式，主要是以下三種：1、順序模式 順序模式就是一步一步來，做完一步再做下一步。編寫程序的時候，就是表示為執(zhí)行完一個步驟，再按順序執(zhí)行下一個步驟。其程序結(jié)構(gòu)為順序結(jié)構(gòu)。 2、選擇模式 選擇，就是在不同的結(jié)果里確定一個，然后執(zhí)行下一步的操作。編寫程序的時候，其程序結(jié)構(gòu)為選擇結(jié)構(gòu)。3、循環(huán)模式 循環(huán)模式，就是不斷地重復(fù)一個動作，直到完成最初計(jì)劃好的重復(fù)次數(shù)為止。編寫程序的時候，其程序結(jié)構(gòu)為循環(huán)結(jié)構(gòu)。 算法有哪些特征1、有限性2、確定性3、輸出（結(jié)果）性4、

15、有效性算法的表示方法1、用自然語言表示算法。2、用偽代碼表示算法3、用流程圖表示算法。起止框 處理框 流程線 判斷框 輸入輸出框讓機(jī)器人行動起來1、解析算法 解析算法是指用數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示事務(wù)間的數(shù)量關(guān)系。通常就是我們?nèi)粘Ｉ钪械乃阈g(shù)。例如：多邊形的外角表達(dá)式 360。 N（邊數(shù)）讓機(jī)器人行動起來2 遞歸算法 遞歸算法是指按規(guī)律的遞增（或遞減）一定數(shù)值，直到完成任務(wù)。讓機(jī)器人行動起來3、枚舉算法 在現(xiàn)實(shí)生活中又叫做搜索，就是列舉出問題所有可能的結(jié)果，并在逐一識別的過程中，搜索到正確的答案，并保留符合要求的結(jié)果。注意：當(dāng)問題的全部可能的個數(shù)不多的時候，才能用枚舉。3、枚舉算法實(shí)例 救護(hù)機(jī)器人：在

16、機(jī)器人的前、左、右三個方向分別裝有避障傳感器。機(jī)器人在行進(jìn)中會遇到以下情況：1、前避障傳感器有信號 左邊有信號，右邊也有信號。 左邊有信號，右邊沒有信號。 右邊也有信號，左邊沒信號。 右邊沒有信號，左邊也有信號2、前避障傳感器沒有信號 左邊有信號，右邊也有信號。 左邊有信號，右邊沒有信號。 右邊也有信號，左邊沒信號。 右邊沒有信號，左邊也有信號 3、枚舉算法實(shí)例機(jī)器人前進(jìn)的時候，當(dāng)前避障傳感器有信號時候，第一組四種情況相對應(yīng)的動作結(jié)果為：1、左邊有信號，右邊也有信號的時候，動作為后退，返回繼續(xù)判斷。2、左邊有信號，右邊沒信號的時候，動作為右轉(zhuǎn)，返回繼續(xù)判斷。3、右邊有信號，左邊沒信號的時候，動

17、作為左轉(zhuǎn)，返回繼續(xù)判斷。4、右邊沒有信號，左邊也沒有信號的時候，動作為左轉(zhuǎn)，返回繼續(xù)判斷。3、枚舉算法實(shí)例機(jī)器人前進(jìn)的時候，當(dāng)前避障傳感器沒有信號時候，第二組四種情況相對應(yīng)的動作結(jié)果為：1、左邊有信號，右邊也有信號的時候，動作為前進(jìn)，返回繼續(xù)判斷。2、左邊有信號，右邊沒信號的時候，動作為右轉(zhuǎn)，返回繼續(xù)判斷。3、右邊有信號，左邊沒信號的時候，動作為左轉(zhuǎn)，返回繼續(xù)判斷。4、右邊沒有信號，左邊也沒有信號的時候，動作為前進(jìn)，返回繼續(xù)判斷。 讓機(jī)器人行動起來4、查找算法 查找法是指用比較少的步驟或比較短的時間找到所需的對象。 通常，在程序中將按照查找的結(jié)果（找到或未找到）來決定下一步將如何進(jìn)行。讓機(jī)器人

18、行動起來5、排序算法 排序算法是指將雜亂無章的數(shù)據(jù)變成有序數(shù)據(jù)。樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。8月-228月-22Sunday, August 21, 2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。01:36:5301:36:5301:368/21/2022 1:36:53 AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。8月-2201:36:5301:36Aug-2221-Aug-22加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。01:36:5301:36:5301:36Sunday, August 21, 2022安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。8月-228月-2201:36:5301:36:53August 21, 2022踏實(shí)肯干，努力奮斗。2022年8月21日1:36 上午8月-228月-22追求至善憑技術(shù)開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。21 八月 20221:36:53 上午01:36:538月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。八月 221:36