人工智能原理

1、人工智能原理Sep ,2010 Graduate students of 2010College of Computer Science & EngineeringChangchun University of TechnologyArtificial Intelligence Principle 1人工智能能(史忠植王王文文杰)國(guó)防工業(yè)業(yè)出版社社人工智能能原理與與方法(王永慶)西安交大大出版社社人工智能能-一種現(xiàn)代代方法（第二版版）(Stuart Russell.PeterNorvig)人民郵電電出版社社4.人工智能能及其應(yīng)應(yīng)用(蔡自興徐徐光祐祐)清華大學(xué)學(xué)出版社社參考書第1章緒緒論什么是智

2、智能?名詞：指人類類所能進(jìn)進(jìn)行的腦腦力勞動(dòng)動(dòng)，包括括感覺(jué)、認(rèn)知、記憶、學(xué)習(xí)、聯(lián)想、計(jì)算、推理、判斷、決策、抽象、概括等等等。形容詞：人聰明明的、靈靈活的、柔性的的、自學(xué)學(xué)習(xí)的、自組織織的、自自適應(yīng)的的、自治治的本課：個(gè)體有有目的的的行為，合理的的思維，以及有有效的、適應(yīng)環(huán)環(huán)境的綜綜合能力力。是是個(gè)體認(rèn)認(rèn)識(shí)客觀觀事物和和運(yùn)用知知識(shí)解決決問(wèn)題的的能力。 個(gè)體體的智能能是一種種綜合能能力。智能是怎怎么產(chǎn)生生的？自然界四四大奧秘秘之一。目前大大多把對(duì)對(duì)人腦的的已有認(rèn)認(rèn)識(shí)與智智能的外外在表現(xiàn)現(xiàn)結(jié)合起起來(lái)，從從不同角角度、側(cè)側(cè)面，用用不同方方法對(duì)其其進(jìn)行研研究，出出現(xiàn)了思維理論論、知識(shí)識(shí)閾值理理論、進(jìn)進(jìn)化

3、理論論等。3什么是人人工智能能 人工工智能是是那些與與人的思思維相關(guān)關(guān)的活動(dòng)動(dòng)，諸如如決策、問(wèn)題求求解和學(xué)學(xué)習(xí)等的的自動(dòng)化化（Bellman, 1978）； 人工工智能是是一種計(jì)計(jì)算機(jī)能能夠思維維，使機(jī)機(jī)器具有有智力的的激動(dòng)人人心的新新嘗試（Haugeland,1985）；人工智智能是研研究如何何讓計(jì)算算機(jī)做現(xiàn)現(xiàn)階段只只有人才才能做得得好的事事情（RichKnight,1991）； 人工工智能是是那些使使知覺(jué)、推理和和行為成成為可能能的計(jì)算算的研究究（Winston, 1992）； 廣義義地講，人工智智能是關(guān)關(guān)于人造造物的智智能行為為，而智智能行為為包括知知覺(jué)、推推理、學(xué)學(xué)習(xí)、交交流和在在復(fù)雜

4、環(huán)環(huán)境中的的行為（Nilsson，1998）。 StuartRussell和Peter Norvig則把把已有的的一些人人工智能能定義分分為4類類：像人人一樣思思考的系系統(tǒng)、像像人一樣樣行動(dòng)的的系統(tǒng)、理性地地思考的的系統(tǒng)、理性地地行動(dòng)的的系統(tǒng)（2003）。4計(jì)算機(jī)科科學(xué)理論論的創(chuàng)始始人A.M.Turing于于1950年提提出了著著名的“Turing測(cè)驗(yàn)”，為人人工智能能提出了了明確的的設(shè)計(jì)目目標(biāo)和測(cè)測(cè)試準(zhǔn)則則。5為了進(jìn)行行這個(gè)測(cè)測(cè)試，圖圖靈還用用豐富的的想象力力設(shè)計(jì)了了一個(gè)智智能性很很強(qiáng)的對(duì)對(duì)話內(nèi)容容。在這這個(gè)對(duì)話話中，“詢問(wèn)者者”代表表人，“智者”代表機(jī)機(jī)器，并并且假設(shè)設(shè)他們都都閱讀過(guò)過(guò)狄更

5、斯斯所著的的名為匹克威威克外傳傳的小小說(shuō)。對(duì)對(duì)話內(nèi)容容如下：詢問(wèn)者：你的14行詩(shī)詩(shī)的首行行為“你你如同夏夏日”，你不覺(jué)覺(jué)得“春春日”更更好嗎？智者：它不合合韻。詢問(wèn)者：“冬日日”如何何？它可可是完全全合韻的的。智者：它確是是合韻，但沒(méi)有有人愿被被比為“冬日”。詢問(wèn)者：你不是是說(shuō)過(guò)匹匹克威克克先生讓讓你想起起圣誕節(jié)節(jié)嗎？智者：是的。詢問(wèn)者：圣誕節(jié)節(jié)是冬天天的一個(gè)個(gè)日子，我想匹匹克威克克先生對(duì)對(duì)這個(gè)比比喻不會(huì)會(huì)介意吧吧。智者：我認(rèn)為你你不夠嚴(yán)嚴(yán)謹(jǐn)，“冬日”指的是是一般的的冬天的的日子，而不是是某個(gè)特特別的日日子，如如圣誕節(jié)節(jié)。6約翰.西西爾勒(JohnSearle)的“中文屋屋子”71956年夏季

6、季,在美美國(guó)Boston，Dartmoth大學(xué)學(xué),由年年輕數(shù)學(xué)學(xué)家McCarthy(斯坦坦福大學(xué)學(xué)教授)和他的的三位朋朋友Minsky(哈哈佛大學(xué)學(xué)數(shù)學(xué)神神經(jīng)學(xué)家家,MIT教授授),Rochester(IBM公司信信息研究究中心負(fù)負(fù)責(zé))、信息學(xué)學(xué)家Shannon(貝爾實(shí)實(shí)驗(yàn)室信信息部數(shù)數(shù)學(xué)研究究員)共共同發(fā)起起，邀請(qǐng)請(qǐng)IBM公司的的Moore和和Samuel、MIT的Selfridge和和Solomonff以及RAND公司和和Carnagie工工科大學(xué)學(xué)的Newell和Simon等人人參加夏夏季學(xué)術(shù)術(shù)討論會(huì)會(huì),歷時(shí)時(shí)二個(gè)月月。在這這次歷史史性的聚聚會(huì)上, McCarthy提議正式式采用人工智能

7、能（ArtificialIntelligence）這一術(shù)語(yǔ)語(yǔ)。簡(jiǎn)稱AI,從而開開創(chuàng)了人人工智能能的研究究方向和和學(xué)科。8人工智能能概念的的一般描描述部分學(xué)者者對(duì)人工工智能概概念的描描述：人工智能能是那些些與人的的思維相相關(guān)的活活動(dòng)，諸諸如決策策、問(wèn)題題求解和和學(xué)習(xí)等等的自動(dòng)動(dòng)化（Bellman,1978）；人工智能能是一種種計(jì)算機(jī)機(jī)能夠思思維，使使機(jī)器具具有智力力的激動(dòng)動(dòng)人心的的新嘗試試（Haugeland, 1985）；人工智能能是研究究如何讓讓計(jì)算機(jī)機(jī)做現(xiàn)階階段只有有人才能能做得好好的事情情（RichKnight,1991）；人工智能能是那些些使知覺(jué)覺(jué)、推理理和行為為成為可可能的計(jì)計(jì)算的研

8、研究（Winston,1992）；廣義地講講，人工工智能是是關(guān)于人人造物的的智能行行為，而而智能行行為包括括知覺(jué)、推理、學(xué)習(xí)、交流和和在復(fù)雜雜環(huán)境中中的行為為（Nilsson，1998）。StuartRussell和PeterNorvig則把已有有的一些些人工智智能定義義分為4類：像人人一樣思思考的系系統(tǒng)、像像人一樣樣行動(dòng)的的系統(tǒng)、理性地地思考的的系統(tǒng)、理性地地行動(dòng)的的系統(tǒng)（2003）。9人工智能能是一門門新思想想、新觀觀念、新新理論、新技術(shù)術(shù)不斷出出現(xiàn)的學(xué)學(xué)科，是是在計(jì)算算機(jī)、控控制論、信息論論、數(shù)學(xué)學(xué)、心理理學(xué)、哲哲學(xué)、語(yǔ)語(yǔ)言學(xué)等等多種學(xué)學(xué)科相互互綜合、相互滲滲透的基基礎(chǔ)上發(fā)發(fā)展起來(lái)來(lái)的一

9、門門交叉性性的邊緣緣學(xué)科。10弱AI與強(qiáng)AI弱人工智智能的斷斷言: “機(jī)器能夠夠智能地地行動(dòng)”強(qiáng)人工智智能的斷斷言: “能夠如此此行事的的機(jī)器確確實(shí)是在在思考”對(duì)于弱人人工智能能的假設(shè)設(shè), AI的成就可可以證明明，關(guān)于于強(qiáng)人工工智能，更多的的是哲學(xué)學(xué)上的爭(zhēng)爭(zhēng)論腦智能和和群智能能腦（主要要指人腦腦）的宏宏觀心理理層次的的智能表表現(xiàn)稱為為腦智能能。由群體行行為所表表現(xiàn)出的的智能稱稱為群智智能。腦智能和和群智能能是屬于于不同層層次的智智能：腦智能是是一種個(gè)個(gè)體智能能。群智能是是一種社社會(huì)智能能，或或者說(shuō)系系統(tǒng)智能能。11“機(jī)器智智能、智智能機(jī)器器”人工智能能的目標(biāo)標(biāo)機(jī)器智能能（近期期目標(biāo)）：研究究如

10、何提提高機(jī)器器應(yīng)用的的智能水水平，把把機(jī)器用用得更聰聰明。如如IBM的“深藍(lán)”計(jì)計(jì)算機(jī)32個(gè)CPU每個(gè)CPU有16個(gè)協(xié)處理理器每個(gè)CPU有256M內(nèi)存每個(gè)CPU的處理速速度為200萬(wàn)步/秒智能機(jī)器器（遠(yuǎn)期期目標(biāo)）:研究如何何設(shè)計(jì)和和制造具具有更高高智能水水平的、更聰明明的計(jì)算算機(jī)。非非馮諾曼式結(jié)結(jié)構(gòu)、聯(lián)聯(lián)想記憶憶、自動(dòng)動(dòng)編程、自學(xué)習(xí)習(xí)、自適適應(yīng)、用用自然語(yǔ)語(yǔ)言交互互式人機(jī)機(jī)雙向通通信、直直接輸入入、處理理、輸出出各種自自然信息息、具有有自組織織、自修修復(fù)能力力。121、智能軟件件：有一定定知識(shí)與與智能的的軟件2、智能設(shè)設(shè)備：嵌入了了某種智智能軟件件的設(shè)備備3、Agent：智能主體體，是一類在在

11、特定環(huán)環(huán)境下能能感知環(huán)環(huán)境，并并能自治治地運(yùn)行行以代表表其設(shè)計(jì)計(jì)者或使使用者實(shí)實(shí)現(xiàn)一系系列目標(biāo)標(biāo)的計(jì)算算實(shí)體或或程序。人工智能能可以認(rèn)認(rèn)為就是是研究和和建造Agent。Agent是具有信念念、愿望望、意圖圖、能力力、選擇擇、承諾諾等心智智狀態(tài)的的實(shí)體。具有一一定的自主性：試圖自自治地、獨(dú)立地地完成任任務(wù)，不不受它人人控制；反應(yīng)性：對(duì)環(huán)境境的感知知和影響響；社會(huì)性：可以和和環(huán)境交交互，與與其他Agent通信，通通過(guò)規(guī)劃劃達(dá)到目目標(biāo)；適應(yīng)性：適應(yīng)環(huán)環(huán)境的變變化（學(xué)學(xué)習(xí)機(jī)制制）；長(zhǎng)壽性；移動(dòng)性性人工智能能的表現(xiàn)現(xiàn)形式13多Agent系統(tǒng)主要要研究在在邏輯上上或物理理上分離離的多個(gè)個(gè)Agent之間進(jìn)行

12、行協(xié)調(diào)智智能行為為（如機(jī)機(jī)器人足足球賽），最終終實(shí)現(xiàn)問(wèn)問(wèn)題求解解。主要要應(yīng)用在在對(duì)現(xiàn)實(shí)實(shí)世界和和社會(huì)的的模擬。有人把AI的目標(biāo)定定義為“構(gòu)造能能表現(xiàn)出出一定智智能行為為的Agent”。在軟件開開發(fā)方面面，“面向Agent技術(shù)”將是繼繼面向?qū)?duì)象技術(shù)術(shù)之后的的又一個(gè)個(gè)突破。它克服服了面向向?qū)ο蠹技夹g(shù)的幾幾個(gè)不足足：（1）只有被動(dòng)動(dòng)等待調(diào)調(diào)用、沒(méi)沒(méi)有自發(fā)發(fā)執(zhí)行（2）無(wú)法自自然地模模擬現(xiàn)實(shí)實(shí)世界中中的感知知能力（3）現(xiàn)實(shí)世世界中調(diào)調(diào)用方式式的知識(shí)識(shí)（如同同步/異步地執(zhí)執(zhí)行）是是被調(diào)用用方擁有有的，調(diào)調(diào)用方不不需考慮慮，而OO世界中這這個(gè)知識(shí)識(shí)被轉(zhuǎn)移移到了調(diào)調(diào)用方。Agent可以通過(guò)過(guò)協(xié)議、通信、交互

13、行行為等方方式有機(jī)機(jī)構(gòu)成復(fù)復(fù)雜社會(huì)會(huì)組織或或系統(tǒng)。“面向Agent程序設(shè)計(jì)計(jì)”已在Internet上應(yīng)用?！懊嫦駻gent軟件工程程”的研究究也開始始興起。14情感計(jì)算算是關(guān)于于情感、情感產(chǎn)產(chǎn)生以及及影響情情感方面面的計(jì)算算,其目的是是賦予計(jì)計(jì)算機(jī)識(shí)識(shí)別、理理解、表表達(dá)和適適應(yīng)人情情感的能能力。情感計(jì)算算技術(shù)通通過(guò)各種種傳感器器獲取由由人的情情感（愛(ài)、恨恨）和情緒(喜、怒怒、哀、樂(lè))所引起的的表情及及生理變變化信號(hào)號(hào)，利用用“情感感模型”對(duì)這些些信號(hào)進(jìn)進(jìn)行識(shí)別別，從而而理解人人的情感感并做出出適當(dāng)?shù)牡捻憫?yīng)。4、情感計(jì)計(jì)算15人工智能能的分支支領(lǐng)域基于腦功功能模擬擬的領(lǐng)域域劃分機(jī)器感知知（機(jī)器視

14、視覺(jué)、聽聽覺(jué)-模式識(shí)別別）一旦實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，將超超過(guò)人類類自身機(jī)器聯(lián)想想:基于內(nèi)容容記憶而而非地址址記憶的的“聯(lián)想想存儲(chǔ)技技術(shù)機(jī)器推理理：邏輯演演繹與非非經(jīng)典邏邏輯（模模態(tài)邏輯輯、時(shí)態(tài)態(tài)邏輯、模糊邏邏輯、非非單調(diào)邏邏輯等）；確定定性推理理和不確確定性推推理；串串行推理理與并行行推理；范例推推理、數(shù)值化推推理。機(jī)器學(xué)習(xí)習(xí)：獲取知知識(shí)、發(fā)發(fā)現(xiàn)規(guī)律律、修正正自身行行為16機(jī)器理解解：自然語(yǔ)語(yǔ)言理解解、圖象象理解等等理解的判判別標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)1）能成功功回答與與輸入材材料有關(guān)關(guān)的問(wèn)題題2）具有對(duì)對(duì)所給材材料進(jìn)行行摘要的的功能3）能用不不同詞語(yǔ)語(yǔ)敘述所所給材料料4）具有從從一種語(yǔ)語(yǔ)言轉(zhuǎn)譯譯成另一一種語(yǔ)言言的能力力目前

15、以受受限自然然語(yǔ)言的的理解為為主機(jī)器行為為：機(jī)器人人行動(dòng)規(guī)規(guī)劃17自然計(jì)算算:是模擬自自然界的的生物或或者物理理現(xiàn)象而而設(shè)計(jì)的的各種計(jì)計(jì)算系統(tǒng)統(tǒng)的統(tǒng)稱稱。是模擬群群智能的的。計(jì)算算智能以以數(shù)值數(shù)數(shù)據(jù)為基基礎(chǔ)，主主要通過(guò)數(shù)值值計(jì)算進(jìn)進(jìn)行問(wèn)題題求解?；A(chǔ)多多為數(shù)據(jù)據(jù)而非知知識(shí)?；谘芯烤客緩脚c與實(shí)現(xiàn)技技術(shù)的領(lǐng)領(lǐng)域劃分分符號(hào)智能能：智能系統(tǒng)統(tǒng)可以理理解為某某種符號(hào)號(hào)邏輯運(yùn)運(yùn)算系統(tǒng)統(tǒng)，以符號(hào)形形式的知知識(shí)和信信息為基基礎(chǔ)，主主要通過(guò)過(guò)邏輯推推理，運(yùn)運(yùn)用知識(shí)識(shí)進(jìn)行問(wèn)問(wèn)題求解解。以知識(shí)為為基礎(chǔ)。即所謂謂傳統(tǒng)人人工智能能。目前主要要存在三三大領(lǐng)域域:生物啟發(fā)發(fā)的計(jì)算算,如人工神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)、模糊糊系統(tǒng)、演化計(jì)

16、計(jì)算、DNA計(jì)算、生生物群智智能以及及人工免免疫系統(tǒng)統(tǒng)等（計(jì)算智能能）;社會(huì)與文文化啟發(fā)發(fā)的算法法,包括主體體計(jì)算、文化算算法等;物理啟發(fā)發(fā)的計(jì)算算,包括量子子計(jì)算、模擬退退火算法法等。按按照這一一觀點(diǎn)，智能產(chǎn)產(chǎn)生于生生物進(jìn)化化中，用用進(jìn)廢退退、優(yōu)勝勝劣汰，適應(yīng)能能力強(qiáng)的的結(jié)構(gòu)保保存下來(lái)來(lái)，智能能水平也也隨之提提高。這這些方法法往往具具有自學(xué)學(xué)習(xí)、自自組織、自適應(yīng)應(yīng)的特征征和簡(jiǎn)單單、通用用、魯棒棒性強(qiáng)、適于并并行處理理的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)。18I的發(fā)展歷歷史（形成時(shí)時(shí)期，195665）自然語(yǔ)言言的機(jī)器器翻譯。1953年，美國(guó)國(guó)喬治大大學(xué)，1954年IBM公司在701計(jì)算機(jī)上上做俄譯譯英的公公開表演演。利用

17、計(jì)算算機(jī)證明明數(shù)學(xué)定定理。1956年，Newell和Simon，用程序序LogicTheorist證明數(shù)學(xué)原理理第二章中中的38條定理，1963年證明全全部52條定理。1956年，Samuel研制了第第一個(gè)跳跳棋程序序，具有學(xué)學(xué)習(xí)功能能，打敗敗一個(gè)州州冠軍。1956年，Selfridge研制第一一個(gè)字符符識(shí)別程程序。1959年，又提提出功能能更強(qiáng)的的模式識(shí)別別。1957年，Newell，Shaw和Simon研究不依依賴具體體領(lǐng)域的的通用解題題程序GPS1965年，Robinson提出消解解法（即即歸結(jié)原原理），掀起研研究計(jì)算算機(jī)定理理證明的的又一次次高潮。19AI牛人人Newell,Simon

18、等早早期所吹吹的“牛牛皮”不出10年，計(jì)計(jì)算機(jī)將將成為世界象棋棋冠軍。不出10年，計(jì)計(jì)算機(jī)將將發(fā)現(xiàn)和證證明重要要的數(shù)學(xué)學(xué)定理。不出10年，計(jì)計(jì)算機(jī)將將能譜寫具有有優(yōu)秀作作曲家水水平的樂(lè)樂(lè)曲。不出10年，大大多數(shù)心理學(xué)理理論將在在計(jì)算機(jī)機(jī)上形成成。有人甚至至斷言，20世紀(jì)紀(jì)80年年代將全全面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)AI，2000年機(jī)機(jī)器智能能超過(guò)人人。 20I的發(fā)展歷歷史（形成時(shí)時(shí)期）消解法（歸結(jié)原原理）能能力有限限，如：證明兩兩個(gè)連續(xù)續(xù)函數(shù)之之和仍是是連續(xù)函函數(shù)，推推了10萬(wàn)步還沒(méi)沒(méi)有推出出來(lái)。Samuel的下棋程程序1965年被世界界冠軍Helmann四連勝。機(jī)器翻譯譯鬧出不不少笑話話“Thespirit i

19、s willingbut thefleshisweak”（心有余而而力不足足）。機(jī)器翻譯譯過(guò)程：英語(yǔ)俄語(yǔ)英語(yǔ)結(jié)果被譯譯為：“Thevodkaisgoodbutthe meatisspoiled”，意思是是“伏特加是是好的，可是肉肉餿了”。“Outofsight, outofmind”（眼不見(jiàn)心心不煩）。將其翻譯譯成俄語(yǔ)語(yǔ)，竟成成了：“又瞎又瘋瘋”。有人挖苦苦說(shuō)，美美國(guó)花了了2000萬(wàn)美元為為機(jī)器翻翻譯立了了一塊“墓碑”。1969年Minsky出了一本本書“感感知機(jī)”，給當(dāng)當(dāng)時(shí)的神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)研究結(jié)結(jié)果判了了死刑。21I的發(fā)展歷歷史（發(fā)展時(shí)時(shí)期，1966年后）1968年，Stanford年輕教授授

20、Feigenbaum主持的專專家系統(tǒng)統(tǒng)DENDRAL問(wèn)世，開開創(chuàng)了AI的一個(gè)重重要應(yīng)用用領(lǐng)域，以知識(shí)為為基礎(chǔ)的的專家咨咨詢系統(tǒng)統(tǒng)（KBS）。在IJCAI-1977上，F(xiàn)eigenbaum提出知識(shí)工程程、專家家系統(tǒng)及及其開發(fā)發(fā)工具Feigenbaum認(rèn)為，萬(wàn)能的邏邏輯體系系從根本本上說(shuō)是是不可能能的，其其最大弱弱點(diǎn)就是是缺乏知知識(shí)，缺缺乏人類類在幾千千年的文文明史上上積累起起來(lái)的知知識(shí)。Feigenbaum的主要貢貢獻(xiàn)：知識(shí)工程程是1977-1987AI中最有成成就的分分支之一一在恢復(fù)和和推進(jìn)AI的社會(huì)形象象方面起了了很大作作用22I的發(fā)展歷歷史（發(fā)展時(shí)時(shí)期，1966年后）DENDRAL化學(xué)分析析專家系系統(tǒng)（斯斯坦福大大學(xué)1968）MACSYMA符號(hào)數(shù)學(xué)學(xué)專家系系統(tǒng)（麻麻省理工工1971）MY