清華大學人工智能導論課件0

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《人工智能導論》清華大學計算機系馬少平1歡迎大家學習

《人工智能導論》1自我介紹姓名：馬少平單位：智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室電話：62783191辦公室：FIT樓1-506E-mail：msp@網上課堂：2自我介紹姓名：馬少平2緒論很早人類就有制造機器人的幻想黃帝的“指南車”諸葛亮的“木牛流馬”亞里士多德的形式邏輯布萊尼茨的關于數理邏輯的思想“機器人”一詞的來源3緒論很早人類就有制造機器人的幻想3現(xiàn)代人工智能的興起現(xiàn)代人工智能（ArtificialIntelligence，簡稱AI），一般認為起源于美國1956年的一次夏季討論（達特茅斯會議），在這次會議上，第一次提出了“ArtificialIntelligence”這個詞。4現(xiàn)代人工智能的興起現(xiàn)代人工智能（ArtificialInt什么是人工智能？至今沒有統(tǒng)一的定義從“計算”到“算計”5什么是人工智能？至今沒有統(tǒng)一的定義5像人一樣思考的系統(tǒng)理性地思考的系統(tǒng)“要使計算機能夠思考..….意思就是：有頭腦的機器”（Haugeland,1985）“與人類的思維相關的活動，諸如決策、問題求解、學習等活動”（Bellman,1978）“通過利用計算模型來進行心智能力的研究”（Chamiak和McDermott,1985）“對使得知覺、推理和行為成為可能的計算的研究”（Winston,1992）像人一樣行動的系統(tǒng)理性地行動的系統(tǒng)“一種技藝，創(chuàng)造機器來執(zhí)行人需要智能才能完成的功能”（Kurzweil,1990）“研究如何讓計算機能夠做到那些目前人比計算機做得更好的事情”（Rich和Knight,1991）“計算智能是對設計智能化智能體的研究”（Poole等，1998）“AI..….關心的是人工制品中的智能行為”（Nilsson,1998）6像人一樣思考的系統(tǒng)理性地思考的系統(tǒng)“要使計算機能夠思考..…圖靈測試如何知道一個系統(tǒng)是否具有智能呢？1950年，計算機科學家圖靈提出了著名的“圖靈測試”。7圖靈測試如何知道一個系統(tǒng)是否具有智能呢？7圖靈測試的反應用MSN的一個注冊界面為什么出現(xiàn)這樣的內容？8圖靈測試的反應用MSN的一個注冊界面為什么出現(xiàn)這樣的內容？希爾勒的中文屋子羅杰?施安克的故事理解程序（舉例）機器是否真的理解了呢？希爾勒的中文屋子問題：通過了圖靈測試就具有了智能嗎？思考題：如何理解希爾勒的中文屋子？9希爾勒的中文屋子羅杰?施安克的故事理解程序（舉例）9故事理解程序舉例“一個人進入餐館并訂了一份漢堡包。當漢堡包端來時發(fā)現(xiàn)被烘脆了，此人暴怒地離開餐館，沒有付帳或留下小費?！薄耙粋€人進入餐館并訂了一份漢堡包。當漢堡包端來后他非常喜歡它，而且在離開餐館付帳之前，給了女服務員很多小費?！弊鳛閷Α袄斫狻惫适碌臋z驗，可以向計算機詢問，在每一種情況下，此人是否吃了漢堡包。返回10故事理解程序舉例“一個人進入餐館并訂了一份漢堡包。當漢堡包端AI的本質問題 研究如何制造出人造的智能機器或系統(tǒng)，來模擬人類智能活動的能力，以延伸人們智能的科學。11AI的本質問題 研究如何制造出人造的智能機器或系統(tǒng)，來模擬人AI的歷史回顧第一階段（40年代中～50年代末）神經元網絡時代 雙層網絡 M-P模型、感知器模型等 問題：XOR問題不能解決12AI的歷史回顧第一階段（40年代中～50年代末）AI的歷史回顧（續(xù)1）XOR問題（異或問題）輸入1輸入2輸出000011101110(0,0)(1,1)(0,1)(1,0)13AI的歷史回顧（續(xù)1）XOR問題（異或問題）輸入1輸入2輸出AI的歷史回顧（續(xù)2）Minsky的著作：《Perceptions》（感知器）從理論上證明了二層神經元網絡不可能解決XOR問題如果要求解XOR問題，神經元網絡必須是3層或3層以上的結構對于3層或3層以上的神經元網絡，難于找到一個通用的學習算法14AI的歷史回顧（續(xù)2）Minsky的著作：《PerceptiAI的歷史回顧（續(xù)3）第二階段（50年代中～60年代中）通用方法時代物理符號系統(tǒng)主要研究的問題：GPS、游戲、翻譯等對問題的難度估計不足，陷入困境15AI的歷史回顧（續(xù)3）第二階段（50年代中～60年代中）AI的歷史回顧（續(xù)4）一個笑話（英俄翻譯）： Thespiritiswillingbutthefleshisweek. （心有余而力不足） Thevodkaisstrongbutmeatisrotten. （伏特加酒雖然很濃，但肉是腐爛的）16AI的歷史回顧（續(xù)4）一個笑話（英俄翻譯）：16AI的歷史回顧（續(xù)5）出現(xiàn)這樣的錯誤的原因： Spirit： 1）精神 2）烈性酒結論： 必須理解才能翻譯，而理解需要知識17AI的歷史回顧（續(xù)5）出現(xiàn)這樣的錯誤的原因：17AI的歷史回顧（續(xù)6）知識就是力量——培根知識蘊涵著力量——費根鮑姆18AI的歷史回顧（續(xù)6）知識就是力量——培根18AI的歷史回顧（續(xù)7）第三階段（60年代中～80年代初）知識工程時代專家系統(tǒng)知識工程知識工程席卷全球各國發(fā)展計劃：美國星球大戰(zhàn)計劃英國ALVEY計劃法國UNIKA計劃日本五代機計劃中國“863”計劃19AI的歷史回顧（續(xù)7）第三階段（60年代中～80年代初）AI的歷史回顧（續(xù)8）遇到的困難：知識獲取的瓶頸問題20AI的歷史回顧（續(xù)8）遇到的困難：20AI的歷史回顧（續(xù)9）第四階段（80年代中～90年代初）新的神經元網絡時代BP網（算法），解決了多層網的學習問題Hopfield網，成功求解了旅行商問題存在問題：理論依據解決大規(guī)模問題的能力21AI的歷史回顧（續(xù)9）第四階段（80年代中～90年代初）AI的歷史回顧（續(xù)10）第五階段（90年代初～現(xiàn)在）海量信息處理與網絡時代網絡給AI帶來無限的機會知識發(fā)現(xiàn)與數據挖掘網絡信息檢索與挖掘AI走向實用化22AI的歷史回顧（續(xù)10）第五階段（90年代初～現(xiàn)在）AI的研究內容搜索技術知識表示規(guī)劃方法機器學習認知科學23AI的研究內容搜索技術23AI的研究內容（續(xù)1）自然語言理解與機器翻譯專家系統(tǒng)與知識工程定理證明博弈機器人數據挖掘與知識發(fā)現(xiàn)24AI的研究內容（續(xù)1）自然語言理解與機器翻譯24AI的研究內容（續(xù)2）網絡信息檢索與挖掘多Agent系統(tǒng)復雜系統(tǒng)足球機器人人機交互技術25AI的研究內容（續(xù)2）網絡信息檢索與挖掘25人工智能取得的一些成果五十年來，人工智能的研究雖然步履艱難，但也取得了一些很突出的成績。下面列舉一些實例。26人工智能取得的一些成果五十年來，人工智能的研究雖然步履艱難，定理證明50年代中期，世界上最早的啟發(fā)式程序“邏輯理論家”，證明了數學名著《數學原理》中的38個定理。經改進后，62年證明了該書中全部的52個定理。被認為是用計算機探討人類智力活動的第一個真正的成果。27定理證明50年代中期，世界上最早的啟發(fā)式程序“邏輯理論家”，四色定理的證明四色定理從1852年發(fā)現(xiàn)四色問題，世界上很多著名的科學家試圖證明，當一直未能完成。1976年6月，哈肯在美國伊利諾斯大學的兩臺不同的電子計算機上，用了1200個小時，作了100億次判斷，終于完成了四色定理的證明，從而解決了一個歷時100多年的問題，轟動了世界。28四色定理的證明四色定理28定理證明的“吳方法”2000年我國最高科學技術獎獲得者吳文俊教授，提出了“數學機器化”。1977年，吳文俊關于平面幾何定理的機械化證明首次取得成功。創(chuàng)立了定理機器證明的“吳方法”。29定理證明的“吳方法”2000年我國最高科學技術獎獲得者吳文俊通用問題求解器（GPS）從1957年開始，Newell等人開始研究一種不依賴于具體領域的通用解題程序，這個程序的設計是從模仿人類問題求解的規(guī)程開始的。在它能處理的有限類別的問題中，它顯示出程序決定的子目標及可能采取的行動的次序，與人類求解同樣問題是類似的。因此，GPS很可能是第一個實現(xiàn)了“像人一樣思考”方法的程序。30通用問題求解器（GPS）從1957年開始，Newell等人開專家系統(tǒng)人類之所以能求解問題，是因為人類具有知識。專家系統(tǒng)就是把有關領域專家的知識整理出來，讓計算機利用這些知識求解專門領域的問題。1968年世界上第一個專家系統(tǒng)DENDRAL問世。MYCIN，一個著名的醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)31專家系統(tǒng)人類之所以能求解問題，是因為人類具有知識。31第一個商用專家系統(tǒng)：R1世界上第一個成功的商用專家系統(tǒng)，1982年開始正式在DEC公司使用。該程序幫助為新計算機系統(tǒng)配置訂單；到1986年為止，估計它為公司每年節(jié)省了4千萬美元。32第一個商用專家系統(tǒng)：R1世界上第一個成功的商用專家系統(tǒng)，19海灣戰(zhàn)爭中的專家系統(tǒng)在1991年的海灣危機中，美國軍隊使用專家系統(tǒng)用于自動的后勤規(guī)劃和運輸日程安排。這項工作同時涉及到50000個車輛、貨物和人，而且必須考慮到起點、目的地、路徑以及解決所有參數之間的沖突。AI規(guī)劃技術使得一個計劃可以在幾小時內產生，而用舊的方法需要花費幾個星期。33海灣戰(zhàn)爭中的專家系統(tǒng)在1991年的海灣危機中，美國軍隊使用專數字識別清華大學智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室采用神經元網絡方法研制的數字識別系統(tǒng)，用于2000年我國人口普查。對普查數據進行自動識別，錯誤率達到了萬分之一以下的高水平。34數字識別清華大學智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室采用神經元網絡方古籍數字化——《四庫全書》35古籍數字化——《四庫全書》35IBM的“深藍” 北京時間1997年5月12日凌晨4點50分，美國紐約公平大廈，當IBM公司的“深藍”超級電腦將棋盤上的一個兵走到C4的位置上時，國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫對“深藍”的人機大戰(zhàn)落下帷幕，“深藍”以3.5：2.5的總比分戰(zhàn)勝卡斯帕羅夫。36IBM的“深藍” 北京時間1997年5月12日凌晨4點正在與深藍下棋的卡斯帕羅夫37正在與深藍下棋的卡斯帕羅夫37IBM的“深藍”（續(xù)1）96年2月第一次比賽結果： “深藍”：勝、負、平、平、負、負97年5月第二次比賽結果： “深藍”：負、勝、平、平、平、勝38IBM的“深藍”（續(xù)1）96年2月第一次比賽結果：38IBM的“深藍”（續(xù)2）“深藍”的技術指標：32個CPU每個CPU有16個協(xié)處理器每個CPU有256M內存每個CPU的處理速度為200萬步/秒39IBM的“深藍”（續(xù)2）“深藍”的技術指標：39浪潮杯中國象棋人機大戰(zhàn)2006年8月9日，經過了三個小時的激烈搏戰(zhàn)，浪潮天梭擊敗大師聯(lián)盟。柳大華等五位中國象棋大師組成的大師隊，在十局比賽中，2勝5平3負，最終以9：11的總比分最終負于浪潮天梭。2006年8月15日，中國象棋第一人許銀川與天梭大戰(zhàn)兩個回合，不分勝負（兩盤均和棋）40浪潮杯中國象棋人機大戰(zhàn)2006年8月9日，經過了三個小時的激許銀川與天梭握手言和41許銀川與天梭握手言和41“（國際象棋）人機之戰(zhàn)”簡史1958年，IBM704成為第一臺能同人下棋的計算機，名為“思考”，思考速度每秒200步60年代中期，科學家德里夫斯斷言，計算機將無法擊敗一位年僅10歲的棋手1973年，國際象棋軟件4.0被開發(fā)出來，這是未來程序的基礎1979年，國際象棋軟件4.9達到專家級水平1981年，CRAYBLITZ新的超級計算機擁有特殊的集成電路，預言將可在1995年擊敗世界棋王42“（國際象棋）人機之戰(zhàn)”簡史1958年，IBM704成為第一1983年，BELLEAT＆T開發(fā)了國際象棋硬件，達到了大師水平80年代中期，皮茲堡的CARNEGIEMELLON大學開始研究世界級的國際象棋計算機程序1987年，“深思”首次以每秒鐘75萬步的思考速度露面，它的水平相當于擁有國際等級分為2450的棋手1988年，“深思”擊敗丹麥特級大師拉爾森1989年，“深思”已經有6臺信息處理器，每秒思考速度達200萬步，但在與世界棋王卡斯帕羅夫進行的“人機大戰(zhàn)”中對陣以0比2敗北431983年，BELLEAT＆T開發(fā)了國際象棋硬件，達到了大師1990年，“深思”第二代產生，使用IBM的硬件，吸引了前世界棋王卡爾波夫與之對抗1991年，“弗里茨”問世1993年，“深思”二代擊敗了丹麥國家隊，在與世界優(yōu)秀女棋手小波爾加的對抗中獲勝1995年，“深藍”更新程序，新的集成電路將其思考速度達到每秒300萬步1996年，“深藍”在與卡斯帕羅夫的挑戰(zhàn)賽中，以2比4不敵卡斯帕羅夫1997年，“超級深藍”開發(fā)出了更加高級的“大腦”，4名國際大師參與IBM的挑戰(zhàn)小組為電腦與卡斯帕羅夫重戰(zhàn)出謀劃策，最后“超級深藍”以3比2擊敗了卡斯帕羅夫，卡斯帕羅夫要求重賽，但沒有得到回應441990年，“深思”第二代產生，使用IBM的硬件，吸引了前世1999年，“弗里茨”升級為“更弗里茨”(DeepFritz)2001年，“更弗里茨”更新了程序，擊敗了卡斯帕羅夫和阿南德，以及除了克拉姆尼克之外的所有排名世界前十位的棋手2002年10月，“更弗里茨”與克拉姆尼克在巴林進行“人機大戰(zhàn)”，思考速度為每秒600萬步，雙方4比4戰(zhàn)平2003年1～2月“更年少者”與卡斯帕羅夫舉行人機對抗，雙方3比3戰(zhàn)平451999年，“弗里茨”升級為“更弗里茨”(DeepFrit思考題2：象棋與圍棋為什么已經有了可以戰(zhàn)勝國際大師的象棋（國際象棋、中國象棋）程序，而圍棋的程序水平卻比較低呢？力量投入問題？計算機發(fā)展水平問題？棋本身的復雜性問題？其他別的問題？46思考題2：象棋與圍棋為什么已經有了可以戰(zhàn)勝國際大師的象棋（國智能汽車智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室研制的智能汽車47智能汽車智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室研制的智能汽車47在高速公路上，該汽車可以自動識別道路，自動躲避障礙物在最近的實驗中，平均速度為100公里，最高速度達到了150公里，達到了世界先進水平。48在高速公路上，該汽車可以自動識別道路，自動躲避障礙物48空中機器人——無人飛機智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室研制的小型無人飛機49空中機器人——無人飛機智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室研制的小型足球機器人兩個組織：RoboCup和FIRA設有仿真組、小型組、中型組和有腿組控制方式：FIRA采用集中控制，而RoboCup采用分布式控制清華大學獲得2001、2002年RoboCup世界冠軍、2003年亞軍（仿真組）2006年，中國科大獲得2D組冠軍和3D組亞軍2007年，中國科大獲得3D組冠軍，清華大學獲得救援智能體季軍2008年RoboCup在蘇州舉行，中國獲得8個冠軍50足球機器人兩個組織：RoboCup和FIRA50小型組有腿組51小型組歷史上的人工智能大師下面介紹圖靈和幾位獲得圖靈獎的人工智能大師52歷史上的人工智能大師下面介紹圖靈和幾位獲得圖靈獎的人工智能大阿倫?圖靈

（AlanTuring） 計算機科學理論的創(chuàng)始人53阿倫?圖靈

（AlanTuring） 計算機科學理論的創(chuàng)始阿倫?圖靈（AlanTuring）1912年出生于英國倫敦，1954年去世1936年發(fā)表論文“論可計算數及其在判定問題中的應用”，提出圖靈機理論1950年發(fā)表論文“計算機與智能”，闡述了計算機可以具有智能的想法，提出圖靈測試1966年為紀念圖靈的杰出貢獻，ACM設立圖靈獎54阿倫?圖靈（AlanTuring）1912年出生于英國倫敦馬文?明斯基

（MarnivLeeMinsky） 人工智能之父 框架理論的創(chuàng)立者 首位獲得圖靈獎的人工智能學者55馬文?明斯基

（MarnivLeeMinsky） 人工馬文?明斯基

（MarnivLeeMinsky）1927年出生于美國紐約1951年提出思維如何萌發(fā)并形成的基本理論1956年達特茅斯會議的發(fā)起人之一1958年在MIT創(chuàng)建世界上第一個AI實驗室1969年獲得圖靈獎1975年首創(chuàng)框架理論56馬文?明斯基

（MarnivLeeMinsky）1927約翰?麥卡錫

（JohnMcCarthy）人工智能之父LISP語言的發(fā)明人首次提出AI的概念57約翰?麥卡錫

（JohnMcCarthy）人工智能之父57約翰?麥卡錫

（JohnMcCarthy）1927年出生于美國波士頓1956年發(fā)起達特茅斯會議，并提出“人工智能”的概念1958年與明斯基一起創(chuàng)建世界上第一個人工智能實驗室發(fā)明α－β剪枝算法1959年開發(fā)LISP語言開創(chuàng)邏輯程序研究，用于程序驗證和自動程序設計1971年獲得圖靈獎58約翰?麥卡錫

（JohnMcCarthy）1927年出生于赫伯特?西蒙

（HerbertA.Simon）符號主義學派的創(chuàng)始人愛好廣泛的全能科學家中國科學院外籍院士59赫伯特?西蒙

（HerbertA.Simon）符號主義學赫伯特?西蒙(HerbertA.Simon）1916年出生于美國的威斯康辛州1943年在匹茲堡大學獲政治學博士學位1969年因心理學方面的貢獻獲得杰出科學貢獻獎1975年和他的學生艾倫?紐厄爾共同獲得圖靈獎1978年獲得諾貝爾經濟學獎1986年因行為學方面的成就獲得美國全國科學家獎章60赫伯特?西蒙(HerbertA.Simon）1916年出50年代至60年代初開發(fā)了世界上最早的啟發(fā)式程序“邏輯理論家”LT，證明了《數學原理》第二章中的全部52個定理，開創(chuàng)了機器定理證明這一新的學科領域57年開發(fā)了IPL(InformationProcessingLanguage)語言，是最早的AI語言。60年開發(fā)了“通用問題求解系統(tǒng)”GPS66年開發(fā)了最早的下棋程序之一MATER70年發(fā)展與完善了語義網絡的概念和方法70年代提出了“物理符號系統(tǒng)假說”70年代提出決策過程模型，成為DSS的核心內容6150年代至60年代初開發(fā)了世界上最早的啟發(fā)式程序“邏輯理論家艾倫?紐厄爾（AllenNewell）符號主義學派的創(chuàng)始人之一西蒙的學生與同事1975年與西蒙同獲圖靈獎62艾倫?紐厄爾（AllenNewell）符號主義學派的創(chuàng)始人查理德?卡普

（RichardM.Karp） 發(fā)明“分枝界限法”的三棲學者63查理德?卡普

（RichardM.Karp） 發(fā)明“分枝查理德?卡普（RichardM.Karp）1935年出生于美國波士頓是加州大學伯克利分校三個系的教授：電氣工程和計算機系數學系工業(yè)工程和運籌學系60年代提出“分枝界限法”，成功求解含有65個城市的旅行商問題，創(chuàng)當時的記錄1985年獲得圖靈獎64查理德?卡普（RichardM.Karp）1935年出生愛德華?費根鮑姆

（EdwardA.Feigenbaum） 知識工程的提出者 大型人工智能系統(tǒng)的開拓者65愛德華?費根鮑姆

（EdwardA.Feigenbaum愛德華?費根鮑姆

（EdwardA.Feigenbaum）1936年出生于美國的新澤西州通過實驗和研究，證明了實現(xiàn)智能行為的主要手段是知識1977年提出知識工程，使人工智能從理論轉向應用名言：知識蘊藏著力量1994年和勞伊?雷迪共同獲得圖靈獎66愛德華?費根鮑姆

（EdwardA.Feigenbaum1963年主編了《計算機與思想》一書，被認為是世界上第一本有關人工智能的經典性專著1965年開發(fā)出世界上第一個專家系統(tǒng)開發(fā)出著名的專家系統(tǒng)MYCIN80年代合著了四卷本的《人工智能手冊》開設Teknowledge和IntelliGenetics兩個公司，是世界上第一家以開發(fā)和將專家系統(tǒng)商品化的公司671963年主編了《計算機與思想》一書，被認為是世界上第一本有勞伊?雷迪

（RajReddy） 大型人工智能系統(tǒng)的開拓者68勞伊?雷迪

（RajReddy） 大型人工智能系統(tǒng)的開拓者勞伊?雷迪（RajReddy）37年出生于印度，66年在美國獲得博士1994年與費根鮑姆共同獲得圖靈獎主持過一系列大型AI系統(tǒng)的開發(fā)Navlab能在道路行駛的自動車輛項目LISTEN用于掃盲的語音識別系統(tǒng)以詩人但丁命名的火山探測機器人項目自動機工廠項目，提出“白領機器人學”69勞伊?雷迪（RajReddy）37年出生于印度，66年在美道格拉斯?恩格爾巴特

（DouglasEngelbart）鼠標的發(fā)明人超文本研究的先驅70道格拉斯?恩格爾巴特

（DouglasEngelbart）道格拉斯?恩格爾巴特

（DouglasEngelbart）1925年出生于美國俄勒岡州60年代提出計算機是人類智力的放大器的觀點1964年發(fā)明鼠標，67年申請專利，70年取得專利對超文本技術作出了巨大貢獻，以他的名字命名ACM超文本會議最佳論文獎71道格拉斯?恩格爾巴特

（DouglasEngelbart）姚期智(AndrewYao)

2000年圖靈獎獲得者第一位華裔獲獎者美國科學院院士中國科學院院士清華大學教授72姚期智(AndrewYao)2000年圖靈獎獲得者7姚期智(AndrewYao)1965年獲得哈佛大學物理學博士1972年獲得伊里諾斯大學計算機科學博士畢業(yè)以后一直在麻省理工學院、斯坦福、伯克利等著名大學任教1986年到普林斯頓大學1998年當選為美國國家科學院院士2003年當選為中國科學院外籍院士2002年受聘為清華大學講席教授2004年正式受聘于清華大學教授73姚期智(AndrewYao)1965年獲得哈佛大學物評獎委員會的評價姚博士獲獎是對他為計算理論的重大貢獻的表彰，他作出貢獻的領域包括基于復雜性的偽隨機數發(fā)生理論、密碼學和通信復雜性。安德魯姚促進了計算理論的形成。他在包括計算幾何、深度不變的布爾線路復雜性、數據結構分析以及量子通信等許多領域確立了新的方法的理論和有效的技術。他開創(chuàng)了通信復雜性領域，揭示了分布計算通信開銷的實質。74評獎委員會的評價姚博士獲獎是對他為計算理論的重大貢獻的表彰，本課主要學習的內容產生式系統(tǒng)搜索技術盲目搜索方法啟發(fā)式搜索方法與/或圖搜索方法博弈樹搜索方法約束滿足問題高級搜索局部搜索算法模擬退火算法遺傳算法AI中的謂詞演算及應用人工智能的其他技術75本課主要學習的內容產生式系統(tǒng)75本課與其他課程的關系

——人工智能相關的系列課程人工智能導論程序設計離散數學機器學習模式識別信息檢索人工智能原理計算語言學知識工程信息檢索前沿研究計算智能及機器人學76本課與其他課程的關系

——人工智能相關的系列課程人工智能導論考核方法以期末考試為主（50％or80％）平時作業(yè)（20％）大作業(yè)（少部分同學）（30％）77考核方法以期末考試為主（50％or80％）77參考書目林堯瑞，馬少平，人工智能導論，清華大學出版社馬少平，朱小燕，人工智能，清華大學出版社StuartRussell,PeterNorvig著，姜哲等譯，人工智能，人民郵電出版社出版陸汝鈐，人工智能（上下），科學出版社NilsJ.Nilsson，人工智能，機械工業(yè)出版社蔡自興，徐光佑，人工智能及其應用，清華大學出版社史忠植，高級人工智能，科學出版社羅杰?彭羅思，皇帝新腦，湖南科學技術出版社休伯特?德雷福斯，計算機不能做什么，三聯(lián)書店出版社78參考書目林堯瑞，馬少平，人工智能導論，清華大學出版社78歡迎大家學習

《人工智能導論》清華大學計算機系馬少平79歡迎大家學習

《人工智能導論》1自我介紹姓名：馬少平單位：智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室電話：62783191辦公室：FIT樓1-506E-mail：msp@網上課堂：80自我介紹姓名：馬少平2緒論很早人類就有制造機器人的幻想黃帝的“指南車”諸葛亮的“木牛流馬”亞里士多德的形式邏輯布萊尼茨的關于數理邏輯的思想“機器人”一詞的來源81緒論很早人類就有制造機器人的幻想3現(xiàn)代人工智能的興起現(xiàn)代人工智能（ArtificialIntelligence，簡稱AI），一般認為起源于美國1956年的一次夏季討論（達特茅斯會議），在這次會議上，第一次提出了“ArtificialIntelligence”這個詞。82現(xiàn)代人工智能的興起現(xiàn)代人工智能（ArtificialInt什么是人工智能？至今沒有統(tǒng)一的定義從“計算”到“算計”83什么是人工智能？至今沒有統(tǒng)一的定義5像人一樣思考的系統(tǒng)理性地思考的系統(tǒng)“要使計算機能夠思考..….意思就是：有頭腦的機器”（Haugeland,1985）“與人類的思維相關的活動，諸如決策、問題求解、學習等活動”（Bellman,1978）“通過利用計算模型來進行心智能力的研究”（Chamiak和McDermott,1985）“對使得知覺、推理和行為成為可能的計算的研究”（Winston,1992）像人一樣行動的系統(tǒng)理性地行動的系統(tǒng)“一種技藝，創(chuàng)造機器來執(zhí)行人需要智能才能完成的功能”（Kurzweil,1990）“研究如何讓計算機能夠做到那些目前人比計算機做得更好的事情”（Rich和Knight,1991）“計算智能是對設計智能化智能體的研究”（Poole等，1998）“AI..….關心的是人工制品中的智能行為”（Nilsson,1998）84像人一樣思考的系統(tǒng)理性地思考的系統(tǒng)“要使計算機能夠思考..…圖靈測試如何知道一個系統(tǒng)是否具有智能呢？1950年，計算機科學家圖靈提出了著名的“圖靈測試”。85圖靈測試如何知道一個系統(tǒng)是否具有智能呢？7圖靈測試的反應用MSN的一個注冊界面為什么出現(xiàn)這樣的內容？86圖靈測試的反應用MSN的一個注冊界面為什么出現(xiàn)這樣的內容？希爾勒的中文屋子羅杰?施安克的故事理解程序（舉例）機器是否真的理解了呢？希爾勒的中文屋子問題：通過了圖靈測試就具有了智能嗎？思考題：如何理解希爾勒的中文屋子？87希爾勒的中文屋子羅杰?施安克的故事理解程序（舉例）9故事理解程序舉例“一個人進入餐館并訂了一份漢堡包。當漢堡包端來時發(fā)現(xiàn)被烘脆了，此人暴怒地離開餐館，沒有付帳或留下小費?！薄耙粋€人進入餐館并訂了一份漢堡包。當漢堡包端來后他非常喜歡它，而且在離開餐館付帳之前，給了女服務員很多小費。”作為對“理解”故事的檢驗，可以向計算機詢問，在每一種情況下，此人是否吃了漢堡包。返回88故事理解程序舉例“一個人進入餐館并訂了一份漢堡包。當漢堡包端AI的本質問題 研究如何制造出人造的智能機器或系統(tǒng)，來模擬人類智能活動的能力，以延伸人們智能的科學。89AI的本質問題 研究如何制造出人造的智能機器或系統(tǒng)，來模擬人AI的歷史回顧第一階段（40年代中～50年代末）神經元網絡時代 雙層網絡 M-P模型、感知器模型等 問題：XOR問題不能解決90AI的歷史回顧第一階段（40年代中～50年代末）AI的歷史回顧（續(xù)1）XOR問題（異或問題）輸入1輸入2輸出000011101110(0,0)(1,1)(0,1)(1,0)91AI的歷史回顧（續(xù)1）XOR問題（異或問題）輸入1輸入2輸出AI的歷史回顧（續(xù)2）Minsky的著作：《Perceptions》（感知器）從理論上證明了二層神經元網絡不可能解決XOR問題如果要求解XOR問題，神經元網絡必須是3層或3層以上的結構對于3層或3層以上的神經元網絡，難于找到一個通用的學習算法92AI的歷史回顧（續(xù)2）Minsky的著作：《PerceptiAI的歷史回顧（續(xù)3）第二階段（50年代中～60年代中）通用方法時代物理符號系統(tǒng)主要研究的問題：GPS、游戲、翻譯等對問題的難度估計不足，陷入困境93AI的歷史回顧（續(xù)3）第二階段（50年代中～60年代中）AI的歷史回顧（續(xù)4）一個笑話（英俄翻譯）： Thespiritiswillingbutthefleshisweek. （心有余而力不足） Thevodkaisstrongbutmeatisrotten. （伏特加酒雖然很濃，但肉是腐爛的）94AI的歷史回顧（續(xù)4）一個笑話（英俄翻譯）：16AI的歷史回顧（續(xù)5）出現(xiàn)這樣的錯誤的原因： Spirit： 1）精神 2）烈性酒結論： 必須理解才能翻譯，而理解需要知識95AI的歷史回顧（續(xù)5）出現(xiàn)這樣的錯誤的原因：17AI的歷史回顧（續(xù)6）知識就是力量——培根知識蘊涵著力量——費根鮑姆96AI的歷史回顧（續(xù)6）知識就是力量——培根18AI的歷史回顧（續(xù)7）第三階段（60年代中～80年代初）知識工程時代專家系統(tǒng)知識工程知識工程席卷全球各國發(fā)展計劃：美國星球大戰(zhàn)計劃英國ALVEY計劃法國UNIKA計劃日本五代機計劃中國“863”計劃97AI的歷史回顧（續(xù)7）第三階段（60年代中～80年代初）AI的歷史回顧（續(xù)8）遇到的困難：知識獲取的瓶頸問題98AI的歷史回顧（續(xù)8）遇到的困難：20AI的歷史回顧（續(xù)9）第四階段（80年代中～90年代初）新的神經元網絡時代BP網（算法），解決了多層網的學習問題Hopfield網，成功求解了旅行商問題存在問題：理論依據解決大規(guī)模問題的能力99AI的歷史回顧（續(xù)9）第四階段（80年代中～90年代初）AI的歷史回顧（續(xù)10）第五階段（90年代初～現(xiàn)在）海量信息處理與網絡時代網絡給AI帶來無限的機會知識發(fā)現(xiàn)與數據挖掘網絡信息檢索與挖掘AI走向實用化100AI的歷史回顧（續(xù)10）第五階段（90年代初～現(xiàn)在）AI的研究內容搜索技術知識表示規(guī)劃方法機器學習認知科學101AI的研究內容搜索技術23AI的研究內容（續(xù)1）自然語言理解與機器翻譯專家系統(tǒng)與知識工程定理證明博弈機器人數據挖掘與知識發(fā)現(xiàn)102AI的研究內容（續(xù)1）自然語言理解與機器翻譯24AI的研究內容（續(xù)2）網絡信息檢索與挖掘多Agent系統(tǒng)復雜系統(tǒng)足球機器人人機交互技術103AI的研究內容（續(xù)2）網絡信息檢索與挖掘25人工智能取得的一些成果五十年來，人工智能的研究雖然步履艱難，但也取得了一些很突出的成績。下面列舉一些實例。104人工智能取得的一些成果五十年來，人工智能的研究雖然步履艱難，定理證明50年代中期，世界上最早的啟發(fā)式程序“邏輯理論家”，證明了數學名著《數學原理》中的38個定理。經改進后，62年證明了該書中全部的52個定理。被認為是用計算機探討人類智力活動的第一個真正的成果。105定理證明50年代中期，世界上最早的啟發(fā)式程序“邏輯理論家”，四色定理的證明四色定理從1852年發(fā)現(xiàn)四色問題，世界上很多著名的科學家試圖證明，當一直未能完成。1976年6月，哈肯在美國伊利諾斯大學的兩臺不同的電子計算機上，用了1200個小時，作了100億次判斷，終于完成了四色定理的證明，從而解決了一個歷時100多年的問題，轟動了世界。106四色定理的證明四色定理28定理證明的“吳方法”2000年我國最高科學技術獎獲得者吳文俊教授，提出了“數學機器化”。1977年，吳文俊關于平面幾何定理的機械化證明首次取得成功。創(chuàng)立了定理機器證明的“吳方法”。107定理證明的“吳方法”2000年我國最高科學技術獎獲得者吳文俊通用問題求解器（GPS）從1957年開始，Newell等人開始研究一種不依賴于具體領域的通用解題程序，這個程序的設計是從模仿人類問題求解的規(guī)程開始的。在它能處理的有限類別的問題中，它顯示出程序決定的子目標及可能采取的行動的次序，與人類求解同樣問題是類似的。因此，GPS很可能是第一個實現(xiàn)了“像人一樣思考”方法的程序。108通用問題求解器（GPS）從1957年開始，Newell等人開專家系統(tǒng)人類之所以能求解問題，是因為人類具有知識。專家系統(tǒng)就是把有關領域專家的知識整理出來，讓計算機利用這些知識求解專門領域的問題。1968年世界上第一個專家系統(tǒng)DENDRAL問世。MYCIN，一個著名的醫(yī)療診斷專家系統(tǒng)109專家系統(tǒng)人類之所以能求解問題，是因為人類具有知識。31第一個商用專家系統(tǒng)：R1世界上第一個成功的商用專家系統(tǒng)，1982年開始正式在DEC公司使用。該程序幫助為新計算機系統(tǒng)配置訂單；到1986年為止，估計它為公司每年節(jié)省了4千萬美元。110第一個商用專家系統(tǒng)：R1世界上第一個成功的商用專家系統(tǒng)，19海灣戰(zhàn)爭中的專家系統(tǒng)在1991年的海灣危機中，美國軍隊使用專家系統(tǒng)用于自動的后勤規(guī)劃和運輸日程安排。這項工作同時涉及到50000個車輛、貨物和人，而且必須考慮到起點、目的地、路徑以及解決所有參數之間的沖突。AI規(guī)劃技術使得一個計劃可以在幾小時內產生，而用舊的方法需要花費幾個星期。111海灣戰(zhàn)爭中的專家系統(tǒng)在1991年的海灣危機中，美國軍隊使用專數字識別清華大學智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室采用神經元網絡方法研制的數字識別系統(tǒng)，用于2000年我國人口普查。對普查數據進行自動識別，錯誤率達到了萬分之一以下的高水平。112數字識別清華大學智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室采用神經元網絡方古籍數字化——《四庫全書》113古籍數字化——《四庫全書》35IBM的“深藍” 北京時間1997年5月12日凌晨4點50分，美國紐約公平大廈，當IBM公司的“深藍”超級電腦將棋盤上的一個兵走到C4的位置上時，國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫對“深藍”的人機大戰(zhàn)落下帷幕，“深藍”以3.5：2.5的總比分戰(zhàn)勝卡斯帕羅夫。114IBM的“深藍” 北京時間1997年5月12日凌晨4點正在與深藍下棋的卡斯帕羅夫115正在與深藍下棋的卡斯帕羅夫37IBM的“深藍”（續(xù)1）96年2月第一次比賽結果： “深藍”：勝、負、平、平、負、負97年5月第二次比賽結果： “深藍”：負、勝、平、平、平、勝116IBM的“深藍”（續(xù)1）96年2月第一次比賽結果：38IBM的“深藍”（續(xù)2）“深藍”的技術指標：32個CPU每個CPU有16個協(xié)處理器每個CPU有256M內存每個CPU的處理速度為200萬步/秒117IBM的“深藍”（續(xù)2）“深藍”的技術指標：39浪潮杯中國象棋人機大戰(zhàn)2006年8月9日，經過了三個小時的激烈搏戰(zhàn)，浪潮天梭擊敗大師聯(lián)盟。柳大華等五位中國象棋大師組成的大師隊，在十局比賽中，2勝5平3負，最終以9：11的總比分最終負于浪潮天梭。2006年8月15日，中國象棋第一人許銀川與天梭大戰(zhàn)兩個回合，不分勝負（兩盤均和棋）118浪潮杯中國象棋人機大戰(zhàn)2006年8月9日，經過了三個小時的激許銀川與天梭握手言和119許銀川與天梭握手言和41“（國際象棋）人機之戰(zhàn)”簡史1958年，IBM704成為第一臺能同人下棋的計算機，名為“思考”，思考速度每秒200步60年代中期，科學家德里夫斯斷言，計算機將無法擊敗一位年僅10歲的棋手1973年，國際象棋軟件4.0被開發(fā)出來，這是未來程序的基礎1979年，國際象棋軟件4.9達到專家級水平1981年，CRAYBLITZ新的超級計算機擁有特殊的集成電路，預言將可在1995年擊敗世界棋王120“（國際象棋）人機之戰(zhàn)”簡史1958年，IBM704成為第一1983年，BELLEAT＆T開發(fā)了國際象棋硬件，達到了大師水平80年代中期，皮茲堡的CARNEGIEMELLON大學開始研究世界級的國際象棋計算機程序1987年，“深思”首次以每秒鐘75萬步的思考速度露面，它的水平相當于擁有國際等級分為2450的棋手1988年，“深思”擊敗丹麥特級大師拉爾森1989年，“深思”已經有6臺信息處理器，每秒思考速度達200萬步，但在與世界棋王卡斯帕羅夫進行的“人機大戰(zhàn)”中對陣以0比2敗北1211983年，BELLEAT＆T開發(fā)了國際象棋硬件，達到了大師1990年，“深思”第二代產生，使用IBM的硬件，吸引了前世界棋王卡爾波夫與之對抗1991年，“弗里茨”問世1993年，“深思”二代擊敗了丹麥國家隊，在與世界優(yōu)秀女棋手小波爾加的對抗中獲勝1995年，“深藍”更新程序，新的集成電路將其思考速度達到每秒300萬步1996年，“深藍”在與卡斯帕羅夫的挑戰(zhàn)賽中，以2比4不敵卡斯帕羅夫1997年，“超級深藍”開發(fā)出了更加高級的“大腦”，4名國際大師參與IBM的挑戰(zhàn)小組為電腦與卡斯帕羅夫重戰(zhàn)出謀劃策，最后“超級深藍”以3比2擊敗了卡斯帕羅夫，卡斯帕羅夫要求重賽，但沒有得到回應1221990年，“深思”第二代產生，使用IBM的硬件，吸引了前世1999年，“弗里茨”升級為“更弗里茨”(DeepFritz)2001年，“更弗里茨”更新了程序，擊敗了卡斯帕羅夫和阿南德，以及除了克拉姆尼克之外的所有排名世界前十位的棋手2002年10月，“更弗里茨”與克拉姆尼克在巴林進行“人機大戰(zhàn)”，思考速度為每秒600萬步，雙方4比4戰(zhàn)平2003年1～2月“更年少者”與卡斯帕羅夫舉行人機對抗，雙方3比3戰(zhàn)平1231999年，“弗里茨”升級為“更弗里茨”(DeepFrit思考題2：象棋與圍棋為什么已經有了可以戰(zhàn)勝國際大師的象棋（國際象棋、中國象棋）程序，而圍棋的程序水平卻比較低呢？力量投入問題？計算機發(fā)展水平問題？棋本身的復雜性問題？其他別的問題？124思考題2：象棋與圍棋為什么已經有了可以戰(zhàn)勝國際大師的象棋（國智能汽車智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室研制的智能汽車125智能汽車智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室研制的智能汽車47在高速公路上，該汽車可以自動識別道路，自動躲避障礙物在最近的實驗中，平均速度為100公里，最高速度達到了150公里，達到了世界先進水平。126在高速公路上，該汽車可以自動識別道路，自動躲避障礙物48空中機器人——無人飛機智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室研制的小型無人飛機127空中機器人——無人飛機智能技術與系統(tǒng)國家重點實驗室研制的小型足球機器人兩個組織：RoboCup和FIRA設有仿真組、小型組、中型組和有腿組控制方式：FIRA采用集中控制，而RoboCup采用分布式控制清華大學獲得2001、2002年RoboCup世界冠軍、2003年亞軍（仿真組）2006年，中國科大獲得2D組冠軍和3D組亞軍2007年，中國科大獲得3D組冠軍，清華大學獲得救援智能體季軍2008年RoboCup在蘇州舉行，中國獲得8個冠軍128足球機器人兩個組織：RoboCup和FIRA50小型組有腿組129小型組歷史上的人工智能大師下面介紹圖靈和幾位獲得圖靈獎的人工智能大師130歷史上的人工智能大師下面介紹圖靈和幾位獲得圖靈獎的人工智能大阿倫?圖靈

（AlanTuring） 計算機科學理論的創(chuàng)始人131阿倫?圖靈

（AlanTuring） 計算機科學理論的創(chuàng)始阿倫?圖靈（AlanTuring）1912年出生于英國倫敦，1954年去世1936年發(fā)表論文“論可計算數及其在判定問題中的應用”，提出圖靈機理論1950年發(fā)表論文“計算機與智能”，闡述了計算機可以具有智能的想法，提出圖靈測試1966年為紀念圖靈的杰出貢獻，ACM設立圖靈獎132阿倫?圖靈（AlanTuring）1912年出生于英國倫敦馬文?明斯基

（MarnivLeeMinsky） 人工智能之父 框架理論的創(chuàng)立者 首位獲得圖靈獎的人工智能學者133馬文?明斯基

（MarnivLeeMinsky） 人工馬文?明斯基

（MarnivLeeMinsky）1927年出生于美國紐約1951年提出思維如何萌發(fā)并形成的基本理論1956年達特茅斯會議的發(fā)起人之一1958年在MIT創(chuàng)建世界上第一個AI實驗室1969年獲得圖靈獎1975年首創(chuàng)框架理論134馬文?明斯基

（MarnivLeeMinsky）1927約翰?麥卡錫

（JohnMcCarthy）人工智能之父LISP語言的發(fā)明人首次提出AI的概念135約翰?麥卡錫

（JohnMcCarthy）人工智能之父57約翰?麥卡錫

（JohnMcCarthy）1927年出生于美國波士頓1956年發(fā)起達特茅斯會議，并提出“人工智能”的概念1958年與明斯基一起創(chuàng)建世界上第一個人工智能實驗室發(fā)明α－β剪枝算法1959年開發(fā)LISP語言開創(chuàng)邏輯程序研究，用于程序驗證和自動程序設計1971年獲得圖靈獎136約翰?麥卡錫

（JohnMcCarthy）1927年出生于赫伯特?西蒙

（HerbertA.Simon）符號主義學派的創(chuàng)始人愛好廣泛的全能科學家中國科學院外籍院士137赫伯特?西蒙

（HerbertA.Simon）符號主義學赫伯特?西蒙(HerbertA.Simon）1916年出生于美國的威斯康辛州1943年在匹茲堡大學獲政治學博士學位1969年因心理學方面的貢獻獲得杰出科學貢獻獎1975年和他的學生艾倫?紐厄爾共同獲得圖靈獎1978年獲得諾貝爾經濟學獎1986年因行為學方面的成就獲得美國全國科學家獎章138赫伯特?西蒙(HerbertA.Simon）1916年出50年代至60年代初開發(fā)了世界上最早的啟發(fā)式程序“邏輯理論家”LT，證明了《數學原理》第二章中的全部52個定理，開創(chuàng)了機器定理證明這一新的學科領域57年開發(fā)了IPL(InformationProcessingLanguage)語言，是最早的AI語言。60年開發(fā)了“通用問題求解系統(tǒng)”GPS66年開發(fā)了最早的下棋程序之一MATER70年發(fā)展與完善了語義網絡的概念和方法70年代提出了“物理符號系統(tǒng)假說”70年代提出決策過程模型，成為DSS的核心內容13950年代至60年代初開發(fā)了世界上最早的啟發(fā)式程序“邏輯理論家艾倫?紐厄爾（AllenNewell）符號主義學派的創(chuàng)始人之一西蒙的學生與同事1975年與西蒙同獲圖靈獎140艾倫?紐厄爾（AllenNewell）符號主義學派的創(chuàng)始人查理德?卡普

（RichardM.Karp） 發(fā)明“分枝界限法”的三棲學者141查理德?卡普

（RichardM.Karp） 發(fā)明“分枝查理德?卡普（RichardM.Karp）1935年出生于美國波士頓是加州大學伯克利分校三個系的教授：電氣工程和計算機系數學系工業(yè)工程和運籌學系60年代提出“分枝界限法”，成功求解含有65個城市的旅行商問題，創(chuàng)當時的記錄1985年