人工智能課件緒論

華南理工大學研究生《人工智能》課件陳瓊Email:csqchenSchoolofComputerScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,P.R.China2008.9

第一章人工智能概述

(Chapter1OverviewofAI)1Outline主要參考書目AI的基礎及萌芽AI的創(chuàng)立及發(fā)展AI的主要研究范圍AI在中國AI的最新動態(tài)AI領域的著名期刊及會議21.1主要參考書目蔡自興，徐光佑.人工智能及其應用(第三版）).北京：清華大學出版社，2004.【考博用書】TomM.Mitchell.MachineLearning.ChinaMachinePress,2003.3主要參考書目（續(xù)1）StuartRussell,PeterNorvig.“ArtificialIntelligence:AModernApproach”.PearsonEducation,2002.[重點推薦]AI領域集大成的杰作中譯本：《人工智能—一種現代方法(第二版)》，姜哲等譯,人民郵電出版社,2004上有很好的課件41.2.1AI的基礎

哲學（428B.C.－現在）

意識、思維的理性部分的形式化……數學（800－現在）

邏輯、計算、概率……經濟學（1776－現在）

決策、博弈、運籌學……神經科學（1861－現在）

簡單細胞的集合能夠導致思維、意識和行動1.2AI的基礎和萌芽5心理學（1879－現在）認知心理學：大腦當作信息處理裝置

實驗心理學：1879年Wundt在萊比錫大學首創(chuàng)

控制論（1948－現在）：1948年Viener語言學(1957－現在)：Shinner，喬姆斯基理論AI的基礎（續(xù)1）6計算機工程（1940－現在）電動機械式計算機HeathRobinson：1940年圖靈研究組，用于破譯德軍情報真空電子管通用機器Colossus：1943年圖靈研究組可編程計算機Z-3：1941年德國的KonradZuseAI的基礎（續(xù)2）71.2.2AI的萌芽Aristotle(亞里士多德)（公元前384－322）古希臘偉大的哲學家、思想家，Plato（柏拉圖）的學生代表作《工具論》對AI的主要貢獻：為形式邏輯奠定了基礎，而形式邏輯是一切推理活動的最基本的出發(fā)點。8AI的萌芽（續(xù)1）Aristotle對AI的主要貢獻(續(xù))

“三段論”“演繹法”“模態(tài)邏輯”……【說明】：古希臘文化是人類民主、科學的啟蒙，對整個人類做出了十分巨大的貢獻！【名言】：“吾愛吾師，吾更愛真理！”9AI的萌芽（續(xù)2）Bacon（培根）（1561－1626）英國哲學家、自然科學家著名口號：“知識就是力量”代表作：《新工具》對AI的主要貢獻：系統(tǒng)地提出了“歸納法”，成為和Aristotle演繹法相輔相成的思維法則。20世紀70年代末，Stanford大學Feigenbaum提出專家系統(tǒng)時，以Bacon的口號為重要依據?！?0AI的萌芽（（續(xù)3）Leibnitz(萊萊布尼茨)（1646－－1716））德國數學家、、哲學家對AI的主要要貢獻：關于于“數理邏輯”的思想，把把形式邏輯符號號化，從而能對人人的思維進行行運算和推理理。提出的計劃：：建立一種通用用的符號語言言，以及一種種在此基礎上上進行推理的的演算?！?1AI的萌芽（（續(xù)4）Godel(哥德爾)（1906－－1978））美籍奧地利數數理邏輯學家家對AI的主要要貢獻：研究究數理邏輯中中的一些根本本性問題，即即“形式系統(tǒng)的完完備性和可判判定性”。1930年證證明：一階謂詞演算算的完備性定定理。1931年證證明了兩條不完備性性定理：提出了把人的的思維形式化化和機械化的的某些極限，，在理論上證明明了有些事情情是做不到的的。……12AI的萌芽（（續(xù)5）Turing(圖靈)（1912－－1954））英國數數學家家1936年年提出出一種種理想想計算算機的的數學學模型型———“圖靈機機”。。對AI的主主要貢貢獻：：1950年年提出出著名名的““圖靈實實驗”。給出智能標標準的明確確定義義：把人和和計算算機分分處兩兩個不不同的的房間間，并并且互互相對對話，，如果果作為為人的的一方方不能能判斷斷對方方是人人還是是計算算機，，則那那臺計計算機機就達達到了了人的的智能能。……13AI的的萌芽芽（續(xù)續(xù)6））VonNeumann(馮.諾依依曼)1946年年研制制成功功世界界上第第一臺臺電子子計算算機““ENIAC”對AI的主主要貢貢獻：：為人工工智能能研究究奠定定了物物質基基礎…………McCulloch&Pitts1943年年建立立第一一個““神經網網絡數數學模模型”開創(chuàng)微觀AI——通通過過模擬擬人腦腦來實實現智智能14AI的的萌芽芽（續(xù)續(xù)7））Shannon(香農農)美國數數學家家1948年年創(chuàng)立立“信息論論”對AI的主主要貢貢獻：：信息息論認認為人的心心理活活動可可通過過信息息的形形式加加以研研究，并提提出了了描述述人的的心理理活動動的數數學模模型。。信息論論和心心理學學的結結合構構成了了當代代AI研究究的一一個重重要潮潮流———宏觀人人工智智能研研究……151.3.1AI的誕誕生1956年年夏天天Boston，，Dartmouth(達達特茅茅斯)學院院McCarthy（（美國國AI之父父）召召集與會人人員數學家家McCarthy、、信息學學家Shannon、心理學學家和神經生生理學學家Rochester,Moore,Solomonff，計算機機科學學家Simon,Newell,Samuel,Minsky,Selfridge。。（感慨：：個個個巨牛牛，仰仰慕呀呀?。?.3AI的的創(chuàng)立立和發(fā)發(fā)展16McCarthy在在此次次會議議上提提議正正式使使用：：ArtificialIntelligence（簡稱稱AI），標志著著“人人工智智能””作為為一門門獨立學學科正式誕誕生。。AI的的誕生生地：：Boston。上上圖為為橫穿穿波士士頓市市區(qū)的的CharlesRiver17WhatisAI?Systemsthatthinklikehumans.類人思考：認知模型方法Systemsthatthinkrationally.理性地思考：“思維法則”方法Systemsthatactlikehumans.類人行為：圖靈測試方法Systemsthatactrationally.理性地行動：理性Agent方法181.3.2AI曲折折的發(fā)發(fā)展歷歷程早期的的熱情情、巨巨大的的期望望（1952-1969）現實的的困境境（1966-1973）基于知知識的的系統(tǒng)統(tǒng)：力力量的的鑰匙匙？(1969––1979)AI成成為工工業(yè)(1980––現現在)神經網網絡的的回歸歸(1986––現現在在)AI成成為為科學學(1987––現現在)IntelligentAgent的出出現(1995––現現在)……191.早早期期的熱熱情，，巨大大的期期望(1952～～1969)自然語語言的的機器器翻譯譯。1953年年，美美國喬喬治大大學，，1954年IBM公司司在701計算算機上上做俄俄譯英英的公公開表表演。。此時時，前前蘇聯聯、中中國也也開展展機器器翻譯譯的研研究。。利用計計算機機證明明數學學定理理。1956年年，Newell和和Simon，，用程程序LogicTheorist證證明《《數學學原理理》第第二章章中的的38條定定理，，1963年證證明全全部52條條定理理。1956年年，Samuel研研制了了第一一個跳跳棋程程序，具有有學習習功能能，打打敗一一個州州冠軍軍。20AI研研究早早期的的熱情情（續(xù)續(xù)1））1956年年，Selfridge研制制第一一個字字符識識別程程序。。1959年年，又又提出出功能能更強強的模式識識別。1957年年，Newell，Shaw和和Simon研研究不不依賴賴具體領領域的的通用用解題題程序序GPS(GeneralProblemSolving））1965年年，Robinson提提出消消解法法（即即歸結結原理理），掀起起研究究計算算機定定理證證明的的又一一次高高潮。。21AI牛牛人Newell,Simon等早期所所吹的的“牛牛皮””不出10年年，計計算機機將成成為世界象象棋冠冠軍。不出10年年，計計算機機將發(fā)現和和證明明重要要的數數學定定理。不出10年年，計計算機機將能能譜寫具具有優(yōu)優(yōu)秀作作曲家家水平平的樂樂曲。不出10年年，大大多數數心理學學理論論將在在計算算機上上形成成。有人甚甚至斷斷言，，20世世紀80年年代將將全面面實現現AI，2000年年機器器智能能超過過人。。222.現現實實的困困境(1966～～1973)消解法法（歸歸結原原理））能力力有限限例如：：證明明兩個個連續(xù)續(xù)函數數之和和仍是是連續(xù)續(xù)函數數，推推了10萬萬步還還沒有有推出出來。。Sauel的下下棋程程序，，1965年，，世界冠冠軍Helmann獲得得四連連勝。機器翻翻譯鬧鬧出不不少笑笑話(舉例例見下下頁)有人挖挖苦說說，美美國花花了2000萬萬美元元為機器翻翻譯立了一一塊““墓碑”。23機器翻翻譯鬧鬧出的的笑話話舉例例：“Thespiritiswillingbutthefleshisweak”，意意思是是“心有余余而力力不足足”。機器翻翻譯過過程：：英語－－>俄俄語語－－>英英語語結果被被譯為為：“Thevodkaisgoodbutthemeatisspoiled”，意意思是是“伏特加加是好好的，，肉變變質了了”?！癘utofsight,outofmind”，意意思是是“眼不見見心不不煩”。將其翻翻譯成成俄語語，竟竟成了了：““又瞎又又瘋”。……24現實的的困境境(續(xù))從神神經經生生理理學學角角度度研研究究AI，，存存在在不不可可逾逾越越的的困困難難。。人人腦腦有有1010以上上個個神神經經元元，，能能否否將將1010個機機器器組組成成一一個個聯聯合合運運行行的的網網絡絡？？1973年年，，英英國國發(fā)發(fā)表表了了Lighthillreport，認認為為AI的的研研究究即即使使不不是是騙騙局局，，至至少少也也是是庸庸人人自自擾擾。。終終止止了了英英國國的的AI研研究究。。IBM公公司司也也取取消消了了本本公公司司范范圍圍內內的的AI研研究究活活動動。。253.KBS:力力量量的的鑰鑰匙匙？？(1969––1979)Newell,Simon等等老老一一輩輩AI專專家家，，關關心心的的是是“通通用用的的、、萬萬能能的的符符號號邏邏輯輯運運算算體體系系””————物物理理符符號號系系統(tǒng)統(tǒng)假假設設。Nilsson更更進進一一步步提提出出，，物物理理符符合合體體系系的的核核心心方方法法是是邏輯輯演演繹繹方方法法。他他的的口口號號————“命命題題主主義義””，主主張張一一切切AI研研究究應應在在一一個個類類似似邏邏輯輯的的形形式式框框架架內內進進行行。。1968年年，，Stanford年年輕輕教教授授Feigenbaum主主持持的的專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)DENDRAL問問世世，，開開創(chuàng)創(chuàng)了了AI的的一一個個重重要要應應用用領領域域，，以知知識識為為基基礎礎的的專專家家咨咨詢詢系系統(tǒng)統(tǒng)（（KBS））。。26Feigenbaum及及其其提提出出的的KBS的的主主要要貢貢獻獻在IJCAI-1977上上，，Feigenbaum提提出出知識識工工程程、、專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)及及其其開開發(fā)發(fā)工工具具Feigenbaum認認為為，，萬能能的的邏邏輯輯體體系系從從根根本本上上說說是是不不可可能能的的，，其其最最大大弱弱點點就就是是缺缺乏乏知知識識，，缺缺乏乏人人類類在在幾幾千千年年的的文文明明史史上上積積累累起起來來的的知知識識。Feigenbaum的的主主要要貢貢獻獻：：知識識工工程程是1977-1987AI中中最最有有成成就就的的分分支支之之一一在恢恢復復和和推推進進AI的的社會會形形象象方面面起起了了很很大大作作用用274.AI成成為為工工業(yè)業(yè)(1980––現現在在)專家家系系統(tǒng)統(tǒng)及及其其開開發(fā)發(fā)工工具具1981年年，，日日本本的的““第第五五代代計計算算機機””計計劃劃英國的AlveyReport建建議恢復復投資AI提出———“基于知知識的智智能系統(tǒng)統(tǒng)”（IntelligentKnowledgeBasedSystem,IKBS）285.神神經網絡絡的回歸歸(1986–現現在)1969年，Bryson&Ho提出出反向傳傳播算法法1982年，Hopfield神經經元網絡絡1986年，Rumelhart&McClelland：主編編論文集集—ParallelDistributedProcessing形成“聯接主義義”方法，，與“符號主義義”方法形形成互補補296.AI成為為科學（（1987－現現在）AI理論論應建立立在嚴密密的數學基礎礎上嚴格的定定理、確確鑿的實實驗證據據，不靠直覺覺與現實應應用相關關，而不是是與玩具具樣例相相關機器學習習不應與與信息論分離不確定性性推理不不應與隨機模型型分離搜索不應應和經典的優(yōu)優(yōu)化及控控制分離自動推理理不應和和形式化方方法分離在方法論論上，AI已成成為堅實實的科學方法法利用Internet和共享享測試數數據庫及及代碼，，AI系系統(tǒng)的重復實驗驗成為可能能307.IntelligentAgent的出出現（1995-現在在）Internet：最重要要的IntelligentAgent環(huán)境境之一AI成成為搜索引擎擎、推薦薦系統(tǒng)、、商務智智能系統(tǒng)統(tǒng)的基本工工具“Agent的觀觀點”：將將AI領領域目前前分離的的子領域域重新組組織為一一個有機整體體Russell&Norvig.AI:AModernApproachPoolsetal.1998Nilsson,1998……31的的主要研研究流派派Newell和和Simon的的“認知主義義”，即基基于“物物理符號號邏輯””Nilsson的“邏輯主義義”McCarthy主張張以非單單調邏輯輯為中心心的“常識推理理”Brooks的的“進化主義義”，代表表作“機器蟲”McCulloch和和Pitts的的“聯接主義義”，基于于他們提提出的““神經網網絡理論論”Vapnik的“統(tǒng)計學習習理論”，基于于概率論論和數理理統(tǒng)計、、泛函分分析等數數學基礎礎)……32研研究的5個基本本問題1987年5月月，在MIT召召開了AI專題題討論會會，幾位位主要代代表人物物闡述了了對AI基礎的的認識，，評價有有關基礎礎性工作作。1991年《ArtiificialIntelligence》》(1991,Vol.47)發(fā)發(fā)表了AI基礎礎研究專專輯。其其中，Kirsh提出出了AI的五個個基本問問題：知識與概念化是不是AI的核核心？認知能力力能否與載體分開來研研究？認知的軌軌跡是否可用用類自然語語言來描述？學習能否與認知分開來研研究？所有的認認知是否否有一種種統(tǒng)一的結結構？針對上述述五個基基本問題題，各個個流派都都做出不不同的回回答。33智智能的的本質是是什么？？計算機所所完成的的高速數數字計算算，不算算高級的智智能行為為現實世界界要處理理的大多多數問題題并非數值計計算自然語言言理解和和翻譯圖形、圖圖象、聲聲音的理理解決策管理理、醫(yī)療療診斷………需要將計計算機從從“數值世界界”推廣到到“知識世界界”，即從從“數據處理理范圍”擴展到到“符號知識識處理范范疇”“試探性的的搜索、、啟發(fā)式式的、不不精確的的、模糊糊的、甚甚至允許許出現錯錯誤的推推理方法法才更符符合人類類的思維維過程……341.4AI的研究究范圍廣義的研研究范圍圍關于AI研究范范圍的爭爭議AI的核核心是什什么？35廣廣義的的研究范范圍知識表示示演繹系統(tǒng)統(tǒng)產生式系系統(tǒng)框架結構構語義網絡絡......搜索技術術盲目搜索索啟發(fā)式搜搜索博弈樹搜搜索......非經典邏邏輯&非經典推推理時序邏輯輯模態(tài)邏輯輯缺?。J）邏邏輯信念邏輯輯和知道道邏輯歸納邏輯輯模糊邏輯輯粗糙邏輯輯定性推理理非單調邏邏輯和非非單調推推理基于范例例的推理理類比推理理……36廣義的研研究范圍圍（續(xù)1）機器學習習歸納學習習分析學習習解釋學習習統(tǒng)計學習習神經網絡絡......自然語言言理解語法學語義學語用學......知識工程程知識獲取取知識表達達語言不確定性性推理證據推理理專家系統(tǒng)統(tǒng)......定理機器器證明歸結法演繹法歸納法......37廣義的研研究范圍圍（續(xù)2）計算視覺覺圖像理解解機器人視視覺......遺傳算法法&進化計算算遺傳算法法進化計算算進化程序序設計遺傳機器器學習機器人軌軌跡規(guī)劃劃......分布式AI智能Agent多Agent系系統(tǒng)Agent通信信面向Agent程序設設計......數據挖掘掘&知識發(fā)現現DM/KDD方方法DM/KDD工工具數據倉庫庫......38廣義的研研究范圍圍（續(xù)3）人工生命命人工生命命模型計算機生生命細胞自動動機混沌理論論......機器人機器人規(guī)規(guī)劃傳感器數數據融合合......AI語言言Lisp語言Prolog語語言其它面向向AI的的語言......……………………39關關于AI研究究范圍的的爭議與數學交交叉定理機器器證明非經典邏邏輯......與語言學學交叉自然語言言理解口語理解解......與電子學學&機械學交交叉計算機視視覺機器人......與心理學學&神經解剖剖學交叉叉認知模型型心像處理理......邊界不分分明似乎只能能開辟““生荒地地”40的的核心是是什么？？Nilsson——演演繹推推理Newell,Simon——思思維規(guī)規(guī)律Sloman——智智能系系統(tǒng)Feigenbaum——知知識工工程McCarthy——核核心還還未構成成……411.5AI在中國國中國大陸陸的AI研究中國香港港的AI研究421.中中國大大陸的AI研究究1984年錢學學森提出出思維的的三大分分類邏輯思維維形象思維維靈感思維維中國大陸陸重要的的AI研研究機構構清華大學學智能技技術與系系統(tǒng)國家家重點實實驗室南京大學學軟件新新技術國國家重點點實驗室室中科院自自動化所所模式識識別國家家重點實實驗室……43中國大陸陸的AI研究（（續(xù)）中國大陸陸著名的的老一輩輩AI專專家張鈸鈸院院士：：清華大大學戴汝為院院士：：中科院院自動化化所……中國大陸陸年輕一一代的AI領軍軍人物應明生教教授：：清華大大學周志華教教授：：南京大大學……442.中中國香香港的AI研究究中國香港的著著名AI研究究機構香港科技大學學香港中文大學學香港大學……中國香港的AI領軍人物物LinFangzhen（林方真真）教授：香香港科大在AI理論方方面的研究成成果引入注目目擔任AAAI,IJCAI等頂級級AI會議的的PC……451.6AI的最新動動態(tài)當前AI的研研究熱點AAAI及IJCAI的的近況AI的發(fā)展趨趨勢展望461.當前前AI的研究究熱點概率圖模型（ProbabilisticGraphicModels）隱馬爾可夫模模型（HMM）貝葉斯網絡（（BayesianNetworks）……統(tǒng)計學習理論論(SLT)&支持向量量機(SVM)統(tǒng)計學習理論論支持向量機……47當前AI的研研究熱點（續(xù)續(xù)）數據挖掘&知識發(fā)現WebMining商務智能基于DM/KDD的智能能輔助決策……WebIntelligence&IntegratedIntelligenceCapabilitiesWeb智能（（WebIntelligence，簡稱WI）IntegratedIntelligenceCapabilities……482.AAAI及IJCAI的近近況國際頂級的2個AI綜合合性學術會議議AAAI:NationalConferenceonArtificialIntelligenceIJCAI:Intl.JointConferenceonArtificialIntelligence國際頂級的幾幾個著名AI專業(yè)性學術術會議UAI:Intl.Conf.onUncertaintyinAIICML:Intl.Conf.onMachineLearningNIPS:AnnualConf.onNeuralInformationProcessingSystems……493.AI的發(fā)展趨勢勢展望AI在生物技技術和腦科學學中將大有作作為生物信息學神經信息學腦機工程……AI在海量信信息智能處理理中將扮演重重要角色商務智能智能輔助決策策智能推薦服務務系統(tǒng)……50AI的發(fā)展趨趨勢展望（續(xù)續(xù)1）智能系統(tǒng)在空空間技術中將將繼續(xù)發(fā)揮重重要作用智能Agent及多Agent系統(tǒng)統(tǒng)綜合集成多種種AI技術的的智能空間系系統(tǒng)……AI技術在軍軍事領域中將將繼續(xù)得到廣廣泛應用軍事情報分析析戰(zhàn)場態(tài)勢綜合合處理數字化士兵……51AI的發(fā)展趨趨勢展望（續(xù)續(xù)2）AI將成為必必備的共性支支撐技術之一一智能傳感器智能機器人智能家電……AI與Web的結合將發(fā)發(fā)揮重要作用用Web智能網上信息智能能抽取（WebMining）網上信息個性性化推薦及訂訂購……521.7AI領域的著著名期刊及會會議AI領域的著著名期刊AI領域的著著名會議關于投稿AI期刊與會議議的一點建議議531.AI領域的著名名期刊最頂級的AI期刊（部分分）JournalofMachineLearningResearchArtificialIntelligence……權威的AI期期刊（部分））ArtificialIntelligenceReviewAIMagazineMachineLearningComputationalIntelligence54AI領域的著著名期刊（續(xù)續(xù)）權威的AI期期刊（續(xù)）JournalofAIResearchPatternRecognitionArtificialIntelligenceinMedicineIEEETrans.onPatternAnalysis&MachineIntelligenceIEEETrans.onKnowledge&DataEn