人工智能與教育信息技術(shù)教育應(yīng)用

信息技術(shù)教育應(yīng)用第六章人工智能與教育本章主要知識(shí)點(diǎn)：

人工智能技術(shù)的概念、發(fā)展史、分類人工智能的研究領(lǐng)域智能計(jì)算機(jī)輔助教育系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型第六章人工智能與教育6.1人工智能概述6.1.1

概念：主要研究用人工的方法和技術(shù)，模仿、延伸和擴(kuò)展人的智能,實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能。圖靈測(cè)試6.1.2

簡(jiǎn)史：第一個(gè)階段（1956年以前）：孕育時(shí)期第二個(gè)階段（1956－1970）形成期第三個(gè)階段（1970～）發(fā)展期第六章人工智能與教育6.1.3

分類：符號(hào)智能、計(jì)算智能符號(hào)智能是以知識(shí)為基礎(chǔ)，通過推理進(jìn)行問題求解。也即所謂的傳統(tǒng)人工智能。計(jì)算智能是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過訓(xùn)練建立聯(lián)系，進(jìn)行問題求解。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊系統(tǒng)、進(jìn)化程序設(shè)計(jì)、人工生命等都可以包括在計(jì)算智能。第六章人工智能與教育IDSS(智能決策支持系統(tǒng))成功實(shí)例

東海漁業(yè)資源評(píng)估專家系統(tǒng)

以衛(wèi)星遙感漁業(yè)分析技術(shù)、海洋漁業(yè)服務(wù)地理信息系統(tǒng)技術(shù)和漁情分析專家系統(tǒng)技術(shù)為支撐的海洋漁業(yè)遙感信息與資源評(píng)估服務(wù)系統(tǒng)。第六章人工智能與教育2.工商行固定資產(chǎn)貸款風(fēng)險(xiǎn)決策系統(tǒng)

本系統(tǒng)是一個(gè)交互式系統(tǒng)，即在決策過程中向用戶提出一些需要以數(shù)字回答的問題，界面簡(jiǎn)潔、友好。在人機(jī)對(duì)話過程中，系統(tǒng)需要用戶以數(shù)值形式輸入一些供決策用的參數(shù)，如企業(yè)經(jīng)營(yíng)者素質(zhì)評(píng)估，經(jīng)濟(jì)實(shí)力，資金結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展前景，信用等級(jí)系數(shù)，貸款金額，等等。同時(shí)給出一些選項(xiàng)供用戶選擇，如抵押貸款方式，保證貸款方式，信用貸款方式，以及貸款形態(tài)等。系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的信息計(jì)算出全部貸款資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重額，全部固定資產(chǎn)貸款資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)度，并結(jié)合企業(yè)的信用等級(jí)，給出評(píng)估圖表，最后給出貸款與否的建議。第六章人工智能與教育6.2人工智能的研究領(lǐng)域6.2.1人工智能框架圖第六章人工智能與教育6.2.2問題求解求解難題的下棋（如國(guó)際象棋）程序把各種數(shù)學(xué)公式符號(hào)匯編在一起，其性能達(dá)到很高的水平，并正在為許多科學(xué)家和工程師所應(yīng)用。有些程序甚至還能夠用經(jīng)驗(yàn)來改善其性能。第六章人工智能與教育6.2.3邏輯推理與定理證明邏輯推理是人工智能研究中最持久的子領(lǐng)域之一。其中特別重要的是要找到一些方法，只把注意力集中在一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)中的有關(guān)事實(shí)上，留意可信的證明，并在出現(xiàn)新信息時(shí)適時(shí)修正這些證明。對(duì)數(shù)學(xué)中臆測(cè)的定理尋找一個(gè)證明或反證，確實(shí)稱得上是一項(xiàng)智能任務(wù)。為此不僅需要有根據(jù)假設(shè)進(jìn)行演繹的能力，而且需要某些直覺技巧。1976年7月，美國(guó)的阿佩爾（K.Appel）等人合作解決了長(zhǎng)達(dá)124年之久的難題──四色定理。他們用3臺(tái)大型計(jì)算機(jī)，花去1200小時(shí)CPU時(shí)間，并對(duì)中間結(jié)果進(jìn)行人為反復(fù)修改500多處。四色定理的成功證明曾轟動(dòng)計(jì)算機(jī)界。第六章人人工智能與教教育自然語(yǔ)語(yǔ)言理理解自然語(yǔ)語(yǔ)言處處理是是研究究如何何讓計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)理解解人類類自然然語(yǔ)言言的一一個(gè)研研究領(lǐng)領(lǐng)域。。目前前語(yǔ)言言處理理研究究的主主要課課題是是：在在翻譯譯句子子時(shí)，，以主主題和和對(duì)話話情況況為基基礎(chǔ)，，注意意大量量的一一般常常識(shí)───世世界知知識(shí)和和期望望作用用的重重要性性。語(yǔ)言翻翻譯語(yǔ)音理理解第六章章人人工工智能能與教教育自動(dòng)程程序設(shè)設(shè)計(jì)程序設(shè)設(shè)計(jì)是是人工工智能能的一一個(gè)重重要研研究領(lǐng)領(lǐng)域，，已經(jīng)經(jīng)研制制出能能夠以以各種種不同同的目目的描描述（（例如如輸入入／輸輸出對(duì)對(duì)，，高級(jí)級(jí)語(yǔ)言言描述述，甚甚至英英語(yǔ)描描述算算法））來編編寫計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)程序序。這方面面的進(jìn)進(jìn)展局局限于于少數(shù)數(shù)幾個(gè)個(gè)完全全現(xiàn)成成的例例子。。對(duì)自自動(dòng)程程序設(shè)設(shè)計(jì)的的研究究不僅僅可以以促進(jìn)進(jìn)半自自動(dòng)軟軟件開開發(fā)系系統(tǒng)的的發(fā)展展，而而且也也使通通過修修正自自身數(shù)數(shù)碼進(jìn)進(jìn)行學(xué)學(xué)習(xí)（（即修修正它它們的的性能能）的的人工工智能能系統(tǒng)統(tǒng)得到到發(fā)展展。第六章章人人工工智能能與教教育6.2.6專家系系統(tǒng)概念：：一個(gè)個(gè)具有有大量量的專專門知知識(shí)與與經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)的程程序系系統(tǒng)，，它應(yīng)應(yīng)用人人工智智能技技術(shù)與與計(jì)算算機(jī)技技術(shù)，，根據(jù)據(jù)某領(lǐng)領(lǐng)域一一個(gè)或或多個(gè)個(gè)專家家提供供的知知識(shí)和和經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，進(jìn)進(jìn)行推推理和和判斷斷，模模擬人人類專專家的的決策策過程程，以以便解解決那那些需需要人人類專專家處處理的的復(fù)雜雜問題題。簡(jiǎn)簡(jiǎn)而言言之，，專家家系統(tǒng)統(tǒng)是一一種模模擬人人類專專家解解決領(lǐng)領(lǐng)域問問題的的計(jì)算算機(jī)程程序系系統(tǒng)。。結(jié)構(gòu)：：知識(shí)庫(kù)推理機(jī)答案專家知識(shí)輸入或提問第六章章人人工工智能能與教教育專家系系統(tǒng)可可以解解決的的問題題一般般包括括解釋釋、預(yù)預(yù)測(cè)、、診斷斷、設(shè)設(shè)計(jì)、、規(guī)劃劃、監(jiān)監(jiān)視、、修理理、指指導(dǎo)和和控制制等。。發(fā)展展專家家系統(tǒng)統(tǒng)的關(guān)關(guān)鍵是是表達(dá)達(dá)和運(yùn)運(yùn)用專專家知知識(shí)，，即來來自人人類專專家的的并已已被證證明對(duì)對(duì)解決決有關(guān)關(guān)領(lǐng)域域內(nèi)的的典型型問題題是有有用的的事實(shí)實(shí)和過過程。。在已經(jīng)經(jīng)建立立的專專家咨咨詢系系統(tǒng)中中，有有能夠夠診斷斷疾病病的（（包括括中醫(yī)醫(yī)診斷斷智能能機(jī)）），估估計(jì)潛潛在石石油等等礦藏藏的，，研究究復(fù)雜雜有機(jī)機(jī)化合合物結(jié)結(jié)構(gòu)的的以及及提供供使用用其他他計(jì)算算機(jī)系系統(tǒng)的的參考考意見見等。。第六章章人人工工智能能與教教育新一代代專家家系統(tǒng)統(tǒng)的特特征：：并行技技術(shù)與與分布布處理理多專家家系統(tǒng)統(tǒng)協(xié)同同工作作高級(jí)語(yǔ)語(yǔ)言和和知識(shí)識(shí)語(yǔ)言言描述述具有自自學(xué)習(xí)習(xí)功能能引入新新的推推理機(jī)機(jī)制具有自自糾錯(cuò)錯(cuò)和自自我完完善能能力先進(jìn)的的智能能人機(jī)機(jī)接口口分布專專家系系統(tǒng)：：要解解決功功能分分布、、知識(shí)識(shí)分布布、接接口設(shè)設(shè)計(jì)、、系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)和驅(qū)驅(qū)動(dòng)方方式等等問題題。協(xié)同式式專家家系統(tǒng)統(tǒng)：要要解決決任務(wù)務(wù)的分分解、、公共共知識(shí)識(shí)的導(dǎo)導(dǎo)出、、“討討論””方式式、裁裁決問問題、、驅(qū)動(dòng)動(dòng)方式式等問問題。。第六章章人人工工智能能與教教育機(jī)器學(xué)學(xué)習(xí)概念：：是一一門研研究機(jī)機(jī)器獲獲取新新知識(shí)識(shí)和新新技能能，并并識(shí)別別現(xiàn)有有知識(shí)識(shí)的學(xué)學(xué)問。。機(jī)器學(xué)學(xué)習(xí)的的策略略：機(jī)機(jī)械學(xué)學(xué)習(xí)、、通過過傳授授學(xué)習(xí)習(xí)、類類比學(xué)學(xué)習(xí)和和通過過事例例學(xué)習(xí)習(xí)。第六章章人人工工智能能與教教育人工神神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)生理神神經(jīng)元元的組組成結(jié)結(jié)構(gòu)圖圖生理神神經(jīng)元元的功功能：：時(shí)空空整合合功能能、興興奮與與抑制制狀態(tài)態(tài)、脈脈沖與與電位位轉(zhuǎn)換換、神神經(jīng)纖纖維傳傳導(dǎo)速速度、、突觸觸延時(shí)時(shí)和不不應(yīng)期期、學(xué)學(xué)習(xí)、、遺忘忘和疲疲勞人工神神經(jīng)元元的組組成：：用處處理單單元模模擬生生理神神經(jīng)元元，用用有向向弧模模擬軸軸突－－－突突觸－－－樹樹突對(duì)對(duì)。有有向弧弧的權(quán)權(quán)值表表示兩兩處理理單元元間相相互作作用的的強(qiáng)弱弱。常用的的人工工神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)：反反向傳傳遞網(wǎng)網(wǎng)（BP網(wǎng)網(wǎng)）等。第六章章人人工工智能能與教教育機(jī)器人人學(xué)這個(gè)領(lǐng)領(lǐng)域所所研究究的問問題，，從機(jī)機(jī)器人人手臂臂的最最佳移移動(dòng)到到實(shí)現(xiàn)現(xiàn)機(jī)器器人目目標(biāo)的的動(dòng)作作序列列的規(guī)規(guī)劃方方法，，無(wú)所所不包包。智能機(jī)機(jī)器人人的的研究究和應(yīng)應(yīng)用體體現(xiàn)現(xiàn)出廣廣泛的的學(xué)科科交叉叉，涉涉及眾眾多的的課題題，如如機(jī)器器人體體系結(jié)結(jié)構(gòu)、、機(jī)構(gòu)構(gòu)、控控制、、智能能、視視覺、、觸覺覺、力力覺、、聽覺覺、機(jī)機(jī)器人人裝配配、惡惡劣環(huán)環(huán)境下下的機(jī)機(jī)器人人以及及機(jī)器器人語(yǔ)語(yǔ)言等等。機(jī)機(jī)器人人已在在各種種工業(yè)業(yè)、農(nóng)農(nóng)業(yè)、、商業(yè)業(yè)、旅旅游業(yè)業(yè)、空空中和和海洋洋以及及國(guó)防防等領(lǐng)領(lǐng)域獲獲得越越來越越普遍遍的應(yīng)應(yīng)用。。第六章人人工智能能與教育模式識(shí)別“模式”（（Pattern））：指供模模仿的標(biāo)本本。模式識(shí)別就就是指識(shí)別別出給定物物體所模仿仿的標(biāo)本。。人工智能所所研究的模模式識(shí)別是是指用計(jì)算算機(jī)代替人人類或幫助助人類感知知模式，是是對(duì)人類感感知外界功功能的模擬擬，研究的的是計(jì)算機(jī)機(jī)模式識(shí)別別系統(tǒng)，也也就是使一一個(gè)計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)具有有模擬人類類通過感官官接受外界界信息、識(shí)識(shí)別和理解解周圍環(huán)境境的感知能能力。在模式識(shí)別別領(lǐng)域，神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方方法已經(jīng)成成功地用于于手寫字符符的識(shí)別、、汽車牌照照的識(shí)別、、指紋識(shí)別別、語(yǔ)音識(shí)識(shí)別等方面面。第六章人人工智能能與教育機(jī)器視覺在人工智能能中研究的的感知過程程通常包含含一組操作作。例如，，可見的景景物由傳感感器編碼，，并被表示示為一個(gè)灰灰度數(shù)值的的矩陣。這這些灰度數(shù)數(shù)值由檢測(cè)測(cè)器加以處處理。檢測(cè)測(cè)器搜索主主要圖像的的成分，如如線段、簡(jiǎn)簡(jiǎn)單曲線和和角度等。。這些成分分又被處理理，以便根根據(jù)景物的的表面和形形狀來推斷斷有關(guān)景物物的三維特特性信息。。機(jī)器視覺的的前沿研究究領(lǐng)域包括括實(shí)時(shí)并行行處理、主主動(dòng)式定性性視覺、動(dòng)動(dòng)態(tài)和時(shí)變變視覺、三三維景物的的建模與識(shí)識(shí)別、實(shí)時(shí)時(shí)圖像壓縮縮傳輸和復(fù)復(fù)原、多光光譜和彩色色圖象的處處理與解釋釋等。機(jī)器器視覺已在在機(jī)器人裝裝配、衛(wèi)星星圖像處理理、工業(yè)過過程監(jiān)控、、飛行器跟跟蹤和制導(dǎo)導(dǎo)以及電視視實(shí)況轉(zhuǎn)播播等領(lǐng)域獲獲得極為廣廣泛的應(yīng)用用。第六章人人工智能能與教育智能控制智能控制是是驅(qū)動(dòng)智能能機(jī)器自主主地實(shí)現(xiàn)其其目標(biāo)的過過程。智能控制的的核心在高高層控制，，即組織級(jí)級(jí)控制。其其任務(wù)在于于對(duì)實(shí)際環(huán)環(huán)境或過程程進(jìn)行組織織，即決策策和規(guī)劃，，以實(shí)現(xiàn)廣廣義問題求求解。已經(jīng)提出的的用以構(gòu)造造智能控制制系統(tǒng)的理理論和技術(shù)術(shù)有分級(jí)遞遞階控制理理論、分級(jí)級(jí)控制器設(shè)設(shè)計(jì)的熵方方法、智能能逐級(jí)增高高而精度逐逐級(jí)降低原原理、專家家控制系統(tǒng)統(tǒng)、學(xué)習(xí)控控制系統(tǒng)和和基于NN的控制系系統(tǒng)等。目前研究得得較多的是是以下６個(gè)個(gè)方面：智智能機(jī)器人人規(guī)劃與控控制、智能能過程規(guī)劃劃、智能過過程控制、、專家控制制系統(tǒng)、語(yǔ)語(yǔ)音控制以以及智能儀儀器。第六章人人工智能能與教育智能檢索搜索方式:(是否使用用啟發(fā)式信信息)啟發(fā)式搜索索、盲目目搜索(問題的表表示方式)狀態(tài)空空間搜索、、與/或或樹搜索搜索策略：：寬度優(yōu)先搜搜索：沿著樹的寬寬度遍歷樹樹的節(jié)點(diǎn)，，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)目標(biāo)，則則算法中止止。屬于盲盲目搜索。。深度優(yōu)先搜搜索：沿著著樹的最大大深度方向向生成節(jié)點(diǎn)點(diǎn)并與目標(biāo)標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行行比較，只只有當(dāng)上次次訪問的節(jié)節(jié)點(diǎn)不是目目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，，而且沒有有其他節(jié)點(diǎn)點(diǎn)可以生成成的時(shí)候，，才轉(zhuǎn)到上上次訪問節(jié)節(jié)點(diǎn)的父節(jié)節(jié)點(diǎn)，然后后搜索該節(jié)節(jié)點(diǎn)的其他他子節(jié)點(diǎn)。。因此深度度優(yōu)先搜索索也稱為回回溯搜索。。它既不是是完備的，，也不是最最優(yōu)的。第六章人人工智能能與教育迭代加深搜搜索：對(duì)深度優(yōu)先先搜索進(jìn)行行了一定改改進(jìn)，對(duì)搜搜索樹的深深度進(jìn)行控控制，即有有界深度優(yōu)優(yōu)先搜索。。但是深深度限制值值d的選取取是一個(gè)問問題，因此此試圖嘗試試所有可能能的深度限限制，即在在找到目標(biāo)標(biāo)之前，通通過迭代不不斷增大d以保證完完備性和最最優(yōu)性。啟發(fā)式OR圖搜索算算法AND-OR圖啟發(fā)發(fā)式搜索約束滿足搜搜索第六章人人工智能能與教育智能代理概念：代表表用戶或其其他程序以以主動(dòng)服務(wù)務(wù)的方式完完成一組操操作的機(jī)動(dòng)動(dòng)計(jì)算實(shí)體體。特性：自治治性、社會(huì)會(huì)性、反應(yīng)應(yīng)性、能動(dòng)動(dòng)性多Agent系統(tǒng)：：Agent之間的的協(xié)作、對(duì)對(duì)環(huán)境的適適應(yīng)基于MAS的信息檢檢索系統(tǒng)：：自動(dòng)搜索索引擎可自自動(dòng)發(fā)現(xiàn)新新信息并對(duì)對(duì)其進(jìn)行自自動(dòng)分類、、自動(dòng)索引引和自動(dòng)摘摘要，并能能進(jìn)行模糊糊檢索、概概念檢索等等。第六章人人工智能能與教育6.3人工智能教教育應(yīng)用6.3.1人工智能應(yīng)應(yīng)用概述智能輔助教教學(xué)系統(tǒng)的的組成部分分：具有教教學(xué)決策模模塊、學(xué)生生模型模塊塊和自然語(yǔ)語(yǔ)言接口功能：了解學(xué)生的的學(xué)習(xí)能力力、認(rèn)知特特點(diǎn)和當(dāng)前前知識(shí)水平平能根據(jù)學(xué)生生的不同特特點(diǎn)選擇最最適當(dāng)?shù)慕探虒W(xué)內(nèi)容和和教學(xué)方法法，并可對(duì)對(duì)學(xué)生進(jìn)行行有針對(duì)性性的個(gè)別指指導(dǎo)。允許學(xué)生用用自然語(yǔ)言言與“計(jì)算算機(jī)導(dǎo)師””進(jìn)行人機(jī)機(jī)對(duì)話。教育技術(shù)中中涉及人工工智能的領(lǐng)領(lǐng)域：知識(shí)識(shí)的表示和和訪問、對(duì)對(duì)學(xué)生錯(cuò)誤誤的自動(dòng)診診斷、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)智能超媒媒體教學(xué)系系統(tǒng)。第六章人人工智能能與教育6.3.2智能計(jì)算機(jī)機(jī)輔助教育育ICAI設(shè)設(shè)計(jì)模型：：學(xué)生記錄模塊專家系統(tǒng)模塊教學(xué)模塊人機(jī)接口界面用戶第六章人人工智能能與教育ICAI與與CAI的的區(qū)別：將將教學(xué)策略略從被教授授的課程知知識(shí)中分離離，但