《人工智能基礎(chǔ)》教學(xué)大綱解析

《人工智能基礎(chǔ)》教學(xué)大綱解析人工智能基礎(chǔ)(8０17)考試大綱

一、課程性質(zhì)與設(shè)置目的

（一）課程性質(zhì)和特點

“人工智能”是2１世紀計算機科學(xué)進展的主流,為了培育國家建設(shè)跨世紀的有用人才,在計算機專業(yè)本科開設(shè)《人工智能基礎(chǔ)》課程是非常必要的?！度斯ぶ悄芑A(chǔ)》是計算機專業(yè)本科的一門必修課程，本課程中涉及的理論、原理、方法和技術(shù)有助于同學(xué)進一步學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程。開設(shè)本課程的目的是培育同學(xué)軟件開發(fā)的“智能”觀念；把握人工智能的基本理論、基本方法和基本技術(shù);提高解決“智能”問題的力量,為今后的連續(xù)深造和智能系統(tǒng)研制,以及進行相關(guān)的工作打下人工智能方面的基礎(chǔ)。

（二）本課程的基本要求（課程總目標)

《人工智能基礎(chǔ)》是理論性較強,涉及學(xué)問面較廣,方法和技術(shù)較簡單的一門學(xué)科。通過對本課程的學(xué)習(xí)，同學(xué)應(yīng)把握人工智能的一個問題和三大技術(shù)，即通用問題求解和學(xué)問表示技術(shù)、搜尋技術(shù)、推理技術(shù)。詳細要求是:同學(xué)在較堅實打好的人工智能數(shù)學(xué)基礎(chǔ)(數(shù)理規(guī)律、概率論、模糊理論、數(shù)值分析)上，能夠利用這些數(shù)學(xué)手段對確定性和不確定性的學(xué)問完成推理；在理解Herｂrａnd域概念和Hｏｒn子句的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Robｉnsｏｎ歸結(jié)原理進行定理證明；應(yīng)把握問題求解（GPS)的狀態(tài)空間法，能應(yīng)用幾種主要的盲目搜尋和啟發(fā)式搜尋算法（寬度優(yōu)先、深度優(yōu)先、有代價的搜尋、A算法、A*算法、博弈數(shù)的極大—微小法、α―β剪枝技術(shù)）完成問題求解;并能熟識幾種重要的不確定推理方法，如確定因子法、主觀Baｙes方法、Ｄ—Ｓ證據(jù)理論等,利用數(shù)值分析中常用方法進行正確計算。另外，同學(xué)還應(yīng)當了解專家系統(tǒng)的基本概念、討論歷史、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)評價和領(lǐng)域應(yīng)用。同學(xué)還應(yīng)熟悉機器學(xué)習(xí)對于智能軟件研制的重要性,把握機器學(xué)習(xí)的相關(guān)概念,機器學(xué)習(xí)的方法及其相應(yīng)的學(xué)習(xí)機制，幾個典型的機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法、功能和領(lǐng)域應(yīng)用。

（三）本課程與相關(guān)課程的聯(lián)系、分工或區(qū)分

與本課程相關(guān)的課程有：離散數(shù)學(xué)、算法設(shè)計、數(shù)值分析、程序設(shè)計語言等。

離散數(shù)學(xué)中的命題規(guī)律、謂詞規(guī)律、樹/圖、表等學(xué)問是本課程的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之一。本課程中的學(xué)問表示需要利用矩陣、表、樹/圖、多元組等手段,因此同學(xué)前期的離散數(shù)學(xué)學(xué)習(xí),對于本課程起到了基礎(chǔ)作用。

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本課程涉及到很多算法設(shè)計(尤其是問題求解),算法分析中的算法的可計算性和計算簡單性、算法的可納性等理論作為本課程中搜尋算法的理論支撐。

數(shù)值分析中的曲線插值方法要在本課程中僅作為數(shù)學(xué)工具進行使用，本課程并不象數(shù)值分析課程那樣去介紹方法的理論。

在本課程中，討論問題求解方法需要從算法到代碼的轉(zhuǎn)換，而這種轉(zhuǎn)換的工具是程序設(shè)計語言，所以本課程要求同學(xué)已經(jīng)把握了這方面的學(xué)問。

二、課程內(nèi)容與考核目標

第一章緒論

（一）學(xué)習(xí)目的與要求

本章內(nèi)容是本課程的導(dǎo)論。本章的重點是:人工智能討論目標、討論內(nèi)容、討論的途徑(方法)、討論的領(lǐng)域等內(nèi)容。通過對本章的學(xué)習(xí),同學(xué)應(yīng)理解什么是智能、深刻理解什么是人工智能、人工智能討論的目標(近期目標和長遠目標)、人工智能討論的內(nèi)容、人工智能討論的途徑，要了解人工智能討論的歷史和討論領(lǐng)域的大致狀況(不少于八個領(lǐng)域）。同時，同學(xué)要把握圖靈測試的過程。

（二）課程內(nèi)容

第一節(jié)人工智能概況

1、什么是人工智能:學(xué)者們從不同的討論角度對人工智能有多種不同的定義，在這些定義中同學(xué)應(yīng)把握其定義的實質(zhì)。

２、人工智能討論的對象是學(xué)問

3、人工智能討論概括為一大問題和三大技術(shù)

4、關(guān)于智能的定義

5、圖靈測試

6、D.B.Lenat和E.A.Fenｇeｎｂaum的學(xué)問閾Nilsson的物理符號假設(shè)

7、日本渡邊慧的定義

其次節(jié)人工智能討論途徑

１、以思維理論和認知心理學(xué)基礎(chǔ)的符號主義學(xué)派基本思想

2、符號主義學(xué)派的代表人物

3、以閾值理論為基礎(chǔ)的聯(lián)結(jié)主義學(xué)派基本思想

4、聯(lián)結(jié)主義(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）討論不存在符號運算

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5、聯(lián)結(jié)主義討論的歷史

6、聯(lián)結(jié)主義討論的代表任務(wù)

7、以進化理論為基礎(chǔ)的行為主義學(xué)派基本思想

8、行為主義學(xué)派的代表人物

第三節(jié)人工智能討論的目標

1、人工智能近期討論目標

２、人工智能遠期討論目標

第四節(jié)人工智能討論的內(nèi)容

1、機器感知

2、機器思維

3、機器學(xué)習(xí)

4、機器行為

5、智能系統(tǒng)及智能計算機的構(gòu)造技術(shù)

第五節(jié)人工智能討論領(lǐng)域

１、模式識別(ＰatterｎRｅcogniｔiｏn)

２、問題求解(ＰrｏbｌemSolｖing）

３、自然語言理解（NaｔurａllangrageUndｅrstanding）

4、專家系統(tǒng)(ExpertSysｔem）

5、機器學(xué)習(xí)(MacｈinｅLearninｇ）

6、自動定理證明(AutomaｔicTheｏremProｖing）

７、自動程序設(shè)計（Auｔomａt(yī)iｃPrｏgｒaｍmiｎg）

８、機器人學(xué)(Ｒoboｔs)

9、博弈（Gaｍe）

１0、智能決策支持系統(tǒng)（IntｅlligｅｎｔDecｉsionＳｕpportSｙstem)11、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artｉｆicialnaｔuraｌnｅtworks)

第六節(jié)人工智能討論的歷史回顧及進展

1、對人工智能起到奠基作用的幾項工作

2、人工智能誕生的時間和地點

3、19５７年紐厄爾、西慕的GＰS

４、１９6０年麥卡錫的ＬISP語言

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5、１96４年魯賓遜的歸結(jié)原理

6、70年月的專家系統(tǒng)黃金時代（1977年費根鮑母提出學(xué)問工程概念)

7、198７年CompｕｔatiｏnａlIntelliｇence雜志發(fā)表“純粹理性批判”的論文，次年又發(fā)表“計算機理解質(zhì)疑”，開展了對人工智能進展的理性辯論

8、１９９１年ArtificialInｔelligence雜志發(fā)表了人工智能基礎(chǔ)專集，聞名專家們對人工智能基礎(chǔ)性假設(shè)進行了辯論。

(三）考核學(xué)問點

1、人工智能定義

2、人工智能討論的對象

3、圖靈測試

4、人工智能討論的三大途徑

5、人工智能討論的近期目標和遠期目標

6、人工智能討論的五大內(nèi)容

7、人工智能討論的主要領(lǐng)域

(四）考核要求

1、人工智能定義

（1）識記：人工智能的通常定義

(2）領(lǐng)悟:人工智能的其他定義

２、人工智能討論的對象

（１)識記：人工智能討論的對象是學(xué)問

(2)領(lǐng)悟：與計算機科學(xué)其他學(xué)科的區(qū)分

（3）簡潔應(yīng)用：學(xué)問+推理=智能程序；數(shù)據(jù)+算法=程序

3、圖靈測試

（1）識記:圖靈測試過程的描述

(２)領(lǐng)悟：圖靈測試是推斷機器是否是智能機的一個標準

4、人工智能討論的三大途徑

（1）識記：人工智能討論的三種途徑

(2）領(lǐng)悟：每種討論途徑的理論基礎(chǔ)和基本思想

（3）簡潔應(yīng)用:結(jié)合系統(tǒng)的研制，舉例說明各個討論途徑的實施方法

(4)綜合應(yīng)用：結(jié)合機器人的研制，說明三種討論方法在其中的應(yīng)用

5、人工智能討論的近期目標和遠期目標

(1)識記：人工智能討論的近期目標和遠期目標的內(nèi)容

（2)領(lǐng)悟：為什么近期目標只能是研制模擬人思維的智能程序

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6、人工智能討論的五大內(nèi)容

(１)識記：人工智能討論的五個內(nèi)容

（2）領(lǐng)悟：每種討論內(nèi)容的理論基礎(chǔ)和基本方法

（３)簡潔應(yīng)用：利用機器學(xué)習(xí)的概念，推斷程序是否是智能程序

7、人工智能討論的主要領(lǐng)域

(1）識記：至少記憶人工智能討論的八個領(lǐng)域

(2）領(lǐng)悟：每個討論領(lǐng)域的討論內(nèi)容、基本方法以及應(yīng)用

其次章問題求解的基本原理

（一)學(xué)習(xí)目的與要求

本章爭論問題求解的基本原理和基本方法,它直接關(guān)系到智能系統(tǒng)的性能和效率,因而它是本課程的重點章節(jié)。本章的重點學(xué)問有：學(xué)問的狀態(tài)空間表示法、盲目搜尋的寬度優(yōu)先和深度優(yōu)先法、啟發(fā)式搜尋的估價函數(shù)、與／或樹、A算法和A*算法、博弈樹的α-β剪枝算法。通過對本章的學(xué)習(xí)，同學(xué)應(yīng)把握狀態(tài)及狀態(tài)空間表示問題的幾種主要方法（矩陣法、多元組法、樹/圖法等)，把握問題通過等價變換和分解,分別形成或節(jié)點和與節(jié)點以及節(jié)點的可解性;把握搜尋的各種算法;把握啟發(fā)函數(shù)的含義并能依據(jù)問題實際正確構(gòu)造估價函數(shù);理解ＯＰEN表和CLOSEＤ表的作用及其特點；深刻理解博弈樹節(jié)點α值和β值的意義和其倒推值的計算，并把握α-β剪枝技術(shù)。

(二）課程內(nèi)容

第一節(jié)基本概念

1、什么是搜尋:搜尋分為盲目搜尋和啟發(fā)式搜尋

2、狀態(tài)空間表示法:由狀態(tài)和算法表示慰問體的一種方法

３、與/或樹表示法:分解、等價變換、本原問題、節(jié)點的可解性

其次節(jié)狀態(tài)空間搜尋策略

1、狀態(tài)空間的一般搜尋過程

OPＥN表：用來存放剛生成的節(jié)點

CLOSＥD表:用來存放將要擴展或者已擴展的節(jié)點

2、寬度優(yōu)先搜尋策略

3、深度優(yōu)先搜尋策略

4、有界的深度優(yōu)先搜尋策略

５、代價樹的寬度優(yōu)先搜尋策略

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6、代價樹的深度優(yōu)先搜尋策略

第三節(jié)啟發(fā)式搜尋

1、啟發(fā)信息和啟發(fā)函數(shù)

２、局部擇優(yōu)搜尋

３、全局擇優(yōu)搜尋

４、A*算法

第四節(jié)與/或樹的搜尋策略

1、與/或樹的一般搜尋過程

2、與/或樹的寬度優(yōu)先搜尋

3、與／或樹的深度優(yōu)先搜尋

４、與/或樹的有序搜尋

第五節(jié)博弈樹

１、博弈樹的啟發(fā)式搜尋

２、極大微小法

３、α-β剪枝技術(shù)

（三)考核學(xué)問點

1、狀態(tài)空間搜尋的基本概念

2、寬度優(yōu)先搜尋算法的基本思想

3、深度優(yōu)先搜尋算法的基本思想

４、有界的深度優(yōu)先搜尋算法的基本思想

5、代價樹的寬度優(yōu)先搜尋的基本思想

6、代價樹的深度優(yōu)先搜尋的基本思想

７、啟發(fā)式搜尋

8、與/或樹的有序搜尋的基本思想

(四)考核要求

1、狀態(tài)空間搜尋的基本概念

（1）識記：狀態(tài)、狀態(tài)空間的定義;本原問題、可解節(jié)點、不行解節(jié)點、解樹的定義

（2）領(lǐng)悟：節(jié)點的等價變換和分解

（1）簡潔應(yīng)用：對應(yīng)用問題構(gòu)造狀態(tài)空間(樹）

2、寬度優(yōu)先搜尋算法的基本思想

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（1）識記:盲目搜尋與啟發(fā)式搜尋的區(qū)分

寬度優(yōu)先搜尋算法的描述

（2）領(lǐng)悟：寬度優(yōu)先搜尋算法OＰEN表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是隊列

寬度優(yōu)先搜尋算法的優(yōu)缺點

（3）簡潔應(yīng)用：寬度優(yōu)先搜尋算法的程序設(shè)計

（4）綜合應(yīng)用：八數(shù)碼問題的寬度優(yōu)先搜尋

3、深度優(yōu)先搜尋算法的基本思想

（1）識記:深度優(yōu)先搜尋算法的描述

（2）領(lǐng)悟：深度優(yōu)先搜尋算法OPＥN表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是堆棧

深度優(yōu)先搜尋算法的優(yōu)缺點

（3）簡潔應(yīng)用:深度優(yōu)先搜尋算法的程序設(shè)計

（4）綜合應(yīng)用：黑白將牌問題的深度優(yōu)先搜尋

4、有界的深度優(yōu)先搜尋算法的基本思想

(１)識記:有界的深度優(yōu)先搜尋算法描述

狀態(tài)空間節(jié)點的深度定義

(2)領(lǐng)悟：有界的深度優(yōu)先搜尋與深度優(yōu)先搜尋的區(qū)分

（３）簡潔應(yīng)用：有界的深度優(yōu)先搜尋算法的程序設(shè)計

(4)綜合應(yīng)用：三階漢諾塔問題的有界的深度優(yōu)先搜尋

5、代價樹的寬度優(yōu)先搜尋的基本思想

（１）識記：代價樹的概念：),()()(2112xxcxgxg+=

代價樹的寬度優(yōu)先搜尋的算法描述

(２）領(lǐng)悟:代價樹的寬度優(yōu)先搜尋仍舊是一種盲目搜尋方法

在OPＥN表中全部節(jié)點按代價從小到大排序

（3）簡潔應(yīng)用：代價樹的寬度優(yōu)先搜尋算法的程序設(shè)計

6、代價樹的深度優(yōu)先搜尋的基本思想

（1)識記：代價樹的深度優(yōu)先搜尋的算法描述

(2)領(lǐng)悟:代價樹的深度優(yōu)先搜尋與代價樹的寬度優(yōu)先搜尋

擴展的子節(jié)點按代價從小到大排序,并存放在OＰEN表的首部(３)簡潔應(yīng)用:代價樹的深度優(yōu)先搜尋算法的程序設(shè)計

７、啟發(fā)式搜尋

（1)識記：啟發(fā)性信息和估價函數(shù):)()()(xhxgxg+=

估價函數(shù))()()(xhxgxg+=各項的物理意義

（２）領(lǐng)悟：估價函數(shù))()()(xhxgxg+=各項的物理意義

局部擇優(yōu)搜尋和全局擇優(yōu)的基本思想

A*算法的基本思想

（3)簡潔應(yīng)用:寫出黑白將牌問題的估價函數(shù)

（4）綜合應(yīng)用:八數(shù)碼問題的局部擇優(yōu)和全局擇優(yōu)算法

8、與/或樹的有序搜尋的基本思想

(１)識記：與／或樹的有序搜尋的一般過程

與/或樹的有序搜尋的寬度優(yōu)先算法

與/或樹的有序搜尋的深度優(yōu)先算法

與/或樹的有序搜尋的有序搜尋算法

博弈樹的啟發(fā)式搜尋算法

(2）領(lǐng)悟：博弈樹的假設(shè)條件

大微小法

α-β剪枝技術(shù)

(３)簡潔應(yīng)用:節(jié)點的α值、β值的計算；α－β剪枝技術(shù)的應(yīng)用

（4)綜合應(yīng)用:博弈樹中各節(jié)點倒推值的計算以及α-β剪枝的應(yīng)用

第三章學(xué)問與學(xué)問表示

（一）學(xué)習(xí)目的與要求

人類的智能活動過程主要是一個獵取學(xué)問和應(yīng)用學(xué)問的過程。因而,學(xué)問表示構(gòu)成了人工智能的一種重要技術(shù)，它是討論學(xué)問和智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本章的重點學(xué)問有：關(guān)于學(xué)問的概念以及特征;學(xué)問表示的主要模式。通過對本章的學(xué)習(xí),同學(xué)應(yīng)把握人們社會活動和科學(xué)討論中的學(xué)問表示的形態(tài),學(xué)問的特征與學(xué)問的分類。把握一階謂詞規(guī)律的學(xué)問表示、產(chǎn)生式系統(tǒng)的學(xué)問表示、框架的學(xué)問表示法、語義網(wǎng)絡(luò)的學(xué)問表示法。理解腳本的學(xué)問表示法、Peｔrｉ網(wǎng)的學(xué)問表示法和面對對象的學(xué)問表示法。

（二)課程內(nèi)容

第一節(jié)基本概念

1、什么是學(xué)問

2、學(xué)問的特征

３、學(xué)問的分類

４、學(xué)問的表示

其次節(jié)一階謂詞規(guī)律表示方法

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１、表示學(xué)問方法

2、一階謂詞規(guī)律表示方法的特點

第三節(jié)產(chǎn)生式表示法

１、產(chǎn)生式的基本形式

2、產(chǎn)生式系統(tǒng)

3、產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類

4、產(chǎn)生式表示法的特點

第四節(jié)框架表示法

1、框架理論

2、框架

3、框架網(wǎng)絡(luò)

4、框架中槽的設(shè)置與組織

5、框架表示法的特點

第五節(jié)語義網(wǎng)絡(luò)表示法

1、語義網(wǎng)絡(luò)的概念

2、學(xué)問的語義網(wǎng)絡(luò)表示

3、常用的語義聯(lián)系

４、語義網(wǎng)絡(luò)中問題求解的過程

5、語義網(wǎng)絡(luò)表示的特點

第六節(jié)腳本

1、概念依靠理論

2、腳本

第七節(jié)過程表示法１、過程的學(xué)問表示方法

２、過程表示法的特點

第八節(jié)Petｒi網(wǎng)表示法

１、Petrｉ網(wǎng)學(xué)問表示

2、Ｐeｔｒi網(wǎng)表示法的特點

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--第九節(jié)面對對象的學(xué)問表示

1、面對對象的基本概念

2、面對對象學(xué)問表示

（三）考核學(xué)問點

１、關(guān)于學(xué)問的基本概念

２、學(xué)問