人工智能導論 第一章 人工智能概述

第1章人工智能概述自1956年誕生以來,人工智能研究已經(jīng)取得了許多令人興奮的成果,并在多個領域得到了廣泛的應用,極大地改變了人們的社會生活。本節(jié)將對人工智能的概念作簡單的介紹。人工智能（ArtificialIntelligence,AI）是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學。人工智能的定義較多，目前采用較多的是斯圖亞特·羅素（StuartRussell）與彼得·諾維格（PeterNorvig）在《人工智能:一種現(xiàn)代的方法》一書中的定義。他們認為人工智能是關于“智能主體（Intelligentagent）的研究與設計”的學問，而“智能主體是指一個可以觀察周遭環(huán)境并做出行動以達致目標的系統(tǒng)”。人工智能是研究使計算機模擬人類的某些思維過程和智能行為（如學習、推理、思考、規(guī)劃等）的學科,主要包括計算機實現(xiàn)智能的原理、制造類似于人腦智能的計算機,使計算機能實現(xiàn)更高層次的應用。人工智能的特點人工智能經(jīng)歷了六十多年的發(fā)展,現(xiàn)在已進入AI2.0階段人工智能的分類人工智能可分為三類:弱人工智能、強人工智能與超人工智能。弱人工智能利用現(xiàn)有的智能化技術(shù),來改善經(jīng)濟社會發(fā)展所需的一些技術(shù)條件,也指完成單一任務的智能。強人工智能綜合的,在各方面都能和人類比肩的人工智能,人類能干的腦力活它都能干,非常接近于人類的智能,但還需要腦科學的突破才能實現(xiàn)強人工智能。強人工智能,不受領域、規(guī)則限制,只要是人能干的事情,它都能干。也就是說,強人工智能,才是真正的人工智能。超人工智能在幾乎所有領域都大大超過人類

認知表現(xiàn)的任何智力。人工智能的起源與發(fā)展人工智能作為一門學科,經(jīng)歷了興起、形成和發(fā)展等多個階段1.人工智能的興起1950年，一位名叫馬文·明斯基（MarvinLeeMinsky，后被稱為“人工智能之父”）的大四學生與他的同學鄧恩·埃德蒙（DeanEdmunds）一起，建造了世界上第一臺神經(jīng)網(wǎng)絡計算機，被看作是人工智能的一個起點。1956年,在由達特茅斯學院舉辦的一次會議上,計算機專家約翰·麥卡錫提出了“人工智能”一詞。后來,這被人們看作是人工智能正式誕生的標志。1964年,首臺聊天機器人誕生。MITAI實驗室的約瑟夫·魏岑鮑姆（JosephWeizenbaum）教授開發(fā)了ELIZA聊天機器人1968年,首臺人工智能機器人誕生。斯坦福國際的研究所（SRI）研發(fā)的機器人Shakey能夠自主感知、分析環(huán)境、規(guī)劃行動并執(zhí)行任務2.人工智能的低谷20世紀70年代，人工智能進入了一段痛苦而艱難的歲月。由于科研人員在人工智能的研究中對項目難度預估不足，不僅導致與美國國防高級研究計劃署的合作計劃失敗，還讓人工智能的前景蒙上了一層陰影。1973年英國數(shù)學家JamesLighthill編寫的針對英國人工智能研究狀況的報告,批評了人工智能在實現(xiàn)“宏偉目標”上的失敗。由此,人工智能遭遇了長達多年的科研深淵。在僅僅7年之后,這個曾經(jīng)轟動一時的人工智能系統(tǒng)就宣告尋出歷史舞臺。到1987年時,蘋果和IBM公司生產(chǎn)的臺式機性能都超過了Symbolics等廠商生產(chǎn)的通用計算機。1980年,卡內(nèi)基梅隆大學為數(shù)字設備公司設計了一套名為XCON的“專家系統(tǒng)”。專家系統(tǒng)是一種采用人工智能程序的系統(tǒng)人工智能的崛起與第二次低谷1995年,發(fā)明家理查德·華萊士（RichardS.Wallace）開發(fā)了聊天機器人ALICE（ArtificialLinuisticInternetComputerEntity,人工語言互聯(lián)網(wǎng)計算機實體）從20世紀90年代中期開始,由于網(wǎng)絡技術(shù)特別是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,人工智能開始由單個智能主體研究轉(zhuǎn)向基于網(wǎng)絡環(huán)境下的分布式人工智能研究。人工智能的再次崛起2000年,本田公司制造了“阿西莫”機器人,它可以表現(xiàn)出與人類相似的某些特性,并擁有基本的智能水平1997年5月11日,IBM開發(fā)的計算機系統(tǒng)“深藍”戰(zhàn)勝了國際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫2011年,由IBM開發(fā)的人工智能程序“沃森”（Watson）參加了一檔智力問答節(jié)目并戰(zhàn)勝了兩位人類冠軍。2006年,GeoffreyHinton在《科學》雜志發(fā)表論文,標志著神經(jīng)網(wǎng)絡的深度學習領域取得突破2016、2017年,AlphaGo多次戰(zhàn)勝圍棋冠軍。AlphaGo是由GoogleDeepMind開發(fā)的人工智能圍棋程序,具有自我學習能力。2017年,深度學習成為熱門研究方向。AlphaGoZero（第四代AlphaGo）在無任何數(shù)據(jù)輸入的情況下,開始自學圍棋3天后便以100:0橫掃了第二代AlphaGoLee。我國的人工智能發(fā)展現(xiàn)狀我國人工智能技術(shù)攻關和產(chǎn)業(yè)應用雖然起步較晚,但在國家多項政策和科研基金的支持與鼓勵下,近年來發(fā)展勢頭迅猛。伴隨著人工智能研究熱潮,我國人工智能產(chǎn)業(yè)化應用也蓬勃發(fā)展。智能產(chǎn)品和應用大量涌現(xiàn),人工智能產(chǎn)品在醫(yī)療、商業(yè)、通信、城市管理等方面得到快速應用?！缎乱淮斯ぶ悄馨l(fā)展規(guī)劃》提出“到2030年,使中國成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心”。2017年10月11日,阿里巴巴首席技術(shù)官張建鋒宣布成立全球研究院——達摩院。達摩院的成立,代表著阿里巴巴正式邁入全球人工智能等前沿科技的研發(fā)行列。2017年8月3日,騰訊公司正式發(fā)布了人工智能醫(yī)學影像產(chǎn)品——騰訊覓影。同時,還宣布成立人工智能醫(yī)學影像聯(lián)合實驗室。從細分的研究領域來看,最受國際人工智能人才青睞的領域為機器學習、數(shù)據(jù)挖掘和模式識別,中國人工智能人才則傾向于投入遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡和故障診斷方面。值得關注的是,目前我國已經(jīng)具備人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎條件,未來十年內(nèi)都將是人工智能技術(shù)加速普及的爆發(fā)期。知識表示知識表示是人工智能的一個重要研究課題,應用人工智能技術(shù)解決實際問題,就涉及各類知識的表示方法,它需要把人類知識概念化、形式化或模型化,常見的就是運用符號知識、算法和狀態(tài)圖等來描述待解決的問題。人工智能的研究內(nèi)容認知建模人類的認知過程是非常復雜的,作為研究人類感知和思維信息處理過程的一門學科,認知科學（或稱思維科學）要研究人類在認知過程中是如何進行信息加工的。推理要使機器具有智能,就必須使其具有推理的功能。推理是由一個或幾個已知的判斷推出另一個新判斷的一種思維形式,也即從已有事實推出新的事實的過程。知識應用人工智能能否獲得廣

泛應用是衡量和檢

驗其生命力的重要

標志。機器感知機器感知就是使機器具有類似于人的感覺,包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、痛覺、接近感和速度感等。其中,最重要的和應用最廣的要屬機器視覺（計算機視覺）和機器聽覺。機器思維機器思維,顧名思義就是在機器的腦子里進行的動態(tài)活動,也就是計算機軟件中動態(tài)地處理信息的算法。機器行為機器行為是人工智能中最有趣、最新興的領域之一。機器行為系指智能系統(tǒng)（計算機、機器人）具有的表達能力和行動能力,如對話、描寫、以及移動、行走、操作和抓取物體等能力,它是一個利用行為科學來理解人工智能代理行為的領域。機器學習機器學習就是使機器（計算機）具有學習新知識和新技術(shù),并在實踐中不斷改進和完善的能力；其目的是讓機器能夠像人類一樣具備學習能力,能夠感知世界、認知世界和改造世界。人工智能領域的著名專家與代表性人物在人工智能的發(fā)展歷程中,涌現(xiàn)出了諸多在該領域的杰出科學家。本節(jié)主要介紹人工智能領域的著名專家和代表性人物。艾倫·麥席森·圖靈艾倫·麥席森·圖靈（AlanMathisonTuring）,英國數(shù)學家、邏輯學家,被稱為計算機科學之父、人工智能之父。1950年,他提出了著名的“圖靈測試”,為人工智能的發(fā)展奠定了哲學基準

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圖靈測試該測試由三個參與者組成,詢問者A,人類參與者B,AI參與者C。他們分別在三個互相隔離的房間中完成本次測試詢問者A可以通過遠程終端之類的中介向參與者B和C提出任何問題,B和C進行作答并傳回到詢問者A的終端對于每個問題,詢問者A均不知道答案的主人,并從兩者中選出他認為是人類做出的答案進行多輪測試后,如果在超過30%的問答中,AI的答案被誤認為是人類的答案,則該AI通過測試斯圖爾特·羅素斯圖爾特·羅素（StuartRussell）,世界經(jīng)濟論壇（WEF）人工智能委員會副主席、加州大學伯克利分校人工智能中心創(chuàng)始人。斯蒂芬·威廉·霍金斯蒂芬·威廉·霍金（StephenWilliamHawking），著名物理學家，被譽為繼愛因斯坦之后最杰出的理論物理學家。他曾經(jīng)指出:強大的人工智能的崛起，要么是人類歷史上最好的事，要么是最糟的。賈斯汀·卡塞爾賈斯汀·卡塞爾（JustineCassell）,卡耐基梅隆大學計算機學院副院長、WEF計算機全球未來理事會前主席,連續(xù)6年在達沃斯世界經(jīng)濟論壇擔任演講人,Yahoo-CMU未來私人助手研究項目負責人之一。她在人工智能領域地位很高,被贊譽為“人工智能女王”。約翰·麥卡錫約翰·麥卡錫（JohnMcCarthy）,在1956年達特茅斯會議上提出了“人工智能”的概念,沒有他,就沒有后來的人工智能研究。約翰·麥卡錫教授曾在麻省理工學院、達特茅斯學院、普林斯頓大學和斯坦福大學工作過,是斯坦福大學的榮譽教授。吳恩達吳恩達,華裔美國人,斯坦福大學計算機科學系和電子工程系副教授,人工智能實驗室主任,也是在線教育平臺Coursera的創(chuàng)始人。德米什·哈薩比斯德米什·哈薩比斯（DemisHassabis）是DeepMind的聯(lián)合創(chuàng)始人,這家英國人工智能創(chuàng)業(yè)公司于2014年被谷歌收購。DeepMind最著名的項目是轟動一時的圍棋人工智能AlphaGo,它是首個擊敗人類圍棋大師的計算機程序。人工智能研究的主要學派符號主義（Symbolism）是一種基于邏輯推理的智能模擬方法,又稱為邏輯主義（Logicism）、心理學派（Psychologism）或計算機學派（Computerism）,其原理主要為物理符號系統(tǒng)假設和有限合理性原理,長期以來,一直在人工智能研究中處于主導地位。連接主義連接主義（Connectionism）又稱為仿生學派（Bionicsism）或生理學派(Physiologism）。是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡及網(wǎng)絡間的連接機制與學習算法的智能模擬方法。這一學派認為人工智能源于仿生學,特別是人腦模型的研究。行為主義行為主義（Actionism）又稱進化主義（Evolutionism）或控制論學派（Cyberneticsism）,是一種基于“感知-行動”的行為智能模擬方法。行為主義最早來源于20世紀初的一個心理學流派,認為行為是有機體用以適應環(huán)境變化的各種身體反應的組合,它的理論目標在于預見和控制行為。人工智能的應用專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機程序相比,專家系統(tǒng)是以知識為中心,注重知識本身而不是確定的算法。專家系統(tǒng)所要解決的是復雜而專門的問題。自然語言處理自然語言處理是人工智能早期的研究領域之一,也是一個極為重要的領域,主要包括人機對話和機器翻譯兩大任務,是一門融語言學、計算機科學、數(shù)學于一體的科學。博弈博弈,指對抗的學問,起源于下棋。讓計算機學會下棋是人們使機器具有智能的最早嘗試。早在1956年,