人工智能技術與應用（案例版）課件 第3、4章 搜索與推理；人工智能在制造業(yè)的應用

第3章

搜索與推理人工智能技術與應用ArtificialintelligencetechnologyandApplication1.搜索概述2.盲目搜索3.啟發(fā)式搜索4.推理5.搜索案例案例引入當我們到陌生的城市旅游時，常使用手機的APP進行搜索地點、路徑導航等，也會搜索附近的美食、旅店等。當我們在面對一個新事物，新產品，新概念時，常使用搜索引擎工具進行查詢、了解、學習。搜索技術在日常生活中的普遍應用和重要性是不言而喻的。但你是否想過，在你使用智能助手搜索附近的餐廳過程中，智能助手是如何從成千上萬的選項中找到最符合你需求的那幾家餐廳的？它不僅能夠快速搜索，而且還對你的喜好、地理位置，甚至是當時的餐飲潮流進行復雜的分析和判斷。這背后就是搜索技術的功勞。1.搜索概述美國人工智能專家尼爾森（Nilsson）把搜索列為人工智能研究的四個核心問題之一。知識的模型化和表示，常識性推理、演繹和問題求解，啟發(fā)式搜索，人工智能系統(tǒng)和語言。在人工智能中，搜索問題一般包括兩個重要的問題：（1）搜索什么（2）在哪里搜索發(fā)展歷史20世紀50年代。最初，搜索被用于解決邏輯和數(shù)學問題，如象棋等游戲。這些早期的AI系統(tǒng)，如IBM的DeepBlue，通過搜索算法評估可能的棋局走法，并選擇最佳策略。DeepBlue在1997年擊敗國際象棋世界冠軍加里·卡斯帕羅夫，這標志著搜索技術在解決復雜問題上的巨大潛力。2.盲目搜索在問題的求解過程中，只按照一般的邏輯法則或控制性知識，在預定的控制策略下進行搜索。典型的盲目搜索有深度優(yōu)先搜索和寬度優(yōu)先搜索?；厮菟阉?/p>

回溯算法實際上是一個類似枚舉的搜索嘗試過程，主要是在搜索嘗試過程中尋找問題的解，當發(fā)現(xiàn)已不滿足求解條件時，就“回溯”返回，嘗試別的路徑?；厮莘ㄊ且环N選優(yōu)搜索法，按選優(yōu)條件向前搜索，以達到目標。但當探索到某一步時，發(fā)現(xiàn)原先選擇并不優(yōu)或達不到目標，就退回一步重新選擇，這種走不通就退回再走的技術為回溯法，而滿足回溯條件的某個狀態(tài)的點稱為“回溯點”八皇后問題如何能夠在8×8的國際象棋棋盤上放置8個皇后，使其不能互相攻擊，即任意兩個皇后都不能處于同一行、同一列或同一斜線上，問有多少種擺法。3.啟發(fā)式搜索僅從當前狀態(tài)節(jié)點擴展出子節(jié)點(相當于找到上爬的路徑)，并將h(x)最小的子節(jié)點(對應于到頂峰最近的上爬路徑)作為下一次考察和擴展的節(jié)點，其余子節(jié)點全部丟棄。3.啟發(fā)式搜索A搜索算法是基于估價函數(shù)的一種加權啟發(fā)式圖搜索算法f(n)=g(n)+h(n)A*算法則是對A算法進行了優(yōu)化，讓h(n)≤h*(n)，對h(n）進行了限制，是優(yōu)化版的A算法。A算法與A*算法模擬退火算法

模擬退火算法來源于固體退火原理，是一種基于概率的算法。左圖物體處于非晶體狀態(tài)。將固體加溫至充分高（中圖），再讓其徐徐冷卻，也就是退火（右圖）。加溫時，固體內部粒子隨溫升變?yōu)闊o序狀，內能增大，而徐徐冷卻時粒子漸趨有序，在每個溫度都達到平衡態(tài)，最后在常溫時達到基態(tài)，內能減為最小，此時物體以晶體形態(tài)呈現(xiàn)。4.推理人們在對各種事物進行分析、綜合并最后做出決策時，通常是從已知的事實出發(fā)，通過運用已掌握的知識，找出其中蘊含的事實，或歸納出新的事實，這一過程通常稱為推理。概念推理分類按推出新判斷的途徑分類01按推出新判斷的途徑分類02按所用知識確定性分類03按推理過程中的單調性04按推理過程是否運用啟發(fā)性知識分類推理策略演繹推理所謂演繹推理，就是從一般性的前提出發(fā)，通過推導即“演繹”，得出具體陳述或個別結論的過程。形式有三段論、假言推理和選言推理等。歸納推理歸納推理屬于邏輯學范疇，是一種由個別到一般的推理，由一定程度的關于個別事物的觀點過渡到范圍較大的觀點，由特殊具體的事例推導出一般原理、原則的解決方法。5.搜索案例八數(shù)碼狀態(tài)程序結果本章小結AI+制造-人工智能在制造業(yè)的應用人工智能技術與應用ArtificialintelligencetechnologyandApplication1.智能制造概述2.智能制造產業(yè)綜述3.人工智能典型產品——機器人4.人工智能在制造業(yè)的應用案例案例引入截至2023年底，我國已培育421家國家級智能制造示范工廠。2023年，我國智能車載設備制造、智能無人飛行器制造的增加值分別增長60.0%、20.5%。越來越多傳統(tǒng)型工業(yè)制造企業(yè)開始加入智能工廠建設的行列，以此來推動工業(yè)制造業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展，從根本上變革制造業(yè)生產方式和資源組織模式，從而實現(xiàn)智能制造。1.智能制造概述

AI+的應用范圍非常廣泛，正在改變著傳統(tǒng)產業(yè)，在提高生產效率和服務質量的同時，也在推動各個行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展，形成新的業(yè)態(tài)和產業(yè)。（1）工業(yè)制造領域:利用人工智能技術優(yōu)化工業(yè)制造流程進行質檢，實現(xiàn)智能制造。

（2）金融領域:利用人工智能技術進行風險控制、投資決策、反欺詐等操作，提高金融服務的精準度和時效性。

（3）醫(yī)療衛(wèi)生領域:利用人工智能技術實現(xiàn)疾病預測、影像診斷、精準醫(yī)療和健康管理。隨著老齡化社會的到來，“AI＋健康與養(yǎng)老”等等。制造業(yè)概述制造業(yè)的定義：制造業(yè)是指機械工業(yè)時代利用某種資源(物料、能源、設備、工具、資金、技術、信息和人力等)，按照市場要求，通過制造過程，轉化為可供人們使用和利用的大型工具、工業(yè)品與生活消費產品的行業(yè)。根據(jù)在生產中使用的物質形態(tài)，制造業(yè)可劃分為離散制造業(yè)和流程制造業(yè)。制造業(yè)包括：產品制造、設計、原料采購、設備組裝、倉儲運輸、訂單處理、批發(fā)經(jīng)營、零售。制造業(yè)分類制造業(yè)是國家的戰(zhàn)略性產業(yè)高度發(fā)達的制造業(yè)，是實現(xiàn)工業(yè)化的必備條件高度發(fā)達的制造業(yè)，是衡量國家國際競爭力的重要標志高度發(fā)達的制造業(yè)，是決定國家在經(jīng)濟全球化進程中國際分工地位的關鍵因素智能制造的概念美國：“智能制造創(chuàng)新研究院”對智能制造的定義是：智能制造是先進傳感、儀器、監(jiān)測、控制和過程優(yōu)化的技術和實踐的組合，它們將信息和通信技術與制造環(huán)境融合在一起，實現(xiàn)工廠和企業(yè)中能量、生產率、成本的實時管理。德國：“工業(yè)4.0”的內涵就是數(shù)字化、智能化、人性化、綠色化，產品的大批量生產已經(jīng)不能滿足客戶個性化訂制的需求，要想使單件小批量生產能夠達到大批量生產同樣的效率和成本，需要構建可以生產高精密、高質量、個性化智能產品的智能工廠。中國：智能制造定義為基于新一代信息技術，貫穿設計、生產、管理、服務等制造活動各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行等功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。2.智能制造產業(yè)綜述“AI+制造業(yè)”意義制造業(yè)為人工智能技術落地提供豐富的應用場景促進新經(jīng)濟增長人工智能支持制造業(yè)產品、流程及商業(yè)模式創(chuàng)新滿足社會需求搶占新工業(yè)革命“智”高點，重構國際分工“AI+制造業(yè)”產業(yè)綜述基礎層是不可或缺的軟硬件資源，包括人工智能芯片、工業(yè)機器人、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，提供人工智能技術在制造業(yè)應用所需的軟硬件資源。

技術平臺層是問題導向而非數(shù)據(jù)導向，包括公有制造云、制造業(yè)大數(shù)據(jù)、制造業(yè)人工智能算法，即基于數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡，開發(fā)設計人工智能算法。

應用層是讓人工智能去做擅長的事情，利用人工智能技術在制造業(yè)生產和服務的各個環(huán)節(jié)創(chuàng)造價值。智能工廠內涵與基本架構“AI+制造業(yè)”未來趨勢自適應學習與智能決策智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算與實時響應0203013.人工智能的典型產品——機器人機器人的定義發(fā)明第一臺機器人的正是享有“機器人之父”美譽的恩格爾伯格先生。1958年他建立了Unimation公司，并于1959年研制出了世界上第一臺工業(yè)機器人，1983年，恩格爾伯格和他的同事們毅然將Unimation公司賣給了西屋公司，并創(chuàng)建了TRC公司，開始研制服務機器人。機器人的分類1按機器人的發(fā)展2按機器人的控制方式3按應用環(huán)境的方式4按機器人的運動形式5按照機器人的移動方式6按照機器人的作業(yè)空間適應性通用性適應性是指機器人對環(huán)境的自適應能力。即所設計的機器人能夠自我執(zhí)行未經(jīng)完全指定的任務，而不管任務執(zhí)行過程中所發(fā)生的沒有預計到的環(huán)境變化。通用性指的是某種執(zhí)行不同功能和完成多樣簡單任務的實際能力。機器人的通用性取決于其幾何特性和機械能力。機器人的主要特征及應用=

主要應用：

機器人有著極其廣泛的研究和應用領域。研究機器人的學科叫機器人學，這些領域涉及眾多課題，體現(xiàn)出廣泛的學科交叉特點。機器人已在工業(yè)、農業(yè)、商業(yè)、旅游業(yè)、空中和海洋以及國防等領域獲得越來越普遍的應用。此外，機器人已逐漸在醫(yī)院、家庭和一些服務行業(yè)獲得推廣應用，發(fā)展十分迅速。

生產線上的工業(yè)機器人

“玉兔號”月球車機器人的主要特征及應用智能機器人定義智能機器人具有感知功能與識別、判斷及規(guī)劃功能。因此機器的智能分為兩個層次，一具有感覺、識別、理解和判斷功能；二具有總結經(jīng)驗和學習的功能。感覺要素01運動要素02思考要素035.人工智能在制造業(yè)的應用案例預防性維護預防維修生產維修20XX20XX20XX20XX事后維修狀態(tài)維修數(shù)字孿生在工廠的應用數(shù)字孿生應用于制造流程設計中產生了盒裝工廠。當機器與AI設備一起交付時，制造商將端到端的工作流程打包，并為用戶提供安裝說明、知識參考、傳感器檢測操作和機器維護的分析方法以及無人監(jiān)督的模型。用戶通過訓練創(chuàng)建一個盒裝工廠系統(tǒng)，使用無監(jiān)督的模型來尋找異常或錯誤，并能夠將它們與傳感器的正常反饋模式進行比較。焊縫檢測該系統(tǒng)主要完成焊縫中缺陷的識別和焊接缺陷分類任務。檢測系統(tǒng)由轉換部分、處理部分和串行通信部分組成。轉換部分由一個X射線源、一個傳輸車輛、一個增強器和一個CCD相機組成。轉換部分是通過光增強器使X射線轉換為可見光，然后CCD攝像機將光信號轉換成電信號并發(fā)送給處理部分。