人工智能.PPT
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1、人工智能,Artificial Intelligence,课程内容,人工智能概述 知识表示方法 确定性推理 搜索策略 计算智能 不确定知识与推理 专家系统 机器学习 自然语言理解 分布智能 人工神经网络,课程安排,时间 2008.2-2008.5 形式 上课、讲座、讨论 要求 1.按时上课 2.参加并积极参与课堂讨论 3.考核合格,课程考核,总成绩 = 期末考试 + 平时成绩 +大作业,( 100% 60% 10% 30% ),主要参考书,人工智能一种现代方法(第二版) Stuart Russell, Peter Norvig著 人民邮电出版社 机器学习 Mitchell T. 机械工业出版社
2、,主要参考文献,IJCAI,世界人工智能大会,两年一次 AAAI,美国一年一次的年会 Artificial Intelligence Computational Intelligence IEEE Transactions on Pattern analysis and Machine Intelligence IEEE Intelligent Systems ,第一章 人工智能概述,什么是AI? AI的基础 AI的产生与发展 AI的主要研究与应用领域 AI近期发展分析 AI研究的主要方法,什么是AI?,狭义: 计算机科学的一个分支,是智能计算机系统 (思维科学) 智能:与人的智能相当或相近
3、(对语言能理解、能学习、能推理) 广义 人类智能行为规律、智能理论方面的研究,形式化定义 目前还没有 一般解释 人工智能就是用人工的方法在机器(计算机)上实现的智能,或称机器智能 无形式化定义的理由 人工智能的严格定义依赖于对智能的定义 即要定义人工智能,首先应该定义智能 但智能本身也还无严格定义,什么是AI?,什么是AI?,什么是智能?(自然智能),自然智能 指人类和一些动物所具有的智力和行为能力 人类的自然智能(简称智能) 指人类在认识客观世界中,由思维过程和脑力活动所表现出的综合能力。 人类大脑是如何实现智能的 两大难题之一:宇宙起源、人脑奥秘 对人脑奥秘知道什么 结构:1011-12
4、量级的神经元,分布并行 功能:记忆、思维、观察、分析 等 对智能的严格定义 有待于人脑奥秘的揭示,进一步认识,自然智能:人类和一些动物所具有的智力和行为能力 “智力”包括解决问题、进行多种运算、学习和处理各种新情况的能力。 “智力”与“具体能力”有区别:“智力”是指学会某种技能的能力、而不是指技能本身。 最重要的能力是指诸如判断、洞察力和创造力等与计算机没有关系的元素。,什么是AI?,什么是智能?(自然智能),认识智能的观点,思维理论 智能来源于思维活动,智能的核心是思维,人的一切知识都是思维的产物。可望通过对思维规律和思维方法的研究,来揭示智能的本质。 知识阈值理论 智能取决于知识的数量及其
5、可运用程度。一个系统所具有的可运用知识越多,其智能就会越高。 进化理论 是美国MIT的Brooks在对人造机器虫研究的基础上提出来的。智能取决于感知和行为,取决于对外界复杂环境的适应,智能不需要知识、不需要表示、不需要推理,智能可由逐步进化来实现。,什么是AI?,智能的层次结构,高层智能 以大脑皮层(抑制中枢)为主,主要完成记忆、思维等活动。 中层智能 以丘脑(感觉中枢)为主,主要完成感知活动。 低层智能 以小脑、脊髓为主,主要完成动作反应活动。 不同观点在层次结构中的对应关系 思维理论 知识阈值理论 进化理论 中层智能和低层智能,高层智能,什么是AI?,智能包含的能力,感知能力 通过感知器官
6、感知外界的能力。是人类获得外界信息的基本途径,其处理方式有以下两种: 感知-动作方式:对简单、紧急信息 感知-思维-动作方式:对复杂信息 记忆和思维能力 记忆:对感知到的外界信息和由思维产生的内部知识的存储过程 思维:对已存储信息或知识的本质属性、内部知识的认识过程 思维方式: 抽象思维(逻辑思维): 形象思维(直感思维): 灵感思维(顿悟思维):,什么是AI?,学习和自适应能力 学习:是一个具有特定目的的知识获取过程 是人的一种本能。不同人的学习方法、能力不同 自适应:是一种通过自我调节适应外界环境的过程 是人的一种本能。不同人的适应能力不同 行为能力 含义:是人们对感知到的外界信息作出动作
7、反应的能力 信息来源:由感知直接获得的外界信息 经过思维加工后的信息 实现过程:通过脊髓来控制 由语言、表情、体姿等来实现,智能包含的能力,什么是AI?,能力方面 人工智能就是用人工的方法在机器(计算机)上实现的智能,或称机器智能 学科方面 是一门研究如何构造智能机器或智能系统,以模拟、延伸和扩展人类智能的学科,什么是AI?,什么是AI?,人类大脑的认识模型是基于信息处理的思想,早期人类大脑的信息处理模型,关于智能,人工智能最感兴趣的问题是试图复制“普通人的智能”,如视觉和自然语言能力等等。 1950年英国数学家Alan Turing在思想(mind)杂志上发表了“Computer Machi
8、nery and Intelligence”一文,提出了Turing测试、机器学习、遗传算法和增量学习。,什么是AI?,智能的测量,图灵测试,受试者 人 B,受试者 机器 C,测试者 人 A,界面控制,ELIZA(*) (第一个计算机精神病医生的会话系统),* Men are all alike. * IN WHAT WAYS * They are always bugging us about something or other. * CAN YOU THINK OF A SPECISL EXAMPLE. * Well, my boyfriend made me come here. *
9、YOUR BOYFRIEND MADE YOU COME HERE. * He says Im depressed much of the time . * I AM SORRY TO HEARE THAT YOU ARE DEPREDDED. * Its true.Im unhappy. * DO YOU THINK COMING HERE WILL HELP YOU NOT TO BE UNHAPPY. ,不同的教科书有不同的定义 主要在两个方面存在差异: -思维过程和推理 -行为 所谓人工智能,是指人类的各种智能行为和各类脑力劳动,诸如感知、记忆、情感、判断、推理、证明、识别、理解、通信
10、、设计、学习等思维活动,可用某种物化了的机器予以人工地实现,什么是AI?,自然语言处理 知识表示 自动推理 机器学习 计算机视觉 机器人技术 ,什么是AI?,AI的主要研究内容:,人工智能的研究目标,远期目标 揭示人类智能的根本机理,用智能机器去模拟、延伸和扩展人类的智能 涉及到脑科学、认知科学、计算机科学、系统科学、控制论等多种学科,并依赖于它们的共同发展 近期目标 研究如何使现有的计算机更聪明,即使它能够运用知识去处理问题,能够模拟人类的智能行为。 相互关系 远期目标为近期目标指明了方向 近期目标则为远期目标奠定了理论和技术基础,什么是AI?,AI的基础,哲学(公元前428年现在) 数学(
11、约800年现在) 经济学(1776年现在) 神经科学(1861年现在) 心理学(1879年现在) 计算机工程(1940年现在) 控制论(1948年现在) 语言学(1957年现在),AI的产生与发展,人工智能52年,孕育期(1943年1955年) AI的诞生(1956年) AI基础技术的研究和形成(19561970) 知识应用期(19711980) 从学派分离走向综合(1980年现在) AI成为科学(1987年现在),1. 孕育期(1943年1955年),AI的产生与发展,1943年Warren McCulloch 和Walter Pitts:人工神经元模型 1946年美国人毛奇莱(Mauchl
12、y)和艾克特(Eckert):世界上第一台电子计算机ENIAC 1945年冯诺依曼(John Von Neumann): 冯诺依曼结构。 1948年维纳(N.Wiener): 创立了控制论。控制论向人工智能的渗透,形成了行为主义学派。 1951年Marvin Minsky 和Dean Edmonds:神经元网络计算机 1950年Alan Turing: Computer Machinery and Intelligence,2. AI的诞生(1956年),AI的产生与发展,AI诞生于一次历史性的聚会 时间:1956年夏季 地点:达特莫斯 (Dartmouth) 大学 目的:为使计算机变得更“聪
13、明” ,或者说使计算机具有智能 发起人: 麦卡锡(J.McCarthy) ,Dartmouth的年轻数学家、计算机专家,后为MIT教授 明斯基(M.L.Minsky),哈佛大学数学家、神经学家,后为MIT教授 洛切斯特(N.Lochester), IBM公司信息中心负责人 香农(C.E.Shannon),贝尔实验室信息部数学研究员 参加人: 莫尔(T.more)、塞缪尔(A.L.Samuel), IBM公司 塞尔夫里奇(O.Selfridge)、索罗蒙夫(R.Solomonff) , MIT 纽厄尔(A.Newell),兰德(RAND)公司 西蒙(H.A.Simon),卡内基(Carnagie
14、)工科大学 会议结果: 由麦卡锡提议正式采用了“Artificial Intelligence”这一术语,1956年, 美国的达特茅斯 历史意义的会议,标志着人工智能的正式诞生。,McCarthy“人工智能之父”,AI的产生与发展,AI的产生与发展,3.人工智能基础技术的研究和形成(19561970),心理学小组 1957年:纽厄尔、肖(J.Shaw)和西蒙等人的心理学小组研制了一个称为逻辑理论机(Logic Theory Machine,简称LT)的数学定理证明程序。 1960年:研制了通用问题求解(General Problem Solving)程序。 IBM工程小组 1956年,塞缪尔在
15、IBM704计算机上研制成功了具有自学习、自组织和自适应能力的西洋跳棋程序。 MIT小组 1958年,麦卡西建立了行动规划咨询系统。 1960年,麦卡西又研制了人工智能语言LISP。 1961年,明斯基发表了“走向人工智能的步骤”的论文 其他 1965年,鲁宾逊(J.A.Robinson)提出了归结(消解)原理。,有很多挫折和教训 以知识为中心的研究 1965年斯坦福大学计算机科学系的人工智能鼻祖费根鲍姆(E.A.Feigenbaum),提出基于知识的系统。 1972年由绍特里夫(E.H.Shortliffe)等人开始研制医疗专家MYCIN系统。代表性的系统:DENDRAL、MACSYMA、M
16、YCIN和PROSPECTOR 专家系统,计算机视觉和机器人,自然语言理解和机器翻译等是这一时期的研究热点问题。 现实的困难,AI的产生与发展,4.知识应用期(19711980),5. 从学派分立到综合(1980年现在),AI的产生与发展,符号主义、连接主义和行为主义三大学派。 符号主义学派 是指基于符号运算的人工智能学派,他们认为知识可以用符号来表示,认知可以通过符号运算来实现。 连接主义学派 是指神经网络学派。 行为主义学派 是指进化主义学派,在行为模拟方面,麻省理工学院的布鲁克教授1991年研制成功了能在未知的动态环境中漫游的有6条腿的机器虫。 三大学派的综合集成,AI研究的基本内容,6
17、.AI成为科学(1987年现在),AI的产生与发展,AI在过去十年取得了更快捷的进步,因为在实验中和方法的比较中更多地使用了科学方法 理论基础与实际系统携手共进 AI的子领域开始变得更整体化,另外AI还在其他领域中找到了共同基础,人工智能的学科位置 与脑科学和认知科学的交叉研究 智能模拟的方法和技术研究,AI研究的基本内容,1.AI 的 学 科 位 置,是自然科学与社会科学的交叉学科 交叉学科:逻辑、思维、生理、心理、计算机、电子、语言、自动化、光、声等 AI的核心是思维与智能,构成了自己独特的学科体系 AI的基础学科包括:数学(离散、模糊)、思维科学(认知心理、逻辑思维学、形象思维学)和计算
18、机(硬件、软件)等,2.与脑科学和认知科学的交叉研究,脑科学:又称神经科学,其目的是要认识脑、保护脑和创造脑。美国神经科学学会的定义:神经科学是为了了解神经系统内分子水平、细胞水平及细胞间的变化过程,以及这些过程在中枢的功能、控制系统内的整合作用所进行的研究。 现代脑科学的基本问题主要包括: (1) 揭示神经元之间的连接形式,奠定行为的脑机制的结构基础 (2) 阐明神经活动的基本过程,说明在分子、细胞到行为等不同层次上神经信号的产生、传递、调制等基本过程 (3) 鉴别神经元的特殊细胞生物学特性 (4) 认识实现各种功能的神经回路基础 (5) 解释脑的高级功能机制等,2.与脑科学和认知科学的交叉
19、研究,认知:可一般地认为是和情感、动机、意志相对应的理智或认识过程,或者是为了一定的目的,在一定的心理结构中进行的信息加工过程。 美国心理学家浩斯顿(Houston)等人把认知归纳为以下5种主要类型: (1) 认知是信息的处理过程; (2) 认知是心理上的符号运算; (3) 认知是问题求解; (4) 认知是思维; (5) 认知是一组相关的活动,如知觉、记忆、思维、判断、推理、问题求解、学习、想象、概念形成及语言使用等。 认知科学:认知科学(亦称思维科学)是研究人类感知和思维信息处理过程的一门学科,其主要研究目的就是要说明和解释人类在完成认知活动时是如何进行信息加工的。,3.智能模拟的方法和技术
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