【正文】 人工智能原理 張永剛 吉林大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 Email: 課 程 內(nèi) 容 一、課程背景 二、產(chǎn)生式系統(tǒng)表示及其搜索方法 三、邏輯表示及其推理方法 第一章 人工智能簡介 千古的夢想 不斷地從自然力的束縛下解放自己 ? 古代：利用物質(zhì)資源 制造人力的工具 擴(kuò)展人的 體質(zhì) 功能 支持農(nóng)業(yè)社會的文明 ? 近代：利用能量的資源 制造動力工具 擴(kuò)展人的 體力 功能 支持工業(yè)社會的文明 ? 現(xiàn)代：利用信息資源 制造智能工具 擴(kuò)展人的 智力 功能 導(dǎo)致信息社會 人工智能 （ Artificial Intelligence） ? 研究如何用計(jì)算機(jī)去模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能； 如何把計(jì)算機(jī)用得更聰明； 如何設(shè)計(jì)和建造具有高智能水平的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)； 如何設(shè)計(jì)和制造更聰明的智能計(jì)算機(jī) ? 一門由計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、語言學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)等多種學(xué)科相互滲透而發(fā)展起來的綜合性新學(xué)科 ? 二十世紀(jì)七十年代以來世界三大尖端技術(shù) （空間技術(shù)、能源技術(shù)、人工智能）之一 ? 二十一世紀(jì)三大尖端技術(shù)（基因工程、納米科學(xué)、人工智能）之一 ? 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的前沿科技領(lǐng)域 人工智能 （ Artificial Intelligence） 2023年上映的電影 《 人工智能 》是未來派的科幻史詩影片，由斯皮爾伯格制作。影片講述 21世紀(jì)中期，由于氣候變暖，南北兩極冰蓋的融化，地球上很多城市都被淹沒在了一片汪洋之中，此時，人類的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平，人工智能機(jī)器人就是人類發(fā)明出來的用以應(yīng)對惡劣自然環(huán)境的科技手段之一！ 杰出人物 20世紀(jì) 40位圖靈獎獲得者中有 6位人工智能學(xué)者： Marvin Minsky(1969年 ), 美國 知識的框架理論（ Frame Theory）創(chuàng)立者 John McCarthy(1971年 ),美國 人工智能之父， LISP語言的發(fā)明者 Herbert Simon和 Allen Newell(1975年 ),美國 人工智能符號主義學(xué)派的創(chuàng)始人 Edward Feigenbaum和 Raj Reddy (1994年 ), 美國 大型人工智能系統(tǒng)的開拓者 可見人工智能在信息科學(xué)中的地位。 Leslie Gabriel Valiant(萊斯利 瓦里安特 ) (2023年 ),英國 在機(jī)器學(xué)習(xí)理論、計(jì)算復(fù)雜性理論以及計(jì)算神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn) (首位圖靈獎的華裔科學(xué)家 姚期智 (Andrew ChiChih Yao) (2023年 ) 在計(jì)算理論方面的貢獻(xiàn) ) Judea Pearl (猶大 伯爾 )(2023年 )，美國 最早提出概率和因果性推理演算法 杰出人物 重要國際會議 ? IJCAI（ International Joint Conference on AI） 國際人工智能聯(lián)合會議（ AI界最高級別的學(xué)術(shù)盛會 ,中國計(jì)算機(jī)學(xué)會 A類會議 論文集出版： Man Kaufmann 創(chuàng)會時間： 1969年 每兩年開一次，組委會決定在 2023年起每年舉辦一屆 . 2023年投稿 1365，錄用 212，錄用率 %. 2023年投稿 1291，錄用 331，錄用率 %. 2023年投稿 1325，錄用 227，錄用率 %. 2023年投稿 1473，錄用 413，錄用率 28% ——北京 第一次在中國舉行 2023年將在阿根廷 布宜諾斯艾利斯 召開 ? AAAI AAAI Conference on Artificial Intelligence的簡稱 會議主辦方 (sponsor) :AAAI,原為美國人工智能學(xué)會(American Association for Artificial Intelligence)， 2023年改名為國際人工智能促進(jìn)協(xié)會（ The Association for the Advancement of Artificial Intelligence) 1980年第一屆 AAAI召開，此后每年舉辦一次 。 中國計(jì)算機(jī)學(xué)會 A類會議 ? ECAI 、 AJCAI （澳大利亞）、 CAI（加拿大） 、AAMAS （ International Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems ）、ICAPS（ International Conference on Automated Planning and Scheduling） 、ICML(International Conference on Machine Learning,中國計(jì)算機(jī)學(xué)會 A類會議 ) ? Artificial Intelligence 出版社 ：世界上公認(rèn)的高質(zhì)量學(xué)術(shù)期刊出版集團(tuán)荷蘭 Elsevier SCI收錄 創(chuàng)刊時間 ： 1970年 每期論文篇數(shù) ： 4篇左右 平均審稿周期為 9個月 期刊的主編 . Cohn曾為多屆國際頂級會議IJCAI， KR， ECAI程序委員會主席及會議主席 中國計(jì)算機(jī)學(xué)會 A類期刊 重要國際刊物 重要國際刊物 ? 1979年起， AAAI定期出版： 《 AI Magazine》 ? 中國計(jì)算機(jī)學(xué)會推薦的人工智能國際學(xué)術(shù)刊物 A類 : AI IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence Journal of Machine Learning Research 國內(nèi)重要會議 ? 1981年成立中國人工智能學(xué)會 全國人工智能學(xué)術(shù)年會（ CAAI）。 ? 1990年首次召開中國人工智能聯(lián)合會議（ CJCAI）。 一 、 什么是人工智能 ？ 二、人工智能的歷史 三、人工智能的不同研究流派 四、人工智能的主要研究領(lǐng)域及其發(fā)展 五、人工智能與其它領(lǐng)域的交叉 一、什么是人工智能？ 智能 ? 智能 人類在認(rèn)識和改造世界的活動中，由腦力勞動表現(xiàn)出來的能力。 包括感知、理解、抽象、分析、 推理 、判斷、學(xué)習(xí)和對變化環(huán)境的適應(yīng)等等 疑問： ? 僅限于人？一般動物沒有嗎？ ? 為什么說猩猩一類動物比一般動物智力高？ ? 若只限于人，那么機(jī)器就更不能談什么智能了，也就無人工智能可言了！ 所以，智能本身現(xiàn)在無法下精確的定義。 智能 ? 基于計(jì)算機(jī)的智能 如果一種行為或一系列行為能完成人類所做到的事， 就說它是智能的 。 人工智能 ? 人工智能又稱為智能模擬，用計(jì)算機(jī)模擬人腦的智能行為。包括感知、學(xué)習(xí)、推理、對策、決策、預(yù)測、直覺、聯(lián)想。 ? Nilson(Stanford): AI是關(guān)于知識的科學(xué)，即怎樣獲取、表示和使用知識的科學(xué) ? Feigenbaum(Stanford):AI是知識信息處理系統(tǒng) ? Winston(MIT):AI就是研究如何使計(jì)算機(jī)去做過去只有人才能做的富有智能的工作 ? It is the science and engineering of making intelligent machines, especially intelligent puter programs. It is related to the similar task of using puters to understand human intelligence, but AI does not have to confine itself to methods that are biologically observable. McCarthy ? 人工智能既包含理論研究的內(nèi)容又包含工程方面的內(nèi)容 . 人工智能的研究注意智能系統(tǒng)的效果而不是單純的對人的智能行為的模擬 . (人工智能研究的出發(fā)點(diǎn)與生物學(xué)家不同。生物學(xué)家研究智能行為是從腦的結(jié)構(gòu)和神經(jīng)細(xì)胞的組織入手。 人工智能研究者主要從智能行為的過程與表現(xiàn)入手，重點(diǎn)放在智能行為的實(shí)際效果上。 ) 人工智能的研究目標(biāo) ? 根本目標(biāo) 要求計(jì)算機(jī)不僅能模擬而且可以延伸、擴(kuò)展人的智能 ,達(dá)到甚至超過人類智能的水平。 附：關(guān)于智能本質(zhì)的爭論 ? Von Neumann：計(jì)算機(jī)決不會有智能。 ? Turing：計(jì)算機(jī)是能達(dá)到人的智力水平的。 ? McCarthy：人工智能的所有主要問題都是難解的。 ? Minsky：人工智能是有史以來最難的科學(xué)之一 。思維的社會無統(tǒng)一的知識表示和理論基礎(chǔ)。 ? Brooks：無需表示、無需推理的智能。 ? 反對派的核心觀點(diǎn)：計(jì)算機(jī)只能解決形式化的問題，而客觀世界的問題則是非形式化的，是變化無窮的。 ? 近期目標(biāo) 使現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)不僅能做一般的數(shù)值計(jì)算及非數(shù)值信息的數(shù)據(jù)處理，而且能運(yùn)用知識處理問題，能模擬人類的部分智能行為。 ? 作為工程技術(shù)學(xué)科，人工智能的目標(biāo)是提出建造人工智能系統(tǒng)的新技術(shù)、新方法和新理論，并在此基礎(chǔ)上研制出具有智能行為的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 ? 作為理論研究學(xué)科，人工智能的目標(biāo)是提出能夠描述和解釋智能行為的概念與理論，為建立人工智能系統(tǒng)提供理論依據(jù)。 一 、 什么是人工智能 ？ 二、人工智能的歷史 三、人工智能的不同研究流派 四、人工智能的主要研究領(lǐng)域及其發(fā)展 五、人工智能與其它領(lǐng)域的交叉 二、人工智能的歷史 AI is nearly as old as puting 人工智能的歷史 ? Aristotle（公元前 3 8 4 3 2 2） ：古希臘偉大的哲學(xué)家、思想家，著名學(xué)者 Plato的學(xué)生。 主要貢獻(xiàn) :為形式邏輯奠定了基礎(chǔ)。 三段論 Famous syllogism of Aristotle: Every man is mortal Socrates is a man Deduction: Socrates is mortal 演繹推理特點(diǎn)： 一般 → 特殊 。前提真，結(jié)論一定真 ? Bacon（ 15611626）， 英國哲學(xué)家和自然科學(xué)家。 主要貢獻(xiàn)： ? 系統(tǒng)地提出了歸納法。 ? 強(qiáng)調(diào)了知識的作用：“知識就是力量” 。 Socrates is a man Socrates is mortal Induction: Every man is mortal Every mortal is a man No man but Socrates is mortal Etc. 歸納推理的特點(diǎn)： 特殊 → 一般 。前提真，結(jié)論不一定真。 ? Leibniz(16461716) 德國數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家 ? 同 Newton并列為微積分的發(fā)明者。 ? 改進(jìn)了 Pascal的加法計(jì)算器，做出了能進(jìn)行四則運(yùn)算的手搖計(jì)算器，在計(jì)算工具的歷史上占有一席位置。 ? 對 AI的主要貢獻(xiàn) ：提出的數(shù)理邏輯的思想，把形式邏輯符號化，從而能對人的思維進(jìn)行運(yùn)算和推理。 Leibnitz提出的計(jì)劃是：建立一種通用的符號語言，以及一種在此符號語言上進(jìn)行推理的演算。 ? Leibnitz之夢 ：有一天所有的知識，包括精神和無形的真理，能夠通過通用的代數(shù)演算放入一個單一的演繹系統(tǒng)。 此夢的初步實(shí)現(xiàn)歸功于 Boole。 ? Gee Boole （ 18151864） 英國數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家 主要貢獻(xiàn)： 初步實(shí)現(xiàn)了 Leibnitz關(guān)于思維符號化和數(shù)學(xué)化的思想；提出了一種嶄新的代數(shù)系統(tǒng)，被后世稱為布爾代數(shù)。 凡傳統(tǒng)邏輯（命題邏輯）能處理的問題，布爾代數(shù)都能處理，而某些能用布爾代數(shù)處理的問題，用傳統(tǒng)邏輯處理卻極其困難。 ? Frege（ 18481925） 德國數(shù)理邏輯學(xué)家， 主要貢獻(xiàn)： 建立了謂詞邏輯系統(tǒng)。 出版了 《 概念演算 》 、 《 算術(shù)的基本 法則 》 等名著。 ? Godel（ 19061978） 美籍奧地利數(shù)理邏輯學(xué)