【正文】 工智能既屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的一個(gè)前沿領(lǐng)域 , 也屬于信息處理和自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)前沿領(lǐng)域 。 人工智能學(xué)科的研究策略則是先部分地或某種程度地實(shí)現(xiàn)機(jī)器的智能 ,并運(yùn)用智能技術(shù)解決各種實(shí)際問題特別是工程問題 , 從而使現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)更靈活 、 更好用和更有用 ,成為人類的智能化信息處理工具 , 從而逐步擴(kuò)展和不斷延伸人的智能 , 逐步實(shí)現(xiàn)智能化 。 具體來講 , 就是要使計(jì)算機(jī)不僅具有腦智能和群智能 , 還要具有看 、 聽 、 說 、 寫等感知和交流能力 。 事實(shí)上 ,智能化將是繼機(jī)械化 、 自動(dòng)化之后 , 人類生產(chǎn)和生活中的又一個(gè)技術(shù)特征 。 智能化也是自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì) 。 例如 , 當(dāng)前迅速發(fā)展著的互聯(lián)網(wǎng)(Inter)、 萬維網(wǎng) (WWW)和網(wǎng)格 (Grid)就強(qiáng)烈地需要智能技術(shù)的支持 。 我們知道 , 人類社會(huì)現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了信息化時(shí)代 。 既然計(jì)算機(jī)和人腦一樣都可進(jìn)行信息處理 , 那么是否能讓計(jì)算機(jī)同人腦一樣也具有智能呢 ？ 這正是人們研究人工智能的初衷 。 但現(xiàn)在的普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的智能還相當(dāng)?shù)拖?, 譬如缺乏自適應(yīng) 、 自學(xué)習(xí) 、 自優(yōu)化等能力 , 也缺乏社會(huì)常識(shí)或?qū)I(yè)知識(shí)等 , 而只能是被動(dòng)地按照人們?yōu)樗孪劝才藕玫墓ぷ鞑襟E進(jìn)行工作 。 計(jì)算智能主要研究各類優(yōu)化搜索算法 , 是當(dāng)前人工智能學(xué)科中一個(gè)十分活躍的分支領(lǐng)域 。 計(jì)算智能以數(shù)值數(shù)據(jù)為基礎(chǔ) , 主要通過數(shù)值計(jì)算 ， 運(yùn)用算法進(jìn)行問題求解 。 符號(hào)智能的主要內(nèi)容包括知識(shí)獲取 (knowledge acquisition)、 知識(shí)表示 (knowledge representation)、 知識(shí)組織與管理和知識(shí)運(yùn)用等技術(shù) (這些構(gòu)成了所謂的知識(shí)工程(Knowledge Engineering, KE))以及基于知識(shí)的智能系統(tǒng)等 。 第 1 章 人工智能概述 1. 符號(hào)智能就是符號(hào)人工智能 , 它是模擬腦智能的人工智能 , 也就是所說的傳統(tǒng)人工智能或經(jīng)典人工智能 。腦智能是一種個(gè)體智能 (Individual Intelligence,II), 而群智能是一種社會(huì)智能 (Social Intelligence,SI), 或者說是系統(tǒng)智能 (System Intelligence,SI)。 第 1 章 人工智能概述 群智能是有別于腦智能的。 西爾勒則完全按照原先計(jì)算機(jī)程序的處理方式和過程 (如符號(hào)匹配 、 查找 、 照抄等 )對(duì)這些符號(hào)串進(jìn)行操作 , 然后把得到的結(jié)果即問題答案通過小縫隙送出去 。而西爾勒設(shè)想將這段故事和問題改用中文描述 (因?yàn)樗救瞬欢形?), 然后將自己封閉在一個(gè)屋子里 , 代替計(jì)算機(jī)閱讀這段故事并且回答相關(guān)問題 。 他用一個(gè)現(xiàn)在稱為 “ 中文屋子 ” 的假設(shè) , 試圖說明即便是一臺(tái)計(jì)算機(jī)通過了圖靈測(cè)試 , 也不能說它就真的具有智能 。 第 1 章 人工智能概述 對(duì)于 “ 圖靈測(cè)試 ” , 美國哲學(xué)家約翰 簡(jiǎn)單來講 , 圖靈測(cè)試的做法是 : 讓一位測(cè)試者分別與一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一個(gè)人進(jìn)行交談 (當(dāng)時(shí)是用電傳打字機(jī) ), 而測(cè)試者事先并不知道哪一個(gè)被測(cè)者是人 , 哪一個(gè)是計(jì)算機(jī) 。 第 1 章 人工智能概述 關(guān)于如何界定機(jī)器智能 , 早在人工智能學(xué)科還未正式誕生之前的 1950年 , 計(jì)算機(jī)科學(xué)創(chuàng)始人之一的英國數(shù)學(xué)家阿蘭 因?yàn)橐缍C(jī)器是否具有智能 , 必然要涉及到什么是智能的問題 ,但這卻是一個(gè)難以準(zhǔn)確回答的問題 。 ——Stuart Russell和 Peter Norvig則把已有的一些人工智能定義分為 4類 : 像人一樣思考的系統(tǒng) 、 像人一樣行動(dòng)的系統(tǒng) 、 理性地思考的系統(tǒng) 、 理性地行動(dòng)的系統(tǒng) (2022年 )。 —— 人工智能是那些使知覺、 推理和行為成為可能的計(jì)算的研究 (Winston, 1992年 )。 ——人工智能是一種計(jì)算機(jī)能夠思維 , 使機(jī)器具有智力的激動(dòng)人心的新嘗試 (Haugeland,1985年 )。 下面是部分學(xué)者對(duì)人工智能概念的描述 , 可以看做是他們各自對(duì)人工智能所下的定義 。 當(dāng)然 , 這只是對(duì)人工智能的字面解釋或一般解釋 。第 1 章 人工智能概述 第 1 章 人工智能概述 什么是人工智能 人工智能的研究意義、目標(biāo)和策略 人工智能的學(xué)科范疇 人工智能的研究?jī)?nèi)容 人工智能的研究途徑與方法 人工智能的基本技術(shù) 人工智能的應(yīng)用 人工智能的分支領(lǐng)域與研究方向 人工智能的發(fā)展概況 習(xí)題一 第 1 章 人工智能概述 什么是人工智能 顧名思義 ,人工智能就是人造智能 , 其英文表示是“ Artificial Intelligence”, 簡(jiǎn)稱 AI。 “ 人工智能 ” 一詞目前是指用計(jì)算機(jī)模擬或?qū)崿F(xiàn)的智能 , 因此人工智能又稱機(jī)器智能 。 關(guān)于人工智能的科學(xué)定義 , 學(xué)術(shù)界目前還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí) 。 第 1 章 人工智能概述 ——人工智能是那些與人的思維相關(guān)的活動(dòng) , 諸如決策 、 問題求解和學(xué)習(xí)等的自動(dòng)化 (Bellman, 1978年 )。 ——人工智能是研究如何讓計(jì)算機(jī)做現(xiàn)階段只有人才能做得好的事情 (Rich Knight, 1991年 )。 第 1 章 人工智能概述 ——廣義地講 , 人工智能是關(guān)于人造物的智能行為 , 而智能行為包括知覺 、 推理 、 學(xué)習(xí) 、 交流和在復(fù)雜環(huán)境中的行為(Nilsson, 1998年 )。 第 1 章 人工智能概述 可以看出 , 這些定義雖然都指出了人工智能的一些特征 , 但用它們卻難以界定一臺(tái)計(jì)算機(jī)是否具有智能 。 所以 ,盡管人們給出了關(guān)于人工智能的不少說法 , 但都沒有完全或嚴(yán)格地用智能的內(nèi)涵或外延來定義人工智能 。圖靈 (Alan Turing)就提出了現(xiàn)稱為 “ 圖靈測(cè)試 ” (Turing Test)的方法 。 如果交談后測(cè)試者分不出哪一個(gè)被測(cè)者是人 , 哪一個(gè)是計(jì)算機(jī) , 則可以認(rèn)為這臺(tái)被測(cè)的計(jì)算機(jī)具有智能 。西爾勒 (John Searle, 1980年 )提出了異議 。 中文屋子假設(shè)是說 : 有一臺(tái)計(jì)算機(jī)閱讀了一段故事并且能正確回答相關(guān)問題 , 這樣這臺(tái)計(jì)算就通過了圖靈測(cè)試 。 描述這段故事和問題的一連串中文符號(hào)只能通過一個(gè)很小的縫隙被送到屋子里 。 西爾勒認(rèn)為盡管計(jì)算機(jī)用這種符號(hào)處理方式也能正確回答問題 , 并且也可通過圖靈測(cè)試 , 但仍然不能說計(jì)算機(jī)就有了智能 。 事實(shí)上 , 它們是屬于不同層次的智能。但對(duì)于人腦來說 , 宏觀心理 (或者語言 )層次上的腦智能與神經(jīng)元層次上的群智能又有密切的關(guān)系 ——正是微觀生理層次上低級(jí)的神經(jīng)元的群智能形成了宏觀心理層次上高級(jí)的腦智能 (但二者之間的具體關(guān) 系如何 , 卻仍然是個(gè)迷 , 這個(gè)問題的解決需要借助于系統(tǒng)科學(xué) )。 符號(hào)智能以符號(hào)形式的知識(shí)和信息為基礎(chǔ) , 主要通過邏輯推理 ， 運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行問題求解 。 第 1 章 人工智能概述 2. 計(jì)算智能就是計(jì)算人工智能 , 它是模擬群智能的人工智能 。 計(jì)算智能的主要內(nèi)容包括 : 神經(jīng)計(jì)算(Neural Computation, NC) 、 進(jìn) 化 計(jì) 算 ( 亦 稱 演 化 計(jì) 算 , Evolutionary Computation, EC, 包括遺傳算法 (Geic Algorithm, GA) 、 進(jìn)化規(guī)劃 (Evolutionary Planning, EP) 、 進(jìn)化策略(Evolutionary Strategies, ES) 等 ) 、 免 疫 計(jì) 算 (immune putation)、 粒群算法 (Particle Swarm Algorithm, PSA)、 蟻群算法 (Ant Colony Algorithm, ACA)、 自然計(jì)算 (Natural Computation, NC)以及人工生命 (Artificial Life, AL)等 。 第 1 章 人工智能概述 人工智能的研究意義、目標(biāo)和策略 我們知道 , 計(jì)算機(jī)是迄今為止最有效的信息處理工具 , 以至于人們稱它為 “ 電腦 ” 。 因而它的功能和作用就受到很大的限制 ,難以滿足越來越復(fù)雜和越來越廣泛的社會(huì)需求 。 第 1 章 人工智能概述 研究人工智能也是當(dāng)前信息化社會(huì)的迫切要求 。 信息化的進(jìn)一步發(fā)展 , 就必須有智能技術(shù)的支持 。 也就是說 ,人工智能技術(shù)在 Inter、 WWW和 Grid上將發(fā)揮重要作用 。 自動(dòng)化發(fā)展到一定水平 , 再向前發(fā)展就必然是智能化 。 第 1 章 人工智能概述 人工智能作為一門學(xué)科 , 其研究目標(biāo)就是制造智能機(jī)器和智能系統(tǒng) , 實(shí)現(xiàn)智能化社會(huì) 。 簡(jiǎn)言之 , 就是要使計(jì)算機(jī)具有自主發(fā)現(xiàn)規(guī)律 、 解決問題和發(fā)明創(chuàng)造的能力 , 從而大大擴(kuò)展和延伸人的智能 ,實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的全面智能化 。 第 1 章 人工智能概述 人工智能的學(xué)科范疇 現(xiàn)在 , 人工智能已構(gòu)成信息技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要學(xué)科 。 但由于其研究?jī)?nèi)容涉及到“ 智能 ” , 因此 ,人工智能又不局限于計(jì)算機(jī) 、 信息和自動(dòng)化等學(xué)科 , 還涉及到智能科學(xué) 、 認(rèn)知科學(xué) 、 心理科學(xué) 、 腦及神經(jīng)科學(xué) 、 生命科學(xué) 、 語言學(xué) 、 邏輯學(xué) 、 行為科學(xué) 、 教育科學(xué) 、 系統(tǒng)科學(xué) 、 數(shù)理科學(xué)以及控制論 、 哲學(xué)甚至經(jīng)濟(jì)學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域 。 第 1 章 人工智能概述 人工智能的研究?jī)?nèi)容 所謂搜索 , 就是為了達(dá)到某一目標(biāo)而多次地進(jìn)行某種操作 、 運(yùn)算 、 推理或計(jì)算的過程 。 這可以看做是人類和其他生物所具有的一種元知識(shí) 。 進(jìn)一步人們發(fā)現(xiàn) , 許多智能活動(dòng) (包括腦智能和群智能 )的過程 , 甚至幾乎所有智能活動(dòng)的過程 ,都可以看做或者抽象為一個(gè)基于搜索的問題求解過程 。 第 1 章 人工智能概述 學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)是指機(jī)器的知識(shí)學(xué)習(xí)和規(guī)律發(fā)現(xiàn) 。 那么 , 要實(shí)現(xiàn)人工智能就應(yīng)該賦予機(jī)器這些能力 。 第 1 章 人工智能概述 知識(shí)與推理 我們知道 “ 知識(shí)就是力量 ” 。 的確 , 對(duì)智能來說 , 知識(shí)太重要了 , 以致可以說 “ 知識(shí)就是智能 ” 。 而發(fā)現(xiàn)規(guī)律和運(yùn)用知識(shí)本身還需要知識(shí) 。 所以 , 要實(shí)現(xiàn)人工智能 , 計(jì)算機(jī)就必須擁有知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的能力 。 知識(shí)表示要求便于計(jì)算機(jī)的接受 、 存儲(chǔ) 、處理和運(yùn)用 , 機(jī)器的推理方式與知識(shí)的表示又息息相關(guān) 。 第 1 章 人工智能概述 這里的發(fā)明創(chuàng)造是廣義的 , 它既包括我們通常所說的發(fā)明創(chuàng)造 ,如機(jī)器 、 儀器 、 設(shè)備等的發(fā)明和革新 , 也包括創(chuàng)新性軟件 、 方案 、 規(guī)劃 、 設(shè)計(jì)等的研制和技術(shù) 、 方法的創(chuàng)新以及文學(xué) 、 藝術(shù)的創(chuàng)作 , 還包括思想 、 理論 、 法規(guī)的建立和創(chuàng)新等等 。 它不僅需要邏輯思維 , 而且還需要形象思維 。 目前 ,人們?cè)谶@一領(lǐng)域已經(jīng)開展了一些工作 , 并取得了一些成果 , 例如已展開了關(guān)于形象信息的認(rèn)知理論 、 計(jì)算模型和應(yīng)用技術(shù)的研究 , 已開發(fā)出了計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件 , 還嘗試用計(jì)算機(jī)進(jìn)行文藝創(chuàng)作等等 。 第 1 章 人工智能概述 感知與交流是指計(jì)算機(jī)對(duì)外部信息的直接感知和人機(jī)之間 、 智能體之間的直接信息交流 。 所以 , 機(jī)器感知包括計(jì)算機(jī)視覺 、 聽覺等各種感覺能力 。 自然語言處理又包括自然語言理解和表達(dá) 。 第 1 章 人工智能概述 記憶是智能的基本條件 , 不管是腦智能還是群智能 , 都以記憶為基礎(chǔ) 。 在人腦中 , 伴隨著記憶的就是聯(lián)想 , 聯(lián)想是人腦的奧秘之一 。 要實(shí)現(xiàn)聯(lián)想無非就是建立事物之間的聯(lián)系 。 當(dāng)然 , 建立這種聯(lián)系的辦法很多 ,比如用指針 、 函數(shù) 、 鏈表等等 。 但傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)的聯(lián)想 , 只能對(duì)于那些完整的 、 確定的 (輸入 )信息 , 聯(lián)想起 (輸出 )有關(guān)的信息 。 人腦能對(duì)那些殘缺的 、失真的 、 變形的輸入信息 , 仍然可以快速準(zhǔn)確地輸出聯(lián)想響應(yīng) 。 而研究表明 , 人腦的聯(lián)想功能是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的按內(nèi)容記憶方式進(jìn)行的 。 例如 , 蘋果這一概念 , 一般有形狀 、 大小 、 顏色等特征 , 我們所要介紹的內(nèi)容記憶方式就是由形狀 (比如蘋果是圓形的 )想起顏色 、 大小等特征 , 而不需要關(guān)心其內(nèi)部地址 。 聯(lián)想存儲(chǔ)的特點(diǎn)是 : ——可以存儲(chǔ)許多相關(guān) (激勵(lì) , 響應(yīng) )模式對(duì) 。 ——以分布 、 穩(wěn)健的方式 (可能會(huì)有很高的冗余度 )存儲(chǔ)信息 。 ——即使輸入激勵(lì)模式失真或不完全時(shí) , 仍然可以產(chǎn)生正確的響應(yīng)模式 。 第 1 章 人工智能概述 系統(tǒng)與建造是指智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù) 。 由于人工智能一般總要以某種系統(tǒng)的形式來表現(xiàn)和應(yīng)用 , 因此關(guān)于智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)也是人工智能的研究?jī)?nèi)容之一 。 它主要研究人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域 、 應(yīng)用形式 、 具體應(yīng)用工程項(xiàng)目等 。 第 1 章 人工智能概述 人工智能的研究途徑與方法