【正文】 華南師范大學(xué) 教育信息技術(shù)學(xué)院 鄭云翔 1 提綱 ? 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 2 什么是人工智能 ? 人工智能概念的一般描述： ? 字面解釋： ? 人工智能就是人造智能，其英文表示是“ Artificial Intelligence”，簡(jiǎn)稱 AI ? 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 ? 科學(xué)定義：目前還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí) ? 人工智能是那些與人的思維相關(guān)的活動(dòng)，諸如決策、問(wèn)題求解和學(xué)習(xí)等的自動(dòng)化 (Bellman， 1978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 ) 3 什么是人工智能 ? 科學(xué)定義 (續(xù) )： ? 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 ) ? 人工智能是那些使知覺(jué)、推理和行為成為可能的計(jì)算的研究 (Winston， 1992年 ) ? 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(jué)、推理、學(xué)習(xí)、交流和在復(fù)雜環(huán)境中的行為 (Nilsson， 1998年 ) ? 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) (2023年 ) 4 什么是人工智能 ? 沒(méi)有完全或嚴(yán)格地用智能的內(nèi)涵或外延來(lái)定義人工智能 ? 圖靈測(cè)試和中文屋子 (P2P3) ? 圖靈測(cè)試： 1950年，計(jì)算機(jī)科學(xué)創(chuàng)始人之一的英國(guó)數(shù)學(xué)家阿蘭 圖靈 (Alan Turing)提出 ? 中文屋子： 1980年，美國(guó)哲學(xué)家約翰 事實(shí)上，搜索是人在求解問(wèn)題時(shí)而不知現(xiàn)成解法的情況下所采用的一種普遍方法 ? 許多問(wèn)題 (包括智力問(wèn)題和實(shí)際工程問(wèn)題 )的求解都可以描述為或者歸結(jié)為對(duì)某種圖或空間的搜索問(wèn)題 ? 搜索技術(shù)就成為人工智能最基本的研究?jī)?nèi)容 18 人工智能的研究?jī)?nèi)容 ? 學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)：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)。不僅需要邏輯思維，還需要形象思維 ? 人工智能中最富挑戰(zhàn)性的一個(gè)研究領(lǐng)域 ? 目前已有一些進(jìn)展：已展開(kāi)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(kāi)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 21 人工智能的研究?jī)?nèi)容 ? 感知與交流：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。機(jī)器信息交流涉及通信、自然語(yǔ)言理解和表達(dá) 22 人工智能的研究?jī)?nèi)容 ? 記憶與聯(lián)想： ? 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) ? 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。代表人物有紐厄爾、肖、西蒙、費(fèi)根寶姆、尼爾遜等。其代表人物有 McCulloch，Pitts， ， ， 等 31 人工智能的研究途徑與方法 ? 行為模擬，控制進(jìn)化： ? 用模擬人和動(dòng)物在與環(huán)境的交互、控制過(guò)程中的智能活動(dòng)和行為特性，如反應(yīng)、適應(yīng)、學(xué)習(xí)、尋優(yōu)等，來(lái)研究和實(shí)現(xiàn)人工智能 ? 基于這一方法研究人工智能的典型代表要算 MIT的，他研制的六足行走機(jī)器人 (亦稱為人造昆蟲(chóng)或機(jī)器蟲(chóng) )，曾引起人工智能界的轟動(dòng) 32 人工智能的研究途徑與方法 ? 行為模擬，控制進(jìn)化 (續(xù) )： ? “現(xiàn)場(chǎng)(situated)AI”的人工智能新方向，強(qiáng)調(diào)智能系統(tǒng)與環(huán)境的交互，認(rèn)為智能取決于感知和行動(dòng)， 智能行為可以不需要知識(shí)，提出“沒(méi)有表示的智能”，“沒(méi)有推理的智能”的觀點(diǎn) ，主張智能行為的“感知 動(dòng)作”模式，認(rèn)為人的智能、機(jī)器智能可以逐步進(jìn)化，但只能在現(xiàn)實(shí)世界中與周圍環(huán)境的交互中體現(xiàn)出來(lái) ? 基于行為模擬方法的人工智能研究，被稱為行為主義、進(jìn)化主義、控制論學(xué)派 33 人工智能的研究途徑與方法 ? 群體模擬，仿生計(jì)算： ? 模擬生物群落的群體智能行為，從而實(shí)現(xiàn)人工智能。例如： ? 從熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)所描述的高溫固體材料冷卻時(shí)，其原子的排列結(jié)構(gòu)與能量的關(guān)系中得到啟發(fā)，提出了“模擬退火算法”，該算法已是解決優(yōu)化搜索問(wèn)題的有效算法之一 ? 從量子物理學(xué)中的自旋和統(tǒng)計(jì)機(jī)理中得到啟發(fā)，而提出了量子聚類算法 ? 1994年阿德曼 (Addman)使用現(xiàn)代分子生物技術(shù)，提出了解決哈密頓路徑問(wèn)題的 DNA分子計(jì)算方法，并在試管里求出了此問(wèn)題的解 36 人工智能的研究途徑與方法 ? 博采廣鑒，自然計(jì)算 (續(xù) )： ? 這些方法一般稱為自然計(jì)算 (NC) —— 模仿或借鑒自然界的某種機(jī)理而設(shè)計(jì)計(jì)算模型，這類計(jì)算模型通常是一類具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)、自尋優(yōu)能力的算法 ? 自然計(jì)算是自然科學(xué)和計(jì)算科學(xué)相交叉而產(chǎn)生的研究領(lǐng)域，能夠解決傳統(tǒng)計(jì)算方法難于解決的各種復(fù)雜問(wèn)題，在大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化控制、網(wǎng)絡(luò)安全、創(chuàng)造性設(shè)計(jì)等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景 37 人工智能的研究途徑與方法 ? 原理分析，數(shù)學(xué)建模： ? 通過(guò)對(duì)智能本質(zhì)和原理的分析，直接采用某種數(shù)學(xué)方法來(lái)建立智能行為模型，例如： ? 用概率統(tǒng)計(jì)原理 (特別是貝葉斯定理 )處理不確定性信息和知識(shí)，建立了統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別、統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)和不確定性推理的一系列原理和方法 ? 用數(shù)學(xué)中的距離、空間、函數(shù)、變換等概念和方法，開(kāi)發(fā)了幾何分類、支持向量機(jī)等模式識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)的原理和方法 38 提綱 ? 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 39 人工智能的基本技術(shù) ? 符號(hào)智能和計(jì)算智能最顯著的相似之處： ? ? 二者都是通過(guò)搜索進(jìn)行問(wèn)題求解的 ? 人工智能三個(gè)最基本、最核心的技術(shù)：表示、運(yùn)算和搜索 符號(hào)智能 計(jì)算智能 表示 知識(shí)表示 對(duì)象表示 運(yùn)算 基于知識(shí)表示的推理或符號(hào)操作 基于對(duì)象表示的操作或計(jì)算 搜索 在問(wèn)題空間搜索 在解空間搜索 40 提綱 ? 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 41 人工智能的應(yīng)用 ? 難題求解： ? 指那些沒(méi)有算法解，或雖有算法解但在現(xiàn)有機(jī)器上無(wú)法實(shí)施或無(wú)法完成的困難問(wèn)題，例如： ? 智力性問(wèn)題中的梵塔問(wèn)題、 n皇后問(wèn)題、旅行商問(wèn)題、博弈問(wèn)題等 ? 路徑規(guī)劃、車輛調(diào)度、電力調(diào)度、資源分配、任務(wù)分配、系統(tǒng)配置、地質(zhì)分析、數(shù)據(jù)解釋、天氣預(yù)報(bào)、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、股市分析、疾病診斷、故障診斷、軍事指揮、機(jī)器人行動(dòng)規(guī)劃等 42 人工智能的應(yīng)用 ? 難題求解 (續(xù) )： ? 有些是組合數(shù)學(xué)理論中所稱的非確