人工智能绪论(PPT 120页)

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1、Artificial Intelligence and Robotics 山东大学创新教育通识核心课程山东大学创新教育通识核心课程 人工智能与机器人 主讲：陈言俊主讲：陈言俊 刘甜甜刘甜甜 王立志王立志 86358137、88399323 山东大学山东大学Artificial Intelligence and Robotics 1Artificial Intelligence and Robotics 第第 二章二章 人工智能绪论人工智能绪论(上）上）Artificial Intelligence and Robotics 2Artificial Intelligence and Roboti

2、cs o2.1 人工智能的基本概念人工智能的基本概念 o2.2 人工智能的发展简史人工智能的发展简史 o2.3 人工智能研究的基本内容人工智能研究的基本内容o2.4 人工智能的主要研究领域人工智能的主要研究领域o2.5 智能机器人智能机器人 o2.6 人工智能之人工智能之-案例案例o第第 二章二章 人人 工工 智智 能能 绪绪 论（上）论（上）Artificial Intelligence and Robotics 3Artificial Intelligence and Robotics 2.1 人工智能的基本概念人工智能的基本概念 2.2 人工智能的发展简史人工智能的发展简史 2.3 人工

3、智能研究的基本内容人工智能研究的基本内容2.4 人工智能的主要研究领域人工智能的主要研究领域2.5 智能机器人智能机器人 2.6 人工智能之人工智能之-案例案例o第第 二章二章 人人 工工 智智 能能 绪绪 论（上）论（上）Artificial Intelligence and Robotics 4Artificial Intelligence and Robotics 1.1.1 智能的概念 自然界四大奥秘：自然界四大奥秘：物质的本质物质的本质、宇宙的起源宇宙的起源、生命的本生命的本 质、质、智能的发生智能的发生。对智能还没有确切的定义，主要流派有：对智能还没有确切的定义，主要流派有：（1）

4、思维理论：智能的）思维理论：智能的核心是思维核心是思维 （2）知识）知识阈值阈值理论：智能取决于理论：智能取决于知识的数量知识的数量及文化程度及文化程度 （3）进化理论：用）进化理论：用控制取代知识的表示控制取代知识的表示 智能是智能是知识知识与与智力智力的总和的总和知识是一切智能行为的基础知识是一切智能行为的基础获取知识并应用知识求解问题的能获取知识并应用知识求解问题的能力力 2.1.1 智能的概念在自动控制系统中能产生一个校正动作的最小输入值5Artificial Intelligence and Robotics o 从从感觉（视觉、触觉、听觉等）感觉（视觉、触觉、听觉等）到到记忆记忆到

5、到思维思维（梳理、分析、归纳等）（梳理、分析、归纳等）这一过程，称为这一过程，称为“智慧智慧”-智慧的结果就会产生智慧的结果就会产生-行为行为和和语言语言-行为和语言的表达过程，称为行为和语言的表达过程，称为“能力能力”;“智慧智慧”+“能力能力”，两者合称两者合称“智能智能”。o 将将感觉、记记、回忆、思维、语言、行为的整个感觉、记记、回忆、思维、语言、行为的整个过程称为过程称为智能过程智能过程，它是，它是智力智力和能力的表现。和能力的表现。2.1.1 智能的概念 智能及智能的本质是古今中外许多哲学家、脑科学家一直在努力探索和研究的问题，但至今仍然没有完全了解，以致智能的发生与物质的本质、宇

6、宙的起源、生命的本质一起被列为自然界四大奥秘。6Artificial Intelligence and Robotics o 人的本质能力人的本质能力是在动态环境中的行走能力、对外界事是在动态环境中的行走能力、对外界事物的感知能力、维持生命和繁衍生息的能力。物的感知能力、维持生命和繁衍生息的能力。核心是用控制取代表示，从而取消概念，模型及显示表示的知识，否定抽象对智能及智能模型的必要性，强调分层结构对智能进化强调分层结构对智能进化的可能性与必要性。该智能一般是后天形成的智能一般是后天形成的，其原因为对外界刺激做出反应。o 如将一婴儿置于黑屋子中，则一段时间以后，他的智力仍接近0，这说明智能的产

7、生跟自己本身无关，而取决于自取决于自身对外界刺激的反应。身对外界刺激的反应。思维的产生是基于对复杂刺激所生成的复杂反应。智能的体现为感知自身的存在。2.1.1 智能的概念7Artificial Intelligence and Robotics o基本解释基本解释 智能intelligence and ability intelligence and ability 指人的智慧和指人的智慧和行动能力。指智谋与才能。行动能力。指智谋与才能。o “智能智能”涉及到其它诸如涉及到其它诸如意识意识（consciousnessconsciousness）、）、自我自我（selfself）、）、思维思维（

8、mindmind）（包括无意识的思维）（包括无意识的思维（unconscious_mindunconscious_mind）等等问题。即认识世界和改造世等等问题。即认识世界和改造世界的智慧和能力，发现问题和解决问题的理智与才能。界的智慧和能力，发现问题和解决问题的理智与才能。2.1.1 智能的概念8Artificial Intelligence and Robotics 1.感知能力：感知能力：通过视觉、听觉、触觉、嗅觉等感觉器官感知外部世界的能力。80%以上信息通过视觉得到，10%信息通过听觉得到。2.1.2 智能的特征存储存储由感知器官由感知器官感知到感知到的的外部信息外部信息以及由以及由

9、思维思维所产生的知识所产生的知识对记忆的对记忆的信息进行处理信息进行处理2.记忆记忆与与思维思维能力能力9Artificial Intelligence and Robotics（1）逻辑思维（抽象思维）逻辑思维（抽象思维）（借助于概念、判断、推理反映现实的思维）（借助于概念、判断、推理反映现实的思维）要遵循逻辑规律；有分析性；是人脑的一种理性活动；思维过程是串行的；（一个步骤一个步骤的去实施）容易形式化；思维过程具有严密性、可靠性；社会实践是形成和发展的基础。2.1.2 智能的特征逻辑思维特点：逻辑思维特点：以抽象的概念、判断和推理作为思维的基本形式，以分析、综以抽象的概念、判断和推理作为思

10、维的基本形式，以分析、综合、比较、抽象、概括和具体化作为思维的基本过程，从而揭露事合、比较、抽象、概括和具体化作为思维的基本过程，从而揭露事物的本质特征和规律性联系。物的本质特征和规律性联系。10Artificial Intelligence and Robotics（2）形象思维（直感思维）形象思维（直感思维）（是用直观形象和（是用直观形象和表象表象解决问题的思解决问题的思维维）o 依据直觉。o 思维过程是并行协同式的。（“并排行走”或“同时实行或实施”）o 形式化困难。o 在信息变形或缺少的情况下仍有可能得到比较满意的结果。2.1.2 智能的特征（3）顿悟顿悟思维（灵感思维）思维（灵感思维

11、）不定期的突发性。突发性。非线性的独创性及模糊性。穿插于形象思维与逻辑思维之中。11Artificial Intelligence and Robotics 4.行为能力（表达能力）行为能力（表达能力）2.1.2 智能的特征3.学习能力学习能力 学习既可能是自觉的、有意识的，也可能是不自觉的、无意识的；既可以是有教师指导的，也可以是通过自己实践的。人们的感知能力：用于信息的输入。行为能力：信息的输出。12Artificial Intelligence and Robotics 4、智能的分类：、智能的分类：根据根据加德纳加德纳的多元智能理论，人类的智能可以分成八个的多元智能理论，人类的智能可以

12、分成八个范畴范畴：1.语言智能语言智能(Verbal/Linguistic)：政治家、律师、政治家、律师、编辑、编辑、记者等。记者等。2.逻辑智能逻辑智能(Logical/Mathematical)：科学家、会计师、科学家、会计师、软体研发等。软体研发等。3.空间智能空间智能(Visual/Spatial):建筑师、摄影师、画家、飞行员建筑师、摄影师、画家、飞行员等。等。4.身体运动智能身体运动智能(Bodily/Kinesthetic)：运动员运动员、演员、演员、舞舞蹈家蹈家等。等。2.1.2 智能的特征13Artificial Intelligence and Robotics 5.音乐智

13、能音乐智能(Musical/Rhythmic)：歌唱家歌唱家、作曲家、作曲家、指挥家指挥家等。等。6.人际智能人际智能(Inter-personal/Social)：外交家外交家、领导者、领导者、推销等。推销等。7.自我认知智能自我认知智能(Intrapersonal intelligence)：哲学家、：哲学家、政治家、思想家、政治家、思想家、心理学家心理学家等。等。8.自然认知智能自然认知智能（Naturalist intelligence）：天文学家、）：天文学家、地质学家地质学家、考古学家等。、考古学家等。2.1.2 智能的特征14Artificial Intelligence and

14、 Robotics o1 1、什么是人工智能：、什么是人工智能：o 人工智能从字面上可以分为两部分，即人工智能从字面上可以分为两部分，即“人工人工”和和“智能智能”。o “人工人工”有时我们会要考虑什么是有时我们会要考虑什么是人力所能制造的，人力所能制造的，或者人自身的智能程度有没有高到可以创造人工智能的或者人自身的智能程度有没有高到可以创造人工智能的地步等。地步等。“人工系统人工系统”就是通常意义下的人工系统就是通常意义下的人工系统。2.1.3 人工智能的概念人工智能的概念15Artificial Intelligence and Robotics o人工智能思维模拟人工智能思维模拟o人工智

15、能就其本质而言，是对人的思维的信息过程的人工智能就其本质而言，是对人的思维的信息过程的模拟模拟。o对于人的思维模拟可以从两条道路进行：对于人的思维模拟可以从两条道路进行：o 一是结构模拟，仿照人脑的结构机制，制造出一是结构模拟，仿照人脑的结构机制，制造出“类人脑类人脑”的机器；的机器；o 二是功能模拟，二是功能模拟，暂时撇开人脑的内部结构，而从其功能暂时撇开人脑的内部结构，而从其功能过程进行模拟。过程进行模拟。2.1.3 人工智能的概念人工智能的概念16Artificial Intelligence and Robotics o人工智能不是人的智能，更不会超过人的智能。人工智能不是人的智能，更

16、不会超过人的智能。o“机器思维机器思维”同人类思维的本质区别：同人类思维的本质区别：o1.1.人工智能纯系无意识的机械的物理的过程，人类智能人工智能纯系无意识的机械的物理的过程，人类智能主要是生理和心理的过程。主要是生理和心理的过程。o2.2.人工智能没有社会性。人工智能没有社会性。o3.3.人工智能没有人类的意识所特有的能动的创造能力。人工智能没有人类的意识所特有的能动的创造能力。o4.4.两者总是人脑的思维在前，电脑的功能在后。两者总是人脑的思维在前，电脑的功能在后。2.1.3 人工智能的概念人工智能的概念17Artificial Intelligence and Robotics o 然

17、而，人工智能研究的先驱者们没有放弃，而是经过认真的反思、总结经验和教训，认识到人的智能表现在人能学习知识，有了知识，能了解、运用已有的知识。o 正向思维科学所说“智能的核心是思维，人的一智能的核心是思维，人的一切智慧或智能都来自大脑思维活动，切智慧或智能都来自大脑思维活动，人类的一切知识都是人们思维的产物。”“一个系统之所以有智能是因为它具有可运用的知识。”2.1.3 人工智能的概念人工智能的概念18Artificial Intelligence and Robotics o2、人工智能的关键是什么、人工智能的关键是什么?o 人工智能涉及的方面太多了,有的人从软件方面想要去解决.但都失败。人工

18、智能的关键是学习学习,记忆记忆,思考思考(不是简单的联想能力)三大点。o 学习能力学习能力:可以说可以说,到现在为止到现在为止,没有能力解决没有能力解决.o 记忆能力记忆能力:机械记忆机械记忆已经广泛应用已经广泛应用,但模糊记忆仍然没但模糊记忆仍然没有解决。有解决。思考能力思考能力:这是关键中的关键这是关键中的关键,首先,科学家到目前为止都没有一套另人信服的关于思考的理论.为什么产生思考,生物学家也是众说纷纭。本世纪能否解决人工智能，除非上面三条有重大突破.期待科学的发展。2.1.3 人工智能的概念人工智能的概念19Artificial Intelligence and Robotics o人

19、工智能人工智能(Artificial Intelligence)o 英文缩写为英文缩写为AI。o 它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人人的智能的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。新的技术科学。Artificial Intelligence and Robotics 2.1.3 人工智能的概念的概念3 3、目标及特点、目标及特点20Artificial Intelligence and Robotics 19561956年在年在DartmouthDartmouth学会上正式提出人工智能学会上正式提出人工智能（a

20、rtificial intelligence,AIartificial intelligence,AI）这个术语并把它作为一）这个术语并把它作为一门新兴科学的名称。从那以后门新兴科学的名称。从那以后,研究者们发展了众多理论和研究者们发展了众多理论和原理原理,人工智能的概念也随之扩展。人工智能的概念也随之扩展。人工智能研究的一个主要目标是人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作通常需要人类智能才能完成的复杂工作。目前能够用来研究人工智能的主要物质手段以及能够目前能够用来研究人工智能的主要物质手段以及能够实现人工智能技术的机器就是实现人工智

21、能技术的机器就是计算机计算机,人工智能的人工智能的发展历发展历史是和计算机科学与技术的发展史联系在一起的史是和计算机科学与技术的发展史联系在一起的。2.1.3 人工智能的概念的概念21Artificial Intelligence and Robotics 人工智能的特点人工智能的特点o没有专业限制：没有专业限制：人工智能（人工智能（AI）属于计算机科学研究领域，）属于计算机科学研究领域，但但AI是研究机器智能，凡是运用人脑的地方都可以运用是研究机器智能，凡是运用人脑的地方都可以运用AI，因此，因此，AI可应用于各专业领域。可应用于各专业领域。o永远不过时：永远不过时：AI是研究机器智能，对人

22、类智慧的不断逼近，是研究机器智能，对人类智慧的不断逼近，但永远不会超过人类智慧，因此，但永远不会超过人类智慧，因此，AI永远不会过时。永远不会过时。o研究方法自然：研究方法自然：AI模拟人类解决问题，因此，模拟人类解决问题，因此，AI的研究方的研究方法非常自然，容易理解。法非常自然，容易理解。Artificial Intelligence and Robotics 2.1.3 人工智能的概念的概念22Artificial Intelligence and Robotics 人工智能就人工智能就其本质而言其本质而言，是对，是对人人的思维的信息过程的模拟。的思维的信息过程的模拟。o 对于人的思维模

23、拟可以从两条道对于人的思维模拟可以从两条道路进行，路进行，一是结构模拟一是结构模拟，仿照人脑的，仿照人脑的结构机制，制造出结构机制，制造出“类人脑类人脑”的机器；的机器；二是功能模拟，二是功能模拟，暂时撇开人脑的内部暂时撇开人脑的内部结构，而从其功能过程进行模拟。结构，而从其功能过程进行模拟。o 现代现代电子计算机电子计算机的产生便是对人的产生便是对人脑思维功能的模拟脑思维功能的模拟，是对人脑思维的，是对人脑思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能，更不会超过人的智能。智能，更不会超过人的智能。视网膜识别系统视网膜识别系统 2.1.3 人工智能的概念的概念23

24、Artificial Intelligence and Robotics o2020世纪七十年代以来世界三大尖端世纪七十年代以来世界三大尖端技术之一技术之一：空间技术空间技术 原子能技术原子能技术 人工智能人工智能Artificial Intelligence and Robotics 人工智能是计算机学科的一个分支。人工智能是计算机学科的一个分支。2.1.3 人工智能的概念的概念24Artificial Intelligence and Robotics o 也被认为是二十一世纪也被认为是二十一世纪（基因工程基因工程、纳米科学、人、纳米科学、人工智能）三大尖端技术之一。工智能）三大尖端技术之

25、一。这是因为近三十年来它获这是因为近三十年来它获得了迅速的发展，在很多学科领域都获得了广泛应用，得了迅速的发展，在很多学科领域都获得了广泛应用，并取得了丰硕的成果，人工智能已逐步成为一个独立的并取得了丰硕的成果，人工智能已逐步成为一个独立的分支，无论在理论和实践上都已自成一个系统。分支，无论在理论和实践上都已自成一个系统。2.1.3 人工智能的概念的概念25Artificial Intelligence and Robotics 4、图灵测试：、图灵测试：人工智能人工智能：用人工的方法在机器（计算机）上实现的智能；或者说是人们使机器具有类似于人的智能。2.1.3 人工智能的概念的概念 人工智能

26、学科人工智能学科：一门研究如何构造智能机器（智能计算机）或智能系统，使它能模拟、延伸、扩展人类智能的学科。图灵测试图灵测试：1950年图灵发表的计算机与智能中设计了一个测试，用以说明人工智能的概念。智者询问者26Artificial Intelligence and Robotics 图灵测试图灵测试 图灵提出“机器思维”的概念。由此提出一假想：即一个人在不接即一个人在不接触对方的情况下，通过一种特殊的触对方的情况下，通过一种特殊的方式，和对方进行一系列的问答，方式，和对方进行一系列的问答，如果在相当长时间内，他无法根据如果在相当长时间内，他无法根据这些问题判断对方是人还是计算机，这些问题判断

27、对方是人还是计算机，那么，就可以认为这个计算机具有那么，就可以认为这个计算机具有同人相当的智力，即这台计算机是同人相当的智力，即这台计算机是能思维的。能思维的。这就是著名的“图灵测试”。当时全世界只有几台电脑，几乎所有计算机根本无法通过这一测试。但图灵预言，在20世纪末，一定会有电脑通过“图灵测试”。目前为止还没有电脑通过图灵测试。2.1.3 人工智能的概念的概念27Artificial Intelligence and Robotics o示范性问题示范性问题o 图灵指出：图灵指出：“如果机器在某些现实的条件下，能够非常好地模仿人回答问题，如果机器在某些现实的条件下，能够非常好地模仿人回答问

28、题，以至提问者在相当长时间里误认它不是机器，那么机器就可以被认为是能够思维以至提问者在相当长时间里误认它不是机器，那么机器就可以被认为是能够思维的。的。”o从表面上看，要使机器回答按一定范围提出的问题似乎没有什么困难，可以从表面上看，要使机器回答按一定范围提出的问题似乎没有什么困难，可以通过编制特殊的程序来实现。通过编制特殊的程序来实现。然而，如果提问者并不遵循常规标准，编制回答的程然而，如果提问者并不遵循常规标准，编制回答的程序是极其困难的事情。序是极其困难的事情。例如，提问与回答呈现出下列状况：例如，提问与回答呈现出下列状况：o问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？o答：是的。答：是

29、的。o问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？o答：是的。答：是的。o问：请再次回答，你会下国际象棋吗？问：请再次回答，你会下国际象棋吗？o答：是的。答：是的。2.1.3 人工智能的概念的概念28Artificial Intelligence and Robotics o你多半会想到，面前的这位是一部笨机器。如果提问与回答呈现出另一种状态：你多半会想到，面前的这位是一部笨机器。如果提问与回答呈现出另一种状态：o问：问：你会下国际象棋吗？你会下国际象棋吗？o答：是的。答：是的。o问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？o答：是的，我不是已经说过了吗？答：是的，我不是已经说过了吗？o问：请

30、再次回答，你会下国际象棋吗？问：请再次回答，你会下国际象棋吗？o答：你烦不烦，干嘛老提同样的问题。答：你烦不烦，干嘛老提同样的问题。o那么，你面前的这位，大概是人而不是机器。上述两种对话的区别在于，那么，你面前的这位，大概是人而不是机器。上述两种对话的区别在于，第一种可明显地感到回答者是从第一种可明显地感到回答者是从知识库知识库里提取简单的答案，里提取简单的答案，第二种则具有分析第二种则具有分析综合的能力，回答者知道观察者在反复提出同样的问题。综合的能力，回答者知道观察者在反复提出同样的问题。“图灵测试图灵测试”没有规没有规定问题的范围和提问的标准，如果想要制造出能通过试验的机器，以我们现在定

31、问题的范围和提问的标准，如果想要制造出能通过试验的机器，以我们现在的技术水平，必须在电脑中储存人类所有可以想到的问题，储存对这些问题的的技术水平，必须在电脑中储存人类所有可以想到的问题，储存对这些问题的所有合乎常理的回答，并且还需要理智地作出选择所有合乎常理的回答，并且还需要理智地作出选择。那是比较难的！那是比较难的！2.1.3 人工智能的概念的概念29Artificial Intelligence and Robotics o人工智能人工智能 对人类智能的理解与机器实现。那么机器智能实现的对人类智能的理解与机器实现。那么机器智能实现的感知部分就是传感器。感知部分就是传感器。o机器有两种感觉系

32、统机器有两种感觉系统 1)1)内部感觉系统内部感觉系统:内部传感器。内部传感器。2)2)外部感觉系统外部感觉系统:对外部直接（或间接）接触外部物体对外部直接（或间接）接触外部物体的反应。的反应。o 传感器是一种能将具有某种物理表现形式的传感器是一种能将具有某种物理表现形式的信息信息变换变换成机器可以处理的输入换能器。成机器可以处理的输入换能器。o 将被测非电量信号转换成与之有对应关系的电量输出将被测非电量信号转换成与之有对应关系的电量输出的器件或装置。又叫变换器、换能器或探测器。的器件或装置。又叫变换器、换能器或探测器。2.1.3 人工智能的概念的概念30Artificial Intellig

33、ence and Robotics o机器的感觉器官：机器的感觉器官：o 视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉o还有什么？还有什么？o痛觉痛觉o热觉热觉o接近觉？气功？接近觉？气功？o特异功能？特异功能？o 那就看人工智能的发展那就看人工智能的发展.2.1.3 人工智能的概念的概念31Artificial Intelligence and Robotics（1）智能机器智能机器(intelligent machine)能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务(anthropomorphic tasks)的机器。的机器。例子

34、1：能够模拟人的思维，进行博弈的计算机。1997年5月11日，一个名为深蓝(Deep Blue)的计算机系统战胜当时的国际象棋世界冠军盖利.卡斯帕罗夫（Garry Kasparov）。例子2：能够进行深海探测的潜水机器人。例子3：在星际探险中的移动机器人，如美国研制的火星探测车。2.1.3 人工智能的概念的概念o6 6、定义：、定义：32Artificial Intelligence and Robotics o 著名的美国斯坦福大学人工智能研究中心尼尔逊教授著名的美国斯坦福大学人工智能研究中心尼尔逊教授对人工智能下了这样一个定义：对人工智能下了这样一个定义：“人工智能是关于知识的人工智能是关

35、于知识的学科学科怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。学。”o 而另一个而另一个美国麻省理工学院美国麻省理工学院的温斯顿教授认为：的温斯顿教授认为：“人人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作能工作。”o 这些说法反映了人工智能学科的基本思想和基本内容。这些说法反映了人工智能学科的基本思想和基本内容。2.1.3 人工智能的概念的概念（2 2）人工智能人工智能33Artificial Intelligence and Robotics o从人工智能所实现的功能来定义：人工智能（能

36、力）是智能机器所执行的通常与人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动等思维活动。2.1.3 人工智能的概念的概念34Artificial Intelligence and Robotics（3）计算机去做过去只有人才能做的智能工作）计算机去做过去只有人才能做的智能工作o 而另一个美国麻省理工学院的温斯顿教授认为：而另一个美国麻省理工学院的温斯顿教授认为：“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能人工智

37、能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。做的智能工作。”o 这些说法反映了人工智能学科的基本思想和基本内这些说法反映了人工智能学科的基本思想和基本内容。容。即人工智能是研究人类智能活动的规律，构造具有即人工智能是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。和技术。2.1.3 人工智能的概念的概念35A

38、rtificial Intelligence and Robotics o 另一个定义指人工智能是人造机器所表现出来的智另一个定义指人工智能是人造机器所表现出来的智能性。总体来讲，目前对人工智能的定义大多可划分为能性。总体来讲，目前对人工智能的定义大多可划分为四类，即机器四类，即机器“像人一样思考像人一样思考”、“像人一样行动像人一样行动”、“理性地思考理性地思考”和和“理性地行动理性地行动”。这里。这里“行动行动”应广应广义地理解为采取行动，或制定行动的决策，而不是肢体义地理解为采取行动，或制定行动的决策，而不是肢体动作。动作。2.1.3 人工智能的概念的概念36Artificial Int

39、elligence and Robotics o 定义：人工智能是研究人类智能活动的规律，定义：人工智能是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算研究如何让计算机去完成以往需要人的机去完成以往需要人的智力智力才能胜任的工作，也才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。些智能行为的基本理论、方法和技术。2.1.3 人工智能的概念的概念37Artificial Intelligence and Robotics o2.1 人工智能的基本概念人工智能的基

40、本概念 o2.2 人工智能的发展简史人工智能的发展简史 o2.3 人工智能研究的基本内容人工智能研究的基本内容o2.4 人工智能的主要研究领域人工智能的主要研究领域o2.5 智能机器人智能机器人 o2.6 人工智能之人工智能之-案例案例o第第 二章二章 人人 工工 智智 能能 绪绪 论（上）论（上）Artificial Intelligence and Robotics 38Artificial Intelligence and Robotics o 人工智能(artificial intelligence,AI)的历史源远流长.在古代的神话传说中,技艺高超的工匠可以制作人造人,并为其赋予智能

41、或意识。正如Pamela McCorduck所说,AI的起源是“古人成为造物神的愿望”。o 现代意义上的AI始于古典哲学家用机械符号处理的观点解释人类思考过程的尝试。二十世纪四十年代基于抽象数学推理的可编程数字计算机的发明标志着这一工作的高潮。计算机的出现及其背后的原理使一批科学家开始严肃地探讨构造一个电子大脑的可能性。2.2 人工智能的发展简史39Artificial Intelligence and Robotics o 人工智能随着1941年以来电子计算机的发展，技术已最终可以创造出机器智能。o计算机时代计算机时代o1941年的一项发明使信息存储和处理的各个方面都发生了革命.这项同时在美

42、国和德国出现的 发明就是电子计算机.第一台计算机要占用几间装空调的大房间,对程序员来说是场恶梦:仅仅为运行一 个程序就要设置成千的线路。o 1949年改进后的能存储程序的计算机使得输入程序变得简单些,而且计算机 理论的发展产生了计算机科学,并最终促使了人工智能的出现.计算机这个用电子方式处理数据的发明,为人工智能的可能实现提供了一种媒介。2.2 人工智能的发展简史40Artificial Intelligence and Robotics 2.2 人工智能的发展简史 美国爱荷华州立大学的阿塔纳索夫教授和他的研究生美国爱荷华州立大学的阿塔纳索夫教授和他的研究生贝瑞在贝瑞在19371937年至年至

43、19411941年间开发的世界上第一台电子计算机年间开发的世界上第一台电子计算机“阿塔纳索夫贝瑞计算机（阿塔纳索夫贝瑞计算机（Atanasoff-Berry ComputerAtanasoff-Berry Computer，ABCABC）”为人工智能的研究奠定了物质基础。为人工智能的研究奠定了物质基础。阿塔纳索夫阿塔纳索夫贝瑞贝瑞41Artificial Intelligence and Robotics o庞然大物，世界第一台电子计算机庞然大物，世界第一台电子计算机 2.2 人工智能的发展简史42Artificial Intelligence and Robotics 2.2.1 孕育（孕育

44、（1956年之前）年之前）o第一阶段：第一阶段：5050年代人工智能的兴起和冷落年代人工智能的兴起和冷落o 人工智能概念首次提出后，相继出现了一批显著的成果，如机器定理证明、跳棋程序、通用问题s求解程序、LISP表处理语言等。但由于消解法推理能力的有限，以及机器翻译等的失败，使人工智能走入了低谷。o 这一阶段的特点是：重视问题求解的方法，忽视知识重要性。这一阶段的特点是：重视问题求解的方法，忽视知识重要性。o 年“人工智能之父”阿兰图灵在其论文机器能思考吗？中提出了一种测试机器是不是具备人类智能的方法。这种方法被称为“图灵测试”。o 1951年，美国计算机科学家马文明斯基建造了世界上第一个神经

45、网络模拟器SNARC，能够学习如何穿越迷宫。2.2 人工智能的发展简史43Artificial Intelligence and Robotics o 1955年末,纽厄尔（Newell）和西蒙（Simon）做了一个名为“逻辑专家”(Logic Theorist)的程序，现在普遍被认为是第一套人工智能程序。它将每个问题都表示成一个树形模型,然后选择最可能得到正确结论的那一枝来求解问题。o 逻辑专家“对公众和AI研究领域产生的影响使它成为AI发展中一个重要的里程碑。2.2 人工智能的发展简史44Artificial Intelligence and Robotics o 年约翰麦卡锡在美国达特矛

46、斯电脑大会上创造“人工智能人工智能”一词。年美国卡内基梅隆大学展示世界上第一个人工智能软件人工智能软件的工作。1956年,被认为是人工智能之父的(麦卡锡)John McCarthy组织了对机器智能感兴趣的专家学者聚集一次学会讨论机器智能问题。o 会上经麦卡锡提议正式采用会上经麦卡锡提议正式采用“人工智能人工智能”这一术语，标这一术语，标志着人工智能学科正式诞生。志着人工智能学科正式诞生。2.2 人工智能的发展简史o2.2.2 形成（形成（19561956年年19701970年）年）o 第二阶段：50年代末到70年代，专家系统出现，使人工智能研究出现新高潮。45Artificial Intell

47、igence and Robotics o 此后，美国此后，美国形成了多个人工形成了多个人工智能研究组织，智能研究组织，如纽厄尔和西蒙如纽厄尔和西蒙的的Carnegie RANDCarnegie RAND协作组，明斯基协作组，明斯基和麦卡锡的和麦卡锡的MITMIT研研究组，塞缪尔的究组，塞缪尔的IBMIBM工程研究组等。工程研究组等。约翰约翰麦卡锡麦卡锡 2.2 人工智能的发展简史46Artificial Intelligence and Robotics o 19561956年年,在美国在美国达特茅斯学院达特茅斯学院（Dartmouth Dartmouth CollegeCollege）校园

48、里举行的一次会议上正式确立了人）校园里举行的一次会议上正式确立了人工智能的研究领域工智能的研究领域.会议的参加者在接下来的数会议的参加者在接下来的数十年间是十年间是AIAI研究的领军人物研究的领军人物.他们中有许多人预他们中有许多人预言言,经过一代人的努力经过一代人的努力,与人类具有同等智能水与人类具有同等智能水平的机器将会出现平的机器将会出现.同时同时,上千万美元被投入到上千万美元被投入到AIAI研究中研究中,以期实现这一目标。以期实现这一目标。2.2 人工智能的发展简史47Artificial Intelligence and Robotics o 19561956年以后，人工智能的研究在

49、年以后，人工智能的研究在机器学习、定理证明、模机器学习、定理证明、模式识别、问题求解、专家系统及人工智能语言式识别、问题求解、专家系统及人工智能语言等方面都取得了等方面都取得了许多引人瞩目的成就许多引人瞩目的成就 。o 年约翰麦卡锡在麻省理工学院发明语言语言一种语言语言。o 年麻省理工学院的丹尼年麻省理工学院的丹尼巴洛向世人展示，巴洛向世人展示，电脑能掌握足够的自然语言从而解决了开发计算机代数词汇程电脑能掌握足够的自然语言从而解决了开发计算机代数词汇程序的难题。序的难题。o 年约瑟夫年约瑟夫魏岑堡建造了魏岑堡建造了一一种互动程序，种互动程序，它能以英语与人就任意话题展开对话。它能以英语与人就任

50、意话题展开对话。2.2 人工智能的发展简史48Artificial Intelligence and Robotics 19691969年，成立了年，成立了国际人工智能联合会国际人工智能联合会（International Joint Conferences on Artificial International Joint Conferences on Artificial IntelligenceIntelligence，IJCAIIJCAI）。）。o 年斯坦福大学研制出年斯坦福大学研制出一一种集运动、理解和解决问题能力于一身的机器人。种集运动、理解和解决问题能力于一身的机器人。o 2020

51、世纪世纪6060年代末，年代末，人工智能研究遇到困难，如机器人工智能研究遇到困难，如机器翻译翻译。19661966年美国顾问委员会的报告裁定：还不存在通年美国顾问委员会的报告裁定：还不存在通用的科学文本机器翻译，也没有很近的实现前景。英国、用的科学文本机器翻译，也没有很近的实现前景。英国、美国中断了大部分机器翻译项目的资助。美国中断了大部分机器翻译项目的资助。2.2 人工智能的发展简史49Artificial Intelligence and Robotics o 年第一台电脑控制的自动行走器年第一台电脑控制的自动行走器“斯坦福车斯坦福车”诞生。诞生。2.2 人工智能的发展简史2.2.3 2.

52、2.3 发展（发展（19701970年年19801980年）第三阶段年）第三阶段o 19701970年，创刊了国际性的年，创刊了国际性的人工智能杂志人工智能杂志（Artificial IntelligenceArtificial Intelligence）。）。o 1977 1977年，费根鲍姆在第五届国际人工智能联合会议年，费根鲍姆在第五届国际人工智能联合会议上提出了上提出了“知识工程知识工程”概念概念，推动了，推动了知识为中心知识为中心的研究。的研究。50Artificial Intelligence and Robotics 8080年代，随着第五代计算机的研制，人工智能得到了很大发展。

53、年代，随着第五代计算机的研制，人工智能得到了很大发展。19811981年，日本宣布第五代计算机发展计划即年，日本宣布第五代计算机发展计划即“知识信息处理知识信息处理计算机系统计算机系统KIPS”KIPS”，其目的是使逻辑推理达到数值运算那么快。，其目的是使逻辑推理达到数值运算那么快。虽然此计划最终失败，但它的开展形成了一股研究人工智能的热虽然此计划最终失败，但它的开展形成了一股研究人工智能的热潮。并在潮。并在19911991年展出了研制的年展出了研制的PSIPSI3 3智能工作站和由智能工作站和由PSIPSI3 3构成构成的模型机系统。的模型机系统。o 年世界第一家批量生产统一规格电脑的公司年

54、世界第一家批量生产统一规格电脑的公司“思考机思考机器器”诞生。诞生。o 年哈罗德年哈罗德科岑编写的科岑编写的绘图软件绘图软件在在大会亮相。大会亮相。2.2.4 2.2.4 发展（发展（19801980年年19901990年）第四阶段年）第四阶段2.2 人工智能的发展简史51Artificial Intelligence and Robotics o 8080年代末，年代末，神经网络神经网络飞速发展飞速发展 1987 1987年，美国召开第一年，美国召开第一次神经网络国际会议，宣告了这一新学科的诞生。次神经网络国际会议，宣告了这一新学科的诞生。o 此后，各国在神经网络方面的投资逐渐增加，神经网此

55、后，各国在神经网络方面的投资逐渐增加，神经网络迅速发展起来。络迅速发展起来。o 年世界第一家批量生产统一规格电脑的公司年世界第一家批量生产统一规格电脑的公司“思考机器思考机器”诞生。诞生。o 年哈罗德年哈罗德科岑编写的科岑编写的绘图软件绘图软件在大会亮相。在大会亮相。o 1988 1988年，麻省理工学院的布鲁克斯造出了年，麻省理工学院的布鲁克斯造出了一台六条腿一台六条腿的机器虫的机器虫，成为人工智能行为主义学派的代表作。，成为人工智能行为主义学派的代表作。2.2 人工智能的发展简史52Artificial Intelligence and Robotics o 第五阶段：第五阶段：9090年

56、代后，年代后，人工智能出现新的研究高潮由人工智能出现新的研究高潮由于网络技术特别是国际互连网的技术发展于网络技术特别是国际互连网的技术发展，人工智能开始，人工智能开始由单个智能主体研究转向基于网络环境下的分布式人工智由单个智能主体研究转向基于网络环境下的分布式人工智能能研究。不仅研究基于同一目标的分布式问题求解，而且研究。不仅研究基于同一目标的分布式问题求解，而且研究多个智能主体的多目标问题求解，将人工智能更面向研究多个智能主体的多目标问题求解，将人工智能更面向实用。实用。o 另外，由于另外，由于HopfieldHopfield多层神经网络模型的提出，使多层神经网络模型的提出，使人人工神经网络

57、研究与应用工神经网络研究与应用出现了欣欣向荣的景象。人工智能出现了欣欣向荣的景象。人工智能已深入到社会生活的各个领域。已深入到社会生活的各个领域。2.2 人工智能的发展简史2.2.5 2.2.5 突飞猛进（突飞猛进（19901990年）第五阶段年）第五阶段53Artificial Intelligence and Robotics o 年代技术的发展在各个领域均展示长足发年代技术的发展在各个领域均展示长足发展展学习、教学、案件推理、策划、自然环境认识学习、教学、案件推理、策划、自然环境认识及方位识别、翻译，乃至游戏软件等领域都瞄准了及方位识别、翻译，乃至游戏软件等领域都瞄准了的研发。的研发。o

58、 1991 1991年，美国慈善家休年，美国慈善家休勒布纳设立人工智能年度比勒布纳设立人工智能年度比赛赛“勒布纳奖勒布纳奖”，把图灵的设想付诸实践。，把图灵的设想付诸实践。年（国际商用机械公司）制造的电脑年（国际商用机械公司）制造的电脑“深蓝深蓝”击败了国际象棋冠军加里击败了国际象棋冠军加里卡斯帕罗夫。卡斯帕罗夫。o 1999 1999年，黑客帝国上映，年，黑客帝国上映，“矩阵矩阵”成为一时的热成为一时的热词。词。o 年代末以技术为基础的网络信息搜索软年代末以技术为基础的网络信息搜索软件已是国际互联网的基本构件。件已是国际互联网的基本构件。2.2 人工智能的发展简史54Artificial I

59、ntelligence and Robotics o 年互动机械宠物面世。麻省理工学院推出了会做数年互动机械宠物面世。麻省理工学院推出了会做数十种面部表情的机器人。十种面部表情的机器人。o 2005 2005年，年，“蓝脑计划蓝脑计划”启动。该计划使用启动。该计划使用IBMIBM制造的蓝色基因计制造的蓝色基因计算机，从实验数据逆向打造哺乳动物的大脑，希望能以电脑复制人算机，从实验数据逆向打造哺乳动物的大脑，希望能以电脑复制人脑。脑。o 2011 2011年，年，“沃森沃森”在电视娱乐节目危机边缘中战胜人类选在电视娱乐节目危机边缘中战胜人类选手。手。软件设计师库尔兹维尔认为迟至年软件设计师库尔兹

60、维尔认为迟至年即可聪明过人。的霍恩估计比较保守，他认为即可聪明过人。的霍恩估计比较保守，他认为赶上人还需要赶上人还需要年时间。年时间。o 的斯通则说他的目标是在前组建一的斯通则说他的目标是在前组建一只能挑战曼联的足球队。他这不是开玩笑。只能挑战曼联的足球队。他这不是开玩笑。2.2 人工智能的发展简史55Artificial Intelligence and Robotics o 目前人工智能应用人工智能是在计算机科学、控制论、目前人工智能应用人工智能是在计算机科学、控制论、信息论、心理学、语言学等多种学科相互渗透的基础发展信息论、心理学、语言学等多种学科相互渗透的基础发展起来的一门新兴边缘学科

61、，主要研究用用机器（主要是计起来的一门新兴边缘学科，主要研究用用机器（主要是计算机）来模仿和实现人类的智能行为，经过几十年的发展，算机）来模仿和实现人类的智能行为，经过几十年的发展，人工智能应用在不少领域得到发展，在我们的日常生活和人工智能应用在不少领域得到发展，在我们的日常生活和学习当中也有许多地方得到应用。学习当中也有许多地方得到应用。2.2 人工智能的发展简史56Artificial Intelligence and Robotics o 随后的几十年中，人们从问题求解、逻辑推理与定理随后的几十年中，人们从问题求解、逻辑推理与定理证明、自然语言理解、博弈、自动程序设计、专家系统、证明、自

62、然语言理解、博弈、自动程序设计、专家系统、学习以及机器人学等多个角度展开了研究，已经建立了一学习以及机器人学等多个角度展开了研究，已经建立了一些具有不同程度人工智能的计算机系统。例如：些具有不同程度人工智能的计算机系统。例如：能够求解微分方程、设计分析集成电路、合成人类自能够求解微分方程、设计分析集成电路、合成人类自然语言；然语言；进行情报检索，提供语音识别、手写体识别的多模式进行情报检索，提供语音识别、手写体识别的多模式接口；接口；应用于疾病诊断的专家系统；应用于疾病诊断的专家系统；以及以及控制太空飞行器和水下机器人控制太空飞行器和水下机器人更加贴近我们的生更加贴近我们的生活。我们熟知的活。

63、我们熟知的IBMIBM的的 深蓝深蓝 在棋盘上击败了国际象棋大在棋盘上击败了国际象棋大师卡斯帕罗夫就是比较突出的例子。师卡斯帕罗夫就是比较突出的例子。2.2 人工智能的发展简史57Artificial Intelligence and Robotics o 当然，人工智能的发展也并不是一帆风顺的，也曾因当然，人工智能的发展也并不是一帆风顺的，也曾因计算机计算能力的限制无法模仿人脑的思考以及与实际需计算机计算能力的限制无法模仿人脑的思考以及与实际需求的差距过远而走入低谷，但是随着硬件和软件的发展，求的差距过远而走入低谷，但是随着硬件和软件的发展，计算机的运算能力在以指数级增长，同时网络技术蓬勃兴

64、计算机的运算能力在以指数级增长，同时网络技术蓬勃兴起，确保计算机已经具备了足够的条件来运行一些要求更起，确保计算机已经具备了足够的条件来运行一些要求更高的高的AIAI软件，而且现在的软件，而且现在的AIAI具备了更多的现实应用的基础。具备了更多的现实应用的基础。o 90 90年代以来，人工智能研究又出现了新的高潮。年代以来，人工智能研究又出现了新的高潮。2.2 人工智能的发展简史58Artificial Intelligence and Robotics 人工智能的发展过程人工智能经历了三次飞跃阶段人工智能的发展过程人工智能经历了三次飞跃阶段:第一次是实现问题求解第一次是实现问题求解,代替人完

65、成部分逻辑推理工作代替人完成部分逻辑推理工作,如：机器定理证明和专家系统;第二次是智能系统能够和环境交互第二次是智能系统能够和环境交互,从运行的环境中获从运行的环境中获取信息取信息,代替人完成包括不确定性在内的部分思维工作代替人完成包括不确定性在内的部分思维工作,通过通过自身的动作自身的动作,对环境施加影响对环境施加影响,并适应环境的变化并适应环境的变化,如：智能如：智能机器人机器人;第三次是智能系统第三次是智能系统,具有类人的认知和思维能力具有类人的认知和思维能力,能够发能够发现新的知识现新的知识,去完成面临的任务去完成面临的任务,如：天文、海底、人工神经如：天文、海底、人工神经智能网络等未

66、知领域智能网络等未知领域 。2.2 人工智能的发展简史59Artificial Intelligence and Robotics o1 1、诞生：、诞生：o 20世纪70年代末至80年代初，我国还处于改革开放的初期，国内学术界已经开始关注、开展和重视人工智能研究。o 我国的人工智能研究起步较晚。1978年我国制定10年科学发展纲要，将“智能模拟”列为计算机科学的四个重要研究方向之一，“智能模拟智能模拟”作为国家科学技术发展规作为国家科学技术发展规划的主要研究课题。划的主要研究课题。o 中科院在学科发展规划中也明确了人工智能这一学科方向。1979年，李家治、汪云九等教授在自动化学报（第5卷第1期）上发表了人工智能国外研究情况综述；王湘浩教授在长春吉林大学举办了“计算机科学暑期讨论班”，人工智能是其四大专题之一。2.2.6 2.2.6 中国的发展中国的发展2.2 人工智能的发展简史60Artificial Intelligence and Robotics o 1980年，以常迥教授为首的中国自动化学会模式识别与中国自动化学会模式识别与机器智能专业委员会机器智能专业委员会在武汉成立；o