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Introduction of Artificial Intelligence人工智能导论全套课件人工智能导论全套课件PPTPPT讲座讲座第第 1 章章 绪论绪论教材：教材：王万良人工智能导论（第王万良人工智能导论（第3版）版）高等教育出版社，高等教育出版社，2011.2人工智能导论人工智能导论2第1章绪论o 1956年年 正正 式式 提提 出出 人人 工工 智智 能能（artificial intelligence,AI）这这个个术术语语并并把把它它作作为为一一门门新新兴兴科学的名称。科学的名称。o 20世纪三大科学技术成就：世纪三大科学技术成就：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3第1章绪论o1.1 人工智能的基本概念人工智能的基本概念 o1.2 人工智能的发展简史人工智能的发展简史 o1.3 人工智能研究的基本内容人工智能研究的基本内容o1.4 人工智能的主要研究领域人工智能的主要研究领域 4第1章绪论1.1 人工智能的基本概念人工智能的基本概念 o1.2 人工智能的发展简史人工智能的发展简史 o1.3 人工智能研究的基本内容人工智能研究的基本内容o1.4 人工智能的主要研究领域人工智能的主要研究领域 51.1.1智能的概念 自然界四大奥秘：物质的本质、宇宙的起源、生命的本自然界四大奥秘：物质的本质、宇宙的起源、生命的本 质、智能的发生。质、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）思维理论：智能的核心是思维）思维理论：智能的核心是思维 （2）知识阈值理论：智能取决于知识的数量及一般化程度）知识阈值理论：智能取决于知识的数量及一般化程度 （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获取取知知识识并并应应用用知知识识求求解解问问题题的能力的能力 61.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。1.1.2智能的特征存存储储由由感感知知器器官官感感知知到到的的外外部部信信息息以以及及由由思思维维所产生的知识所产生的知识对记忆的信息进行处理对记忆的信息进行处理2.记忆与思维能力记忆与思维能力7（1）逻辑思维（抽象思维）逻辑思维（抽象思维）依靠逻辑进行思维。思维过程是串行的。容易形式化。思维过程具有严密性、可靠性。1.1.2智能的特征（2）形象思维（直感思维）形象思维（直感思维）o依据直觉。o思维过程是并行协同式的。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。84.行为能力（表达能力）行为能力（表达能力）1.1.2智能的特征（3）顿悟思维（灵感思维）顿悟思维（灵感思维）不定期的突发性。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。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。9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。1.1.3人工智能人人工工智智能能学学科科：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。图图灵灵测测试试：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10第1章绪论o1.1 人工智能的基本概念人工智能的基本概念 1.2 人工智能的发展简史人工智能的发展简史 o1.3 人工智能研究的基本内容人工智能研究的基本内容o1.4 人工智能的主要研究领域人工智能的主要研究领域 111.2人工智能的发展简史1.2.1 孕育（孕育（1956年之前）年之前）公元前，亚里斯多德（Aristotle）：三段论培根（F.Bacon）：归纳法莱布尼茨（G.W.Leibnitz）：万能符号、推理计算布尔（G.Boole）：用符号语言描述思维活动的基本推理法则1936年，图灵：图灵机1943年，麦克洛奇（W.McCulloch）、匹兹(W.Pitts)：MP模型121.2人工智能的发展简史1.2.1 孕育（孕育（1956年之前）年之前）美美国国爱爱荷荷华华州州立立大大学学的的阿阿塔塔纳纳索索夫夫教教授授和和他他的的研研究究生生贝贝瑞瑞在在1937年年至至1941年年间间开开发发的的世世界界上上第第一一台台电电子子计计算算机机“阿阿 塔塔 纳纳 索索 夫夫 贝贝 瑞瑞 计计 算算 机机（Atanasoff-Berry Computer，ABC）”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。131.2.2形成（1956年1969年）o1956年年夏夏，当当时时美美国国达达特特茅茅斯斯大大学学数数学学助助教教、现现任任斯斯坦坦福福大大学学教教授授麦麦卡卡锡锡和和哈哈佛佛大大学学数数学学和和神神经经学学家家、现现任任MIT教教授授明明斯斯基基、IBM公公司司信信息息研研究究中中心心负负责责人人洛洛切切斯斯特特、贝贝尔尔实实验验室室信信息息部部数数学学研研究究员员香香农农共共同同发发起起，邀邀请请普普林林斯斯顿顿大大学学莫莫尔尔和和IBM公公司司塞塞缪缪尔尔、MIT的的塞塞尔尔夫夫里里奇奇和和索索罗罗莫莫夫夫以以及及兰兰德德公公司司和和卡卡内内基基梅梅隆隆大大学学的的纽纽厄厄尔尔、西西蒙蒙等等10名名年年轻轻学学者者在在达达特莫斯大学召开了两个月的学术研讨会，讨论机器智能问题。特莫斯大学召开了两个月的学术研讨会，讨论机器智能问题。o会会上上经经麦麦卡卡锡锡提提议议正正式式采采用用“人人工工智智能能”这这一一术术语语，标标志志着着人工智能学科正式诞生。麦卡锡因而被称为人工智能之父。人工智能学科正式诞生。麦卡锡因而被称为人工智能之父。o此此后后，美美国国形形成成了了多多个个人人工工智智能能研研究究组组织织，如如纽纽厄厄尔尔和和西西蒙蒙的的Carnegie RAND协协作作组组，明明斯斯基基和和麦麦卡卡锡锡的的MIT研研究究组组，塞缪尔的塞缪尔的IBM工程研究组等。工程研究组等。141.2.2形成（1956年1969年）o1956年以后，人工智能的研究在机器学习、定理证明、模式识别、问题求解、专家系统及人工智能语言等方面都取得了许多引人瞩目的成就。o 1969年，成 立 了 国 际 人 工 智 能 联 合 会 议（InternationalJointConferencesonArtificialIntelligence，IJCAI）。o1970年，创刊了国际性的人工智能杂志（ArtificialIntelligence）。151.2.3发展（1970年）o20世世纪纪60年年代代末末，人人工工智智能能研研究究遇遇到到困困难难，如如机机器器翻翻译译。1966年年美美国国顾顾问问委委员员会会的的报报告告裁裁定定：还还不不存存在在通通用用的的科科学学文文本本机机器器翻翻译译，也也没没有有很很近近的的实实现现前前景景。英英国国、美美国国中中断断了了大大部分机器翻译项目的资助。部分机器翻译项目的资助。o1977年年，费费根根鲍鲍姆姆在在第第五五届届国国际际人人工工智智能能联联合合会会议议上上提提出出了了“知识工程知识工程”概念，推动了知识为中心的研究。概念，推动了知识为中心的研究。o1981年年，日日本本宣宣布布第第五五代代计计算算机机发发展展计计划划，并并在在1991年年展展出出了研制的了研制的PSI3智能工作站和由智能工作站和由PSI3构成的模型机系统。构成的模型机系统。o我我国国自自1978年年开开始始把把“智智能能模模拟拟”作作为为国国家家科科学学技技术术发发展展规规划的主要研究课题。划的主要研究课题。1981年成立了中国人工智能学会。年成立了中国人工智能学会。o现现在在，人人工工智智能能已已经经成成为为计计算算机机、航航空空航航天天、军军事事装装备备、工工业等众多领域的关键技术。业等众多领域的关键技术。16第1章绪论o1.1 人工智能的基本概念人工智能的基本概念 o1.2 人工智能的发展简史人工智能的发展简史 1.3 人工智能研究的基本内容人工智能研究的基本内容o1.4 人工智能的主要研究领域人工智能的主要研究领域 171.3人工智能研究的基本内容1.知识表示知识表示 知识表示知识表示：将人类知识形式化或者模型化。知识表示方法知识表示方法：符号表示法、连接机制表示法。符符号号表表示示法法：用各种包含具体含义的符号，以各种不同的方式和顺序组合起来表示知识的一类方法。例如，一阶谓词逻辑、产生式等。连连接接机机制制表表示示法法：把各种物理对象以不同的方式及顺序连接起来，并在其间互相传递及加工各种包含具体意义的信息，以此来表示相关的概念及知识。例如，神经网络等。18 2.机器感知机器感知 2.机器感知机器感知o机器感知：使机器（计算机）具有类似于人的感知能力。以机器视觉(machinevision)与机器听觉为主。1.3人工智能研究的基本内容3.机器思维机器思维o机器思维：对通过感知得来的外部信息及机器内部的各种工作信息进行有目的的处理。19 2.机器感知机器感知 4.机器学习机器学习o机器学习（machinelearning）：研究如何使计算机具有类似于人的学习能力，使它能通过学习自动地获取知识。1957年，Rosenblatt研制成功了感知机。1.3人工智能研究的基本内容5.机器行为机器行为 o机器行为：计算机的表达能力，即“说”、“写”、“画”等能力。20第1章绪论o1.1 人工智能的基本概念人工智能的基本概念 o1.2 人工智能的发展简史人工智能的发展简史 o1.3 人工智能研究的基本内容人工智能研究的基本内容1.4 人工智能的主要研究领域人工智能的主要研究领域 211.4人工智能的主要研究领域1.自动定理证明自动定理证明o定理证明的实质是证明由前提P得到结论Q 的永真性。o1958年，王浩证明了有关命题演算的全部定理（220条）、谓词演算中150条定理的85%。o1965年鲁宾逊（Robinson）提出了归结原理，使机器定理证明成为现实。o我国著名数学家、中国科学院吴文俊院士把几何代数化，建立了一套机器证明方法，被称为“吴方法”。221.4人工智能的主要研究领域 2.博弈博弈o下棋、打牌、战争等一类竞争性的智能活动。o1956年，塞缪尔研制出跳棋程序。o1991年8月，IBM公司研制的DeepThought2计算机系统与澳大利亚象棋冠军约翰森（D.Johansen）举行了一场人机对抗赛，以1：1平局告终。o1996年2月10日至17日，IBM公司的“深蓝”计算机系统与卡斯帕罗夫进行了六局比赛，以3.5比2.5的总比分赢得这场世人瞩目的“人机大战”的胜利。231.4人工智能的主要研究领域 2.博弈博弈o2004年6月8日，中国首届国际象棋人机对弈开战。国际象棋特级大师诸宸与“紫光之星”笔记本电脑对阵。诸宸在最后关头被电脑抓住破绽，先负一局。4天后诸宸灵活变阵，但再负一局。24o2007年台北国际发明暨技术交易展览上，第三代智能机器人DOC现场表演下棋。1.4人工智能的主要研究领域251.4人工智能的主要研究领域 模式识别（patternrecognition）：研究对象描述和分类方法的学科。分析和识别的模式可以是信号、图象或者普通数据。文字识别：邮政编码、车牌识别、汉字识别。人脸识别：反恐、商业。物体识别：导弹、机器人。3.模式识别模式识别261.4人工智能的主要研究领域4.机器视觉机器视觉 o 机 器 视 觉(machine vision)或 计 算 机 视 觉(computervision)是用机器代替人眼睛进行测量和判断。o 机器视觉系统是指通过图像摄取装置将被摄取的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和宽度、颜色等信息，转换成数字信号，抽取目标的特征，根据判别结果控制现场的设备动作。o 机器视觉应用在半导体及电子、汽车、冶金、制药、食品饮料、印刷、包装、零配件装配及制造质量检测等。271.4人工智能的主要研究领域5.自然语言理解自然语言理解o 研究如何让计算机理解人类自然语言，包括回答问题、生成摘要、翻译等。o1957年，在苏联人造卫星成功发射的刺激下,美国国家研究会大力支持对俄科技论文的计算机翻译。人们最初以为机器翻译只要将双向词典及一些词法知识放进计算机就行了。后来发现有时会出现十分荒谬的错误。“Thespiritiswillingbutthefleshisweak”心有余而力不足。俄语 “Thewineisgoodbutthemeatisspoiled”酒是好的但肉变质了。281.4人工智能的主要研究领域6.智能信息检索智能信息检索 o智能信息检索系统的功能：(1)能理解自然语言。(2)具有推理能力。(3)系统拥有一定的常识性知识。7.数据挖掘与知识发现数据挖掘与知识发现o 数据挖掘的目的是从数据库中找出有意义的模式(一组规则、聚类、决策树、依赖网络或其他方式表示的知识)。o 数据挖掘过程：数据预处理、建模、模型评估及模型应用。291.4人工智能的主要研究领域8.专家系统专家系统 o 专家系统模拟人类专家求解问题的思维过程求解领域内的各种问题，其水平可以达到甚至超过人类专家的水平。o1965年费根鲍姆研究小组开始研制第一个专家系统分析化合物分子结构的DENDRAL，1968年完成并投入使用。o1971年MIT开发成功求解一些数学问题的MYCSYMA专家系统。拉特格尔大学开发的清光眼诊断与治疗的专家系统CASNET。o1972年斯坦福大学肖特里菲等人开始研制用于诊断和治疗感染性疾病的专家系统MYCIN。o1976年斯坦福研究所开始开发探矿专家系统PROSPECTOR，1980年首次实地分析华盛顿某山区地质资料，发现了一个钼矿。o1981年斯坦福大学研制成功专家系统AM，能模拟人类进行概括、抽象和归纳推理，发现某些数论的概念和定理。301.4人工智能的主要研究领域9.自动程序设计自动程序设计 o 程程序序综综合合：用户只需要告诉计算机要“做什么”，无须说明“怎么做”，计算机就可自动实现程序的设计。o 程程序序正正确确性性的的验验证证：研究出一套理论和方法，通过运用这套理论和方法就可以证明程序的正确性。311.4人工智能的主要研究领域10.机器人机器人 o 20世纪60年代初，研制出尤尼梅特和沃莎特兰两种机器人。o 机器人发展：程序控制机器人（第一代）、自适应机器人（第二代）、智能机器人（现代）。321.4 人工智能的主要研究领域o 美国军用机器人携带火箭33o 美军排爆机器人1.4 人工智能的主要研究领域34o 美军投入伊拉克战场的可携带侦察机器人1.4 人工智能的主要研究领域351.4人工智能的主要研究领域11.组合优化问题组合优化问题 o 组组合合优优化化问问题题：旅行商问题、生产计划与调度、物流中的车辆调度、智能交通、通信中的路由调度、计算机网络信息调度等 o NP完完全全问问题题：用目前知道的最好的方法求解，问题求解需要花费的时间是随问题规模增大以指数关系增长。12.人工神经网络人工神经网络 o 人人工工神神经经网网络络：一个用大量简单处理单元经广泛连接而组成的人工网络，用来模拟大脑神经系统的结构和功能。361.4人工智能的主要研究领域o 分布式人工智能系统以鲁棒性作为控制系统质量的标准，并具有互操作性，即不同的异构系统在快速变化的环境中，具有交换信息和协同工作的能力。o 分分布布式式问问题题求求解解：把一个具体的求解问题划分为多个相互合作和知识共享的模块或者结点。o 多智能体系统多智能体系统：研究各智能体之间行为的协调。13.分布式人工智能与多智能体分布式人工智能与多智能体 371.4人工智能的主要研究领域o 国国际际知知名名美美籍籍华华裔裔科科学学家家傅傅京京孙孙（K S.Fu）在在1965年年首首先把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统先把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统。o 智能控制的两个显著特点：智能控制的两个显著特点：第第一一，智智能能控控制制是是同同时时具具有有知知识识表表示示的的非非数数学学广广义义世世界界模模型和传统数学模型混合表示的控制过程。型和传统数学模型混合表示的控制过程。第第二二，智智能能控控制制的的核核心心在在高高层层控控制制，其其任任务务在在于于实实际际环环境境或过程进行组织，即决策与规划，以实现广义问题求解。或过程进行组织，即决策与规划，以实现广义问题求解。o 智能控制的基本类型：智能控制的基本类型：（1）专家智能控制）专家智能控制（2）模糊控制（）模糊控制（3）神经网络控制）神经网络控制14.智能控制智能控制 381.4人工智能的主要研究领域o 智能仿真是将智能仿真是将AI引入仿真领域，建立智能仿真系统。引入仿真领域，建立智能仿真系统。o 仿仿真真是是对对动动态态模模型型的的实实验验，即即行行为为产产生生器器在在规规定定的的实实验验条条件件下下驱驱动动模模型型，从从而而产产生生模模型型行行为为。仿仿真真是是在在描描述述性性知知识、目的性知识及处理知识的基础上产生结论性知识。识、目的性知识及处理知识的基础上产生结论性知识。o 利利用用AI对对整整个个仿仿真真过过程程（建建模模、实实验验运运行行及及结结果果分分析析）进进行行指指导导，在在仿仿真真模模型型中中引引进进知知识识表表示示，改改善善仿仿真真模模型型的的描描述述能能力力，为为研研究究面面向向目目标标的的建建模模语语言言打打下下基基础础，提提高高仿仿真真工工具具面面向向用用户户、面面向向问问题题的的能能力力，使使仿仿真真更更有有效效地地用用于于决策，更好地用于分析、设计及评价知识库系统。决策，更好地用于分析、设计及评价知识库系统。15.智能仿真智能仿真 391.4人工智能的主要研究领域o 智智能能CAD（简简称称ICAD）就就是是把把人人工工智智能能技技术术引引入入计计算算机机辅辅助助设设计计领领域域，建建立立智智能能CAD系系统统。AI几几乎乎可可以以应应用用到到CAD技技术术的的各各个个方方面面。从从目目前前发发展展的的趋趋势势来来看看，至至少有下述四个方面：少有下述四个方面：（1）设计自动化。）设计自动化。（2）智能交互。）智能交互。（3）智能图形学。）智能图形学。（4）自动数据采集。）自动数据采集。16.智能智能CAD 401.4人工智能的主要研究领域o 智智能能CAI就就是是把把AI引引入入计计算算机机辅辅助助教教学学领领域域。ICAI系系统统一一般般分成专门知识、教导策略和学生模型和自然语言的智能接口。分成专门知识、教导策略和学生模型和自然语言的智能接口。o ICAI应具备下列智能特征：应具备下列智能特征：（1）自动生成各种问题与练习。）自动生成各种问题与练习。（2）根据学生的学习情况自动选择与调整教学内容与进度。）根据学生的学习情况自动选择与调整教学内容与进度。（3）在理解教学内容的基础上自动解决问题生成解答。）在理解教学内容的基础上自动解决问题生成解答。（4）具有自然语言生成和理解能力。）具有自然语言生成和理解能力。（5）对教学内容有理解咨询能力。）对教学内容有理解咨询能力。（6）能诊断学生错误，分析原因并采取纠正措施。）能诊断学生错误，分析原因并采取纠正措施。（7）能评价学生的学习行为。）能评价学生的学习行为。（8）能不断地在教学中改善教学策略。）能不断地在教学中改善教学策略。17.智能智能CAI 411.4人工智能的主要研究领域o 智智能能管管理理就就是是把把人人工工智智能能技技术术引引入入管管理理领领域域，建建立立智智能能管管理理系系统统，研研究究如如何何提提高高计计算算机机管管理理系系统统的的智智能能水水平平，以及智能管理系统的设计理论、方法与实现技术。以及智能管理系统的设计理论、方法与实现技术。o 智智能能决决策策就就是是把把人人工工智智能能技技术术引引入入决决策策过过程程，建建立立智智能决策支持系统。能决策支持系统。o 智智能能决决策策支支持持系系统统是是由由传传统统决决策策支支持持系系统统再再加加上上相相应应的智能部件就构成了智能决策支持系统。的智能部件就构成了智能决策支持系统。o 智能部件智能部件可以是专家系统模式、知识库模式等。可以是专家系统模式、知识库模式等。18.智能管理与智能决策智能管理与智能决策 421.4人工智能的主要研究领域o 多多媒媒体体计计算算机机系系统统就就是是能能综综合合处处理理文文字字、图图形形、图图像像和和声声音音等多种媒体信息的计算机系统。等多种媒体信息的计算机系统。o 智智能能多多媒媒体体就就是是将将人人工工智智能能技技术术引引入入多多媒媒体体系系统统，使使其其功功能能和性能得到进一步发展和提高。和性能得到进一步发展和提高。o 多多媒媒体体技技术术与与人人工工智智能能所所研研究究的的机机器器感感知知、机机器器理理解解等等技技术术不不谋谋而而合合。人人工工智智能能的的计计算算机机视视听听觉觉、语语音音识识别别与与理理解解、语语音音对对译译、信信息息智智能能压压缩缩等等技技术术运运用用于于多多媒媒体体系系统统，将将会会使使现现在在的的多媒体系统产生质的飞跃。多媒体系统产生质的飞跃。19.智能多媒体系统智能多媒体系统 431.4人工智能的主要研究领域o 智智能能操操作作系系统统的的基基本本模模型型：以以智智能能机机为为基基础础，能能支支撑撑外外层层的的AI应用程序，实现多用户的知识处理和并行推理。应用程序，实现多用户的知识处理和并行推理。o 智能操作系统三大特点：智能操作系统三大特点：并行性并行性：支持多用户、多进程，同时进行逻辑推理等支持多用户、多进程，同时进行逻辑推理等;分分布布性性：把把计计算算机机硬硬件件和和软软件件资资源源分分散散而而又又有有联联系系地地组组织织起起来来，能支持局域网和远程网处理能支持局域网和远程网处理;智智能能性性：一一是是操操作作系系统统处处理理的的是是知知识识对对象象，具具有有并并行行推推理理功功能能，支支持持智智能能应应用用程程序序运运行行;二二是是操操作作系系统统的的绝绝大大部部分分程程序序使使用用AI程程序序编编制制，充充分分利利用用硬硬件件并并行行推推理理功功能能;三三是是具具有有较较高高智智能能程程序序的的自自动动管理维护功能，如故障的监控分析等，帮助维护人员决策。管理维护功能，如故障的监控分析等，帮助维护人员决策。20.智能操作系统智能操作系统 441.4人工智能的主要研究领域o 智能计算机系统就是人们正在研制的新一代计算机系统。智能计算机系统就是人们正在研制的新一代计算机系统。o 智智能能计计算算机机系系统统从从基基本本元元件件到到体体系系结结构构，从从处处理理对对象象到到编编程程语语言言，从从使使用用方方法法到到应应用用范范围围，同同当当前前的的诺诺依依曼曼型型计计算算机机相相比比，都都有有质质的的飞飞跃跃和和提提高高，它它将将全全面面支支持持智智能能应应用用开开发发，且且自自身身就就具有智能。具有智能。21.智能计算机系统智能计算机系统 451.4人工智能的主要研究领域o 智智能能通通信信就就是是把把人人工工智智能能技技术术引引入入通通信信领领域域，建建立立智智能通信系统。能通信系统。o 智智能能通通信信就就是是在在通通信信系系统统的的各各个个层层次次和和环环节节上上实实现现智智能能化化。例例如如在在通通信信网网的的构构建建、网网管管与与网网控控、转转接接、信信息息传传输输与与转转换换等等环环节节，都都可可实实现现智智能能化化。这这样样，网网络络就就可可运运行行在在最最佳佳状状态态，具具有有自自适适应应、自自组组织织、自自学学习习、自自修修复等功能。复等功能。22.智能通信智能通信 461.4人工智能的主要研究领域o 智智能能网网络络系系统统就就是是将将人人工工智智能能技技术术引引入入计计算算机机网网络络系系统统。如如在在网网络络构构建建、网网络络管管理理与与控控制制、信信息息检检索索与与转转换换、人机接口等环节，运用人机接口等环节，运用AI的技术与成果。的技术与成果。o AI的的专专家家系系统统、模模糊糊技技术术和和神神经经网网络络技技术术可可用用于于网网络络的的连连接接接接纳纳控控制制、业业务务量量管管制制、业业务务量量预预测测、资资源源动动态态分分配配、业业务务流流量量控控制制、动动态态路路由由选选择择、动动态态缓缓冲冲资资源源调调度等许多方面。度等许多方面。23.智能网络系统智能网络系统 471.4人工智能的主要研究领域o人人工工生生命命是是以以计计算算机机为为研研究究工工具具，模模拟拟自自然然界界的的生生命命现象，生成表现自然生命系统行为特点的仿真系统。现象，生成表现自然生命系统行为特点的仿真系统。o主主要要研研究究进进化化的的模模式式和和方方式式、人人工工仿仿生生学学、进进化化博博弈弈、分分子子进进化化、免免疫疫系系统统进进化化、学学习习等等；具具有有自自治治性性、智智能能性性、反反应应性性、预预动动性性和和社社会会性性的的智智能能主主体体的的形形式式化化模模型型、通通信信方方式式、协协作作策策略略；研研究究生生物物感感悟悟的的机机器器人人、自自治治和和自适应机器人、进化机器人、人工脑。自适应机器人、进化机器人、人工脑。24.人工生命人工生命 48Introduction of Artificial Intelligence第2章知识表示 教材：教材：王万良人工智能导论（第王万良人工智能导论（第3版）版）高等教育出版社，高等教育出版社，2011.2第第2章章 知识表示知识表示o人类的智能活动主要是获得并运用知识。知识是智人类的智能活动主要是获得并运用知识。知识是智能的基础。为了使计算机具有智能，能模拟人类的能的基础。为了使计算机具有智能，能模拟人类的智能行为，就必须使它具有知识。但知识需要用适智能行为，就必须使它具有知识。但知识需要用适当的模式表示出来才能存储到计算机中去，因此，当的模式表示出来才能存储到计算机中去，因此，知识的表示成为人工智能中一个十分重要的研究课知识的表示成为人工智能中一个十分重要的研究课题。题。o本章将首先介绍知识与知识表示的概念，然后介绍本章将首先介绍知识与知识表示的概念，然后介绍一阶谓词逻辑、产生式、框架、语义网络等当前人一阶谓词逻辑、产生式、框架、语义网络等当前人工智能中应用比较广泛的知识表示方法，为后面介工智能中应用比较广泛的知识表示方法，为后面介绍推理方法、专家系统等奠定基础。绍推理方法、专家系统等奠定基础。50第第2章章 知识表示知识表示o2.1 知识与知识表示的概念知识与知识表示的概念 o2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法 o2.3 产生式表示法产生式表示法 o2.4 框架表示法框架表示法 51第第2章章 知识表示知识表示2.1 知识与知识表示的概念知识与知识表示的概念 o2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法 o2.3 产生式表示法产生式表示法 o2.4 框架表示法框架表示法 522.1.1 知识的概念知识的概念o知识：在长期的生活及社会实践中、在科学研究及实验知识：在长期的生活及社会实践中、在科学研究及实验中积累起来的对客观世界的认识与经验。中积累起来的对客观世界的认识与经验。o知识：把有关知识：把有关信息关联信息关联在一起所形成的信息结构。在一起所形成的信息结构。o知识反映了客观世界中事物之间的关系，不同事物或者知识反映了客观世界中事物之间的关系，不同事物或者相同事物间的不同关系形成了不同的知识。相同事物间的不同关系形成了不同的知识。信息关联形式：信息关联形式：“如果如果，则则”如果大雁向南飞，则冬天就要来临了。如果大雁向南飞，则冬天就要来临了。规则规则 事实事实例如：例如：“雪是白色的雪是白色的”。“如果头痛且流涕，则有可能患了感冒如果头痛且流涕，则有可能患了感冒”。532.1.2 知识的特性知识的特性 1.相对正确性相对正确性o 任何知识都是在一定的条件及环境下产生的，在任何知识都是在一定的条件及环境下产生的，在这种条件及环境下才是正确的。这种条件及环境下才是正确的。1+1=2 （十进制）1+1=10(二进制）542.1.2 知识的特性知识的特性2.不确定性不确定性 随机性引起的不确定性随机性引起的不确定性 模糊性引起的不确定性模糊性引起的不确定性 经验引起的不确定性经验引起的不确定性 不完全性引起的不确定性不完全性引起的不确定性知识状态：知识状态：“真真”“假假”“真真”与与“假假”之间的中间之间的中间状态状态 “如果头痛且流涕，则如果头痛且流涕，则有可能有可能患了感冒患了感冒”小李小李很高很高552.1.2 知识的特性知识的特性3.可表示性与可利用性可表示性与可利用性 知知识识的的可可表表示示性性:知知识识可可以以用用适适当当形形式式表表示示出出来来，如如用语言、文字、图形、神经网络等。用语言、文字、图形、神经网络等。知识的可利用性知识的可利用性:知识可以被利用。知识可以被利用。562.1.3 知识的表示知识的表示o 知识表示知识表示（knowledgerepresentation）：将人类知识形式化或者模型化。o 知识表示是对知识的一种描述，或者说是一组约定，一种计算机可以接受的用于描述知识的数据结构。o 选择知识表示方法的原则：（1）充分表示领域知识。（2）有利于对知识的利用。（3）便于对知识的组织、维护与管理。（4）便于理解与实现。57第第2章章 知识表示知识表示o2.1 知识与知识表示的概念知识与知识表示的概念 2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法 o2.3 产生式表示法产生式表示法 o2.4 框架表示法框架表示法 582.2一阶谓词逻辑表示法59 2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法2.2.1 命题命题2.2.2 谓词谓词2.2.3 谓词公式谓词公式2.2.4 谓词公式的性质谓词公式的性质2.2.5 一阶谓词逻辑知识表示方法一阶谓词逻辑知识表示方法2.2.6 一阶谓词逻辑表示法的特点一阶谓词逻辑表示法的特点60命题逻辑命题逻辑：研究命题及命题之间关系的符号逻辑系统。命题逻辑表示法命题逻辑表示法：无法把它所描述的事物的结构及逻辑特征反映出来，也不能把不同事物间的共同特征表述出来。2.2.1 命题命题o命题（命题（proposition）：一个非真即假的陈述句。若命题的意义为真命题的意义为真，称它的真值为真，记为T。若命题的意义为假命题的意义为假，称它的真值为假，记为F。一个命题可在一种条件下为真，在另一种条件下为假命题可在一种条件下为真，在另一种条件下为假。例如：例如：33”：二元谓词 Greater(5,3)“Smith作为一个工程师为作为一个工程师为IBM工作工作”：三元谓词 Works(Smith,IBM,engineer)（1）个体是常量：一个或者一组指定的个体。个体是常量：一个或者一组指定的个体。62 2.2.2 谓词谓词（2）个体是变元（变量）：个体是变元（变量）：没有指定的一个或者一组个体。“小李的父亲是教师小李的父亲是教师”：Teacher(father(Li)（3）个体是个体是函数函数：一个个体到另一个个体的映射。“x5”：Less(x,5)（4）个体是个体是谓词谓词“Smith作为一个工程师为作为一个工程师为IBM工作工作”：二阶二阶谓词谓词 Works(engineer(Smith),IBM)632.2.3 谓词公式谓词公式1.连接词（连词）连接词（连词）（1）：“否定否定”（negation）或）或“非非”。（2）：“析取析取”（disjunction）或。或。（3）：“合取合取”（conjunction）与。与。“机器人不在机器人不在2号房间号房间”：Inroom(robot,r2)“李明打篮球或踢足球李明打篮球或踢足球”：Plays(Liming,basketball)Plays(Liming,football)“我喜欢音乐和绘画我喜欢音乐和绘画”：Like(I,music)Like(I,painting)642.2.3 谓词公式谓词公式 1.连接词（连词）连接词（连词）（4）：“蕴含蕴含”(”(implication)或或“条件条件”(”(condition)。“如果刘华跑得最快，那么他取得冠军。如果刘华跑得最快，那么他取得冠军。”：RUNS(Liuhua，faster)WINS(Liuhua，champion)（5）：“等价等价”（equivalence）或）或“双条件双条件”（bicondition）。）。P Q:“:“P当且仅当当且仅当Q”。652.2.3 谓词公式谓词公式1.连接词（连词）连接词（连词）谓词逻辑真值表谓词逻辑真值表 662.2.3 谓词公式谓词公式 2.量词（量词（quantifier）（1）全称量词（）全称量词（universal quantifier）（）（x）：）：“对个体域中的所有（或任一个）个体 x”。“所有的机器人都是灰色的”：(x)ROBOT(x)COLOR(x，GRAY)（2）存在量词（）存在量词（existential quantifier）（）（x）：）：“在个体域中存在个体 x”。“1号房间有个物体”：（x）INROOM（x，r1）672.2.3 谓词公式谓词公式全称量词和存在量词举例：全称量词和存在量词举例：(x)(y)F(x,y)表表示示对对于于个个体体域域中中的的任任何何个个体体x都都存存在在个体个体y，x与与y是朋友。是朋友。(x)(y)F(x,y)表表示示在在个个体体域域中中存存在在个个体体x，与与个个体体域域中的任何个体中的任何个体y都是朋友。都是朋友。(x)(y)F(x,y)表表示示在在个个体体域域中中存存在在个个体体x与与个个体体y，x与与y是朋友。是朋友。(x)(y)F(x,y)表表示示对对于于个个体体域域中中的的任任何何两两个个个个体体x和和y，x与与y都是朋友。都是朋友。682.2.3谓词公式全称量词和存在量词出现的次序将影响命题的意思。全称量词和存在量词出现的次序将影响命题的意思。例如：例如：(x)(y)(Employee(x)Manager(y,x):“每个雇员都有一个经理。”(y)(x)(Employee(x)Manager(y,x):“有一个人是所有雇员的经理。”692.2.3 谓词公式谓词公式3.谓词公式谓词公式o定义定义2.2可按下述规则得到谓词演算的谓词公式：(1)单个谓词是谓词公式，称为原子谓词公式。(2)若A是谓词公式，则A也是谓词公式。(3)若A，B都是谓词公式，则AB，AB，AB，A B也都是谓词公式。(4)若A是谓词公式，则(x)A，(x)A也是谓词公式。(5)有限步应用（1）（4）生成的公式也是谓词公式。连接词的优先级别从高到低排列：，702.2.3 谓词公式谓词公式4量词的辖域量词的辖域 o量词的辖域：位于量词后面的单个谓词或者用括弧括起来的谓词公式。o约束变元与自由变元：辖域内与量词中同名的变元称为约束变元，不同名的变元称为自由变元。例如：(x)(P(x,y)Q(x,y)R(x,y)(P(x,y)Q(x,y)：(x)的辖域，辖域内的变元x是受（x）约束的变元，R(x,y)中的x是自由变元。公式中的所有y都是自由变元。712.2.4 谓词公式的性质谓词公式的性质1.谓词公式的解释谓词公式的解释o 谓词公式在个体域上的解释：谓词公式在个体域上的解释：个体域中的实体对谓词演算表达式的每个常量、变量、谓词和函数符号的指派。Friends(george,x)Friends(george,susie)TFriends(george,kate)F 对于每一个解释，谓词公式都可求出一个真值（对于每一个解释，谓词公式都可求出一个真值（T或或F）。）。722.2.4 谓词公式的性质谓词公式的性质 2.谓词公式的永真性、可满足性、不可满足性谓词公式的永真性、可满足性、不可满足性 定定义义2.5 对对于于谓谓词词公公式式P