人工智能和认知物理学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

人工智能和认知物理学人工智能和认知物理学l lArtificial Intelligence and Cognitive Physicsl l李德毅李德毅l l l11月月25日日1第1页认知科学认知科学研究人类怎样获取知识和使用知识研究人类怎样获取知识和使用知识数据挖掘数据挖掘让机器模拟人智能从数据中发觉知识让机器模拟人智能从数据中发觉知识2第2页目录目录q 人工智能50年发展回顾q 20世纪物理学成就q 不确定性认知原子模型q 数据场和势函数q 认知场中知识发觉3第3页一、人工智能一、人工智能5050年发展回顾年发展回顾l人工智能兴起l智能判定标准l人工智能研究不一样切入点l人工智能研究目标4第4页人工智能自诞生之日起就引发人们无限漂亮想象和憧憬；已经成为学科交叉发展中一盏明灯,光芒四射；但其理论起伏跌宕，也存在争议和误解。5第5页人工智能兴起人工智能兴起l l数学家和逻辑学家；数学家和逻辑学家；l l认知学家和心理学家；认知学家和心理学家；l l神经生理学家；神经生理学家；l l计算机科学家计算机科学家 1956 1956年著名年著名“达特茅斯达特茅斯(Dartmouth)(Dartmouth)会会议议”标志人工智能学科诞生，它从一开始就标志人工智能学科诞生，它从一开始就是交叉学科产物。与会者有：是交叉学科产物。与会者有：6第6页人工智能兴起人工智能兴起 达特茅斯会议上，明斯基（达特茅斯会议上，明斯基（Marvin Minsky）神经网络模拟器、麦卡锡）神经网络模拟器、麦卡锡（John Mccarthy）搜索法、以及西蒙）搜索法、以及西蒙（Herbert Simon）和纽厄尔（）和纽厄尔（Allen Newell）“逻辑理论家逻辑理论家”是会议是会议3个亮点。个亮点。分别讨论怎样穿过迷宫，怎样搜索推理分别讨论怎样穿过迷宫，怎样搜索推理和怎样证实数学定理。这是早期人们期和怎样证实数学定理。这是早期人们期待人工智能。待人工智能。7第7页人工智能经典著作人工智能经典著作l l由费根鲍姆主编由费根鲍姆主编Computers and Thought被认为是世界上第一本人工被认为是世界上第一本人工智能经典专著，含智能经典专著，含21篇著名论文，篇著名论文，1963年出版。年出版。l l80年代出版年代出版1-4卷卷The Handbook of Artificial Intelligence是人工智能杠鼎是人工智能杠鼎之作。之作。8第8页人工智能研究出色人物人工智能研究出色人物 20 20世纪世纪4040位图灵奖取得者中有位图灵奖取得者中有6 6名人名人工智能学者，可见人工智能学科影响之工智能学者，可见人工智能学科影响之深远。深远。1969196919691969年：马文年：马文年：马文年：马文明斯基明斯基明斯基明斯基 1971 1971 1971 1971年：约翰年：约翰年：约翰年：约翰麦卡锡麦卡锡麦卡锡麦卡锡 1975 1975 1975 1975年：赫伯特年：赫伯特年：赫伯特年：赫伯特西蒙和艾伦西蒙和艾伦西蒙和艾伦西蒙和艾伦纽厄尔纽厄尔纽厄尔纽厄尔 1994199419941994年年年年：爱爱爱爱德德德德华华华华费费费费根根根根鲍鲍鲍鲍姆姆姆姆和和和和劳劳劳劳伊伊伊伊雷雷雷雷迪迪迪迪9第9页智能判定标准智能判定标准l l图灵图灵(Turing)测试：测试：假如机器在与人隔离房间回答人提假如机器在与人隔离房间回答人提出问题，且人无法判断回答下列问题是出问题，且人无法判断回答下列问题是机器还是人时，则应该认为机器已经具机器还是人时，则应该认为机器已经具备人智能。备人智能。10第10页猴子摘香蕉猴子摘香蕉11第11页梵塔游戏梵塔游戏 初始柱初始柱替换柱替换柱目柱12第12页计算机下棋计算机下棋:l l1997年年IBM“深蓝深蓝”计算机以计算机以2胜胜3平平1负负战绩战胜国际象棋冠军卡斯帕罗夫战绩战胜国际象棋冠军卡斯帕罗夫,“深深蓝蓝”计算速度为计算速度为200万棋步万棋步/秒，采取启秒，采取启发式搜索方法；发式搜索方法；l l在与下棋领域含有类似性质和类似复杂在与下棋领域含有类似性质和类似复杂性问题上，计算机具备有智能。性问题上，计算机具备有智能。13第13页计算机下棋计算机下棋:l l卡斯帕罗夫自卡斯帕罗夫自1990年称霸国际象棋棋坛年称霸国际象棋棋坛,年举行国际世界象棋冠军比赛中年举行国际世界象棋冠军比赛中,克拉莫克拉莫尼克以尼克以8:6领先卡斯帕罗夫。领先卡斯帕罗夫。“深蓝深蓝”计计算机能否打败克拉莫尼克？也就是说，算机能否打败克拉莫尼克？也就是说，“深蓝深蓝”计算机智能能否计算机智能能否“与时俱进与时俱进”？14第14页追求智能三步曲追求智能三步曲1）啊！真了不起！2）啊！是这么啊！3）啊！这也算智能吗？4）又回到第一步。15第15页人工智能研究对象人工智能研究对象l l不确定不确定l l非线性非线性l l不完全不完全l l变结构变结构l l多变量多变量l l分布式分布式16第16页人工智能应用人工智能应用l l人工智能实际应用越来越普遍。智能机人工智能实际应用越来越普遍。智能机器人、智能控制、智能网络、智能手机、器人、智能控制、智能网络、智能手机、智能数据库、智能管理、智能小区、智智能数据库、智能管理、智能小区、智能交通、甚至智能经济等等不绝于耳，能交通、甚至智能经济等等不绝于耳，知识就是力量。知识就是力量。17第17页人工智能研究切入点人工智能研究切入点l先后出现了先后出现了3个主流学派：个主流学派：符号主义方法-逻辑学派联结主义方法-仿生学派行为主义方法-控制论学派 18第18页符号主义学派符号主义学派(西蒙和纽厄尔为代表西蒙和纽厄尔为代表西蒙和纽厄尔为代表西蒙和纽厄尔为代表)l l物理符号系统假说（物理符号系统假说（物理符号系统假说（物理符号系统假说（physical symbol system physical symbol system hypothesishypothesis）。由一组称为符号实体组成系统，）。由一组称为符号实体组成系统，）。由一组称为符号实体组成系统，）。由一组称为符号实体组成系统，这些符号可作为组份出现在另一符号实体中。任这些符号可作为组份出现在另一符号实体中。任这些符号可作为组份出现在另一符号实体中。任这些符号可作为组份出现在另一符号实体中。任何时候系统内部都有一组符号结构，以及作用在何时候系统内部都有一组符号结构，以及作用在何时候系统内部都有一组符号结构，以及作用在何时候系统内部都有一组符号结构，以及作用在这些符号结构上生成其它符号结构一组过程。任这些符号结构上生成其它符号结构一组过程。任这些符号结构上生成其它符号结构一组过程。任这些符号结构上生成其它符号结构一组过程。任一物理符号系统假如是有智能，则必能执行对符一物理符号系统假如是有智能，则必能执行对符一物理符号系统假如是有智能，则必能执行对符一物理符号系统假如是有智能，则必能执行对符号输入、输出、存放、复制、条件转移和建立符号输入、输出、存放、复制、条件转移和建立符号输入、输出、存放、复制、条件转移和建立符号输入、输出、存放、复制、条件转移和建立符号结构这么号结构这么号结构这么号结构这么6 6种操作。反之，能执行这种操作。反之，能执行这种操作。反之，能执行这种操作。反之，能执行这6 6种操作任种操作任种操作任种操作任何系统，也就一定能够表现出智能。何系统，也就一定能够表现出智能。何系统，也就一定能够表现出智能。何系统，也就一定能够表现出智能。19第19页符号主义学派符号主义学派l l认知基元是符号，智能行为经过符号操作来实认知基元是符号，智能行为经过符号操作来实认知基元是符号，智能行为经过符号操作来实认知基元是符号，智能行为经过符号操作来实现现现现,以美国科学家以美国科学家以美国科学家以美国科学家RobinsonRobinson提出归结原理为基提出归结原理为基提出归结原理为基提出归结原理为基础，以础，以础，以础，以LispLisp和和和和PrologProlog语言为代表；语言为代表；语言为代表；语言为代表；l l着重问题求解中启发式搜索和推理过程，在逻着重问题求解中启发式搜索和推理过程，在逻着重问题求解中启发式搜索和推理过程，在逻着重问题求解中启发式搜索和推理过程，在逻辑思维模拟方面取得成功，如自动定理证实和辑思维模拟方面取得成功，如自动定理证实和辑思维模拟方面取得成功，如自动定理证实和辑思维模拟方面取得成功，如自动定理证实和教授系统；教授系统；教授系统；教授系统；l l归结原理不可能成为全部数学分支证实基础，归结原理不可能成为全部数学分支证实基础，归结原理不可能成为全部数学分支证实基础，归结原理不可能成为全部数学分支证实基础，问题求解和逻辑推理本质仅仅是演译。问题求解和逻辑推理本质仅仅是演译。问题求解和逻辑推理本质仅仅是演译。问题求解和逻辑推理本质仅仅是演译。20第20页联结主义学派联结主义学派(J.J.Hopfield(J.J.Hopfield(J.J.Hopfield(J.J.Hopfield为代表为代表为代表为代表)l l人思维基元是神经元，把智能了解为相人思维基元是神经元，把智能了解为相互联结神经元竞争与协作结果互联结神经元竞争与协作结果,以人工神以人工神经网络为代表经网络为代表,其中其中,反向传输网络模型反向传输网络模型（BP)和和Hopfield网络模型更为突出；网络模型更为突出；l l着重结构模拟，研究神经元特征、神经着重结构模拟，研究神经元特征、神经元网络拓朴、学习规则、网络非线性动元网络拓朴、学习规则、网络非线性动力学性质和自适应协同行为。力学性质和自适应协同行为。21第21页遗传算法和进化计算：遗传算法和进化计算：l l19751975年，年，年，年，John HollandJohn Holland提出遗传算法提出遗传算法提出遗传算法提出遗传算法(Genetic(Genetic Algorithm)Algorithm)，模仿生物染色体中基因选择，模仿生物染色体中基因选择，模仿生物染色体中基因选择，模仿生物染色体中基因选择(selection)(selection)、交叉、交叉、交叉、交叉(crossover)(crossover)和变异和变异和变异和变异(mutation)(mutation)自然进化过程自然进化过程自然进化过程自然进化过程,经过个体结构重组经过个体结构重组经过个体结构重组经过个体结构重组,形形形形成一代代新群体（成一代代新群体（成一代代新群体（成一代代新群体（populations),populations),最终收敛于近最终收敛于近最终收敛于近最终收敛于近似优化解。用于处理多变量、非线性、不确定、似优化解。用于处理多变量、非线性、不确定、似优化解。用于处理多变量、非线性、不确定、似优化解。用于处理多变量、非线性、不确定、甚至混沌大搜索空间有约束优化问题；甚至混沌大搜索空间有约束优化问题；甚至混沌大搜索空间有约束优化问题；甚至混沌大搜索空间有约束优化问题；22第22页麻将原理：麻将原理：l l刚发到手牌就刚发到手牌就刚发到手牌就刚发到手牌就“和和和和”了概率是非常非常小。了概率是非常非常小。了概率是非常非常小。了概率是非常非常小。l l不论开始手中牌有多坏，经过一次次摸牌、选择、不论开始手中牌有多坏，经过一次次摸牌、选择、不论开始手中牌有多坏，经过一次次摸牌、选择、不论开始手中牌有多坏，经过一次次摸牌、选择、淘汰，能够逐步迫近到最优解。这相当进化中变淘汰，能够逐步迫近到最优解。这相当进化中变淘汰，能够逐步迫近到最优解。这相当进化中变淘汰，能够逐步迫近到最优解。这相当进化中变异和选择原理。异和选择原理。异和选择原理。异和选择原理。l l麻将魅力在于能够在容忍时间内让牌麻将魅力在于能够在容忍时间内让牌麻将魅力在于能够在容忍时间内让牌麻将魅力在于能够在容忍时间内让牌“和和和和”了。了。了。了。l l遗传算法和进化计算收敛性问题。遗传算法和进化计算收敛性问题。遗传算法和进化计算收敛性问题。遗传算法和进化计算收敛性问题。23第23页行为主义学派行为主义学派(R.A.Brooks(R.A.Brooks(R.A.Brooks(R.A.Brooks为代表为代表为代表为代表)l l控制论研究造成机器人和智能控制，机器人是控制论研究造成机器人和智能控制，机器人是控制论研究造成机器人和智能控制，机器人是控制论研究造成机器人和智能控制，机器人是“感知感知感知感知-行为行为行为行为”模式模式模式模式,是没有知识智能是没有知识智能是没有知识智能是没有知识智能(iwk,(iwk,iwr)iwr)，强调直觉和反馈主要性；，强调直觉和反馈主要性；，强调直觉和反馈主要性；，强调直觉和反馈主要性；l l智能行为表达在系统与环境交互之中，功效、智能行为表达在系统与环境交互之中，功效、智能行为表达在系统与环境交互之中，功效、智能行为表达在系统与环境交互之中，功效、结构和智能行为不可分割。结构和智能行为不可分割。结构和智能行为不可分割。结构和智能行为不可分割。l l9090年代起智能年代起智能年代起智能年代起智能AgentAgent成为新热点。它是一个自成为新热点。它是一个自成为新热点。它是一个自成为新热点。它是一个自治、含有自发行为、表达交互性和环境适应性治、含有自发行为、表达交互性和环境适应性治、含有自发行为、表达交互性和环境适应性治、含有自发行为、表达交互性和环境适应性新型智能机模型，含有移动性、推理、规划、新型智能机模型，含有移动性、推理、规划、新型智能机模型，含有移动性、推理、规划、新型智能机模型，含有移动性、推理、规划、学习和适应能力。学习和适应能力。学习和适应能力。学习和适应能力。24第24页行为主义学派行为主义学派l l反馈是控制论基石，没有反馈就没有智反馈是控制论基石，没有反馈就没有智能能。l l依据目标与实际行为之间误差来消除此依据目标与实际行为之间误差来消除此误差控制策略。误差控制策略。PID控制是控制论对付不控制是控制论对付不确定性最基本伎俩。确定性最基本伎俩。l l强调智能系统与环境交互，从运行环境强调智能系统与环境交互，从运行环境中获取信息（感知），经过自己动作对中获取信息（感知），经过自己动作对环境施加影响。环境施加影响。25第25页当前，以实际问题驱动人工智能当前，以实际问题驱动人工智能研究成为主流。人工智能不再是研究成为主流。人工智能不再是阳春白雪，尤其是数据挖掘技术，阳春白雪，尤其是数据挖掘技术，要以机器再现人类认识过程方式，要以机器再现人类认识过程方式，为认知科学提供了一个新实体模为认知科学提供了一个新实体模型和实在形式。型和实在形式。26第26页研研 究究 热热 点点l模式识别l智能检索l教授系统l自然语言了解l知识工程l数据挖掘l智能控制l智能机器人27第27页人工智能三次大跃进人工智能三次大跃进第一次：第一次：智能系统代替人完成部分逻辑推理工作，如教授系统。第二次：第二次：智能系统能够和环境交互，从运行环境中获取信息，代替人完成包含不确定性在内部分思维工作，经过本身动作，对环境施加影响，并适应环境改变。如智能机器人。第三次：第三次：智能系统含有类人认知和思维能力，能够发觉新知识，去完成面临任务，如基于数据挖掘系统。28第28页人工智能目标：人工智能目标：程序程序=智能智能?计算计算=思维思维?计算机计算机=电脑电脑?目标：以机器方式再现人智能目标：以机器方式再现人智能29第29页二、二、2020世纪物理学成就世纪物理学成就l物质层次结构和原子物理模型物质层次结构和原子物理模型l场理论和四种相互作用场理论和四种相互作用30第30页物质层次结构和原子物理模型物质层次结构和原子物理模型l l能够把物质组成层次看成一个个等级，眼前物能够把物质组成层次看成一个个等级，眼前物能够把物质组成层次看成一个个等级，眼前物能够把物质组成层次看成一个个等级，眼前物体看成是宏观，天体看成是宇观，把分子和原体看成是宏观，天体看成是宇观，把分子和原体看成是宏观，天体看成是宇观，把分子和原体看成是宏观，天体看成是宇观，把分子和原子作为界标，比它们小物质能够称之为微观。子作为界标，比它们小物质能够称之为微观。子作为界标，比它们小物质能够称之为微观。子作为界标，比它们小物质能够称之为微观。原子这个层次十分主要。原子这个层次十分主要。原子这个层次十分主要。原子这个层次十分主要。l l原子模型提出与演进，从开尔文模型、汤姆孙原子模型提出与演进，从开尔文模型、汤姆孙原子模型提出与演进，从开尔文模型、汤姆孙原子模型提出与演进，从开尔文模型、汤姆孙模型、勒纳德模型、长冈模型、尼克尔森模型模型、勒纳德模型、长冈模型、尼克尔森模型模型、勒纳德模型、长冈模型、尼克尔森模型模型、勒纳德模型、长冈模型、尼克尔森模型直到卢瑟福原子有核结构模型，以及原子核模直到卢瑟福原子有核结构模型，以及原子核模直到卢瑟福原子有核结构模型，以及原子核模直到卢瑟福原子有核结构模型，以及原子核模型，都表明构思物质组成模型是一个普遍有效型，都表明构思物质组成模型是一个普遍有效型，都表明构思物质组成模型是一个普遍有效型，都表明构思物质组成模型是一个普遍有效科学方法。原子物理模型成为人类认识世界五科学方法。原子物理模型成为人类认识世界五科学方法。原子物理模型成为人类认识世界五科学方法。原子物理模型成为人类认识世界五个里程碑之一。个里程碑之一。个里程碑之一。个里程碑之一。31第31页物理学中势场物理学中势场l l场可视为一个充满能量空间。比如，将场可视为一个充满能量空间。比如，将一个位于无穷远处电荷移至电场中需要一个位于无穷远处电荷移至电场中需要消耗能量。场在某点消耗能量。场在某点P(r)处单位作功效力处单位作功效力被称为该点势，记为被称为该点势，记为(r)。势函数。势函数(r)是一个关于场点位置是一个关于场点位置标量函数，它在场标量函数，它在场空间中组成一个标量场，即势场。空间中组成一个标量场，即势场。32第32页梯度、散度与旋度梯度、散度与旋度l l梯度是描述标量场改变特征矢量函数，它能够梯度是描述标量场改变特征矢量函数，它能够梯度是描述标量场改变特征矢量函数，它能够梯度是描述标量场改变特征矢量函数，它能够将一个标量场转换为矢量场，也能够经过引入将一个标量场转换为矢量场，也能够经过引入将一个标量场转换为矢量场，也能够经过引入将一个标量场转换为矢量场，也能够经过引入一个辅助标量函数来分析简化矢量场。一个辅助标量函数来分析简化矢量场。一个辅助标量函数来分析简化矢量场。一个辅助标量函数来分析简化矢量场。l l散度、旋度是描述矢量场两个固有特征：源密散度、旋度是描述矢量场两个固有特征：源密散度、旋度是描述矢量场两个固有特征：源密散度、旋度是描述矢量场两个固有特征：源密度和旋涡密度物理量。在最普通情况下，一个度和旋涡密度物理量。在最普通情况下，一个度和旋涡密度物理量。在最普通情况下，一个度和旋涡密度物理量。在最普通情况下，一个矢量场总能够被看作由一个有源场和一个旋涡矢量场总能够被看作由一个有源场和一个旋涡矢量场总能够被看作由一个有源场和一个旋涡矢量场总能够被看作由一个有源场和一个旋涡场叠合组成，如电磁场。所以一个含义不明矢场叠合组成，如电磁场。所以一个含义不明矢场叠合组成，如电磁场。所以一个含义不明矢场叠合组成，如电磁场。所以一个含义不明矢量场只有当搞清它两个分量各自贡献和物理本量场只有当搞清它两个分量各自贡献和物理本量场只有当搞清它两个分量各自贡献和物理本量场只有当搞清它两个分量各自贡献和物理本质后，即已知它散度和旋度后才算明确。质后，即已知它散度和旋度后才算明确。质后，即已知它散度和旋度后才算明确。质后，即已知它散度和旋度后才算明确。33第33页梯度场与旋度场、散度场梯度场与旋度场、散度场l l梯度场梯度场=有势场有势场=有源场有源场=保守场保守场=无旋场无旋场34第34页电场和引力场势函数电场和引力场势函数l l电场势函数电场势函数电场势函数电场势函数l l引力场势函数引力场势函数引力场势函数引力场势函数l l从静电场和引力场势函数计算中能够发觉，两从静电场和引力场势函数计算中能够发觉，两从静电场和引力场势函数计算中能够发觉，两从静电场和引力场势函数计算中能够发觉，两种场物理机制即使各不相同，但在数学形态上种场物理机制即使各不相同，但在数学形态上种场物理机制即使各不相同，但在数学形态上种场物理机制即使各不相同，但在数学形态上却非常相同，即空间区域中不一样物质粒子相却非常相同，即空间区域中不一样物质粒子相却非常相同，即空间区域中不一样物质粒子相却非常相同，即空间区域中不一样物质粒子相互作用数学本质是相同或相近。互作用数学本质是相同或相近。互作用数学本质是相同或相近。互作用数学本质是相同或相近。35第35页物理学中四种相互作用物理学中四种相互作用l l牛顿万有引力定律（引力反比于距离平牛顿万有引力定律（引力反比于距离平方）认为在多质点系中存在两两相互作方）认为在多质点系中存在两两相互作用引力场和引力势能。用引力场和引力势能。l l库伦定律（电力反比于距离平方）认为库伦定律（电力反比于距离平方）认为电荷之间经过电场相互作用，用电场线电荷之间经过电场相互作用，用电场线和等势线可使电场分布形象化。含有相和等势线可使电场分布形象化。含有相等电势点组成等势面。等电势点组成等势面。36第36页物理学中四种相互作用物理学中四种相互作用l l核物理认为，核子之间、核子与介子之间，经核物理认为，核子之间、核子与介子之间，经核物理认为，核子之间、核子与介子之间，经核物理认为，核子之间、核子与介子之间，经过夸克间交换胶子实现强相互作用。这就是力过夸克间交换胶子实现强相互作用。这就是力过夸克间交换胶子实现强相互作用。这就是力过夸克间交换胶子实现强相互作用。这就是力程甚短核力。程甚短核力。程甚短核力。程甚短核力。l l按照普适费米理论，弱相互作用是一个点作用，按照普适费米理论，弱相互作用是一个点作用，按照普适费米理论，弱相互作用是一个点作用，按照普适费米理论，弱相互作用是一个点作用，不包括到任何场。以后人们发觉这一观点有问不包括到任何场。以后人们发觉这一观点有问不包括到任何场。以后人们发觉这一观点有问不包括到任何场。以后人们发觉这一观点有问题。题。题。题。19841984年若贝尔奖被授予鲁比亚年若贝尔奖被授予鲁比亚年若贝尔奖被授予鲁比亚年若贝尔奖被授予鲁比亚(Carlo (Carlo Rubbia)Rubbia)和范得米尔（和范得米尔（和范得米尔（和范得米尔（Simon Van der Meer)Simon Van der Meer)以表彰他们发觉弱作用场量子以表彰他们发觉弱作用场量子以表彰他们发觉弱作用场量子以表彰他们发觉弱作用场量子W+W+和和和和Z Z出色贡出色贡出色贡出色贡献。献。献。献。37第37页物理学大统一理论物理学大统一理论l l假如以强相互作用强度为假如以强相互作用强度为假如以强相互作用强度为假如以强相互作用强度为1 1话，电磁相互作用强话，电磁相互作用强话，电磁相互作用强话，电磁相互作用强度，其值约为度，其值约为度，其值约为度，其值约为1010-2-2；弱相互作用约为；弱相互作用约为；弱相互作用约为；弱相互作用约为1010-13-13 1010-1919 ；引力相互作用最弱，约为；引力相互作用最弱，约为；引力相互作用最弱，约为；引力相互作用最弱，约为1010-39-39。l l物理学家一直企图将这四种相互作用进行统一。物理学家一直企图将这四种相互作用进行统一。物理学家一直企图将这四种相互作用进行统一。物理学家一直企图将这四种相互作用进行统一。爱因斯坦努力了，没有取得结果。真正取得进展爱因斯坦努力了，没有取得结果。真正取得进展爱因斯坦努力了，没有取得结果。真正取得进展爱因斯坦努力了，没有取得结果。真正取得进展是量子场论。量子电动力学解释了电磁相互作用；是量子场论。量子电动力学解释了电磁相互作用；是量子场论。量子电动力学解释了电磁相互作用；是量子场论。量子电动力学解释了电磁相互作用；量子色动力学解释了强相互作用，又将弱相互作量子色动力学解释了强相互作用，又将弱相互作量子色动力学解释了强相互作用，又将弱相互作量子色动力学解释了强相互作用，又将弱相互作用与电磁相互作用进行统一，即温伯格用与电磁相互作用进行统一，即温伯格用与电磁相互作用进行统一，即温伯格用与电磁相互作用进行统一，即温伯格-萨拉姆萨拉姆萨拉姆萨拉姆电弱统一理论。大统一理论到现在还缺乏试验验电弱统一理论。大统一理论到现在还缺乏试验验电弱统一理论。大统一理论到现在还缺乏试验验电弱统一理论。大统一理论到现在还缺乏试验验证。证。证。证。38第38页三、不确定性认知原子模型三、不确定性认知原子模型l 人类思维基本单元人类思维基本单元l 云模型及其数字特征云模型及其数字特征l 正向云发生器和逆向云发生器正向云发生器和逆向云发生器l 连续数据离散化（概念化）连续数据离散化（概念化）l 概念粒度、概念空间和泛概念树概念粒度、概念空间和泛概念树39第39页人类思维活动层次性人类思维活动层次性 生命科学可还原成不一样层次：如脑生命科学可还原成不一样层次：如脑生物化学层次和神经结构层次。认知活动生物化学层次和神经结构层次。认知活动可能对应着一定生理上化学、电学改变。可能对应着一定生理上化学、电学改变。不过，当前生命科学还不能在思维活动与不过，当前生命科学还不能在思维活动与亚细胞化学、电学层次活动建立确切关系。亚细胞化学、电学层次活动建立确切关系。如：一个概念怎样以生物学形式存放，它如：一个概念怎样以生物学形式存放，它与其它概念发生联络生物学过程是什么。与其它概念发生联络生物学过程是什么。也不能决定什么样神经结构能够决定着哪也不能决定什么样神经结构能够决定着哪些认知模式发生。些认知模式发生。40第40页人类思维活动层次性人类思维活动层次性 当前从脑生物化学层次和神经结构层次当前从脑生物化学层次和神经结构层次研究认知活动还有困难。再说，如同我们不研究认知活动还有困难。再说，如同我们不能从最基础硅芯片活动来推测计算机网络上能从最基础硅芯片活动来推测计算机网络上电子邮件行为一样，我们又怎么能够构想从电子邮件行为一样，我们又怎么能够构想从分析单个离子、神经元、突触性质就能够推分析单个离子、神经元、突触性质就能够推断人脑认知和思维活动呢？系统论关于系统断人脑认知和思维活动呢？系统论关于系统整体特征不是由低层元素加和而成原理对还整体特征不是由低层元素加和而成原理对还原论提出质疑。所以，人工智能研究当前需原论提出质疑。所以，人工智能研究当前需要找到一个适当层次和单元，向上模拟人类要找到一个适当层次和单元，向上模拟人类认知和思维活动。认知和思维活动。41第41页人类思维活动工具人类思维活动工具 自然语言使人类取得一个强有力思维自然语言使人类取得一个强有力思维工具，这是不争事实，起到展现和保留思工具，这是不争事实，起到展现和保留思维对象及组织思维过程作用。它是其它各维对象及组织思维过程作用。它是其它各种形式化系统（语言）基础，派生出像计种形式化系统（语言）基础，派生出像计算机语言这么特殊语言，也派生出包含各算机语言这么特殊语言，也派生出包含各种专业理论专门化语言种专业理论专门化语言,如数学语言。这如数学语言。这些符号组成形式系统些符号组成形式系统,又成为新一级形式又成为新一级形式化。化。42第42页数学汉语外语自然语言符号语言自然语言和符号语言自然语言和符号语言43第43页人类思维活动工具人类思维活动工具 自然语言中语言值表示概念，自然语言中语言值表示概念，最基本语言值代表最基本概念，成最基本语言值代表最基本概念，成为思维原子模型。同时，概念含有为思维原子模型。同时，概念含有层次性。层次性。44第44页概念概念人类思维基本单元人类思维基本单元l l客观世界包括物理对象，主观世界从认知单元客观世界包括物理对象，主观世界从认知单元客观世界包括物理对象，主观世界从认知单元客观世界包括物理对象，主观世界从认知单元和它指向物理对象开始，反应了主客观内外联和它指向物理对象开始，反应了主客观内外联和它指向物理对象开始，反应了主客观内外联和它指向物理对象开始，反应了主客观内外联络特征。任何思维活动都是指向一定对象，经络特征。任何思维活动都是指向一定对象，经络特征。任何思维活动都是指向一定对象，经络特征。任何思维活动都是指向一定对象，经过对象存在到主观意识本身存在。过对象存在到主观意识本身存在。过对象存在到主观意识本身存在。过对象存在到主观意识本身存在。l l概念作为外部事物在主观认知中对应物成为思概念作为外部事物在主观认知中对应物成为思概念作为外部事物在主观认知中对应物成为思概念作为外部事物在主观认知中对应物成为思维活动基本单元。不过概念不是孤立，它同外维活动基本单元。不过概念不是孤立，它同外维活动基本单元。不过概念不是孤立，它同外维活动基本单元。不过概念不是孤立，它同外部背景有着种种联络，是演变和流动过程。所部背景有着种种联络，是演变和流动过程。所部背景有着种种联络，是演变和流动过程。所部背景有着种种联络，是演变和流动过程。所以，概念必定含有不确定性，甚至包含盲目性以，概念必定含有不确定性，甚至包含盲目性以，概念必定含有不确定性，甚至包含盲目性以，概念必定含有不确定性，甚至包含盲目性和散漫性。和散漫性。和散漫性。和散漫性。45第45页概念形成：学习和记忆概念形成：学习和记忆l l标准特征是概念一个组成部分，是用来确认某标准特征是概念一个组成部分，是用来确认某标准特征是概念一个组成部分，是用来确认某标准特征是概念一个组成部分，是用来确认某一详细样例属于该类别必要或充分条件。一详细样例属于该类别必要或充分条件。一详细样例属于该类别必要或充分条件。一详细样例属于该类别必要或充分条件。l l原型在概念中占有尤其地位。原型在概念中占有尤其地位。原型在概念中占有尤其地位。原型在概念中占有尤其地位。l l含糊边界和不清楚样例是概念普遍情况。含糊边界和不清楚样例是概念普遍情况。含糊边界和不清楚样例是概念普遍情况。含糊边界和不清楚样例是概念普遍情况。l l在一个概括性更高而详细性更低组织水平上，在一个概括性更高而详细性更低组织水平上，在一个概括性更高而详细性更低组织水平上，在一个概括性更高而详细性更低组织水平上，下位概念作为一个样例被使用，形成基本水平、下位概念作为一个样例被使用，形成基本水平、下位概念作为一个样例被使用，形成基本水平、下位概念作为一个样例被使用，形成基本水平、下位水平和上位水平层次结构下位水平和上位水平层次结构下位水平和上位水平层次结构下位水平和上位水平层次结构(basic lever/(basic lever/subordinate level/superordinate lever)subordinate level/superordinate lever)。l l概念形成是屡次重复学习和记忆过程。概念形成是屡次重复学习和记忆过程。概念形成是屡次重复学习和记忆过程。概念形成是屡次重复学习和记忆过程。46第46页困扰人工智能认知模型困扰人工智能认知模型l怎样表示用自然语言表述定性知识？怎样表示用自然语言表述定性知识？l怎样反应自然语言中不确定性，尤其怎样反应自然语言中不确定性，尤其是含糊性和随机性？是含糊性和随机性？l怎样实现定性和定量知识之间相互转怎样实现定性和定量知识之间相互转换？换？l怎样表达语言思索中软推理能力？怎样表达语言思索中软推理能力？47第47页知识表示知识表示 人工智能要以机器为载体模仿以人人工智能要以机器为载体模仿以人脑为载体人思维活动脑为载体人思维活动智能，必须找智能，必须找到在人脑和机器两种载体之间建立联络到在人脑和机器两种载体之间建立联络伎俩，而这个任务正是由形式化来担当。伎俩，而这个任务正是由形式化来担当。知识表示形式化在人工智能中居于方法知识表示形式化在人工智能中居于方法论主要地位。论主要地位。48第48页认知模型认知模型（Cognitive Modeling)云由许许多多云滴组成，每一个云云由许许多多云滴组成，每一个云滴就是这个定性概念映射到数域空间一滴就是这个定性概念映射到数域空间一个点，即一次反应量样例实现。这种实个点，即一次反应量样例实现。这种实现带有不确定性，模型同时给出这个点现带有不确定性，模型同时给出这个点能够代表该定性概念确实定程度。能够代表该定性概念确实定程度。49第49页云图可视化方法一云图可视化方法一l l 给出云滴在数域（一维、二维或多维）给出云滴在数域（一维、二维或多维）位置，用一个点表示一个云滴；同时，位置，用一个点表示一个云滴；同时，用该点辉度表示出这个云滴能够代表概用该点辉度表示出这个云滴能够代表概念确实定度。念确实定度。50第50页 “靠近坐标原靠近坐标原靠近坐标原靠近坐标原点左右点左右点左右点左右”10000”10000”10000”10000个量化云滴。个量化云滴。个量化云滴。个量化云滴。任何一个云滴任何一个云滴任何一个云滴任何一个云滴都能够在一定都能够在一定都能够在一定都能够在一定程度上代表这程度上代表这程度上代表这程度上代表这个概念。个概念。个概念。个概念。51第51页云图可视化方法二云图可视化方法二l l用数域里一个圈或球表示一个云滴，其用数域里一个圈或球表示一个云滴，其中心反应云滴在数域位置；同时，圈或中心反应云滴在数域位置；同时，圈或球大小表示出这个云滴能够代表概念确球大小表示出这个云滴能够代表概念确实定度。实定度。52第52页-3-2-1123-3-2-1123 “靠近坐标点靠近坐标点靠近坐标点靠近坐标点左右左右左右左右”200”200”200”200个量个量个量个量化云滴。任何化云滴。任何化云滴。任何化云滴。任何一个云滴都能一个云滴都能一个云滴都能一个云滴都能够在一定程度够在一定程度够在一定程度够在一定程度上代表这个概上代表这个概上代表这个概上代表这个概念。念。念。念。53第53页云图可视化方法三云图可视化方法三l l 用用N+1维表示，维表示，N维空间点表示云滴在维空间点表示云滴在数域位置，另一维表示这个云滴能够代数域位置，另一维表示这个云滴能够代表概念确实定度。表概念确实定度。54第54页不同数值代表语言值“20 km左右”确定程度55第55页不一样数值代表平面上点不一样数值代表平面上点“靠近中心靠近中心”确实定程度确实定程度56第56页l l期期期期望望望望值值值值:在在在在数数数数域域域域空空空空间间间间最最最最能能能能够够够够代代代代表表表表这这这这个个个个定定定定性性性性概概概概念念念念点点点点，反反反反应应应应了了了了云云云云滴滴滴滴群群群群重重重重心心心心位置。位置。位置。位置。云数字特征双重性云数字特征双重性ExEnHe熵一方面反映了在数域空间可被概念接收范围，即含糊度,是定性概念亦此亦彼性度量；其次还反映了在数域空间点能够代表这个概念概率，表示定性概念云滴出现随机性。熵揭示了含糊性和随机性关联性。超熵是熵不确定度量，即超熵是熵不确定度量，即熵熵，反应了在数域空间熵熵，反应了在数域空间代表该语言值全部点不确代表该语言值全部点不确定度凝聚性，即云滴凝聚定度凝聚性，即云滴凝聚度。度。57第57页正态云发生器实现算法正态云发生器实现算法1.1.生成以生成以EnEn为期望值，为期望值，HeHe为方差一个正态随机数为方差一个正态随机数EnEn；2.2.生成以生成以ExEx为期望值，为期望值，EnEn为方差一个正态随机为方差一个正态随机数数x x；3.3.计算计算 4.4.使（使（x,yx,y）成为论域中一个云滴；）成为论域中一个云滴；5.5.重复步骤重复步骤1414直至要求数目标云滴产生。直至要求数目标云滴产生。58第58页逆向云发生器算法逆向云发生器算法1 1 由由由由ExEx=求得求得求得求得ExEx；2 2 对每一对（对每一对（对每一对（对每一对（x xi i,y,yi i），由），由），由），由 求出求出求出求出EnEni i；3 由由En=求得求得En；4 求求Eni均方差