人工智能与专家系统专业知识讲座.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,書式設定,書式設定,第 2,第 3,第 4,第 5：,*,Artificial Intelligence Principles and Applications,書式設定,書式設定,第 2,第 3,第 4,第 5：,書式設定,書式設定,第 2,第 3,第 4,第 5：,*,学科选修课,人工智能与教授系统,1,人工智能与专家系统专业知识讲座,第1页,教材及参考资料,人工智能及其应用，王万良，高等教育出版社，,Artificial Intelligence,人工智能,Nilsson N.J.,尼尔逊（美），机械工业出版社,人工智能,.,马少平,.,北京：清华大学出版社，,；,人工智能基础,.,高济等,.,高等教育出版社，,；,计算机决议支持系统，孟波，武汉：武汉大学出版社，,；,数据挖掘原理与技术，张云涛、龚玲，北京：电子工业出版社，,2,人工智能与专家系统专业知识讲座,第2页,人工智能课程特点,没有专业限制：人工智能（,AI,）属于计算机科学研究领域，但,AI,是研究机器智能，凡是利用人脑地方都可利用,AI,，所以，,AI,可应用于各专业领域。,永远不过时：,AI,是研究机器智能，对人类智慧不停迫近，但永远不会超出人类智慧，所以，,AI,永远不会过时。,研究方法自然：,AI,模拟人类处理问题，所以，,AI,研究方法非常自然，轻易了解。,3,人工智能与专家系统专业知识讲座,第3页,第,1,章 绪论,1956,年正式提出人工智能,（,artificial intelligence,AI,）,这个术语并作为一门新兴科学名称。,20,世纪三大科学技术成就：,空间技术,原子能技术,人工智能,4,人工智能与专家系统专业知识讲座,第4页,双腿有膝机器人,MABEL,最高速度可达每小时,10.9,公里，世界上速度最快双腿有膝机器人,5,人工智能与专家系统专业知识讲座,第5页,智能路灯,“,响应路灯系统,”,由印度尼西亚万隆技术研究所开发，它由摄像头、路灯和微型电脑组成。摄像头以,25,帧,/,秒速度捕捉即将驶过车辆画面，电脑在识别后会在车辆经过时自动点亮。,6,人工智能与专家系统专业知识讲座,第6页,德科学家研制终止者机器人手臂,它手指由,38,根腱控制，每一根腱由前臂内部自带发动机驱动，每个关节由,2,根腱组成。关节每秒钟能够旋转,500,度。手指可产生,30,牛顿压力，能够完成刺激按摩，手指抓紧时能够使人窒息死亡。,7,人工智能与专家系统专业知识讲座,第7页,“,数字蚂蚁”部队为电网保驾护航,美国维克森林大学计算机教授正在训练一支特殊“数字蚂蚁”部队，未来可把它们放到电网中巡查，搜寻那些蓄意破坏系统计算机病毒。,网络上处处巡游，寻找像计算机蠕虫、盗取信息自复制程序、降低未授权访问权限等威胁。一旦探测到危险，就会召来蚂蚁大军向事发地点会合，吸引人类操作员注意调查问题。,“数字蚂蚁”技术曾在被科学美国人杂志评为“可改变人们生活十大技术”之一。,8,人工智能与专家系统专业知识讲座,第8页,“首届中国脑机接口比赛”（China BCI）,脑机接口（,Brain,Computer Interface,，,BCI,）是在大脑与外部设备之间建立一个直接交流通道。脑机接口经过实时统计人脑脑电波，在一定程度上解读人思维，并将其“翻译”成控制命令，由此来实现对计算机、家用电器、机器人等设备控制。,9,人工智能与专家系统专业知识讲座,第9页,中国机器人大赛暨,RoboCup,公开赛,10,人工智能与专家系统专业知识讲座,第10页,中国无人驾驶汽车高速公路试车成功,国防科技大学自主研制红旗HQ3无人车，7月14日首次完成了从长沙到武汉286公里高速全程无人驾驶试验，创造了我国自主研制无人车在复杂交通情况下自主驾驶新纪录，标志着我国无人车在复杂环境识别、智能行为决议和控制等方面实现了新技术突破，到达世界先进水平。,11,人工智能与专家系统专业知识讲座,第11页,人工智能与当代生活,智,能,家,居,12,人工智能与专家系统专业知识讲座,第12页,1997,年,世界国际象棋冠军斯卡帕罗夫,(Kasparow),与特殊对手进行了一次比赛。这位特殊对手不是人类，而是,IBM,企业制造超级计算机,(Deep blue),13,人工智能与专家系统专业知识讲座,第13页,因为第六局戏剧性大胜，深蓝以,3.5,比,2.5,总比分迫使斯卡帕罗夫低头认输。人们惊呼：电脑战胜了人脑！深蓝创造了历史！深蓝又是怎样做到这一点呢,?,14,人工智能与专家系统专业知识讲座,第14页,归根结底，深蓝能够取得这么成功，其实是人工智能不停发展结果。,那么，什么是人工智能呢？,15,人工智能与专家系统专业知识讲座,第15页,第,1,章 绪论,1.1,人工智能基本概念,1.2,人工智能发展简史,1.3,人工智能研究基本内容,1.4,人工智能研究路径与学派,1.5,人工智能主要研究领域,16,人工智能与专家系统专业知识讲座,第16页,1.1.1,智能概念,自然界四大奥秘：物质本质、宇宙起源、生命本,质、智能发生。,对智能还没有确切定义，主要流派有：,（,1,）思维理论：智能关键是思维,（,2,）知识阈值理论：智能取决于知识数量及普通化程度,（,3,）进化理论：用,控制取代知识表示,智能是,知识,与,智力,总和。,知识是一切智能行为基础,获取知识并应用知识求解问题能力,17,人工智能与专家系统专业知识讲座,第17页,感知能力：,经过视觉、听觉、触觉、嗅觉等感觉器官感知外部世界能力。,80%,以上信息经过视以为到，,10%,信息经过听以为到。,1.1.2,智能特征,存放由感知器官感知到外部信息以及由思维所产生知识,对记忆信息进行处理,2.,记忆与思维能力,18,人工智能与专家系统专业知识讲座,第18页,（,1,）逻辑思维（抽象思维）,依靠逻辑进行思维。,思维过程是串行。,轻易形式化。,思维过程含有严密性、可靠性,。,1.1.2,智能特征,（,2,）形象思维（直感思维）,依据直觉。,思维过程是并行协同式。,形式化困难。,在信息变形或缺乏情况下仍有可能得到比较满意结果。,19,人工智能与专家系统专业知识讲座,第19页,4.,行为能力（表示能力）,1.12,智能特征,（,3,）顿悟思维（灵感思维）,不定时突发性。,非线性独创性及含糊性。,穿插于形象思维与逻辑思维之中。,3.,学习能力,学习既可能是自觉、有意识，也可能是不自觉、无意识；既能够是有教师指导，也能够是经过自己实践。,人们感知能力：用于信息输入。,行为能力：信息输出,。,20,人工智能与专家系统专业知识讲座,第20页,人工智能,：用人工方法在机器（计算机）上实现智能；或者说是人们使机器含有类似于人智能。,1.1.3,人工智能,人工智能学科,：一门研究怎样结构智能机器（智能计算机）或智能系统，使它能模拟、延伸、扩展人类智能学科。,图灵测试,：,1950,年图灵发表,计算机与智能,中设计了一个测试，用以说明人工智能概念。,智者,问询者,21,人工智能与专家系统专业知识讲座,第21页,人智能与人工智能,人智能：人类思维活动表现出来能力（处理智能问题能力）,感知和了解能力,思维与演绎能力,学习能力与适应环境能力,行为能力,人工智能：经过一些方法使机器有类似于人智能。,研究怎样使机器能听、会说、能看、会写、能思索推理、会学习，能处理各种实际问题。,22,人工智能与专家系统专业知识讲座,第22页,智能问题,重排九宫问题（拼图游戏）,旅行商问题（,travelling salesman problem,TSP,问题）,“梵塔”问题,(Tower of Hanoi Problem):,寻宝问题,博弈问题,23,人工智能与专家系统专业知识讲座,第23页,重排九宫问题,8 3,6 4,7 5,初始状态,1 2 3,8 4,7 6 5,目标状态,请用尽可能少棋步从初始状态到达目标状态。,24,人工智能与专家系统专业知识讲座,第24页,传教士和野人问题（,Missionaries and Cannibals)(M-C,）,有个,N,传教士和,N,个野人来到河边准备渡河，河岸有一条船，每次至多可供,K(N),个人乘坐，传教士为了安全起见，考虑在任何情况下（河两岸和船上）和任何时刻都不允许野人数目超出传教士人数,请给出,N=3,摆渡方案。,25,人工智能与专家系统专业知识讲座,第25页M-C,问题求解,2,个野人去，,1,个野人回,2,个野人去，,1,个野人回,2,个传教士去，,1,个野人与,1,个传教士回,2,个传教士去，,1,个野人回,2,个野人去，,1,个野人回,2,个野人去，完成。,26,人工智能与专家系统专业知识讲座,第26页,旅行商问题（,travelling salesman problem,TSP,问题）,销售员到几个城市去推销商品，城市之间距离是已知，他现在从某一个城市出发，经过每个城市一次，最终又回到出发城市。要求归划好一条最短路线。,7,7,10,10,10,13,6,5,6,A,B,E,D,C,27,人工智能与专家系统专业知识讲座,第27页,“,梵塔”问题,(Tower of Hanoi Problem),3,阶“梵塔”问题,:,有三个柱子,(1,，,2,和,3),和两个不一样尺寸圆盘,(A,，,B,，,C),。在每个圆盘中心有个孔，所以圆盘能够堆叠在柱子上,最初,全部三个圆盘都堆在柱子,1,上,(,最大在底部,最小在顶部,),。要求把全部 圆盘都移到另一个柱子上，搬动规则为：,(1),一次只能搬一个圆盘,(2),不能将大圆盘放在小圆盘上,(3),能够利用空柱子。,28,人工智能与专家系统专业知识讲座,第28页,图,梵塔,1,3,2,C,1,2,3,A,B,1,2,3,A,B,A,B,C,C,29,人工智能与专家系统专业知识讲座,第29页,3,阶“梵塔”问题分解,(1,1,1),(3,3,3),(1,1,1),(1,2,2),(1,2,2),(3,2,2),(3,2,2),(3,3,3),(1,1,1),(1,1,3),(1,2,3),(1,2,2),(1,1,3),(1,2,3),(3,2,2),(3,3,3),(3,2,2),(3,2,1),(3,3,1),(3,3,3),30,人工智能与专家系统专业知识讲座,第30页,寻宝问题,有三个盒子（金,银,铜）其中一个盒子里放有一颗宝石，每个盒子外写有一句话，其中只有一句是真话，问宝石在哪里。,金盒：宝石在这只金盒子里。,银盒：宝石不在这只银盒子里,铜盒：宝石不在金盒子里,31人工智能与专家系统专业知识讲座,第31页,推理方法,正向推理,反向推理,推理过程：,假设：分别假定宝石在三盒子里,前题：一句对，其它两句错误,32,人工智能与专家系统专业知识讲座,第32页,金盒：宝石在这只金盒子里,银盒：宝石不在这只银盒子里,铜盒：宝石不在金盒子里,假设集合,宝石在金盒子里,假设,1,宝石在铜盒子里,宝石在银盒子里,假设,2,假设,3,宝石在这只金盒子里,宝石不在金盒子里,宝石不在这只银盒子里,正确,不正确,正确,矛盾,1,2,3,第一句,第二句,第三句,第三句,第二句,第一句,不正确,正确,正确,矛盾,不正确,正确,不正确,满足前提条件,宝石在银盒子里,33,人工智能与专家系统专业知识讲座,第33页,博弈问题,分钱币游戏：有一堆数目为,N,钱币，两个选手轮番将它一分为二，规则是不论哪个选手分币时，一次只能挑选其中一堆把它分为两小堆，而且必须满足分堆后两小堆钱数不能相等，直到哪个选手无法再分时，即碰到每堆钱币数为,1,或,2,情况，他即为输家。,34,人工智能与专家系统专业知识讲座,第34页,问题表示：,设,N=6,选手,MAX,，,MIN,，数字序列,x1,x2xn,为,n,堆钱币不一样个数。,例（,6,，,MAX,）表示甲从一堆（,6,个）钱币开始分（,5,，,1,，,MIN,）,MIN,要分状态。,35,人工智能与专家系统专业知识讲座,第35页,分钱币搜索树,S0(6,MAX),S1(5,1,MIN),S4(3,2,1,MAX),S2(4,2,MIN),S6(2,2,1,1,MIN),S3(4,1,1,MAX),S7(2,1,1,1,1,MAX),S5(3,1,1,1,MIN),MIN,输,MAX,输,36,人工智能与专家系统专业知识讲座,第36页,你体验过“芝麻开门”感觉吗？,阿里巴巴对着山洞门一念,“,芝麻开门,”,，山洞门就打开了，再念,“,芝麻关门,”,，山洞门又自动关上了。,科幻片,X,战警,中，,X,教授只要在试验室门口一站，试验室门就会自动打开，而且发出声音欢迎,X,教授到来，而其它人则没法进去。,国内一些厂家生产个人数字助理（,PDA,），给人们提供了一个微型书写板和笔，让信息输入更符合人们自然习惯。,37,人工智能与专家系统专业知识讲座,第37页,机器人图片观赏,咱们握握手！,38,人工智能与专家系统专业知识讲座,第38页,机器人图片观赏,来一段舞怎样？,39,人工智能与专家系统专业知识讲座,第39页,我是家用机器人！,40,人工智能与专家系统专业知识讲座,第40页,中国智能机器人网,：,www.e-绪论,1.1,人工智能基本概念,1.2,人工智能发展简史,1.3,人工智能研究基本内容,1.4,人工智能研究路径与学派,1.5,人工智能主要研究领域,42,人工智能与专家系统专业知识讲座,第42页,1.2,人工智能发展简史,1.2.1,孕育（,1956,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),：,M,P,模型,43,人工智能与专家系统专业知识讲座,第43页,像人一样行动,:,图灵测试,图灵预测之前计算机有30%概率蒙骗普通人达5分钟。,而AI研究者相信研究智能根本标准远比复制样本更主要。,Source:lecture notes by Dr.Hwee Tou Ng,Singapore,44,人工智能与专家系统专业知识讲座,第44页,图灵梦想,图灵测试：人经过特殊方式，在不知情条件下，和机器进行问答，假如在相当长时间内，分辨不出与他交流对象是人还是机器，那么，就能够认为这台机器是能思维。,研究人工智能目标是让计算机能够像人一样思索。,人工智能包括到学科与领域：计算机科学、认知心理学、哲学等，包含模式识别、自然语言处理、智能机器人、机器证实、神经网络、符号运算等。,45,人工智能与专家系统专业知识讲座,第45页,图灵测试对计算机要求,自然语言处理,知识表示,自动推理,机器学习,完全图灵测试,计算机视觉,机器人技术,46,人工智能与专家系统专业知识讲座,第46页,像人一样思索：认知模型方法,确定人是怎样思索,经过内省,经过心理测试（,black box,）,经过计算机程序来表示关于思维结论,比较计算机输入,/,输出以及,timing behavior,和人类行为，例子：,General Problem Solver by Newell&Simon,。,认知科学：把,AI,计算机模型和心理学试验相结合，试图创建一个准确且可检验人类思维工作方式理论。,47,人工智能与专家系统专业知识讲座,第47页,理性地思索：“思维法则”方法,“,正确思索”是不能反驳推理过程（,Aristotle,）,三段论：前提正确,结论正确,描述世界上一切事物及其彼此之间关系准确命题符号（,19,世纪）,求解任何用逻辑符号描述可解问题程序（,1965,）,逻辑方法两个障碍：,难以取得非形式化知识并得到逻辑符号表示所需形式化表示，尤其当知识不可靠时。,“标准上”能够处理一个问题与实际处理问题这二者之间存在巨大差异：假如推理步骤不适当，会耗尽计算机资源。,48,人工智能与专家系统专业知识讲座,第48页,理性地行动：理性智能体方法,智能体是某种能够行动东西，区分于简单“程序”,自主控制操作,感知环境,连续能力,适应改变,有能力负担其它智能体目标,经过自己行动取得最正确结果,做出正确推论是理性智能体,部分,功效，但不是理性全部内容。,图灵测试中需要全部技能都是为了做出理性行为,.,49,人工智能与专家系统专业知识讲座,第49页,1.2,人工智能发展简史,1.2.1,孕育（,1956,年之前）,美国爱荷华州立大学阿塔纳索夫教授和他硕士贝瑞在,1937,年至,1941,年间开发世界上第一台电子计算机“阿塔纳索夫贝瑞计算机（,Atanasoff-Berry Computer,，,ABC,）”为人工智能研究奠定了物质基础。,阿塔纳索夫,贝瑞,50,人工智能与专家系统专业知识讲座,第50页,1.2.2,形成（,1956,年,1969,年）,1956,年夏，当初美国达特茅斯大学数学助教、现任斯坦福大学教授麦卡锡和哈佛大学数学和神经学家、现任,MIT,教授明斯基、,IBM,企业信息研究中心责任人洛切斯特、贝尔试验室信息部研究员香农共同发起，邀请普林斯顿大学莫尔、,IBM,企业塞缪尔、,MIT,塞尔夫里奇等,10,名年轻学者在达特莫斯大学召开了学术研讨会，讨论机器智能问题。,会上经麦卡锡提议正式采取“人工智能”这一术语，标志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。,今后，美国形成了多个人工智能研究组织，如纽厄尔和西蒙,Carnegie RAND,协作组，明斯基和麦卡锡,MIT,研究组，塞缪尔,IBM,工程研究组等。,51,人工智能与专家系统专业知识讲座,第51页,出色人物,20,世纪,40,位图灵奖取得者有6,位人工智能学者,Marvin Minsky,（,1969,）,John Mccarthy,（,1971,）,Herbert Simon,和,Allen Newell,（,1975,）,Edward Feigenbaum,和,Raj Reddy,（,1994,）,可见人工智能学科在信息科学中地位。,52,人工智能与专家系统专业知识讲座,第52页,时 间,国 家,姓 名,主要贡献,1904,俄国,巴甫洛夫（,Pavlov.I.P.18491936,）,提出了条件反射和信号学说,1906,意大利,高基,(Golgi.C.1843,1926),神经系统结构,西班牙,卡哈尔,(Cajal.S.R.1852,1934),1932,英国,谢灵顿（,Sherrington.C.S.1857,1952,）,关于神经元功效研究,英国,阿德里安（,Adrian.E.D.1889,1977,）,1936,英国,代尔,(Dale.H.H.1875,1968),神经冲动化学传递,奥地利,洛伊,(Loewi.O,1873,1961),1944,美国,厄兰格,(Erlanger.J,1874,1965),单根神经纤维功效研究,美国,伽塞尔,(Gasser.H.S,1888,1963),1949,瑞士,赫斯,(Hess.W,R,1881,1973),间脑机能，尤其是对内脏活动调整,取得诺贝尔奖脑科学与神经生物学家,53,人工智能与专家系统专业知识讲座,第53页,1963,澳大利亚,艾克尔斯,(Eccles.J,C,1903,),神经元兴奋与抑制离子机制,英国,霍奇金,(Hodgkin.A,L,1914,),英国,赫胥黎,(Huxley.A,F,1917,),1970,英国,卡兹,(Katz,B,1911,),神经末梢化学递质发觉及递质储备、释放、活等机制研究,瑞典,欧拉,(Euler.U.S,von.1905,1983),美国,阿克塞尔罗德,(Axelrod.J,1912,),1977,美国,吉尔曼,(Guillemin.R,1924,),下丘脑促垂体激素研究,美国,沙利,(Schally.A,V1927,),1981,美国,斯佩里,(Sperry.R.1913,),关于大脑两半球功效特异性研究,美国,卡尔松,(Carlsoon.A.1923,),神经系统信号传导,美国,格林加德,(Greengard.P.1925,),美国,坎德尔,(Kandel.E.R.1929,),取得诺贝尔奖脑科学与神经生物学家（续）,54,人工智能与专家系统专业知识讲座,第54页,人工智能顶尖人物,Herbert Simon,1978年取得诺贝尔经济学奖,建立机器证实数学定理启发式搜索法，提出有限理论对经济决议活动影响。,Daniel Kahneman,取得诺贝尔经济学奖,研究不确定情况下决议，解释人类决议行为，系统偏离基本概率理论和标准经济理论原因。,55,人工智能与专家系统专业知识讲座,第55页,主要会议,1969年第一届国际人工智能联合会议（International Joint Conference on AI）召开,今后每两年开一次，成为人工智能界最高级别学术盛会。,1979年成立美国人工智能联合会（American Association for Artificial Intelligence），到已经召开了第19届全国性会议。,56,人工智能与专家系统专业知识讲座,第56页,主要刊物,1970,年起，,IJCAI,定时出版：,International Journal of AI,1979,年起，,AAAI,定时出版：,AI Magazine,。,57,人工智能与专家系统专业知识讲座,第57页,代表著作：,由费根鲍姆主编,Computers and Thought,是世界上第一本人工智能经典专著，含,21,篇著名论文，,1963,年出版。,80,年代出版,1-4,卷,The Handbook of Artificial Intelligence,是人工智能杠鼎之作。,58,人工智能与专家系统专业知识讲座,第58页,1.2.3,发展（,1970,年 ）,20,世纪,60,年代末，人工智能研究碰到困难，如机器翻译。,1966,年美国顾问委员会汇报裁定：还不存在通用科学文本机器翻译，也没有很近实现前景。英国、美国中止了大部分机器翻译项目标资助。,1977,年，费根鲍姆在第五届国际人工智能联合会议上提出了“知识工程”概念，推进了知识为中心研究。,1981,年，日本宣告第五代计算机发展计划，并在,1991,年展出了研制,PSI,3,智能工作站和由,PSI,3,组成模型机系统。,我国自,1978,年开始把“智能模拟”作为国家科学技术发展规划主要研究课题。,1981,年成立了中国人工智能学会。,现在，人工智能已经成为计算机、航空航天、军事装备、工业等众多领域关键技术。,59,人工智能与专家系统专业知识讲座,第59页,智能时代正向我们走来,最伟大挑战项目从起步到成功几乎都经历50年左右历史.,从19莱特弟兄最初飞行成功至1966年阿波罗登月花了66年；,从1946年数字计算机创造至1997年计算机打败象棋世界冠军花了51年；,从1953年DNA发觉至绘出人类基因排列图需50年；,人工智能从1956年至今已超出50年，预计未来3至5年内，在智能计算、机器人足球打败真正世界冠军等方面会有突破。,60,人工智能与专家系统专业知识讲座,第60页,Thanks.,61,人工智能与专家系统专业知识讲座,第61页,