(1.1)--第1章 人工智能导论绪论.ppt

第一章 绪论Introduction to Artificial Intelligence PPT模板下载： 目录目录CONTENTSCONTENTS一二三人工智能的定义人工智能与课程介绍人工智能的三大学派一、人工智能与课程介绍1.1 人工智能举例（1）电影中的人工智能在你印象中，人工智能是什么样的？人工智能技术、空间技术、原子能技术一起被誉为20世纪的三大科学技术成就。一、人工智能与课程介绍1.1 人工智能举例（2）我们身边的人工智能扫地机器人（具备“人”的反应能力）规划路线绕开障碍物补充能量车牌识别系统（具备“人”的视觉能力）自动拍摄车辆捕捉车牌图像识别车牌数字人工智能先后战胜了人类的国际象棋、围棋、德州扑克、星际争霸的顶级选手。1.1 人工智能举例（2）我们身边的人工智能一、人工智能与课程介绍一、人工智能与课程介绍1.2 人工智能的发展现状（1）专用人工智能面向特定领域或者单一任务，比如下围棋、组装某一件设备等。目前有突破性的进展，并在某一任务超越人类智能。（2）通用人工智能人类大脑是一个通用的智能系统，一脑百用，包括视觉、听觉、判断、推理、学习、思考、规划、设计。目前尚处于起步阶段，通用人工智能距离人类智能还有巨大差距。一、人工智能与课程介绍”智能+“成为人工智能应用的创新模式应用范式日趋成熟，AI向各行各业渗透融合、重塑整个社会发展。智能+安防智能+交通智能+制造智能+医疗1.2 人工智能的发展现状第一次工业革命第二次工业革命第三次工业革命第四次工业革命机械化电气化信息化智能化蒸汽机带动机械化生产智能意识化生产商业模式转型电子和IT技术带动数字化生产电气动力带动自动化生产一、人工智能与课程介绍国际竞争将日益激烈，世界各国纷纷出台发展人工智能的战略和政策。2016.11 国家人工智能援救与发展规划；2018.05 白宫人工智能峰会德国欧盟英国法国日本韩国美国2016.03 人工智能BRAIN计划；2018.05 人工智能发展战略2015.01 机器人新战略；2017.03 人工智能技术战略2013 法国机器人发展计划；2017.03 国家人工智能战略；2018.05 人工智能战略2016.10 机器人技术和人工智能；2017.10 在英国发展人工智能；2018人工智能行业新政 20142014-2020欧洲机器人技术战略；2018.04 欧盟人工智能2014.03 高新技术战略；2018.07 联邦政府人工智能战略要点1.2 人工智能的发展现状一、人工智能与课程介绍1.2 人工智能的发展现状到2020年到2025年到2030年人工智能总体技术和应用与世界先进水平同步人工智能产业成为新的重要经济增长点。人工智能基础理论实现重大突破部分技术与应用达到世界领先水平人工智能成为带动我国产业升级和经济转型的主要动力。总体达到世界领先水平成为世界主要人工智能创新中心智能经济、智能社会取得明显成效，为跻身创新型国家前列和经济强国奠定重要基础。我国的人工智能三步走战略一、人工智能与课程介绍智能化的时代正在开启。无论作为旁观者还是弄潮儿，身处其中的我们都有必要了解什么是人工智能？人工智能研究什么？人工智能的基本理论有哪些？1.2 人工智能的发展现状10年后，人工智能可能会取代80%的工作一、人工智能与课程介绍课程定位：人工智能领域的专业类导论课程，主要介绍人工智能的基本理论与研究方法。授课对象：主要面向计算机专业、人工智能专业等相关专业的低年级本科生，部分内容对于研究生也具有一定的参考价值。教学目标了解人工智能的发展现状；掌握人工智能的基本原理和方法；提供新的思维方法和问题求解手段；激发学生对人工智能的学习兴趣。1.3 课程介绍一、人工智能与课程介绍课程内容：绪论知识表示确定性推理搜索求解策略智能计算机器学习概述神经网络深度学习决策树近邻分类聚类降维1.3 1.3 课程介绍课程介绍参考书目PPT模板下载： 目录目录CONTENTSCONTENTS一二三人工智能的定义人工智能与课程介绍人工智能的三大学派二、人工智能的定义包括人类、一些动物在内的生物所具备的感知、行为、学习、记忆、思维等能力。2.1 什么是“智能”？（1）生物智能从个体的角度看，生物智能是动物为达到某种目标而产生的正确行为的生理机制。对动物来讲，它的生存、繁衍就是一种智能。如：觅食、避免危险、吸引异性以及繁衍后代。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。二、人工智能的定义（2）人类智能智能是人类具有的重要特征之一。然而，对于什么是人类智能(或者说智力)，科学界至今还没有给出令人满意的定义。从生物学角度定义为：“中枢神经系统的功能”。从心理学角度定义为：“进行抽象思维的能力”。有人把它定义为：“获得能力的能力”。2.1 什么是“智能”？二、人工智能的定义 人类智能中的能力u感知能力：通过感知器官感知外界的能力。u行为能力：对感知到的外界做出反应的能力。u学习能力：从经验中获取知识，通过自我调节适应外界环境。u记忆能力：对外界信息和由思维产生的内部知识进行存储。u思维能力：形象思维（直感思维）、抽象思维（逻辑思维）、灵感思维等。（2）人类智能2.1 什么是“智能”？瑞雪兆丰年二、人工智能的定义2.2 人工智能的定义人工智能字面理解人工智能Artificial，实现的途径Intelligence，实现的目标人工智能人工智能（Artificial Intelligence，AI）是计算机科学的一个分支，涉及逻辑学、计算机科学、脑科学、神经生理学、心理学、哲学、语言学、信息论、控制论等多个学科，是一门综合性的交叉学科。该领域发展迅猛，新技术新应用不断涌现。人工智能至今尚无统一的定义。人工：人造的、非自然的。例如：人工湖，人造卫星，克隆羊、各种转基因食品.二、人工智能的定义如何知道一个系统是否具有智能呢？1950年，年，计算机科学家图灵提出著名的图灵测试，是判断机器是否具有人工智能的方法，是人工智能最初的概念。2.2 人工智能的定义二、人工智能的定义二、人工智能的定义 图灵测试举例问：你会下国际象棋吗？答：是的。问：你会下国际象棋吗?答：是的。问：请再次回答，你会下国际象棋吗?答：是的。问：你会下国际象棋吗?答：是的。问：你会下国际象棋吗?答：是的，我已经说过了。问：请再次回答，你会下国际象棋吗?答：烦不烦，你千嘛老提同样的问题。呆笨的机器聪明的机器图灵指出：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，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具有智能的。2.2 人工智能的定义二、人工智能的定义2.2 人工智能的定义人工智能（Artificial Intelligence，AI）的正式定义，起源于美国1956年的一次夏季讨论（达特茅斯会议），该会议首次正式提出Artificial Intelligence。“The study is to proceed on the basis of the conjecture that every aspect of learning or any other feature of intelligence can in principle be so precisely described that a machine can be made to simulate it.An attempt will be made to find how to make machines use language,form abstractions and concepts,solve kinds of problems now reserved for humans,and improve themselves”1956 Proposal in Dartmouth workshop二、人工智能的定义定义1：智能机器。能够在各类环境中自主或交互的执行各种拟人任务的机器。Spot机器人Atlas机器人2.2 人工智能的定义至今尚无统一的定义。二、人工智能的定义2.2 人工智能的定义二、人工智能的定义定义2：人工智能（学科）。斯坦福大学Nilsson提出人工智能是关于知识的科学（知识表示、知识获取、知识运用）。Google的知识图谱2.2 人工智能的定义知识图谱：现实事物的信息集合，并将不同事物进行相互关联，本质上是一种揭示实体之间关系的语义网络。二、人工智能的定义定义3：人工智能（能力）。智能机器所执行的与人类智能有关的功能，如感知、识别、判断、推理、证明、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。2.2 人工智能的定义IBM的Deep Blue计算机、Google的AlphaGo等：能够模拟人的思维，进行博弈的计算机程序。二、人工智能的定义Bellman(1978）：）：与人的思维、决策、问题求解和学习等有关活动的自动化过程。Haugeland(1985)：一种使计算机能够思维、具有智力的激动人心的新尝试。Charniak和McDermott（1985)：用计算模型研究智力行为。Schalkoff(1990)：一门通过计算过程试图理解和模仿智能行为的学科。Winston(1992)：使理解、推理和行为成为可能的计算。其他定义：大师眼中的人工智能。2.2 人工智能的定义Yann LeCun：不是魔法，只是代码。二、人工智能的定义2.3 人工智能研究什么？以智能为核心，研究生物智能活动规律，模拟智能行为的理论、方法和技术。智能具有复杂性，难以用单一理论、方法来描述。最底层脑科学、神经心理学、机器人学、仿生学等基本科学理论。抽象层知识表示、逻辑推理、搜索求解、智能计算等理论。高级层统计学习、机器学习、深度学习、强化学习、迁移学习、智能Agent等理论。应用层计算机视觉、自然语言处理、文本翻译、智能控制、模式识别等应用。PPT模板下载： 目录目录CONTENTSCONTENTS一二三人工智能的定义人工智能与课程介绍人工智能的三大学派三、人工智能的三大学派符号主义Symbolism连接主义Connectionism行为主义 Actionism近70年的历史发展中，许多不同学科背景的学者都对人工智能提出了不同的观点，产生很多不同的学术流派。人工智能的三大学派三、人工智能的三大学派起源于数学逻辑，是一种基于逻辑推理的智能模拟方法，也称逻辑主义、心理学派或计算机学派。学派观点：符号：模式（Pattern）。人类认知和思维的基本单元是符号，而认知过程就是在符号表示上的一种运算。使用符号描述人类的认知过程，并把符号输入到计算机中来模拟人类的认知过程，实现人工智能。学派代表：纽威尔、西蒙、尼尔森等。代表成果：启发式算法、专家系统等。3.1 符号主义三、人工智能的三大学派物理符号系统：由一组符号实体所组成的系统，具备处理符号的六种功能（输入、输出、存储、复制、建立符号结构、条件性迁移）。3.1 符号主义假设：任一物理符号系统如果是有智能的，则必能执行六种功能。反之，能执行这六种操作的任何系统，也就能够表现出智能。推论：人和计算机都是物理符号系统，因此能用计算机来模拟人的智能行为。-纽威尔和西蒙早期的人工智能研究绝大多数属于此类。三、人工智能的三大学派起源于仿生学和人脑模型的研究，也称仿生学派、生理学派。学派观点人类智能产生于大脑的高层活动，是由大量简单的单元通过复杂连接后并行运行的结果。人工智能应模拟人脑运行机制，像人一样学会联系和类比，利用感知和经验，举一反三、自我学习。学派代表：McCulloch、Pitts、Hinton等。代表成果：人工神经网络，深度神经网络等。3.2 连接主义三、人工智能的三大学派起源于控制学、进化学说，也称进化主义、控制论学派。是一种基于“感知一动作”的行为智能模拟方法。学派观点：智能不需要知识、表示和推理，取决于对外界复杂环境的适应。通过与环境交互，智能行为逐步进化，不同行为表现出不同的功能和控制结构。人的智能可从进化中得到，低等生物智能通过群体协作行为的模拟实现。代表成果：遗传算法、群智能算法，控制中的自寻优、自适应等理论。3.3 行为主义三、人工智能的三大学派为机器定义和输入各种知识符号:狮子的属性是食肉动物；人是一个由肌肉、脂肪、骨骼等成分组合起来的有机体；狮子的奔跑速度6070km/h；人类的短跑速度2630km/h,长跑速度1618km/h。例1：推导狮子与人的关系。3.4 举例符号主义机器通过知识符号推导出：（1）人是狮子的食物之一；（2）人跑不过狮子。若给机器建立危险的概念，则机器可以推导出：狮子对于人来讲是一种非常危险的动物。三、人工智能的三大学派例1：推导狮子与人的关系。3.4 举例不需要知道过多具体的数据。当看到狮子的形态、尖牙和血盆大口，结合潜意识内储存的危险动物特征，能够推测出狮子是一种非常危险的动物。类比推测出狼、老虎、豹这一类的动物都非常危险，甚至狗对人也很危险，只是危险系数不同而已。连接主义三、人工智能的三大学派小狗对于坐下的指令，开始听不懂，做出错误行为反应，驯养员给出惩罚;若小狗无意识“坐下”，驯养员立刻奖励骨头；如此反复，直至训练成功。对于小狗，行为是其对环境刺激所做出的反应，强化（奖励）是训练成功的关键。例2：训练小狗听懂“坐下”的指令。3.4 举例行为主义