人工智能浅谈.ppt

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1、人工智能人工智能浅谈浅谈1.人工智能的定义人工智能的定义2.人工智能的产生与发展历史人工智能的产生与发展历史3.人工智能的三大学派人工智能的三大学派4.人工智能的应用人工智能的应用主要内容主要内容人类体力的解放人类体力的解放“工业革命工业革命”开创开创了以机器代替手工劳动了以机器代替手工劳动的时代，机械化把人们的时代，机械化把人们从繁重的体力劳动中解从繁重的体力劳动中解放出来。放出来。1.人工智能的定义人工智能的定义人类人类脑脑力的解放力的解放创造性工作，逻辑思辨工作创造性工作，逻辑思辨工作比炮弹还要快的计比炮弹还要快的计比炮弹还要快的计比炮弹还要快的计算机算机算机算机莫克利和埃克特莫克利和埃

2、克特于于1946年年2月月14日在宾夕法日在宾夕法尼亚大学研制成功了世尼亚大学研制成功了世界上第一台通用电子计界上第一台通用电子计算机算机ENIAC，电子计算，电子计算机的发明将人们从烦琐机的发明将人们从烦琐重复的计算中解放出来。重复的计算中解放出来。一个概念愈是普遍，一个概念愈是普遍，它愈是频繁地出现在我它愈是频繁地出现在我们的思维之中，们的思维之中，我，我们要了解它的意义也就们要了解它的意义也就愈困难。愈困难。何谓智能？何谓智能？智能智能“智能智能”是指高级生物是指高级生物（主要是人类）（主要是人类）认知过认知过程程（包括：感觉、表征、记忆、概念形成、意识、（包括：感觉、表征、记忆、概念形

3、成、意识、辨识、判断、推理、决策、知识形成、问题解决）辨识、判断、推理、决策、知识形成、问题解决）的能力。的能力。智能包含的能力智能包含的能力感知能力感知能力通过感知器官感知外界的能力。通过感知器官感知外界的能力。记忆和思维能力记忆和思维能力记忆：记忆：对感知到的外界信息和由思维产生的内部知识的存储过程对感知到的外界信息和由思维产生的内部知识的存储过程思维：思维：对已存储信息或知识的本质属性、内部知识的认识过程对已存储信息或知识的本质属性、内部知识的认识过程学习和自适应能力学习和自适应能力学习：学习：是一个具有特定目的的知识获取过程是一个具有特定目的的知识获取过程是人的一种本能。不同人的学习方

4、法、能力不同是人的一种本能。不同人的学习方法、能力不同自适应：自适应：是一种通过自我调节适应外界环境的过程是一种通过自我调节适应外界环境的过程是人的一种本能。不同人的适应能力不同是人的一种本能。不同人的适应能力不同行为能力行为能力是人们对感知到的外界信息作出动作反应的能力是人们对感知到的外界信息作出动作反应的能力什么是人工智能什么是人工智能l相对于天然河流，人类开凿了运河；相对于天然山脉，人类堆砌了假山；相对于天然纤维（如棉花、蚕丝和羊毛），人类发明了涤纶等人造纤维；相对于头发，人类制造了假发；相对于天然卫星（如地球的卫星月亮），人类制造了人造卫星；相对于心脏、婴儿、自然受精和自然四肢等，人类

5、创造了人工心脏、试管婴儿、人工受精和假肢等人造物品（artifacts）。l我们要探讨的人工智能又称为机器智能或计算机智能；无论它取什么名字，都表明它所包含的“智能”都是人为制造的或由机器和计算机表现出来的一种智能，以区别于自然智能，特别是人类智能，由此可见：l人工智能本质上有别于自然智能，是一种由人工手段模仿的人人工智能本质上有别于自然智能，是一种由人工手段模仿的人造智能造智能ArtificialArtificialIntelligenceIntelligence（AIAI）人工智能定义（人工智能定义（1）人工智能是一门科学，它使人工智能是一门科学，它使机器做那些由人需要通过智机器做那些由人

6、需要通过智能来做的事情。能来做的事情。马文马文明斯基明斯基马文马文明斯基明斯基(MarvinMinsky)人工智能定义（人工智能定义（2）能力方面能力方面人工智能人工智能是用人工的方法在机器上实现的智能，或称是用人工的方法在机器上实现的智能，或称机器智能机器智能学科方面学科方面人工智能人工智能是一门研究如何构造智能机器或智能系统，是一门研究如何构造智能机器或智能系统，以模拟、延拓人类智能的学科以模拟、延拓人类智能的学科图灵测试（图灵测试（Turing TestTuring Test）测试主持人测试主持人被测机器被测机器被测人被测人问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？答：是的。答：是的。

7、问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？答：是的。答：是的。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？答：是的。答：是的。问：问：你会下国际象棋吗？你会下国际象棋吗？答：是的。答：是的。问：你会下国际象棋吗？问：你会下国际象棋吗？答：是的，我不是已经说过了吗？答：是的，我不是已经说过了吗？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？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。机器的回答机器的回答人的回答人的回答中文屋子中文屋子美国哲学家约翰美国哲学家约翰.西尔勒提出了一个中文屋子的假设：西尔勒提出了一个中文屋子的假设

8、：n一台计算机阅读了一段故事并且能正确回答相关问题，这一台计算机阅读了一段故事并且能正确回答相关问题，这样这台计算机就通过了图灵测试；样这台计算机就通过了图灵测试；n西尔勒设想将这段故事和问题改用中文描述，然后将自己西尔勒设想将这段故事和问题改用中文描述，然后将自己封闭在一个屋子里。描述这段故事和问题的一连串中文符封闭在一个屋子里。描述这段故事和问题的一连串中文符号只能通过一个很小的缝隙被传到屋子里。号只能通过一个很小的缝隙被传到屋子里。n西尔勒则完全按计算机程序的处理方式和过程对这些符号西尔勒则完全按计算机程序的处理方式和过程对这些符号串进行处理；串进行处理；n结果，西尔勒根本不懂中文也完成

9、了问题的回答结果，西尔勒根本不懂中文也完成了问题的回答人工智能的困惑人工智能的困惑计算机能够有自觉性和意识吗？计算机能够有自觉性和意识吗？人脑人脑硅脑，由芯片替换全部神经元硅脑，由芯片替换全部神经元“我思故我在我思故我在”笛卡尔笛卡尔我我为什么要研究人工智能为什么要研究人工智能科学问题：科学问题：智能的本质是什么？智能如何产生？智能的本质是什么？智能如何产生？能否让机器拥有像人一样智能？能否让机器拥有像人一样智能？应用需求驱动应用需求驱动：制造聪明的机器为人服务制造聪明的机器为人服务制造聪明的机器制造聪明的机器现有计算机的优势：现有计算机的优势：运算速度快，数据存储量大，运算速度快，数据存储量

10、大，按照算法，编制程序，可以反复运行按照算法，编制程序，可以反复运行人脑的延伸人脑的延伸现有计算机的缺陷：现有计算机的缺陷：缺乏自适应、自学习、自优化等能力缺乏自适应、自学习、自优化等能力缺乏灵感和智慧缺乏灵感和智慧(创造力创造力)缺缺乏乏常常识识或或专专业业知知识识等等，而而只只能能是是被被动动地地按按照照人人们为它事先安排好的工作步骤进行工作们为它事先安排好的工作步骤进行工作不能像人一样不能像人一样聪明地聪明地做事做事2.人工智能的产生与发展历史人工智能的产生与发展历史60多年来，人工智能走过了一条起伏曲折的发展道路。多年来，人工智能走过了一条起伏曲折的发展道路。回顾历史，可以按照不同时期

11、的主要特征，将其产生与发回顾历史，可以按照不同时期的主要特征，将其产生与发展过程分为展过程分为6个阶段。个阶段。l孕育时期：孕育时期：1956年以前年以前l形成时期：形成时期：1956-1974l第一次低谷：第一次低谷：1974-1980l第二次繁荣：第二次繁荣：1980-1987l第二次低谷：第二次低谷：19871993l低调中遍地开花：低调中遍地开花：1993-中国历史上第一篇科幻小说中国历史上第一篇科幻小说偃师偃师战国时期的诸子百家经典战国时期的诸子百家经典列子列子汤问汤问中，有一篇名中，有一篇名叫叫偃师偃师的小故事，今天已经被公认为中国历史上第一的小故事，今天已经被公认为中国历史上第一

12、篇科幻小说：一名工匠名偃师，将一个木偶进献给周穆王。篇科幻小说：一名工匠名偃师，将一个木偶进献给周穆王。这个木偶不仅能够翩翩起舞，而且能够歌唱，这个木偶不仅能够翩翩起舞，而且能够歌唱，配置配置”齐全。齐全。最后，它竟然向王妃递媚眼，最终惹恼周穆王，将它大卸最后，它竟然向王妃递媚眼，最终惹恼周穆王，将它大卸八块。八块。孕育时期孕育时期孕育期孕育期(19(195656年前年前)主要成就主要成就:-创立了数理逻辑创立了数理逻辑,自动机理论自动机理论,系统论系统论,信息论和控制论信息论和控制论 -发明了电子数字计算机发明了电子数字计算机 主要贡献人物主要贡献人物:-布尔布尔:创立逻辑代数创立逻辑代数,

13、用符号语言描述了思维活动用符号语言描述了思维活动中推理的基本法则中推理的基本法则 -图灵图灵:提出一种理想计算机的数学模型提出一种理想计算机的数学模型 -麦克洛奇：提出麦克洛奇：提出MPMP模型，人工神经网络研究开端模型，人工神经网络研究开端.-香农：香农：创立了信息论创立了信息论-维纳：维纳：创立了创立了控制论控制论 -莫克利莫克利:研制第一台计算机研制第一台计算机图灵机原型图灵机原型(1936)图灵机是一条图灵机是一条在两个方向上在两个方向上都为无限长的都为无限长的磁带，一个控磁带，一个控制器和一个读制器和一个读写磁头组成，写磁头组成，磁带被分成一磁带被分成一个个独立的存个个独立的存储单元

14、，且控储单元，且控制器的状态是制器的状态是有限的有限的莫克利莫克利(J.W.Mauchly，19071980)于于1946年研制成功了世界上第年研制成功了世界上第一台通用电子数字计算机一台通用电子数字计算机ENIAC22McCarthy在此次会议上提议正式使用：在此次会议上提议正式使用：Artificial Intelligence（简称（简称AI），），标志着标志着“人工人工智能智能”作为一门作为一门独立学科独立学科正式诞生。正式诞生。AI的诞生地：的诞生地：Boston。上图为横穿波士顿市区的。上图为横穿波士顿市区的CharlesRiver23AI的诞生的诞生1956年夏天年夏天Bosto

15、n，Dartmouth(达特茅斯达特茅斯)学院学院McCarthy（AI之父）召集之父）召集与会人员与会人员 数学家数学家McCarthy、信息学家信息学家Shannon、心理学心理学和神经生理学家神经生理学家Rochester,Moore,Solomonff，计计算机科学家算机科学家Simon,Newell,Samuel,Minsky,Selfridge。（感慨：个个巨牛，仰慕呀！感慨：个个巨牛，仰慕呀！）创立和形成时期创立和形成时期24早期的热情，巨大的期望早期的热情，巨大的期望(19521969)n利用计算机证明数学定理。利用计算机证明数学定理。1956年，纽厄尔纽厄尔和西西蒙蒙，用程序

16、LogicTheorist证明数学原理第二章中的38条定理，1963年证明全部52条定理。n1956年，塞缪尔塞缪尔研制了第一个跳棋程序研制了第一个跳棋程序，具有学习功能，打败一个州冠军。n1956年，塞弗里奇塞弗里奇研制第一个字符识别程序。研制第一个字符识别程序。1959年，又提出功能更强的模式识别模式识别。n1957年，纽厄尔纽厄尔，肖肖和西蒙西蒙研究不依赖具体领域具体领域的通用解题程序的通用解题程序GPS(GeneralProblemSolving）n1965年，罗宾逊罗宾逊提出消解法（即归结原理）提出消解法（即归结原理），掀起研究计算机定理证明的又一次高潮。25AI牛人牛人纽厄尔纽厄尔

17、,西蒙西蒙等早期所吹的等早期所吹的“牛皮牛皮”n不出10年，计算机将成为世界象棋冠军世界象棋冠军。n不出10年，计算机将发现和证明重要的数学定理发现和证明重要的数学定理。n不出10年，计算机将能谱写具有优秀作曲家水平谱写具有优秀作曲家水平的乐曲的乐曲。n不出10年，大多数心理学理论将在计算机上形成心理学理论将在计算机上形成。n有人甚至断言，20世纪世纪80年代将全面实现年代将全面实现AI，2000年机器智能超过人。年机器智能超过人。262.现实的困境现实的困境(19661973)n消解法（归结原理）能力有限消解法（归结原理）能力有限例如：证明两个连续函数之和仍是连续函数，推了10万步还没有推出

18、来。n塞缪尔塞缪尔的下棋程序，1965年，世界冠军世界冠军Helmann获获得四连胜得四连胜。n机器翻译闹出不少笑话机器翻译闹出不少笑话(举例见下页举例见下页)有人挖苦说，美国花了2000万美元为机器翻译机器翻译立了一块“墓碑墓碑”。27机器翻译闹出的笑话举例：机器翻译闹出的笑话举例：“The spirit is willing but the flesh is weak”，意思是“心心有余而力不足有余而力不足”。机器翻译过程：英语英语俄语俄语英语英语结果被译为：“The vodka is good but the meat is spoiled”，意思是“伏特加是好的，肉变质了伏特加是好的，

19、肉变质了”。“Out of sight,out of mind”，意思是“眼不见心不烦眼不见心不烦”。将其翻译成俄语，竟成了：“又瞎又疯又瞎又疯”。28现实的困境现实的困境(续续)n从神经生理学角度研究AI，存在不可逾越的困难。人脑有1010以上个神经元，能否将1010个机器组成一个联合运行的网络？n1973年，英国发表了Lighthill report，认为AI的研究即使不是骗局，至少也是庸人自扰。终止了英国的AI研究。nIBM公司也取消了本公司范围内的AI研究活动。坚持与复兴n20世纪世纪70年代中期，专家系统作为一个新兴的分支得年代中期，专家系统作为一个新兴的分支得到了发展。从此，人工智

20、能摆脱了那高高在上的形象，到了发展。从此，人工智能摆脱了那高高在上的形象，开始投入到开始投入到实际应用实际应用中。中。n1977年，赫伯特年，赫伯特西蒙的研究生、斯坦福大学青年学者西蒙的研究生、斯坦福大学青年学者费根鲍姆，在第五届国际人工智能大会上提出了费根鲍姆，在第五届国际人工智能大会上提出了“知知识工程识工程”的概念的概念n标志着标志着AI研究从传统的以推理为中心，进入到以知识研究从传统的以推理为中心，进入到以知识为中心的新阶段。人工智能重新获得人们的普遍重视，为中心的新阶段。人工智能重新获得人们的普遍重视，逐步跨进了复兴期。逐步跨进了复兴期。费根鲍姆费根鲍姆斯坦福大学教授斯坦福大学教授1

21、994年度的图灵奖获得者年度的图灵奖获得者费根鲍姆的重大贡献在于费根鲍姆的重大贡献在于:最早倡导了最早倡导了“知识工程知识工程”(Knowledgeengineering),并并使知识工程成为人工智能一个领域使知识工程成为人工智能一个领域专家系统的成功专家系统的成功n1965年，年，费根鲍姆研制的第一个专家系统费根鲍姆研制的第一个专家系统DENDRAL是化学是化学领域的领域的“专家专家”。在输入化学分子式和质谱图等信息后，它。在输入化学分子式和质谱图等信息后，它能通过分析推理决定有机化合物的分子结构，。能通过分析推理决定有机化合物的分子结构，。n1976年美国斯坦福大学肖特列夫开发的医学专家系

22、统年美国斯坦福大学肖特列夫开发的医学专家系统MYCIN，用于协助医生诊断脑膜炎一类的细菌感染疾病。，用于协助医生诊断脑膜炎一类的细菌感染疾病。n在在MYCIN的知识库里，大约存放着的知识库里，大约存放着450条判别规则和条判别规则和1000条条关于细菌感染方面的医学知识。关于细菌感染方面的医学知识。n它的推理规则称为它的推理规则称为“产生式规则产生式规则”，类似于：，类似于：“IF（打喷嚏）（打喷嚏）OR（鼻塞）（鼻塞）OR（咳嗽），（咳嗽），THEN（有感冒症状）（有感冒症状）”最后显最后显示出它示出它“考虑考虑”的可能性最高的病因，并以给出用药的建议的可能性最高的病因，并以给出用药的建议而

23、结束。而结束。第五代计算机第五代计算机n1982年夏天，日本年夏天，日本“新一代计算机技术研究所新一代计算机技术研究所”渊一博主持；渊一博主持；n总投资预算达到总投资预算达到8亿美元计划定为亿美元计划定为10年完成年完成；n机器将以机器将以Prolog为机器的语言，其应用程序将达到知识表达级，为机器的语言，其应用程序将达到知识表达级，具有听觉、视觉甚至味觉功能，能够听懂人说话，自己也能具有听觉、视觉甚至味觉功能，能够听懂人说话，自己也能说话，能认识不同的物体，看懂图形和文字。人们不再需要说话，能认识不同的物体，看懂图形和文字。人们不再需要为它编写程序指令，只需要口述命令，它自动推理并完成工为它

24、编写程序指令，只需要口述命令，它自动推理并完成工作任务。作任务。n1992年，因最终没能突破关键性的技术难题，无法实现自然年，因最终没能突破关键性的技术难题，无法实现自然语言人机对话、程序自动生成等目标，导致了该计划最后阶语言人机对话、程序自动生成等目标，导致了该计划最后阶段研究的流产段研究的流产。第二次第二次AI低谷：低谷：1987-1993n“AI之冬之冬”：从：从80年代末到年代末到90年代初，年代初，AI遭遇了一系遭遇了一系列财政问题。列财政问题。n到了到了80年代晚期，战略计算促进会大幅削减对年代晚期，战略计算促进会大幅削减对AI的资的资助。助。DARPA的新任领导认为的新任领导认为

25、AI并非并非“下一个浪潮下一个浪潮”，拨款将倾向于那些看起来更容易出成果的项目。拨款将倾向于那些看起来更容易出成果的项目。n1991年人们发现十年前日本人宏伟的年人们发现十年前日本人宏伟的“第五代工程第五代工程”并没有实现。并没有实现。AI：1993-现在现在n里程碑：里程碑：1997年年5月月11日，深蓝成为战胜国际象棋世界日，深蓝成为战胜国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫的第一个计算机系统。冠军卡斯帕罗夫的第一个计算机系统。n数学工具引入数学工具引入AI。包括贝叶斯网络，隐马尔可夫模型，。包括贝叶斯网络，隐马尔可夫模型，信息论，随机模型和经典优化理论。针对神经网络和进信息论，随机模型和经典优化理论

26、。针对神经网络和进化算法等化算法等“计算智能计算智能”范式的精确数学描述也被发展出范式的精确数学描述也被发展出来。来。nAI分支：知分支：知识系统识系统数据挖掘数据挖掘计算智能计算智能模式识别模式识别nAI应用应用：数据挖掘，工业机器人，物流，语音识别，银数据挖掘，工业机器人，物流，语音识别，银行业软件，医疗诊断和智能搜索引擎等。行业软件，医疗诊断和智能搜索引擎等。nAI探索：群体智能、自然智能探索：群体智能、自然智能人工生命人工生命n2011年年2月月15日至日至17日，由日，由IBM“沃森沃森”在在危险边缘危险边缘知识竞赛中击败人类明星肯知识竞赛中击败人类明星肯-詹宁斯和布拉德詹宁斯和布拉

27、德-鲁特鲁特时来运转时来运转n互联网、云计算、物联网、传感网络产生大量数据互联网、云计算、物联网、传感网络产生大量数据n当你使用这些信息服务的同时，你被迫留下足迹（数据），除当你使用这些信息服务的同时，你被迫留下足迹（数据），除非你永不使用非你永不使用n这些数据如何利用成为一个大课题？具有很大的价值远景（经这些数据如何利用成为一个大课题？具有很大的价值远景（经济、教育、政治、军事）济、教育、政治、军事）n典型需求：数据挖掘和搜索引擎典型需求：数据挖掘和搜索引擎数据推动人工智能发展数据推动人工智能发展36人工智能爆发的三大因素由于对智能产生根源的理解不同形成了三大学派：由于对智能产生根源的理解不

28、同形成了三大学派：n符号主义：智能符号主义：智能=物理符号系统物理符号系统+符号表示符号表示+符号处符号处理理逻辑推理系统。逻辑推理系统。n联接主义：智能联接主义：智能=神经元之间相互关联。神经元之间相互关联。脑神经模型。脑神经模型。n行为主义：智能行为主义：智能=感知感知+行为行为+进化。进化。生物进化模型。生物进化模型。3.人工智能的三大学派人工智能的三大学派符号主义符号主义n心理学派、逻辑学派，源于数理逻辑；心理学派、逻辑学派，源于数理逻辑；n1976年年，纽纽威威尔尔和和西西蒙蒙将将人人类类求求解解问问题题的的心心理理过过程程表表达达为为符符号号计计算算，并并提提出出了了物物理理符符号

29、号系系统统假假设设，使使之成为了传统人工智能的基础。之成为了传统人工智能的基础。n基于人脑的心理模型，从基于人脑的心理模型，从宏观宏观上来模拟人脑的思维上来模拟人脑的思维n代表人物：西蒙、纽厄尔、尼尔逊代表人物：西蒙、纽厄尔、尼尔逊n研究领域：定理证明、专家系统、机器博弈研究领域：定理证明、专家系统、机器博弈西蒙的西蒙的“物理符号系统假说物理符号系统假说”n假设：任何一个物理符号系统如果是有智能的，则肯定假设：任何一个物理符号系统如果是有智能的，则肯定能执行对符号的输入、输出、存储、复制、条件转移和能执行对符号的输入、输出、存储、复制、条件转移和建立符号结构这样建立符号结构这样6种操作。反之，

30、能执行这种操作。反之，能执行这6种操作的种操作的任何系统，也就一定能够表现出智能。任何系统，也就一定能够表现出智能。n三个推论：三个推论：（1）人是具有智能的，因此人是一个物理符号系统；）人是具有智能的，因此人是一个物理符号系统；（2）计算机是一个物理符号系统，因此它必具有智能；）计算机是一个物理符号系统，因此它必具有智能；（3）计算机能模拟人，或者说能模拟人的大脑功能。）计算机能模拟人，或者说能模拟人的大脑功能。符号主义符号主义符号处理符号处理B（结论）（结论）AB(大前提大前提)A（小前提）（小前提）产生式规则产生式规则证据事实证据事实所有人都是要死的所有人都是要死的（大前提）（大前提）苏

31、格拉底是人苏格拉底是人（小前提）（小前提）苏格拉底是要死的苏格拉底是要死的（结论）（结论）联结主义（连接主义）联结主义（连接主义）n联结主义联结主义(Connectionism)，源于脑神经科学。，源于脑神经科学。n是仿生学，认为智能产生于大脑是仿生学，认为智能产生于大脑,因此通过对大脑神经系统结构因此通过对大脑神经系统结构的模拟来建立人工神经元网络的模拟来建立人工神经元网络,从而实现相应的智能行为。从而实现相应的智能行为。n基于人脑的生理模型，从基于人脑的生理模型，从微观微观上来模拟人脑上来模拟人脑n代表人物：麦克洛奇、匹兹、霍普菲尔德代表人物：麦克洛奇、匹兹、霍普菲尔德n实现人脑的低级感知

32、功能，如图像、声音信息的识别和处理。实现人脑的低级感知功能，如图像、声音信息的识别和处理。神经计算的发展（一）神经计算的发展（一）n连接主义的代表性成果是连接主义的代表性成果是1943年由麦克洛奇年由麦克洛奇(McCulloch)和匹兹和匹兹(Pitts)提出的形式化神经元模型，即提出的形式化神经元模型，即M-P模型。模型。n他们总结了神经元的一些基本生理特性，提出神经元形他们总结了神经元的一些基本生理特性，提出神经元形式化的数学描述和网络的结构方法式化的数学描述和网络的结构方法n从此开创了神经计算的时代，为人工智能创造了一条用从此开创了神经计算的时代，为人工智能创造了一条用电子装置模仿人脑结

33、构和功能的新途径。电子装置模仿人脑结构和功能的新途径。神经计算的发展（二）神经计算的发展（二）n1982年，美国物理学家霍普菲尔德提出了离散的神经年，美国物理学家霍普菲尔德提出了离散的神经网络模型网络模型1984年他又提出了连续的神经网络模型，使年他又提出了连续的神经网络模型，使神经网络可以用电子线路来仿真，开拓了神经网络用神经网络可以用电子线路来仿真，开拓了神经网络用于计算机的新途径。于计算机的新途径。n1986年，鲁梅尔哈特等人提出了多层网络中的反向传年，鲁梅尔哈特等人提出了多层网络中的反向传播（播（BP）算法，使多层感知机的理论模型有所突破。）算法，使多层感知机的理论模型有所突破。n许多

34、科学家加入了人工神经网络的理论与技术研究，许多科学家加入了人工神经网络的理论与技术研究，使这一技术在图像处理、模式识别等领域取得了重要使这一技术在图像处理、模式识别等领域取得了重要的突破，为实现连接主义的智能模拟创造了条件。的突破，为实现连接主义的智能模拟创造了条件。行为主义行为主义n又称进化主义或控制论学派，源于控制论。又称进化主义或控制论学派，源于控制论。n认为智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境的适认为智能取决于感知和行为，取决于对外界复杂环境的适应（进化），而不是表示和推理；应（进化），而不是表示和推理；n真实场景下的智能机器的行为控制。强调智能系统与环境真实场景下的智能机器的行

35、为控制。强调智能系统与环境的交互，从运行的环境中获取信息（感知），通过自己的动的交互，从运行的环境中获取信息（感知），通过自己的动作对环境施加影响；作对环境施加影响；n代表人物：布鲁克斯代表人物：布鲁克斯n研究领域：智能机器人、智能体、人工生命研究领域：智能机器人、智能体、人工生命行为主义观点行为主义观点（1）知识的形式化表示和模型化方法是人工智能的重要障碍之一；知识的形式化表示和模型化方法是人工智能的重要障碍之一；（2）应该直接利用机器对环境发出作用后，环境对作用者的响应作为）应该直接利用机器对环境发出作用后，环境对作用者的响应作为原型；原型；（3）所建造的智能系统在现实世界中应具有行动和感

36、知的能力。）所建造的智能系统在现实世界中应具有行动和感知的能力。布鲁克斯和他的布鲁克斯和他的6足机器虫足机器虫n布鲁克斯的代表性成果是他研布鲁克斯的代表性成果是他研制的制的6足机器虫。它是由足机器虫。它是由150个个传感器和传感器和23个执行器构成的像个执行器构成的像蝗虫一样能做蝗虫一样能做6足行走的机器人足行走的机器人试验系统。试验系统。n这个机器虫虽然不具有像人那这个机器虫虽然不具有像人那样的推理、规划能力，但其应样的推理、规划能力，但其应付复杂环境的能力却大大超过付复杂环境的能力却大大超过了原有的机器人，在自然（非了原有的机器人，在自然（非结构化）环境下，具有灵活的结构化）环境下，具有灵

37、活的防碰撞和漫游行为防碰撞和漫游行为麻省理工学院计算机科学和麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室主任布鲁克人工智能实验室主任布鲁克斯（斯（RodneyBrooks）Agent（智能主体）概念环境agent?传感器传感器效应器效应器激光激光测距仪测距仪声波定位仪声波定位仪触摸触摸传感器传感器智能体（智能体（Agent）智能体：任何具有独立的能够思想并可以同环智能体：任何具有独立的能够思想并可以同环境交互的实体都可以抽象为智能体。境交互的实体都可以抽象为智能体。目标：建立一个具有独立思考、决策的过程的目标：建立一个具有独立思考、决策的过程的计算机模型，具备推理、学习、反应等能力。计算机模型，具备

38、推理、学习、反应等能力。多智能体系统：由大量简单的相互交互的智能多智能体系统：由大量简单的相互交互的智能体组成的一个复杂系统体组成的一个复杂系统三大学派的研究层次三大学派的研究层次神经网络的鼻祖之一神经网络的鼻祖之一匹匹兹兹，总结说：，总结说：“（一派人）（一派人）企图模拟神经系统，而另一企图模拟神经系统，而另一派人则企图模拟心智派人则企图模拟心智（mind）但殊途同归。但殊途同归。”这预示了人工智能随后几这预示了人工智能随后几十年关于十年关于“结构与功能结构与功能”两两个阶级、两条路线的斗争。个阶级、两条路线的斗争。IBM的的“深蓝深蓝”“深蓝深蓝”对弈情况：对弈情况：时间：时间：北京时间北

39、京时间1997年年5月月12日凌晨日凌晨4点点50分分对手：对手：IBM的的“深蓝深蓝”超级计算机超级计算机国际象棋世界冠军卡斯派罗夫国际象棋世界冠军卡斯派罗夫结局：结局：2胜胜1负负3平，总比分平，总比分3.5:2.5，“深蓝深蓝”获胜获胜对弈的实质机器智能与人类智能的较量对弈的实质机器智能与人类智能的较量1.机器博弈机器博弈4.人工智能的应用人工智能的应用AlphaGo ZeroAlphaGo Zero第第3 3天，下了天，下了490490万局棋，打败老大万局棋，打败老大老老三三战战绩绩老老三三学学棋棋过过程程刚开始，随刚开始，随机下子机下子热衷于吃子，热衷于吃子，完全不顾死活完全不顾死活

40、发现了如果先占发现了如果先占住棋盘的边和角，住棋盘的边和角，后面占便宜后面占便宜学会了如何学会了如何打劫、打劫、征子征子懂得看棋懂得看棋形形第第2121天，败了老二天，败了老二第第4040天，完整走过了一个人类棋手学棋的全过程天，完整走过了一个人类棋手学棋的全过程棋盘棋盘/黑子黑子/白子白子棋子被围起来就死棋子被围起来就死规则规则棋士柯洁棋士柯洁 1010月月1919日日 02:2202:22 一一个个纯纯净净、纯纯粹粹自自我我学学习习的的AlphaGoAlphaGo是是最最强强的的.对对于于AlphaGoAlphaGo的的自自我我进进步步来讲来讲.人类太多余了人类太多余了老大AlphaGo

41、Lee,2016年3月 4:1 打败韩国棋手李世石老二AlphaGo Master,2017年5月 3:0 打败中国棋手柯洁老三AlphaGo Zero,2017年10月宣布 自学围棋40天，打败所有人2.自动定理证明自动定理证明自自动动定定理理证证明明就就是是机机器器定定理理证证明明，这这也也是是人人工工智智能的一个重要的研究领域，也是最早的研究领域之一。能的一个重要的研究领域，也是最早的研究领域之一。“四色问题四色问题”是是世界上最著名的数学难题世界上最著名的数学难题之一。之一。最早是最早是18521852年由一位年由一位2121岁的大学生岁的大学生提出来的数学难题：任何地图都可以用最提出

42、来的数学难题：任何地图都可以用最多四种颜色着色，就能区分任何两相邻的多四种颜色着色，就能区分任何两相邻的国家或区域。国家或区域。1976年年7月，美国的阿佩尔月，美国的阿佩尔(K.Appel)等等人合作解决了长达人合作解决了长达124年之久的难题年之久的难题-四四色定理。他们用三台大型计算机，花去色定理。他们用三台大型计算机，花去1200小时小时CPU时间，并对中间结果进行时间，并对中间结果进行人为反复修改人为反复修改500多处。四色定理的成功多处。四色定理的成功证明曾轰动计算机界。证明曾轰动计算机界。“四色定理四色定理”证明证明吴文俊是著名数学家、吴文俊是著名数学家、“数学数学机械化之父机械

43、化之父”。1977年，吴文俊关年，吴文俊关于平面几何定理的机械化证明首次于平面几何定理的机械化证明首次取得成功取得成功,并且创立了定理机器证明并且创立了定理机器证明的的“吴方法吴方法”。2001年年2月月19日，获日，获首届国家最高科学技术奖。首届国家最高科学技术奖。吴文俊 3.自然语言处理应用自然语言处理应用n机器翻译、信息检索、文本分类、自动文摘、语音识机器翻译、信息检索、文本分类、自动文摘、语音识别别n机器翻译是利用计算机把一种自然语言转变成另一种机器翻译是利用计算机把一种自然语言转变成另一种自然语言的过程，用以完成这一过程的软件系统叫做自然语言的过程，用以完成这一过程的软件系统叫做机器

44、翻译系统机器翻译系统4 4 机器人机器人实用上，机器人是自动执行工作的机器装置。工业机器人工业机器人 进入进入2020世纪后，实用化的工业机器人相继问世。各种用途的世纪后，实用化的工业机器人相继问世。各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实机器人相继问世，许多梦想成为了现实日本日本9090年代的机器人电子装配生产线年代的机器人电子装配生产线机器人机器人ASIMOASIMO是本田公司生产的机器人是本田公司生产的机器人它能够走路，挥手，爬楼梯。它能够走路，挥手，爬楼梯。具有一定的图像识别能力具有一定的图像识别能力具有一定的交互能力具有一定的交互能力曾经被出租给一家公司用来问候曾经被出租给一家公

45、司用来问候访问者并指引到会议室的路访问者并指引到会议室的路富士康机器人上岗富士康机器人上岗全球最大代工企业全球最大代工企业富士康富士康推出百万推出百万“机器人大机器人大军军”计划计划原因：原因：使用机器人可提高生产效率使用机器人可提高生产效率机器人有更高的承受力机器人有更高的承受力劳动力成本的不断提高劳动力成本的不断提高后果：后果：“机器人战略机器人战略”势必伴生着一批生产工人势必伴生着一批生产工人的下岗的下岗。n模式通常具有实体的形式，如声音、图片、图像、语言、模式通常具有实体的形式，如声音、图片、图像、语言、文字、符号、物体、景象等文字、符号、物体、景象等n用计算机实现模式（文字、声音、人

46、物、物体等）的自用计算机实现模式（文字、声音、人物、物体等）的自动识别。动识别。5模式识别模式识别(patternrecognition)应用应用生物识别（生物识别（BiometricIdentificationTechnology）生物识别生物识别是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术。是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术。生物特征生物特征是唯一的（与他人不同），可以测量或可自动是唯一的（与他人不同），可以测量或可自动识别和验证的生理特性或行为方式，分为生理特征和行识别和验证的生理特性或行为方式，分为生理特征和行为特征。为特征。用于生物识别的生物特征有手形、指纹、脸形、虹膜、用于生物识

47、别的生物特征有手形、指纹、脸形、虹膜、视网膜、脉搏、耳廓等。视网膜、脉搏、耳廓等。行为特征有签字、声音、按键力度等。行为特征有签字、声音、按键力度等。基于这些特征，人们已经发展了手形识别、指纹识别、基于这些特征，人们已经发展了手形识别、指纹识别、面部识别、发音识别、虹膜识别、签名识别等多种生物面部识别、发音识别、虹膜识别、签名识别等多种生物识别技术。识别技术。手形识别手形识别指纹识别指纹识别虹膜识别虹膜识别签名识别签名识别发音识别发音识别视网膜识别视网膜识别掌纹识别掌纹识别面部识别面部识别面部温谱识别面部温谱识别指纹识别指纹识别在笔记本电脑中的应用指纹识别在笔记本电脑中的应用开机保护：开机免密

48、码输入，手指一扫，即可登录。开机保护：开机免密码输入，手指一扫，即可登录。文件保护：为文件或文件夹设定保护，只有当前用户指文件保护：为文件或文件夹设定保护，只有当前用户指纹才可解除保护纹才可解除保护应用程序保护：不用再记忆繁多的密码，只要手指一扫，应用程序保护：不用再记忆繁多的密码，只要手指一扫，实现轻松登录实现轻松登录滑动式指纹鼠标湖南大学美雅国际教育学院上课实行指纹考勤湖南大学美雅国际教育学院上课实行指纹考勤人脸密码人脸密码人工智能图像识别人工智能图像识别无论的图像分类、物体检测、物体识别，计算机的正确率都已经远远超越人类。可以说，计算机视觉在感知方面的问题已经得到了很好的解决66Imag

49、eNet 大规模视觉识别挑战赛于大规模视觉识别挑战赛于 2017 年正式结束年正式结束，此后将专注于目前尚未解决的问题及以后发展方向2012年，Hinton团队在ImageNet首次使用深度学习完胜其它团队，其神经网络层数只有个位数2014年的时候，Google做了22层成为冠军，深度明显提升了2015年是来自微软的ResNet做到152层2016年商汤做到1207层，又得到了一个突破阿西莫夫【机器人学三定律】一一.机器人不得伤害人，也不得见人受到伤害而袖机器人不得伤害人，也不得见人受到伤害而袖手旁观手旁观二二.机器人应服从人的一切命令，但不得违反第一机器人应服从人的一切命令，但不得违反第一定律定律三三.机器人应保护自身的安全，但不得违反第一、机器人应保护自身的安全，但不得违反第一、第二定律第二定律艾萨克艾萨克阿西莫夫（阿西莫夫（19201992），当代，当代美国美国最著名的最著名的科幻科幻大师大师、是本世纪最顶尖的科幻小说家之一。、是本世纪最顶尖的科幻小说家之一。人工智能有那些类型？弱人工智能弱人工智能，包含基础的、特定场景下角色型的任务，如Siri等聊天机器人和AlphaGo等下棋机器人通用人工智能通用人工智能，包含人类水平的任务，涉及机器的持续学习强人工智能强人工智能，指比人类更聪明的机器