人工智能技术与机器人41297.docx
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1、第十章 人工智智能技术与机机器人本 章 导 读人工智能技术是电子信息技术的重要组成部分。是20世纪对人类影响最为深远的三大前沿科学技术之一。机器人的研究与制作是人工智能技术的重要应用领域和前沿领域。本章将介绍人工智能技术的概念、人工智能技术的应用及发展前景、机器人技术的发展、智能机器人的应用及发展趋势。 第一节 人人工智能技术术 人工智智能产生于220世纪500年代末期,从从学科地位和和发展水平来来看,人工智智能是当代科科学技术的前前沿学科,也也是一门新思思想、新理论论、新技术、新新成就不断涌涌现的新兴学学科。人们把把人工智能技技术同宇航空空间技术、原原子能技术一一起誉为200世纪对人类类影响
2、最为深深远的三大前前沿科学技术术成就。一、什么是人工工智能? 1、人人工智能概念念及其学科特特性人工智能,英译译名为Arttificiial Inntelliigencee,简称AI。人工智能,顾名名思义,即用用人工制造的的方法,实现现智能机器或或在机器上实实现智能。是是一门研究构构造智能机器器或实现机器器智能的学科科,是研究模模拟、延伸和和扩展人类智智能的科学。人人工智能的研研究,是在计计算机科学、控控制论、信息息论、心理学学、生理学、数数学、物理学学、化学、生生物学、医学学、哲学、语语言学、社会会学、数理逻逻辑、工程技技术等众多学学科的基础上上发展起来的的,因此,它它又是一门综综合性极强的
3、的边缘学科。 2、人人工智能的研研究目标人工智能的研究究目标分为远远期目标和近近期目标。远期目标:从长长远的角度,人人工智能的研研究就是要设设计并制造一一种智能机器器系统。使该该系统能够代代替人去完成成诸如感知、学学习、联想、推推理等活动;能够代替人人去理解并解解决各种复杂杂困难的问题题;能够代替替人去完成各各种具有思维维劳动的任务务。也就是说说,人工智能能的远期目标标是要制造出出完全具有人人脑智慧的人人工智能系统统。当然,这这还是非常遥遥远的事情。近期目标:从当当前的角度,人人工智能的研研究就是要最最大限度地发发挥计算机的的功能,使计计算机能够模模拟人脑,在在机器上实现现各种智能。例例如:让
4、计算算机能够看、听听、读、说、写写;使计算机机能够想、学学、模仿、执执行命令甚至至出谋献策等等。因此,计计算机是当前前实现人工智智能的重要手手段,因为计计算机在所有有机器和人工工系统中“智商”最高,所以以,人工智能能的研究都要要通过计算机机来实现。计计算机解决问问题需依靠人人工事先编制制的软件,它它所做的每一一件事情都是是程序员事先先在程序代码码中规定好的的。也就是说说,目前人工工智能的研究究工作主要是是集中在以计计算机的硬件件系统为基础础,通过计算算机软件实现现模拟人类的的智能活动的的效果。事实上,人工智智能研究的远远期目标与近近期目标是相相辅相成的。远远期目标是近近期目标的方方向,近期目目
5、标的研究为为远期目标的的实现准备着着理论和技术术的基本条件件。随着人工工智能的不断断发展与进步步,近期目标标将不断调整整,最终完全全实现远期目目标。二、人工智能研研究的三大学学派和四大技技术1、在人工智能能科学的研究究与发展中,形形成了众多学学派,其中主主要的三大学学派是:功能派。这是最最早发展起来来的传统主流流学派,又称称为逻辑学派派或宏观功能能派,采用功功能模拟的观观点,使用的的是“黑箱”研究方法。功功能派涉及逻逻辑学、心理理学、数学、物物理学、工具具学、语言学学、计算机、数数理逻辑等众众多学科。结构派。也是最最早发展起来来的传统学派派之一,又称称为生物学派派或微观结构构派,与功能能派不同
6、,它它采用的是结结构模拟的观观点,使用的的是“白箱”的研究方法法。结构派涉涉及生物学、微微结构学、医医学、仿生学学、神经生理理学等学科。行为派。又被称称作实用技术术派。与传统统学派完全不不同,它采用用实用行为模模拟的观点,使使用“能工巧匠”式的制造方方法,是一种种按照“激励响应”的工作模式式来建立实用用工程装置的的研究方法。行行为派涉及行行为学、工程程学、机械学学、电子学等等学科。各个学派学术观观点有所不同同,研究思路路各有侧重,对对人工智能的的理解定义也也不完全一致致。因此,各各有所获,各各有千秋,共共同形成了人人工智能领域域百家争鸣、百百花齐放、生生动活泼的研研究氛围。2、人工智能的的四大
7、基本技技术是:机器学习和知识识获取技术。包包括信息变换换技术、知识识信息的理解解技术、知识识的条理化、规规则化技术、机机器的感知与与成长技术等等。知识表示与处理理技术。包括括知识模型的的建立与描述述技术、表示示技术及各种种知识模型处处理技术方法法等。知识推理和搜索索技术。包括括演绎推理计计算和智能搜搜索技术。AI系统构成技技术。包括AAI语言、硬硬件系统及智智能应用系统统等方面的构构成技术等。人工智能的三大大学派和四大大技术构成了了AI体系的的基础与框架架。三、人工智能研研究的基本内内容根据人工智能的的远期目标和和基本技术,目目前研究的基基本内容包括括:1、机器感知。就就是使机器(计计算机)具
8、有有类似于人的的感知能力,包包括视觉、听听觉、触觉、味味觉、嗅觉、知知觉、力感等等。其中以机机器视觉和机机器听觉为主主。机器视觉觉是指让机器器能够识别并并理解文字、图图像、景物等等;机器听觉觉是指让机器器能够识别并并理解人类语语言表达及语语声、音响等等。从而形成成了人工智能能的两个专门门的研究领域域:模式识别别和自然语言言理解技术。2、机器思维。就就是使机器对对感知获得的的外部信息和和机器内部的的工作信息进进行有目的的的处理。机器器智能主要是是通过机器思思维实现的。因因此,机器思思维是人工智智能研究中最最重要也是最最关键的部分分。3、机器学习。就就是使机器具具有获取新知知识、学习新新技巧,并在
9、在实践中不断断完善、改进进的能力。使使它能够通过过向书本、与与人谈话、对对环境观察等等方式自动地地获取知识。4、机器行为。就就是使机器具具有说、写、画画等表达能力力和行走、取取物、操作等等四肢功能。5、人工智能系系统构成。为为了实现人工工智能的目标标,需要建立立智能系统及及智能机器。因因此,还需要要开发对模型型、系统分析析与构造技术术、建造工具具及语言等的的研究。第二节 人工工智能技术的的应用与发展展人类智能是涉及及信息描述和和信息处理的的复杂过程,因因而实现人工工智能是一项项艰巨的任务务。但是,随随着计算机科科学和技术的的飞速发展,人人工智能已经经取得了一系系列的研究成成果。一、人工智能的的
10、应用下面介绍人工智智能的几个主主要应用领域域。1、专家系统。专家系统是早期期人工智能研研究中最活跃跃也是最有成成效的领域。自自1968年年第一个专家家系统问世以以来,已获得得迅速发展。专家系统是一种种基于知识的的系统,它从从人类专家那那里获得知识识并用来解决决只有专家才才能解决的困困难问题,其其水平可以达达到甚至超过过人类个体专专家的水平。目前,专家系统统已广泛应用用于医疗诊断断、地质勘探探、石油化工工、教育、军军事等各个领领域,并产生生了巨大的社社会效益和经经济效益。例例如:地质勘勘探专家系统统PROSPPECTORR拥有15种种矿藏知识,能能根据岩石标标本及地质勘勘探数据对矿矿藏资源进行行
11、估计和预测测,并制定合合理的开采方方案,成功地地找到了超亿亿美元的铜矿矿;专家系统统MYCINN能识别511种病菌,正正确使用233种抗菌素,可可协助医生诊诊断、治疗细细菌感染性血血液病,为患患者提供最佳佳处方,成功功地处理了数数百病例;内内科诊断专家家系统CADDUCEUSS正确地诊断断出了许多疑疑难病症;美美国DEC公公司的专家系系统XCODD能根据用户户需求确定计计算机的配置置,专家完成成这项工作一一般需要3个个小时,而该该系统只需要要半分钟等等等。2、自然语言处处理与理解自然语言是人类类的交互语言言,自然语言言处理与理解解研究的是如如何让计算机机理解人类自自然语言和所所表达的思想想。一
12、般来说说,自然语言言处理系统至至少需要达到到以下的三个个目标之一:(1)能正确理理解人们用自自然语言输入入的信息,并并能正确回答答输入信息中中的有关问题题。(2)能对输入入信息进行概概括综合,能能产生相应的的摘要,能用用不同词语复复述输入信息息的内容。(3)能把某种种自然语言表表示的信息自自动地翻译为为另一种自然然语言,即机机器翻译系统统。可以设想想,这种拟人人的同步翻译译系统一旦完完全研制成功功,全世界拥拥有不同母语语的人们就能能够自由交流流,语言就不不再成为人们们思想交流的的障碍了。3、机器自动定定理证明机器定理证明是是人工智能中中最早进行探探索并得到成成功应用的一一个经典领域域。要让计算
13、算机能够进行行定理的证明明,就要弄清清人进行逻辑辑推理的内部部机制或提供供一种适合于于计算机使用用的推理模式式。因此对机机器定理证明明的研究,对对最终制造出出具有人的智智能程度的机机器或系统具具有非常重大大的意义。目前,人工智能能在机器定理理证明方面已已经取得了不不少成就。11959年,美美籍华人数学学家王浩用计计算机证明了了罗素等人所所著的数学学原理中的的几百条定理理,时间仅用用了不到100分钟;19976年,科科学家用计算算机证明了困困扰人类一个个多世纪的著著名的四色猜猜想;我国著著名数学家吴吴文俊院士从从70年代末末开始致力于于数学定理的的计算机证明明,提出了以以构造性为核核心的算法,证
14、证明了几何中中一类高难度度的定理。并并且在用吴院院士的算法对对微分几何何的定理进进行证明时,计计算机还发现现了一个定理理的不唯一性性。4、模式识别模式识别是研究究如何使机器器(计算机)具具有类似于人人的感知能力力,包括视觉觉、听觉、触触觉、味觉、嗅嗅觉、知觉、力力感等。模式式识别以机器器视觉识别和和机器语言识识别为主。它它是计算机和和微电子技术术领域中最先先进、最复杂杂技术的综合合,具有非常常广泛的应用用前景。模式识别已经应应用到文字识识别、自然语语言的识别和和理解、图像像分析、遥感感、人的面孔孔和指纹的辨辨别、生物和和医学信号的的识别、医疗疗诊断等领域域,甚至在社社会经济学、考考古学等领域域
15、中也有应用用。目前,文文字识别中的的手写体识别别技术和印刷刷体识别技术术、语音识别别技术、语言言识别技术都都已进入实用用阶段。如:手写输入的的计算机、印印刷体输入到到计算机、IIBM公司的的汉语语音识识别系统、能能将一种语言言翻译成其它它语言的机器器辅助翻译系系统等。5、人工神经网网络人工神经网络是是一个用大量量简单处理单单元经广泛连连接组成的、可可用来模拟人人类大脑神经经系统的结构构和功能的人人工网络。其其特点是:具具有自学功能能、联想式存存储功能和高高速寻找最优优解的能力。近年来,由于计计算机并行处处理技术的进进展,使人工工神经网络的的研究进入了了新的发展时时期,取得了了许多研究成成果。并
16、行处处理技术突破破了传统计算算机对信息只只能串行处理理的局限,可可实现传统的的人工智能程程序无法实现现的功能。例例如:美国麻麻省理工学院院采用神经网网络和并行程程序,已经能能够做到对面面孔的识别。人工智能的应用用领域还有许许多,例如:机器人、智智能软件工程程、智能决策策支持系统、博博弈、现代智智能通信等,随随着科学技术术的快速发展展,人工智能能的应用领域域将更加宽广广。二、21世纪人人工智能的展展望目前人工智能的的研究有三个个热点:智能能接口、数据据挖掘、主体体和主体系统统,并可能向向模糊处理、并并行化、神经经网络和机器器情感等方向向发展。 当前,人人工智能的推推理功能已获获突破,学习习及联想
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