《人工智能导论》概论精讲.ppt

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1、人工智能导论概论概论课程的相关目标内容及要求课程的相关目标内容及要求人工智能的定义人工智能的定义 人工智能的研究目标人工智能的研究目标 人工智能分类人工智能分类人工智能应用领域人工智能应用领域 人工智能的研究途径人工智能的研究途径人工智能的基本技术人工智能的基本技术人工智能发展概况人工智能发展概况课程的基本目标课程的基本目标 人工智能导论是计算机科学与技术专业的专人工智能导论是计算机科学与技术专业的专业选修课程之一。业选修课程之一。本课程介绍人工智能的基本原理，使学生对人本课程介绍人工智能的基本原理，使学生对人工智能的目标发展及其应用领域有充分的认识工智能的目标发展及其应用领域有充分的认识,并

2、理解的知识表示、推理、搜索与机器学习的基并理解的知识表示、推理、搜索与机器学习的基本理论与基本方法，为深入进行人工智能理论与本理论与基本方法，为深入进行人工智能理论与方法的学习与研究和智能技术的应用设计打下良方法的学习与研究和智能技术的应用设计打下良好的基础。好的基础。课程的基本内容课程的基本内容概述概述表示表示搜索搜索推理推理学习学习课程的主要参考书目课程的主要参考书目人工智能人工智能 (第第1 1版版)马少平马少平 清华大学出版社清华大学出版社 20042004人工智能人工智能:一种现代方法一种现代方法 (第第2 2版版)Russell&)Russell&NorvigNorvig 清华大学

3、出版社清华大学出版社 2006 2006 人工智能人工智能 (第第3 3版版)Patrick Henry Winston)Patrick Henry Winston 清华大学清华大学出版社出版社 20052005课程考核课程考核总评成绩总评成绩:平时成绩占平时成绩占30%+30%+期末考试成绩占期末考试成绩占70%70%平时成绩平时成绩:课堂表现成绩课堂表现成绩+作业成绩作业成绩 什么是智能？什么是智能？智能是脑特别是人脑的属性或者说产物智能是脑特别是人脑的属性或者说产物.智能的基础智能的基础是知识（没有知识的智能不可想象）是知识（没有知识的智能不可想象）;智能的关键是思智能的关键是思维（知识

4、是思维产生的）维（知识是思维产生的）;智能取决于感知和行为智能取决于感知和行为.结论结论 内涵：智能知识思维内涵：智能知识思维 外延：智能就是发现规律、运用规律和分析问题、外延：智能就是发现规律、运用规律和分析问题、解决问题的能力解决问题的能力人工智能的定义人工智能的定义定义定义1 1 智能机器智能机器 能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务(anthropomorphic tasks)(anthropomorphic tasks)的机器。的机器。人工智能（人工智能（Artificial IntelligenceArtificial Int

5、elligenceAIAI）：）：AIAI是关于知识的科学怎样表示知识以及怎样获得知是关于知识的科学怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。识并使用知识的科学。(Nilsson)(Nilsson)AI AI就是研究如何使计算机做过去只有人才能做的智能就是研究如何使计算机做过去只有人才能做的智能工作。工作。(Winston)(Winston)人工智能的定义人工智能的定义人工智能的定义人工智能的定义其他其他几种关于人工智能的定义。几种关于人工智能的定义。定义定义2 2 人工智能人工智能(学科学科)人人工工智智能能(学学科科)是是计计算算机机科科学学中中涉涉及及研研究究、设设计计和和应应用用智

6、智能能机机器器的的一一个个分分支支。它它的的近近期期主主要要目目标标在在于于研研究究用用机机器器来来模模仿仿和和执执行行人人脑脑的的某某些些智智力力功功能能，并并开开发发相相关关理理论论和和技技术。术。定义定义3 3 人工智能人工智能(能力能力)人人工工智智能能(能能力力)是是智智能能机机器器所所执执行行的的通通常常与与人人类类智智能能有有关关的的智智能能行行为为，如如判判断断、推推理理、证证明明、识识别别、感感知知、理理解解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。定定义义4 4 人人工工智智能能是是一一种种使使计计算算机机能能够够

7、思思维维，使使机机器器具具有有智力的激动人心的新尝试（智力的激动人心的新尝试（Haugeland,1985Haugeland,1985）。）。定定义义5 5 人人工工智智能能是是那那些些与与人人的的思思维维、决决策策、问问题题求求解解和和学习等有关活动的自动化（学习等有关活动的自动化（Bellman,1978Bellman,1978）。）。定定义义6 6 人人工工智智能能是是用用计计算算模模型型研研究究智智力力行行为为（CharniakCharniak和和McDermott,1985McDermott,1985）。）。定定义义7 7 人人工工智智能能是是研研究究那那些些使使理理解解、推推理理和

8、和行行为为成成为为可可能的计算（能的计算（Winston,1992Winston,1992）。）。人工智能的定义人工智能的定义人工智能的定义人工智能的定义定义定义8 8 人工智能人工智能是一种能够执行需要人的智能的创造性是一种能够执行需要人的智能的创造性机器的技术（机器的技术（Kurzwell,1990Kurzwell,1990）。）。定义定义9 9 人工智能人工智能研究如何使计算机做事让人过得更好研究如何使计算机做事让人过得更好（RickRick和和Knight,1991Knight,1991）。）。定义定义1010 人工智能人工智能是一门通过计算过程力图理解和模仿智是一门通过计算过程力图理

9、解和模仿智能行为的学科（能行为的学科（Schalkoff,1990Schalkoff,1990）。）。定义定义1111 人工智能人工智能是计算机科学中与智能行为的自动化有是计算机科学中与智能行为的自动化有关的一个分支（关的一个分支（LugerLuger和和Stubblefield,1993Stubblefield,1993）。）。其中，定义其中，定义4 4和定义和定义5 5涉及拟人思维；定义涉及拟人思维；定义6 6和定义和定义7 7与与理性思维有关；定义理性思维有关；定义8 8和定义和定义9 9涉及拟人行为；定义涉及拟人行为；定义1010和定和定义义1111与拟人理性行为有关。与拟人理性行为有

10、关。AIAI研究如何用计算机来表示和执行人类的智能活动，研究如何用计算机来表示和执行人类的智能活动，以模拟人脑所从事的推理、学习、思考和规划等思维活动，以模拟人脑所从事的推理、学习、思考和规划等思维活动，并解决需要人类的智力才能处理的复杂问题等。并解决需要人类的智力才能处理的复杂问题等。AIAI还涉及到脑科学、神经生理学、心理学、语言学、还涉及到脑科学、神经生理学、心理学、语言学、逻辑学、认知科学等许多学科领域。是一门综合性的交叉逻辑学、认知科学等许多学科领域。是一门综合性的交叉科学和边缘学科。科学和边缘学科。人工智能的定义人工智能的定义我们怎样才能判断一台机器是否具存了思维能力呢我们怎样才能

11、判断一台机器是否具存了思维能力呢图灵测试图灵测试:像人一样行动像人一样行动图灵提出一假想：一个人在不接触对方的情况下和对方进图灵提出一假想：一个人在不接触对方的情况下和对方进行一系列的问答，如果在相当长时间内，他无法根据这些行一系列的问答，如果在相当长时间内，他无法根据这些回答判断对方出是人还是计算机，那么，就可以认为这个回答判断对方出是人还是计算机，那么，就可以认为这个计算机具有同人相当的智力，即这台计算机是能思维的。计算机具有同人相当的智力，即这台计算机是能思维的。图灵预测图灵预测:2000:2000年之前计算机有年之前计算机有30%30%的概率蒙骗一个普通人的概率蒙骗一个普通人达达5 5

12、分钟。分钟。你做过图灵测试吗你做过图灵测试吗 什么是什么是CAPTCHACAPTCHA CAPTCHA(Completely Automated Public Turing Test to Tell CAPTCHA(Completely Automated Public Turing Test to Tell Computers and Humans Apart)Computers and Humans Apart)全自动区分计算机和人类的图灵测试的简全自动区分计算机和人类的图灵测试的简称。称。CAPTCHACAPTCHA的目的是区分计算机和人类的一种程序算法，这种程序必须能的目的是区分计算机

13、和人类的一种程序算法，这种程序必须能生成并评价人类能很容易通过但计算机却通不过的测试。这种技术可以有生成并评价人类能很容易通过但计算机却通不过的测试。这种技术可以有效的避免网络中自动填表机器人等软件对了网络信息的正常传播严重干扰。效的避免网络中自动填表机器人等软件对了网络信息的正常传播严重干扰。19901990年，罗纳奖设立年，罗纳奖设立,专门奖励在图灵测试中表现出色的计算机专门奖励在图灵测试中表现出色的计算机 http:/ ALICE http:/http:/www.alicebot.orgwww.alicebot.org/20032003年罗纳奖获得者机器人年罗纳奖获得者机器人JabbJa

14、bb http:/http:/www.abenteuermedien.de/jabberwock/index.phpwww.abenteuermedien.de/jabberwock/index.php20062006年的罗纳奖获得者年的罗纳奖获得者 http:/http:/ 程序被动地按照人们为它事先安排好的工作步骤进行工作。由于缺程序被动地按照人们为它事先安排好的工作步骤进行工作。由于缺乏智能性、缺乏自学习与自适应能力乏智能性、缺乏自学习与自适应能力,难以处理越来越复杂的问题。难以处理越来越复杂的问题。AIAI是人类智能的扩大和延伸，其作用将是不可估量的。是人类智能的扩大和延伸，其作用将是

15、不可估量的。AIAI的研究对探索人类自身智能的奥秘提供有益的帮助。的研究对探索人类自身智能的奥秘提供有益的帮助。对对“数据世界数据世界”的需求进而发展到对的需求进而发展到对“知识世界知识世界”的需求而产生的。的需求而产生的。寻求试探性的搜索，启发式的，不精确的，模糊的甚至允许出现错误寻求试探性的搜索，启发式的，不精确的，模糊的甚至允许出现错误的推理方法，以便符合人类的思维过程。的推理方法，以便符合人类的思维过程。人工智能的研究目标人工智能的研究目标 近期目标：近期目标：使现有的电子数字计算机能模拟人类的部分智能行使现有的电子数字计算机能模拟人类的部分智能行为为,使现有的计算机更有用（更聪明）使

16、现有的计算机更有用（更聪明）。远期目标：远期目标：探讨智能的基本机理，研究如何利用各种自动机探讨智能的基本机理，研究如何利用各种自动机来模拟人的某些思维过程和智能行为。最终制造出具来模拟人的某些思维过程和智能行为。最终制造出具有看、听、说等感知和交互能力、具有联想、推理、有看、听、说等感知和交互能力、具有联想、推理、理解、学习等高级思维能力，具有分析问题、解决问理解、学习等高级思维能力，具有分析问题、解决问题和发明创造的能力的智能计算机。题和发明创造的能力的智能计算机。人工智能的分类人工智能的分类基于脑功能模拟的领域划分基于脑功能模拟的领域划分:机器感知机器感知（信息输入）（信息输入）:使计算

17、机具有类似于人的感知能力，能通过使计算机具有类似于人的感知能力，能通过“感知感知”直直接接从外界获取信息。机器视觉、机器听觉。相关学科：模式识别、语音识别从外界获取信息。机器视觉、机器听觉。相关学科：模式识别、语音识别机器联想机器联想:基于内容的联想，与具体存储位置无关。联想存储技术。基于内容的联想，与具体存储位置无关。联想存储技术。机器推理机器推理:又称为计算机推理、自动推理，是人工智能的核心课题之一。自然演又称为计算机推理、自动推理，是人工智能的核心课题之一。自然演绎推理、归结演绎推理、基于非经典逻辑的推理。绎推理、归结演绎推理、基于非经典逻辑的推理。机器学习机器学习:使机器自己获取知识。

18、对书本知识的学习、对客观规律的发现、对自使机器自己获取知识。对书本知识的学习、对客观规律的发现、对自身行为的修正。机器学习分为：机械学习、指导学习、解释学习、类比学习、示身行为的修正。机器学习分为：机械学习、指导学习、解释学习、类比学习、示例学习、发现学习等。这些属于符号学习。另外有神经网络学习等。例学习、发现学习等。这些属于符号学习。另外有神经网络学习等。机器理解机器理解:图形理解（物景分析）、自然语言理解。理解是感知的延伸和深化。图形理解（物景分析）、自然语言理解。理解是感知的延伸和深化。机器行为机器行为（信息输出）（信息输出）:计算机的表达能力及类似于人四肢的功能，能走路、取计算机的表达

19、能力及类似于人四肢的功能，能走路、取物、操作等。机器人行动规划。物、操作等。机器人行动规划。人工智能的分类人工智能的分类基于实现技术的领域划分基于实现技术的领域划分:知识工程与符号处理技术知识工程与符号处理技术神经网络技术神经网络技术人工智能的分类人工智能的分类基于应用领域的领域划分基于应用领域的领域划分:难题求解难题求解:路径规划、组合优化、博弈等难题求解。路径规划、组合优化、博弈等难题求解。自动定理证明自动定理证明。自动程序设计自动程序设计:自动程序综合和自动程序验证。自动程序综合和自动程序验证。自动翻译自动翻译:机器翻译。自然语言理解。机器翻译。自然语言理解。智能控制智能控制:自动控制与

20、人工智能的结合。自动控制与人工智能的结合。智能管理智能管理:人工智能与管理科学、系统工程和计算机技术的结合。人工智能与管理科学、系统工程和计算机技术的结合。智能决策智能决策:人工智能应用于决策支持系统。人工智能应用于决策支持系统。智能通讯智能通讯:在通讯的各个环节和层次上实现智能化。在通讯的各个环节和层次上实现智能化。智能仿真智能仿真,智能智能CAD,CAD,智能智能CAI,CAI,机器人学机器人学 人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域 问题求解问题求解 人人工工智智能能的的第第一一个个大大成成就就是是发发展展了了能能够够求求解解难难题题的的程序，它包含问题的表示、分解、搜索与归约

21、等。程序，它包含问题的表示、分解、搜索与归约等。在线下棋机器人在线下棋机器人 http:/ 逻逻辑辑推推理理是是人人工工智智能能研研究究中中最最持持久久的的子子领领域域之之一一,在在人人工工智智能能方方法法的的发发展展中中曾曾经经产产生生过过重重要要的的影影响响。在在人人工工智智能能方方法法的的研研究究中中定定理理证证明明是是一一个个极极其其重重要要的的论论题。题。第一个主要由计算机证明的理论第一个主要由计算机证明的理论:四色定理四色定理人工智能定理证明研究最有说服力的例子，人工智能定理证明研究最有说服力的例子，是机器证明了困扰数学是机器证明了困扰数学界长达界长达100100余年之久的难题余年

22、之久的难题“四色定理四色定理”。“四色问题四色问题”最早是最早是18521852年由一位年由一位2121岁的大学生提出来的数学难题：岁的大学生提出来的数学难题：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国家或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国家或区域。这个问题就象区域。这个问题就象“哥德巴赫猜想哥德巴赫猜想”一样，属于世界上最著名的数一样，属于世界上最著名的数学难题之一。学难题之一。19761976年年6 6月，美国伊利诺斯大学的两位数学家月，美国伊利诺斯大学的两位数学家W.HakenW.Haken和和K.AppleK.Apple 宣布，宣布，他们成功地证明了

23、这一定理，使用的方法就是机器证明。他们成功地证明了这一定理，使用的方法就是机器证明。W.HakenW.Haken和和K.AppleK.Apple攻克这一难题使用的方法仍然是前人常用的攻克这一难题使用的方法仍然是前人常用的“穷举穷举归纳法归纳法”。他们编制出程序让。他们编制出程序让3 3台台IBM360IBM360电脑自动高速寻找各种可能电脑自动高速寻找各种可能的情况，的情况，并逐一判断它们是否可以被并逐一判断它们是否可以被“归纳归纳”。共耗费。共耗费12001200个机时，个机时，做完做完200200亿个逻辑判断，电脑终于证明了亿个逻辑判断，电脑终于证明了“四色定理四色定理”。人工智能的研究与

24、应用领域人工智能的研究与应用领域自然语言理解自然语言理解 语语言言处处理理也也是是人人工工智智能能的的早早期期研研究究领领域域之之一一。语语言言的生成和理解是一个极为复杂的编码和解码问题。的生成和理解是一个极为复杂的编码和解码问题。一一个个能能理理解解自自然然语语言言信信息息的的计计算算机机系系统统看看起起来来就就像像一一个个人人一一样样,需需要要有有上上下下文文知知识识以以及及根根据据这这些些上上下下文文知知识识进进行行推推理理。理理解解口口头头的的和和书书写写语语言言的的计计算算机机系系统统所所取取得得的的某某些些进进展展，其其基基础础就就是是有有关关上上下下文文知知识识结结构构的表示理论

25、以及根据这些知识进行推理的技术。的表示理论以及根据这些知识进行推理的技术。对话机器人对话机器人 http:/http:/ http:/http:/ http:/http:/ http:/http:/自动翻译程序自动翻译程序 http:/http:/ http:/http:/ 对对自自动动程程序序设设计计的的研研究究不不仅仅可可以以促促进进半半自自动动软软件件开开发发系系统统的的发发展展，而而且且也也使使通通过过修修正正自自身身数数码码进进行行学学习习(即即修修正正它它们们的的性性能能)的的人人工工智智能能系系统统得得到到发发展展。程程序序理论方面的研究工作对人工智能工作都是很重要的。理论方面的

26、研究工作对人工智能工作都是很重要的。自自动动程程序序设设计计研研究究的的重重大大贡贡献献之之一一是是作作为为问问题题求求解解策策略略的的调调整整概概念念。有有一一种种观观点点，对对程程序序设设计计或或机机器器人人控控制制问问题题，先先产产生生一一个个简简易易的的解解，然然后后再再对对该该解解进进行行修修正正，这这种种做做法法一一般般要要比比坚坚持持要要求求第第一一个个解解就就完完全全没没有缺陷的做法有效得多。有缺陷的做法有效得多。人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域专家系统专家系统 专专家家系系统统是是一一个个智智能能计计算算机机程程序序系系统统，其其内内部部具具有有大大量量专专家

27、家水水平平的的某某个个领领域域知知识识与与经经验验，能能够够利利用用人人类类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。发发展展专专家家系系统统的的关关键键是是专专家家知知识识的的表表达达和和运运用用，专专家家知知识识指指来来自自人人类类专专家家,并并能能有有效效解解决决该该领领域域内内的的典典型型问题的事实和过程。问题的事实和过程。在线专家网站在线专家网站 http:/http:/ http:/www.aiinc.ca/demos http:/www.aiinc.ca/demosExpert System Tools Expert System

28、 Tools http:/www.cs.cofc.edu/manaris/ai-education-http:/www.cs.cofc.edu/manaris/ai-education-repository/expert-systems-tools.htmlrepository/expert-systems-tools.html Expert system application download Expert system application download http:/http:/ 学学习习是是人人类类智智能能的的主主要要标标志志和和获获得得知知识识的的基基本本手手段段；机机器器学学

29、习习(自自动动获获取取新新的的事事实实及及新新的的推推理理算算法法)是是使使计计算算机机具具有有智智能能的的根根本本途途径径；机机器器学学习习还还有有助助于于发发现现人人类类学学习习的的机机理理和和揭揭示示人人脑脑的的奥奥秘秘。学学习习是是一一个个有有特特定定目目的的的的知知识识获获取取过过程程，其其内内部部表表现现为为新新知知识识结结构构的的不不断建立和修改，而外部表现为性能的改善。断建立和修改，而外部表现为性能的改善。人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域模式识别模式识别 人人工工智智能能所所研研究究的的模模式式识识别别是是指指用用计计算算机机代代替替人人类类或或帮帮助助人人类类

30、感感知知模模式式，是是对对人人类类感感知知外外界界功功能能的的模模拟拟，研研究究的的是是计计算算机机模模式式识识别别系系统统，也也就就是是使使一一个个计计算算机机系系统统具具有有模模拟拟人人类类通通过过感感官官接接受受外外界界信信息息、识识别别和和理理解周围环境的感知能力。解周围环境的感知能力。1.1.字符识别：包括印刷体字符的识别；手写体字符的识别（脱机），各种字符识别：包括印刷体字符的识别；手写体字符的识别（脱机），各种OCROCR设备例如信函分拣、文件处理、卡片输入、支票查对、自动排板、期刊阅读、设备例如信函分拣、文件处理、卡片输入、支票查对、自动排板、期刊阅读、稿件输入；在线手写字符的

31、识别（联机），各种书写输入板。稿件输入；在线手写字符的识别（联机），各种书写输入板。2.2.医疗诊断：心电图，脑电图，染色体，癌细胞识别，疾病诊断。医疗诊断：心电图，脑电图，染色体，癌细胞识别，疾病诊断。3.3.遥感：资源卫星照片，气象卫星照片处理，数字化地球，图象分辨率可以达遥感：资源卫星照片，气象卫星照片处理，数字化地球，图象分辨率可以达到到1 1米。米。4.4.指纹识别指纹识别 脸形识别脸形识别5.5.检测污染分析，大气，水源，环境监测。检测污染分析，大气，水源，环境监测。6.6.自动检测：产品质量自动检测自动检测：产品质量自动检测7.7.语声识别，机器翻译，电话号码自动查询，侦听，机器

32、故障判断语声识别，机器翻译，电话号码自动查询，侦听，机器故障判断8.8.军事应用军事应用人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域机器视觉机器视觉 实实验验表表明明，人人类类接接受受外外界界信信息息的的80%80%以以上上来来自自视视觉觉，视觉对人类是非常重要的。视觉对人类是非常重要的。机机器器视视觉觉或或计计算算机机视视觉觉已已从从模模式式识识别别的的一一个个研研究究领领域域发发展展为为一一门门独独立立的的学学科科；在在视视觉觉方方面面，已已经经给给计计算算机机系系统统装装上上电电视视输输入入装装置置以以便便能能够够“看看见见”周周围围的的东东西。西。机机器器视视觉觉的的前前沿沿研研究

33、究领领域域包包括括实实时时并并行行处处理理、主主动动式式定定性性视视觉觉、动动态态和和时时变变视视觉觉、三三维维景景物物的的建建模模与与识识别别、实实时时图图像像压压缩缩传传输输和和复复原原、多多光光谱谱和和彩彩色色图图像像的的处理与解释等。处理与解释等。人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域智能控制智能控制 人人工工智智能能的的发发展展促促进进自自动动控控制制向向智智能能控控制制发发展展。智智能能控控制制是是一一类类无无需需(或或需需要要尽尽可可能能少少的的)人人的的干干预预就就能能够独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制。够独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制。智智能能控控制制

34、是是同同时时具具有有以以知知识识表表示示的的非非数数学学广广义义世世界界模模型型和和数数学学公公式式模模型型表表示示的的混混合合控控制制过过程程，也也往往往往是是含含有有复复杂杂性性、不不完完全全性性、模模糊糊性性或或不不确确定定性性以以及及不不存存在在已已知知算算法法的的非非数数学学过过程程，并并以以知知识识进进行行推推理理，以以启启发来引导求解过程。发来引导求解过程。勇气号火星探测器勇气号火星探测器(模拟模拟)http:/ 军事机器狗视频军事机器狗视频http:/ 随随着着科科学学技技术术的的迅迅速速发发展展，出出现现了了“知知识识爆爆炸炸”的的情情况况，研研究究智智能能检检索索系系统统已

35、已成成为为科科技技持持续续快快速速发发展展的的重要保证。重要保证。智智能能信信息息检检索索系系统统的的设设计计者者们们将将面面临临以以下下几几个个问问题题。首首先先，建建立立一一个个能能够够理理解解以以自自然然语语言言陈陈述述的的询询问问系系统统本本身身就就存存在在不不少少问问题题。其其次次，如如何何根根据据存存储储的的事事实实演演绎绎出出答答案案的的问问题题。第第三三，理理解解询询问问和和演演绎绎答答案案所所需需要要的知识都可能超出该学科领域数据库所表示的知识。的知识都可能超出该学科领域数据库所表示的知识。语义搜索引擎语义搜索引擎Demo Demo http:/ http:/http:/ 人

36、工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域智能调度与指挥智能调度与指挥 确确定定最最佳佳调调度度或或组组合合的的问问题题是是人人们们感感兴兴趣趣的的又又一一类类问题。求解这类问题的程序会产生组合爆炸。问题。求解这类问题的程序会产生组合爆炸。人人工工智智能能学学家家努努力力使使“时时间间-问问题题大大小小”曲曲线线的的变变化化尽尽可可能能缓缓慢慢地地增增长长。有有关关问问题题域域的的知知识识再再次次成成为为比比较较有效的求解方法的关键。有效的求解方法的关键。智能调度系统智能调度系统Demo Demo http:/http:/www.cs.cmu.edu/ozone/DITOPS/ozone.

37、htmlwww.cs.cmu.edu/ozone/DITOPS/ozone.html人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域分布式人工智能与分布式人工智能与AgentAgent 分分布布式式人人工工智智能能(Distributed(Distributed AI,AI,DAI)DAI)是是分分布布式式计计算算与与人人工工智智能能结结合合的的结结果果。DAIDAI系系统统以以鲁鲁棒棒性性作作为为控控制制系系统统质质量量的的标标准准，并并具具有有互互操操作作性性，即即不不同同的的异异构构系系统统在在快快速速变变化化的的环环境境中中具具有有交交换换信信息息和和协协同同工工作作的的能能力力。分分

38、布布式式人人工工智智能能的的研研究究目目标标是是要要创创建建一一种种能能够够描描述自然系统和社会系统的精确概念模型。述自然系统和社会系统的精确概念模型。多多agentagent系系统统(MultiagentMultiagent System,System,MAS)MAS)更更能能体体现现人人类类的的社社会会智智能能，具具有有更更大大的的灵灵活活性性和和适适应应性性，更更适适合合开开放放和和动动态态的的世世界界环环境境，因因而而倍倍受受重重视视，已已成成为为人人工智能以至计算机科学和控制科学与工程的研究热点工智能以至计算机科学和控制科学与工程的研究热点。人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应

39、用领域计算智能与进化计算计算智能与进化计算 计计算算智智能能(Computing(Computing Intelligence)Intelligence)涉涉及及神神经经计计算算、模糊计算、进化计算等研究领域。模糊计算、进化计算等研究领域。进进化化计计算算(Evolutionary(Evolutionary Computation)Computation)是是指指一一类类以以达达尔尔文文进进化化论论为为依依据据来来设设计计、控控制制和和优优化化人人工工系系统统的的技技 术术 和和 方方 法法 的的 总总 称称，它它 包包 括括 遗遗 传传 算算 法法(Genetic(Genetic Algor

40、ithms)Algorithms)、进进化化策策略略(Evolutionary(Evolutionary Strategies)Strategies)和进化规划和进化规划(Evolutionary Programming)(Evolutionary Programming)。人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域数据挖掘与知识发现数据挖掘与知识发现 知识获取是知识信息处理的关键问题之一。知识获取是知识信息处理的关键问题之一。数数据据挖挖掘掘是是通通过过综综合合运运用用统统计计学学、粗粗糙糙集集、模模糊糊数数学学、机机器器学学习习和和专专家家系系统统等等多多种种学学习习手手段段和和方方

41、法法，从从大大量量的的数数据据中中提提炼炼出出抽抽象象的的知知识识，从从而而揭揭示示出出蕴蕴涵涵在在这这些些数数据据背背后后的的客客观观世世界界的的内内在在联联系系和和本本质质规规律律，实实现现知知识的自动获取。识的自动获取。数据挖掘和知识发现技术已获广泛应用。数据挖掘和知识发现技术已获广泛应用。Classifying GalaxiesEarlyIntermediateLateData Size:72 million stars,20 million galaxiesObject Catalog:9 GBImage Database:150 GB Class:Stages of Formati

42、onAttributes:Image features,Characteristics of light waves received,etc.Courtesy:http:/aps.umn.eduClassification ExamplecategoricalcategoricalcontinuousclassTestSetTraining SetModelLearn ClassifierIllustrating Document ClusteringClustering Points:3204 Articles of Los Angeles Times.Similarity Measure

43、:How many words are common in these documents(after some word filtering).Deviation/Anomaly DetectionDetect significant deviations from normal behaviorApplications:Credit Card Fraud DetectionNetwork Intrusion DetectionTypical network traffic at University level may reach over 100 million connections

44、per dayAssociation Rule Discovery:Application Supermarket shelf management.Goal:To identify items that are bought together by sufficiently many customers.Approach:Process the point-of-sale data collected with barcode scanners to find dependencies among items.A classic rule If a customer buys diaper

45、and milk,then he is very likely to buy beer.So,dont be surprised if you find six-packs stacked next to diapers!人工智能的研究与应用领域人工智能的研究与应用领域人工生命人工生命 人人工工生生命命(Artificial(Artificial Life,Life,AL)AL)利利用用计计算算机机和和机机械械等等人人工工媒媒介介构构造造出出能能够够表表现现自自然然生生命命系系统统行行为为特特征征的的仿仿真真系系统统或或模模型型系系统统。自自然然生生命命系系统统行行为为具具有有自自组织、自复制

46、、自修复等特征。组织、自复制、自修复等特征。人人工工生生命命学学科科的的研研究究内内容容包包括括生生命命现现象象的的仿仿生生系系统统、人人工工建建模模与与仿仿真真、进进化化动动力力学学、人人工工生生命命的的计计算算理理论论、进化与学习综合系统以及人工生命的应用等。进化与学习综合系统以及人工生命的应用等。人工生命程序人工生命程序 http:/staff.aist.go.jp/utsugi-a/Lab/Links.htmlhttp:/staff.aist.go.jp/utsugi-a/Lab/Links.html人工细胞程序人工细胞程序 http:/http:/psoup.math.wisc.ed

47、u/mcell/mjcell/mjcell.htmlpsoup.math.wisc.edu/mcell/mjcell/mjcell.html动物群体行为模拟程序动物群体行为模拟程序 http:/ 人工蚂蚁程序人工蚂蚁程序 http:/http:/staff.science.uva.nl/jvgemert/antsstaff.science.uva.nl/jvgemert/ants人工生命与多媒体技术人工生命与多媒体技术 http:/http:/人工智能的研究与应用领域还有许多人工智能的研究与应用领域还有许多:.人工智能的研究途径人工智能的研究途径功能模拟功能模拟 以人脑的生理模型，将问题或知识

48、表示成某种逻辑网络，采用以人脑的生理模型，将问题或知识表示成某种逻辑网络，采用逻辑符号推演的方法，实现搜索、推理、学习等功能，从宏观上来模逻辑符号推演的方法，实现搜索、推理、学习等功能，从宏观上来模拟人脑的思维，实现机器智能。拟人脑的思维，实现机器智能。以功能模拟和符号推演研究人工智能者，被成为心理学派、逻辑以功能模拟和符号推演研究人工智能者，被成为心理学派、逻辑学派、符号主义。学派、符号主义。主要特征：主要特征：w立足于逻辑运算和符号操作，适合于模拟人的逻辑思维过程。立足于逻辑运算和符号操作，适合于模拟人的逻辑思维过程。w知识用显式的符号表示，容易表达人的心理模型。知识用显式的符号表示，容易

49、表达人的心理模型。w现有的数字计算机可以方便地实现高速的符号处理。现有的数字计算机可以方便地实现高速的符号处理。w能与传统的符号数据库进行链接，易于模块化。能与传统的符号数据库进行链接，易于模块化。w以知识为基础。以知识为基础。人工智能的研究途径人工智能的研究途径 结构模拟结构模拟 根据人脑的生理结构和工作机理，实现计算机的智能，及人工智根据人脑的生理结构和工作机理，实现计算机的智能，及人工智能。具体来讲，就是用人工神经元组成的人工神经网络来作为信息和能。具体来讲，就是用人工神经元组成的人工神经网络来作为信息和知识的载体，用所谓神经计算的方法实现学习、联想、识别和推理等知识的载体，用所谓神经计

50、算的方法实现学习、联想、识别和推理等功能，从而来模拟人脑的智能行为，使计算机表现出某种智能。功能，从而来模拟人脑的智能行为，使计算机表现出某种智能。运用神经网络和神经计算的方法研究人工智能者，被称为生理学运用神经网络和神经计算的方法研究人工智能者，被称为生理学派、连接主义。派、连接主义。主要特征：主要特征：通过神经元之间的并行协同作用实现信息处理，具有并行性、动态性、通过神经元之间的并行协同作用实现信息处理，具有并行性、动态性、全局性。全局性。通过神经元间分布式的物理联接存储信息。联想记忆、容错性。通过神经元间分布式的物理联接存储信息。联想记忆、容错性。通过神经元间连接强度的动态调整实现自学习