信息与智能科学导论-教案-09.pptx

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1、Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论9.人工智能导论人工智能导论宁爱军宁爱军天津科技大学天津科技大学1Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论主要内容主要内容人工智能概述人工智能概述人工智能的流派人工智能的流派人工智能的研究领域人工智能的研究领域机器学习算法及其在机器学习算法及其在Python中的应用中的应用云计算、大数据与人工智能的关系云计算、大数据与人工智能

2、的关系2Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论主要内容主要内容人工智能概述人工智能概述人工智能的流派人工智能的流派人工智能的研究领域人工智能的研究领域机器学习算法及其在机器学习算法及其在Python中的应用中的应用云计算、大数据与人工智能的关系云计算、大数据与人工智能的关系3Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论人工智能概述人工智能概述人工智能（人工智能（Art

3、ificialIntelligence，AI）领域）领域深入研究：不但试图理解智能体（深入研究：不但试图理解智能体（Agent），），还尝试创建并操纵智能体。还尝试创建并操纵智能体。主要介绍：主要介绍：人工智能学科的起源、沿革，并人工智能学科的起源、沿革，并给出人工智能的定义。给出人工智能的定义。4Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论人工智能的起源人工智能的起源1936年年5月，英国科学家图灵的论文月，英国科学家图灵的论文论可计算数及其在判定问题论可计算数及其在判定问题中的应

4、用中的应用奠定了计算机科学的理论和实践基础，奠定了计算机科学的理论和实践基础，推进了相关的哲学思考。推进了相关的哲学思考。1950年，图灵在哲学杂志年，图灵在哲学杂志Mind上发表论文上发表论文计算机机器与智能计算机机器与智能提出了关于机器思维的问题，提出了关于机器思维的问题，被认为是人工智能学科的源头。被认为是人工智能学科的源头。因此，图灵被称为因此，图灵被称为“人工智能之父人工智能之父”。现代人工智能公认起源于现代人工智能公认起源于1956年的达特茅斯会议年的达特茅斯会议“人工智能人工智能”的英文全称为的英文全称为“ArtificialIntelligence”，有文献可考的记录，这个名词

5、便是出自该次会议。有文献可考的记录，这个名词便是出自该次会议。5Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论1956年的达特茅斯会议年的达特茅斯会议及当事人及当事人图图图图9-19-1会议原址：达特茅斯楼会议原址：达特茅斯楼会议原址：达特茅斯楼会议原址：达特茅斯楼图图图图9-220069-22006年当事人重聚达特茅斯年当事人重聚达特茅斯年当事人重聚达特茅斯年当事人重聚达特茅斯6 Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院

6、 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论达特茅斯会议的主要议题达特茅斯会议的主要议题1.自动计算机，所谓自动计算机，所谓“自动自动”指的是可编程指的是可编程2.编程语言，如何为计算机编程使其能够使用语言编程语言，如何为计算机编程使其能够使用语言3.神经网络神经网络4.计算规模的理论，特指计算理论中的计算复杂性计算规模的理论，特指计算理论中的计算复杂性5.机器学习的自我改造机器学习的自我改造6.抽象抽象7.随机性和创见性随机性和创见性7Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科

7、学导论人工智能的定义人工智能的定义“人工智能是一门科学，它使机器去做那些由人来人工智能是一门科学，它使机器去做那些由人来做并需要智能的工作做并需要智能的工作”明斯基明斯基提出提出“人工智能是关于知识的科学人工智能是关于知识的科学怎样表示知怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。识以及怎样获得知识并使用知识的科学。”尼尔森在尼尔森在人工智能人工智能一书中提出一书中提出被众多专业人士所认可被众多专业人士所认可8Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论人工智能的三次浪潮人工智能的

8、三次浪潮棋类游戏被认为是人类智力活动的象征棋类游戏被认为是人类智力活动的象征受众面广泛，受众面广泛，规则简洁明了，规则简洁明了，胜负容易评估。胜负容易评估。在人工智能的发展史上有非常著名的三盘棋在人工智能的发展史上有非常著名的三盘棋西洋跳棋、国际象棋和围棋西洋跳棋、国际象棋和围棋标志着人工智能的三次浪潮标志着人工智能的三次浪潮 三三三三次对弈，次对弈，次对弈，次对弈，AIAI程序一步步战胜人类棋手程序一步步战胜人类棋手程序一步步战胜人类棋手程序一步步战胜人类棋手 引发了人工智能发展的三次浪潮，引发了人工智能发展的三次浪潮，引发了人工智能发展的三次浪潮，引发了人工智能发展的三次浪潮，每一次都引领

9、了新一轮的人工智能研究领域的热点。每一次都引领了新一轮的人工智能研究领域的热点。每一次都引领了新一轮的人工智能研究领域的热点。每一次都引领了新一轮的人工智能研究领域的热点。9Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论1西洋跳棋西洋跳棋1952年，阿瑟年，阿瑟萨缪尔在萨缪尔在IBM公司研制了一个公司研制了一个具有自主学习能力的西洋跳棋程序。具有自主学习能力的西洋跳棋程序。1962年，该程序击败了美国西洋跳棋最强的年，该程序击败了美国西洋跳棋最强的选手之一。选手之一。10Tianjin

10、 University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论西洋跳棋程序击败人类选手西洋跳棋程序击败人类选手阿瑟阿瑟萨缪尔首次提出萨缪尔首次提出“机器学习机器学习”的概念，的概念，被认为是被认为是“机器学习之父机器学习之父”11Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论2国际象棋国际象棋1997年年5月月11日，日，IBM“深蓝深蓝”计算机以计算机以3.52.5的战绩战胜了人类国际象棋世界冠军卡的战绩

11、战胜了人类国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫。斯帕罗夫。专家系统的知识库专家系统的知识库+-剪枝搜索算法剪枝搜索算法结合基于知识工程的专家系统中的知识库规则完结合基于知识工程的专家系统中的知识库规则完成棋局评价。成棋局评价。“深蓝深蓝”存储了存储了70万个大师级比赛棋谱的数据库，万个大师级比赛棋谱的数据库，其其“开局手册开局手册”就有就有4000个棋局，个棋局，搜索算法采用搜索算法采用-剪枝法，剪枝法，12Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论3围棋围棋2016年年3月，谷歌旗下的月，

12、谷歌旗下的DeepMind公司的公司的AlphaGo围围棋棋AI程序，以程序，以41的总比分战胜了韩国围棋世界冠的总比分战胜了韩国围棋世界冠军九段棋手李世石。军九段棋手李世石。2017年年5月，在乌镇围棋峰会上，月，在乌镇围棋峰会上，AlphaGo又以又以30战胜了排名世界第一的围棋世界冠军中国棋手柯洁。战胜了排名世界第一的围棋世界冠军中国棋手柯洁。蒙特卡洛树搜索算法蒙特卡洛树搜索算法+深度学习深度学习+强化学习强化学习AlphaGo本质上采用蒙特卡洛树搜索框架，本质上采用蒙特卡洛树搜索框架，整合了深度学习和强化学习技术整合了深度学习和强化学习技术将离线深度学习与在线高效搜索相结合，将离线深度

13、学习与在线高效搜索相结合，得到围棋问题的有效解法并战胜人类。得到围棋问题的有效解法并战胜人类。13Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论人工智能的发展趋势人工智能的发展趋势人工智能领域的发展和应用，已经不再单独遵循某一人工智能领域的发展和应用，已经不再单独遵循某一个流派，它更多地是综合采用多个流派的技术长项。个流派，它更多地是综合采用多个流派的技术长项。如：如：知识图谱是从专家系统发展而来，同时兼顾统计学科的知识图谱是从专家系统发展而来，同时兼顾统计学科的知识图谱是从专家系统发

14、展而来，同时兼顾统计学科的知识图谱是从专家系统发展而来，同时兼顾统计学科的知识，并没有完全遵循符号主义流派的技术路线。知识，并没有完全遵循符号主义流派的技术路线。知识，并没有完全遵循符号主义流派的技术路线。知识，并没有完全遵循符号主义流派的技术路线。谷歌的谷歌的谷歌的谷歌的AlphaGoAlphaGo综合了综合了综合了综合了3 3种算法实现，各属于种算法实现，各属于种算法实现，各属于种算法实现，各属于3 3个流派，个流派，个流派，个流派，分别是：符号主义流派的蒙特卡洛搜索树算法、连接主分别是：符号主义流派的蒙特卡洛搜索树算法、连接主分别是：符号主义流派的蒙特卡洛搜索树算法、连接主分别是：符号主

15、义流派的蒙特卡洛搜索树算法、连接主义流派的人工神经网络深度学习算法、行为主义流派的义流派的人工神经网络深度学习算法、行为主义流派的义流派的人工神经网络深度学习算法、行为主义流派的义流派的人工神经网络深度学习算法、行为主义流派的强化学习算法。强化学习算法。强化学习算法。强化学习算法。未来人工智能的研究会以未来人工智能的研究会以未来人工智能的研究会以未来人工智能的研究会以AgentAgent为载体，统一各个流为载体，统一各个流为载体，统一各个流为载体，统一各个流派的研究，进行多派的研究，进行多派的研究，进行多派的研究，进行多AgentAgent研究。研究。研究。研究。14Tianjin Unive

16、rsity of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论主要内容主要内容人工智能概述人工智能概述人工智能的流派人工智能的流派人工智能的研究领域人工智能的研究领域机器学习算法及其在机器学习算法及其在Python中的应用中的应用云计算、大数据与人工智能的关系云计算、大数据与人工智能的关系15Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论人工智能的流派人工智能的流派人工智能研究领域有人工智能研究领域有3大流派，分别是：

17、大流派，分别是：符号主义、连接主义、行为主义。符号主义、连接主义、行为主义。近年来，也出现了进化流派、类推流派、贝近年来，也出现了进化流派、类推流派、贝叶斯流派等新流派。叶斯流派等新流派。在产业界最新的人工智能应用中，会综合上在产业界最新的人工智能应用中，会综合上述各大流派实现面向实践的领域应用。述各大流派实现面向实践的领域应用。16Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论图图9-4人工智能主要流派人工智能主要流派17Tianjin University of Science&T

18、echnology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论符号主义流派符号主义流派符号主义流派认为，人类的认知过程就是各种符号进行运符号主义流派认为，人类的认知过程就是各种符号进行运算的过程，计算机也应该是基于各种符号进行运算的。算的过程，计算机也应该是基于各种符号进行运算的。符号主义流派提出了物理符号系统假设：符号主义流派提出了物理符号系统假设：在符号系统中实现相应功能，现实世界中就可复现对应功能。在符号系统中实现相应功能，现实世界中就可复现对应功能。即计算机中可以正确实现的，现实世界中就是正确的。即计算机中可以正确实现的，现实世界中就是正确的。使用计算机

19、构建机器定理证明，是这个流派的理论基础。使用计算机构建机器定理证明，是这个流派的理论基础。纽厄尔和司马贺（又名赫伯特纽厄尔和司马贺（又名赫伯特纽厄尔和司马贺（又名赫伯特纽厄尔和司马贺（又名赫伯特 西蒙）是符号主义流派的西蒙）是符号主义流派的西蒙）是符号主义流派的西蒙）是符号主义流派的代表人物。代表人物。代表人物。代表人物。18Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论符号主义流派符号主义流派 19581958年的夏天，美籍华裔科学家王浩在年的夏天，美籍华裔科学家王浩在年的夏天，美籍

20、华裔科学家王浩在年的夏天，美籍华裔科学家王浩在IBM704IBM704机上机上机上机上实现了一个完全的命题逻辑程序，以及一个一阶逻辑实现了一个完全的命题逻辑程序，以及一个一阶逻辑实现了一个完全的命题逻辑程序，以及一个一阶逻辑实现了一个完全的命题逻辑程序，以及一个一阶逻辑程序。程序。程序。程序。19591959年的改进版本证明了年的改进版本证明了年的改进版本证明了年的改进版本证明了150150条一阶逻辑以及条一阶逻辑以及条一阶逻辑以及条一阶逻辑以及 200200条命题条命题条命题条命题逻辑定理。逻辑定理。逻辑定理。逻辑定理。19771977年，我国数学家吴文俊发表论文年，我国数学家吴文俊发表论文

21、年，我国数学家吴文俊发表论文年，我国数学家吴文俊发表论文初等几何判定初等几何判定初等几何判定初等几何判定问题与机器证明问题与机器证明问题与机器证明问题与机器证明，针对某一大类的初等几何问题给，针对某一大类的初等几何问题给，针对某一大类的初等几何问题给，针对某一大类的初等几何问题给出了高效的算法。出了高效的算法。出了高效的算法。出了高效的算法。19761976年年年年6 6月，在美国伊利诺斯大学的两台不同计算机月，在美国伊利诺斯大学的两台不同计算机月，在美国伊利诺斯大学的两台不同计算机月，在美国伊利诺斯大学的两台不同计算机上，用了上，用了上，用了上，用了12001200个小时做了个小时做了个小时

22、做了个小时做了100100亿次判断，最终证明了亿次判断，最终证明了亿次判断，最终证明了亿次判断，最终证明了四色定理。四色定理。四色定理。四色定理。19Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论符号主义流派符号主义流派 在历史上，符号主义在人工智能领域的研究起到了重要在历史上，符号主义在人工智能领域的研究起到了重要在历史上，符号主义在人工智能领域的研究起到了重要在历史上，符号主义在人工智能领域的研究起到了重要作用。作用。作用。作用。早期的研究成果主要体现在知识表示和机器定理证明上；早

23、期的研究成果主要体现在知识表示和机器定理证明上；早期的研究成果主要体现在知识表示和机器定理证明上；早期的研究成果主要体现在知识表示和机器定理证明上；之后，符号主义流派的重要成果在于专家系统和知识工程的之后，符号主义流派的重要成果在于专家系统和知识工程的之后，符号主义流派的重要成果在于专家系统和知识工程的之后，符号主义流派的重要成果在于专家系统和知识工程的应用；应用；应用；应用；近年来，谷歌在近年来，谷歌在近年来，谷歌在近年来，谷歌在20122012年提出的知识图谱的概念，符号主义流年提出的知识图谱的概念，符号主义流年提出的知识图谱的概念，符号主义流年提出的知识图谱的概念，符号主义流派在搜索引擎

24、等知识应用领域被广泛使用；派在搜索引擎等知识应用领域被广泛使用；派在搜索引擎等知识应用领域被广泛使用；派在搜索引擎等知识应用领域被广泛使用；以以以以IBMWatsonIBMWatson为代表的智能问答系统在智能诊疗等传统民生为代表的智能问答系统在智能诊疗等传统民生为代表的智能问答系统在智能诊疗等传统民生为代表的智能问答系统在智能诊疗等传统民生领域也取得了重大成果。领域也取得了重大成果。领域也取得了重大成果。领域也取得了重大成果。符号主义流派面临着：概念组合爆炸、命题组合悖论、符号主义流派面临着：概念组合爆炸、命题组合悖论、符号主义流派面临着：概念组合爆炸、命题组合悖论、符号主义流派面临着：概念

25、组合爆炸、命题组合悖论、经典概念在实际生活中的获取和应用等问题。经典概念在实际生活中的获取和应用等问题。经典概念在实际生活中的获取和应用等问题。经典概念在实际生活中的获取和应用等问题。是限制符号主义流派发展的瓶颈。是限制符号主义流派发展的瓶颈。是限制符号主义流派发展的瓶颈。是限制符号主义流派发展的瓶颈。20Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论连接主义流派连接主义流派连接主义流派，认为如果模拟大脑中的神经连接主义流派，认为如果模拟大脑中的神经网络制造一台机器或者模拟实现算法，机

26、器网络制造一台机器或者模拟实现算法，机器就有了智能。就有了智能。杰弗里杰弗里辛顿和吴恩达是当今神经网络领域的辛顿和吴恩达是当今神经网络领域的领军人物。领军人物。辛顿很早就在神经网络研究领域颇有建树，辛顿很早就在神经网络研究领域颇有建树，辛顿很早就在神经网络研究领域颇有建树，辛顿很早就在神经网络研究领域颇有建树，20062006年发表两篇文章开辟了深度神经网络新领域年发表两篇文章开辟了深度神经网络新领域年发表两篇文章开辟了深度神经网络新领域年发表两篇文章开辟了深度神经网络新领域 指出可以用多层神经元构成的神经网络实现机器学习指出可以用多层神经元构成的神经网络实现机器学习指出可以用多层神经元构成的

27、神经网络实现机器学习指出可以用多层神经元构成的神经网络实现机器学习21Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论图图9-6人工神经网络示意人工神经网络示意图图22Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论连接主义流派连接主义流派1943年，麦卡洛克和皮茨在年，麦卡洛克和皮茨在数学生物物理期刊数学生物物理期刊上发表了上发表了神经活动神经活动中思想内在性的逻辑演算中思想内在

28、性的逻辑演算的模拟神经网络的原创文章，是神经网络的的模拟神经网络的原创文章，是神经网络的奠基之作。奠基之作。19571957年，康奈尔大学的实验心理学家罗森布拉特在年，康奈尔大学的实验心理学家罗森布拉特在年，康奈尔大学的实验心理学家罗森布拉特在年，康奈尔大学的实验心理学家罗森布拉特在 IBM-704IBM-704计算机上模拟实现计算机上模拟实现计算机上模拟实现计算机上模拟实现了可以完成一些简单视觉处理任务的了可以完成一些简单视觉处理任务的了可以完成一些简单视觉处理任务的了可以完成一些简单视觉处理任务的“感知机的神经网络模型，这是神经网络感知机的神经网络模型，这是神经网络感知机的神经网络模型，这

29、是神经网络感知机的神经网络模型，这是神经网络研究的一大突破。研究的一大突破。研究的一大突破。研究的一大突破。单层神经网络单层神经网络单层神经网络单层神经网络“感知机感知机感知机感知机”被证明不能解决基本逻辑被证明不能解决基本逻辑被证明不能解决基本逻辑被证明不能解决基本逻辑 XORXOR（异或）问题，说明神经网络的（异或）问题，说明神经网络的（异或）问题，说明神经网络的（异或）问题，说明神经网络的计算能力是有限的。计算能力是有限的。计算能力是有限的。计算能力是有限的。导致连接主义流派一度陷入低谷。导致连接主义流派一度陷入低谷。导致连接主义流派一度陷入低谷。导致连接主义流派一度陷入低谷。19741

30、974年，哈佛大学的保罗年，哈佛大学的保罗年，哈佛大学的保罗年，哈佛大学的保罗 沃波斯在博士论文中证明了在神经网络多加沃波斯在博士论文中证明了在神经网络多加沃波斯在博士论文中证明了在神经网络多加沃波斯在博士论文中证明了在神经网络多加一层，并且利用一层，并且利用一层，并且利用一层，并且利用“后向传播后向传播后向传播后向传播”学习方法，可以解决学习方法，可以解决学习方法，可以解决学习方法，可以解决 XORXOR问题。问题。问题。问题。19821982年，加州理工学院教授约翰年，加州理工学院教授约翰年，加州理工学院教授约翰年，加州理工学院教授约翰 霍普菲尔德提出了一种新的名为霍普菲尔德提出了一种新的

31、名为霍普菲尔德提出了一种新的名为霍普菲尔德提出了一种新的名为“霍霍霍霍普菲尔德网络普菲尔德网络普菲尔德网络普菲尔德网络”的神经网络，可以解决若干模式识别问题，还能给出一的神经网络，可以解决若干模式识别问题，还能给出一的神经网络，可以解决若干模式识别问题，还能给出一的神经网络，可以解决若干模式识别问题，还能给出一类组合优化问题的近似解。类组合优化问题的近似解。类组合优化问题的近似解。类组合优化问题的近似解。23Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论连接主义流派连接主义流派连接主义

32、流派是目前最为大众熟知的人工智连接主义流派是目前最为大众熟知的人工智能研究领域。能研究领域。深度神经网络距离人类大脑的真正运行机制深度神经网络距离人类大脑的真正运行机制相距很远，还需要结合生命科学、脑科学等相距很远，还需要结合生命科学、脑科学等学科进行漫长而深入的研究。学科进行漫长而深入的研究。24Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论行为主义行为主义流派流派行为主义流派假设：如果复现了外在的行为和行为主义流派假设：如果复现了外在的行为和行动，就可以认为它具有智能。行动，就可以

33、认为它具有智能。认为智能基于感知和行动，不需要知识的表示和推认为智能基于感知和行动，不需要知识的表示和推理，只要将智能行为表现出来就实现了人工智能。理，只要将智能行为表现出来就实现了人工智能。智能制造中应用的机器人、机械手，甚至无人智能制造中应用的机器人、机械手，甚至无人驾驶的飞机和汽车自动驾驶等，都是行为主义驾驶的飞机和汽车自动驾驶等，都是行为主义流派的研究在人工智能领域的具体应用。流派的研究在人工智能领域的具体应用。波士顿动力公司是行为主义在工业界的主要代表。波士顿动力公司是行为主义在工业界的主要代表。波士顿动力公司是行为主义在工业界的主要代表。波士顿动力公司是行为主义在工业界的主要代表。

34、25Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论图图9-7双足人形机器人双足人形机器人Atlas26Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论行为主义行为主义流派流派行为主义流派的研究难题是：行为主义流派的研究难题是：简单的问题是困难的。简单的问题是困难的。具有具有“智能智能”的可以完美模拟复杂行为的机器体，的可以完美模拟复杂行为的机器体，反而难以复现人类那些无意识的行为

35、和意识。反而难以复现人类那些无意识的行为和意识。同时这些机器体的能耗高、噪声过大。同时这些机器体的能耗高、噪声过大。同时这些机器体的能耗高、噪声过大。同时这些机器体的能耗高、噪声过大。行为主义流派的研究成果的实现并不等同于行为主义流派的研究成果的实现并不等同于人工智能。人工智能。27Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论其他流派其他流派近年来，人工智能领域也出现了一些新流派，近年来，人工智能领域也出现了一些新流派，如：如：进化流派进化流派类推流派类推流派贝叶斯流派贝叶斯流派28

36、Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论主要内容主要内容人工智能概述人工智能概述人工智能的流派人工智能的流派人工智能的研究领域人工智能的研究领域机器学习算法及其在机器学习算法及其在Python中的应用中的应用云计算、大数据与人工智能的关系云计算、大数据与人工智能的关系29Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论人工智能的研究领域人工智能的研究领域人工智能是关于知识的

37、科学，其研究领域也都集中人工智能是关于知识的科学，其研究领域也都集中人工智能是关于知识的科学，其研究领域也都集中人工智能是关于知识的科学，其研究领域也都集中在如何表示、获取和应用知识等方面在如何表示、获取和应用知识等方面在如何表示、获取和应用知识等方面在如何表示、获取和应用知识等方面。主要的研究领域包括概念表示、知识表示、专家系主要的研究领域包括概念表示、知识表示、专家系主要的研究领域包括概念表示、知识表示、专家系主要的研究领域包括概念表示、知识表示、专家系统、知识图谱、搜索技术、机器学习、人工神经网统、知识图谱、搜索技术、机器学习、人工神经网统、知识图谱、搜索技术、机器学习、人工神经网统、知

38、识图谱、搜索技术、机器学习、人工神经网络与深度学习、规划、语音处理、自然语言处理、络与深度学习、规划、语音处理、自然语言处理、络与深度学习、规划、语音处理、自然语言处理、络与深度学习、规划、语音处理、自然语言处理、智能机器人、群智能与多智能体等众多领域。智能机器人、群智能与多智能体等众多领域。智能机器人、群智能与多智能体等众多领域。智能机器人、群智能与多智能体等众多领域。30Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论概念表示概念表示概念表示是人工智能中基础的、偏理论层面概念表示是人

39、工智能中基础的、偏理论层面的研究领域。的研究领域。人工智能研究领域，知识是最主要的研究部分。人工智能研究领域，知识是最主要的研究部分。概念是组成知识的基本元素，概念是组成知识的基本元素，概念的经典定义，通过一个命题和命题集合，概念的经典定义，通过一个命题和命题集合，给出概念的精确定义。给出概念的精确定义。一个经典概念，由概念的名称、概念的内涵、概一个经典概念，由概念的名称、概念的内涵、概念的外延三部分构成。念的外延三部分构成。31Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论概念表示概

40、念表示经典概念可以使用数理逻辑中的命题逻辑和经典概念可以使用数理逻辑中的命题逻辑和集合论进行符号化描述和运算。集合论进行符号化描述和运算。机器定理证明主要是针对一阶命题逻辑使用程序机器定理证明主要是针对一阶命题逻辑使用程序进行符号化并进行证明的具体研究应用。进行符号化并进行证明的具体研究应用。集合可以将概念符号化，并结合集合运算实现经集合可以将概念符号化，并结合集合运算实现经集合可以将概念符号化，并结合集合运算实现经集合可以将概念符号化，并结合集合运算实现经典概念间的运算。典概念间的运算。典概念间的运算。典概念间的运算。32Tianjin University of Science&Techn

41、ology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论知识表示知识表示在有了符号化的概念表示后，使用适当形式表在有了符号化的概念表示后，使用适当形式表示知识并在计算机系统中存储和应用，是知识示知识并在计算机系统中存储和应用，是知识表示主要解决的问题。表示主要解决的问题。知识表示就是将知识形式化或者模型化，是对知识表示就是将知识形式化或者模型化，是对知识的一种描述，是一组约定知识的一种描述，是一组约定：一种计算机可以接受的用于描述知识的数据结构。一种计算机可以接受的用于描述知识的数据结构。一种计算机可以接受的用于描述知识的数据结构。一种计算机可以接受的用于描述知识

42、的数据结构。知识表示的方法：知识表示的方法：一阶谓词逻辑的表示法一阶谓词逻辑的表示法一阶谓词逻辑的表示法一阶谓词逻辑的表示法 产生式表示法产生式表示法产生式表示法产生式表示法 框架表示法框架表示法框架表示法框架表示法33Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论1一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法广泛使用在人工智能的智能问答、定理证明、广泛使用在人工智能的智能问答、定理证明、机器人行为规划、博弈系统、问题求解等实践机器人行为规划、博弈系统、问题求解等实践应用中。应用中。优点优点优

43、点优点 具有自然性、精确性、严密性，具有自然性、精确性、严密性，具有自然性、精确性、严密性，具有自然性、精确性、严密性，容易借助计算机系统实现。容易借助计算机系统实现。容易借助计算机系统实现。容易借助计算机系统实现。局限性局限性 不能表示不确定的知识，不能表示不确定的知识，不能表示不确定的知识，不能表示不确定的知识，无法处理知识和关联规则产生的组合爆炸，无法处理知识和关联规则产生的组合爆炸，无法处理知识和关联规则产生的组合爆炸，无法处理知识和关联规则产生的组合爆炸，执行效率低。执行效率低。执行效率低。执行效率低。34Tianjin University of Science&Technolog

44、y人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论2产生式表示法产生式表示法通常用于表示事物知识、规则知识以及表示它们之间的不确定性通常用于表示事物知识、规则知识以及表示它们之间的不确定性度量。度量。1943年，波斯特提出年，波斯特提出“产生式产生式”概念，指出可以使用符号语言构造概念，指出可以使用符号语言构造产生式计算模型；产生式计算模型；1954年，马尔可夫提出了基于产生式的符号变换控制算法；年，马尔可夫提出了基于产生式的符号变换控制算法；1972年，纽厄尔和西蒙开发了基于规则的产生式系统。年，纽厄尔和西蒙开发了基于规则的产生式系统。通过加入置信度来描述不确定性

45、的事物知识和规则知识。通过加入置信度来描述不确定性的事物知识和规则知识。表示事物的知识：小张有可能是北京人，可使用四元组表示：表示事物的知识：小张有可能是北京人，可使用四元组表示：（zhang,birthplace,Beijing,0.6）表示规则知识：如果高血压可能导致头晕，可表示为：表示规则知识：如果高血压可能导致头晕，可表示为：if高血压高血压then头晕（头晕（0.4）。）。35Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论3框架表示法框架表示法1975年，明斯基在论文年，明斯

46、基在论文表示知识的框架表示知识的框架中提出了框架理论，中提出了框架理论，指出指出“框架是理解视觉、自然语言对话以及其他复杂智能行为的框架是理解视觉、自然语言对话以及其他复杂智能行为的基础基础”。一种表示结构性知识的结构化知识表示方法，一种表示结构性知识的结构化知识表示方法，能结合陈述性知识与过程性知识，能结合陈述性知识与过程性知识，既可以表示知识的内部结构关系以及知识之间的特殊关系，既可以表示知识的内部结构关系以及知识之间的特殊关系，也可以把与某个事物实体或实体集的相关特性都集中在一起。也可以把与某个事物实体或实体集的相关特性都集中在一起。适应性强、概括性高、结构化良好、推理方式灵活，可以表示

47、多适应性强、概括性高、结构化良好、推理方式灵活，可以表示多种类型的知识。种类型的知识。框架表示法具有结构性、自然性、继承性的优点，接近人类的知框架表示法具有结构性、自然性、继承性的优点，接近人类的知识认知规律；但也存在适应能力不强、没有明确的推理机制、不识认知规律；但也存在适应能力不强、没有明确的推理机制、不善于表示过程性知识的缺点。善于表示过程性知识的缺点。常与产生式表示法互补结合使用常与产生式表示法互补结合使用36Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论框架表示法框架表示法举

48、例举例框架名：框架名：框架名：框架名：工作：范围：（教学，科研）工作：范围：（教学，科研）工作：范围：（教学，科研）工作：范围：（教学，科研）默认：教学默认：教学默认：教学默认：教学性别：（男，女）性别：（男，女）性别：（男，女）性别：（男，女）学历：（大学，研究生）学历：（大学，研究生）学历：（大学，研究生）学历：（大学，研究生）类别：（类别：（类别：（类别：（，）框架名：框架名：框架名：框架名：类属：类属：类属：类属：学位：范围：（学士，硕士，博士）学位：范围：（学士，硕士，博士）学位：范围：（学士，硕士，博士）学位：范围：（学士，硕士，博士）默认：博士默认：博士默认：博士默认：博士专业：

49、专业：专业：专业：职称：范围：（助教，讲师，副教授，职称：范围：（助教，讲师，副教授，职称：范围：（助教，讲师，副教授，职称：范围：（助教，讲师，副教授，教授）教授）教授）教授）默认：助教默认：助教默认：助教默认：助教科研：范围：（优，良，中，差）科研：范围：（优，良，中，差）科研：范围：（优，良，中，差）科研：范围：（优，良，中，差）默认：差默认：差默认：差默认：差37Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论专家系统专家系统专家系统：是一种具有智能的计算机系统，专家系统：是一种

50、具有智能的计算机系统，能使用某一问题领域的知识为该领域提供能使用某一问题领域的知识为该领域提供“专家级专家级”的服务，能部分或全部代替领域专的服务，能部分或全部代替领域专家解决该领域的高难度问题。家解决该领域的高难度问题。“专家系统是一种智能的计算机程序，它运专家系统是一种智能的计算机程序，它运用知识和推理来解决只有专家才能解决的复用知识和推理来解决只有专家才能解决的复杂问题。杂问题。”斯坦福大学的费根鲍姆教授斯坦福大学的费根鲍姆教授38Tianjin University of Science&Technology人工智能学院人工智能学院 计算机公共基础系计算机公共基础系信息与智能科学导论专