人工智能之智能科学高级人工智能史忠植.pptx
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1、中国科学院研究生院科学发展的大趋势科学发展的大趋势人工智能的困惑人工智能的困惑知识科学知识科学脑科学脑科学心理学的研究心理学的研究认知科学认知科学 智能科学智能科学基本科学问题基本科学问题展望展望 内容提要 科学发展的大趋势学科结构重心学科结构重心:从物理科学转到生命科学从物理科学转到生命科学 跨学科综合研究滋生新科学跨学科综合研究滋生新科学 社会的迫切需要社会的迫切需要科学发展大趋势20世纪末世纪末,生物信息学生物信息学生生物物信信息息学学是是采采用用信信息息科科学学、计计算算机机科科学学、生生物物数数学学、比比较较生生物物学学等等学学科科的的观观点点和和方方法法对对生生命命的的现现象象及及
2、其其组组成成分分子子(核核酸酸、蛋蛋白白等等)进进行行研研究究,主主要要是是研研究究生生命命中中物物质质的的组组成成、进进化化、结结构构与与功功能能的的规规律律、以以及及这这些些物物质质在在生生命命体体中中能能量量和和信信息息的的交交换换或或传传递递。该该学学科科以以计计算算机机和和生生物物电电子子设设备备为为工工具具,对对生生物物信信息息进进行行提提取取、储储存存、加加工工和和分分析析,用用信信息息理理论论技技术术及及生生物物数数学学的的方方法法去去理理解解和和阐阐述述生生物物大大分分子子的的存存在在和和生生命命价价值值,最最终终对对它它们们进进行行各各种种处处理理与与应用。应用。对信息技术
3、发展态势的看法信息技术仍处在蓬勃发展期,20 年内仍然是第一技术。在信息理论方面特别是借鉴脑科学成果的智能技术还处于起步阶段。以编程方式工作的数字电子计算机技术已相当成熟,今后20年主要是应用与集成方面的创新。计算机技术的创新主要体现在系统级,系统级的创新包括大量的原始性创新。技术浪潮天文学(天问)推动农业、航海业物理化学(物问)推动能源、材料、信息技术生物学(命问)推动基因农业和基因药物脑科学(脑问)推动下一轮智能技术浪潮技术创新浪潮的经济长波规律技术创新浪潮的经济长波规律(康德拉捷夫)(康德拉捷夫)第一次浪潮第二次浪潮第三次浪潮第四次浪潮第五次浪潮178518451900195019901
4、9992020创创新新步步伐伐水力水力纺织纺织铁铁蒸汽蒸汽铁路铁路钢钢电电化学品化学品内燃机内燃机石油化学石油化学电子电子航空航空数字网络数字网络软件软件新媒体新媒体60年年55年年50年年40年年30年年机械化机械化铁路化铁路化电气化电气化电子化电子化数字化数字化对对2121世纪技术创新浪潮长波的猜想世纪技术创新浪潮长波的猜想第一次浪潮第二次浪潮第三次浪潮第四次浪潮19902020205020802100创创新新步步伐伐数字网络数字网络软件软件新媒体新媒体生物基因生物基因(蛋白质)(蛋白质)纳米材料纳米材料脑科学脑科学智能技术智能技术?智能科学智能科学21世纪世纪,智能科学智能科学智能科学是
5、一智能科学是一门交叉学科,主要由交叉学科,主要由脑科学科学认知科学知科学人工智能人工智能等学科共同研究智能行等学科共同研究智能行为的基本理的基本理论和和实现技技术。人工智能的困惑人工智能的困惑人人工工智智能能(artificialintelligence,或或简简称称AI),有有时时也也称称作作机机器器智智能能。1956年年JohnMcCarthy在在他他的的ProposalfortheDartmouthSummerResearchProjectOnArtificialIntelligence中中首首先先引引入入了了这这个个术术语语,他他将将人人工工智智能能定定义义为为:“使使一一部部机机器器
6、的的反反应应方方式式就就像像是是一一个个人人在在行行动动时时所所依依据据的的智智能能”。到到目目前前为为止止,该该领领域域中中在在基基于于预预先先定定义义好好的的系系列列规规则则之之上上的的计计算算机机模模拟拟智智能能的的方方面面,人人们们已已经经作作了了大大量量的工作。的工作。智能机器5thcB.C.Aristotelianlogicinvented1642 Pascalbuiltanaddingmachine1694 Leibnitzreckoningmachine智能机器18341834 CharlesBabbagesCharlesBabbagesAnalyticalEngineAnal
7、yticalEngineAda writes of the engine,“TheAnalyticalEnginehasnopretensionswhatevertooriginateanything.Itcandowhateverweknowhowtoorderittoperform.”TheThepicturepictureisisofofa amodelmodelbuiltbuiltininthethelatelate1800s1800sbybyBabbagesBabbagessonsonfromfromBabbagesdrawings.Babbagesdrawings.20世纪初的数学
8、基础1900Hilbertsprogramandtheefforttoformalizemathematics1931KurtGdelspaper,On Formally Undecidable Propositions 1936 Alan Turings paper,On Computable Numbers with an application to the Entscheidungs problem布尔逻辑1848GeorgeBooleThe Calculus of LogicchocolateandnutsandmintchocolatenutsmintENIAC出现19451945
9、 ENIACENIAC The The first first electronic electronic digital computer digital computer 人工智能的发展人工智能的发展1950:AlanTuring的文章“ComputingMachineryandIntelligence.”提出图灵测试 Mind,Vol.59,No.236,pp.433-4601955:Newell,Shaw和Simon开发了IPL-11lInformationProcessingLanguagel第一个AI语言,能够处理概念1956:CIA资助GAT项目(GeorgetownAutoma
10、ticTranslation)1956:Newell,Shaw和Simon的“TheLogicTheorist”l用IPL开发,证明命题逻辑的命题人工智能的发展人工智能的发展1958:Newell和Simon的四个预测l十年内,计算机将成为世界象棋冠军l十年内,计算机将发现或证明有意义的数学定理l十年内,计算机将能谱写优美的乐曲l十年内,计算机将能实现大多数的心理学理论1959:Frank Rosenblatt提 出 感 知 器 模 型(Perception Model)1959:MITAILab正式成立(Minsky和McCarthy)人工智能的发展人工智能的发展知识工程时期知识工程时期19
11、81:日本政府宣布日本五代机(first-generationcomputer)计划(即智能计算机)1982:JohnHopfield掀起神经网络的研究1983:MCC(MicroelectronicsandComputerTechnologyCorporation)成立(BobbyInman任主任)1984:DougLenat在BobbyRayInman的劝说下在MCC开始Cyc的研究1986:ThinkingMachinesInc研制联结机器(ConnectionMachine)1987:LISP机器市场开始暗淡1988:386芯片使得PC机速度可以与LISP机器媲美人工智能的发展人工智能
12、的发展分布智能和机器学习1992:日本政府宣布五代机计划失败。随后启动RWC计划(RealWorldComputingProject)1993:Shoham提出AOP,Agent-OrientedProgramming1995:Vapnik提出SVM1996:中科院计算所多主体系统MAPE1996:DARPA启动HPKB计划l军事上的“GrandChallenge”问题分析和求解1997:IBM深蓝II(DeepBlue)击败GarryKasparov2000:中科院计算所多主体环境MAGE,知识发现系统MSMiner人工智能的困惑人工智能的困惑人工智能困难:人工智能困难:知识的复杂性知识的复
13、杂性表达不完整知识表达不完整知识推理的时空爆炸性推理的时空爆炸性没有可靠的理论没有可靠的理论人工智能的人工智能的五个基本问题五个基本问题1.1.知识与概念化是否是人工智能的核心?知识与概念化是否是人工智能的核心?2.2.认知能力能否与载体分开来研究?认知能力能否与载体分开来研究?3.3.认知的轨迹是否可用类自然语言来描述?认知的轨迹是否可用类自然语言来描述?4.4.学习能力能否与认知分开来研究?学习能力能否与认知分开来研究?5.5.所有的认知是否有一种统一的结构?所有的认知是否有一种统一的结构?知识科学知识科学知识科学是研究以知识为对象的基本问题,包括知识科学是研究以知识为对象的基本问题,包括
14、知识科学是研究以知识为对象的基本问题,包括知识科学是研究以知识为对象的基本问题,包括:知识的数学理论知识的数学理论知识的数学理论知识的数学理论逻辑基础逻辑基础逻辑基础逻辑基础知识模型知识模型知识模型知识模型知识挖掘知识挖掘知识挖掘知识挖掘知识共享等知识共享等知识共享等知识共享等脑科学脑科学 脑科科学学从从分分子子水水平平、细胞胞水水平平、行行为水水平平研研究究脑结结构构,建建立立脑模模型型,揭揭示示自自然然智智能能机机理理和和脑本本质。硬件系统硬件系统心理学心理学心理学是研究心理现象的科学。普通心理学研究心理现象的一般规律。专门研究心理活动的不同过程和心理特征的不同方面的有感觉知觉心理学、记忆
15、心理学、思维心理学、言语心理学、个性心理学、发展心理学、创造心理学。研究不同主体的心理现象有儿童心理学、动物心理学、生理心理学、神经心理学、病理心理学等。研究社会不同领域内心理活动的规律,以提高有关方面的工作效率为主要任务的有社会心理学、政治心理学、教育心理学、军事心理学、管理心理学、商业心理学、医学心理学、艺术心理学、运动心理学等。心理学心理学最近几十年来,对复杂行为的理论主要有三个派别:最近几十年来,对复杂行为的理论主要有三个派别:新行为主义新行为主义格式塔心理学派格式塔心理学派信息加工学派信息加工学派心理学心理学新新行行为为主主义义强强调调客客观观的的实实验验方方法法,要要求求对对实实验
16、验严严格格加加以以控控制制,它它的的方方法法是是操操作作主主义义的的,也也就就是是说说其其结结果果能能被被别别人人重重复复。行行为为主主义义把把复复杂杂的的心心理理现现象象化化为为各各个个简简单单部部分分,并并研研究究比比较较简简单单的的初初级级的的现现象,也就是所谓的还原主义。象,也就是所谓的还原主义。心理学心理学格格式式塔塔(Gastalt)心心理理学学是是20世世纪纪初初叶叶德德国国一一群群实实验验心心理理学学家家开开始始的的运运动动,开开创创先先锋锋是是韦韦特特海海姆姆(MaxWertheimer)、考考夫夫卡卡(KurtKoffka)和和柯柯勒勒(WolfgangKohler)。他他
17、们们强强调调研研究究复复杂杂的的心心理理现现象象,而而这这些些现现象象有有时时是是很很难难用用客客观观的的术术语语和和客客观观的的方方法法加加以以描描述述的的。格格式式塔塔心心理理学学认认为为经经验验或或行行为为的的本本身身是是不不可可分分解解的的,每每一一经经验验或或行行为为活活动动,都都自自成成为为一一个个特特殊殊的的形形态态,且且有有其其一一定定的的特特征征或或属属性性。一一个个经经验验或或行行为为一一旦旦被被分分解解成成若若干干部部分分,则则该该经经验验或或行行为为原原有有形形态态和和属属性性就就消消失失了了。换换言言之之,全全体体形形态态和和属属性性并并不不等等于于各各部部分分之之和
18、和。他他们们认认为为在在问问题题解解决决的的复复杂杂过过程程中中,不不只只靠靠简简单单的的尝尝试试错错误误,而而且且还还要要通通过过顿顿悟悟。在在研研究究方方法法上上,格格式式塔塔心心理理学学主张内省法和客观法并用。主张主要研究知觉、思维和解决问题。主张内省法和客观法并用。主张主要研究知觉、思维和解决问题。心理学心理学认认知知心心理理学学是是用用信信息息加加工工过过程程来来解解释释人人的的复复杂杂行行为为,它它吸吸收收了了行行为为主主义义和和格格式式塔塔心心理理学学的的有有益益成成果果。认认知知心心理理学学也也认认为为复复杂杂的的现现象象总总要要分分解解成成最最基基本本的的部部分分才才能能进进
19、行行研研究究。当当给给被被试试刺刺激激时时,他他要要依依靠靠头头脑脑中中的的经经验验才才能能决决定定做做出出什什么么反反应应。所所谓谓经经验验,包包括括机机体体的的状状态态和和记记忆忆存存储储的的内内容容。因因此此,刺刺激激和和被被试试当当前前的的心心理理状状态态这这二二者者共共同同决决定定着着被被试试作作出出什什么么反反应应。下下面面我我们们将将要要详详细细介介绍绍认认知知心心理理学学产生的背景,为认知科学的形成奠定了基础。产生的背景,为认知科学的形成奠定了基础。认知科学认知科学认认知知科科学学是是探探索索人人类类的的智智力力如如何何由由物物质质产产生生和和人人脑脑信信息息处处理理的的过过程
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