Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,CISIC,CISIC,CISIC,CISIC,CISIC,CISIC,CISIC,CISIC,CISIC,單擊此處編輯母版文本樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,人,工,智,能,*,1.1,人工智能的定義和發(fā)展,1.2,人類智能和人工智能,1.3,人工智能的各種認(rèn)知觀,1.4,人工智能的研究與應(yīng)用領(lǐng)域,1.5,課程概要,*,1.1.1,人工智能的定義,幾種定義,智能機(jī)器（,intelligent machine,）,能夠在各類環(huán)境中自主地或交互地執(zhí)行各種擬人任務(wù)的機(jī)器（如無人駕駛汽車）,人工智能（學(xué)科）,是計算機(jī)科學(xué)中涉及研究、設(shè)計和應(yīng)用智能機(jī)器的一個分支,1.1 定義和發(fā)展,3,人工智能（能力）,是智能機(jī)器所執(zhí)行的通常與人類智能有關(guān)的智能行為，如判斷、推理、證明、識別、感知、理解、通信、設(shè)計、思考、規(guī)劃、學(xué)問和問題求解等思維活動,4,1.1.2,人工智能的起源與發(fā)展,孕育期（,1956,年前）,數(shù)理邏輯學(xué)科（弗雷治、,維納等,）,計算的新思想（丘奇、,圖靈,等）,形成期（,1956-1970,年）,1956,年，第一次人工智能的研討會,1969,年，第一屆國際人工智能聯(lián)合會議，首次使用人工智能這一術(shù)語，標(biāo)志著人工智能學(xué)科的誕生,1970,年，人工智能國際雜志創(chuàng)刊,1.1 定義和發(fā)展,5,諾伯特維納(Norbert Wiener，1894-1964),美國數(shù)學(xué)家，控制論的創(chuàng)始人，信息論的創(chuàng)始人,之一,阿蘭 麥席森 圖靈（Alan Mathison Turing，19121954）,英國數(shù)學(xué)家，人工智能之父，圖靈機(jī)，圖靈測試,6,7,計算機(jī)能否思維：圖靈測試,在不接觸對方的情況下，通過一種特殊的方式，和對方進(jìn)行對話，在相當(dāng)長一段時間，無法判斷對方是人還是計算機(jī)，則認(rèn)為計算機(jī)能思維。,計算機(jī)界最高獎“圖靈獎”,美國計算機(jī)協(xié)會（ACM，Association for Computer Machinery）于1966年設(shè)立的，每年一次，專門獎勵那些對計算機(jī)科學(xué)研究與推動計算機(jī)技術(shù)發(fā)展有卓越貢獻(xiàn)的杰出科學(xué)家。,2000年，華人獲得者姚期智，理論計算，算法復(fù)雜性?，F(xiàn)任清華大學(xué)理論計算機(jī)科學(xué)研究中心 主任。,8,約翰馮諾依曼（John Von Neuman，19031957），美藉匈牙利人,數(shù)學(xué)家、計算機(jī)學(xué)家，1946年發(fā)明世界上第一臺電子計算機(jī)，電子計算機(jī)之父，博弈論之父，首次提出二進(jìn)制思想與程序內(nèi)存思想,9,博弈論,是指某個個人或是組織，面對一定的環(huán)境條件，在一定的規(guī)則約束下，依靠所掌握的信息，從各自選擇的行為或是策略進(jìn)行選擇并加以實施，并從各自取得相應(yīng)結(jié)果或收益的過程，在經(jīng)濟(jì)學(xué)上博弈論是個非常重要的理論概念。,“囚徒困境”、“智豬博弈”,10,囚徒困境,警方逮捕甲、乙兩名嫌疑犯，但沒有足夠證據(jù)指控二人入罪。于是警方分開囚禁嫌疑犯，分別和二人見面，并向雙方提供以下相同的選擇：,若一人認(rèn)罪并作證檢控對方（相關(guān)術(shù)語稱“背叛”對方），而對方保持沉默，此人將即時獲釋，沉默者將判監(jiān)10年。,若二人都保持沉默（相關(guān)術(shù)語稱互相“合作”），則二人同樣判監(jiān)半年。,若二人都互相檢舉（互相“背叛”），則二人同樣判監(jiān)2年。,11,答案是：雙方都會選擇背叛,若對方沉默、背叛會讓我獲釋，所以會選擇背叛。,若對方背叛指控我，我也要指控對方才能得到較低的刑期，所以也是會選擇背叛。,二人面對的情況一樣，所以二人的理性思考都會得出相同的結(jié)論選擇背叛。背叛是兩種策略之中的支配性策略。因此，這場博弈中唯一可能達(dá)到的納什均衡，就是雙方參與者都背叛對方，結(jié)果二人同樣服刑2年。,12,智豬博弈,豬圈里有兩頭豬，一頭大豬，一頭小豬。豬圈的一邊有個踏板，每踩一下踏板，在遠(yuǎn)離踏板的豬圈的另一邊的投食口就會落下少量的食物。如果有一只豬去踩踏板，另一只豬就有機(jī)會搶先吃到另一邊落下的食物。當(dāng)小豬踩動踏板時，大豬會在小豬跑到食槽之前剛好吃光所有的食物；若是大豬踩動了踏板，則還有機(jī)會在小豬吃完落下的食物之前跑到食槽，爭吃到另一半殘羹。,那么，兩只豬各會采取什么策略？,13,答案是：小豬將選擇“搭便車”策略，也就是舒舒服服地等在食槽邊；而大豬則為一點殘羹不知疲倦地奔忙于踏板和食槽之間。,改變方案一：減量方案。投食僅原來的一半分量。結(jié)果是小豬大豬都不去踩踏板了。,改變方案二：增量方案。投食為原來的一倍分量。結(jié)果是小豬、大豬都會去踩踏板。,改變方案三：減量加移位方案。投食僅原來的一半分量，但同時將投食口移到踏板附近。結(jié)果呢，小豬和大豬都在拼命地?fù)屩忍ぐ濉?14,1.1.2,人工智能的起源與發(fā)展,發(fā)展期（,1970,年,）,進(jìn)一步研究,AI,基本原理方法和技術(shù),進(jìn)行實用化研究,專家系統(tǒng)與知識工程,智能機(jī)器人,智能控制等,近十幾年的熱門研究領(lǐng)域：機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別、計算智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),1.1 定義和發(fā)展,15,1.2,人類智能和人工智能,1.2.1,智能信息處理系統(tǒng)的假設(shè),人是一種智能信息處理系統(tǒng),物理符號系統(tǒng)的六種基本功能,輸入符號、輸出符號、存儲符號、復(fù) 制符號、建立符號結(jié)構(gòu)、條件性遷移,16,物理符號系統(tǒng)的假設(shè),任何一個系統(tǒng)，如果它能夠表現(xiàn)出智能，那么一定是物理符號系統(tǒng)，反之，任何系統(tǒng)如果是物理符號系統(tǒng)，那么它就能表現(xiàn)出智能。,推論一：人是物理符號系統(tǒng),推論二：計算機(jī)能夠表現(xiàn)出智能,推論三：計算機(jī)能夠模擬人的活動,17,1.2.1,智能信息處理系統(tǒng)的假設(shè),人類的認(rèn)知行為具有不同層次,認(rèn)知生理學(xué),研究神經(jīng)系統(tǒng)的活動，是認(rèn)知研究的底層,認(rèn)知心理學(xué),研究思維策略，是認(rèn)知研究的頂層,認(rèn)知信息學(xué),研究生理行為和心里活動的轉(zhuǎn)化，中間層,認(rèn)知工程學(xué),研究認(rèn)知行為的信息加工處理,1.2 人類智能和人工智能,18,1.2.2,人類智能的計算機(jī)模擬,機(jī)器智能可以模擬人類智能,智能計算機(jī),下棋,定理證明,語言翻譯,新型智能計算機(jī),神經(jīng)計算機(jī),量子計算機(jī),1.2 人類智能和人工智能,19,1.2.3,人工智能的研究目標(biāo),近期目標(biāo),建造智能計算機(jī)代替人類的部分智力勞動,遠(yuǎn)期目標(biāo),用自動機(jī)模仿人類的思維過程和智能行為,1.2 人類智能和人工智能,20,1.3,人工智能的各種認(rèn)知觀,符號主義（,Symbolicism,）,基于物理符號系統(tǒng)假設(shè)和有限合理性原理,連接主義（,Connectionism,）,基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其間的連接機(jī)制與學(xué)習(xí)算法,行為主義（,Actionism,）,基于,控制論及感知動作型控制系統(tǒng),21,1.4,人工智能的研究及應(yīng)用領(lǐng)域,人工智能的基本技術(shù),知識表示（,Knowledge Representation,）,狀態(tài)空間法、問題歸約法、謂詞邏輯法,推理搜索（,Searching&Reasoning,）,啟發(fā)式搜索、消解原理、不確定性推理,計算智能（,Computational Intelligence,）,模糊計算、神經(jīng)計算、進(jìn)化計算,構(gòu)成技術(shù)（系統(tǒng)與語言）,產(chǎn)生式系統(tǒng)、,LISP,語言、,Prolog,語言,22,1.4.1,問題求解,問題的表示、分解、搜索、歸約等,進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式符號運算求解,下棋程序,1.4 研究及應(yīng)用,1997年5月，IBM公司,研制的深藍(lán)（Deep Blue）,智能計算機(jī)在6局比賽中,以2勝1負(fù)3平的結(jié)果，戰(zhàn),勝國際象棋大師卡斯帕,羅夫。,23,1.4.2,邏輯推理與定理證明,通過對事實數(shù)據(jù)庫的操作來證明定理,多種證明方法,1976年7月，美國的阿佩爾等人用3臺 大型計算機(jī)，花去1200小時，成功證明世界近代三大難題之一“四色定理”，,幾何定理證明的“吳氏方法”，中科院院士吳文俊發(fā)明,24,1.4.3,自然語言理解,語言,自然語言、人造語言、機(jī)器語言,“理解”的標(biāo)準(zhǔn),語音識別，五、六十年代提出的設(shè)想，現(xiàn)在還未完全解決,1.4.4,自動程序設(shè)計,根據(jù)不同目的描述來編寫的計算機(jī)程序,促進(jìn)人工智能系統(tǒng)的發(fā)展,1.4 研究及應(yīng)用,25,1.4.5,專家系統(tǒng),是一個智能化的計算機(jī)程序系統(tǒng),和傳統(tǒng)的計算機(jī)程序之間有本質(zhì)區(qū)別,1.4.6,機(jī)器學(xué)習(xí)(,hot,),是研究計算機(jī)怎樣模擬或?qū)崿F(xiàn)人類的學(xué)習(xí)行為，以獲取新的知識或技能，重新組織已有的知識結(jié)構(gòu)使之不斷改善自身的性能。它主要使用歸納、綜合而不是演繹。,常用學(xué)習(xí)方法：決策樹學(xué)習(xí)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯學(xué)習(xí)、遺傳算法、支持向量機(jī),1.4 研究及應(yīng)用,26,機(jī)器學(xué)習(xí)十大算法,決策樹（Decision Trees）,K-均值（K-means）,支持向量機(jī)（Support Vector Machines）,Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘算法,EM算法,網(wǎng)頁分級算法（PageRank）,提升（AdaBoost）,K-最近鄰（K-nearest neighbor）,樸素貝葉斯（Naive Bayes）,分類與回歸樹（CART）,27,1.4.7,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(,hot,),神經(jīng)計算機(jī),在其它領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用,1.4 研究及應(yīng)用,28,1.4.8,機(jī)器人學(xué),操作機(jī)器人,智能機(jī)器人,機(jī)器人的廣泛應(yīng)用,促進(jìn)人工智能的發(fā)展,29,工業(yè)機(jī)器人,30,軍事機(jī)器人,31,排爆機(jī)器人,32,娛樂、家用機(jī)器人,33,仿人機(jī)器人,34,35,1.4.9,模式識別(,hot,),是計算機(jī)對環(huán)境識別的需要,是對人類環(huán)境的感知模擬,主要應(yīng)用：生物特征識別，包括指紋識別、虹膜識別、人臉識別、語音識別、數(shù)字（文字）識別、筆跡識別等,1.4 研究及應(yīng)用,36,指紋識別,37,虹膜識別,38,人臉（檢測）識別,39,車牌識別,40,1.4.10,機(jī)器視覺(,hot,),人類,80,以上的外部信息來自視覺,低層視覺與高層視覺,前沿研究領(lǐng)域,廣泛應(yīng)用,41,1.4.11,智能控制,驅(qū)動智能機(jī)器自主地實現(xiàn)其目標(biāo)的過程,是一個定性和定量的混合控制過程,是當(dāng)今自動控制的最高水平,1.4.12,智能檢索(,hot,),是信息時代來臨的需要,智能檢索系統(tǒng)所面臨的三大問題,1.4 研究及應(yīng)用,42,1.4.13,智能調(diào)度與指揮,尋找最佳調(diào)度和組合,NP,完全類問題的求解,軍事指揮系統(tǒng)等領(lǐng)域,1.4.14,分布式人工智能與,Agent,是傳統(tǒng)人工智能的延伸和擴(kuò)展,研究目標(biāo)是創(chuàng)建一種能描述自然系統(tǒng)和社會系統(tǒng)的精確概念模型,1.4 研究及應(yīng)用,43,1.4.15,計算智能與進(jìn)化計算(,hot,),計算智能,包括神經(jīng)計算、模糊計算、進(jìn)化計算等,進(jìn)化計算的理論基礎(chǔ)是生物進(jìn)化論,1.4.16,數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)(,hot,),知識獲取,數(shù)據(jù)庫知識挖掘,1.4 研究及應(yīng)用,44,1.4.17,人工生命,人工生命概念的提出,理論基礎(chǔ)與研究方法,研究內(nèi)容,1.4.18,系統(tǒng)與語言工具,計算機(jī)系統(tǒng)的一些概念得到發(fā)展,新的編程語言與專用開發(fā)工具,1.4 研究及應(yīng)用,45,國內(nèi)主要研究機(jī)構(gòu),中科院自動化所模式識別國家重點實驗室,清華大學(xué)智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室,北京大學(xué)視覺與聽覺信息處理國家重點實驗室,南京大學(xué)計算機(jī)軟件新技術(shù)國家重點實驗室,46,演講完畢，謝謝觀看！,內(nèi)容總結(jié),人 工 智 能。能夠在各類環(huán)境中自主地或交互地執(zhí)行各種擬人任務(wù)的機(jī)器（如無人駕駛汽車）?！扒敉嚼Ь场薄ⅰ爸秦i博弈”。若二人都保持沉默（相關(guān)術(shù)語稱互相“合作”），則二人同樣判監(jiān)半年。若二人都互相檢舉（互相“背叛”），則二人同樣判監(jiān)2年。若對方沉默、背叛會讓我獲釋，所以會選擇背叛。背叛是兩種策略之中的支配性策略。如果有一只豬去踩踏板，另一只豬就有機(jī)會搶先吃到另一邊落下的食物。當(dāng)小豬踩動踏板時，大豬會在小豬跑到食槽之前剛好吃光所有的食物。若是大豬踩動了踏板，則還有機(jī)會在小豬吃完落下的食物之前跑到食槽，爭吃到另一半殘羹。改變方案二：增量方案。改變方案三：減量加移位方案。投食僅原來的一半分量，但同時將投食口移到踏板附近。研究思維策略，是認(rèn)知研究的頂層。機(jī)器智能可以模擬人類智能。