AI1绪论

• 1.1.1什么是人工智能 • 定义1 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(anthropomorphic tasks)的机器。 • 定义2 人工智能(学科) • 人工智能(学科)是计算机科学中涉 及研究、设计和应用智能机器的一个分 支。它的近期主要目标在于研究用机器 来模仿和执行人脑的某些智力功能，并 开发相关理论和技术。
1.1 人工智能的界定
• 1.1.1什么是人工智能 • Nilsson认为“人工智能是关于知识的科学， 即怎样表示知识，怎么获取知识和怎样使 用知识的科学”；Buchanan 和Shortliffe认 为“人工智能是计算机科学的分支，它用 符号、非算法的方法进行问题求解”。这 些定义反映了人工智能学科的基本思想和 基本范畴。
人工智能
邱洪泽
第一章 绪 论
• 人工智能(Artificial Intelligence, AI) 是一门 正在发展中的综合性的前沿学科，是计算 机科学与技术学科领域的一个重要的研究 方向，主要研究如何使用机器（计算机） 来模拟和实现人类的智能行为，是在计算 机、控制论、信息论、数学、心理学、哲 学、语言学等多种学科相互综合、相互渗 透的基础上发展起来的一门新兴边缘学科。
• 定义3 人工智能(能力) • 人工智能 ( 能力 ) 是智能机器所执行 的通常与人类智能有关的智能行为，如 判断、推理、证明、识别、感知、理解、 通信、设计、思考、规划、学习和问题 求解等思维活动。 • 为了让读者对人工智能的定义进行 讨论，以便更深刻地理解人工智能，下 面综述其它几种关于人工智能的定义。 • 定义 4 人工智能是一种使计算机能够思 维，使机器具有智力的激动人心的新尝 试（Haugeland,1985）。
1.4 人工智能的发展简史和趋势
• 1.4.1人工智能的发展简史 • 孕育期 • 人工智能的孕育期大致可以认为是在 1956 年 以前的时期。这一时期的主要成就是数理逻辑、 自动机理论、控制论、信息论、神经计算、电子 计算机等学科的建立和发展，为人工智能的诞生， 准备了理论和物质的基础。这一时期的主要贡献 包括以下几部分。 • . Aristotle的《工具书》，为形式逻辑奠定 了基础。 •
1.2 人工智能的学科范畴
Philosophy & Cog. Sc.
Parent disciplines of AI
Maths. Psychology
Computer Science
Artificial Subjects covered Intelligence under AI Reasoning , Learning, Planning, Perception, Knowledge acquisition, Intelligence Search, Uncertainty management, others
1.1.3人工智能中的通用问题求解 方法
• • • • • • • 状态空间方法 状态（State） ，算符，状态空间 下面是一些著名的搜索算法： 生成与测试 爬山算法 启发式搜索 方法与目的分析
1.2 人工智能的学科范畴
• 1.2.1 人工智能的研究范畴 • 机器学习（Machine Learning） • 知识表示和推理（Knowledge Representation and Reasoning） • 知识获取（Knowledge Acquisition） • 智能搜索（Intelligent Search） • 逻辑程序设计（Logic Programming）
1.1 人工智能的界定
• 1.1.1什么是人工智能 • John McCarthy 给出“Artificial Intelligence”这一 术语已经有40多年了，到目前一直没有一个简明 的和形式的定义。随着人工智能研究和应用的不 断深入，人们对人工智能的理解和认识有了深刻 的变化，对人工智能的定义也出现了许多不同的 说法，如Rich和 Knight认为“人工智能是研究如 何让计算机做现阶段只有人才能做得好的事情”
• Good at: – Number crunching – Storing information – Airline scheduling – Transmitting data – Structured data bases – Graphics • Bad at: – Writing poetry – Composing music – Understanding speech – Driving cars – Enjoying peaches – Learning new things
1.2.1人工智能技术的应用
• 智能控制（Intelligent Control）
1.3人工智能的研究方法
主要有两种观点： 符号主义： 又称为逻辑主义、计算机学派，通过研 究逻辑演绎在计算机上的实现方法，实 现人类智能在计算机上的模拟 联结主义： 主张用仿生学的方法进行研究，通过研 究人脑的工作模型，探讨人类智能的本质
Application areas of AI
Language/Image Understanding
Theorem Proving
Game Playing
Robotics & Navigation
1.2 人工智能的学科范畴
从最近 IJCAI国际会议上看包括（1）：
Automated Reasoning Case-based Reasoning Cognitive Modelling Constraint Satisfaction Distributed AI Computer Game Playing Knowledge-based Applications Machine Learning Natural Language Processing Planning and Scheduling Qualitative Reasoning and Diagnosis
1.4 人工智能的发展简史和趋势
• 形成期 人工智能的形成期大约从1956年开始到1970年前后。 这一时期的主要成就包括1956年在美国的 Dartmouth大学召开了为期两个月的学术研讨会， 提出了“人工智能”这一术语，标志着这门学科 的正式诞生；还有包括在定理机器证明、求解问 题、LISP语言和模式识别等关键领域的重大突破。
随着人工智能研究和应用的不断深入人们对人工智能的理解和认识有了深刻的变化对人工智能的定义也出现了许多不同的说法如rich和knight认为人工智能是研究如何让计算机做现阶段只有人才能做得好的事情11人工智能的界定?111什么是人工智能?nilsson认为人工智能是关于知识的科学即怎样表示知识怎么获取知识和怎样使用知识的科学
1.4 人工智能的发展简史和趋势
• • • • 1.4.1人工智能的发展简史 孕育期 . . 1945年，John Von Neumann提出的存储程序概 念，1946年研制成功的第一台电子计算机ENIAC， 为人工智能的诞生奠定了物质基础。 • . 1948 年 Shannon 发表了《通讯的数学理论》标 志一门新学科 — 信息论的诞生。他认为人的心理 活动可以用信息的形式来进行研究，并提出了描 述心理活动的数学模型。
• 定义 6 人工智能是用计算模型研究智力 行为（Charniak和McDermott,1985）。 • 定义 7 人工智能是研究那些使理解、推 理 和 行 为 成 为 可 能 的 计 算 （Winston,1992）。 • 定义 8 人工智能是一种能够执行需要人 的 智 能 的 创 造 性 机 器 的 技 术 （Kurzwell,1990）。 • 定义 9 人工智能研究如何使计算机做事 让人过得更好（Rick和Knight,1991）。
1.4 人工智能的发展简史和趋势
• 形成期 1958年MaCarthy研制出的表处理语言LISP， 不仅可以处理数据，而且可以方便地处理 符号，成为人工智能程序设计语言的重要 里程碑。目前LISP语言仍然是人工智能系 统重要的程序设计语言和开发工具。
1.4 人工智能的发展简史和趋势
• 形成期 1956年A.Newell和H.A.Simon的“逻辑理论家”程序， 该程序模拟了人们用数理逻辑证明定理时的思维 规律。该程序证明了Whitehead和Russell的《数 学原理》一书中第二章中的38条定理，后来经过 改进，又于1963年证明了该章中的全部52条定理。 这一工作受到了人们高度的评价，被认为是计算 机模拟人的高级思维活动的有一个重大成果，是 人工智能的真正开端
1.4 人工智能的发展简史和趋势
• 1.4.1人工智能的发展简史 • 孕育期 • . Boole创立了一种新的逻辑代数系统，用符号语 言描述了思维活动中推理的基本法则， • 被后世称为“布尔代数”。 • . 1936年Turing创立了理想计算机模型的自动机 理论，提出了以离散量的递归函数作为智能描述 的数学基础，给出了基于行为主义的测试机器是 否具有智能的标准，即图灵测试。 • .
1.1.2 人工智能的研究目标
• A. Solman 对人工智能给出了3个目标：对智能行 为有效解释的理论分析；解释人类智能；构造智 能的人工制品。因此，人工智能的一个长期目标 就是发明出可以像人一样或能更好地完成上述行 为的机器；另一个长期的研究目标是探讨智能的 机理，研究这些智能行为是否存在于机器、人类 或其他的动物中。因此，人工智能的长期研究目 标包含了工程和科学的双重目标。
1.2.1人工智能技术的应用
• 专家系统(Expert System) • 图像理解和计算机视觉（Image Understanding and Computer Vision） • 语音和自然语言解释（Speech and Natural Language Understanding） • 调度（Scheduling） • 博弈（Game） • 移动机器人的导航规划（Navigational Planning for Mobile Robots）
Agent（1）
• Agent — 在某个环境中作用的实体 • 智能 Agent —智能作用的系统 • Agent具有:
– – – – 有关环境的知识 感知信息 (观察) 过去经验 要达到的目标
• Agent为了达到目标， 必须根据知识、感知和经 验决定要执行什么样的行为。
Computers are1.2.2人工智能的研究领域
从最近 IJCAI国际会议上看包括（2）：
Robotics and Perception Search Software Agents Temporal Reasoning Uncertainty and Probabilistic Reasoning Neural Networks Genetic Algorithms Fuzzy Logic Philosophy of AI Knowledge Representation Knowledge Acquisition and Expert Systems
1.4 人工智能的发展简史和趋 势
• 1956：一般的说，人工智能这个术语 来源于1956年的一次关于“复杂信息 处理”的Workshop。 • 在这次会议上，J.MaCarthy建议将这 类研究称为人工智能“ Artificial Intelligence ”。
( “computational rationality”是不是更好一 些？)
• 定义10 人工智能是一门通过计算过程力 图 理 解 和 模 仿 智 能 行 为 的 学 科 （Schalkoff,1990）。 • 定义11 人工智能是计算机科学中与智能 行为的自动化有关的一个分支（Luger和 Stubblefield,1993）。 • 其中，定义 4 和定义 5 涉及拟人思维； 定义6和定义7与理性思维有关；定义8和 定义9涉及拟人行为；定义10和定义11与 拟人理性行为有关。
1.4 人工智能的发展简史和趋势
• 形成期 1956年Samuel研制了跳棋程序，该程序具有 学习功能，能够从棋谱中学习，也能在实 践中总结经验，提高棋艺。它在1959年打 败了Samuel本人，又在1962年打败了美国 一个州的跳棋冠军。这是模拟人类学习过 程的一次卓有成效的探索，是人工智能的 一个重大突破。