智能技术及应用

第一节 人工智能
一、什么是人工智能
人工智能(AI)的概念 人工智能(AI)的概念
基于计算机的具有智能和模拟人的智能 行为功能的系统 特点：
• 基于计算机系统 • 具有一定的智能 • 能够全部或部分模拟人的智能行为
研究人工智能的目的
建立一套不包括人类感觉的机理 排除由人掌握的经常性不满意的工作 保存专家的意见 按有效的方式保存信息 通过对短时间由人无法分析的大规模复 杂系统问题提出建议来增强组织的知识 库
相关的研究领域
归纳学习 机器学习 统计分析
知识的表达方式
概念(Concepts) 概念(Concepts) 规则(Rules) 规则(Rules) 规律(Regularities) 规律(Regularities) 模式(Patterns) 模式(Patterns) 约束(Constraints) 约束(Constraints) 可视化(Visualizations) 可视化(Visualizations)
遗传算法应用
遗传算法用于甄别嫌疑犯 遗传算法用于供应链管理 遗传算法用于金融业 遗传算法用于电视广告 遗传算法用于数据挖掘
传统智能技术研究方法
以整体为对象 研究整体所反映的行为 以概率的形式反映个体在整体中的地位
智能自主体（代理）
以每个拥有智能的个体为对象 通过研究个体及个体之间的关系来观察 整体的行为——突现 整体的行为——突现 对每个个体详细描述
第二节 智能商务
智能商务
目的：
• 将组织现有数据转化成为知识而提高组织决 策的科学性和有效性
效益：
• 为组织提供从数据中发现新关系的能力 • 加强组织决策及决策过程的精确性
实现智能商务的步骤
有充分的正确数据可以利用 ——数据抽取(数据仓库) ——数据抽取(数据仓库) 这些数据被转换成为可利用的信息 ——数据分析(多维分析) ——数据分析(多维分析) 这些信息被传递给需要它们的人员 ——关系发现(数据挖掘) ——关系发现(数据挖掘)
二、专家系统
专家系统
通过获取人类专家在特定领域内的意见 建立的集中知识的计算机程序 专家系统一般通过提问和解释帮助决策 者做出决策 特征
• 基于计算机系统 • 以专家的知识和经验为依托 • 通过提问和解释的方式支持决策者的决策
专家系统的局限性
针对特定的问题 有限的应用领域 专家的确认 专家知识的获取 专家知识的保存和使用
IF 收入>$50,000 THEN 期限延长 不动产规则 IF 有不动产 THEN 深入接触
IF 期限延长 THEN 分发小册子
IF 不在数据库中 THEN 添加到前景文件中
Fra Baidu bibliotek
IF 不动产>$100万 THEN 派出财务顾问
IF 财务顾问 THEN 准备销售手续
专家系统的建立
建立专家系统需要
• 专家(提供知识和经验) 专家(提供知识和经验) • 知识工程师(翻译知识) 知识工程师(翻译知识)
数据挖掘的分类
总结规则挖掘 特征规则挖掘 关联规则挖掘 分类规则挖掘 聚类规则挖掘 趋势分析 偏差分析 模式分析
数据挖掘面临的问题
数据质量 数据可视化 数据容量 性能和成本 信息分析员的技能
较活跃的数据挖掘应用
应用领域 市场营销 银行业 生产、销售 制造业 证券业 保险业 计算机系统 国防 医药 交通 电讯 应用方向 顾客购买行为预测；顾客群体划分 客户信誉分析；信用卡欺诈行为侦测 销售额预测；库存量测算；批发网点的分布 设备故障预测；影响生产能力的关键因素发掘 证券价格变化预测；交易时刻的确定 预测顾客保险的模式；医疗保险额的预测分析 硬件故障监测；估计潜在的安全漏洞 预测资源的消耗；评估军事战略 验证药物的治疗机理；预测影响药品购买的因素 找寻乘客的旅行模式；改进航线的设置 评价广告的作用；预测在各公司间转移的顾客
步骤
• 确定特定的问题 • 建立原型验证知识翻译及推理 • 建立完整系统，增加大量知识
专家系统的问题
开发投入与运行投入 知识的有效性 知识的成功表达与使用 只能解决有限问题
基于案例推理的组织智能
将知识按照案例的方式组织在数据库中 通过对数据库中案例的搜索实现知识的 利用 通过不断补充案例实现知识的积累
综合数据 操作 数据 数据提取 当前数据 历史数据 数据仓库 数据仓库 管理工具 管理工具 数据仓库 分析工具 分析工具 数据访问利用
外部 数据
数据仓库成功实施的保证
集中解决实际的业务问题 争取数据仓库的拥护者确保项目的实施 详尽的数据支持 可靠的历史数据 适应于业务的技术
二、在线分析
在线分析的概念
专家系统工作原理
知识库——用于专家系统的人类知识的 知识库——用于专家系统的人类知识的 模型 主要工作方式
• 基于规则 • 知识框架 • 推理机
A->B IF INC>50,000 THEN 查询汽车付款 ELSE 退出 B->C IF 汽车付款<10%收入 THEN 查询抵押借款 ELSE 退出
三、数据挖掘
数据挖掘的概念
所谓数据挖掘(Data Mining)，就是从大型 所谓数据挖掘(Data Mining)，就是从大型 数据库的数据中提取人们感兴趣的知识。 这些知识是隐含的、事先未知的潜在有 用信息。 ——W. ——W. J. Frawley, G. Piatetsky-Sjapiro Piatetsky-
C->D IF 抵押借款<20%收入 THEN 允许贷款 ELSE 退出
D 批准贷款
IF D THEN 询问工龄
D->E
E->F IF 工龄>=4 THEN 额度为10,000 ELSE DO G
F 限制10,000
G->H IF 工龄<4 THEN 检查其它债务
H->F IF 其它债务<5%收入 THEN DO F ELSE DO I
一、数据仓库
数据仓库的概念
数据仓库就是支持管理决策过程的、面 向主题的、集成的、随时间可变的、持 久的数据集合。 ——W. Inmon的定义 ——W. H. Inmon的定义
数据仓库的特征
面向主题 数据时间跨度大 数据量大 内容随时增加
数据仓库的基本功能
数据获取 数据存储和管理 信息访问
数据仓库的基本体系结构
数据集成 数据选择 数据预处理
数据挖掘阶段的步骤
决定如何产生假设
• 用户设定假设——验证知识 用户设定假设——验证知识 • 系统设定假设——发现知识 系统设定假设——发现知识
选择合适的工具 发掘知识的操作 证实发现的知识
结果表达和解释阶段的步骤
对提取出的信息进行分析 将知识提交给用户 用户过滤知识，若不满意重复数据挖掘 的操作
人工智能的研究应用领域
语言学习——自然语言 语言学习——自然语言 完成实际任务——机器人 完成实际任务——机器人 使用感觉器官——感觉系统 使用感觉器官——感觉系统 效仿专家的决策——专家系统 效仿专家的决策——专家系统 执行任务——“ 执行任务——“智能”机器
人工智能的成果
机器人技术 智能设备 识别技术 知识的保存和使用
通过快速、一致、交互地访问各种可能 的信息视图，帮助管理人员掌握数据中 存在的规律，实现对数据的归纳、分析 和处理，帮助组织完成相关决策。
在线分析系统的体系结构
基础数据 企业服务器 分析服务器 客户机
基础 数据库 数据 仓库 细节 数据 基础 数据库 数据 仓库 综合 数据
前端分析软件
在线分析的基础
变量：数据的实际意义 维：观察数据的特定角度 维的层次：如年、月、日等 维的成员：维的取值 多维数组：多个方面表示的数据 数据单元：多维数组的取值
在线分析中的多维数据
单位
地 区
时间
多维分析的基本操作
切片：在多位数组中选定某一维成员 切块：在某一维中选定某一区间 钻取：某一维中观察上下层状况 旋转：改变观察的方向
0
10
20
30
40
温度
遗传算法
利用遗传方法 利用0,1表示方案特征 利用0,1表示方案特征 步骤
• 在初始方案中选取种 子 • 进化重组种子 • 自然淘汰 • 获得最好结果
0.5 0010 0011 0.3 1000 0001 0.6 0100 0100 0.6 1100 1111 0.3 0110 1110 0.2 1000 1010 0100 0100 0.6 0100 1111 0.3 1100 0100 0.7 1100 1111 0.6
知识的使用方式
提供给决策者用以辅助决策 提供给专家用以修正知识 作为新的知识存储于知识库中
数据挖掘的过程
数据准备 结果表达 数据挖掘 和解释
数据源
数据
目标数据
预处理后数据
模式
知识
数据集成
数据选择
预处理
数据挖掘
结果表达 和解释
数据挖掘工作的过程
数据准备阶段 数据挖掘阶段 结果表达和解释阶段
数据准备阶段的工作步骤
• 由神经元组成最小活动单位 • 神经元之间相互作用 • 神经元间并行活动
生物神经元结构
人工神经元
神经网络
收入 债务 年龄 付款记录 好信贷 风险 坏信贷 风险
输入层
隐藏层
输出层
神经网络与专家系统区别
神经网络不将人类智能模型化 神经网络不需要对方案编程 神经网络不直接面对特定问题 神经网络强调学习能力 神经网络经常无法解释得到结果的途径 神经网络比较敏感，训练数据少或过多 都会影响训练效果
神经网络几个应用
销售神经网络：确定销售模式 神经网络用于国防：雷达模式识别 神经网络用于电力系统：预测
模糊逻辑
一种允许使用不精确的隶属函数来解决问题的 基于规则的人工智能方法 将所有判断都看作是不精确的(模糊的) 将所有判断都看作是不精确的(模糊的)
1 0.5 0 隶属度
寒冷
冷
温暖 热
酷热
-20 -10
基于案例的推理过程
用户 描述 问题 系统搜索 数据库 查询类似 案例 系统对用 户提问 缩小搜索 范围 系统发现 最接近案 例并提取 方案 系统修改 方案适应 问题 否 成功 是
案例 数据库
将问题及 成功方案 存储在 数据库
三、其它智能技术
神经网络
模仿生物大脑活动的硬件或软件 生物大脑活动的特点
智能技术及应用
Intelligence Technology Introduction and Application
智能技术及应用
第一节 人工智能技术 第二节 智能商务
智能技术及应用
定义人工智能 解释为什么专家系统可以保存和使用知 识 组织如何利用智能技术改进知识的获取 和使用 智能商务如何帮助组织获得竞争优势
I 限制3,000
知识框架
汽车框架 属于 交通工具 轮子 4 发动机 汽油/柴油 动作 滚动,移动 坦克框架 属于 交通工具 履带 2 发动机 柴油/涡轮 动作 滚动,移动 属于 发动机框架 机器 燃料 汽油/柴油,电力 动力 BTU,马力 用途 交通工具,固定动力
前向推理机
收入规则 IF 收入>$100,000 THEN 生活提高 IF 收入提高 THEN 派出销售代表 IF 销售代表or期限延长 or财务顾问 THEN 搜索数据库