教学课件 《人工智能基础》蔡自兴
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• 启发式搜索、消解原理、不确定性推理…
– 计算智能（Computational Intelligence）
• 模糊计算、神经计算、进化计算…
– 构成技术（系统与语言）
• 产生式系统、LISP语言、Prolog语言…
22
1.6 人工智能的研究和应用领域
1 问题求解与博弈
• 问题的表示、分解、搜索、归约等 • 进行复杂的数学公式符号运算求解
8
连接主义（Connectionism）
• 又称：仿生学派或生理学派 • 原理：神经网络及神经网络间的连接机制
与学习算法 • 起源：源于仿生学，特别是人脑模型的研
究 • 学派代表：卡洛克、皮茨、Hopfield、鲁梅
尔哈特等
9
行为主义（Actionism）
• 又称：进化主义或控制论学派 • 原理：控制论及感知—动作型控制系统 • 起源：源于控制论 • 学派代表作：布鲁克斯(Brooks)的六足行走
近期研究目标的远期研究目标
– 近期研究目标是建造智能计算机应以代替人类的某 些智力活动。
– 远期目标是用自动机模仿人类的思维活动和智力功 能。
19
1.4.2 人工智能研究的基本内容
• 认知建模 • 知识表示 • 知识推理 • 知识应用 • 机器感知 • 机器思维 • 机器学习 • 机器行为 • 智能系统构建
15
1.3.2 智能信息处理系统的假设
• 人是一种智能信息处理系统 • 物理符号系统的六种基本功能 • 物理符号系统的假设
– 推论一 – 推论二 – 推论三
16
1.3.3 智能信息处理系统的假设
• 人类的认知行为具有不同层次 – 认知生理学 – 认知心理学 – 认知信息学 – 认知工程学
17
1.3.3 人类智能的计算机模拟
5
1.1.2 人工智能的起源与发展
• 集成发展时期（1986年至今）
– 进一步研究AI基本原理方法和技术 – 深入渗透到其他学科和科学技术领域 – 三大学派综合集成，优势互补，共同发展
6
1.2 人工智能的各种认知观
1.2.1 人工智能的主要学派
• 符号主义（Symbolicism）
基于物理符号系统假设和有限合理性原理
3
1.1.2 人工智能的起源与发展
• 孕育时期（1956年前）
– 数理逻辑学科（弗雷治、维纳等 ） – 计算的新思想（丘奇、图灵等） – 拟脑机器（麦卡洛克、皮茨）
• 形成时期（1956 － 1970年）
– 1956年，第一次人工智能的研讨会 – 1969年，第一届国际人工智能联合会议 – 1970年，《人工智能》国际杂志创刊
20
1.5 人工智能研究的主要方法
• 功能模拟法 • 结构模拟法 • 行为模拟法 • 集成模拟法
21
1.6 人工智能的研究和应用领 域
• 人工智能的基本技术
– 知识表示（Knowledge Representation）
• 状态空间法、问题归约法、谓词逻辑法…
– 推理搜索（Searching & Reasoning）
4
1.1.2 人工智能的起源与发展
• 暗淡时期（1966 － 1974年）
– 一些人工智能研究者盲目乐观 – 科学技术的发展对人工智能提出新的要求甚
至挑战
• 知识应用时期（1970－1988年）
– 专家系统与知识工程迅速发展 – 人工智能系统是一个知识处理系统
• 知识表示 • 知识利用 • 知识获取
• 连接主义（Connectionism）
基于神经网络及其间的连接机制与学习算法
• 行为主义（Actionism）
基于控制论及感知—动作型控制系统
7
符号主义（Symbolicism）
• 又称：逻辑主义、心理学派或计算机学派 • 原理：物理符号系统(即符号操作系统)假设
和有限合理性原理 • 起源：源于数理逻辑 • 学派代表：纽厄尔、西蒙和尼尔逊等
机器人，一个基于感知—动作模式的模拟昆 虫行为的控制系统
10
1.2.2 人工智能的争论
对人工智能理论的争论
• 符号主义
– 认为人的认知基元是符号，认知过程即符号 操作过程；
– 认为人是一个物理符号系统，计算机也是一 个物理符号系统，因此，能用计算机来模拟 人的智能行为；
– 认为知识是信息的一种形式，是构成智能的 基础。人工智能的核心问题是知识表示、知 识推理和知识运用。
• 机器智能可以模拟人类智能 • 智能计算机
– 下棋 – 定理证明 – 语言翻译
• 新型智能计算机
– 神经计算机 – 量子计算机
18
1.4 人工智能的研究目标和内 容
1.4.1 人工智能的研究目标
• 一般研究目标
– 更好地理解人类智能 通过编写程序来模仿和检验有 关人类智能的理论。
– 创造有用的灵巧程序，该程序能够执行一般需要人 类专家才能实现的任务。
13
1.2.2 人工智能的争论
对人工智能方法的争论
• 符号主义
– 功能模拟
• 连接主义
– 结构模拟
• 行为主义
– 行为模拟
14
1.3 人类智能和人工智能
1.3.1 研究认知过程的任务
• 心理活动的最高层级是思维策略，中间 一层是初级信息处理，最底层级是生理 过程。
• 研究认知过程的主要任务是探求高层次 思维决策与初级信息处理的关系，并用 计算机程序来模拟人的思维策略水平， 而用计算机语言模拟人的 初级信息处理 过程。
人工智能基础
第一章 绪论
1.1 人工智能的定义和发展 1.2 人类智能和人工智能 1.3 人工智能的学派及其争论 1.4 人工智能的研究与应用领域 1.5 人工智能对人类的影响 1.6 对人工智能的展望
1.1.1 人工智能的定义
• 几种定义 • 智能（intelligence） • 智能机器（intelligent machine） • 人能理论的争论
• 连接主义
– 认为思维基元是神经元，而不是符号处理过程； – 认为人脑不同于电脑，并提出连结主义的大脑
工作模式，用于取代符号操作的电脑工作模式。
12
对人工智能理论的争论
• 行为主义
– 认为智能取决于感知和行动(所以被称为行为主 义)，提出智能行为的“感知—动作”模式；
– 认为智能不需要知识、不需要表示、不需要推 理；人工智能可以象人类智能一样逐步进化(所 以称为进化主义)；智能行为只能在现实世界中 与周围环境交互作用而表现出来。
– 计算智能（Computational Intelligence）
• 模糊计算、神经计算、进化计算…
– 构成技术（系统与语言）
• 产生式系统、LISP语言、Prolog语言…
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1.6 人工智能的研究和应用领域
1 问题求解与博弈
• 问题的表示、分解、搜索、归约等 • 进行复杂的数学公式符号运算求解
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连接主义（Connectionism）
• 又称：仿生学派或生理学派 • 原理：神经网络及神经网络间的连接机制
与学习算法 • 起源：源于仿生学，特别是人脑模型的研
究 • 学派代表：卡洛克、皮茨、Hopfield、鲁梅
尔哈特等
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行为主义（Actionism）
• 又称：进化主义或控制论学派 • 原理：控制论及感知—动作型控制系统 • 起源：源于控制论 • 学派代表作：布鲁克斯(Brooks)的六足行走
近期研究目标的远期研究目标
– 近期研究目标是建造智能计算机应以代替人类的某 些智力活动。
– 远期目标是用自动机模仿人类的思维活动和智力功 能。
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1.4.2 人工智能研究的基本内容
• 认知建模 • 知识表示 • 知识推理 • 知识应用 • 机器感知 • 机器思维 • 机器学习 • 机器行为 • 智能系统构建
15
1.3.2 智能信息处理系统的假设
• 人是一种智能信息处理系统 • 物理符号系统的六种基本功能 • 物理符号系统的假设
– 推论一 – 推论二 – 推论三
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1.3.3 智能信息处理系统的假设
• 人类的认知行为具有不同层次 – 认知生理学 – 认知心理学 – 认知信息学 – 认知工程学
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1.3.3 人类智能的计算机模拟
5
1.1.2 人工智能的起源与发展
• 集成发展时期（1986年至今）
– 进一步研究AI基本原理方法和技术 – 深入渗透到其他学科和科学技术领域 – 三大学派综合集成，优势互补，共同发展
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1.2 人工智能的各种认知观
1.2.1 人工智能的主要学派
• 符号主义（Symbolicism）
基于物理符号系统假设和有限合理性原理
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1.1.2 人工智能的起源与发展
• 孕育时期（1956年前）
– 数理逻辑学科（弗雷治、维纳等 ） – 计算的新思想（丘奇、图灵等） – 拟脑机器（麦卡洛克、皮茨）
• 形成时期（1956 － 1970年）
– 1956年，第一次人工智能的研讨会 – 1969年，第一届国际人工智能联合会议 – 1970年，《人工智能》国际杂志创刊
20
1.5 人工智能研究的主要方法
• 功能模拟法 • 结构模拟法 • 行为模拟法 • 集成模拟法
21
1.6 人工智能的研究和应用领 域
• 人工智能的基本技术
– 知识表示（Knowledge Representation）
• 状态空间法、问题归约法、谓词逻辑法…
– 推理搜索（Searching & Reasoning）
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1.1.2 人工智能的起源与发展
• 暗淡时期（1966 － 1974年）
– 一些人工智能研究者盲目乐观 – 科学技术的发展对人工智能提出新的要求甚
至挑战
• 知识应用时期（1970－1988年）
– 专家系统与知识工程迅速发展 – 人工智能系统是一个知识处理系统
• 知识表示 • 知识利用 • 知识获取
• 连接主义（Connectionism）
基于神经网络及其间的连接机制与学习算法
• 行为主义（Actionism）
基于控制论及感知—动作型控制系统
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符号主义（Symbolicism）
• 又称：逻辑主义、心理学派或计算机学派 • 原理：物理符号系统(即符号操作系统)假设
和有限合理性原理 • 起源：源于数理逻辑 • 学派代表：纽厄尔、西蒙和尼尔逊等
机器人，一个基于感知—动作模式的模拟昆 虫行为的控制系统
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1.2.2 人工智能的争论
对人工智能理论的争论
• 符号主义
– 认为人的认知基元是符号，认知过程即符号 操作过程；
– 认为人是一个物理符号系统，计算机也是一 个物理符号系统，因此，能用计算机来模拟 人的智能行为；
– 认为知识是信息的一种形式，是构成智能的 基础。人工智能的核心问题是知识表示、知 识推理和知识运用。
• 机器智能可以模拟人类智能 • 智能计算机
– 下棋 – 定理证明 – 语言翻译
• 新型智能计算机
– 神经计算机 – 量子计算机
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1.4 人工智能的研究目标和内 容
1.4.1 人工智能的研究目标
• 一般研究目标
– 更好地理解人类智能 通过编写程序来模仿和检验有 关人类智能的理论。
– 创造有用的灵巧程序，该程序能够执行一般需要人 类专家才能实现的任务。
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1.2.2 人工智能的争论
对人工智能方法的争论
• 符号主义
– 功能模拟
• 连接主义
– 结构模拟
• 行为主义
– 行为模拟
14
1.3 人类智能和人工智能
1.3.1 研究认知过程的任务
• 心理活动的最高层级是思维策略，中间 一层是初级信息处理，最底层级是生理 过程。
• 研究认知过程的主要任务是探求高层次 思维决策与初级信息处理的关系，并用 计算机程序来模拟人的思维策略水平， 而用计算机语言模拟人的 初级信息处理 过程。
人工智能基础
第一章 绪论
1.1 人工智能的定义和发展 1.2 人类智能和人工智能 1.3 人工智能的学派及其争论 1.4 人工智能的研究与应用领域 1.5 人工智能对人类的影响 1.6 对人工智能的展望
1.1.1 人工智能的定义
• 几种定义 • 智能（intelligence） • 智能机器（intelligent machine） • 人能理论的争论
• 连接主义
– 认为思维基元是神经元，而不是符号处理过程； – 认为人脑不同于电脑，并提出连结主义的大脑
工作模式，用于取代符号操作的电脑工作模式。
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对人工智能理论的争论
• 行为主义
– 认为智能取决于感知和行动(所以被称为行为主 义)，提出智能行为的“感知—动作”模式；
– 认为智能不需要知识、不需要表示、不需要推 理；人工智能可以象人类智能一样逐步进化(所 以称为进化主义)；智能行为只能在现实世界中 与周围环境交互作用而表现出来。