第六章人工智能与教育
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第六章 人工智能与教育
章节目录
• 第一节人工智能概述 • 第二节人工智能教育应用
学习要点
• 1.了解人工智能的概念及其发展阶段； • 2.掌握专家系统、机器学习、神经网络、智
能代理； • 3.人工智能教育应用领域。
第一节 人工智能概述
“深蓝”重量达１.４ 吨，有３２个节点，每个 节点有８块专门为进行国 际象棋对弈设计的处理器， 平均运算速度为每秒２０ ０万步。总计２５６块处 理器集成在ＩＢＭ研制的 ＲＳ６０００／ＳＰ并行 计算系统中，从而拥有每 秒超过２亿步的惊人速度。 它不会疲倦，不会有心理 上的起伏，也不会受到对 手的干扰
研究、设计和应用智能机器智的能一”个都分从支哪。几它方的面近进期主
要目标在于研究用机器来模行仿了和定执义行？人为脑什的么某？些智力
功能，并开发相关理论和技术。
– 定义3 人工智能(能力)：人工智能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。
– 定义11（Luger和Stubblefield,1993）: 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。
3.我们熟知的人工智能
• 人脸识别技术：照相、摄像 • 机器人 • 机器翻译 • 语言识别（speak2me） • 我国于1986年提出和批准并于1987年开始实施的
《高技术研究发展计划纲要》(即863计划)中，把 对智能计算机系统的研究作为一个重要主题。 1993年开始的国家科技攀登计划也把对智能机系 统及其相关领域列为主攻方向之一。这些研究计 划的实现，将使我国在智能机的开发与应用方面 赶上国际先进水平。
•
⑵ 运算装置：从寄存器取出数据进行加、减、
乘、除运算，并且乘法是以累次加法来实现，还
能根据运算结果的状态改变计算的进程，用现代
术语来说，就是条件转移；
•
⑶ 控制装置：使用指令自动控制操作顺序、
选择所需处理的数据以及输出结果。
图灵机
形成期的重要事件
• 1956年，Dartmouth会议，人工智能学科诞 生
5.人工智能发展简史
• （1）萌芽期（提供必要的技术和思想基础） -1956年之前
• （2）形成时期-1956-1961年 • （3）发展时期-1961年之后
Alan Turing
萌芽期的重要事件
第一台机械加法器—pascaline
莱布尼茨的四则运算机
巴贝奇的差分机与分析机
• ⑴ 存储装置：采用齿轮式装置的寄存器保存数据， 既能存储运算数据，又能存储运算结果；
– 定义4（Haugeland,1985）：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。
– 定义5（Bellman,1978）： 人工智能是那些与 人的思维、决策、问题求解和学习等有关活动 的自动化。
– 定义6（Charniak和McDermott,1985）：人工 智能是用计算模型研究智力行为。
一、什么是人工智能
• 2.人工智能的定义
任务：我们一起来看如
– 定义1 智能机器：能够在下各几类种环人境工中智自能主的地定或义交，互地执
行各种拟人任务(anthropo请m大orp家h在ic 观tas看ks过)的程机中器思。
– 定义2 人工智能(学科)：人考工一智下能领是域计内算对机“科人学工中涉及
• 1970年《人工智能》国际杂志(International Journal of AI)创刊。这些对开展人工智能国际学 术活动和交流、促进人工智能的研究和发展起到 积极作用。
• 人工智能从实验室走入日常生活
二、人工智能研究的领域
• 专家系统 • 人工神经网络 • 机器学习 • 模式识别
• 数据挖掘 • 自然语言理解与机器翻译、自动定理证明、
– 定义7（Winston,1992）： 人工智能是研究那 些使理解、推理和行为成为可能的计算。
– 定义8（Kurzwell,1990）: 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。
– 定义9（Rick和Knight,1991）: 人工智能研究如 何使计算机做事让人过得更好。
– 定义10（Schalkoff,1990）: 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。
“深蓝”对战国际象棋大师卡斯帕罗夫
一、什么是人工智能
• 1.什么是人工？什么是智能？
– 人工
• 人造物、人造的、人工系统等、非人类的
– 智能
• 词典：智慧与能力。 • 心理学：从感觉到记忆到思维称为智慧，将行为和
语言的表达过程称为“能力”，两者合称“智能”， 将感觉、记忆、回忆、思维、语言、行为的整个过 程称为智能过程，它是智力和能力的表现。 • 智能具有层次性。
自动程序设计、智能控制…
（一）专家系统
• 1.专家系统（Expert System）是一种模拟人类专 家解决领域问题的计算机程序系统。
• 2.类型：
– 解释专家系统：通过对已知信息和数据的分析与解释， 确定它们的涵义。
– 预测专家系统：通过对过去和现在已知状况的分析， 推断未来可能发生的情况 。
– 诊断专家系统：根据观察到的情况(数据)来推断出某个 对象机能失常(即故障)的原因 。
4.人类智能与人工智能
• 人工智能原理：
– 人体：另T表示时间变量，x表示认知操作，x 的变化△x是当时机体状态S（机体的生理和心 理状态以及头脑中的记忆等）和外界刺激R的函 数。当外界刺激作用到处于某一特定状态的机 体时，便发生变化，即T→T+1,△x=f(S,R)。
–计算机：在规定时间内，计算机存储的记忆相 当于机体的状态；计算机的输入相当于机体施 加的某种刺激。在得到输入后，计算机边进行 操作，使得其内部状态随时间变化而变化。
• 逻辑理论机、问题求解程序、表处理技术、 国际象棋机
• 西洋跳棋程序 • 表处理语言LISP
发展期的重要事件• 大量程序、 Nhomakorabea究课题的涌现：如理解自然语言的 程序、自动程序设计、人工神经网络等
• 1969年召开了第一届国际人工智能联合会议 (International Joint Conference on AI, IJCAI),此 后每两年召开一次。
章节目录
• 第一节人工智能概述 • 第二节人工智能教育应用
学习要点
• 1.了解人工智能的概念及其发展阶段； • 2.掌握专家系统、机器学习、神经网络、智
能代理； • 3.人工智能教育应用领域。
第一节 人工智能概述
“深蓝”重量达１.４ 吨，有３２个节点，每个 节点有８块专门为进行国 际象棋对弈设计的处理器， 平均运算速度为每秒２０ ０万步。总计２５６块处 理器集成在ＩＢＭ研制的 ＲＳ６０００／ＳＰ并行 计算系统中，从而拥有每 秒超过２亿步的惊人速度。 它不会疲倦，不会有心理 上的起伏，也不会受到对 手的干扰
研究、设计和应用智能机器智的能一”个都分从支哪。几它方的面近进期主
要目标在于研究用机器来模行仿了和定执义行？人为脑什的么某？些智力
功能，并开发相关理论和技术。
– 定义3 人工智能(能力)：人工智能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。
– 定义11（Luger和Stubblefield,1993）: 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。
3.我们熟知的人工智能
• 人脸识别技术：照相、摄像 • 机器人 • 机器翻译 • 语言识别（speak2me） • 我国于1986年提出和批准并于1987年开始实施的
《高技术研究发展计划纲要》(即863计划)中，把 对智能计算机系统的研究作为一个重要主题。 1993年开始的国家科技攀登计划也把对智能机系 统及其相关领域列为主攻方向之一。这些研究计 划的实现，将使我国在智能机的开发与应用方面 赶上国际先进水平。
•
⑵ 运算装置：从寄存器取出数据进行加、减、
乘、除运算，并且乘法是以累次加法来实现，还
能根据运算结果的状态改变计算的进程，用现代
术语来说，就是条件转移；
•
⑶ 控制装置：使用指令自动控制操作顺序、
选择所需处理的数据以及输出结果。
图灵机
形成期的重要事件
• 1956年，Dartmouth会议，人工智能学科诞 生
5.人工智能发展简史
• （1）萌芽期（提供必要的技术和思想基础） -1956年之前
• （2）形成时期-1956-1961年 • （3）发展时期-1961年之后
Alan Turing
萌芽期的重要事件
第一台机械加法器—pascaline
莱布尼茨的四则运算机
巴贝奇的差分机与分析机
• ⑴ 存储装置：采用齿轮式装置的寄存器保存数据， 既能存储运算数据，又能存储运算结果；
– 定义4（Haugeland,1985）：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。
– 定义5（Bellman,1978）： 人工智能是那些与 人的思维、决策、问题求解和学习等有关活动 的自动化。
– 定义6（Charniak和McDermott,1985）：人工 智能是用计算模型研究智力行为。
一、什么是人工智能
• 2.人工智能的定义
任务：我们一起来看如
– 定义1 智能机器：能够在下各几类种环人境工中智自能主的地定或义交，互地执
行各种拟人任务(anthropo请m大orp家h在ic 观tas看ks过)的程机中器思。
– 定义2 人工智能(学科)：人考工一智下能领是域计内算对机“科人学工中涉及
• 1970年《人工智能》国际杂志(International Journal of AI)创刊。这些对开展人工智能国际学 术活动和交流、促进人工智能的研究和发展起到 积极作用。
• 人工智能从实验室走入日常生活
二、人工智能研究的领域
• 专家系统 • 人工神经网络 • 机器学习 • 模式识别
• 数据挖掘 • 自然语言理解与机器翻译、自动定理证明、
– 定义7（Winston,1992）： 人工智能是研究那 些使理解、推理和行为成为可能的计算。
– 定义8（Kurzwell,1990）: 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。
– 定义9（Rick和Knight,1991）: 人工智能研究如 何使计算机做事让人过得更好。
– 定义10（Schalkoff,1990）: 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。
“深蓝”对战国际象棋大师卡斯帕罗夫
一、什么是人工智能
• 1.什么是人工？什么是智能？
– 人工
• 人造物、人造的、人工系统等、非人类的
– 智能
• 词典：智慧与能力。 • 心理学：从感觉到记忆到思维称为智慧，将行为和
语言的表达过程称为“能力”，两者合称“智能”， 将感觉、记忆、回忆、思维、语言、行为的整个过 程称为智能过程，它是智力和能力的表现。 • 智能具有层次性。
自动程序设计、智能控制…
（一）专家系统
• 1.专家系统（Expert System）是一种模拟人类专 家解决领域问题的计算机程序系统。
• 2.类型：
– 解释专家系统：通过对已知信息和数据的分析与解释， 确定它们的涵义。
– 预测专家系统：通过对过去和现在已知状况的分析， 推断未来可能发生的情况 。
– 诊断专家系统：根据观察到的情况(数据)来推断出某个 对象机能失常(即故障)的原因 。
4.人类智能与人工智能
• 人工智能原理：
– 人体：另T表示时间变量，x表示认知操作，x 的变化△x是当时机体状态S（机体的生理和心 理状态以及头脑中的记忆等）和外界刺激R的函 数。当外界刺激作用到处于某一特定状态的机 体时，便发生变化，即T→T+1,△x=f(S,R)。
–计算机：在规定时间内，计算机存储的记忆相 当于机体的状态；计算机的输入相当于机体施 加的某种刺激。在得到输入后，计算机边进行 操作，使得其内部状态随时间变化而变化。
• 逻辑理论机、问题求解程序、表处理技术、 国际象棋机
• 西洋跳棋程序 • 表处理语言LISP
发展期的重要事件• 大量程序、 Nhomakorabea究课题的涌现：如理解自然语言的 程序、自动程序设计、人工神经网络等
• 1969年召开了第一届国际人工智能联合会议 (International Joint Conference on AI, IJCAI),此 后每两年召开一次。