人工智能导论

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麦卡锡（McCarthy），美国数学家、计算机科学 家，“人工智能之父”。

1956年夏，在美国的达特茅斯（Dartmouth）学院，由 McCarthy（斯坦福大学数学助教）、Minsky（哈佛大学 数学和神经学家）、Lochester（IBM公司）、 Shannon（贝尔实验室）四人共同发起，邀请IBM公司 的More、Samuel，MIT的Selfridge、Solomonff，还 有Simon、Newell等人参加学术讨论班，在一起共同学 习和探讨用机器模拟智能的各种问题，在会上，经 McCarthy提议，决定使用“人工智能”一词来概括这个 研究方向。这次具有历史意义的会议标志着人工智能这个 学科的正式诞生。
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莱布尼茨（Leibnitz）（1646 — 1716），德国 数学家和哲学家，提出了关于数理逻辑的思想，即 把形式逻辑符号化，从而对人的思维进行运算和推 理的思想。
布尔（Boole）（1815 — 1864）， 英国数学家、逻辑学家。他的主要 贡献是初步实现了莱布尼茨关于思 维符号化和数学化的思想，提出了 一种崭新的代数系统——布尔代数， 凡是传统逻辑能处理的问题，布尔 代数都能处理。
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功能模拟，符号推演

通过建立人脑的心理模型，将知识和推理规则表示 为物理符号系统，来模拟人脑的学习、搜索、推理 和决策等功能，实现机器智能，又称为宏观人工智 能，这派学者被称为心理学派、逻辑学派、符号主 义 该类系统由两部分构成：知识库和推理规则 特点 —— 擅长模拟人脑的逻辑思维（推理、决 策），如机器推理、定理证明、专家系统等
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基础研究课题

四、人工智能的研究课题
知识获取（机器学习） 知识表达


搜索技术
机器推理
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应用研究课题



定理证明 专家系统和知识工程 机器视觉 自然语言理解 智能决策 智能控制 机器人 ……

人工智能程序学科诞生至今已有40几年的历史，几 十年来人工智能的发展既取得了很多成果，也 遭受过巨大的挫折 符号主义途径发展概况
人工智能导论
第 1 讲

人工智能技术与空 间技术、
原子能技术一起被誉为20 世纪的 三大科学技术成就。
绪 论
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一、什么是人工智能?

智能（Intelligence）：

认知、识别、推理、决策、规划、解决问题、 适应、学习、理解等内在而天然的才能。



认识和理解世界环境的能力 进行演绎和归纳推理、作出决策的能力 学习的能力 自我适应的能力


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1965年，Robinson提出了与传统演绎法完全不同 的消解法。 六十年代中期，专家系统兴起，研制成功了两个著 名的专家系统：DENDRAL（Feigenbaum等，能 够根据质谱仪测量所得的数据，得出被测试高分子 的分子结构）和 MYCIN（Shortliffe等，能够诊 断一个病人是否患有血液病，并开出处方）。 1976 年 7 月，美国的 Appel 等用三台大型计算 机，花去1200小时的CPU时间，证明了四色定理。 1977年， Feigenbaum 提出“知识工程”的概念， 人工智能的研究从以推理为中心转向以知识为中心。


八十年代中期，神经网络研究再度兴起。Hopfield （霍普菲尔德）提出了Hopfield神经网络模型，成 功地解决了旅行商最优路径问题。这是一项突破性 的工作，标志着神经网络研究高潮的又一次来临。
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1986年，Rumelhart 和 Mcclelland 等人提出了 多层前馈网络的反向传播算法，简称 BP 网络或 BP 算法，解决了一些感知机不能解决的问题。 1987 年 6 月，第一届国际神经网络会议召开，会 上竟提出了“人工智能已经死亡，神经网络万岁 （AI is dead. Long live Neural Networks）”的 口号。 现在，神经网络与专家系统和知识工程已成为人工 智能的两大主流研究方向。
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冯· 诺依曼（John von Neumann）（ 1903 — 1957， 美籍匈牙利数学家），提出了以二进制和程序存储控制为 核心的通用电子数字计算机体系结构原理，奠定了现代电 子计算机体系结构的基础。 莫克利（J.W.Mauchly）（1907 — 1980，美国数学家） 和他的学生埃克特（J.P.Eckert），于1946年研制成功 了世界上第一台通用电子数字计算机ENIAC。

人工智能定义之三：

人工智能是一门以知识为核心的，研究知识 的获取、知识的表达、知识的使用的科学。
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怎样才能说机器（计算机）拥有了智能？
– 1950年，图灵提出了著名的“图 灵实验”： 让一个人和一台计算机分处 两个不同的房间，另有一主持人向 他们提出问题，如果主持人通过听 取对问题的回答分辨不出哪个是人 的回答，哪个是计算机的回答，便 认为被实验的计算机有了智能。
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二、人工智能的诞生

人工智能学科的诞生经历了漫长的历史过程。 历史上一些伟大的科学家和思想家对此作出了 巨大的贡献，为今天的人工智能研究作了长足 和充分的准备

亚里士多德（Aristotle）（公元前384 — 322）， 古希腊伟大的哲学家、思想家，研究人类思维规律 的鼻祖，为形式逻辑奠定了基础，提出了推理方法， 给出了形式逻辑的一些基本定律，创造了三段论法。 培根（Bacon）（1561 — 1626），英国哲学家 和自然科学家，系统提出了归纳法，成为和亚里士 多德的演绎法相辅相成的思维法则。他强调了知识 的重要作用，指出“知识就是力量”。


1956年，Newell 和 Simon 设计的程序 Logic Theorist 证明了《数学原理》第二章中的38条定 理，经过改进又于1963年证明了全部52条定理。 1956年，Samuel 研制了跳棋程序，该程序有学 习功能。它在1959年打败了Samuel 本人，在 1962年打败了美国一个州的跳棋冠军。


1957年 Rosenblatt（罗森勃拉特） 开发的单层 神经网络 Perceptron（感知器）和1962年 Windrow 提出的自适应性元件 Adaline 可以解决 一些实际问题，掀起了神经网络研究的第一次高潮。
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1969年，Minsky 发表《 Perceptrons》一书， 指出简单人工神经元网络的局限性（感知机只能解 决一阶谓词逻辑问题，不能解决高阶谓词问题）， 神经网络研究陷入低潮。 70年代末，符号主义途径在模仿人的感知能力和形 象思维方面遇到了很大困难，人们将目光再次转到 神经网络研究上来。
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连接主义途径发展概况

1943年，心理学家 McCulloch （麦克洛奇）和 数理逻辑学家 Pitts（皮兹） 提出了神经元的数学 模型，M-P模型，开创了神经科学研究的新时代。 1944年，心理与神经生理学家 Hebb 提出了关于 神经元连接强度的Hebb规则，即当相互连接的两 个神经元都处于兴奋状态时，它们的连接强度将增 强，这为神经网络学习算法的研究奠定了基础。
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歌德尔（Gö del）（1906 — 1978），美籍奥地利数理逻 辑学家，他研究数理逻辑中 的一些带根本性的问题，即 形式系统的完备性和可判定 性问题，指出了把人的思维 形式化和机械化的某些极限， 在理论上证明了有些事情是 机器做不到的。
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图灵（Turing）（1912 — 1954），英国数学家。 他于1936年提出了一种理想计算机的数学模型 （图灵机），现已公认，所有可计算函数都能用图 灵机计算，这为电子计算机的构建提供了理论根据。 1950年，他还提出了著名的“图灵实验”，给智 能的标准提供了明确的定义。
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三、人工智能的研究途径和方 法

结构模拟，神经计算

通过模拟人脑的生理结构和工作机理，实现机器智 能，又称为微观人工智能，这派学者被称为生理学 派、连接主义 具体来说，是用人工神经元网络来模拟人的大脑， 实现知识的获取、存储和利用 神经网络的特点 —— 并行性、鲁棒性、容错性， 擅长模拟人脑的形象思维（感知、联想）
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1956年 Selfridge 的字符识别程序，1965年 Roberts 的分辨积木构造的程序，开创了计算机视 觉的新领域。 1958年到1959年，美籍数理逻辑学家王浩在定理 机器证明方面取得了新的成就，证明了《数学原理》 中有关命题逻辑和谓词逻辑的大部分定理。 从1957年开始， Newell 、Shaw 和 Simon 等人 开始研究一种不依赖于具体领域的通用解题程序 GPS （General Problem Solver），经过10年 努力，结果不令人满意。

人工智能是研究如何制造出人造的智能机器或智能 系统，来模拟人类的智能活动，以延伸人们智能的 科学。
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人工智能定义之二：

人工智能是计算机科学的一个分支，是研究 使计算机表现出人类智能的学科。

它涉及计算机科学、脑科学、神经生理学、心理 学、哲学、语言学、逻辑学、信息论、控制论等 多个学科，是一门综合性的交叉和边缘学科。
几位为现代电子计算机诞生作出杰出贡献的科学家




帕斯卡（Pascal）（1623 — 1662，法国物理学家和数 学家）—— 制成世界上第一台会演算的机械加法机 （1642）。 莱布尼茨（Leibnitz）（1646 — 1716，德国数学家和 哲学家）—— 在帕斯卡的加法机的基础上制成了可进行 四则运算的计算器（1673）。 巴比奇（Babbage）（1791 — 1871，英国数学家）— — 制成可用来计算简单数学表的差分机，并提出分析机 （能自动完成各种类型数字计算）的设计思想（1832）。
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*** 上面两条路线可取长补短、互相结合

行为模拟，控制进化

认为智能取决于感知和行为，提出智能行为的感知 -行为模型
认为智能不需要知识、不需要表示、不需要推理 认为人工智能可以象人类智能一样逐步进化



认为智能行为只能在现实世界中与周围环境的交互 作用过程中表现出来 这派学者被称为控制论学派、行为主义、进化主义， 代表人物是 MIT 的 Brooks
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智能是一种能力，即在给定问题-环境-目的的条件 下，有针对性地获取和合理地处理问题与环境的信 息，在此基础上结合目的信息明智地再生策略信息， 并在给定环境条件下正确地利用策略信息成功地解 决问题，满意地达到预定目的的能力。

人工智能（Artificial Intelligence，简称 AI） 定义之一：
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1958年， Newell 和 Simon 预言：不出10年， 计算机将要成为世界象棋冠军；不出10年，计算机 将要发现和证明重要的数学定理；不出10年，计算 机将能谱写出具有作曲家水平的乐曲；不出10年， 大多数心理学理论将在计算机上形成；据此有些人 断言：80年代将是全面实现人工智能的年代； 2000年，机器智能可以超过人。 但是，消解法、定理证明、下棋程序、机器翻 译都遇到了很大困难。