人工智能原理ppt課件主要教材與參考書人工智能基礎(第2版)蔡自興、蒙祖強編著

高等教育出版社人工智能導論王萬良編著高等教育出版社人工智能——復雜問題求解的結構和策略（第4版）

GeorgeF.luger著史忠植等譯機械工業出版社人工智能NilsJ.Nilsson著鄭扣根等譯機械工業出版社智能科學史忠植著清華大學出版社ppt課件目錄第一章緒論第二章知識表示

第三章搜索技術第四章推理技術第五章機器學習

第六章專家系統

第七章自動規劃系統第八章自然語言理解第九章智能控制第十章人工智能程序設計ppt課件人工智能的定義和發展人工智能的各種認知觀人類智能與人工智能人工智能的研究目標和內容人工智能研究的主要方法人工智能的研究和應用領域ppt課件1.1人工智能的定義和發展21世紀最具有發展前景和最具影響力的兩大帶頭學科群：生命科學群；信息科學群；人工智能：是上述兩個學科群中最重要、最精彩、且最具前景的交叉領域ppt課件1.1人工智能的定義和發展1.1.1人工智能的定義

人工智能——ArtificialIntelligence，AI定義1.1智能（Intelligent）人的智能是他們理解和學習事務的能力。智能是思考和理解能力而不是本能的做事能力。“一種非常廣泛的精神能力，包括推理、計劃、解決問題、抽象思維、領悟復雜思想、快速學習及吸取經驗等”ppt課件1.1人工智能的定義和發展1.1.1人工智能的定義智能是個體的不斷學習、理解周圍環境、對客觀事物進行合理分析、判斷并有效地處理周圍環境的綜合能力。這種綜合能力包括：適應即改變周圍環境的能力、獲取知識的能力、理性及抽象思維的能力、理解關系的能力、評估和判斷的能力、意識及創造力等。

定義1.2智能機器（IntelligentMachine）智能機器是一種能夠呈現人類智能行為的機器。ppt課件1.1人工智能的定義和發展定義1.3人工智能（Nilsson）人工智能是關于知識的科學（知識的表示、知識的獲取以及知識的運用）。定義1.4人工智能(學科)人工智能(學科)是計算機科學中涉及研究、設計和應用智能機器的一個分支。它的近期主要目標在于研究用機器來模仿和執行人腦的某些智力功能，并開發相關理論和技術。

ppt課件1.1人工智能的定義和發展定義1.5人工智能(能力)人工智能(能力)是智能機器所執行的通常與人類智能有關的智能行為，如判斷、推理、證明、識別、感知、理解、通信、設計、思考、規劃、學習和問題求解等思維活動。ppt課件TheTuringTest1950:AlanTuring的文章“ComputingMachineryandIntelligence.”Mind,Vol.59,No.236,pp.433-460提出圖靈測試1.1人工智能的定義和發展ppt課件1.1人工智能的定義和發展1.1.2人工智能的起源和發展1.孕育時期（1956年前）公元前384-322亞里士多德（Aristotle）形式邏輯三段論20世紀30~40年代數理邏輯維納（Wiener）、弗雷治、羅素等為代表對發展數理邏輯學科的貢獻計算模型丘奇(Church)、圖靈和其它一些人關于計算本質的思想，為人工智能的形成產生了重要影響。1943年麥卡洛克和皮茨神經網絡模型

→連接主義學派1948年維納控制論→行為主義學派ppt課件1.1人工智能的定義和發展1.1.2人工智能的起源和發展2.形成時期（1956~1976年）

1956年夏季，McCarthy、Minsky、Lochester、Shannon，人類歷史上第一次人工智能研討會在美國的達特茅斯(Dartmouth)大學舉行，標志著人工智能學科的誕生。

1965年

Feigenbaum專家系統DENDRAL1969年召開了第一屆國際人工智能聯合會議(InternationalJointConferenceonAI,IJCAI),此后每兩年召開一次。

1970年《人工智能》國際雜志(InternationalJournalofAI)創刊。

ppt課件1.1人工智能的定義和發展1.1.2人工智能的起源和發展3.暗淡時期（1966~1974年）

盲目樂觀：機器翻譯，定理證明（數學原理）、跳棋程序、模式識別（字符、積木結構）、通用解題程序（GPS）

預言：2000年機器智能超過人類

巨大困難：神經元數目1010,Thespiritiswillingbutthefleshisweak（心有余而力不足）→俄→Thewineisgoodbutthemeatisspoiled1971年詹姆士綜合報告，“人工智能即使不是騙局，也是庸人自擾”ppt課件1.1人工智能的定義和發展1.1.2人工智能的起源和發展4.知識應用時期（1970~1988年）

Feigenbaum專家系統

1968年，DENDRAL1972~1976年MYCIN1977年第五屆人工智能聯合會議知識工程（KnowledgeEngineering）

1981年日本第五代智能計算機計劃ppt課件1.1人工智能的定義和發展1.1.2人工智能的起源和發展5.集成發展時期（1986年至今）專家系統問題：缺乏常識知識、應用領域狹窄、知識獲取困難、推理機制單一、缺少學習能力、未能分布處理。

機器學習、計算智能（神經計算、進化計算、自然計算、免疫計算、群計算）、智能體（Agent）、網絡智能

三大流派：綜合集成、優勢互補、共同發展ppt課件1.1人工智能的定義和發展ppt課件1.2人工智能的各種認知觀1.2.1人工智能的主要學派1.符號主義又稱邏輯主義（Logicism）、心理學派（Psychlogism）、計算機學派（Computerism）基本原理：物理符號系統（即符號操作系統）假設和有限合理性原理。

起源：數理邏輯認為認知是一種符號處理的過程，人類思維過程也可用某種符號來描述，思維就是計算，認知就是計算。

LISP語言、PROLOG語言、自然語言理解、機器定理證明、專家系統。domainsperson,another=symbolpredicateslikes(person,another).clauseslikes(jack,sussan).likes(john,marry).likes(tom,cathy).likes(tom,ellen).likes(jack,X)iflikes(tom,X).【事實】Jack喜歡SussanJohn喜歡MarryTom喜歡CathyTom喜歡Ellen【規則】

如果Tom喜歡X，那么Jack喜歡Xppt課件1.2人工智能的各種認知觀1.2.1人工智能的主要學派2.連接主義又稱仿生學派（Bionicsism）、生理學派（Physiologism）

基本原理：神經網絡及神經網絡間的連接機制和學習算法。

起源：仿生學人腦模型

認為人類認知活動主要基于大腦神經元的活動。ppt課件1.2人工智能的各種認知觀1.2.1人工智能的主要學派3.行為主義又稱進化主義（Evolutionism）、控制論學派（Cyberneticism）基本原理：控制論及感知-動作模式控制系統

起源：控制論

ppt課件1.2人工智能的各種認知觀1.2.2對人工智能的爭論1.對人工智能理論的爭論符號主義：人的認知基元是符號，認知過程即是符號操作過程。AI的核心：知識表示、知識推理和知識運用

連接主義：人的思維基元是神經元。神經元連接的大腦工作模式

行為主義：只能取決于感知和行為。不需要知識、不需要推理。

智能行為只能在現實世界中與環境交互作用而表現出來。2.對人工智能方法的爭論符號主義：功能模擬

連接主義：結構模擬

行為主義：行為模擬ppt課件1.3人類智能與人工智能1.3.1研究認知過程的任務

探求高層次思維決策與初級信息處理的關系，并用計算機程序來模擬人的思維策略水平，而用計算機語言模擬人的初級信息處理過程。思維策略初級信息處理生理過程計算機程序計算機語言計算機硬件人類認知活動計算機ppt課件1.3人類智能與人工智能1.3.2智能信息處理系統的假設

令T表示時間變量，x表示認知操作，x的變化△x為當前機體狀態S（機體的生理和心理以及大腦的記憶等）和外界刺激R的函數。當外界刺激作用到處于某一特定狀態的機體時，便發生變化，即

T→T+1x→x+△x

△x=f(S,R)ppt課件1.3人類智能與人工智能1.3.2智能信息處理系統的假設信息處理系統又叫符號操作系統或物理符號系統。所謂符號就是模式。一個完善的符號系統應具有下列6種基本功能：(1)輸入符號(input)；(2)輸出符號(output);(3)存儲符號(store);(4)復制符號(copy);(5)建立符號結構：通過找出各符號間的關系，在符號系統中形成符號結構；(6)條件性遷移(conditionaltransfer):根據已有符號，繼續完成活動過程。

ppt課件1.3人類智能與人工智能1.3.2智能信息處理系統的假設如果一個物理符號系統具有上述全部6種功能，能夠完成這個全過程，那么它就是一個完整的物理符號系統。人具有上述6種功能；現代計算機也具備物理符號系統的這6種功能。任何一個系統，如果它能表現出智能，那么它就必定能夠執行上述6種功能。反之，任何系統如果具有這6種功能，那么它就能夠表現出智能；這種智能指的是人類所具有的那種智能。把這個假設稱為物理符號系統的假設。ppt課件1.3人類智能與人工智能1.3.2智能信息處理系統的假設物理符號系統3個推論推論一既然人具有智能，那么他(她)就一定是個物理符號系統。人之所以能夠表現出智能，就是基于他的信息處理過程。推論二既然計算機是一個物理符號系統，它就一定能夠表現出智能。這是人工智能的基本條件。推論三既然人是一個物理符號系統，計算機也是一個物理符號系統，那么就能夠用計算機來模擬人的活動。ppt課件1.3人類智能與人工智能1.3.3人類智能的計算機模擬物理符號系統假設的推論一告訴人們，人有智能，所以他是一個物理符號系統；推論三指出，可以編寫出計算機程序去模擬人類的思維活動。這就是說，人和計算機這兩個物理符號系統所使用的物理符號是相同的，因而計算機可以模擬人類的智能活動過程。圖靈測試

ppt課件1.4人工智能的研究目標和內容1.4.1人工智能的研究目標一般研究目標：

（1）更好地理解人類智能，通過編寫程序來模仿和檢驗有關人類智能的理論。

（2）創造有用靈巧的程序，該程序能夠執行一般需要人類專家才能實現的任務。

近期目標：建造智能計算機以代替人類的某些智力活動。

遠期目標：用自動機模仿人類思維活動和智力功能。ppt課件1.4人工智能的研究目標和內容1.4.2人工智能研究的基本內容

1.認知建模

認知的5種類型：①信息處理過程②心理上的符號計算③問題求解④思維⑤諸如知覺、記憶、思考、判斷、推理、學習、想象、問題求解、概念形成和語言使用等關聯活動。認知科學（思維科學）說明人類在認知過程中是如何進行信息加工的。ppt課件1.4人工智能的研究目標和內容1.4.2人工智能研究的基本內容

2.知識表示

人類知識概念化、形式化或模型化。

3.知識推理

從一些已知判斷或前提推導出一個新的判斷或結論的思維過程。4.知識應用

專家系統、自然語言理解，…

ppt課件1.4人工智能的研究目標和內容1.4.2人工智能研究的基本內容

5.機器感知機器有類似于人的感覺，如機器視覺、機器聽覺

6.機器思維

對傳感信息和機器內部的工作信息進行有目的的處理。7.機器學習

使機器（計算機）具有學習新知識和新技術，并在實踐中不斷改進和完善的能力。

ppt課件1.4人工智能的研究目標和內容1.4.2人工智能研究的基本內容

8.機器行為智能系統（計算機、機器人）具有表達能力和行動能力。

9.智能系統構建開展對模型、系統構造與分析技術、系統開發環境和構造工具以及人工智能語言等的研究。

ppt課件1.5人工智能研究的主要方法1.功能模擬法以符號處理為核心對人腦功能進行模擬。

2.結構模擬法通過神經元之間的連接以及神經元間的秉性處理，實現對人腦智能的模擬。3.行為模擬法

智能行為的感知-動作模式。4.集成模擬法

ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域1.問題求解與博弈人工智能的第一個大成就是發展了能夠求解難題的下棋(如國際象棋)程序，它包含問題的表示、分解、搜索與歸約等。2006年人機中國象棋大戰1997年深藍戰勝卡斯帕羅夫ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域1.問題求解與博弈人工智能的第一個大成就是發展了能夠求解難題的下棋(如國際象棋)程序，它包含問題的表示、分解、搜索與歸約等。ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域2.邏輯推理與定理證明邏輯推理是人工智能研究中最持久的子領域之一，特別重要的是要找到一些方法，只把注意力集中在一個大型數據庫中的有關事實上，留意可信的證明，并在出現新信息時適時修正這些證明。定理證明的研究在人工智能方法的發展中曾經產生過重要的影響。我國人工智能大師吳文俊院士提出并實現了幾何定理機器證明的方法，被國際上承認為“吳氏方法”，是定理證明的又一標志性成果。ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域3.計算智能神經計算、模糊計算、進化計算、粒子群計算、自然計算、免疫計算等。進化計算(EvolutionaryComputation)是指一類以達爾文進化論為依據來設計、控制和優化人工系統的技術和方法的總稱，它包括遺傳算法、進化策略和進化規劃。

4.分布式人工智能與Agent分布式計算與人工智能的結合，創建一種能夠描述自然系統和社會系統的精確概念模型。Agent是處在某個環境中的計算機系統，該系統有能力在這個環境中自主行動以實現其設計目標。ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域5.自動程序設計對自動程序設計的研究不僅可以促進半自動軟件開發系統的發展，而且也使通過修正自身數碼進行學習(即修正它們的性能)的人工智能系統得到發展。程序理論方面的有關研究工作對人工智能的所有研究工作都是很重要的。自動程序設計研究的重大貢獻之一是作為問題求解策略的調整概念。已經發現，對程序設計或機器人控制問題，先產生一個不費事的有錯誤的解，然后再修改它(使它正確工作)，這種做法一般要比堅持要求第一個解就完全沒有缺陷的做法有效得多。

ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域6.專家系統一般地說，專家系統是一個智能計算機程序系統，其內部具有大量專家水平的某個領域知識與經驗，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來解決該領域的問題。發展專家系統的關鍵是表達和運用專家知識，即來自人類專家的并已被證明對解決有關領域內的典型問題是有用的事實和過程。

ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域7.機器學習學習是人類智能的主要標志和獲得知識的基本手段；機器學習(自動獲取新的事實及新的推理算法)是使計算機具有智能的根本途徑；機器學習還有助于發現人類學習的機理和揭示人腦的奧秘。學習是一個有特定目的的知識獲取過程，其內部表現為新知識結構的不斷建立和修改，而外部表現為性能的改善。

ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域8.自然語言理解語言處理也是人工智能的早期研究領域之一，并引起了進一步的重視。語言的生成和理解是一個極為復雜的編碼和解碼問題。一個能理解自然語言信息的計算機系統看起來就像一個人一樣需要有上下文知識以及根據這些上下文知識和信息用信息發生器進行推理的過程。理解口頭的和書寫語言的計算機系統所取得的某些進展，其基礎就是有關表示上下文知識結構的某些人工智能思想以及根據這些知識進行推理的某些技術。ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域9.機器人學人工智能研究日益受到重視的另一個分支是機器人學，其中包括對操作機器人裝置程序的研究。這個領域所研究的問題，從機器人手臂的最佳移動到實現機器人目標的動作序列的規劃方法，無所不包。目前已經建立了一些比較復雜的機器人系統。機器人和機器人學的研究促進了許多人工智能思想的發展。智能機器人的研究和應用體現出廣泛的學科交叉，涉及眾多的課題，機器人已在各領域獲得越來越普遍的應用。

ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域9.機器人學

ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域10.模式識別人工智能所研究的模式識別是指用計算機代替人類或幫助人類感知模式，是對人類感知外界功能的模擬，研究的是計算機模式識別系統，也就是使一個計算機系統具有模擬人類通過感官接受外界信息、識別和理解周圍環境的感知能力。ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域11.機器視覺實驗表明，人類接受外界信息的80%以上來自視覺，視覺對人類是非常重要的。機器視覺或計算機視覺已從模式識別的一個研究領域發展為一門獨立的學科；在視覺方面，已經給計算機系統裝上電視輸入裝置以便能夠“看見”周圍的東西。機器視覺的前沿研究領域包括實時并行處理、主動式定性視覺、動態和時變視覺、三維景物的建模與識別、實時圖像壓縮傳輸和復原、多光譜和彩色圖像的處理與解釋等。

ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域12.神經網絡神經網絡處理直覺和形象思維信息具有比傳統處理方式好得多的效果。神經網絡已在模式識別、圖象處理、組合優化、自動控制、信息處理、機器人學和人工智能的其它領域獲得日益廣泛的應用。ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域13.智能控制人工智能的發展促進自動控制向智能控制發展。智能控制是一類無需(或需要盡可能少的)人的干預就能夠獨立地驅動智能機器實現其目標的自動控制。智能控制是同時具有以知識表示的非數學廣義世界模型和數學公式模型表示的混合控制過程，也往往是含有復雜性、不完全性、模糊性或不確定性以及不存在已知算法的非數學過程，并以知識進行推理，以啟發來引導求解過程。

ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域14.智能調度與指揮確定最佳調度或組合的問題是人們感興趣的又一類問題，求解這類問題的程序會產生一種組合爆炸的可能性，這時，即使是大型計算機的容量也會被用光。人工智能學家們曾經研究過若干組合問題的求解方法。他們的努力集中在使“時間-問題大小”曲線的變化盡可能緩慢地增長，即使是必須按指數方式增長。有關問題域的知識再次成為比較有效的求解方法的關鍵。為處理組合問題而發展起來的許多方法對其它組合上不甚嚴重的問題也是有用的。

ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域15.智能檢索隨著科學技術的迅速發展，出現了“知識爆炸”的情況，研究智能檢索系統已成為科技持續快速發展的重要保證。智能信息檢索系統的設計者們將面臨以下幾個問題。首先，建立一個能夠理解以自然語言陳述的詢問系統本身就存在不少問題。其次，即使能夠通過規定某些機器能夠理解的形式化詢問語句來回避語言理解問題，但仍然存在一個如何根據存儲的事實演繹出答案的問題。第三，理解詢問和演繹答案所需要的知識都可能超出該學科領域數據庫所表示的知識。

ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域16.數據挖掘與知識發現知識獲取是知識信息處理的關鍵問題之一。數據挖掘是通過綜合運用統計學、粗糙集、模糊數學、機器學習和專家系統等多種學習手段和方法，從大量的數據中提煉出抽象的知識，從而揭示出蘊涵在這些數據背后的客觀世界的內在聯系和本質規律，實現知識的自動獲取。數據挖掘和知識發現技術已獲廣泛應用。ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域17.人工生命人工生命(ArtificialLife,ALife)旨在用計算機和精密機械等人工媒介生成或構造出能夠表現自然生命系統行為特征的仿真系統或模型系統。自然生命系統行為具有自組織、自復制、自修復等特征以及形成這些特征的混沌動力學、進化和環境適應。人工生命所研究的人造系統能夠演示具有自然生命系統特征的行為，在“生命之所能”(lifeasitcouldbe)的廣闊范圍內深入研究“生命之所知”(lifeasweknowit)的實質。人工生命學科的研究內容包括生命現象的仿生系統、人工建模與仿真、進化動力學、人工生命的計算理論、進化與學習綜合系統以及人工生命的應用等。

ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域18.系統與語言工具除了直接瞄準實現智能的研究工作外，開發新的方法也往往是人工智能研究的一個重要方面。人工智能對計算機界的某些最大貢獻已經以派生的形式表現出來。計算機系統的一些概念，如分時系統、編目處理系統和交互調試系統等，已經在人工智能研究中得到發展。ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域智能應用的三種模式：

數據智能：是在大規模、多樣化、新鮮的數據支持下，在云計算的支撐下，采用機器學習的方法進行分類、聚類和排序，進而基于各類數據驅動實現的智能應用系統。

數據：是指存在于萬維網(Web)或者企業內部的海量、無結構或者半結構的數據集合。具有重復性、冗余性和多樣性等特點，對搜索系統、問答系統、推理系統和預測系統具有重要意義。ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域智能應用的三種模式：

知識智能：是指利用知識庫、詞典和規則進行推理的智能系統。如：目前很多搜索公司都建立了大型知識庫。Freebase,Yago2和DEPEDIA等知識庫可供免費研究和使用。結構化、半結構化和無結構化的數據經過信息抽取技術可獲取實體、實體的屬性和實體之間的關系來構成一個知識圖譜。知識圖譜隨著數據的更新而演進，帶動知識智能不斷提升。ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域智能應用的三種模式：

社會智能：是指利用網友在互聯網上直接貢獻的內容（包括網頁錨文本、用戶標簽、用戶日志、用戶反饋、社區問答、社會關系網絡等）實現用戶參與的智能應用。在社區問答中，用戶提出問題，其他網友回答問題。久而久之形成的問答對庫可以用來回答新的問題。這些問題和答案蘊含著豐富的社會智能。ppt課件1.6人工智能的研究和應用領域三種模式結合

搜索引擎：給定一個查詢表達式，搜索引擎進行排序時，會用到TF-IDF1，體現關鍵詞和文檔的匹配（數據智能），會用到pagerank2（社會智能），也會用到實體、實體之間的關系（知識智能）。而且很多搜索引擎在展示結果的時候，會提供網頁搜索、知識圖譜以及社會關系網絡等的結果。1TF-IDF（termfrequency-inversedocumentfrequency，詞頻-反文檔頻率）是一種用于資訊檢索與資訊探勘的常用加權技術，用以評估一個字詞對于一個文件集或一個語料庫中的其中一份文件的重要程度。2又稱佩奇排名。Pagerank取自谷歌的創始人LarryPage。它是谷歌排名運算法則的一部分，是谷歌對網頁重要性的評估，是衡量一個網站好壞的唯一標準。ppt課件1.7人工智能對人類的影響1.7.1人工智能對經濟的影響人工智能系統的開發和應用，已為人類創造出可觀的經濟效益。

專家系統、機器人、數據挖掘與智能決策、游戲ppt課件1.7人工智能對人類的影響1.7.2人工智能對社會的影響1.勞務就業問題機器代替人ppt課件1.7人工智能對人類的影響1.7.2人工智能對社會的影響1.勞務就業問題機器代替人ppt課件1.7人工智能對人類的影響1.7.2人工智能對社會的影響2.社會結構變化“人——機器”→”人——智能機器——機器”3.思維方式與觀念的變化思維能力和計算能力下降

機器人人ppt課件1.7人工智能對人類的影響1.7.2人工智能對社會的影響4.心理上的威脅

機器智能的極限人類被機器人控制

5.技術失控的危險

阿西莫夫“機器人三守則”6.引起的法律問題

與機器人應用有關的法律問題(1)機器人必須不危害人類，也不允許它眼看人類受害而袖手旁觀。

(2)

機器人必須絕對服從人類，除非這種服從有害于人類。

(3)

機器人必須保護自身不受傷害，除非為了保護人類或者是人類命令它作出犧牲。ppt課件1.7人工智能對人類的影響1.7.3人工智能對文化的影響1.改善人類的知識

2.改善人類的語言

3.改善文化生活ppt課件1.8對人工智能對展望2015~2016人工智能領域標志性事件2016.3

AI在圍棋人機大戰中取勝各國政府高度重視人工智能發展，中國政府發布《“互聯網+”人工智能三年行動實施方案》，日本提出“超智能社會”。2016.4IBM發布類腦超級計算平臺IBM

TureNorth，處理能力相當于1600萬個神經元和40億個神經鍵，功耗2.5瓦。2016.7日本電信巨頭軟銀320億美元收購英國移動芯片巨頭ARM。Google（2015.11）、Facebook（2016.6）等發布開源人工智能基礎平臺（機器學習）。2016.8.31百度開源了其深度學習平臺Paddleppt課件1.