1、人工智能導(dǎo)論,教材： 王萬(wàn)良《人工智能導(dǎo)論》（第3版） 高等教育出版社，2011. 2,2,第 1 章 緒論,教材： 王萬(wàn)良《人工智能導(dǎo)論》（第3版） 高等教育出版社，2011. 2,人工智能導(dǎo)論,3,第1章 緒論,1956年正式提出人工智能（artificial intelligence, AI）這個(gè)術(shù)語(yǔ)并把它作為一門(mén)新興科學(xué)的名稱(chēng)。,4,第1章 緒論,1.1 人工智能的

2、基本概念 1.2 人工智能的發(fā)展簡(jiǎn)史 1.3 人工智能研究的基本內(nèi)容1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,5,第1章 緒論,1.1 人工智能的基本概念 1.2 人工智能的發(fā)展簡(jiǎn)史 1.3 人工智能研究的基本內(nèi)容1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,6,1.1.1 智能的概念,自然界四大奧秘：物質(zhì)的本質(zhì)、宇宙的起源、生命的本 質(zhì)、智能的發(fā)生。 對(duì)智能還沒(méi)有確切的定義，主要流派有： （1）思維理論：智能的核心是

3、思維 （2）知識(shí)閾值理論：智能取決于知識(shí)的數(shù)量及一般化程度 （3）進(jìn)化理論：用控制取代知識(shí)的表示 智能是知識(shí)與智力的總和,知識(shí)是一切智能行為的基礎(chǔ),獲取知識(shí)并應(yīng)用知識(shí)求解問(wèn)題的能力,7,感知能力：通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等感覺(jué)器官感知外部世界的能力。 80%以上信息通過(guò)視覺(jué)得到，10%信息通過(guò)聽(tīng)覺(jué)得到。,1.1.2 智能的特征,存儲(chǔ)由感知器官感知到的外部信息以及由思維所產(chǎn)生的知識(shí),對(duì)記憶的信息進(jìn)行處理,2

4、. 記憶與思維能力,8,（1）邏輯思維（抽象思維）依靠邏輯進(jìn)行思維。思維過(guò)程是串行的。容易形式化。思維過(guò)程具有嚴(yán)密性、可靠性。,,1.1.2 智能的特征,（2）形象思維（直感思維） 依據(jù)直覺(jué)。 思維過(guò)程是并行協(xié)同式的。 形式化困難。 在信息變形或缺少的情況下仍有可能得到比較滿(mǎn)意的結(jié)果。,9,4. 行為能力（表達(dá)能力）,1.1.2 智能的特征,（3）頓悟思維（靈感思維） 不定期的突發(fā)性。 非

5、線(xiàn)性的獨(dú)創(chuàng)性及模糊性。 穿插于形象思維與邏輯思維之中。,人們的感知能力：用于信息的輸入。行為能力：信息的輸出。,10,人工智能：用人工的方法在機(jī)器（計(jì)算機(jī)）上實(shí)現(xiàn)的智能；或者說(shuō)是人們使機(jī)器具有類(lèi)似于人的智能。,1.1.3 人工智能,人工智能學(xué)科：一門(mén)研究如何構(gòu)造智能機(jī)器（智能計(jì)算機(jī)）或智能系統(tǒng)，使它能模擬、延伸、擴(kuò)展人類(lèi)智能的學(xué)科。 圖靈測(cè)試：1950年圖靈發(fā)表的《計(jì)算機(jī)與智能》中設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)試，用以說(shuō)明人工智能的概念。,11,

6、第1章 緒論,1.1 人工智能的基本概念 1.2 人工智能的發(fā)展簡(jiǎn)史 1.3 人工智能研究的基本內(nèi)容1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,12,1.2 人工智能的發(fā)展簡(jiǎn)史,1.2.1 孕育（1956年之前）公元前，亞里斯多德（Aristotle）：三段論培根（F. Bacon）：歸納法萊布尼茨（G. W. Leibnitz）：萬(wàn)能符號(hào)、推理計(jì)算布爾（G. Boole）：用符號(hào)語(yǔ)言描述思維活動(dòng)的基本推理法則1936

7、年，圖靈：圖靈機(jī)1943年，麥克洛奇（W. McCulloch）、匹茲(W. Pitts)：M－P模型,13,1.2 人工智能的發(fā)展簡(jiǎn)史,1.2.1 孕育（1956年之前）美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)的阿塔納索夫教授和他的研究生貝瑞在1937年至1941年間開(kāi)發(fā)的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)“阿塔納索夫－貝瑞計(jì)算機(jī)（Atanasoff-Berry Computer，ABC）”為人工智能的研究奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。,14,1.2.2 形成（1956年

8、－1969年）,1956年夏，當(dāng)時(shí)美國(guó)達(dá)特茅斯大學(xué)數(shù)學(xué)助教、現(xiàn)任斯坦福大學(xué)教授麥卡錫和哈佛大學(xué)數(shù)學(xué)和神經(jīng)學(xué)家、現(xiàn)任MIT教授明斯基、IBM公司信息研究中心負(fù)責(zé)人洛切斯特、貝爾實(shí)驗(yàn)室信息部數(shù)學(xué)研究員香農(nóng)共同發(fā)起，邀請(qǐng)普林斯頓大學(xué)莫爾和IBM公司塞繆爾、MIT的塞爾夫里奇和索羅莫夫以及蘭德公司和卡內(nèi)基－梅隆大學(xué)的紐厄爾、西蒙等10名年輕學(xué)者在達(dá)特莫斯大學(xué)召開(kāi)了兩個(gè)月的學(xué)術(shù)研討會(huì)，討論機(jī)器智能問(wèn)題。會(huì)上經(jīng)麥卡錫提議正式采用“人工智能”這一術(shù)

9、語(yǔ)，標(biāo)志著人工智能學(xué)科正式誕生。麥卡錫因而被稱(chēng)為人工智能之父。此后，美國(guó)形成了多個(gè)人工智能研究組織，如紐厄爾和西蒙的Carnegie RAND協(xié)作組，明斯基和麥卡錫的MIT研究組，塞繆爾的IBM工程研究組等。,15,1.2.2 形成（1956年－1969年）,1956年以后，人工智能的研究在機(jī)器學(xué)習(xí)、定理證明、模式識(shí)別、問(wèn)題求解、專(zhuān)家系統(tǒng)及人工智能語(yǔ)言等方面都取得了許多引人矚目的成就 。 1969年，成立了國(guó)際人工智能聯(lián)合會(huì)議（I

10、nternational Joint Conferences on Artificial Intelligence，IJCAI）。 1970年，創(chuàng)刊了國(guó)際性的人工智能雜志（Artificial Intelligence）。,16,1.2.3 發(fā)展（1970年－ ）,20世紀(jì)60年代末，人工智能研究遇到困難，如機(jī)器翻譯。1966年美國(guó)顧問(wèn)委員會(huì)的報(bào)告裁定：還不存在通用的科學(xué)文本機(jī)器翻譯，也沒(méi)有很近的實(shí)現(xiàn)前景。英國(guó)、美國(guó)中斷了大部分

11、機(jī)器翻譯項(xiàng)目的資助。1977年，費(fèi)根鮑姆在第五屆國(guó)際人工智能聯(lián)合會(huì)議上提出了“知識(shí)工程”概念，推動(dòng)了知識(shí)為中心的研究。1981年，日本宣布第五代計(jì)算機(jī)發(fā)展計(jì)劃，并在1991年展出了研制的PSI－3智能工作站和由PSI－3構(gòu)成的模型機(jī)系統(tǒng)。 我國(guó)自1978年開(kāi)始把“智能模擬”作為國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題。1981年成立了中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)?，F(xiàn)在，人工智能已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)、航空航天、軍事裝備、工業(yè)等眾多領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。,17,

12、第1章 緒論,1.1 人工智能的基本概念 1.2 人工智能的發(fā)展簡(jiǎn)史 1.3 人工智能研究的基本內(nèi)容1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,18,1.3 人工智能研究的基本內(nèi)容,知識(shí)表示 知識(shí)表示：將人類(lèi)知識(shí)形式化或者模型化。 知識(shí)表示方法：符號(hào)表示法、連接機(jī)制表示法。,符號(hào)表示法：用各種包含具體含義的符號(hào)，以各種不同的方式和順序組合起來(lái)表示知識(shí)的一類(lèi)方法。例如，一階謂詞邏輯、產(chǎn)生式等。 連接機(jī)制表示法：把各種物理對(duì)象

13、以不同的方式及順序連接起來(lái)，并在其間互相傳遞及加工各種包含具體意義的信息，以此來(lái)表示相關(guān)的概念及知識(shí)。例如，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。,19,2. 機(jī)器感知,2. 機(jī)器感知 機(jī)器感知：使機(jī)器（計(jì)算機(jī)）具有類(lèi)似于人的感知能力。以機(jī)器視覺(jué)(machine vision)與機(jī)器聽(tīng)覺(jué)為主。,1.3 人工智能研究的基本內(nèi)容,3. 機(jī)器思維機(jī)器思維：對(duì)通過(guò)感知得來(lái)的外部信息及機(jī)器內(nèi)部的各種工作信息進(jìn)行有目的的處理。,20,2. 機(jī)器感知,4. 機(jī)器學(xué)習(xí)

14、機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning）：研究如何使計(jì)算機(jī)具有類(lèi)似于人的學(xué)習(xí)能力，使它能通過(guò)學(xué)習(xí)自動(dòng)地獲取知識(shí)。 1957年，Rosenblatt研制成功了感知機(jī)。,1.3 人工智能研究的基本內(nèi)容,5. 機(jī)器行為 機(jī)器行為：計(jì)算機(jī)的表達(dá)能力，即“說(shuō)”、“寫(xiě)”、“畫(huà)”等能力。,21,第1章 緒論,1.1 人工智能的基本概念 1.2 人工智能的發(fā)展簡(jiǎn)史 1.3 人工智能研究的基本內(nèi)容1.4 人工智能的主要

15、研究領(lǐng)域,22,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,1. 自動(dòng)定理證明,定理證明的實(shí)質(zhì)是證明由前提 P 得到結(jié)論 Q 的永真性。 1958年，王浩證明了有關(guān)命題演算的全部定理（220條）、謂詞演算中150條定理的85%。 1965年魯賓遜（Robinson）提出了歸結(jié)原理，使機(jī)器定理證明成為現(xiàn)實(shí)。 我國(guó)著名數(shù)學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院吳文俊院士把幾何代數(shù)化，建立了一套機(jī)器證明方法，被稱(chēng)為“吳方法”。,23,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,

16、2. 博弈 下棋、打牌、戰(zhàn)爭(zhēng)等一類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)性的智能活動(dòng)。 1956年，塞繆爾研制出跳棋程序。 1991年8月，IBM公司研制的Deep Thought 2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與澳大利亞象棋冠軍約翰森（D.Johansen）舉行了一場(chǎng)人機(jī)對(duì)抗賽，以1：1平局告終。 1996年2月10日至17日 ，IBM公司的“深藍(lán)”計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與卡斯帕羅夫進(jìn)行了六局比賽，以3.5比2.5的總比分贏得這場(chǎng)世人矚目的“人機(jī)大戰(zhàn)”的勝利。,24,1.4 人工智能的

17、主要研究領(lǐng)域,2. 博弈 2004年6月8日，中國(guó)首屆國(guó)際象棋人機(jī)對(duì)弈開(kāi)戰(zhàn)。國(guó)際象棋特級(jí)大師諸宸與“紫光之星”筆記本電腦對(duì)陣。諸宸在最后關(guān)頭被電腦抓住破綻，先負(fù)一局。4天后諸宸靈活變陣，但再負(fù)一局。,25,2007年臺(tái)北國(guó)際發(fā)明暨技術(shù)交易展覽上，第三代智能機(jī)器人DOC 現(xiàn)場(chǎng)表演下棋。,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,26,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,模式識(shí)別（pattern recognition）：研究對(duì)象描述和分類(lèi)方法的學(xué)

18、科。分析和識(shí)別的模式可以是信號(hào)、圖象或者普通數(shù)據(jù)。文字識(shí)別：郵政編碼、車(chē)牌識(shí)別、漢字識(shí)別。人臉識(shí)別：反恐、商業(yè)。物體識(shí)別：導(dǎo)彈、機(jī)器人。,3. 模式識(shí)別,27,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,4. 機(jī)器視覺(jué),機(jī)器視覺(jué)(machine vision)或計(jì)算機(jī)視覺(jué)(computer vision)是用機(jī)器代替人眼睛進(jìn)行測(cè)量和判斷。 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指通過(guò)圖像攝取裝置將被攝取的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專(zhuān)用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分

19、布和寬度、顏色等信息，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，抽取目標(biāo)的特征，根據(jù)判別結(jié)果控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。 機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用在半導(dǎo)體及電子、汽車(chē)、冶金、制藥、食品飲料、印刷、包裝、零配件裝配及制造質(zhì)量檢測(cè)等。,28,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,5. 自然語(yǔ)言理解 研究如何讓計(jì)算機(jī)理解人類(lèi)自然語(yǔ)言，包括回答問(wèn)題、生成摘要、翻譯等。 1957年，在蘇聯(lián)人造衛(wèi)星成功發(fā)射的刺激下,美國(guó)國(guó)家研究會(huì)大力支持對(duì)俄科技論文的計(jì)算機(jī)翻譯。人們最初以為機(jī)器翻譯只要將雙

20、向詞典及一些詞法知識(shí)放進(jìn)計(jì)算機(jī)就行了。后來(lái)發(fā)現(xiàn)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)十分荒謬的錯(cuò)誤。,“The spirit is willing but the flesh is weak”心有余而力不足。 俄語(yǔ) “The wine is good but the meat is spoiled”酒是好的但肉變質(zhì)了。,,,29,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,6. 智能信息檢索,智能信息檢索系統(tǒng)的功能： (1) 能理解自然語(yǔ)言。 (2) 具有推理

21、能力。 (3) 系統(tǒng)擁有一定的常識(shí)性知識(shí)。,7. 數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn),數(shù)據(jù)挖掘的目的是從數(shù)據(jù)庫(kù)中找出有意義的模式(一組規(guī)則、聚類(lèi)、決策樹(shù)、依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)或其他方式表示的知識(shí))。 數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程：數(shù)據(jù)預(yù)處理、建模、模型評(píng)估及模型應(yīng)用。,30,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,8. 專(zhuān)家系統(tǒng),專(zhuān)家系統(tǒng)模擬人類(lèi)專(zhuān)家求解問(wèn)題的思維過(guò)程求解領(lǐng)域內(nèi)的各種問(wèn)題，其水平可以達(dá)到甚至超過(guò)人類(lèi)專(zhuān)家的水平。 1965年費(fèi)根鮑姆研究小組開(kāi)始研制第一個(gè)專(zhuān)家系

22、統(tǒng)——分析化合物分子結(jié)構(gòu)的DENDRAL，1968年完成并投入使用。 1971年MIT開(kāi)發(fā)成功求解一些數(shù)學(xué)問(wèn)題的MYCSYMA專(zhuān)家系統(tǒng)。拉特格爾大學(xué)開(kāi)發(fā)的清光眼診斷與治療的專(zhuān)家系統(tǒng)CASNET。 1972年斯坦福大學(xué)肖特里菲等人開(kāi)始研制用于診斷和治療感染性疾病的專(zhuān)家系統(tǒng)MYCIN。 1976年斯坦福研究所開(kāi)始開(kāi)發(fā)探礦專(zhuān)家系統(tǒng)PROSPECTOR，1980年首次實(shí)地分析華盛頓某山區(qū)地質(zhì)資料，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)鉬礦。 1981年斯坦

23、福大學(xué)研制成功專(zhuān)家系統(tǒng)AM，能模擬人類(lèi)進(jìn)行概括、抽象和歸納推理，發(fā)現(xiàn)某些數(shù)論的概念和定理。,31,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,9. 自動(dòng)程序設(shè)計(jì),程序綜合：用戶(hù)只需要告訴計(jì)算機(jī)要“做什么”， 無(wú)須說(shuō)明“怎么做”，計(jì)算機(jī)就可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)程序的設(shè)計(jì)。 程序正確性的驗(yàn)證：研究出一套理論和方法，通過(guò)運(yùn)用這套理論和方法就可以證明程序的正確性。,32,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,10. 機(jī)器人,20世紀(jì)60年代初，研制出尤尼梅特和沃莎特蘭

24、兩種機(jī)器人。 機(jī)器人發(fā)展：程序控制機(jī)器人（第一代） 、自適應(yīng)機(jī)器人（第二代）、智能機(jī)器人（現(xiàn)代）。,33,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,美國(guó)軍用機(jī)器人攜帶火箭,34,美軍排爆機(jī)器人,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,35,美軍投入伊拉克戰(zhàn)場(chǎng)的可攜帶偵察機(jī)器人,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,36,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,,11. 組合優(yōu)化問(wèn)題,組合優(yōu)化問(wèn)題：旅行商問(wèn)題、生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度、物流中的車(chē)輛調(diào)度、智能交通、通信中的路由

25、調(diào)度、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息調(diào)度等 NP完全問(wèn)題：用目前知道的最好的方法求解，問(wèn)題求解需要花費(fèi)的時(shí)間是隨問(wèn)題規(guī)模增大以指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)。,12. 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：一個(gè)用大量簡(jiǎn)單處理單元經(jīng)廣泛連接而組成的人工網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)模擬大腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能 。,37,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,分布式人工智能系統(tǒng)以魯棒性作為控制系統(tǒng)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，并具有互操作性，即不同的異構(gòu)系統(tǒng)在快速變化的環(huán)境中，具有交換信息和協(xié)同工作的能力。 分布式問(wèn)

26、題求解：把一個(gè)具體的求解問(wèn)題劃分為多個(gè)相互合作和知識(shí)共享的模塊或者結(jié)點(diǎn)。 多智能體系統(tǒng)：研究各智能體之間行為的協(xié)調(diào)。,13. 分布式人工智能與多智能體,38,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,國(guó)際知名美籍華裔科學(xué)家傅京孫（K S. Fu）在1965年首先把人工智能的啟發(fā)式推理規(guī)則用于學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)。 智能控制的兩個(gè)顯著特點(diǎn)：第一，智能控制是同時(shí)具有知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義世界模型和傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型混合表示的控制過(guò)程。第二，智能控制的核

27、心在高層控制，其任務(wù)在于實(shí)際環(huán)境或過(guò)程進(jìn)行組織，即決策與規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)廣義問(wèn)題求解。 智能控制的基本類(lèi)型：（1）專(zhuān)家智能控制 （2）模糊控制（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,14. 智能控制,39,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,智能仿真是將AI引入仿真領(lǐng)域，建立智能仿真系統(tǒng)。 仿真是對(duì)動(dòng)態(tài)模型的實(shí)驗(yàn)，即行為產(chǎn)生器在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下驅(qū)動(dòng)模型，從而產(chǎn)生模型行為。仿真是在描述性知識(shí)、目的性知識(shí)及處理知識(shí)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生結(jié)論性知識(shí)。 利用AI對(duì)整個(gè)仿真

28、過(guò)程（建模、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行及結(jié)果分析）進(jìn)行指導(dǎo)，在仿真模型中引進(jìn)知識(shí)表示，改善仿真模型的描述能力，為研究面向目標(biāo)的建模語(yǔ)言打下基礎(chǔ)，提高仿真工具面向用戶(hù)、面向問(wèn)題的能力，使仿真更有效地用于決策，更好地用于分析、設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)。,15. 智能仿真,40,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,智能CAD（簡(jiǎn)稱(chēng)ICAD）就是把人工智能技術(shù)引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域，建立智能CAD系統(tǒng)。AI幾乎可以應(yīng)用到CAD技術(shù)的各個(gè)方面。從目前發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，至少

29、有下述四個(gè)方面： （1）設(shè)計(jì)自動(dòng)化。 （2）智能交互。 （3）智能圖形學(xué)。 （4）自動(dòng)數(shù)據(jù)采集。,16. 智能CAD,41,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,智能CAI就是把AI引入計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)領(lǐng)域。 ICAI系統(tǒng)一般分成專(zhuān)門(mén)知識(shí)、教導(dǎo)策略和學(xué)生模型和自然語(yǔ)言的智能接口。 ICAI應(yīng)具備下列智能特征：（1）自動(dòng)生成各種問(wèn)題與練習(xí)。（2）根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況自動(dòng)選擇與調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度

30、。（3）在理解教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上自動(dòng)解決問(wèn)題生成解答。（4）具有自然語(yǔ)言生成和理解能力。（5）對(duì)教學(xué)內(nèi)容有理解咨詢(xún)能力。（6）能診斷學(xué)生錯(cuò)誤，分析原因并采取糾正措施。（7）能評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。（8）能不斷地在教學(xué)中改善教學(xué)策略。,17. 智能CAI,42,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,智能管理就是把人工智能技術(shù)引入管理領(lǐng)域，建立智能管理系統(tǒng)，研究如何提高計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的智能水平，以及智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論、方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)

31、。 智能決策就是把人工智能技術(shù)引入決策過(guò)程，建立智能決策支持系統(tǒng)。 智能決策支持系統(tǒng)是由傳統(tǒng)決策支持系統(tǒng)再加上相應(yīng)的智能部件就構(gòu)成了智能決策支持系統(tǒng)。 智能部件可以是專(zhuān)家系統(tǒng)模式、知識(shí)庫(kù)模式等。,18. 智能管理與智能決策,43,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就是能綜合處理文字、圖形、圖像和聲音等多種媒體信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 智能多媒體就是將人工智能技術(shù)引入多媒體系統(tǒng)，使其功能和性能得到進(jìn)一步發(fā)展和提高。

32、多媒體技術(shù)與人工智能所研究的機(jī)器感知、機(jī)器理解等技術(shù)不謀而合。人工智能的計(jì)算機(jī)視聽(tīng)覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別與理解、語(yǔ)音對(duì)譯、信息智能壓縮等技術(shù)運(yùn)用于多媒體系統(tǒng)，將會(huì)使現(xiàn)在的多媒體系統(tǒng)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。,19. 智能多媒體系統(tǒng),44,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,智能操作系統(tǒng)的基本模型：以智能機(jī)為基礎(chǔ)，能支撐外層的AI應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)的知識(shí)處理和并行推理。 智能操作系統(tǒng)三大特點(diǎn)：并行性：支持多用戶(hù)、多進(jìn)程，同時(shí)進(jìn)行邏輯推理等;分布性：把計(jì)算

33、機(jī)硬件和軟件資源分散而又有聯(lián)系地組織起來(lái)，能支持局域網(wǎng)和遠(yuǎn)程網(wǎng)處理;智能性：一是操作系統(tǒng)處理的是知識(shí)對(duì)象，具有并行推理功能，支持智能應(yīng)用程序運(yùn)行;二是操作系統(tǒng)的絕大部分程序使用AI程序編制，充分利用硬件并行推理功能;三是具有較高智能程序的自動(dòng)管理維護(hù)功能，如故障的監(jiān)控分析等，幫助維護(hù)人員決策。,20. 智能操作系統(tǒng),45,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就是人們正在研制的新一代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從基本元件

34、到體系結(jié)構(gòu)，從處理對(duì)象到編程語(yǔ)言，從使用方法到應(yīng)用范圍，同當(dāng)前的諾依曼型計(jì)算機(jī)相比，都有質(zhì)的飛躍和提高，它將全面支持智能應(yīng)用開(kāi)發(fā)，且自身就具有智能。,21. 智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng),46,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,智能通信就是把人工智能技術(shù)引入通信領(lǐng)域，建立智能通信系統(tǒng)。 智能通信就是在通信系統(tǒng)的各個(gè)層次和環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)智能化。例如在通信網(wǎng)的構(gòu)建、網(wǎng)管與網(wǎng)控、轉(zhuǎn)接、信息傳輸與轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，都可實(shí)現(xiàn)智能化。這樣，網(wǎng)絡(luò)就可運(yùn)行在最佳狀態(tài)，具有

35、自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)、自修復(fù)等功能。,22. 智能通信,47,1.4 人工智能的主要研究領(lǐng)域,智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是將人工智能技術(shù)引入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)管理與控制、信息檢索與轉(zhuǎn)換、人機(jī)接口等環(huán)節(jié)，運(yùn)用AI的技術(shù)與成果。 AI的專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于網(wǎng)絡(luò)的連接接納控制、業(yè)務(wù)量管制、業(yè)務(wù)量預(yù)測(cè)、資源動(dòng)態(tài)分配、業(yè)務(wù)流量控制、動(dòng)態(tài)路由選擇、動(dòng)態(tài)緩沖資源調(diào)度等許多方面。,23. 智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),48,1.4 人工

36、智能的主要研究領(lǐng)域,人工生命是以計(jì)算機(jī)為研究工具，模擬自然界的生命現(xiàn)象，生成表現(xiàn)自然生命系統(tǒng)行為特點(diǎn)的仿真系統(tǒng)。主要研究進(jìn)化的模式和方式、人工仿生學(xué)、進(jìn)化博弈、分子進(jìn)化、免疫系統(tǒng)進(jìn)化、學(xué)習(xí)等；具有自治性、智能性、反應(yīng)性、預(yù)動(dòng)性和社會(huì)性的智能主體的形式化模型、通信方式、協(xié)作策略；研究生物感悟的機(jī)器人、自治和自適應(yīng)機(jī)器人、進(jìn)化機(jī)器人、人工腦。,24. 人工生命,第 2 章 知識(shí)表示,教材： 王萬(wàn)良《人工智能導(dǎo)論》（第3版）

37、 高等教育出版社，2011. 2,50,第2章 知識(shí)表示,人類(lèi)的智能活動(dòng)主要是獲得并運(yùn)用知識(shí)。知識(shí)是智能的基礎(chǔ)。為了使計(jì)算機(jī)具有智能，能模擬人類(lèi)的智能行為，就必須使它具有知識(shí)。但知識(shí)需要用適當(dāng)?shù)哪Ｊ奖硎境鰜?lái)才能存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中去，因此，知識(shí)的表示成為人工智能中一個(gè)十分重要的研究課題。本章將首先介紹知識(shí)與知識(shí)表示的概念，然后介紹一階謂詞邏輯、產(chǎn)生式、框架、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)等當(dāng)前人工智能中應(yīng)用比較廣泛的知識(shí)表示方法，為后面介紹推理方

38、法、專(zhuān)家系統(tǒng)等奠定基礎(chǔ)。,51,第2章 知識(shí)表示,2.1 知識(shí)與知識(shí)表示的概念 2.2 一階謂詞邏輯表示法 2.3 產(chǎn)生式表示法 2.4 框架表示法,52,第2章 知識(shí)表示,2.1 知識(shí)與知識(shí)表示的概念 2.2 一階謂詞邏輯表示法 2.3 產(chǎn)生式表示法 2.4 框架表示法,53,2.1.1 知識(shí)的概念,知識(shí)：在長(zhǎng)期的生活及社會(huì)實(shí)踐中、在科學(xué)研究及實(shí)驗(yàn)中積累起來(lái)的對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。知識(shí)：把有關(guān)信息

39、關(guān)聯(lián)在一起所形成的信息結(jié)構(gòu)。 知識(shí)反映了客觀世界中事物之間的關(guān)系，不同事物或者相同事物間的不同關(guān)系形成了不同的知識(shí)。,信息關(guān)聯(lián)形式：“如果……，則……” 如果大雁向南飛，則冬天就要來(lái)臨了。,—— 規(guī)則,—— 事實(shí),例如： “雪是白色的” 。 “如果頭痛且流涕，則有可能患了感冒” 。,54,2.1.2 知識(shí)的特性,1.相對(duì)正確性 任何知識(shí)都是在一定的條件及環(huán)境下產(chǎn)生的，在這種條件及環(huán)境下才是正確的。,1+1=2

40、（十進(jìn)制）1+1=10 (二進(jìn)制）,55,2.1.2 知識(shí)的特性,不確定性,隨機(jī)性引起的不確定性 模糊性引起的不確定性 經(jīng)驗(yàn)引起的不確定性 不完全性引起的不確定性,知識(shí)狀態(tài)：“真” “假” “真”與“假”之間的中間狀態(tài),“如果頭痛且流涕，則有可能患了感冒”,小李很高,56,2.1.2 知識(shí)的特性,可表示性與可利用性 知識(shí)的可表示性: 知識(shí)可以用適當(dāng)形

41、式表示出來(lái)，如用語(yǔ)言、文字、圖形、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。 知識(shí)的可利用性: 知識(shí)可以被利用。,57,2.1.3 知識(shí)的表示,知識(shí)表示（knowledge representation）：將人類(lèi)知識(shí)形式化或者模型化。 知識(shí)表示是對(duì)知識(shí)的一種描述，或者說(shuō)是一組約定，一種計(jì)算機(jī)可以接受的用于描述知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 選擇知識(shí)表示方法的原則：,（1）充分表示領(lǐng)域知識(shí)。 （2）有利于對(duì)知識(shí)的利用。（3）便于對(duì)知識(shí)的組織、維護(hù)與管理。 （4）便

42、于理解與實(shí)現(xiàn)。,58,第2章 知識(shí)表示,2.1 知識(shí)與知識(shí)表示的概念 2.2 一階謂詞邏輯表示法 2.3 產(chǎn)生式表示法 2.4 框架表示法,59,2.2 一階謂詞邏輯表示法,,60,2.2 一階謂詞邏輯表示法,2.2.1 命題2.2.2 謂詞2.2.3 謂詞公式2.2.4 謂詞公式的性質(zhì)2.2.5 一階謂詞邏輯知識(shí)表示方法2.2.6 一階謂詞邏輯表示法的特點(diǎn),61,命題邏輯：研究命題及命題之間關(guān)

43、系的符號(hào)邏輯系統(tǒng)。 命題邏輯表示法：無(wú)法把它所描述的事物的結(jié)構(gòu)及邏輯特征反映出來(lái)，也不能把不同事物間的共同特征表述出來(lái)。,2.2.1 命題,命題（proposition）：一個(gè)非真即假的陳述句。 若命題的意義為真，稱(chēng)它的真值為真，記為 T。 若命題的意義為假，稱(chēng)它的真值為假，記為 F。 一個(gè)命題可在一種條件下為真，在另一種條件下為假。,例如：3<5,例如：太陽(yáng)從西邊升起,例: 1＋1＝10,P：老李是小李的父親,P：北京

44、是中華人民共和國(guó)的首都,P：李白是詩(shī)人Q：杜甫也是詩(shī)人,62,2.2.2 謂詞,,,謂詞的一般形式： P (x1, x2,…, xn)個(gè)體 x1, x2,…, xn ：某個(gè)獨(dú)立存在的事物或者某個(gè)抽象的概念；謂詞名 P：刻畫(huà)個(gè)體的性質(zhì)、狀態(tài)或個(gè)體間的關(guān)系。,“老張是一個(gè)教師”：一元謂詞 Teacher (Zhang) “5>3” ：二元謂詞 Greater (5, 3) “Smith作為一個(gè)工程師為IBM工作”：

45、三元謂詞 Works (Smith, IBM, engineer),（1）個(gè)體是常量：一個(gè)或者一組指定的個(gè)體。,63,2.2.2 謂詞,,,（2）個(gè)體是變?cè)ㄗ兞浚簺](méi)有指定的一個(gè)或者一組個(gè)體。,“小李的父親是教師”：Teacher (father (Li) ),（3）個(gè)體是函數(shù)：一個(gè)個(gè)體到另一個(gè)個(gè)體的映射。,“x<5” ：Less(x, 5),（4）個(gè)體是謂詞,“Smith作為一個(gè)工程師為IBM工作”：二階謂詞 Works

46、 (engineer (Smith), IBM),64,2.2.3 謂詞公式,,1. 連接詞（連詞）（1）﹁： “否定” （ negation ）或 “非”。（2）∨： “析取”（disjunction）——或。（3）∧： “合取”（conjunction）——與。,“機(jī)器人不在2號(hào)房間”：﹁ Inroom (robot, r2),“李明打籃球或踢足球”：Plays (Liming, basketball) ∨ Plays

47、(Liming, football),“我喜歡音樂(lè)和繪畫(huà)”： Like (I, music) ∧ Like (I, painting),65,2.2.3 謂詞公式,1. 連接詞（連詞）（4）→：“蘊(yùn)含”(implication)或 “條件”(condition)。,,“如果劉華跑得最快，那么他取得冠軍?！?： RUNS (Liuhua，faster)→WINS (Liuhua ，champion),

48、（5）? ：“等價(jià)”（equivalence）或“雙條件” （bicondition）。 P ? Q: “P當(dāng)且僅當(dāng)Q”。,66,2.2.3 謂詞公式,1. 連接詞（連詞）,,謂詞邏輯真值表,67,2.2.3 謂詞公式,2. 量詞（quantifier）（1）全稱(chēng)量詞（universal quantifier）（ x）：“對(duì)個(gè)體域中的所有（或任一個(gè)）個(gè)體 x ”。,“所有的機(jī)器人都是

49、灰色的”： ( x)[ROBOT (x) → COLOR (x，GRAY)],,（2）存在量詞（existential quantifier）（ x）：“在個(gè)體域中存在個(gè)體 x ”。,“1號(hào)房間有個(gè)物體”： （ x）INROOM（x，r1）,68,2.2.3 謂詞公式,全稱(chēng)量詞和存在量詞舉例：,,( x)( y) F(x, y) 表示對(duì)于個(gè)體域中的任何個(gè)體x都存在個(gè)體y，x與y是朋友

50、。 ( x)( y) F(x, y) 表示在個(gè)體域中存在個(gè)體x，與個(gè)體域中的任何個(gè)體y都是朋友。 ( x)( y) F(x, y) 表示在個(gè)體域中存在個(gè)體x與個(gè)體y，x與y是朋友。 ( x)( y) F(x, y) 表示對(duì)于個(gè)體域中的任何兩個(gè)個(gè)體x和y，x與y都是朋友。,69,2.2.3 謂詞公式,全稱(chēng)量詞和存在量詞出現(xiàn)的次序?qū)⒂绊懨}的意思。例如：,( x)( y)

51、(Employee(x) → Manager(y, x)) : “每個(gè)雇員都有一個(gè)經(jīng)理。” ( y)( x)(Employee(x) → Manager(y, x)): “有一個(gè)人是所有雇員的經(jīng)理。”,70,2.2.3 謂詞公式,3. 謂詞公式定義2.2 可按下述規(guī)則得到謂詞演算的謂詞公式：,,(1) 單個(gè)謂詞是謂詞公式，稱(chēng)為原子謂詞公式。(

52、2) 若A是謂詞公式，則﹁A也是謂詞公式。 (3) 若A，B都是謂詞公式，則A∧B，A∨B，A→B， A? B也都是謂詞公式。 若A是謂詞公式，則 ( x) A，( x)A也是謂詞公式。 有限步應(yīng)用（1）－（4）生成的公式也是謂詞公式。,連接詞的優(yōu)先級(jí)別從高到低排列： ﹁， ∧， ∨， →，,71,2.2.3 謂詞公式,4．量詞的轄域 量詞的轄域：位于量

53、詞后面的單個(gè)謂詞或者用括弧括起來(lái)的謂詞公式。約束變?cè)c自由變?cè)狠犛騼?nèi)與量詞中同名的變?cè)Q(chēng)為約束變?cè)?，不同名的變?cè)Q(chēng)為自由變?cè)?,,例如： ( x)(P(x, y) → Q (x, y))∨R(x, y) (P(x, y) → Q (x, y)) ：( x)的轄域，轄域內(nèi)的變?cè)獂是受（ x）約束的變?cè)琑(x, y)中的x是自由變?cè)?公式中的所有y都是自由變?cè)?72,2.2.4 謂詞公式的性質(zhì),1.

54、謂詞公式的解釋 謂詞公式在個(gè)體域上的解釋?zhuān)簜€(gè)體域中的實(shí)體對(duì)謂詞演算表達(dá)式的每個(gè)常量、變量、謂詞和函數(shù)符號(hào)的指派。,Friends (george, x)Friends (george, susie) TFriends (george, kate) F,對(duì)于每一個(gè)解釋?zhuān)^詞公式都可求出一個(gè)真值（T或F）。,73,2.2.4 謂詞公式的性質(zhì),2. 謂詞公式的永真性、可滿(mǎn)足性、不可滿(mǎn)足性,,定義2.5 對(duì)于謂

55、詞公式P，如果至少存在一個(gè)解釋使得P在此解釋下的真值為T(mén)，則稱(chēng)P是可滿(mǎn)足的，否則，則稱(chēng)P是不可滿(mǎn)足的。,定義2.4 如果謂詞公式P對(duì)個(gè)體域D上的任何一個(gè)解釋都取得真值F，則稱(chēng)P在D上是永假的；如果P在每個(gè)非空個(gè)體域上均永假，則稱(chēng)P永假。,定義2.3 如果謂詞公式P對(duì)個(gè)體域D上的任何一個(gè)解釋都取得真值T，則稱(chēng)P在D上是永真的；如果P在每個(gè)非空個(gè)體域上均永真，則稱(chēng)P永真。,74,2.2.4 謂詞公式的性質(zhì),3. 謂詞公式的等價(jià)性,,定

56、義2.6 設(shè)P與Q是兩個(gè)謂詞公式，D是它們共同的個(gè)體域，若對(duì)D上的任何一個(gè)解釋?zhuān)琍與Q都有相同的真值，則稱(chēng)公式P和Q在D上是等價(jià)的。如果D是任意個(gè)體域，則稱(chēng)P和Q是等價(jià)的，記為P Q 。（4）德.摩根律(De. Morgen) （8）連接詞化規(guī)律（蘊(yùn)含、等價(jià)等值式） （10）量詞轉(zhuǎn)換律,,75,2.2.4 謂詞公式的性質(zhì),4. 謂詞公式的永真蘊(yùn)含,,,,定義2.7 對(duì)于謂詞公式P與Q，如果P→Q永真，則稱(chēng)公式P

57、永真蘊(yùn)含Q，且稱(chēng)Q為P的邏輯結(jié)論，稱(chēng)P為Q的前提，記為P Q。（3）假言推理 （4）拒取式推理 （5）假言三段論,76,2.2.4 謂詞公式的性質(zhì),謂詞邏輯的其他推理規(guī)則 P規(guī)則：在推理的任何步驟上都可引入前提。 T規(guī)則：在推理過(guò)程中，如果前面步驟中有一個(gè)或多個(gè)公式永真蘊(yùn)含公式S，則可把S引入推理過(guò)程中。 CP規(guī)則：如果能從任意引入的命題R和前提集合中推出S來(lái)，則可從前提集合推出R → S來(lái)。,,,,,,,,7

58、7,2.2.4 謂詞公式的性質(zhì),所有的人都是會(huì)死的， 因?yàn)橹T葛亮是人， Human（Zhugeliang） 所以諸葛亮是會(huì)死的。 Die（Zhugeliang）,{ 1 } P規(guī)則 { 2 } Human（Zhugeliang） P規(guī)則

59、 { 1, 2 } Die（Zhugeliang） T規(guī)則,,78,2.2.4 謂詞公式的性質(zhì),謂詞邏輯的其他推理規(guī)則：④ 反證法： ，當(dāng)且僅當(dāng) ，即Q為P的邏輯結(jié)論，當(dāng)且僅當(dāng) 是不可滿(mǎn)足的。,,,,,,,定理：Q為 ， ，… ， 的邏輯結(jié)論，當(dāng)且僅當(dāng)

60、 是不可滿(mǎn)足的。,79,2.2.5 一階謂詞邏輯知識(shí)表示方法,謂詞公式表示知識(shí)的步驟：（1）定義謂詞及個(gè)體。（2）變?cè)x值。（3）用連接詞連接各個(gè)謂詞，形成謂詞公式。,例如： 用一階謂詞邏輯表示下列關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。住戶(hù) 房間 電話(huà)號(hào)碼 房間Zhang

61、 201 491 201Li 201 492 201Wang 202 451 202Zhao 203

62、 451 203,,Occupant,Telephone,80,,用一階謂詞表示： Occupant（Zhang ， 201） Occupant（Li，201） Occupant（Wang， 202） Occupant（Zhao， 203） Telephone（491，201） Telephone（492

63、，201） Telephone（451，202） Telephone（451，203）,2.2.5 一階謂詞邏輯知識(shí)表示方法,81,2.2.6 一階謂詞邏輯表示法的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 自然性 精確性 嚴(yán)密性 容易實(shí)現(xiàn),應(yīng)用：（1）自動(dòng)問(wèn)答系統(tǒng)（Green等人研制的QA3系統(tǒng)）（2）機(jī)器人行動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)（Fikes等人研制的STRIPS系統(tǒng)）（3）機(jī)器博弈系統(tǒng)（Filman等人研制的FOL系統(tǒng)）

64、（4）問(wèn)題求解系統(tǒng)（Kowalski等設(shè)計(jì)的PS系統(tǒng)）,局限性： 不能表示不確定的知識(shí) 組合爆炸 效率低,82,第2章 知識(shí)表示,2.1 知識(shí)與知識(shí)表示的概念 2.2 一階謂詞邏輯表示法 2.3 產(chǎn)生式表示法 2.4 框架表示法,83,2.3 產(chǎn)生式表示法,2.3.1 產(chǎn)生式2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)2.3.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)——?jiǎng)游镒R(shí)別系統(tǒng)2.3.4 產(chǎn)生式表示法的特點(diǎn),84,2.3.1 產(chǎn)生式,“產(chǎn)生

65、式”：1943年，美國(guó)數(shù)學(xué)家波斯特（E. Post）首先提出。 1972年，紐厄爾和西蒙在研究人類(lèi)的認(rèn)知模型中開(kāi)發(fā)了基于規(guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)。產(chǎn)生式通常用于表示事實(shí)、規(guī)則以及它們的不確定性度量，適合于表示事實(shí)性知識(shí)和規(guī)則性知識(shí)。,,,85,2.3.1 產(chǎn)生式,確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示,2. 不確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示,基本形式： IF P THEN Q 或者： 例如： r4：IF

66、 動(dòng)物會(huì)飛 AND 會(huì)下蛋 THEN 該動(dòng)物是鳥(niǎo),基本形式： IF P THEN Q （置信度） 或者： （置信度） 例如： IF 發(fā)燒 THEN 感冒 （0.6）,86,2.3.1 產(chǎn)生式,3. 確定性事實(shí)性知識(shí)的產(chǎn)生式表示,4. 不確定性事實(shí)性知識(shí)的產(chǎn)生式表示,三元組表示：（對(duì)象，屬性，值）

67、 或者：（關(guān)系，對(duì)象1，對(duì)象2） 例： 老李年齡是40歲： （Li，age，40） 老李和老王是朋友：（friend，Li，Wang）,四元組表示：（對(duì)象，屬性，值，置信度） 或者： （關(guān)系，對(duì)象1，對(duì)象2，置信度）例：老李年齡很可能是40歲：（Li，age，40，0.8） 老李和老王不大可能是朋友：（friend，Li，

68、Wang，0.1）,87,2.3.1 產(chǎn)生式,產(chǎn)生式與謂詞邏輯中的蘊(yùn)含式的區(qū)別：（1）除邏輯蘊(yùn)含外，產(chǎn)生式還包括各種操作、規(guī)則、變換、算子、函數(shù)等。例如，“如果爐溫超過(guò)上限，則立即關(guān)閉風(fēng)門(mén)”是一個(gè)產(chǎn)生式，但不是蘊(yùn)含式。（2）蘊(yùn)含式只能表示精確知識(shí)，而產(chǎn)生式不僅可以表示精確的知識(shí)，還可以表示不精確知識(shí)。蘊(yùn)含式的匹配總要求是精確的。產(chǎn)生式匹配可以是精確的，也可以是不精確的，只要按某種算法求出的相似度落在預(yù)先指定的范圍內(nèi)就認(rèn)為是可匹配的