第四讲 人工智能的产生与发展ppt课件.ppt

2011,人工智能课程改革与建设 第四讲 人工智能的产生与发展Origin and Development of AI 中南大学 蔡自兴,本讲授课要点,是人工智能技术的第一堂课，务必深入浅出，吸引学生的注意，激发学生的兴趣。以丰富的图片和文字等资料，讲述人工智能的诞生和发展，避免单调无味。以讲故事的形式说明AI的发展道路，强调过程的曲折，包括在中国的艰辛发展，通过披露鲜为人知的历史，进一步激发大家的兴趣。通过讲述人工智能不同学派及其争论，诱导学生的好奇，引起想知道“他们到底是怎么做的？”的兴趣。,授课内容,1. 什么是人工智能 ?2. 人工智能是如何发展起来的 ？3. 人类智能与人工智能的关系如何 ？4. 人工智能的学派及其争论5. 人工智能对人类的影响6.人工智能的研究和应用领域,美梦能否成真？,人类梦想发明各种机械工具和动力机器，协助甚至代替人们从事各种体力劳动。18世纪第一次工业革命中，瓦特发明的蒸汽机开辟了利用机器动力代替人力和畜力的新纪元。此后，显著减轻体力劳动和实现生产过程自动化才成为可能。,美梦能否成真？,人类同样梦想发明各种智能工具和智能机器，协助甚至代替人们从事各种脑力劳动。20世纪40年代计算机的发明和50年代人工智能的出现开辟了利用智能机器代替人类从事脑力劳动的新纪元。此后，显著减轻脑力劳动和实现生产过程智能化才成为可能。,人工智能与人类智能,由于人类对机器人不够了解，因而产生“不信任感” 以及担心使用机器人可能带来失业的恐惧，因而人类担心“机器人的智能将要超过人类，从而反客为主，要统治人类”，给人类造成心理威胁。机器智能不是生命现象，而是一种人为的机械模仿。未来的高智能机器人的某些功能，很可能会超过人，但从总体上看，机器人智能不可能超过人类智能。,智 能 ？,什么是智能？,中国工程院首任院长、原全国政协副主席 宋健院士在担任国务委员兼国家科委主任时赐寄的题词（1993年）,宋健院长题词,自然智能,人类大脑是如何实现智能的?两大难题之一：宇宙起源、人脑奥秘对人脑奥秘知之甚少人脑结构：含有1011-12 个（千亿-万亿个）神经元，而且呈现并行分布大脑功能：记忆、思维、观察、分析 等 对智能的严格定义有待于人脑奥秘的进一步揭示与认识,人工（man-made）制品,人工，即人造的，不是自然的。例子： 人工湖，人工河（运河），人工纤维，人造卫星，人工肢腿（假肢假腿），人工脑，人工心脏，人工鱼（转基因鱼），克隆羊、克隆牛，各种转基因食品,什么是人工智能?,人工智能Artificial Intelligence (AI) 众说纷纭目前还没有统一的定义AI的严格定义依赖于对智能的定义 即要定义人工智能，首先应该定义智能但智能本身也还无严格定义因此，应当首先研究人类的自然智能一般解释：人工智能就是用人工的方法在机器（计算机）上实现的智能，或称机器智能、计算机智能。,知识与智能,知识 人们通过体验、学习或联想而知晓的对客观世界规律性的认识，包括事实、条件、过程、规则、关系和规律等。智能 一种应用知识对一定环境或问题进行处理的能力或者进行 抽象思考的能力。智能机器 能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务的机器。,人工智能的不同定义,AI (能力) 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。 AI (学科) 计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。它的近期目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些功能，并开发相关理论和技术。,2. 人工智能是如何发展的？,孕 育 期 （ 1956年前）形 成 期 （ 19561970年）暗 淡 期 （ 19661974年）知识应用期 （ 19701988年）集成发展期 （ 1986年至今）,2. 人工智能的起源与发展孕育期,孕育期 （ 1956以前）亚里斯多德（公元前384322）：古希腊伟大的哲学家和思想家，创立了演绎法。他提出的三段论至今仍然是演绎推理的最基本出发点。莱布尼茨(16461716)：德国数学家和哲学家，把形式逻辑符号化，奠定了数理逻辑的基础。,2. 人工智能的起源与发展孕育期,图灵(19121954)：英国数学家，1936年创立了自动机理论亦称图灵机，1950年在其著作计算机器与智能中首次提出“机器也能思维” ，被誉为“人工智能之父”。,莫克(19071980)：美国数学家、电子数字计算机的先驱，1946年研制成功了世界上第一台通用电子数字计算机ENIAC。,2. 人工智能的起源与发展孕育期,麦克洛奇和皮兹：美国神经生理学家，1943年建成第一个神经网络模型(MP模型)。 维纳(18741956) ：美国著名数学家、控制论创始人。1948年创立了控制论。控制论对人工智能的影响，形成了行为主义学派。,2. 人工智能的起源与发展形成期,形成期 （1956-1970）AI诞生于一次历史性的聚会达特茅斯会议 1956年夏季，年轻的美国学者麦卡锡、明斯基、朗彻斯特和香农共同发起，邀请莫尔、塞缪尔、 纽厄尔和西蒙等参加在美国达特茅斯大学举办 了一次长达2个多月的研讨会，热烈地讨论用机器模拟人类智能的问题。会上，首次使用了 “人工智能”这一术语。这是人类历史上第一次 人工智能研讨会，标志着人工智能学科的诞生，具有十分重要的历史意义。,2. 人工智能的起源与发展形成期,形成期 （1956-1970）迅速发展，过于乐观 1956年，塞缪尔在IBM计算机上研制成功了具有自学习、自组织和自适应能力的西洋跳棋程序。1957年，纽厄尔、肖(Shaw)和西蒙等研制了一个称为逻辑理论机（LT)的数学定理证明程序。 1958年，麦卡锡建立了行动规划咨询系统。1960年纽厄尔等研制了通用问题求解(GPS)程序。麦卡锡研制了人工智能语言LISP。1961年，明斯基发表了“走向人工智能的步骤”的论文，推动了人工智能的发展。1965年，鲁宾逊提出了归结（消解）原理。,2. 人工智能的起源与发展暗淡期,暗淡期 （ 19661974 ）过高预言的失败，给AI的声誉造成 重大伤害。 “20 年内，机器将能做人所能做的一切。”西蒙，1965 “在38年时间里，我们将研制出具有普通人智力的计算机。这样的机器能读懂莎士比亚的著作，会给汽车上润滑油，会玩弄政治权术，能讲笑话，会争吵。它的智力将无以伦比。” 明斯基，1977,2. 人工智能的起源与发展暗淡期,塞缪尔的下棋程序在与世界冠军对弈时，以1 比4告负。归结法的能力有限。当用归结原理证明“两连续函数之和仍然是连续函数”时，推了10万步也没证明出结果来。把“心有余而力不足” (The spirit is willing but the flesh is weak)的英语句子翻译成俄语，再翻译回来时竟变成了“酒是好的，肉变质了” 英国剑桥大学数学家詹姆士按照英国政府的旨意，发表一份关于人工智能的综合报告，声称 人工智能即使不是骗局也是庸人自扰 。,2. 人工智能的起源与发展知识应用期,知识应用期（ 19701988 年）专家系统实现了人工智能从理论研究走向专门知识应用，是AI发展史上的一次重要突破与转折。1972-1976年，费根鲍姆研制MYCIN专家系统，用于协助内科医生诊断细菌感染疾病，并提供最佳处方。1976年，斯坦福大学的杜达等人研制地质勘探专家系统PROSPECTOR。计算机视觉、机器人、自然语言理解、机器翻译等AI应用研究获得发展。同时也出现新的问题,2. 人工智能的起源与发展集成发展期,集成发展时期（ 1986 -）专家系统的不足：应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识获取困难、推理方法单一、没有分布式功能、不能访问现存数据库等，促进专家系统的改进与发展。 机器学习、人工神经网络、智能机器人和行为主义研究趋向热烈和深入。智能计算 (CI）弥补了人工智能中在数学理论和计算上的不足，更新和丰富了人工智能理论框架，使人工智能进入一个新的发展时期 。,2. 人工智能的起源与发展进入新世纪,1956年夏出席达特茅斯会议的部分代表于50年后重逢,2006，AI 50周年会议（美国）莫尔，麦卡锡，明斯基，塞尔夫里奇，索罗蒙夫,2. 人工智能的起源与发展中国,1978年到1981年艰难起步人工智能研究起步较晚，1978年把“智能模拟”纳入国家研究计划1981年，中国人工智能学会在长沙艰难成立，秦元勋当选第一任理事长。,秦元勋,学会长期得不到国内科技界的认同，只能挂靠在中国社会科学院哲学研究所，直到2004年，才得以“返祖归宗”，挂靠到中国科学技术协会。,2. 人工智能的起源与发展中国,1978年到1981年艰难起步秦元勋（19232008 ）数学家。贵州贵阳人。1943年毕业于浙江大学数学系。1946年获美国哈佛大学文学硕士学位，1947年获美国哈佛大学哲学博士学位，1988年被美国俄亥俄大学玛丽塔学院授予荣誉科学博士。1948年从美国回国，历任西南军政委员会文教部调研室副主任、科学普及处处长，中国核工业部（二机部）九院理论部副主任，中国科学院数学研究所研究员，中科院应用数学研究所研究员、执行副所长，中国核学会计算物理学会理事长，中国人工智能学会理事长。,2. 人工智能的起源与发展中国,1978年到1981年艰难起步秦元勋是中国挑战相对论先驱，长期从事数学理论及其应用的研究。在常微分方程的定性理论、运动稳定性、近似解析、机器推导公式等方面的研究，在中国处于开创的地位。其中极限环的研究，具有国际先进水平。曾负责完成了中国第一颗原子弹和氢弹的威力计算工作。是1982年国家自然科学奖一等奖的原子弹氢弹设计原理中的物理力学数学理论问题项目的主要工作者之一，并开辟了计算物理学这一新的分支学科。因时间与空间小册子引起争论，而受到不公正对待，未能评上“院士”，令人惋惜。,2. 人工智能的起源与发展中国,1985年前备受质疑和打压1984年由国防科委召开了智能计算机及其系统学术讨论会。人工智能在西方国家得到重视和发展，而在苏联却受到批判。在我国人工智能与“特异功能”一起受到质疑，人工智能学科群专著不能公开出版。,1986年迎来希望的曙光1986年起把智能计算机系统、智能机器人和智能信息处理等重大项目列入国家高技术研究计划。清华大学校务委员会经过长期和三次讨论后，决定同意在清华大学出版社出版人工智能著作。我国首部人工智能、机器人学和智能控制著作分别于1987年、1988年和1990年在清华大学出版社、中南工业大学出版社和电子工业出版社问世。,2. 人工智能的起源与发展中国,人工智能著作的编著和出版“使这一前沿学科的最精彩的成就迅速与中国读者见面，这对人工智能在中国的传播和发展必定会起到重大的推动作用” 宋健（1988）,2. 人工智能的起源与发展中国,1987年到1999年破土而出1987年模式识别与人工智能杂志创刊,1989年首次召开了中国人工智能控制联合会议(CJCAI)1993年起，把智能控制和智能自动化等项目列入国家科技攀登计划。,2. 人工智能的起源与发展中国,21世纪蓬勃发展更多的人工智能与智能系统研究获得各种基金计划支持，并与国家国民经济和科技发展的重大需求相结合，力求做出更大贡献.2006年智能系统学报创刊,2. 人工智能的起源与发展中国,2006年8月，在北京举办了 “庆祝人工智能学科诞生50周年”大型庆祝活动。,涂序彦 蔡自兴 Zadeh 吴文俊 许嘉璐,2009年，向国家学位委员会和国家教育部提出“设置智能科学与技术学位授权一级学科”的建议。,2. 人工智能的起源与发展中国,据不完全统计，现在全国已编著出版了50多部人工智能、40多部智能控制和近50部机器人学的教材/专著。,2. 人工智能的起源与发展中国,2. 人工智能的起源与发展中国,中国人工智能学会(CAAI)成立后，相继成立了智能机器人专业委员会和智能控制专业委员会、全国高校人工智能研究会、中国计算机学会人工智能与模式识别专业委员会、中国自动化学会模式识别与机器智能专业委员会以及智能自动化专业委员会等二级学会。有些省市也成立了地方人工智能学会，推动了我国人工智能的发展。曾经联合召开过6届中国机器人学大会/联合会议。现在，我国已有数以万计的科技人员和大学师生从事不同层次的人工智能研究与学习，人工智能研究已在我国深入开展，它必将为促进其它学科的发展和我国的现代化建设做出新的重大的贡献。,2. 人工智能的起源与发展中国,我国已在人工智能领域取得一些具有国际领先水平的创造性成果。其中，尤以吴文俊院士的关于几何定理证明的“吴氏方法”最为突出。,2. 人工智能的起源与发展中国,进入新世纪 出现新动向人工智能属于计算机科学的一个分支 ？以人工智能和认知科学为代表的学科应当成为一支称为“智能科学”的新学科 ？,“我深信，以人工智能和模式识别为带头的这门新学科，将为人类迈进智能自动化时期做出奠基性贡献。” 宋健（1988）,智能科学呼之欲出,课程专业学科科学 及其研讨会/会议,3. 人类智能与人工智能的关系？,电脑真的能够模拟人脑吗？,vs,输入,输出,Hello!,存储,除此之外，人和计算机都能复制建立符号结构：在符号系统中形成符号结构条件性迁移：根据已有符号， 继续完成活动过程,3. 人类智能与人工智能的关系？,符号处理系统的六种基本功能 一个完善的符号系统应具有下列6种基本功能： (1) 输入符号(input)； (2) 输出符号(output); (3) 存储符号(store); (4) 复制符号(copy); (5) 建立符号结构：在符号系统中形成符号结构； (6) 条件性迁移:根据已有符号， 继续完成活动过程。,3. 人类智能与人工智能关系？,可以把人看成一个智能信息处理系统 如果一个物理符号系统具有上述全部6种功能，能够完成这个全过程，那么它就是一个完整的物理符号系统。人具有上述6种功能；现代计算机也具备物理符号系统的这6种功能。物理符号系统的假设 任何一个系统，如果它能表现出智能，那么它就必定能够执行上述6种功能。反之，任何系统如果具有这6种功能，那么它就能够表现出智能；这种智能指的是人类所具有的那种智能。把这个假设称为物理符号系统的假设。,3. 人类智能与人工智能关系？,物理符号系统3个推论 推论一 既然人具有智能，那么他就一定是个物理符号系统。人之所以能够表现出智能，就是基于他的信息处理过程。 推论二 既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智能。这是人工智能的基本条件。 推论三 既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么就 能够用计算机来模拟人的智能活动。,3. 人类智能与人工智能关系？,物理符号系统假设的局限性“物理符号系统”假设认为，只要符号足够丰富，操纵这些符号的规则足够细致和严密，建立起一个能够为计算机识别和处理的形式化系统是可能的。在其后的研究中人们发现，在人类智能中，常识扮演着重要角色。人类很可能根本不是按照逻辑的方式来使用常识，常识极难用一组事实和规则详细说明。基于“物理符号系统”假设的许多乐观预言都成了泡影。 上个世纪90年代以后，人工智能研究逐渐形成了若干新的研究模式。,4. 人工智能的学派,三个学派符号主义（Symbolism ）连接主义（Connectionism）行为主义（Actionism）,符号主义 连接主义 行为主义,4.人工智能的学派符号主义,1234567890 0010110010110001 ABCDEFGLMNOPQSWXYZ abcdefghijklmnopqrstuvwxyz +符号主义又称：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/逻辑推理学派代表：纽厄尔、西蒙和尼尔逊等,4.人工智能的学派连接主义,连接主义 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：麦克洛奇、皮茨、 霍普菲尔德、鲁梅尔哈特等。,4.人工智能的学派行为主义,行为主义 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：布鲁克斯的六足行走机器人，一个基于感知-动作模式的模拟昆虫行为的控制系统。,对人工智能理论的争论对人工智能方法的争论对人工智能技术路线的争论,4.人工智能的学派争论,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，因此能够用计算机来模拟人的智能行为。人工智能的核心问题是知识表示、知识推理和知识运用。,4.人工智能的学派对人工智能理论的争论,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，并提出连接主义的大脑工作模式，用于取代符号操作的电脑工作模式。,4.人工智能的学派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。,4.人工智能的学派对人工智能理论的争论,符号主义： 功能模拟方法 模拟人类认知系统所具备的功能，通过数学逻辑方法来实现人工智能。连接主义： 结构模拟方法 模拟人的生理神经网络结构，不同的结构表现出不同的功能和行为。认为功能、结构和智能行为是不可分的。 行为主义： 行为模拟方法 采用行为模拟方法，也认为功能、结构和智能行为是不可分的。不同行为表现出不同功能和不同控制结构。,4.人工智能的学派 对人工智能方法的争论,专用路线 强调研制与开发专用智能计算机、人工智能软件、开发工具、人工智能语言和其它专用设备。 通用路线 认为通用计算机硬件和软件能够对人工智能开发提供有效支持，解决一般人工智能问题。 硬件路线 认为人工智能发展主要依靠硬件技术 软件路线 强调人工智能发展主要依靠软件技术,4.人工智能的学派对人工智能技术路线的争论,5. 人工智能对人类的影响经济,人工智能对经济的影响成功的专家系统能为它的建造者、拥有者和用户带来明显的经济效益 人工智能推动计算机技术发展,5. 人工智能对人类的影响 社会,人工智能对社会的影响劳务就业问题,捡罐子机器人,5. 人工智能对人类的影响 社会,社会结构变化“人-机器” “人-智能机器-机器” 人们将不得不学会与智能机器相处，并适应这种变化了的社会结构。思维方式与观念的变化人们开始相信智能机器的判断和决定。失去对问题及其求解任务的责任感和敏感性 。认知能力下降，变得懒惰。,心理或精神上的威胁引起的法律问题技术失控的危险,5. 人工智能对人类的影响社会,机器人三守则机器人必须不危害人类，也不允许眼看人类受害而袖手旁观。 机器人必须绝对服从人类，除非这种服从有害于人类。 机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它作出牺牲。阿西莫夫 ，我是机器人 ，1950,人工智能技术失控有什么危险？,人工智能对文化的影响改善人类知识改善人类语言改善文化生活,5. 人工智能对人类的影响文化,6. 人工智能的研究与应用领域,问题求解逻辑推理与自动定理证明计算智能分布式人工智能与真体（Agent）自动程序设计专家系统机器学习自动规划智能检索,6. 人工智能的研究与应用领域,智能网络自然语言理解机器人学模式识别机器视觉人工神经网络智能控制智能决策系统人工智能语言,谢谢大家！,