人工智能人工智能简介.ppt

人工智能及其应用Artificial Intelligence and Its Application姜云飞中山大学计算机软件研究所吉林大学珠海学院计算机系,任课教师：姜云飞 1978-1997 吉林大学计算机科学系硕士研究生，讲师，副教授 教授，计算机科学系副主任，计算机研究所副所长 博士导师，期间曾到上海外国语大学，英国Ulster 大学，美国新泽西理工学院（NJIT）学习。1997-中山大学信息科学与技术学院教授，博士导师 信息科学与技术学院院长 2005-吉林大学珠海学院计算机科学与技术系主任主要研究领域：人工智能，知识工程，智能诊断，智能规划个人爱好：reading English,basketball,handwriting,我的教学理念：和学生做朋友 把教学当乐趣，寓教于乐，教学相长。把学习当成乐趣。改变中国传统的关于学习的观点。课堂上多题问题，多参加讨论。希望同学们能通过这一课程有所收获，有所感悟。What You Make of Your Life Is Up to YouEvery person creates his or her own reality.Authorship of your life is one of your absolute rights;yet so often people deny that they have the ability to script the life they desire.They look past the fundamental truth that it is not our external resources that determine our success or failure,but rather our own belief in ourselves and our willingness to create a life according to our highest aspirations.,教材：人工智能 清华大学 计算机学院 马少平,朱小燕编著 1。掌握精华，掌握本质，集合自己实际情况，融会 贯通 2。学习好的，有余力的学生，可以其他书籍。3。因为课堂不能全讲，一般学生需要自行阅读。4。如果对掌握课程内容有困难，课堂须全部出席，然后认真阅读power-point内容。,1。什么是人工智能？What is Artificial Intelligence?2。人工智能的发展历史 The history of Artificial Intelligence.3。人工智能的研究领域。The fields of Artificial Intelligence.4。人工智能的应用 The Applications of Artificial Intelligence,5。人工智能在中国 Artificial Intelligence in China6。我们的研究工作 Our Research works in AI7。人工智能对人类的挑战 Challenge of AI to Mankind,1。什么是人工智能？What is Artificial Intelligence?1。1 什么是智能？What is Intelligence?Intelligence is the computational part of the ability to achieve goals in the world.Varying kinds and degrees of intelligence occur in people,many animals and some machines.McCarthy,人类的主要行为：计算,分析,推理,综合,决策,诊断,游戏,学习，谈话 推理是一种其核心作用的智能行为.推理比计算更复杂.1.2 What is Artificial Intelligence?It is the science and engineering of making intelligent machines,especially intelligent computer programs.It is related to the similar task of using computers to understand human intelligence,but AI does not have to confine itself to methods that are biologically observable.McCarthy,人工智能即包含理论研究的内容又包含工程方面的内容.人工智能的研究注意智能系统的效果而不是单纯的对人的智能行为的模拟.人们看到鸟在天空中飞翔,想到要造能飞行的机器,但现在的飞机使用的空气动力学原理与鸟的飞行道理有很大的不同,同样实现了在天上飞的梦想,而且飞的更快,更高,更远.人工智能并不是一个只是在高楼深院里才能研究的科学。它能使计算机系统的性能得到明显提高。,1.3 图灵测试 Turing TestAlan Turings 1950 article Computing Machinery and Intelligence Tur50 discussed conditions for considering a machine to be intelligent.He argued that if the machine could successfully pretend to be human to a knowledgeable observer then you certainly should consider it intelligent.,The Turing test,(http:/),Alan Turing(1950)“Computing Machinery and Intelligence”,a machine may be deemed intelligent,if it can act in such a manner that a human cannot distinguish the machine from another human merely by asking questions via a mechanical link.,2。人工智能的发展历史 The history of Artificial Intelligence.,AI is nearly as old as computing.,The Gestation of ArtificialIntelligence(1943-1956)人工智能发展的初期Warran McCulloch and Walter Pitts Model of Artificial NeuronsAlan Turing chess program(1953)Marvin Minskey and Dean Edmond(SNARC，1951)The first neural network computer 3000 vacuums,Minskeys was skeptical whetherthis kind of work should be considered mathematicsbut von Neumann:”If it isnt now,it will be some day”,Dardmouth conferencr(1956)John McCarthyMinskey,Shannon,Samuel(IBM),Solomonof,Selfridge(MIT)10 attendeesAlen Newell and Herbert Simon(Carnegie Tech)Logic Theoristprove most of the theorems in Chapter 2 of Russells principia Mathematica Rejected by the editor of Journal of Symbolic logic,Early enthusiasm,great expectation(1952-1969)早期的繁荣和大胆的预测The early years of AI were full of success!Newell and Simons GPS(Genaral problem Solver)Arthur Samuels Checker(TV,Feb.1956)Slagle integration system SAINT,undergraduates levelINT experts level,Robinson(1956)resolution principle machine translation:80%A series of victories lead to Optimistic estimate It is not my aim to surprise or shock you-but simplest way can summarize is to say that there are now in the world that think,that learn,that create.,A dose of reality(1966-1972)现实的药方 no progress of Minskeys Checker Machine translation:20%difficult The spirit is willing but the fresh is weak The vodka is willing but the fresh is rotten understand,search without guide,Knowledge,Knowledge-based system:The key to power?1969-1979Knowledge is power.FeigenbaumDENDRAL,MYCIN,ProspectRutgers University Amarelproject computer in biomedicineRoger Schank at Yale,“There is no such thing as syntax,”“all needed are understanding.”,AI becomes an industry(1980-1988)The first successful commercial expert system:R1,DEC,McDermott,$40 million a year(1986)1988,100 in use,500 in development from a few million in 1980 to$2 billion in 1988IBMs blue defeated the Kaspalov in Chess,3。人工智能的研究领域。The fields of Artificial Intelligence.3.1 定理证明和计算机自动推理Alen Newell and Herbert Simon(Carnegie Tech)Logic Theorist 吴文俊方法,3。2 机器学习学习是少数高级生物具有的高级智能行为机器学习是人造系统有了自我完善能力以前的机械系统，无论它有多么复杂巧妙，他都只能以程序化的方式进行固定的操作，其能力和水平不会有任何的改进。而具有学习能力的计算机系统，其以后的水平如何，连设计者都难以预料。机器学习加快了学习的进程机器学习的延续性机器学习的快速传播性,3。3 自然语言理解 似乎很简单但实质上是非常困难的问题 日常的语言交流包含着很复杂的编码和解码过程 与人们的知识与推理能力有密切的关系 与某些人谈话很费力，但与思维敏捷的人谈话只要 几句话甚至几个字就可以了,3。4专家系统3。5 机器人3。6 神经网3。7 遗传算法3。8 智能规划3。9 诊断3。10 智能代理,专家系统 专家系统是人工智能中应用最广泛的领域 专家系统是依赖于知识的人工智能系统 知识就是力量 最早的专家系统 DENDRAL（Lindsay,1980,standford university）,根据化学分子式和光谱结构信息推断有机分子的结构，应用在全世界的化学和药学实验中。MYCIN(Buchanan and Shortliff,1984)奠定了当代专家系统方法的基础，诊断脊髓脑膜炎和血液传染病，并开医疗处方。PROSPECT.,专家系统存在的问题：1。缺乏问题的结构知识。2。缺乏鲁棒性和灵活性 3。不能对诊断提供解释 4。专家知识需要积累过程 5。自我获取知识能力差,4。人工智能的应用 The Applications of Artificial Intelligence 4.1 知识发现和数据挖掘 The knowledge discovery and data mining BACON system 4.2 嵌入式智能系统 Embeded intelligence system 只要是在一般的应用系统中嵌入一点小的智能系统，就会使系统的功能得到很大的提高。例如，智能汉字输入 语音输入 自动翻译 手写识别和输入 人脸识别，气味识别。,43 智能规划的应用 人工智能是计算机研究中应用性很强的一个领域.例如,在工厂作业调度规划问题中（Job shop scheduling）,就是要考虑在有限的加工资源(车床,刨床,钻床)的情况下,根据已知的工件的加工顺序要求对整个车间的生产作出安排,使得加工完所有工件所需的时间尽可能的少,每台机床的等待时间尽可能的短。另一个典型的工厂作业调度规划问题是考虑在有限辆的货运汽车的前提下,在不同的地点之间运送货物.规划的输出是一张车辆运转计划表,使得汽车尽可能地满载运输,空车运行情况尽可能地少,车辆闲置的情况尽可能地少,这当然也会给运输公司带来可观的效益.,除了在现代化的工厂里有大量人工智能应用外,人工智能的另一个重要应用领域是宇宙航行.这方面应用的一个具体例子是哈勃空间望远镜(HST,Hubble Space Telescope)的修复,在修复过程中,地面人员不断得到关于HST能作什么、不能作什么的最新信息,然后对修复工作作出规划,从而使HST恢复了正常观测能力4.正因为智能规划有如此广泛的应用,所以人工智能专家McDermott指出“智能规划调度问题大量地出现在工业领域，规划质量的改进，哪怕是一点小小的改进，都会节约大量的时间，带来上百万美元的效益”5.,4.5智能规划在机器人学领域中的应用。智能规划在机器人学领域中有广泛的应用，下面的一段分类是引自机器人学领域：1.传感器与感知系统2.驱动,建模与控制3.自动规划与调度环境模型的描述，控制知识的表示，路径规划，任务规划非结构环境下的规划，含有不确定性时的规划协调操作(运动)规划，装配规划，基于传感信息的规划任务协商与调度，制造(加工)系统中机器人的调度,4.6 Brooks,1995,The artificial Intelligence without intelligence除船面铁锈的机器人,5。人工智能在中国 Artificial Intelligence in China 王湘浩教授,中国科学院院士 IJCAI and CJCAI(1980)吴文俊院士,吴方法 和 artificial intelligence 陆汝谦院士,张景中院士,张钹院士,李未院士,6。我们的研究工作 Our Research works in AI 智能规划,基于模型的诊断 Intelligent Planning Model-based Diagnosis,6.1 智能规划在航空航天上的应用 为说明智能规划在航空航天上的应用，我引用一篇“宇航学报“上的文章，文章的题目是”航天器自主运行技术的进展“，这是宇航专业的文章，可是它大部分讲的是计算机技术，特别是智能规划技术和基于模型诊断技术。文献9的摘要如下摘要:阐述了航天器自主运行的概念、目标和任务。对自主运行和传统测控方式进行了比较。最后重点介绍了航天器自主运行技术的进展情况。文章分4个部分介绍自主运行技术。首先介绍了2种自主运行体系结构,它们是自主运行各种功能集成的基础。第2部分介绍了2种智能规划与调度技术。第3部分介绍了基于模型的故障诊断与系统重构技术。第4部分介绍了有效载荷数据自主处理的进展情况。最后进行了总结并介绍了与自主运行相关的其他技术。关键词:航天器;自主智能控制;智能规划与调度;故障诊断;数据处理中图分类号:V423文献标识码:A文章编号:1000-1328(2003)01-0017-06,6.2 智能规划的研究课题 智能规划和调度，时间表问题研究。在规划中使用领域知识提高效率。在规划中使用机器学习技术。在网络信息集成中使用智能规划技术。规划的识别。规划的产生，执行与监视。在规划问题中引进不确定性。时态规划基于模型检测的规划,6.3 我们在智能规划领域的研究工作 在规划识别上做了一些研究工作，提出了规划图的概念，把规划的识别问题转换成规划图中的搜索问题，提高了规划识别的效率。研究了在网络信息集成领域使用智能规划的方法。使用领域约束提高规划求解的效率,1 姜云飞，马宁，一种基于规划知识图的规划识别算法，软件学报，Vol。13，No。4，2002年 4 月，686-692。2 杜剑峰，姜云飞，网络集成信息的研究，计算机科学，第 29 券第 5 期，2002 年 5 月，36 40。3 姜云飞，林 笠，用对分HS-树计算最小碰集，软件学报，Vol。13，No。12，2002年 12 月，2267-2274。4 丁德路，姜云飞，智能规划及其应用的研究，计算机科学，第 29 券第 2 期，2002 年 2 月，100 103。5 姜云飞，马 宁，基于限定的规划识别问题求解，计算机学报，第 25 券 第 12 期，2002年 12 月，1411-1416。6 李天际，姜云飞，图规划及其扩展的分析和研究，计算机科学，第 28 卷 第 7 期，2001 年 7 月，69 72。.7 陈海广，李磊，姜云飞,“基于逻辑模型的电话网动态选路方法”，计算机研究与发展，2000年第37卷，912 917。,8陈 荣，姜云飞，拓展溯因逻辑程序设计的辩论理论基础，计算机学报，第 23 卷 第 6 期，2000 年 6 月，561-569。9陈 荣，姜云飞，含约束的基于模型的诊断系统，计算机学报，第 24 卷 第 2 期，2001 年 2 月，127-135。10陈 荣，姜云飞，一种新的辩论推理模式极其应用，计算机学报，第 24 卷 第 2 期，2001 年 2 月，120-126。11姜云飞，李占山，基于模型诊断的元件替换与替换测试，计算机学报，第 24 卷 第 6 期，2001 年 6 月，666-672。12李天际，姜云飞，图规划及其扩展的分析和研究，计算机科学，第 28 卷 第 7 期，2001 年 7 月，69 72。13Linli and Yunfei JIANG,The construction of an Insert_Able Near-Huffman Tree,Computer Science and Technology in New Century,Volume II,Oct 2001,694-696,International Academic Publishers World publishing Corporation.14姜云飞，马宁，一种基于规划知识图的规划识别算法，软件学报，Vol。13，No。4，2002年 4 月，686-692。,7。人工智能对人类的挑战Q.How far is AI from reaching human-level intelligence?When will it happen?A.A few people think that human-level intelligence can be achieved by writing large numbers of programs of the kind people are now writing and assembling vast knowledge bases of facts in the languages now used for expressing knowledge.However,most AI researchers believe that new fundamental ideas are required,and therefore it cannot be predicted when human level intelligence will be achieved.,科学幻想小说的宣传机器人种族是否能统治人类？Is a Race of Robots Possible?David Woodbury From The World of Robots人脑的能力,1010 neutrons,a computer 4 million bytes,4*106人脑的神奇的修复作用和再生能力,One expert pointed out,a computer with as the brain has neurons would the Empire State Building to contain it and Niagara Falls to power it.Transistors may reduce the supergiant to the size of a house and his power requirement to a few hundred kilowatts,yet the human brain will fit into a cereal a bowl and 25 watts of power.,人工智能的应用例子 AI and Agriculture 8.1 农业专家系统 8.2 农用机器人 农用机器人比工业机器人要求更高 农用机器人:变化的外部环境:温度,光照,风力 行走,感知与分析能力。智能更强.柔性处理能力。(见word 文件),Robots Built to Make Faming Easier,More productive Robin Wall-From The Christian Science Monitor,1993 To assemble the agricultureal robot,Miles and severalgraduate student began with what looks like the skeleton of a large utility trailer,The eye of the robot are cameras,A computer,A sensor,Arms,weigh,barcode,harvest date,The prototype:$75,000,Agriculture robot could cost less than$2000 in the next decades.-Miles,谢谢大家，欢迎批评指正,