人工智能导论绪论（导论）.pdf

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1、第1章 绪论 1.1 人工智能的基本概念人工智能的基本概念 1.2 人工智能的发展简史人工智能的发展简史 1.3 人工智能研究的基本内容人工智能研究的基本内容 1.4 人工智能的主要研究领域人工智能的主要研究领域 25 1.4 人工智能的主要研究领域 自动定理证明自动定理证明 定理证明的实质是证明由前提得到结论 Q 的永真 定理证明的实质是证明由前提 P 得到结论 Q 的永真 性。 1958年，王浩证明了有关命题演算的全部定理（220 条谓词演算中条定的条）、谓词演算中150条定理的85%。 1965年鲁宾逊（Robinson）提出了归结原理使机 1965年鲁宾逊（Robinson）提出了归结

2、原理，使机 器定理证明成为现实。 我国著名数学家、中国科学院吴文俊院士把几何代 数化建立了套机器证明方法被称为“吴方法” 26 数化，建立了一套机器证明方法，被称为“吴方法”。 1.4 人工智能的主要研究领域 2012年吴文俊人工智能科技一等奖：年吴文俊人工智能科技一等奖： 网络化智能控制与调度方法及其应用网络化智能控制与调度方法及其应用网络化智能控制与调度方法及其应用网络化智能控制与调度方法及其应用 2727 1.4 人工智能的主要研究领域 博弈博弈 如下棋、打牌、战争等一类竞争性的智能活动称 为博弈。 1956年塞缪尔研制出跳棋程序1956年，塞缪尔研制出跳棋程序。 为什么许多是研究下棋为

3、什么许多是研究下棋打牌打牌？为什么许多是研究下棋为什么许多是研究下棋、打牌打牌？ 28 1.4 人工智能的主要研究领域 棋类游戏的计算复杂性棋类游戏的计算复杂性 棋数量棋数量棋棋局局数量数量 一字棋：一字棋：9！ 西洋跳棋：西洋跳棋：1078 国际象棋国际象棋：10120国际象棋国际象棋：10 围棋：围棋：10761 国际象棋：国际象棋：10120 国际象棋国际象棋假设每步可以搜索个棋局假设每步可以搜索个棋局用极限用极限国际象棋国际象棋：假设每步可以搜索假设每步可以搜索一一个棋局个棋局，用极限用极限 并行速度（并行速度（10-104年年/步）来处理，搜索一遍的全部步）来处理，搜索一遍的全部 棋

4、局也得棋局也得1016年即年即1亿亿年才可以算完亿亿年才可以算完！ 29 棋局也得棋局也得1016年即年即1亿亿年才可以算完亿亿年才可以算完！ 1.4 人工智能的主要研究领域 国际象棋比赛国际象棋比赛 1991年年8月，月，IBM公司研制的公司研制的Deep Thought 2计算机计算机pg 系统与澳大利亚象棋冠军约翰森（系统与澳大利亚象棋冠军约翰森（D.Johansen）举行）举行 了一场人机对抗赛，以了一场人机对抗赛，以1：1平局告终。平局告终。 1996.2.10-17 ，IBM公司的“深蓝”计算机系统与公司的“深蓝”计算机系统与 卡斯帕夫赛卡斯帕夫赛称脑电脑的称脑电脑的卡斯帕卡斯帕罗

5、罗夫夫进行了六局比进行了六局比赛赛，号，号称称人人脑脑与与电脑的电脑的世世 纪决战纪决战。卡斯帕罗夫以卡斯帕罗夫以4：2获胜获胜。纪决战纪决战。卡斯帕罗夫以卡斯帕罗夫以4：2获胜获胜。 1.4 人工智能的主要研究领域 1997.5.3-11 深蓝再次挑战特级大师卡斯帕罗夫。深蓝再次挑战特级大师卡斯帕罗夫。 1997年年5月月11日凌晨日凌晨4时许，美国纽约公平保险公司时许，美国纽约公平保险公司 大厦大厦，深蓝和卡斯帕罗夫深蓝和卡斯帕罗夫“最后决战最后决战”正在进行正在进行。大厦大厦，深蓝和卡斯帕罗夫深蓝和卡斯帕罗夫最后决战最后决战正在进行正在进行。 4时50分，美联社、路透社、共同社、新华社

6、：在在 世纪末国际象棋“人机大战”的最后一局对弈中， “ 世纪末国际象棋“人机大战”的最后一局对弈中， “深蓝深蓝”仅用了仅用了1小时轻松击败卡斯帕罗夫小时轻松击败卡斯帕罗夫，以以3 5比比深蓝深蓝仅用了仅用了1小时轻松击败卡斯帕罗夫小时轻松击败卡斯帕罗夫，以以3.5比比 2.5的总比分赢得了最终的胜利！的总比分赢得了最终的胜利！ 此后十年，人机互有胜负，直到此后十年，人机互有胜负，直到2006年棋王卡拉姆年棋王卡拉姆 尼克被尼克被Deep Fritz击败，人类再也没有赢过电脑。击败，人类再也没有赢过电脑。 1.4 人工智能的主要研究领域 围棋比赛围棋比赛 围棋围棋10761 2007年台北国

7、际发明暨技术交易展览上，第三代智能 围棋围棋：10761 2007年台北国际发明暨技术交易展览上，第三代智能 机器人DOC 现场表演下棋。 32 1.4 人工智能的主要研究领域 2016.3，AlphaGo以以4:1战胜韩国棋手李世石，成为战胜韩国棋手李世石，成为 第个击败人类职业围棋选手的电脑程序第个击败人类职业围棋选手的电脑程序第第一一个击败人类职业围棋选手的电脑程序个击败人类职业围棋选手的电脑程序。 2016.12，AlphaGo身披“身披“Master”马甲，马甲，5天内横扫天内横扫p 中日韩棋坛，以中日韩棋坛，以60场连胜纪录告退场连胜纪录告退。 2017 5Al h G 在乌镇以在

8、乌镇以3 0完胜柯洁完胜柯洁 2017.5，AlphaGo在乌镇以在乌镇以3:0完胜柯洁完胜柯洁。 1.4 人工智能的主要研究领域 模式识别模式识别 模式识别（pattern recognition）：研究对象描述和 分类方法的学科。分析和识别的模式可以是信号、图分类方法的学科。分析和识别的模式可以是信号、图 象或者普通数据。 文字识别：邮政编码、车牌识别、汉字识别。 人脸识别：反恐、商业。 物体识别导弹机器人物体识别：导弹、机器人。 34 1.4 人工智能的主要研究领域 智慧医疗 学像别学像别 智慧医疗 医医学学影影像像识识别别：基于深度学习等人工智能技术的基于深度学习等人工智能技术的 X光

9、光、核磁核磁、CT、超声等医疗影像多模态大数据的超声等医疗影像多模态大数据的光光、核磁核磁、超声等医疗影像多模态大数据的超声等医疗影像多模态大数据的 分析技术，提取二维或三维医疗影像隐含的疾病特分析技术，提取二维或三维医疗影像隐含的疾病特 征征征征。 黑色素瘤识别：黑色素瘤识别：将将1万张有标记的影象交给机器万张有标记的影象交给机器 学习，然后让学习，然后让3名医生和 计算机一起看另外的名医生和 计算机一起看另外的3000 账账人的精度人的精度84%计算机计算机97% 35 账账。人的精度人的精度84%，计算机计算机97% 1.4 人工智能的主要研究领域 机器视觉机器视觉 机器视觉(machi

10、ne vision)或计算机视觉(computer vision) 是用机器代替人眼睛进行测量和判断。是用机器代替人眼睛进行测量和判断。 机器视觉系统是指通过图像摄取装置将被摄取的目标转 换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分 布和宽度、颜色等信息，转换成数字信号，抽取目标的特布宽度等信转换数字信标特 征，根据判别结果控制现场的设备动作。 机视觉应用在半导体电子汽车冶金制药食 机器视觉应用在半导体及电子、汽车、冶金、制药、食 品饮料、印刷、包装、零配件装配及制造质量检测等。 36 1.4 人工智能的主要研究领域 机器视觉机器视觉 机器视觉机器视觉(machine vision)或计

11、算机视觉或计算机视觉(computer vision)是是用机用机器器代替人代替人眼眼睛睛进进行测行测量量和判断和判断。)用机代替人睛行测和判断用机代替人睛行测和判断 机器视觉应用在半导体及电子、汽车、冶金、制机器视觉应用在半导体及电子、汽车、冶金、制 药药食品饮料食品饮料印刷印刷包装包装零配件装配及制造质零配件装配及制造质药药、食品饮料食品饮料、印刷印刷、包装包装、零配件装配及制造质零配件装配及制造质 量检测等。量检测等。 文字识别文字识别：邮政编码、车牌识别、手写体识别。：邮政编码、车牌识别、手写体识别。 计算机计算机手机等输入手机等输入计算机计算机、手机等输入手机等输入。 。 人脸识别人

12、脸识别：反恐、商业。：反恐、商业。 37 物体识别物体识别：导弹、机器人。：导弹、机器人。 1.4 人工智能的主要研究领域 自然语言理解自然语言理解 自然语言理解：自然语言理解：研究如何让计算机理解人类自然语言，研究如何让计算机理解人类自然语言， 包括回答问题包括回答问题生成摘要生成摘要翻译等翻译等包括回答问题包括回答问题、生成摘要生成摘要、翻译等翻译等。 1957年年，在苏联人造卫星成功发射的刺激下在苏联人造卫星成功发射的刺激下 美国美国1957年年，在苏联人造卫星成功发射的刺激下在苏联人造卫星成功发射的刺激下,美国美国 国家研究会大力支持对俄科技论文的计算机翻译。国家研究会大力支持对俄科技

13、论文的计算机翻译。 38 1.4 人工智能的主要研究领域 自然语言理解自然语言理解 人们最初以为机器翻译只要将双向词典及些词法人们最初以为机器翻译只要将双向词典及些词法人们最初以为机器翻译只要将双向词典及人们最初以为机器翻译只要将双向词典及一一些词法些词法 知识放进计算机就行了。知识放进计算机就行了。 后来发现有时会出现十分荒谬的错误后来发现有时会出现十分荒谬的错误。 “The spirit is willing but the flesh is weak”心有余而力不足The spirit is willing but the flesh is weak 心有余而力不足。 俄语 “The w

14、ine is good but the meat is spoiled”酒是好的但肉变质了。 1966年美国顾问委员会报告：年美国顾问委员会报告：还不存在通用的科学还不存在通用的科学 文本机器翻译文本机器翻译，也没有很近的实现前景也没有很近的实现前景。 39 文本机器翻译文本机器翻译，也没有很近的实现前景也没有很近的实现前景。 英国、美国中断了大部分机器翻译项目的资助。英国、美国中断了大部分机器翻译项目的资助。 1.4 人工智能的主要研究领域 机器听觉机器听觉 计算机语音输入：计算机、智能手机等的重要组成计算机语音输入：计算机、智能手机等的重要组成 计算机语音录入、手机语音呼叫、机器人语音控制

15、、计算机语音录入、手机语音呼叫、机器人语音控制、 语音锁语音锁机器故障诊断等机器故障诊断等语音锁语音锁、机器故障诊断等机器故障诊断等。 语音识别用语音作为计算机的输语音识别用语音作为计算机的输入。入。语音识别用语音作为计算机的输语音识别用语音作为计算机的输 语音识别的主要过程：语音信号采集、预处理（预语音识别的主要过程：语音信号采集、预处理（预 滤波、采样、预加重、端点检测）、特征参数提取、滤波、采样、预加重、端点检测）、特征参数提取、 向量量化向量量化、识别识别。 4040 向量量化向量量化、识别识别。 1.4 人工智能的主要研究领域 机器翻译机器翻译 现在，机器翻译已经实用化、商品化。现在

16、，机器翻译已经实用化、商品化。Pilot耳机是耳机是 世界上首个具备自动翻译的智能耳机世界上首个具备自动翻译的智能耳机进行实时翻译进行实时翻译世界上首个具备自动翻译的智能耳机世界上首个具备自动翻译的智能耳机，进行实时翻译进行实时翻译。 2016年谷歌销售语音识别年谷歌销售语音识别API，将将80多种语言转换多种语言转换年谷歌销售语音识别年谷歌销售语音识别将将多种语言转换多种语言转换 成文字。成文字。 年谷歌推出商业级神经系统机器翻译年谷歌推出商业级神经系统机器翻译准确准确2016年谷歌推出商业级神经系统机器翻译年谷歌推出商业级神经系统机器翻译，准确准确 率达率达86%。 Facebook使用使

17、用CNN翻译速度比谷歌快翻译速度比谷歌快9倍。倍。 41 阿里研发阿里研发NMT，翻译质量大幅度提升。，翻译质量大幅度提升。 1.4 人工智能的主要研究领域 智能信息检索智能信息检索 智能信息检索系统的功能： 智能信息检索系统的功能： (1) 能理解自然语言。 (2) 具有推理能力。 (3) 系统拥有一定的常识性知识。(3) 系统拥有定的常识性知识。 数据挖数据挖掘掘与知识发现与知识发现数据挖与知识发现数据挖与知识发现 数据挖掘的目的是从数据库中找出有意义的模式(一组 规则聚类决策树依赖网络或其他方式表示的知识)规则、聚类、决策树、依赖网络或其他方式表示的知识)。 数据挖掘过程：数据预处理、建

18、模、模型评估及模型应 42 用。 1.4 人工智能的主要研究领域 专家系统专家系统 专家系统模拟人类专家求解问题的思维过程求解领域内的各种专家系统模拟人类专家求解问题的思维过程求解领域内的各种 问题，其水平可以达到甚至超过人类专家的水平。 1965年费根鲍姆研究小组开始研制第一个专家系统分析化 1965年费根鲍姆研究小组开始研制第一个专家系统分析化 合物分子结构的DENDRAL，1968年完成并投入使用。 1971年MIT开发成功求解一些数学问题的MYCSYMA专家系统 1971年MIT开发成功求解些数学问题的MYCSYMA专家系统。 拉特格尔大学开发的清光眼诊断与治疗的专家系统CASNET。

19、 1972年斯坦福大学肖特里菲等人开始研制用于诊断和治疗感染 1972年斯坦福大学肖特里菲等人开始研制用于诊断和治疗感染 性疾病的专家系统MYCIN。 1976年斯坦福研究所开始开发探矿专家系统PROSPECTOR， 1976年斯坦福研究所开始开发探矿专家系统PROSPECTOR， 1980年首次实地分析华盛顿某山区地质资料，发现了一个钼矿。 1981年斯坦福大学研制成功专家系统AM，能模拟人类进行概括、 43 1981年斯坦福大学研制成功专家系统AM，能模拟人类进行概括、 抽象和归纳推理，发现某些数论的概念和定理。 1.4 人工智能的主要研究领域 领域专家 用户 领域专家 知识工程师 人机接

20、口 专 人机接口 专 解释机构 知识获取机构 专家系统 解释机构 知识获取机构 专家系统 知识获取机构 数据库推理机知识库 统核心 数据库推理机知识库 统核心 数据库推理机知识库 数据库推理机知识库 44 1.4 人工智能的主要研究领域 自动程序设计自动程序设计 程序综合：程序综合：用户只需要告诉计算机要“做什么”， 无须说明“怎么做”，计算机就可自动实现程序的设计。无须说明怎么做，计算机就可自动实现程序的设计。 程序正确性的验证程序正确性的验证：研究出一套理论和方法，通过运 用这套理论和方法就可以证明程序的正确性用这套理论和方法就可以证明程序的正确性。 2014年2月新闻：麻省理工教授 Ar

21、mando Solar-Lezama 开发的一种智能化编程语言“Sketch”，可以自动填补、 修正代码内容，在几毫秒内修复代码，让程序员可以忽修正代码内容，在几毫秒内修复代码，让程序员可以忽 略许多繁琐的细节。 45 1.4 人工智能的主要研究领域 机器人机器人 20世纪60年代初研制出尤尼梅特和沃莎特兰两种机器人 20世纪60年代初，研制出尤尼梅特和沃莎特兰两种机器人。 机器人发展：程序控制机器人（第一代） 、自适应机器人 （第二代）、智能机器人（现代）。 46 1.4 人工智能的主要研究领域 无人驾驶无人驾驶 机器在感知上比人类强很多机器在感知上比人类强很多机器在感知上比人类强很多机器在

22、感知上比人类强很多 机器比人类精力充沛机器比人类精力充沛 47 机器比人更理性机器比人更理性 1.4 人工智能的主要研究领域 无人驾驶商业化的四个关键要素无人驾驶商业化的四个关键要素 硬件组件：硬件组件：摄像头、激光雷达、计算处理器等新摄像头、激光雷达、计算处理器等新 型传感器和计算组件型传感器和计算组件，发动机发动机、车身等传统汽车组车身等传统汽车组型传感器和计算组件型传感器和计算组件，发动机发动机、车身等传统汽车组车身等传统汽车组 件；件； 软件件软件件驾驶作系统驾驶作系统感感划划控控软件软件组组件件：无人无人驾驶驾驶操操作系统作系统（感感知、规知、规划划、控控 制以及汽车互联、数据平台接

23、口等），高精度地图制以及汽车互联、数据平台接口等），高精度地图 等；等； 整车制造整车制造超级复杂超级复杂重资产重资产且利润率不高的且利润率不高的整车制造整车制造：超级复杂超级复杂、重资产重资产、且利润率不高的且利润率不高的 工程；工程； 48 网络：网络：类似滴滴、类似滴滴、Uber、Lyft这样的出行网络。这样的出行网络。 1.4 人工智能的主要研究领域 达芬奇手术机器人 这是以这是以500年前意大利文艺复兴时期的伟大艺术家达芬年前意大利文艺复兴时期的伟大艺术家达芬 奇在的机雏的奇在的机雏的奇在奇在图纸上画图纸上画的机的机器人器人雏雏形而设计形而设计的的。 正式名称正式名称内窥镜手术器械控

24、制系统内窥镜手术器械控制系统正式名称正式名称：内窥镜手术器械控制系统内窥镜手术器械控制系统 技术来源技术来源斯坦福研究院斯坦福研究院（SRI）技术来源技术来源：斯坦福研究院斯坦福研究院（SRI） 生产销售生产销售直觉手术机器人公司直觉手术机器人公司（1995年成立年成立）生产销售生产销售：直觉手术机器人公司直觉手术机器人公司（1995年成立年成立） 1996200620092014年第年第一一二二三三四代四代 49 1996、2006、2009、2014年第年第、二二、三三、四代四代 1.4 人工智能的主要研究领域 达芬奇手术机器人 50 1.4 人工智能的主要研究领域 达芬奇手术机器人 51

25、 1.4 人工智能的主要研究领域 广汽菲亚特白车身生产线 52 生产线上分布着250个机器人 1.4 人工智能的主要研究领域 组合优化问题组合优化问题 组合优化问题组合优化问题：旅行商问题、生产计划与调度、 物流中的车辆调度智能交通通信中的路由调度物流中的车辆调度、智能交通、通信中的路由调度、 计算机网络信息调度等 NP完全问题完全问题：用目前知道的最好的方法求解，问 题求解需要花费的时间是随问题规模增大以指数关系题求解需要花费的时间是随问题规模增大以指数关系 增长。 53 1.4 人工智能的主要研究领域 CIMSCIMS的结构与功能的结构与功能CIMSCIMS的结构与功能的结构与功能 经营决

26、策层经营决策层 生产计划层生产计划层 计 算 数 生生产调度层产调度层 算 机 数 据 装置操作层装置操作层 产调度层产调度层机 网 库 装置操作层装置操作层 基础控制层基础控制层 络 54 基础控制层基础控制层 1.4 人工智能的主要研究领域 智慧物流智慧物流智慧物流智慧物流 推广射频识别（推广射频识别（RFID）、多维条码、卫星定位、）、多维条码、卫星定位、 货物跟踪、电子商务等信息技术在物流行业中的应货物跟踪、电子商务等信息技术在物流行业中的应 用用；用用； 加快基于物联网的物流信息平台建设，整合物流加快基于物联网的物流信息平台建设，整合物流 资源，实现物流政务服务和物流商务服务的一体化

27、；资源，实现物流政务服务和物流商务服务的一体化； 推动信息化推动信息化标准化标准化智能化的物流企业和物流智能化的物流企业和物流推动信息化推动信息化、标准化标准化、智能化的物流企业和物流智能化的物流企业和物流 产业发展。产业发展。 55 1.4 人工智能的主要研究领域 人工神经网络人工神经网络 人工神经网络人工神经网络：一个用大量简单处理单元经广泛连接而 组成的人工网络，用来模拟大脑神经系统的结构和功能。组成的人工网络，用来模拟大脑神经系统的结构和功能。 神经元模型的研究神经元模型的研究（20世纪世纪50年代中期年代中期-） 年年麦克洛奇皮提麦克洛奇皮提模型模型创神创神 19431943年年，麦

28、克洛奇麦克洛奇和和皮皮兹兹提提出M-P出M-P模型模型，开，开创创了人工了人工神神 经网络研究。经网络研究。 1957年，罗森勃拉特提出感知器模型。年，罗森勃拉特提出感知器模型。 1969年年明斯基和佩珀特发表了明斯基和佩珀特发表了Perceptron 1969年年，明斯基和佩珀特发表了明斯基和佩珀特发表了Perceptron， 对神经元模型的研究作出了悲观的论断。 ， 对神经元模型的研究作出了悲观的论断。 56 1.4 人工智能的主要研究领域 机器学习的第二次浪潮：深度学习机器学习的第二次浪潮：深度学习 诺贝尔医学奖获得者美国神经生物学家诺贝尔医学奖获得者美国神经生物学家David Hube

29、l和和 TorstenWiesel发现发现： 57 发现发现： 人的视觉系统的信息处理是分级的人的视觉系统的信息处理是分级的。 1.4 人工智能的主要研究领域 生成对抗网络 58 1.4 人工智能的主要研究领域 分布式人工智能与多智能体分布式人工智能与多智能体 分布式人工智能系统以鲁棒性作为控制系统质量的 标准，并具有互操作性，即不同的异构系统在快速变化标准并具有操作性即不同的异构系统在快速变化 的环境中，具有交换信息和协同工作的能力。 布式求解布式求解把个体的求解划为多 分分布式布式问题问题求解求解：把一个具体的求解问题划分为多 个相互合作和知识共享的模块或者结点。 多智能体系统多智能体系统

30、：研究各智能体之间行为的协调。 59 1.4 人工智能的主要研究领域 国际知名美籍华裔科学家傅京孙国际知名美籍华裔科学家傅京孙（K S Fu）在在1965年首年首 智能控制智能控制 国际知名美籍华裔科学家傅京孙国际知名美籍华裔科学家傅京孙（K S. Fu）在在1965年首年首 先把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统先把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统。 智能控制的两个显著特点：智能控制的两个显著特点： 第第一一，智能控制是同时具有知识表示的非数学广义世界模智能控制是同时具有知识表示的非数学广义世界模第第，智能控制是同时具有知识表示的非数学广义世界模智能控制是同时具有知识表示的非数

31、学广义世界模 型和传统数学模型混合表示的控制过程。型和传统数学模型混合表示的控制过程。 第二第二智能控制的核心在高层控制智能控制的核心在高层控制其任务在于实际环境其任务在于实际环境第二第二，智能控制的核心在高层控制智能控制的核心在高层控制，其任务在于实际环境其任务在于实际环境 或过程进行组织，即决策与规划，以实现广义问题求解。或过程进行组织，即决策与规划，以实现广义问题求解。 智能控制的基本类型：智能控制的基本类型： （1）专家智能控制专家智能控制 （2）模糊控制模糊控制（3）神经网络控制神经网络控制 60 （1）专家智能控制专家智能控制 （2）模糊控制模糊控制（3）神经网络控制神经网络控制

32、1.4 人工智能的主要研究领域 智能仿真是将智能仿真是将AI引入仿真领域引入仿真领域，建立智能仿真系统建立智能仿真系统。 智能仿真智能仿真 智能仿真是将智能仿真是将AI引入仿真领域引入仿真领域，建立智能仿真系统建立智能仿真系统。 仿真是对动态模型的实验，即行为产生器在规定的实验仿真是对动态模型的实验，即行为产生器在规定的实验 条件下驱动模型，从而产生模型行为。仿真是在描述性知条件下驱动模型，从而产生模型行为。仿真是在描述性知 识识、目的性知识及处理知识的基础上产生结论性知识目的性知识及处理知识的基础上产生结论性知识。识识、目的性知识及处理知识的基础上产生结论性知识目的性知识及处理知识的基础上产

33、生结论性知识。 利用利用AI对整个仿真过程（建模、实验运行及结果分析）对整个仿真过程（建模、实验运行及结果分析） 进行指导，在仿真模型中引进知识表示，改善仿真模型的 描述能力，为研究面向目标的建模语言打下基础，提高仿 进行指导，在仿真模型中引进知识表示，改善仿真模型的 描述能力，为研究面向目标的建模语言打下基础，提高仿 真工具面向用户、面向问题的能力，使仿真更有效地用于真工具面向用户、面向问题的能力，使仿真更有效地用于 决策决策更好地用于分析更好地用于分析设计及评价知识库系统设计及评价知识库系统 61 决策决策，更好地用于分析更好地用于分析、设计及评价知识库系统设计及评价知识库系统。 1.4

34、人工智能的主要研究领域 智能智能（简称简称）就是把人工智能技术引入计就是把人工智能技术引入计 智能智能CAD 智能智能CAD（简称简称ICAD）就是把人工智能技术引入计就是把人工智能技术引入计 算机辅助设计领域，建立智能算机辅助设计领域，建立智能CAD系统。系统。AI几乎可以应几乎可以应 用到用到CAD技术的各个方面。从目前发展的趋势来看，至技术的各个方面。从目前发展的趋势来看，至 少有下述四个方面少有下述四个方面：少有下述四个方面少有下述四个方面： （1）设计自动化。）设计自动化。 （2）智能交互。）智能交互。 智能图学智能图学（3）智能图智能图形形学学。 （4）自动数据采集自动数据采集。

35、62 （4）自动数据采集自动数据采集。 1.4 人工智能的主要研究领域 智能智能CAI就是把就是把AI引入计算机辅助教学领域引入计算机辅助教学领域。 ICAI系统系统一一般般 智能智能CAI 智能智能CAI就是把就是把AI引入计算机辅助教学领域引入计算机辅助教学领域。 ICAI系统般系统般 分成专门知识、教导策略和学生模型和自然语言的智能接口。分成专门知识、教导策略和学生模型和自然语言的智能接口。 ICAI应具备下列智能特征应具备下列智能特征 ICAI应具备下列智能特征应具备下列智能特征： （ ： （1）自动生成各种问题与练习。）自动生成各种问题与练习。 根学生的学情自选择与整教学内容与度根学

36、生的学情自选择与整教学内容与度（2）根根据据学生的学学生的学习习情情况况自自动动选择与选择与调调整教学内容与整教学内容与进进度度。 （ 。 （3）在理解教学内容的基础上自动解决问题生成解答。）在理解教学内容的基础上自动解决问题生成解答。 （4）具有自然语言生成和理解能力。 （ ）具有自然语言生成和理解能力。 （5）对教学内容有理解咨询能力。）对教学内容有理解咨询能力。 （6）能诊断学生错误，分析原因并采取纠正措施。）能诊断学生错误，分析原因并采取纠正措施。 （7）能评价学生的学习行为能评价学生的学习行为。 63 （7）能评价学生的学习行为能评价学生的学习行为。 （8）能不断地在教学中改善教学策

37、略。）能不断地在教学中改善教学策略。 1.4 人工智能的主要研究领域 智能管理与智能决策智能管理与智能决策 智能管理智能管理就是把人工智能技术引入管理领域，建立智就是把人工智能技术引入管理领域，建立智 能管能管理理系统系统，研究如何提高计算机管研究如何提高计算机管理理系统的智能水平系统的智能水平，能管系统能管系统研究如何提高计算机管系统的智能水平研究如何提高计算机管系统的智能水平 以及智能管理系统的设计理论、方法与实现技术。以及智能管理系统的设计理论、方法与实现技术。 智能决策智能决策把智能技术决策过把智能技术决策过建立智建立智 智能决策智能决策就是就是把把人工人工智能技术智能技术引入引入决策

38、过决策过程，程，建立智建立智 能决策支持系统。能决策支持系统。 智能决策支持系统智能决策支持系统是由传统决策支持系统再加上相应是由传统决策支持系统再加上相应 的智能部件就构成了智能决策支持系统的智能部件就构成了智能决策支持系统的智能部件就构成了智能决策支持系统的智能部件就构成了智能决策支持系统。 智能部件智能部件可以是专家系统模式可以是专家系统模式、知识库模式等知识库模式等。 64 智能部件智能部件可以是专家系统模式可以是专家系统模式、知识库模式等知识库模式等 1.4 人工智能的主要研究领域 多媒体计算机系统就是能综合处理文字多媒体计算机系统就是能综合处理文字图形图形图像和声音图像和声音 智能

39、多媒体系统智能多媒体系统 多媒体计算机系统就是能综合处理文字多媒体计算机系统就是能综合处理文字、图形图形、图像和声音图像和声音 等多种媒体信息的计算机系统。等多种媒体信息的计算机系统。 智能多媒体就是将人工智能技术引入多媒体系统，使其功能智能多媒体就是将人工智能技术引入多媒体系统，使其功能 和性能得到进和性能得到进一一步发展和提高步发展和提高。和性能得到进步发展和提高和性能得到进步发展和提高。 多媒体技术与人工智能所研究的机器感知、机器理解等技术多媒体技术与人工智能所研究的机器感知、机器理解等技术 不谋而合不谋而合人智能的计算机视听觉人智能的计算机视听觉语音识别与解语音识别与解语音语音不谋而合

40、不谋而合。人人工工智能的计算机视听觉智能的计算机视听觉、语音识别与语音识别与理理解解、语音语音 对译、信息智能压缩等技术运用于多媒体系统，将会使现在的对译、信息智能压缩等技术运用于多媒体系统，将会使现在的 多媒体系统产生质的飞跃。多媒体系统产生质的飞跃。 65 1.4 人工智能的主要研究领域 智能操作系统的基本模型智能操作系统的基本模型以智能机为基础以智能机为基础能支撑外层的能支撑外层的 智能操作系统智能操作系统 智能操作系统的基本模型智能操作系统的基本模型：以智能机为基础以智能机为基础，能支撑外层的能支撑外层的 AI应用程序，实现多用户的知识处理和并行推理。应用程序，实现多用户的知识处理和并

41、行推理。 智能操作系统三大特点：智能操作系统三大特点： 并行性并行性：支持多用户、多进程，同时进行逻辑推理等支持多用户、多进程，同时进行逻辑推理等; 分布性分布性：把计算机硬件和软件资源分散而又有联系地组织起来，把计算机硬件和软件资源分散而又有联系地组织起来， 能支持局域网和远程网处理能支持局域网和远程网处理;能支持局域网和远程网处理能支持局域网和远程网处理; 智能性智能性：一是操作系统处理的是知识对象，具有并行推理功能，一是操作系统处理的是知识对象，具有并行推理功能， 支持智能应用程序运行支持智能应用程序运行;二是操作系统的绝大部分程序使用二是操作系统的绝大部分程序使用AI程序程序支持智能应

42、用程序运行支持智能应用程序运行;二是操作系统的绝大部分程序使用二是操作系统的绝大部分程序使用AI程序程序 编制，充分利用硬件并行推理功能编制，充分利用硬件并行推理功能;三是具有较高智能程序的自动三是具有较高智能程序的自动 管理维护功能管理维护功能如故障的监控分析等如故障的监控分析等帮助维护人员决策帮助维护人员决策 66 管理维护功能管理维护功能，如故障的监控分析等如故障的监控分析等，帮助维护人员决策帮助维护人员决策。 1.4 人工智能的主要研究领域 智能计算机系统智能计算机系统 智能计算机系统就是人们正在研制的新一代计算机系统。智能计算机系统就是人们正在研制的新一代计算机系统。 智能计算机系统

43、从基本元件到体系结构智能计算机系统从基本元件到体系结构从处理对象到编从处理对象到编 智能计算机系统从基本元件到体系结构智能计算机系统从基本元件到体系结构，从处理对象到编从处理对象到编 程语言，从使用方法到应用范围，同当前的诺依曼型计算机相程语言，从使用方法到应用范围，同当前的诺依曼型计算机相 比比都有质的飞跃和提高都有质的飞跃和提高它将全面支持智能应用开发它将全面支持智能应用开发且自且自比比，都有质的飞跃和提高都有质的飞跃和提高，它将全面支持智能应用开发它将全面支持智能应用开发，且自且自 身就具有智能。身就具有智能。 67 1.4 人工智能的主要研究领域 智能通信智能通信 智能通信就是把人工智

44、能技术引入通信领域，建立智智能通信就是把人工智能技术引入通信领域，建立智 能通信系统能通信系统。能通信系统能通信系统。 智能通信就是在通信系统的各个层次和环节上实现智智能通信就是在通信系统的各个层次和环节上实现智 能化。例如在通信网的构建、网管与网控、转接、信息能化。例如在通信网的构建、网管与网控、转接、信息 传输与转换等环节传输与转换等环节，都可实现智能化都可实现智能化。这样这样，网络就可网络就可传输与转换等环节传输与转换等环节，都可实现智能化都可实现智能化这样这样，网络就可网络就可 运行在最佳状态，具有自适应、自组织、自学习、自修运行在最佳状态，具有自适应、自组织、自学习、自修 复等功能复

45、等功能复等功能复等功能。 68 1.4 人工智能的主要研究领域 智能网络系统智能网络系统 智能网络系统就是将人工智能技术引入计算机网络系智能网络系统就是将人工智能技术引入计算机网络系 统统如在网络构建如在网络构建网络管理与控制网络管理与控制信息检索与转换信息检索与转换统统。如在网络构建如在网络构建、网络管理与控制网络管理与控制、信息检索与转换信息检索与转换、 人机接口等环节，运用 、 人机接口等环节，运用AI的技术与成果。的技术与成果。 AI的专家系统、模糊技术和神经网络技术可用于网络的专家系统、模糊技术和神经网络技术可用于网络 的连接接纳控制的连接接纳控制、业务量管制业务量管制、业务量预测业

46、务量预测、资源动态资源动态的连接接纳控制的连接接纳控制、业务量管制业务量管制、业务量预测业务量预测、资源动态资源动态 分配、业务流量控制、动态路由选择、动态缓冲资源调分配、业务流量控制、动态路由选择、动态缓冲资源调 度等许多方面度等许多方面度等许多方面度等许多方面。 69 1.4 人工智能的主要研究领域 人工生命是以计算机为研究工具人工生命是以计算机为研究工具模拟自然界的生命现模拟自然界的生命现 人工生命人工生命 人工生命是以计算机为研究工具人工生命是以计算机为研究工具，模拟自然界的生命现模拟自然界的生命现 象，生成表现自然生命系统行为特点的仿真系统。象，生成表现自然生命系统行为特点的仿真系统

47、。 AL是首先由计算机科学家Christopher Langton在 1987年在生成以及模拟生命系统的国际会议上提出。 研究进化的研究进化的模式和方式、人工仿生学、进化博弈、分子和方式、人工仿生学、进化博弈、分子 进化进化、免疫系统进化免疫系统进化、学习等学习等；进化进化、免疫系统进化免疫系统进化、学习等学习等； 研究具有自治性、智能性、反应性、预动性和社会性的研究具有自治性、智能性、反应性、预动性和社会性的 智能主体的形式化模型智能主体的形式化模型、通信方式通信方式、协作策略协作策略；智能主体的形式化模型智能主体的形式化模型、通信方式通信方式、协作策略协作策略； 研究生物感悟的机器人、自治

48、和自适应机器人、进化机研究生物感悟的机器人、自治和自适应机器人、进化机 器人器人、人工脑人工脑。 70 器人器人、人工脑人工脑。 1.4 人工智能的主要研究领域 大数据大数据（Big Data）大数据大数据（Big Data） 数据大数据数据大数据 大数据定义大数据定义 数据量规模巨大到无法通过目前主流软件工具数据量规模巨大到无法通过目前主流软件工具，在合理时间在合理时间数据量规模巨大到无法通过目前主流软件工具数据量规模巨大到无法通过目前主流软件工具，在合理时间在合理时间 内，达到获取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策内，达到获取、管理、处理、并整理成为帮助企业经营决策 等目的的信息等目的的信息 71 等目的的信息等目的的信息。 1.4 人工智能的主要研究领域 大数据问题现在更突出、更难用、更有用。大数据问题现在更突出、更难用、更有用。 更突出更突出 物联网的发展使数据越来越大、物联网的发展使数据越来越大、 越来越复杂越来越复杂越来越复杂越来越复杂。 全球从全球从2010年进入年进入ZB（十万亿（十万亿 亿字节）、亿字节）、2011年进入年进入1.8ZB， 物联网数据增量在物联网数据增量在2020年达到年达到 物联网