人工智能原理張永奎張永奎簡介

山西大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。

1981年在航空部北京621研究所獲工學(xué)碩士學(xué)位。1984至1989年擔(dān)任

山西大學(xué)計算機科學(xué)系副系主任、副教授。1990－1992年赴英國Stirling大學(xué)進(jìn)行了自然語言處理領(lǐng)域的合作研究。1992年3月回國后籌建了山西大學(xué)計算中心，并擔(dān)任主任。1992年9月－2001年8月?lián)紊轿鞔髮W(xué)計算機科學(xué)系主任、教授。1997年在美國NewOrleans大學(xué)進(jìn)行了智能信息檢索與Java軟件開發(fā)等方面的訪問研究。1994年起擔(dān)任學(xué)術(shù)刊物《Comm.COLIPS》的國際編委。2000年起擔(dān)任刊物《計算機研究與發(fā)展》的第四屆編委。1992年以來，主持了國家級和省部級項目18項，獲得省部級科技進(jìn)步獎7項(一等獎2項，二等獎1項，三等獎4項)，發(fā)表論文90余篇，出版著作、教材8部。1991、1996年兩次被山西省委、省政府評為山西省優(yōu)秀專家，1992年被國務(wù)院批準(zhǔn)為享受政府特殊津貼的專家。1學(xué)習(xí)目標(biāo)通過對本課程的學(xué)習(xí)，突破傳統(tǒng)思想的束縛，領(lǐng)略人工智能思想的精髓，對人工智能的思想和方法有比較深刻的認(rèn)識，從人工智能的角度出發(fā)去思考問題，解決問題。了解人工智能的發(fā)展歷史，國內(nèi)外人工智能相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，掌握人工智能的基本理論、技術(shù)及其應(yīng)用方法。在學(xué)習(xí)基本的原理和方法基礎(chǔ)上，討論一些新的和正在研究中的人工智能方法與技術(shù)，有重點地研究人工智能的相關(guān)領(lǐng)域，跟蹤人工智能的研究熱點，做到點面結(jié)合，既擴大了知識面，又能夠抓住研究重點，并能夠應(yīng)用相應(yīng)的人工智能技術(shù)解決實際應(yīng)用問題。2課程要求學(xué)員要求：

要求學(xué)員有離散數(shù)學(xué)、數(shù)理邏輯等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，具有謂詞演算等基本邏輯計算能力。同時最好能夠先修過人工智能基礎(chǔ)等課程，掌握搜索方法等人工智能最基礎(chǔ)的原理和方法。課程要求：

了解什么是人工智能，什么是知識表示，什么是不確定性推理，什么是機器學(xué)習(xí)，什么是自然語言處理，什么是智能體。主要掌握多種知識表示的特點及應(yīng)用領(lǐng)域；不確定性推理的基本方法；機器學(xué)習(xí)的傳統(tǒng)方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法；自然語言處理理論及其應(yīng)用；智能體及其體系結(jié)構(gòu)。在學(xué)習(xí)書本知識的同時，利用網(wǎng)絡(luò)資源，觀察人工智能研究發(fā)展新動向，了解新成果。一個積木世界的謂詞演算描述

on(c,a).on(b,d).ontable(a).ontable(d).clear(b).clear(c).hand_empty.定義何時積木頂上為空的規(guī)則下面的規(guī)則描述了何時積木頂上為空。X(～Yon(Y,X)clear(X)).這就是說,對任何積木X,如果在其頂上不存在Y,則X頂上為空。將一個積木堆放在另一個積木頂上的規(guī)則根據(jù)何時積木頂上為空的規(guī)則,可以增加一個能描述將一個積木堆放在另一個積木頂上的規(guī)則。例如,為了將X堆放到Y(jié)上,首先機械臂的手是空的,并且X與Y頂上為空,則拿起X將X放到Y(jié)上,規(guī)則如下:XY(hand_empty∧clear(X)∧clear(Y)∧pick_up(X)∧put_down(X,Y)

stack(X,Y)).3重點難點最大的難點就在于從知識、假設(shè)、推理的角度出發(fā)去思考問題，解決問題。另一個難點在于人工智能的內(nèi)容非常浩繁，深入地了解人工智能的各個方向是非常困難的。因此最主要的是掌握人工智能思想，對人工智能的各個領(lǐng)域有一定了解的同時，有重點地理解某些人工智能的相關(guān)問題。4參考書籍《人工智能原理》，石純一等，1993年，清華大學(xué)出版社

《人工智能及其應(yīng)用》，蔡自興徐光佑，1996年，清華大學(xué)出版社

《人工智能》，J.Nilsson著，鄭扣根等譯，2000年，機械工業(yè)出版社

《人工智能》上、下，陸汝鈐，1989年科學(xué)出版社

《機器定理證明》劉敘華，1989年，科學(xué)出版社

《人工智能技術(shù)導(dǎo)論》，廉師友，2000年，西安電子科技大學(xué)出版社

《高級人工智能》，史忠植，1998年，科學(xué)出版社

《模式識別》，邊肇祺等，1999年，清華大學(xué)出版社

《NatureLanguageUnderstanding》，JamesAllen，1995年，TheBenjamin/CummingsPublishCompany,Inc.知識結(jié)構(gòu)推理方法法：歸結(jié)結(jié)推理和和不確定定性推理理知識表示示機器學(xué)習(xí)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)學(xué)習(xí)自然語言言處理智能體第一章人人工智智能概述述1.1人人工智智能的定定義1.2人人工智智能的發(fā)發(fā)展史1.3人人工智智能的研研究內(nèi)容容1.4人人工智智能研究究的特點點1.5人人工智智能相關(guān)關(guān)文獻(xiàn)及及網(wǎng)站介介紹1.1人人工智智能的定定義（從狹義的的概念上上來講））計算機科科學(xué)的一一個分支支，是對對智能計計算機系系統(tǒng)的研研究，涉涉及研究究、設(shè)計計和應(yīng)用用智能機機器。（思維科科學(xué)：研研究用機機器來模模仿和執(zhí)執(zhí)行人腦腦的某些些智力功功能，并并開發(fā)相相關(guān)理論論和技術(shù)術(shù)。）智能機器器：能自自主地或或交互的的執(zhí)行各各種擬人人任務(wù)，，與人智智力相當(dāng)當(dāng)或相近近的機器器。（對人類類語言能能理解、、能學(xué)習(xí)習(xí)、能推推理）1.1人人工智智能的定定義（從廣義的的概念上上來講））從廣義上上來講，，人工智智能是指指人類智智能行為為規(guī)律、、智能理理論方面面的研究究。狹義方面面已經(jīng)做做了一些些工作，，如專家家系統(tǒng)的的研究與與開發(fā)。。廣義的理理解至今今還沒有有做出令令人興奮奮的結(jié)果果。1.2人人工智智能的發(fā)發(fā)展史人工智能能的研究究不僅與與對人的的思維研研究直接接相關(guān)，，而且和和許多其其它學(xué)科科領(lǐng)域關(guān)關(guān)系密切切。因此此說到人人工智能能的歷史史，應(yīng)當(dāng)當(dāng)上溯到到歷史上上一些偉偉大的科科學(xué)家和和思想家家所作的的貢獻(xiàn)，，他們?yōu)闉槿斯ぶ侵悄苎芯烤糠e累了了充分的的條件和和基礎(chǔ)理理論。這這里僅列列舉幾位位重要的的代表人人物。1.2人人工智智能的發(fā)發(fā)展史（（1）◆古希臘的的ristotle（（亞里士士多德））（公元元前384-322）），為形形式邏輯輯奠定了了基礎(chǔ)。。形式邏邏輯是一一切推理理活動的的最基本本的出發(fā)發(fā)點?！粲鴩恼軐W(xué)學(xué)家、自自然科學(xué)學(xué)家Bacon（培根根）（1561-1626）），系統(tǒng)統(tǒng)地給出出了歸納納法。Bacon的著著名警句句是“知知識就是是力量””?！舻聡鴩鴶?shù)學(xué)家家、哲學(xué)學(xué)家Leibnitz（萊布布尼茨））（1646-1716），，提出了了關(guān)于數(shù)數(shù)理邏輯輯的思想想，把形形式邏輯輯符號化化，從而而能對人人的思維維進(jìn)行運運算和推推理。他他曾經(jīng)做做出了能能進(jìn)行四四則運算算的手搖搖計算機機1.2人人工智智能的發(fā)發(fā)展史（（2）◆英國數(shù)學(xué)學(xué)家、邏邏輯學(xué)家家Boole（（布爾））（1815-1864），，實現(xiàn)了了布萊尼尼茨的思思維符號號化和數(shù)數(shù)學(xué)化的的思想，，提出了了一種嶄嶄新的代代數(shù)系統(tǒng)統(tǒng)--布布爾代數(shù)數(shù)。◆美籍籍奧地利利數(shù)理邏邏輯學(xué)家家Godel（（哥德爾爾）（1906-1978）），證明明了一階階謂詞的的完備性性定理；；任何包包含初等等數(shù)論的的形式系系統(tǒng)，如如果它是是無矛盾盾的，那那么一定定是不完完備的。。此定理理的意義義在于，，人的思思維形式式化和機機械化的的某種極極限，在在理論上上證明了了有些事事是做不不到的。。1.2人人工智智能的發(fā)發(fā)展史（（3）◆英國國數(shù)學(xué)家家Turing(圖靈靈)（1912-1954））,1936年年提出了了一種理理想計算算機的數(shù)數(shù)學(xué)模型型（圖靈靈機），，1950年提提出了圖圖靈試驗驗，發(fā)表表了“計計算機與與智能””的論文文?！皥D圖靈獎””。◆美國數(shù)學(xué)學(xué)家Mauchly，1946發(fā)明明了電子數(shù)字字計算機ENIAC◆美國神經(jīng)經(jīng)生理學(xué)家McCulloch，建建立了第一個個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)數(shù)學(xué)模型。（（從某種意義義上可以說近近代人工智能能的發(fā)展，首首先是從人工工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研研究開始的。。）◆美國數(shù)學(xué)學(xué)家Shannon（香香農(nóng)）,1948年發(fā)表表了《通訊的的數(shù)學(xué)理論》》，代表了"信息論"的的誕生。1.2人工工智能的發(fā)展展史（4）◆1956年提出了““人工智能””。創(chuàng)始人中有：：McCarthy，，Minsky,Rochester,Shannon,Moore,Samuel,Selfridge,Solomonff,Simon,Newell等等數(shù)學(xué)家、信信息學(xué)家、心心理學(xué)家、神神經(jīng)生理學(xué)家家、計算機科科學(xué)家。McCarthy（麥卡卡錫）——被被尊為"人工工智能之父"?！?0年代代初開始有了了符號處理，，搜索法。（人工智能的的基本方法是是邏輯法和搜搜索法。最初初的搜索應(yīng)用用于機器翻譯譯、機器定理理證明、跳棋棋程序等。））1.2人工工智能的發(fā)展展史（5）◆60年代代Simon由試驗得到到結(jié)論：人類類問題的求解解是一個搜索索的過程，效效果與啟發(fā)式式函數(shù)有關(guān)。。敘述了智能能系統(tǒng)的特點點：智能表示示、智能推理理、智能搜索索?！鬘ilson發(fā)表了了A*算法法（搜索方法法）◆McCarthy建建立了人工智智能程序設(shè)計計語言Lisp◆1965年Robinson提提出了歸結(jié)原原理。（歸結(jié)原理是是與傳統(tǒng)的自自然演繹法完完全不同的消消解法。是第第一個也是目目前唯一的一一個具有完備備性（半完備備性）的推理理方法。曾轟轟動整個科學(xué)學(xué)界。但該方方法本身也有有計算爆炸等等問題。））1.2人工工智能的發(fā)展展史（6）◆1968年Quillian提提出了語義網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的知識表表示方法◆1969年Minsky出了一一本書“感知知機”，給當(dāng)當(dāng)時的神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)研究結(jié)果果判了死刑。。（人工神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的研究由由此進(jìn)入低潮潮時期，而人人工智能、專專家系統(tǒng)的研研究進(jìn)入高潮潮。）◆70年代代，人工智能能開始從理論論走向?qū)嵺`，，解決一些實實際問題。同同時很快就發(fā)發(fā)現(xiàn)問題：歸歸結(jié)法費時、、下棋贏不了了全國冠軍、、機器翻譯一一團糟。1.2人工工智能的發(fā)展展史（7）以Feigenbaum為首的一批批年輕科學(xué)家家改變了戰(zhàn)略略思想，1977年提出出了知識工程程的概念，開開展了以知識識為基礎(chǔ)的專專家咨詢系統(tǒng)統(tǒng)研究與應(yīng)用用。著名的專家系系統(tǒng)有：DENDRAL化學(xué)分析析專家系統(tǒng)（（斯坦福大學(xué)學(xué)1968））；MACSYMA符號數(shù)學(xué)學(xué)專家系統(tǒng)（（麻省理工1971）；；

MYCIN診斷斷和治療細(xì)菌菌感染性血液液病的專家咨咨詢系統(tǒng)（斯斯坦福大學(xué)1973）；；

CASNET(CausalASsciationalNetwork)診斷斷和治療青光光眼的專家咨咨詢系統(tǒng)（拉特格爾斯斯（Rutgers）大大學(xué)70年代代中）；CADUCEUS(原名INTERNIST)醫(yī)療咨咨詢系統(tǒng)（匹匹茲堡大學(xué)））；HEARSAYI和和II語音理理解系統(tǒng)（卡卡內(nèi)基-梅隆隆大學(xué)）；PROSPECTOR地質(zhì)勘勘探專家系統(tǒng)統(tǒng)（斯坦福大大學(xué)1976）；XCON計計算機配置專專家系統(tǒng)（卡卡內(nèi)基-梅隆隆大學(xué)1978）。1.2人工工智能的發(fā)展展史（8）◆80年代，人人工智能發(fā)展展達(dá)到階段性性的頂峰。87,89年年世界大會有有6－7千人人參加。硬件件公司有上千千個。Lisp硬件、Lisp機形形成產(chǎn)品。在專家系統(tǒng)及及其工具越來來越商品化的的過程中，國國際軟件市場場上形成了一一門旨在生產(chǎn)產(chǎn)和加工知識識的新產(chǎn)業(yè)--知識產(chǎn)業(yè)業(yè)。應(yīng)該說，，知識工程和和專家系統(tǒng)是是近十余年來來人工智能研研究中最有成成就的分支之之一。同年代，1986年Rumlhart領(lǐng)導(dǎo)的并并行分布處理理研究小組提提出了神經(jīng)元元網(wǎng)絡(luò)的反向向傳播學(xué)習(xí)算算法，解決了了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分分類能力有限限這一根本問問題。從此，，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的的研究進(jìn)入新新的高潮。1.2人工工智能的發(fā)展展史（9）90年代，計計算機發(fā)展趨趨勢為小型化化、并行化、、網(wǎng)絡(luò)化、智智能化。人工智能技術(shù)術(shù)逐漸與數(shù)據(jù)據(jù)庫、多媒體體等主流技術(shù)術(shù)相結(jié)合，并并融合在主流流技術(shù)之中，，旨在使計算算機更聰明、、更有效、與與人更接近。。日本政府于1992年結(jié)結(jié)束了為期十十年的，稱為為"知識信息息處理體統(tǒng)"的第五代計計算機系統(tǒng)研研究開發(fā)計劃劃。并開始了了為期十年的的實況計算（（RealWorldComputing）計劃。今天的AI（（1）計算機智能化化技術(shù)的主攻攻方向體現(xiàn)在在：◆并行與分布式式處理技術(shù)。。包括大規(guī)模并并行機和機群群的體系結(jié)構(gòu)構(gòu)、并行操作作系統(tǒng)與并行行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，，分布式Client/Server計算模型型及其處理技技術(shù)，多專機機系統(tǒng)的合作作與知識共享享技術(shù)等?！糁R的獲取、、表示、更新新和推理新機機制。包括新的知識識獲取方法，，常識性知識識的表示、更更新與推理，，大型知識庫庫的組織與維維護(hù)，新一代代邏輯處理機機制等?！舳喙δ艿母兄夹g(shù)。包括對語音文文字、圖形與與圖像等信號號的獲取、識識別、壓縮與與轉(zhuǎn)化，以及及多媒體輸出出和VR技術(shù)術(shù)等。今天的AI（（2）計算機智能化化技術(shù)的主攻攻方向體現(xiàn)在在：◆智能Agent。智能體的交互互、通訊和多多智能體體系系結(jié)構(gòu)。智能能體是智能體體程序和智能能體結(jié)構(gòu)的結(jié)結(jié)合。◆數(shù)據(jù)挖掘。其中包括數(shù)據(jù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)據(jù)查詢。該方方面的研究主主要是信息時時代的需求，，面對海量的的信息，人類類必須有一整整套的信息檢檢索、處理手手段，才能夠夠從中得到有有效的知識。。今天的AI（（3）人工智能發(fā)展展的歷史和現(xiàn)現(xiàn)在：人工智能從以以往的追求自自主的系統(tǒng)，，改變?yōu)槿藱C機結(jié)合的系統(tǒng)統(tǒng)。以前的是基于于邏輯的深思思熟慮的智能能；現(xiàn)在是研研究直覺、頓頓悟、形象思思維與模式識識別、SituatedAI,SensingandActing的的結(jié)合，并且且引入了概率率論、遺傳算算法等理論。。計算機的定量量與人的定性性信息處理相相結(jié)合，取長長補短，從以以前單一的mind到現(xiàn)現(xiàn)在mindandbody。。甚至提出出了沒有知識識表示、沒有有推理的智能能（六腳爬蟲蟲）。1.3人工工智能的研究究內(nèi)容（1））基礎(chǔ)理論方面面包括：

◆啟發(fā)式搜索理理論搜索的方法很很多，如回溯溯、圖搜索、、啟發(fā)式等等等，主要是給給定一些經(jīng)驗驗做指導(dǎo)提高高搜索效率。。◆各種推理方法法常識推理有知知識不完全、、不夠用等問問題，如鳥會會飛，但是鴕鴕鳥不會飛。。◆知識的模型化化和表示方法法知識表示方法法主要有邏輯輯、產(chǎn)生式、、語義網(wǎng)絡(luò)、、框架等。◆人工智能系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)及語言言Lisp語言言主要在美國國，Prolog語言主主要在歐洲使使用比較廣泛泛?！魴C器學(xué)習(xí)當(dāng)前系統(tǒng)大多多用歸納的學(xué)學(xué)習(xí)、依賴知知識庫的學(xué)習(xí)習(xí)，沒有很成成熟的方法。。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、、遺傳算法等等理論的應(yīng)用用也在探討之之中。1.3人工工智能的研究究內(nèi)容（2））應(yīng)用方面：◆自然語言言理解主要體現(xiàn)于機機器翻譯、自自動文摘、全全文檢索等應(yīng)應(yīng)用中?！魯?shù)據(jù)庫的的智能檢索研究如何在海海量的知識中中準(zhǔn)確的找到到自己需要的的東西?！魧＜蚁到y(tǒng)統(tǒng)七十年來開始始的人工智能能領(lǐng)域的古老老話題，有一一些系統(tǒng)做得得比較好，如如下棋、探礦礦等?！魴C器定理理證明取得了很多可可以證明人工工智能技術(shù)進(jìn)進(jìn)步的成就。。但不是當(dāng)今今的熱點話題題。◆博弈主要問題是機機器學(xué)習(xí)和搜搜索。◆機器人學(xué)學(xué)涉及的知識領(lǐng)領(lǐng)域廣泛，已已取得了很多多實質(zhì)性的成成果，是應(yīng)用用前景最好的的分支之一。?！糇詣映绦蛐蛟O(shè)計所有學(xué)計算機機的人都希望望該研究分支支有實質(zhì)性的的成果?！艚M合調(diào)度度對于浩繁的任任務(wù)，可以給給出完成任務(wù)務(wù)的最佳（局局部最優(yōu)）的的任務(wù)序列。。如機器人搬搬運?！舾兄F(xiàn)代人工智能能的課題。是是“notonlyBODYbutalsoSENSER”理論的需需要?！粢曈X除機器人學(xué)外外，現(xiàn)今多媒媒體、視頻檢檢索等多個分分支對視覺研研究也提出了了大量的需求求。人工智能研究究分類符號主義和連連結(jié)主義是人人工智能研究究的主要觀點點。符號主義傳統(tǒng)的人工智智能相對于神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究究而言的統(tǒng)稱稱。連結(jié)主義主要是指從生生物、人類神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)結(jié)構(gòu)、信息傳傳輸、網(wǎng)絡(luò)設(shè)設(shè)計（學(xué)習(xí)））的角度分析析、模擬智能能的形成與發(fā)發(fā)展的研究。。從發(fā)展歷史上上看這兩個方方面是相輔相相成的，從不不同角度討論論智能的形成成與發(fā)展。人工智能的瓶瓶頸問題瓶頸問題◆知識獲?。ㄖR表示、機機器學(xué)習(xí)）◆實現(xiàn)時的規(guī)模模擴大問題◆應(yīng)用前景（封閉的專家系系統(tǒng)--機器器學(xué)習(xí)問題）主攻：利用計算機模模擬人的行為為（研究鳥））；利用計算機構(gòu)構(gòu)造智能系統(tǒng)統(tǒng)（研究飛機機）成功事例：國際象棋程序序；平面幾何何定理證明1.4人工工智能研究的的特點（1））人工智能是一一門知識的科科學(xué)。以知識識為對象，研研究知識的獲獲取、表示和和使用。人工智能的系系統(tǒng)過程：數(shù)數(shù)據(jù)處理->知識處理，，數(shù)據(jù)->符符號。符號表示的是是知識而不是是數(shù)值、數(shù)據(jù)據(jù)。問題求解過程程有啟發(fā)，有有推導(dǎo)。人工智能是引引起爭論最多多的科學(xué)之一一焦點：當(dāng)前人工智能能的研究應(yīng)該該以人類的普普遍思維規(guī)律律為主，還是是以特定知識識的處理和運運用為主？智智能的本質(zhì)是是什么？機器器能達(dá)到人的的水平嗎？結(jié)論：人工智智能研究是非非常困難的。。1.4人工工智能研究的的特點（2））人工智能研