《计算机科学导论》第10章 人工智能系统

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1、第十章人工智能系统本章要点：◆人工智能系统概述◆知识表示及推理◆搜索技术◆自然语言处理◆智能计算◆机器学习10.1人工智能系统概述10.1.1什么是人工智能人工智能AI(ArtificialIntelligence)，又称为机器智能MI(MachineIntelligence)，是研究、设计和应用智能机器或智能系统，用来模拟人类智能活动的能力，以延伸人类智能的科学。它是一门综合了计算机科学、控制论、信息论、生理学、神经生理学、语言学、哲学的交叉学科。10.1人工智能系统概述10.1.2人工智能的起源与发展人工智能的起源人工智能的产生时期人工智能的发展和实用化时期10.1人工智能系统概述10.1

2、.3人工智能的主要学派1.符号主义学派符号主义(Symbolicism)学派，又称为逻辑主义(Logicism)学派、心理学派(Psychlogism)或计算机学派(Computerism)。这一学派认为人工智能源于数理逻辑。2.联结主义学派联结主义(Connectionism)学派，又称为仿生学派(Bionicsism)或生理学派(Physiologism)。它从神经元开始进而研究神经网络模型，开辟了人工智能的又一发展道路。3.行为主义学派行为主义(Actionism)学派，又称为进化主义(Evolutionism)学派或控制论学派(Cyberneticsism)，它源于控制论。10.1人工

3、智能系统概述10.1.4人工智能的研究与应用领域问题求解专家系统决策支持系统自然语言处理组合高度和指挥智能机器人逻辑推理和定理证明模式识别自动程序设计智能控制10.2知识表示及推理10.2.1知识与知识表示知识的概念知识是人类对客观世界及其内部运行规律的认识与经验的总和，是人类利用这些规律改造世界的方法和策略。在计算机科学和智能程序设计中研究的知识仅仅是有关现实世界的一部分知识。知识具有相对正确性、不确定性、可表示性和可利用性等几个特征。10.2知识表示及推理2.知识的一般表示方法一阶谓词逻辑问题归约法语义网络框架表示法剧本产生式系统状态空间表示法过程表示面向对象的知识表示10.2知识表示及推

4、理10.2.2经典推理技术推理是指依据一定的规则从己有的事实推出结论的过程。规则演绎推理消解演绎推理与／或形演绎推理产生式系统10.2知识表示及推理10.2.3高级知识推理技术1.模糊推理2.不确定性推理3.非单调推理4.时序推理10.3搜索技术10.3.1一般搜索技术1.深度优先搜索法深度优先搜索法从开始状态开始搜索，然后是开始状态的一个后继状态(即通过一次状态转移可以到达的状态)，接着是该状态的一个后继状态，如此等等，直到到达目标状态。2.广度优先搜索法广度优先搜索法并没有上面深度优先搜索法的缺点。其基本思想如下；根据从开始状态出发的状态转移的递增次序(层数)来考察状态，这样，首先检查开始

5、状态的所有直接后继状态，然后是这些状态的直接后继状态，如此等等，直至找到目标状态。10.3搜索技术3.等代价搜索宽度优先搜索可被推广用来解决这种寻找从起始状态至目标状态的具有最小代价的路径问题，这种推广了的宽度优先搜索算法即是等代价搜索算法。10.3搜索技术10.3.2高级搜索技术高级搜索技术建立在深度优先搜索法和广度优先搜索法基础之上，采用启发信息、估值函数搜索法和费用函数等来进行搜索。启发性搜索方法估值函数搜索法费用函数其它方法：A*搜索法、反向搜索、博弈树的启发式搜索、遗传算法、进化算法、模拟退火算法10.4自然语言处理10.4.1语言及其理解的一般问题迄今为止，语言理解尚无统一的定义。

6、一般来讲，为了达到理解语言的目的，需要进行如下几步工作：首先，对出现的每个词进行理解；然后，对语句意义的结构从词义构造方面来表示；最后，从句子语义结构表示言语的结构。在这三个过程中，需着重解决如何有效地使用语法、语义、语用及与任务有关的各种知识这个问题。10.4自然语言处理10.4.2句法和语义的分析1.句子的理解分为下面几个阶段：(1)语法分析。(2)语义分析。(3)句法分析。(4)语用分析。2.分析系统所采用的分析方法可分为两种：(1)自顶向下分析(2)自底向上分析。10.4自然语言处理10.4.3机器翻译机器翻译就是用计算机来模拟人的翻译过程。10.5智能计算10.5.1智能计算概述智能

7、计算（IntelligenceComputational）也有人称之为“软计算”。智能计算就是借用自然界（生物界）规律的启迪，根据其原理，模仿设计求解问题的算法。10.5智能计算10.5.2遗传算法遗传算法（GeneticAlgorithm,简称GA）是利用达尔文的“适者生存，优胜劣汰”的自然进化规则进行搜索和完成对问题求解的一种新方法。10.5智能计算10.5.3群集智能蚁群优化算法蚁群(ant