第8章人工智能与专家系统92

l 虽然是计算机科学的一个分支，但并不只涉及到计算机科 学，而且还涉及到脑科学、神经生理学、心理学、语言学、 逻辑学、认知（思维）科学、行为科学和数学以及信息论、 控制论和系统论等许多学科领域。
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21世纪三大尖端技术
基因工程 纳米科学 人工智能
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计算机战胜人类的“诀窍”是什么？
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2、什么是人工智能(AI, Artificial Intelligence )？
l 就是研究怎样让计算机做一些通常认为需要智能才能做的 事情，又称机器智能。
询问者：圣诞节是冬天的一个日子，我想匹克威克先生对这个比喻不会介意吧。
智者：我认为您不够严谨，“冬日”指的是一般冬天的日子，而不是某个特别的日 子，如圣诞节。
人工智能的应用
l 减少密集型劳动强度，提高可靠性。 l 提高自动化程度，降低对人员质量，数量的需求，
降低成本。 l 人工智能技术应用于机器人，可以代替人类完成
专家系统的概念
l 什么是专家？ l 专家系统（ES，Expert System）
¡ 人类之所以能求解问题，是因为人类具有知识。 ¡ 定义
l 专家系统是利用大量的领域专家知识，运用知识推理方 法解决特定领域实际问题的计算机程序系统。
¡ 学科代表人物 l 爱德华·费根鲍姆（Edward Feigenbaum ）
关于人工智能问题
l 是一个古老的但又十分新颖的研究课题 l 各国在人工智能的研究上都已经获得巨大的进展 l 各种传统的或新颖的智能模型迄今还不能完全而圆满地对
大脑思维活动的过程进行解释和模拟
¡ 人们还不十分了解信息在大脑中的底层结构和编码方法； ¡ 象人们的概念、意识、情感和创造性思维过程等，还根本无
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如何实现智能？
l 专家系统
l 神经网络
l 机器学习
l 遗传算法
l 自然语言理解
l
……等.
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二、人工智能的基本原理
知识的分类
知识：是经过提炼加工的信息，是一个或多个信息之 间的关联。
l 事实
¡ 对客观事物属性的值或状态的描述 ¡ 如：今天很热、我今年50岁、大海是蓝色的等
问：我在我的K1处有棋子K；你仅在K6处有棋子K，在R1处有棋子R。现 在轮到你走，你应该下那步棋？
答：（停15秒钟后）棋子R走到R8处，将军！
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l 从表面上看，要使机器回答按一定范围提出的问题似乎没 有什么困难，可以通过编制特殊的程序来实现。然而，如 果提问者并不遵循常规标准，编制回答的程序是极其困难 的事情。
危险的、不适于人来完成的工作。
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人工智能的应用－人脸识别
她是谁?
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人工智能的应用－机器翻译
l 翻译句子“The spirit is willing but the flesh is weak ”
l 翻译工具
¡ 谷歌在线翻译/ ¡ 爱词霸英语翻译 / ¡ ……
¡ 1968年世界上第一个专家系统DENDRAL问世。 ¡ 用于诊断传染病和提供治疗建议的著名专家系统MYCIN
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专家系统的特点
l 专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计 算机程序系统。
¡ 具有大量的专门知识与经验 ¡ 根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行
推理和判断 ¡ 需要解决的问题要足够的复杂
l 规则
¡ 如果A则B ¡ 如果今天下雨，我就留在家里
l 规律
¡ 同一类现象的本质关系或本质之间的稳定联系 ¡ 自然规律：水加热后会变成水蒸气
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知识的推理方法
l 演绎推理
¡ 从一般现象到个别现象的推理 ¡ “苏格拉底之死”
l 归纳推理
¡ 从大量个别现象到一般现象的推理 ¡ 金受热后体积膨胀，
用文字表述的知识和连续形式表示的知识（如微分方程） 不适合计算机处理。
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❖ 是否有高效的求解算法 考虑到实用的性能，必须有高效的求解算法，知识表
示才有意义。
❖ 能否表示不精确知识 自然界的信息具有先天的模糊性和不精确性，能否表
示不精确知识也是考虑的重要因素。
❖ 知识和元知识能否用统一的形式表示 知识和元知识是属于不同层次的知识，使用统一的表
l 1950年英国数学家图灵（A.M.Turing,1912—1954） 发表了”计算机与智能”的论文中提出著名的“图灵测 试”，形象地提出人工智能应该达到的智能标准。
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图灵测试
l 即一个人在不接触对方的情况下，通过一种特殊的方式，和 对方进行一系列的问答，如果在相当长时间内，他无法根据 这些问题判断对方是人还是计算机，那么，就可以认为这个 计算机具有同人相当的智力，即这台计算机是能思维的。
询问者：在14行诗的首行是“你如同夏日”，你不觉得“春日”更好吗？
智者：它不合韵。 询问者：“冬日”如何？它可完全合韵的。 智者：它确是合韵，但没有人愿意被比作“冬日”。 询问者：你不是说过匹克威克先生让你想起圣诞节吗？ 智者：是的。
能满足这样的 要求，要求计算机 不仅能模拟而且可 以延伸、扩展人的 智能，达到甚至超 过人类智能的水平， 在目前是难以达到 的！
从着手；
l 在哲学上、自然科学以及社会学科上还有很大的争论，还 不能得到一致认同。
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谷歌无人驾驶汽车
内华达州是美国对公共道路无人驾驶立法的第一个州。截至 2012年6月，谷歌的无人驾驶汽车已经在该州行进了25万英里。
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谷歌无人驾驶汽车的构造示意图及其描绘的3D地形图
如果由你来提问，你会问哪些问题呢？
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图灵测试－－示范性问题
问： 请给我写出有关“第四号桥”主题的十四行诗。
答：不要问我这道题，我从来不会写诗。
问：34957加70764等于多少？ 答：（停30秒后）105721
可以通过编制 特殊的程序来
实现。
问：你会下国际象棋吗？
答：是的。
示方法可以使知识处理简单。
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三、专家系统原理与 产生式规则专家系统
知识就是力量,而积累了知识的计算机会全面 增强我们的力量。
--费根鲍姆(斯坦福大学教授)
一个实例：智能农业专家系统
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实例（续）
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实例（续）
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¡ 如：张三与李四打网球（Zhang and Li play tennis），可写为： play (Zhang, Li, tennis)
这里谓词是play，动词主体是Zhang和 Li，而客体是tennis。
l 产生式规则表示法 l 语义网络表示法
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l 如何选择知识表示方法？
银受热后体积膨胀， 铜受热后体积膨胀， 铁受热后体积膨胀， …，因此，的推理 ¡ 如汽车：运输 ；鱼网：捕鱼
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l 知识的表示
¡ 就是对知识的一种描述，或者说是一组约定， 一种计算机可以接受的用于描述知识的数据结 构。
决重大问题的能力。
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什么是智能?
l 智能（Intelligence)即智力功能，是人类大脑所 具有的感知、认识、学习、理解、分析、综合、 判断、推理、创造……等局部功能的总和与它们的 有机综合的统称；因此，完善的智能中还应包含 有人类的情感、意识、意志等这种高级因素。
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计算机与智能
l 例子：IBM超级计算机
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专家系统的优点
具体地说，包括下列几个方面： (1) 专家系统能够高效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地进
行工作。 (2) 专家系统解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能
遗漏忘记。 (3) 可以使专家的专长不受时间和空间的限制，以便推广珍贵
和稀缺的专家知识与经验。 (4) 专家系统能汇集多领域专家的知识和经验以及他们协作解
第8章人工智能与专家系 统92
2020/11/27
第8章人工智能与专家系统92
本章主要内容
l 人工智能的基本原理 l 专家系统原理与产生式规则专家系统 l 遗传算法的决策支持
第8章人工智能与专家系统92
一、人工智能的基本原理
什么是智能?
l 请说出3种你身边或你所知道的智能化事物
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l Because we are curious l Because we are lazy l Because we are not so able
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人工智能研究的目标
l 如果说现在有一台电脑，其运算速度非常快、记亿容量和 逻揖单元的数目也超过了人脑，而且还为这台电脑编写了 许多智能化的程序，并提供了合适种类的大量数据，使这 台电脑能够做一些人性化的事情，如简单地听或说。回答 某些问题等。那么，我们是否就能说这台机器具有思维能 力了呢?或者说，我们怎样才能判断一台机器是否具存了 思维能力呢?
l 1997年5月11日，世界国际象棋棋王卡斯帕罗夫与美国 IBM公司的RS／6000（深蓝）计算机系统进行了六局“人 机大战”，结果“深蓝”以3.5比2.5的总比分获胜。
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一个例子---IBM超级计算机“沃森”
l 2011年，IBM超级计算机Watson在《危险边缘》竞赛节 目中击败了该节目历史上最成功的两位人类选手，继“深蓝” 之后，聪明的人脑再一次败给了智慧程序。