人工智能原理

人工智能原理

主讲教师：叶屹

辅导教师：叶屹

课程编号：Comp555

学 时：48

学 分：3.0

预修课程：离散数学、程序设计

课程简介：本课程对人工智能各方面的问题进行了探讨，由浅入深地介绍了整个人工智能系统或者agent的发展历程。首先介绍仅能对周围环境中可感知的特征做出反映的原始agent，以及这些简单机器所涉及的机器视觉、机器学习和机器进化等问题；然后，介绍使agent可以在无法立即感知的的任务环境中获取信息的技术。这些信息可以采用环境状态、环境图标模型、状态空间图和逻辑表示等描述信息的形式。

教 材：《人工智能》Nils J. Nilsson著，郑扣根、庄越挺译，电子工业出版社。2000.9

参 考 书：[1]《人工智能导论》林尧瑞等著，清华大学出版社；

[2]《人工智能原理》石纯一等著，清华大学出版社；

内容与安排:

第一章 绪论（2学时）

第一部分 响应机器（8学时）

第二章 刺激响应agent

第三章 神经网络

第四章 机器进化

第五章 状态机

第六章 机器人视觉

第二部分 状态空间搜索（12学时）

第七章 能计划的agent

第八章 盲目搜索

第九章 启发式搜索

第十章 计划、动作和学习

第十一章 其他搜索公式及应用

第十二章 敌对搜索

第三部分 知识的表示和推理（18学时）

第十三章 命题演算

第十四章 命题演算中的归结

第十五章 谓词演算

第十六章 谓词演算中的归结

第十七章 基于知识的系统

第十八章 表示常识知识

第十九章 用不确定信息进行推理

第二十章 用贝叶斯网学习和动作

第四部分 基于逻辑的规划方法（4学时）

第二十一章 状态演算

第二十二章 规划

第五部分 通信与集成（2学时）

第二十三章 多agent

第二十四章 agent之间的通信

第二十五章 agent体系结构

2、试详细解释智能手机指南针的工作原理(并绘出其传感原理图)？

答：

1、手机装入软件能分出东南西北是因为手机中内置了电子指南针，电子指南针又称作电子罗盘。电子罗盘的原理是测量地球磁场，按其测量磁场的传感器种类的不同，目前国内市场上销售的电子罗盘可分为以下有三种:磁通门式电子罗盘、霍尔效应式电子罗盘和磁阻效应式电子罗盘。

(1)磁通门式电子罗盘。根据磁饱和原理制成，它的输出可以是电压，也可以是电流，还可以是时间差，主要用于测量稳定或低频磁场的大小或方向，其代表产品是美国KVH工业公司的一系列磁通门罗盘及相关附件。从原理上讲，它通过测量线圈中磁通量的变化来感知外界的磁场大小，为了达到较高的灵敏度，必须要增加线圈横截面积，因而磁通门式电子罗盘不可避免的体积和功耗较大，易碎、响应速度较慢，处理电路相对复杂，成本高。

(2)霍尔效应式电子罗盘。霍尔效应是1879年霍尔首先在金属中发现的。当施加外磁场垂直于半导体中流过的电流就会在半导体中垂直于磁场和电流的方向产生电动势。这种现象称为霍尔效应。其工作原理如图1.1所示。

图1.1霍尔效应原理

如果沿矩形金属薄片的长方向通一电流I，由于载流子受库仑兹力作用，在垂直于薄片平面的方向施加强磁场B，则在其横向会产生电压差U，其大小与电流I、磁场B和材料的霍尔系数R成正比，与金属薄片的厚度d成反比。100多年前发现的霍尔效应，由于一般材料的霍尔系数都很小而难以应用，直到半导体的问世后才真正用于磁场测量。这是因为半导体中的载流子数量少，如果通过它的电流与金属材料相同，那么半导体中载流子的速度就快，所受到的洛伦兹力就更大，因而霍尔效应的系数也就更大。

我们可以把地球磁场假定为和地平面平行，而如果在手机的平面垂直的放上两个这样的霍尔器件，就可以感知地球磁场在这两个霍尔器件的磁感应强度的分量，从而得到地球磁场的方向，有点类似于力的分解。 霍尔效应磁传感器的优点是体积小，重量轻，功耗小，价格便宜，接口电路简单，特别适用于强磁场的测量。但是，它又有灵敏度低、噪声大、温度性能差等缺点。虽然有些高灵敏度或采取了聚磁措施的霍尔器件也能用于测量地磁场，但一般都是用于要求不高的场合。

在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。

有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。

无功功率比较抽象，它用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。

打个比方，农村修水利需要开挖土方运土，运土时用竹筐装满土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是无功功率，竹筐并不是没用，没有竹筐泥土怎么能运到堤上?

在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

但是从发电机和高压输电线供给的无功功率远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。

无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

无功补偿可以改善电能质量、降低电能损耗、挖掘发供电设备潜力、无功补偿减少用户电费支出，是一项投资少，收效快的节能措施。

对人工智能的认识

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人工智能的思想萌芽可以追溯到十七世纪的巴斯卡和莱布尼茨，他们较早萌生了有智能的机器的想法。十九世纪，英国数学家布尔和德o摩尔根提出了“思维定律“，这些可谓是人工智能的开端。十九世纪二十年代，英国科学家巴贝奇设计了第一架“计算机器“，它被认为是计算机硬件，也是人工智能硬件的前身。电子计算机的问世，使人工智能的研究真正成为可能。

作为一门学科，人工智能于１９５６年问世，是由“人工智能之父“McCarthy及一批数学家、信息学家、心理学家、神经生理学家、计算机科学家在Dartmouth大学召开的会议上，首次提出。对人工智能的研究，由于研究角度的不同，形成了不同的研究学派。这就是：符号主义学派、连接主义学派和行为主义学派。

传统人工智能是符号主义，它以Newell和Simon提出的物理符号系统假设为基础。物理符号系统是由一组符号实体组成，它们都是物理模式，可在符号结构的实体中作为组成成分出现，可通过各种操作生成其它符号结构。物理符号系统假设认为：物理符号系统是智能行为的充分和必要条件。主要工作是“通用问题求解程序“（General

Problem Solver, GPS）：通过抽象，将一个现实系统变成一个符号系统，基于此符号系统，使用动态搜索方法求解问题。

连接主义学派是从人的大脑神经系统结构出发，研究非程序的、适应性的、大脑风格的信息处理的本质和能力，研究大量简单的神经元的集团信息处理能力及其动态行为。

人们也称之为神经计算。研究重点是侧重于模拟和实现人的认识过程中的感觉、知觉过程、形象思维、分布式记忆和自学习、自组织过程。

行为主义学派是从行为心理学出发，认为智能只是在与环境的交互作用中表现出来。

人工智能的研究经历了以下几个阶段：

第一阶段：50年代人工智能的兴起和冷落

人工智能概念首次提出后，相继出现了一批显著的成果，如机器定理证明、跳棋程序、通用问题s求解程序、LISP表处理语言等。但由于消解法推理能力的有限，以及机器翻译等的失败，使人工智能走入了低谷。这一阶段的特点是：重视问题求解的方法，忽视知识重要性。