人工智能的發(fā)展歷程與研究初探

1、    人工智能的發(fā)展歷程與研究初探    姜國睿 陳暉 王姝歆摘要：人工智能是21世紀三大尖端技術(shù)之一，其發(fā)展對人類進步具有深遠影響?；仡櫲斯ぶ悄艿陌l(fā)展歷程和標志性事件的時間點，文章從哲學(xué)、技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域三個方面，分析比較了人工智能三個研究學(xué)派的特點，探討了人工智能目前的研究熱點，并對其應(yīng)用領(lǐng)域進行了概括和展望。該研究有助于人工智能領(lǐng)域的初學(xué)者和愛好者了解人工智能知識，為其進一步開展人工智能研究提供參考。關(guān)鍵詞：人工智能;發(fā)展歷程;研究學(xué)派;研究熱點：tp18：a：1006-8228（2020）09-07-04discussion on the dev

2、elopment history and research hotspots of artificial intelligencejiang guorui1， chen hui2， wang shuxin3（1. nanjing university of posts and telecommunications， nanjing， jiangsu 210023， china; 2. suzhou qingyan bohao limitied company;3. nanjing university of aeronautics and astronautics）abstract： arti

3、ficial intelligence is one of the three cutting-edge technologies in the 2lst century its development has a profoundimpact on human progress. reviewing the development process of artificial intelligence and the time point of landmark events. thispaper analyzes and compares the characteristics of thr

4、ee study schools of artificial intelligence from three aspects of philosophy，technology and application fields. discusses the current research hotspots of artificial intelligence， and summarizes and prospects itsapplication fields. this discussion will help beginners and enthusiasts in the field of

5、artificial intelligence to understand theknowledge of artificial intelligence， and provide them with a reference to further research on artificial intelligence.key words： artificial intelligence; development history; study schools; research hotspot0引言人工智能是由計算機科學(xué)、控制論、信息論、語言學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、數(shù)學(xué)和哲學(xué)等多

6、學(xué)科交叉融合進而發(fā)展起來的一門綜合性前沿學(xué)科，其發(fā)展對人類進步具有深遠影響，與基因過程、納米科學(xué)并列為21世紀的三大尖端技術(shù)。人工智能在20世紀中葉誕生，其探索的過程經(jīng)歷了多次的挫折與掙扎，繁榮與低谷。隨著近年來云計算、大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，人工智能也迅速發(fā)展，不斷誕生新的理論和技術(shù)。1發(fā)展歷程人工智能的發(fā)展可以分為四個階段：萌芽階段、形成階段、發(fā)展階段和成熟階段，具體標志性事件和關(guān)鍵時間點如圖1所示。1.1萌芽階段20世紀40年代到50年代，人工智能處于萌芽階段。由于四十年代計算機的出現(xiàn)，人類開始探索用計算機代替或擴展人類的部分腦力勞動。1949年，donald hebb1首次提出基于神

7、經(jīng)心理學(xué)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概念。1950年，alan turing2（阿蘭·圖靈，被譽為“計算機之父”）創(chuàng)造了圖靈測試來判定計算機是否智能。samuel arthur3”（亞瑟·塞繆爾，被譽為“機器學(xué)習(xí)之父”）開發(fā)了一個跳棋程序。1.2形成階段20世紀50年代至60年代，人工智能處于形成階段。1956年，人工智能的概念開始出現(xiàn)，源自于美國達特茅斯學(xué)院召開的夏季言談會。當(dāng)時，一批數(shù)學(xué)家、信息學(xué)家、心理學(xué)家、神經(jīng)生理學(xué)家、計算機科學(xué)家聚在一起，探討用機器來模仿人類智能并提出了“人工智能”的概念。此后，人工智能的研究集中在數(shù)學(xué)和自然語言領(lǐng)域。例如，1957年，frank rosenb

8、latt4設(shè)計出計算機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一感知機數(shù)學(xué)模型;1959年，oliver selfridge5推出字符識別程序;1965年，roberts6編制出可以分辨積木三維構(gòu)造的程序。1969年第一屆國際人工智能聯(lián)合會議的召開，標志著人工智能得到了國際上的認可。1.3發(fā)展階段20世紀70年代到90年代早期，人工智能進入發(fā)展階段。70年代，人工智能從理論走向應(yīng)用，知識工程和專家系統(tǒng)成為主流。例如，1975年，斯坦福大學(xué)7推出基于知識的科學(xué)推理程序meta-dendral;1974年，paul werbos8提出反向傳播法bp算法（backpropagation，bp）;1977年，edward alber

9、t feigenbaum提出知識工程的概念。1979年美國人工智能聯(lián)合會（ american association for artificial intelligence）成立。80年代，機器學(xué)習(xí)成為人工智能領(lǐng)域的研究熱點。1980年，美國召開的第一屆機器學(xué)習(xí)國際研討會，標志著機器學(xué)習(xí)的興起。自此，機器學(xué)習(xí)理論蓬勃發(fā)展：1981年kohen9提出了自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);werbos10提出多層感知器;1982年john hopfield11提出了模擬人腦的hopfield循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);1985年hinton等12提出了玻爾茲曼機;1986年hinton等13提出反向傳播bp算法，ross qu

10、inlan14提出決策樹算法，rumelhart等15提出mlp與bp訓(xùn)練相結(jié)合方法;1995年vladmir vapnik等16提出支持向量機算法;1997年freund等17提出adaboost算法。機器學(xué)習(xí)理論研究獲得豐碩的成果，1997年ibm深藍在國際象棋中第一次擊敗人類世界冠軍卡斯帕羅夫，布魯克斯（brooks）18推出六足行走機器人，能夠在無思考和無規(guī)則情況下跨越障礙。1.4成熟階段20世紀90年代末期至今，人工智能進入成熟階段。90年代末，深度學(xué)習(xí)研究興起，1998年y.lecun19提出了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（convoluted neural network，cnn）是深度學(xué)習(xí)的代

11、表算法之一。21世紀，人工智能的發(fā)展日益成熟，機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)成為人工智能研究主流，并在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。2001年，william cleveland20提出數(shù)據(jù)挖掘的概念。2006年hinton等21提出了深度學(xué)習(xí)的概念。2015年nature雜志推出了yann lecun等22深度學(xué)習(xí)的綜述，標志著深度學(xué)習(xí)被學(xué)術(shù)界真正接受。深度學(xué)習(xí)理論研究獲得豐碩的成果，2016年谷歌開發(fā)出alphago程序，其圍棋水平已經(jīng)能夠超過人類的頂尖水平。2研究學(xué)派人工智能研究學(xué)派大致分為三類：符號主義（symbolism）、聯(lián)結(jié)主義（connectionism）和行為主義（behaviorism）。符號

12、主義又稱邏輯主義（logicism）、心理學(xué)派（psychologism）或計算機學(xué)派（computerism），著眼于程序的邏輯結(jié)構(gòu)、符號操作系統(tǒng)以及編程語言，主要研究領(lǐng)域包括：專家系統(tǒng)和知識工程。聯(lián)結(jié)主義又稱仿生學(xué)派（bionicsism）或生理學(xué)派（physiologism）23，著眼于對大腦神經(jīng)系統(tǒng)工作方式的探索和模擬，主要研究領(lǐng)域包括機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)。行為主義又稱為進化主義（evolutionism）或控制論學(xué)派（cybernetic-sism）24，著眼于控制論及感知一動作型控制系統(tǒng)研究，主要研究領(lǐng)域包括智能控制和智能機器人。許多學(xué)者對人工智能三大研究學(xué)派進行了分析，這些研究大多

13、基于哲學(xué)角度25-26。本文總結(jié)歸納了三大研究學(xué)派在哲學(xué)、技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的特點，如表1所示。從技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的角度，符號主義擅長知識推理，知識工程和專家系統(tǒng)具有更高的精確性;聯(lián)結(jié)主義擅長數(shù)學(xué)建模，機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)具有更好的靈活性;行為主義擅長感知控制，機器人和智能控制具有更多的經(jīng)驗性和應(yīng)用性。3研究熱點3.1專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是依靠人類專家已有的大量知識和經(jīng)驗建立起來的程序系統(tǒng)，能自主推理與判斷，用以高效地解決復(fù)雜的實際問題。專家系統(tǒng)通常包括知識庫和推理機。其中，知識庫包含各種專業(yè)知識和相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业睦碚撝R及經(jīng)驗判斷;推理機通過靈活運用知識庫中知識，對問題求解。專家系統(tǒng)可應(yīng)用于解釋、預(yù)測、診

14、斷、規(guī)劃、監(jiān)視、控制、教育等領(lǐng)域。3.2機器學(xué)習(xí)機器學(xué)習(xí)是人工智能的核心，是用計算機來模擬人類的學(xué)習(xí)活動、獲取知識和技能，對真實世界中的事件做出決策和預(yù)測。機器學(xué)習(xí)主要包括機械學(xué)習(xí)、示教學(xué)習(xí)、類比學(xué)習(xí)和實例學(xué)習(xí)四種策略。機器學(xué)習(xí)常見算法包括：決策樹，隨機森林算法，邏輯回歸，svm分類器，adaboost算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，聚類算法等。機器學(xué)習(xí)的應(yīng)用領(lǐng)域包括專家系統(tǒng)、自然語言理解、模式識別、計算機視覺、數(shù)據(jù)挖掘、智能機器人等。3.3深度學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)是機器學(xué)習(xí)研究中的一個新領(lǐng)域，是當(dāng)今人工智能大爆炸的核心驅(qū)動。深度學(xué)習(xí)模擬人腦多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是一種特殊的機器學(xué)習(xí)。相比于其他機器學(xué)習(xí)方法，深度學(xué)習(xí)具有強大

15、的特征提取能力、良好的遷移和多層學(xué)習(xí)能力，在圖像、語音、文本識別和推理、分析、判斷方面都有顯著優(yōu)勢。深度學(xué)習(xí)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括圖像識別，語音識別、自然語言處理、自動駕駛汽車、醫(yī)療和各種決策預(yù)測等。3.4機器視覺機器視覺是人工智能學(xué)科中發(fā)展最快速的分支和前沿研究領(lǐng)域，目的是用機器代替人眼，完成人眼不方便或者難以完成的工作。機器視覺系統(tǒng)一般是通過圖像攝取裝置采集圖像，經(jīng)過圖像處理，對研究對象信息進行判別，并將判斷結(jié)果輸出給執(zhí)行機構(gòu)。目前，機器視覺能夠?qū)崿F(xiàn)物體定位、特征檢測、缺陷判斷、目標識別、計數(shù)和運動跟蹤等功能，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括自動化生產(chǎn)線中的工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等。3.5數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)挖

16、掘是機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)挖掘是指從大量數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的知識，然后對知識進行比較，總結(jié)出原理和法則。數(shù)據(jù)挖掘的主要方法概括為：預(yù)測模型方法、數(shù)據(jù)分割方法、關(guān)聯(lián)分析法和偏離分析法，其中預(yù)測模型方法最為復(fù)雜，涉及到機器學(xué)習(xí)的大量算法。與機器學(xué)習(xí)自動從過往經(jīng)驗中學(xué)習(xí)新知識不同，數(shù)據(jù)挖掘是有目的地從現(xiàn)有大數(shù)據(jù)中提取數(shù)據(jù)的模式和模型，得到重要信息。數(shù)據(jù)挖掘的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括多媒體、計算機網(wǎng)絡(luò)、計算機視覺和自然語言處理等。4結(jié)束語本文首先綜述人工智能的發(fā)展歷程，繪制了標志性事件時間發(fā)展線，由此使得人工智能初學(xué)者和愛好者能快速清晰地了解人工智能在理論、技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展階段和重要突破。其次從哲

17、學(xué)、技術(shù)和應(yīng)用角度，分析比較了人工智能三大研究學(xué)派各自特點，有助于未來的人工智能研究者明確以后的研究方向。最后探討了目前人工智能的研究熱點，并對其應(yīng)用領(lǐng)域進行了展望?？傊壳暗娜斯ぶ悄苓€屬于弱人工智能，距離真正能自我學(xué)習(xí)和進化的人工智能還很遙遠，其研究、發(fā)展和應(yīng)用仍然任重而道遠。參考文獻（references）：1m.peter.a brief history of the hebbian learning rulej.canadian psychology/psychologie canadienne， 2003.44（1）：5-92a.m. turing. computing machi

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