第一章 人工智能課程及其發(fā)展ppt課件

1、第一章 人工智能課程及其開展.粵教版教材教學(xué)研討粵教版高中信息技術(shù)教材教學(xué)研討專家組北師大深圳南山附屬學(xué)校吳良輝2021年7月.引言人工智能(Artificial Intelligence， 縮寫為AI ) 一詞自從1956 年在Dartmouth學(xué)會(huì)上提出至今，研討者們?cè)?jīng)開展了眾多實(shí)際和原理，人工智能的概念也隨之?dāng)U展。人工智能是一門極富挑戰(zhàn)性的科學(xué)，它涉及計(jì)算機(jī)知識(shí)、心思學(xué)和哲學(xué)。人工智能由不同的領(lǐng)域組成，如機(jī)器學(xué)習(xí)，計(jì)算機(jī)視覺等等。人工智能研討的一個(gè)主要目的是使機(jī)器可以勝任一些通常需求人類智能才干完成的復(fù)雜任務(wù)。 .引言 何謂“復(fù)雜任務(wù)？不同的時(shí)代、不同的人會(huì)有不同的了解。例如，繁重的科

2、學(xué)和工程計(jì)算本來是要人腦來承當(dāng)?shù)? 而現(xiàn)代計(jì)算機(jī)不但能完成這種計(jì)算, 而且比人腦做得更快、更準(zhǔn)確。當(dāng)代人已不再把這種計(jì)算看作是“需求人類智能才干完成的復(fù)雜義務(wù)。 復(fù)雜任務(wù)的定義是隨著時(shí)代的開展和技術(shù)的提高而變化的, 人工智能這門科學(xué)的詳細(xì)目的也自然隨著時(shí)代的變化而開展。它一方面不斷獲得新的進(jìn)展, 一方面又轉(zhuǎn)向更有意義、更加困難的目的。.引言 人工智能在某種意義上，可以把它了解成為機(jī)器系統(tǒng)的智能，是機(jī)器調(diào)度各種知識(shí)來處理問題的一種才干。假設(shè)機(jī)器有了這種才干，這個(gè)機(jī)器就可以協(xié)助人去做很多很多的事情，甚至是相當(dāng)復(fù)雜的事情。 曾經(jīng)出現(xiàn)的許多不同功能的機(jī)器人，可以在很多場(chǎng)所來完本錢來應(yīng)該由人來完成的任務(wù)

3、。例如，清潔機(jī)器人、機(jī)器人足球、在一些具有危險(xiǎn)性的場(chǎng)所運(yùn)用機(jī)器人替代人去完成危險(xiǎn)的操作，等等。.引言 機(jī)器的智能，顯然要介于植物和人類之間，它可以認(rèn)識(shí)問題、處理問題，甚至可以籠統(tǒng)的認(rèn)識(shí)世界、優(yōu)化世界。 獨(dú)一與人不一樣的地方它不可以像人一樣進(jìn)展發(fā)明性思想。人工智能是要把人的智能的機(jī)制和信息科學(xué)技術(shù)相結(jié)合。因此我們講人工智能是生物學(xué)與信息學(xué)的一種交叉科學(xué)技術(shù)。.引言 目前可以用來研討人工智能的主要物質(zhì)手段以及可以實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)的機(jī)器就是計(jì)算機(jī), 人工智能的開展歷史是和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的開展史聯(lián)絡(luò)在一同的。 除了計(jì)算機(jī)科學(xué)以外, 人工智能還涉及信息論、控制論、自動(dòng)化、仿生學(xué)、生物學(xué)、心思學(xué)、數(shù)理邏

4、輯、言語學(xué)、醫(yī)學(xué)和哲學(xué)等多門學(xué)科。 .模塊學(xué)習(xí)目的對(duì)規(guī)范的了解能描畫人工智能的概念 由于人工智能涉及的學(xué)科、實(shí)際、方法和技術(shù)非常廣泛，它的運(yùn)用領(lǐng)域也是非常廣大。我們以為，讓學(xué)生對(duì)“人工智能有一個(gè)初步的、直觀的了解，引起他們對(duì)該課程的興趣是重要的。我們選擇知識(shí)與知識(shí)表示、專家系統(tǒng)、搜索技術(shù)以及Prolog言語的簡(jiǎn)單運(yùn)用等內(nèi)容作為引導(dǎo)學(xué)生了解“人工智能的入門。盡量結(jié)合一些實(shí)例引見有關(guān)概念，讓學(xué)生可以直觀地、準(zhǔn)確地把握這些概念，雖然引見是粗淺的。.對(duì)規(guī)范的了解 會(huì)運(yùn)用一種人工智能言語處理簡(jiǎn)單問題，把握其特點(diǎn) 為了讓學(xué)生可以直觀地了解知識(shí)表示，我們選用Prolog言語，這是一種邏輯型言語，是基于謂詞邏

5、輯知識(shí)表示的。希望經(jīng)過學(xué)習(xí)，讓學(xué)生知道計(jì)算機(jī)是如何經(jīng)過人工智能言語在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)“人工智能的。.對(duì)規(guī)范的了解能利用簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)外殼開發(fā)簡(jiǎn)單的專家系統(tǒng) 在教材中，我們引見了一個(gè)簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)外殼InterModeller，經(jīng)過實(shí)際體驗(yàn)活動(dòng)，讓同窗了解如何運(yùn)用InterModeller來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)，讓他們領(lǐng)會(huì)到人工智能的研討和運(yùn)用是如何走近我們的。.對(duì)規(guī)范的了解知道人工智能對(duì)人類學(xué)習(xí)、生活的影響 在教材中，我們引入并設(shè)計(jì)了假設(shè)干個(gè)實(shí)際體驗(yàn)活動(dòng)來引導(dǎo)學(xué)生加深對(duì)有關(guān)概念的了解和把握。這些活動(dòng)涉及的問題對(duì)同窗們來說并不是非常陌生的，只需稍加引導(dǎo)，大家就會(huì)覺得到在我們的身邊確實(shí)會(huì)面臨這

6、些問題。.編寫教材的指點(diǎn)思想我們希望經(jīng)過籠統(tǒng)直觀的表述，讓學(xué)生對(duì)人工智能的概念有一個(gè)初步的了解，同時(shí)對(duì)人工智能的運(yùn)用成果有所知曉。內(nèi)容的安排 引見知識(shí)及其表示，由于這是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)“智能必需面臨的一步。 引見Prolog入門，這是一種人工智能言語，經(jīng)過學(xué)習(xí)，學(xué)生們可以知了解在機(jī)器上實(shí)現(xiàn)智能的工具，并初步知道如何運(yùn)用它，這樣的安排也答應(yīng)以引起他們?cè)趯W(xué)習(xí)的過程中動(dòng)手的興趣。.編寫教材的指點(diǎn)思想 “專家系統(tǒng)是人工智能運(yùn)用比較勝利的一個(gè)領(lǐng)域。該系統(tǒng)中，對(duì)于知識(shí)及其表示，以及知識(shí)的運(yùn)用推理方法，都有比較好的詮釋，經(jīng)過學(xué)習(xí)，學(xué)生可以對(duì)知識(shí)、知識(shí)的表示、知識(shí)的運(yùn)用以及知識(shí)的實(shí)現(xiàn)會(huì)有一個(gè)比較完好的認(rèn)識(shí)。.編

7、寫教材的指點(diǎn)思想 搜索是人工智能的一種問題求解方法，搜索戰(zhàn)略決議著問題求解的一個(gè)推理步驟中知識(shí)被運(yùn)用的優(yōu)先關(guān)系?？煞譃闊o信息導(dǎo)引的盲目搜索和利用閱歷知識(shí)導(dǎo)引的啟發(fā)式搜索。啟發(fā)式知識(shí)常由啟發(fā)式函數(shù)來表示，啟發(fā)式知識(shí)利用得越充分，求解問題的搜索空間就越小。對(duì)于搜索技術(shù)的探求不斷是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在教材中，我們給出一些簡(jiǎn)單的引見，希望引起學(xué)生的興趣和關(guān)注。.開展本課程教學(xué)的根本思緒 根據(jù)高中階段學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，選擇那些中學(xué)生易于了解的人工智能實(shí)踐運(yùn)用問題作為案例展開教學(xué)。 充分利用相關(guān)媒體上的信息資源和軟件資源。 在學(xué)習(xí)的過程中組織學(xué)生開展相關(guān)討論，拓展學(xué)生的視野，了解人工智能技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)、生活的重要

8、作用。.教材構(gòu)思“人工智能初步分為五章：一人工智能的簡(jiǎn)介二知識(shí)與知識(shí)表示三Prolog入門四專家系統(tǒng)五搜索技術(shù).教材構(gòu)造知識(shí)及其表示搜索技術(shù)專家系統(tǒng)Prolog入門算法形狀空間表示人工智能簡(jiǎn)介邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)那么表示一種工具一種工具.人工智能簡(jiǎn)介 首先引見人工智能的根本概念，然后引見人工智能的幾個(gè)運(yùn)用領(lǐng)域。 為了引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們知道這些運(yùn)用并不是紙上談兵，我們結(jié)合曾經(jīng)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)用系統(tǒng)，讓同窗們經(jīng)過實(shí)際體驗(yàn)的方式來體驗(yàn)這些運(yùn)用。 在閱讀資料中，我們采用文字加插圖來引見人工智能開展歷程中的幾件有影響的事，以一種比較籠統(tǒng)的方式引見人工智能開展史。.人工智能簡(jiǎn)介 我們引進(jìn)一些網(wǎng)站的目的就是希望

9、引導(dǎo)同窗自動(dòng)的去查找一些人工智能的勝利運(yùn)用案例，激發(fā)他們自主學(xué)習(xí)的才干，學(xué)會(huì)如何從不同的媒體中尋覓本人感興趣的資料和信息。.人工智能研討的主要內(nèi)容人工智能學(xué)科研討的主要內(nèi)容包括：知識(shí)表示自動(dòng)推理和搜索方法機(jī)器學(xué)習(xí)和知識(shí)獲取知識(shí)處置系統(tǒng)自然言語了解計(jì)算機(jī)視覺智能機(jī)器人自動(dòng)程序設(shè)計(jì) .知識(shí)表示 知識(shí)表示是人工智能的根本問題之一，推理和搜索都與表示方法親密相關(guān)。常用的知識(shí)表示方法有：邏輯表示法、產(chǎn)生式表示法、語義網(wǎng)絡(luò)表示法和框架表示法等。常識(shí)的表示遭到人們的關(guān)注。已提出多種方法，如非單調(diào)推理、定性推理，從不同角度來表達(dá)常識(shí)和處置常識(shí)。.自動(dòng)推理和搜索方法 問題求解中的自動(dòng)推理是知識(shí)的運(yùn)用過程，由于存

10、在多種知識(shí)表示方法，相應(yīng)地有多種推理方法。 推理過程普通可分為演繹推理和非演繹推理。謂詞邏輯是演繹推理的根底。構(gòu)造化表示下的承繼性推理是非演繹性的。 由于知識(shí)處置的需求，近幾年來提出了多種非演澤的推理方法，如銜接機(jī)制推理、類比推理、基于例如的推理、反繹推理和受限推理等。.自動(dòng)推理和搜索方法 搜索是人工智能的一種問題求解方法，搜索戰(zhàn)略決議著問題求解的一個(gè)推理步驟中知識(shí)被運(yùn)用的優(yōu)先關(guān)系。 無信息導(dǎo)引的盲目搜索：廣度優(yōu)先，深度優(yōu)先。 利用閱歷知識(shí)導(dǎo)引的啟發(fā)式搜索：?jiǎn)l(fā)式知識(shí)常由啟發(fā)式函數(shù)來表示，啟發(fā)式知識(shí)利用得越充分，求解問題的搜索空間就越小。 搜索方法的研討曾經(jīng)關(guān)注那些具有百萬節(jié)點(diǎn)的超大規(guī)模的搜索

11、問題。出現(xiàn)了諸如模擬退火、遺傳算法、蟻群算法等優(yōu)化搜索算法。.機(jī)器學(xué)習(xí)和知識(shí)獲取 機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能的另一重要課題。機(jī)器學(xué)習(xí)是指在一定的知識(shí)表表示義下獲取新知識(shí)的過程，按照學(xué)習(xí)機(jī)制的不同，主要有歸納學(xué)習(xí)、分析學(xué)習(xí)、銜接機(jī)制學(xué)習(xí)和遺傳學(xué)習(xí)等。機(jī)器學(xué)習(xí)是要使計(jì)算機(jī)能模擬人的學(xué)習(xí)行為，自動(dòng)地經(jīng)過學(xué)習(xí)獲取知識(shí)和技藝，不斷改善性能，實(shí)現(xiàn)自我完善：三個(gè)方面的研討內(nèi)容：學(xué)習(xí)機(jī)理研討學(xué)習(xí)方法研討面向義務(wù)研討.知識(shí)處置系統(tǒng)知識(shí)處置系統(tǒng)主要由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)組成 知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)所需求的知識(shí)，當(dāng)知識(shí)量較大而又有多種表示方法時(shí)，知識(shí)的合理組織與管理是重要的。 在問題求解時(shí)，規(guī)定運(yùn)用知識(shí)的根本方法和戰(zhàn)略，推理過程中為記錄

12、結(jié)果或通訊需求設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)或采用黑板機(jī)制。 假設(shè)在知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)的是某一領(lǐng)域(如醫(yī)療診斷)的專家知識(shí)，那么這樣的知識(shí)系統(tǒng)稱為專家系統(tǒng)。為順應(yīng)復(fù)雜問題的求解需求，單一的專家系統(tǒng)向多主體的分布式人工智能系統(tǒng)開展，這時(shí)知識(shí)共享、主體間的協(xié)作、矛盾的出現(xiàn)和處置將是研討的關(guān)鍵問題。.自然言語了解自然言語處置 自然言語的處置是人工智能技術(shù)運(yùn)用于實(shí)踐領(lǐng)域的典型范例，經(jīng)過多年艱苦努力，這一領(lǐng)域已獲得了大量令人注目的成果。目前該領(lǐng)域的主要課題是：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如何以主題和對(duì)話情境為根底，注艱苦量的常識(shí)世界知識(shí)和期望作用，生成和了解自然言語。這是一個(gè)極其復(fù)雜的編碼和解碼問題。智能信息檢索技術(shù) 受信息技術(shù)迅猛開展的影響，信

13、息獲取和精化技術(shù)已成為當(dāng)代計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)研討中迫切需求研討的課題，將人工智能技術(shù)運(yùn)用于這一領(lǐng)域的研討是人工智能走向廣泛實(shí)踐運(yùn)用的契機(jī)與突破口。.智能機(jī)器人 機(jī)器人普通地可以看作為自動(dòng)機(jī)器。自動(dòng)機(jī)器就是自動(dòng)機(jī)。比如說大家家里用的洗衣機(jī)也好，電冰箱也好，甚至他家庭的這些操作系統(tǒng)也好，或者像大家比較熟習(xí)的程控交換機(jī)，通訊網(wǎng)里頭的一切這些安裝都是自動(dòng)機(jī)。 自動(dòng)機(jī)器的共同特點(diǎn)：由設(shè)計(jì)機(jī)器的人，事先用一個(gè)程序來描畫機(jī)器要做的各種各樣的任務(wù)。機(jī)器只可以按部就班地完成這些程序，它不能做別的事，程序里頭沒有的事情，機(jī)器不會(huì)做，它是一個(gè)嚴(yán)厲受限于設(shè)計(jì)者事先設(shè)計(jì)的內(nèi)容，而且只能處理特定的問題。.智能機(jī)器人 智能機(jī)

14、器它沒有一個(gè)事先固定的，按部就班的程序。設(shè)計(jì)者事先給它輸入的東西： 一、是必要的知識(shí)； 二、是他的問題； 三、是他的規(guī)那么； 四、是他的目的或者勝利和失敗的準(zhǔn)那么。 當(dāng)一個(gè)問題出現(xiàn)以后，智能機(jī)器會(huì)針對(duì)這個(gè)問題，在知識(shí)當(dāng)中去尋覓可以處理這個(gè)問題的知識(shí)，這些知識(shí)構(gòu)成一個(gè)規(guī)那么，然后去處理這個(gè)問題。而不是按人類事先指定的程序按部就班地走，這就是它的智能所在。.智能化的開展 智能化對(duì)我們的現(xiàn)代化和我們國(guó)家如今正在推進(jìn)的信息化，意義是非常大的。 智能化模型通知我們社會(huì)的提高依賴于科學(xué)技術(shù)提供的先進(jìn)的消費(fèi)工具，人利用這種工具去跟各種勞動(dòng)對(duì)象打交道，構(gòu)成先進(jìn)的消費(fèi)力。先進(jìn)的消費(fèi)力要求先進(jìn)的消費(fèi)關(guān)系跟它相順應(yīng)

15、，從而導(dǎo)致先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)形狀，產(chǎn)生好的產(chǎn)品來滿足社會(huì)的需求。老的需求滿足之后，新的需求又會(huì)出現(xiàn)，這樣不斷地循環(huán)，不斷地走向更高的階段。.智能化的開展 智能系統(tǒng)除了別的系統(tǒng)具有的功能以外，還具有智能。具有智能的機(jī)器，可以協(xié)助人做更多、更好、更復(fù)雜、更重要的事情。 一切有理想、有志向的民族和個(gè)人都可以在這樣一個(gè)充溢夢(mèng)想、時(shí)機(jī)和創(chuàng)新的事業(yè)中大顯身手。.內(nèi)容提要課標(biāo)內(nèi)容分析教材模塊引見課堂教學(xué)教學(xué)評(píng)價(jià).一、課標(biāo)內(nèi)容分析 本書以運(yùn)用人工智能技術(shù)處理問題為主線,按照“知識(shí)表達(dá)與人工智能言語推理與專家系統(tǒng)問題求解這一線索呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。全書分為五章：1.人工智能初探2.知識(shí)表示及PROLOG言語3.專家系統(tǒng)4.問

16、題求解5.人工智能的回想與展望.1.1課程目的知識(shí)的引見了解人工智能的一些根本概念、方法，典型運(yùn)用， 人工智能對(duì)人類學(xué)習(xí)、生活的影響。技藝的培育處理的問題類型：構(gòu)造不良的問題以及構(gòu)造化的難問題。 難度要求：根本原理和方法的簡(jiǎn)單運(yùn)用。人文素質(zhì)的培育感受人工智能技術(shù)的豐富魅力，加強(qiáng)對(duì)信息技術(shù)開展前景的向往和對(duì)未來生活的追求。一、課標(biāo)內(nèi)容分析.1.2課標(biāo)內(nèi)容構(gòu)造一、課標(biāo)內(nèi)容分析人工智能初步知識(shí)及其表達(dá)推理與專家系統(tǒng)人工智能言語與問題求解.知識(shí)及其表達(dá)相關(guān)的背景知識(shí)了解人工智能的概念與根本特點(diǎn)；了解、體驗(yàn)人工智能某些典型運(yùn)用、開展現(xiàn)狀掌握知識(shí)表達(dá)的幾種根本方法。1.2課標(biāo)內(nèi)容構(gòu)造一、課標(biāo)內(nèi)容分析.1.

17、2課標(biāo)內(nèi)容構(gòu)造一、課標(biāo)內(nèi)容分析推理與專家系統(tǒng)了解專家系統(tǒng)的根本構(gòu)造、任務(wù)的根本過程。知道專家系統(tǒng)正向、反向推理的根本原理。會(huì)描畫一種常用的不準(zhǔn)確推理的根本過程。了解專家系統(tǒng)解釋機(jī)制。會(huì)用專家系統(tǒng)外殼來開發(fā)簡(jiǎn)單的專家系統(tǒng)。.人工智能言語與問題求解了解一種人工智能言語，初步學(xué)會(huì)運(yùn)用該言語設(shè)計(jì)程序上機(jī)求解簡(jiǎn)單問題。了解形狀空間的概念與方法，學(xué)會(huì)用該方法描畫待求解的問題。了解盲目搜索、啟發(fā)式搜索的根本思想及其特點(diǎn)。1.2課標(biāo)內(nèi)容構(gòu)造一、課標(biāo)內(nèi)容分析.1.3各部分之間的關(guān)系一、課標(biāo)內(nèi)容分析知識(shí)表示是根底搜索技術(shù)是中心專家系統(tǒng)是目的.1.4重點(diǎn)難點(diǎn)一、課標(biāo)內(nèi)容分析知識(shí)表示 產(chǎn)生式規(guī)那么、形狀空間、Prol

18、og言語。專家系統(tǒng)的推理原理；簡(jiǎn)單專家系統(tǒng)的構(gòu)造。各種搜索戰(zhàn)略的根本原理。.二、人工智能初探2.1教材編寫思緒學(xué)生經(jīng)過觀摩或?qū)嵺`操作，體驗(yàn)人工智能在方式識(shí)別、專家系統(tǒng)、問題求解等方面的典型運(yùn)用。.第一課時(shí)師：在同窗們?cè)?jīng)學(xué)會(huì)了搜集、處置、分析信息，選擇學(xué)習(xí)，也是由于他們能人工智能有著極大的興趣，不知道大家對(duì)人工智能了解多少？下面，我們請(qǐng)同窗們運(yùn)用曾經(jīng)學(xué)過的知識(shí)來完成一個(gè)義務(wù)。義務(wù)：分小組搜集有關(guān)人工智能的信息，做出整理并構(gòu)成報(bào)告。 問題1：人工智能的概念、歷史、開展過程 問題2：現(xiàn)實(shí)生活中，哪些地方運(yùn)用了人工智能？要求：小組長(zhǎng)對(duì)本組成員進(jìn)展分工，每人根據(jù)本人的專長(zhǎng)完成相應(yīng)的義務(wù)，最終小組進(jìn)展討

19、論，完成小組義務(wù)，并引薦一人在下一課時(shí)報(bào)告本小組義務(wù)完成情況，交流知識(shí)。闡明：小組在課前確定，成員自在組合，人數(shù)確定，小組長(zhǎng)由小組成員推舉產(chǎn)生。給各小組一個(gè)課時(shí)的時(shí)間用來搜集資料，完成相關(guān)義務(wù)。 本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，一方面是運(yùn)用已有知識(shí)，讓學(xué)有所用；另一方面，基于高中生曾經(jīng)有一定的分析歸納才干，對(duì)于概念性的東西不喜歡拿來主義的緣由，讓他們自已搜索，能夠會(huì)印象更深化一些，同時(shí)到達(dá)協(xié)作學(xué)習(xí)的目的，無意間培育其協(xié)作的才干。.二、人工智能初探2.2內(nèi)容引見什么是人工智能人工智能的根本內(nèi)容環(huán)境機(jī)器感知獲取知識(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)獲取知識(shí)機(jī)器思想處置知識(shí)機(jī)器行為運(yùn)用知識(shí)使機(jī)器具有類似于人的這些感知才干,讓機(jī)器可以識(shí)別并了解文字、圖像、言語等。使機(jī)器可以模擬人類的思想活動(dòng)，對(duì)經(jīng)過感知得來的外部信息及機(jī)器內(nèi)部的各種任務(wù)信息進(jìn)展有目的地處置。.二、人工智能初探人工智能的主要運(yùn)用領(lǐng)域人工智能方式識(shí)別自然言語了解自動(dòng)程序設(shè)計(jì)智能代理機(jī)器證明專家系統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò).2.3教學(xué)重點(diǎn)人工智能的概念與根本特點(diǎn)人工智能根本內(nèi)容人工智能的主要運(yùn)用領(lǐng)域了解人工智能的根本概念人工智能的主要運(yùn)用領(lǐng)域二、人工智能初探2.