人工智能與機器人培訓講義課件

1、人工智能與機器人人類智能 人類智能，又叫自然智能，主要包含三個方面：感知能力、思維能力、行為能力。當我們動用全身的感覺器官感受到外界的信息刺激之后，能夠通過大腦進行記憶、聯(lián)想、分析、判斷等一系列思維活動，其結果就是做出一種決策，最后再通過我們的具體行動，把這一決策體現(xiàn)出來。人工智能 人工智能(Artificial Intelligence，簡稱AI)，也稱作機器智能， 它是計算機科學、控制論、信息論、神經生理學、心理學、語言學等多種學科互相滲透而發(fā)展起來的一門綜合性學科。從計算機應用系統(tǒng)的角度出發(fā)，人工智能是研究如何制造出人造的智能機器或智能系統(tǒng)，來模擬人類智能活動的能力，以延伸人們智能的科學

2、。同樣，人工智能也主要包含三個方面：感知能力、思維能力、行為能力。只不過這三個方面是通過“機器”系統(tǒng)，而不是“人”這一系統(tǒng)來完成。（樓道感應燈）我們?yōu)楹涡枰斯ぶ悄?一、做人類做不到的事情二、做人類做不好的事情三、做對人類有危險的事情人工智能可以為我們做什么1.模式識別 模式，是指已經界定好的，用來供模仿的一個標本或標準。模式識別就是指識別出這個標本或標準。 人工智能所研究的模式識別是指用“機器”代替人類或幫助人類感知模式，也就是使一個“機器”系統(tǒng)具有模擬人類通過感官接受外界信息、識別和理解周圍環(huán)境的感知能力。模式識別主要需要建立的是語音識別和圖像識別體系。 語音識別 語音識別研究的目的就是讓

3、機器“聽懂”人類口述的語言。包括兩方面的含義：其一是逐字逐句聽懂非轉化成書面語言文字；其二是對口述語言中所包含的要求或詢問加以理解，做出正確響應，而不拘泥于所有詞的正確轉換。語音識別系統(tǒng)從講敘方式角度可分為孤立詞、連接詞和連續(xù)語音三種。從服務對象的角度可分為特定人與非特定人。即系統(tǒng)只針對一個用戶或可用于任意用戶。 一個完整的語音識別系統(tǒng)可大致分為三部分：（1）語音特征提?。浩淠康氖菑恼Z音波形中提取出隨時間變化的語音特征序列。（2）聲學模型與模式匹配（識別算法）：聲學模型通常將獲取的語音特征通過學習算法產生。在識別時將輸入的語音特征同聲學模型（模式）進行匹配與比較，得到最佳的識別結果。（3）語言

4、模型與語言處理：語言模型包括由識別語音命令構成的語法網絡或由統(tǒng)計方法構成的語言模型，語言處理可以進行語法、語義分析。對小詞表語音識別系統(tǒng)，往往不需要語言處理部分。圖像識別 圖形刺激作用于感覺器官，人們辨認出它是經驗過的某一圖形的過程。也稱圖像再認。在圖像識別中，既要有當時進入感官的信息，也要有記憶中存儲的信息。只有通過存儲的信息與當前的信息進行比較的加工過程，才能實現(xiàn)對圖像的再認。 自然語言理解“機器”要能夠理解自然語言，需要達到以下三個標準：一是能正確理解人類的自然語言輸入的信息，并能正確答復（或響應）輸入的信息。二是對輸入的信息能產生相應的摘要，而且復述輸入的內容。 三是能把輸入的自然語言

5、翻譯成要求的另一種語言，如將漢語譯成英語或將英語譯成漢語等。 機器翻譯 自然語言理解大致可分為機器翻譯、語義理解及人機會話技術幾個方面。其中機器翻譯(machine translation)，又稱機譯(MT)，就是利用“機器”把一種自然語言轉變成另一種自然語言的過程。 翻譯機器所依賴的自動翻譯技術包括語音翻譯和文字翻譯，主要的關鍵技術有四個方面：單詞分析，語法分析，意義分析和文理分析。 機器學習 人的智能是通過學習來獲得進步的，學習的能力是我們人類的自然屬性。而人工智能研究上最突出和最重要的一個方面，就是機器學習。 首先，我們要賦予“機器”一個最基本的智能基礎。這一智能基礎就是專家系統(tǒng)與問題求

6、解系統(tǒng)。 專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)是一個具有大量專門知識與經驗的程序系統(tǒng)。它應用人工智能技術，根據某個領域一個或多個專家提供的知識和經驗進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以解決那些需要專家決定的復雜問題。當前機器學習的研究成果中，專家系統(tǒng)是發(fā)展比較快的一個分支。 專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機程序有著本質的不同,專家系統(tǒng)所要解決的問題一般沒有算法解，并且經常要在不完全、不精確或不確定的信息基礎上做出結論。所以，發(fā)展專家系統(tǒng)的關鍵是提高“機器”的自學習能力，這種能力越高，對專家知識的表達和運用就越好，專家系統(tǒng)的作用也就越顯著。 問題求解 人工智能的第一個大成就是發(fā)展了能夠求解難題的下棋程序，如國際象棋、

7、中國象棋、圍棋等，我們今天在網上都可以找到各種各樣的人機對弈軟件。在下棋程序中，應用到的某些技術，如向前看幾步，還有把困難的問題分成一些比較容易的子問題等，其實就是數據庫搜索和問題歸納這樣的人工智能基本技術。 問題求解程序不僅是能夠下棋，還有一個重要的應用就是符號運算，可以把各種數學公式符號匯編在一起，其性能達到很高的水平，這就極大地方便了科學家和工程師們的工作，幫助他們從繁重的手工計算勞動中解脫出來，集中精力做好對問題的分析和對工作整體的把握上。有些高級的問題求解程序，已經具備了一定的“機器學習”智能，能夠利用在被使用過程中積累起來的“經驗”，自動地來改善和提高其自身性能。 智能機器人 智能

8、機器人是人工智能中的最重要的應用，機器人是一種能模擬人的行為的機械，對它的研究經歷了三代的發(fā)展過程：第一代（程序控制）機器人；第二代（自適應）機器人；第三代（智能）機器人；第一代（程序控制）機器人： 這種機器人一般是按以下二種方式“學會”工作的。一種是由設計師預先按工作流程編寫好程序，存貯在機器人的內部存儲器，在程序控制下工作。另一種是被稱為“示教再現(xiàn)”方式，這種方式是在機器人第一次執(zhí)行任務之前，由技術人員引導機器人操作，機器人將整個操作過程一步一步地記錄下來，每一步操作都表示為指令。示教結束后，機器人按指令順序完成工作（即再現(xiàn)）。如任務或環(huán)境有了改變，就要重新進行程序設計。這種機器人能盡心盡

9、責的在機床、熔爐、焊機、生產線上工作。 第二代（自適應）機器人： 這種機器人配備有相應的感覺傳感器（如視覺、聽覺、觸覺傳感器等），能取得作業(yè)環(huán)境、操作對象等簡單的信息，并由機器人體內的計算機進行分析、處理，控制機器人的動作。雖然第二代機器人具有一些初級的智能，但還是需要技術人員的協(xié)調工作。目前這種機器人已經有了一些商品化的產品，我們在后面所講述的內容中，也將主要以這一類產品作為課堂學習的器材。第三代（智能）機器人： 智能機器人具有類似于人的智能，它裝備了高靈敏度的傳感器，因而具有超過一般人的視覺、聽覺、嗅覺、觸覺的能力，能對感知的信息進行分析，控制自己的行為，處理環(huán)境發(fā)生的變化，完成交給的各種

10、復雜、困難的任務，而且有自我學習、歸納、總結、提高已掌握知識的能力。目前研制的智能機器人大都只具有部分的智能，和真正的意義上的智能機器人，還差得很遠。1.5 人工智能的發(fā)展目標 人工智能的發(fā)展目標可以分為近期目標和遠期目標。近期目標：能模擬人類的部分智能行為，代替人類的部分工作。這一目標正在實現(xiàn)的過程中，例如目前研究開發(fā)的專家系統(tǒng)，機器翻譯系統(tǒng)、模式識別系統(tǒng)、機器學習系統(tǒng)、機器人等。遠期目標：不僅能模擬而且可以延伸、擴展人的智能，具有聯(lián)想、推理、理解、學習等高級思維能力，達到甚至超過人類智能的水平。走進機器人世界機器人的定義 目前科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這

11、種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器”。人類制造機器人的三原則：1、機器人不應傷害人類；2、機器人應遵守人類的命令，與第一條違背的命令除外；3、機器人應能保護自己，與第一條相抵觸者除外。這是給機器人賦予的倫理性綱領。機器人學術界一直將這三原則作為機器人開發(fā)的準則。2.2 機器人的發(fā)展歷程三千年前的歌者兩千年張衡發(fā)明的指南車近年的弧焊機器人2.3 機器人的分類及應用 工業(yè)機器人服務機器人娛樂機器人軍用機器人教育機器人觀察與思考：1、機器人一定要做成像人一樣的形狀嗎？2、舉幾個例子，看看機器人都能幫助我們人類做什么？3、

12、通過學習，你能正確理解“將有形的機器人無形化”這句話的意思嗎？機器人機器人本體機器人控制系統(tǒng)機械本體運動、動力系統(tǒng)主控系統(tǒng)感知系統(tǒng)機器人的構成 機器人 機器人本體機器人控制系統(tǒng)機械本體運動、動力系統(tǒng) 主控系統(tǒng)感知系統(tǒng) 傳感系統(tǒng) 主控系統(tǒng) 運動動力系統(tǒng) 外界信息機器人的靈魂控制系統(tǒng)輸入：該信息來自機器人的傳感器；程序：你想讓機器人遵循的一種規(guī)則或指令；輸出：機器人的運動，通常包括馬達（運轉）、燈和聲音 信息轉化下達命令 機器人工作過程圖機器人的大腦主控系統(tǒng)可調電阻 傳感器板接口 通用接口 9V電池接口 4.5V電池接口單片機開關接口下載接口電機接口機器人的感官傳感系統(tǒng)避障傳感器功能及原理 跳線

13、軌跡識別傳感器功能及原理 軌跡識別傳感器 聲音傳感器功能及原理 聲音傳感器 光敏傳感器功能及原理 光敏傳感器 跳線 機器人的身體機器人本體 賦予機器人“智慧”機器人智慧的來源計算機程序 計算機程序的核心算法 什么是算法算法包含兩方面內容：1、數據。2、操作步驟，也就是算法。 一架飛機每分鐘飛行20千米，問每小時能飛行多少千米？ 在這道應用問題中，20千米和每小時是（數據），根據問題我們列出的乘法算式（20千米60）就是算法，得數1200千米（算法結果）。這道應用問題我們采用了乘法算法，若我們采用加法（20千米20千米20千米 ）加60次，也可以得出1200千米的結果。但顯然加法的算法不好。如用

14、減法或除法那就是錯誤的算法了。根據這個例子，我們不難看出，算法是程序的靈魂與核心，一個算法的優(yōu)劣就決定著程序的好壞及是否正確。步驟的安排有不同的方式，主要是以下三種：1、順序模式 順序模式就是一步一步來，做完一步再做下一步。編寫程序的時候，就是表示為執(zhí)行完一個步驟，再按順序執(zhí)行下一個步驟。其程序結構為順序結構。 2、選擇模式 選擇，就是在不同的結果里確定一個，然后執(zhí)行下一步的操作。編寫程序的時候，其程序結構為選擇結構。3、循環(huán)模式 循環(huán)模式，就是不斷地重復一個動作，直到完成最初計劃好的重復次數為止。編寫程序的時候，其程序結構為循環(huán)結構。 算法有哪些特征1、有限性2、確定性3、輸出（結果）性4、

15、有效性算法的表示方法1、用自然語言表示算法。2、用偽代碼表示算法3、用流程圖表示算法。起止框 處理框 流程線 判斷框 輸入輸出框讓機器人行動起來1、解析算法 解析算法是指用數學表達式來表示事務間的數量關系。通常就是我們日常生活中的算術。例如：多邊形的外角表達式 360。 N（邊數）讓機器人行動起來2 遞歸算法 遞歸算法是指按規(guī)律的遞增（或遞減）一定數值，直到完成任務。讓機器人行動起來3、枚舉算法 在現(xiàn)實生活中又叫做搜索，就是列舉出問題所有可能的結果，并在逐一識別的過程中，搜索到正確的答案，并保留符合要求的結果。注意：當問題的全部可能的個數不多的時候，才能用枚舉。3、枚舉算法實例 救護機器人：在

16、機器人的前、左、右三個方向分別裝有避障傳感器。機器人在行進中會遇到以下情況：1、前避障傳感器有信號 左邊有信號，右邊也有信號。 左邊有信號，右邊沒有信號。 右邊也有信號，左邊沒信號。 右邊沒有信號，左邊也有信號2、前避障傳感器沒有信號 左邊有信號，右邊也有信號。 左邊有信號，右邊沒有信號。 右邊也有信號，左邊沒信號。 右邊沒有信號，左邊也有信號 3、枚舉算法實例機器人前進的時候，當前避障傳感器有信號時候，第一組四種情況相對應的動作結果為：1、左邊有信號，右邊也有信號的時候，動作為后退，返回繼續(xù)判斷。2、左邊有信號，右邊沒信號的時候，動作為右轉，返回繼續(xù)判斷。3、右邊有信號，左邊沒信號的時候，動

17、作為左轉，返回繼續(xù)判斷。4、右邊沒有信號，左邊也沒有信號的時候，動作為左轉，返回繼續(xù)判斷。3、枚舉算法實例機器人前進的時候，當前避障傳感器沒有信號時候，第二組四種情況相對應的動作結果為：1、左邊有信號，右邊也有信號的時候，動作為前進，返回繼續(xù)判斷。2、左邊有信號，右邊沒信號的時候，動作為右轉，返回繼續(xù)判斷。3、右邊有信號，左邊沒信號的時候，動作為左轉，返回繼續(xù)判斷。4、右邊沒有信號，左邊也沒有信號的時候，動作為前進，返回繼續(xù)判斷。 讓機器人行動起來4、查找算法 查找法是指用比較少的步驟或比較短的時間找到所需的對象。 通常，在程序中將按照查找的結果（找到或未找到）來決定下一步將如何進行。讓機器人

18、行動起來5、排序算法 排序算法是指將雜亂無章的數據變成有序數據。樹立質量法制觀念、提高全員質量意識。8月-228月-22Sunday, August 21, 2022人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。01:36:5301:36:5301:368/21/2022 1:36:53 AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。8月-2201:36:5301:36Aug-2221-Aug-22加強交通建設管理，確保工程建設質量。01:36:5301:36:5301:36Sunday, August 21, 2022安全在于心細，事故出在麻痹。8月-228月-2201:36:5301:36:53August 21, 2022踏實肯干，努力奮斗。2022年8月21日1:36 上午8月-228月-22追求至善憑技術開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務樹立形象。21 八月 20221:36:53 上午01:36:538月-22嚴格把控質量關，讓生產更加有保障。八月 221:36