人工智能與模糊數(shù)學

1、人工智能與模糊數(shù)學第1頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日人工智能之父John Mccarthy第2頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日人工智能的定義可以分為兩部分，即“人工”和“智能” “人工”比較好理解，爭議性也不大。 “智能”涉及諸如意識（consciousness）、自我（self）、思維（mind）（包括無意識的思維（unconscious_mind）等等問題。人唯一了解的智能是人本身的智能。但是我們對自身智能的理解非常有限，對構(gòu)成人的智能的必要元素也了解有限，所以就很難定義什么是“人工”制造的“智能”了。因此人工智能的研究往往涉及對人的智

2、能本身的研究。其它關(guān)于動物或其它人造系統(tǒng)的智能也普遍被認為是人工智能相關(guān)的研究課題。 一、什么叫人工智能（Artificial Intelligence）第3頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日麥卡錫（John McCarthy）： 人工智能是使一部機器的反應方式就象是一個人在行動時所依據(jù)的智能。尼爾遜（美國斯坦福大學人工智能研究中心教授）：人工智能是關(guān)于知識的學科怎樣表示知識以及怎樣獲得知識并使用知識的科學。溫斯頓（麻省理工學院教授）：人工智能就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作。第4頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日現(xiàn)在通用的描述

3、：所謂人工智能，是指人類的各種智能行為和各類腦力勞動，諸如感知、記憶、情感、判斷、推理、證明、識別、理解、通信、設(shè)計、思考、學習等思維活動，可用某種物化了的機器予以人工的實現(xiàn)。第5頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日二、人工智能的發(fā)展歷程 在1955的時候，香農(nóng)等人一起開發(fā)了The Logic Theorist程序，它是一種采用樹形結(jié)構(gòu)的程序，在程序運行時，它在樹中搜索，尋找與可能答案最接近的樹的分枝進行探索，以得到正確的答案。 這個程序在人工智能的歷史上可以說是有重要地位的，它在學術(shù)上和社會上帶來的巨大的影響，以至于我們現(xiàn)在所采用的方法思想方法有許多還是來自于這個50年

4、代的程序。 第6頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日1956年6月，達特茅斯會議 發(fā)起者： 約翰.邁卡錫（John McCarthy）（普林斯頓大學數(shù)學博士 ） 馬文.明斯基（Marvin Minsky) （人工智能大師，心智社會的作者） 納撒尼爾.羅徹斯特（Nathaniel Rochester）（IBM計算機設(shè)計者之一） 克勞德.香農(nóng)（Claude Shannon）（信息論創(chuàng)立者）第7頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日在理論方面，70年代也是大發(fā)展的一個時期，計算機開始有了簡單的思維和視覺 。在70年代，另一個人工智能語言Prolog語言誕生了

5、，它和LISP一起幾乎成了人工智能工作者不可缺少的工具。20世紀80年代，數(shù)理邏輯和形式化推理成為人工智能的時尚。關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究和日本的“第五代計算機研制計劃”（即“知識信息處理計算機系統(tǒng)”），把人工智能研究推向高潮。最近20年，計算機技術(shù)飛速發(fā)展，人工智能新增眾多研究方向，各方面研究深入進行，但距離真正的“智能”還很遙遠。第8頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日實際應用 機器視覺，指紋識別，人臉識別， 視網(wǎng)膜識別，虹膜識別，掌紋識別， 專家系統(tǒng),智能搜索，定理證明， 博弈，自動程序設(shè)計，航天應用等。第9頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日研究范

6、疇 自然語言處理，不確定性的數(shù)學理論， 知識表示，知識獲取，機器學習，推理， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，復雜系統(tǒng)，智能搜索，規(guī)劃， 組合調(diào)度問題，感知問題，模式識別， 邏輯程序設(shè)計，軟計算，人工生命， 遺傳算法，人類思維方式第10頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日涉及學科 哲學，腦科學，認知科學，數(shù)學，神經(jīng)生理學，心理學，計算機科學，信息論，控制論，仿生學，人類學，語言學等多個自然科學和社會科學的交叉。第11頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日第12頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日家庭智能機器人類人形機器人第13頁，共35頁，2022年，

7、5月20日，10點54分，星期日寶石般的機器魚，可以執(zhí)行 搜尋水中污染物的巡邏任務(wù) 機器龍蝦第14頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日 真正認識人類大腦是開發(fā)智能機器的必由之路。杰夫.霍金斯第15頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日杰夫.霍金斯(掌上型電腦Palmpilot、智能電話Treo以及許多手持裝置的發(fā)明人，ON INTELLIGENCE 一書作者) 智能究竟是什么？為什么人腦有智能而電腦沒有？為什么一個6歲的小孩可以在河床的石頭上跳來跳去，姿勢優(yōu)美，而當今最先進的機器人卻象行動遲緩的傻瓜？為什么3歲的小孩已經(jīng)粗通語言，而計算機卻語言不通，枉

8、費了程序師半個世紀以來艱苦卓絕的努力？為什么你能在一秒鐘以內(nèi)分辨貓和狗，而超級計算機卻不能？這些都是亟待破解的斯芬克斯之謎。目前的線索不少，但真正需要的是一些關(guān)鍵性的見解。第16頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日 單就美國就有成千上萬的神經(jīng)科學家，可惜至今也沒有形成一套有關(guān)智能和大腦工作原理的完整的理論。大部分神經(jīng)生物學家不大考慮有關(guān)大腦的理論，因為他們只貫注于有關(guān)大腦的諸子系統(tǒng)的實驗，只埋頭于收集更多的數(shù)據(jù)。盡管一批又一批的計算機工程師曾經(jīng)嘗試讓計算機擁有智能，卻一次次以失敗而收場。我相信他們會屢戰(zhàn)屢敗，除非這些程序師不再忽視計算機與大腦之間的差別。第17頁，共35頁

9、，2022年，5月20日，10點54分，星期日 大腦：人類的大腦皮層平均厚度為2.53.0毫米，分為6個層次，神經(jīng)細胞約有140億個，面積約2200平方厘米，灰色物質(zhì)層有四張A4打印紙大小，神經(jīng)細胞的周圍還有1000多億個膠質(zhì)細胞 。 第18頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日第19頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日 神經(jīng)元：神經(jīng)元細胞體、軸突、樹突、樹突棘。樹突棘的數(shù)量及分布因不同神經(jīng)元而異，并可隨功能而改變。在大腦皮質(zhì)錐體細胞和小腦皮質(zhì)蒲肯野細胞的樹突上，樹突棘數(shù)量最多而明顯，一個蒲肯野細胞的樹突棘可多達10萬個以上。第20頁，共35頁，202

10、2年，5月20日，10點54分，星期日三、知識的不確定性知識的不確定性包括：隨機性、模糊性、不完備性、不協(xié)調(diào)性、非恒常性研究人工智能不能回避的問題：語言的不確定性常識知識的不確定性第21頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日 （一）隨機性 德國兒歌：“你知道有多少星星鑲嵌在藍色的天空？你知道有多少云朵飄浮過大地？上帝對它們作過清點，數(shù)字雖然巨大，可是無一遺漏?！?星表、云表 多少世紀以前，人們就能預測常見的天文現(xiàn)象；但要想精確地預測明天的天氣，一般并不容易。第22頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日天文學和氣象學所以這樣不同，原因是天文學的時間是可逆的

11、，而氣象學的時間是不同逆的。 牛頓時間與伯格森時間 以牛頓理論為代表的確定性科學，創(chuàng)造了給世界以精確描繪的方法，將整個宇宙看作是鐘表式的動力學系統(tǒng)，處于確定、和諧、有序的運動之中。只要知道初始條件就可以確定未來的一切。 愛因斯坦與玻爾的分歧第23頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日當自然科學進入到有大量要素組成的多自由度體系時，確定論不再有效。 統(tǒng)計力學、量子力學、氣象學、海洋學、進化論 隨機現(xiàn)象：在完全相同的條件下，一個試驗或觀察出現(xiàn)的結(jié)果可能是不同的（即條件和結(jié)果沒有必然的因果關(guān)系）。第24頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日（二）模糊性楊炳儒教

12、授與模糊理論創(chuàng)始人L.A.Zadeh教授第25頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日禿頭悖論命題A：一根頭發(fā)都沒有的人肯定是禿頭。命題B：比禿頭多一根頭發(fā)的還是禿頭。所以命題C：滿頭烏發(fā)是禿頭。第26頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日清晰：非此即彼，明明白白，不模棱兩可模糊性的例子 季節(jié)交替、晝夜交替、少年青年 幾乎一切連續(xù)變化過程的定性描述 模糊性根植于客觀事物差異的中介過渡性。 就客觀對象而言，有的對象明顯地呈現(xiàn)出非此即彼的性態(tài)（清晰），有的對象明顯地呈現(xiàn)出亦此亦彼的性態(tài)（模糊）。第27頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日

13、認為模糊知識必定是靠不住的，這種看法是大錯特錯了。 羅素傳統(tǒng)邏輯都習慣于假設(shè)使用的是精確的符號，因此，它不適用于塵世生活，而僅僅適用于想象的天堂。第28頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日 同計算機相比，人腦的一個優(yōu)越性似乎是“能夠掌握尚未明確的含糊概念”。 大腦的語言不是數(shù)學語言。 馮.諾伊曼諾伯特.維納第29頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日自然語言的不確定性自然語言的不確定性是知識不確定性的一個重要研究內(nèi)容，而自然語言理解又是人工智能研究的重要內(nèi)容。 語言組織 思想表達 句子 名詞 謂詞 人們使用語言時，詞語的意思常常是模糊的，詞語的選擇、句

14、子的表達、語句的使用、句間的組織有隨機性。第30頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日如果能在自然語言的不確定性研究方面有所突破，讓計算機不再用精確嚴密的符號來計算，而直接用自然語言來思考，那么就可以使自然語言理解乃至人工智能取得實質(zhì)性的進展。第31頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日 參考文獻： 1. 人工智能的未來 作者： 杰夫.霍金斯 出版社：陜西科學技術(shù)出版社 出版日期：2006 年1月 2. 人工智能：一種現(xiàn)代方法 作者： 羅素 Russell,s. 諾維格 Norvig,P. 出版日期：2006 年5月 第32頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期日3. 神經(jīng)生物學:從神經(jīng)元到腦 原書名： From Neuron to Brain 原出版社： Sinauer Associates 作者： J.G. 尼克爾斯 A.R. 馬丁 B.G.華萊士 P.A. 富克斯 譯者： 楊雄里 出版社：科學出版社 出版日期：2006 年12月 第33頁，共35頁，2022年，5月20日，10點54分，星期