人工智能與機(jī)器人47

1、人工智能與機(jī)器人人類智能能人類智能能，又叫叫自然智智能，主主要包含含三個(gè)方方面：感感知能力力、思維維能力、行為能能力。當(dāng)當(dāng)我們動動用全身身的感覺覺器官感感受到外外界的信信息刺激激之后，能夠通通過大腦腦進(jìn)行記記憶、聯(lián)聯(lián)想、分分析、判判斷等一一系列思思維活動動，其結(jié)結(jié)果就是是做出一一種決策策，最后后再通過過我們的的具體行行動，把把這一決決策體現(xiàn)現(xiàn)出來。人工智能能人工智能能(ArtificialIntelligence，簡稱稱AI)，也稱稱作機(jī)器器智能， 它是是計(jì)算機(jī)機(jī)科學(xué)、控制論論、信息息論、神神經(jīng)生理理學(xué)、心心理學(xué)、語言學(xué)學(xué)等多種種學(xué)科互互相滲透透而發(fā)展展起來的的一門綜綜合性學(xué)學(xué)科。從從計(jì)算機(jī)機(jī)

2、應(yīng)用系系統(tǒng)的角角度出發(fā)發(fā)，人工工智能是是研究如如何制造造出人造造的智能能機(jī)器或或智能系系統(tǒng)，來來模擬人人類智能能活動的的能力，以延伸伸人們智智能的科科學(xué)。同同樣，人人工智能能也主要要包含三三個(gè)方面面：感知知能力、思維能能力、行行為能力力。只不不過這三三個(gè)方面面是通過過“機(jī)器器”系統(tǒng)統(tǒng)，而不不是“人人”這一一系統(tǒng)來來完成。（樓道道感應(yīng)燈燈）我們?yōu)楹魏涡枰巳斯ぶ悄苣芤弧⒆鋈巳祟愖霾徊坏降氖率虑槎?、做人類做做不好的的事情三、做對對人類有有危險(xiǎn)的的事情人工智能能可以為為我們做做什么1.模模式識別別模式，是是指已經(jīng)經(jīng)界定好好的，用用來供模模仿的一一個(gè)標(biāo)本本或標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。模式式識別就就是指識識別出這這個(gè)標(biāo)本

3、本或標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。人工智能能所研究究的模式式識別是是指用“機(jī)器”代替人人類或幫幫助人類類感知模模式，也也就是使使一個(gè)“機(jī)器”系統(tǒng)具具有模擬擬人類通通過感官官接受外外界信息息、識別別和理解解周圍環(huán)環(huán)境的感感知能力力。模式式識別主主要需要要建立的的是語音音識別和和圖像識識別體系系。語音識別別語音識別別研究的的目的就就是讓機(jī)機(jī)器“聽聽懂”人人類口述述的語言言。包括括兩方面面的含義義：其一一是逐字字逐句聽聽懂非轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成書書面語言言文字；其二是是對口述述語言中中所包含含的要求求或詢問問加以理理解，做做出正確確響應(yīng)，而不拘拘泥于所所有詞的的正確轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。語語音識別別系統(tǒng)從從講敘方方式角度度可分為為孤立詞詞、連接接

4、詞和連連續(xù)語音音三種。從服務(wù)務(wù)對象的的角度可可分為特特定人與與非特定定人。即即系統(tǒng)只只針對一一個(gè)用戶戶或可用用于任意意用戶。 一個(gè)完整整的語音音識別系系統(tǒng)可大大致分為為三部分分：（1）語語音特征征提?。浩淠康牡氖菑恼Z語音波形形中提取取出隨時(shí)時(shí)間變化化的語音音特征序序列。（2）聲學(xué)模模型與模模式匹配配（識別別算法）：聲學(xué)學(xué)模型通通常將獲獲取的語語音特征征通過學(xué)學(xué)習(xí)算法法產(chǎn)生。在識別別時(shí)將輸輸入的語語音特征征同聲學(xué)學(xué)模型（模式）進(jìn)行匹匹配與比比較，得得到最佳佳的識別別結(jié)果。（3）語言言模型與與語言處處理：語語言模型型包括由由識別語語音命令令構(gòu)成的的語法網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)或由由統(tǒng)計(jì)方方法構(gòu)成成的語言言模型，語言

5、處處理可以以進(jìn)行語語法、語語義分析析。對小小詞表語語音識別別系統(tǒng)，往往不不需要語語言處理理部分。圖像識別別圖形刺激激作用于于感覺器器官，人人們辨認(rèn)認(rèn)出它是是經(jīng)驗(yàn)過過的某一一圖形的的過程。也稱圖圖像再認(rèn)認(rèn)。在圖圖像識別別中，既既要有當(dāng)當(dāng)時(shí)進(jìn)入入感官的的信息，也要有有記憶中中存儲的的信息。只有通通過存儲儲的信息息與當(dāng)前前的信息息進(jìn)行比比較的加加工過程程，才能能實(shí)現(xiàn)對對圖像的的再認(rèn)。自然語言言理解“機(jī)器”要能夠夠理解自自然語言言，需要要達(dá)到以以下三個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：一是能正正確理解解人類的的自然語語言輸入入的信息息，并能能正確答答復(fù)（或或響應(yīng)）輸入的的信息。二是對輸輸入的信信息能產(chǎn)產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)的摘要要，而且且

6、復(fù)述輸輸入的內(nèi)內(nèi)容。三是能把把輸入的的自然語語言翻譯譯成要求求的另一一種語言言，如將將漢語譯譯成英語語或?qū)⒂⒂⒄Z譯成成漢語等等。機(jī)器翻譯譯自然語言言理解大大致可分分為機(jī)器器翻譯、語義理理解及人人機(jī)會話話技術(shù)幾幾個(gè)方面面。其中中機(jī)器翻翻譯(machine translation)，又又稱機(jī)譯譯(MT)，就就是利用用“機(jī)器器”把一一種自然然語言轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成另另一種自自然語言言的過程程。翻譯機(jī)器器所依賴賴的自動動翻譯技技術(shù)包括括語音翻翻譯和文文字翻譯譯，主要要的關(guān)鍵鍵技術(shù)有有四個(gè)方方面：單單詞分析析，語法法分析，意義分分析和文文理分析析。機(jī)器學(xué)習(xí)習(xí)人的智能能是通過過學(xué)習(xí)來來獲得進(jìn)進(jìn)步的，學(xué)習(xí)的的能力是是

7、我們?nèi)巳祟惖淖宰匀粚傩孕?。而人人工智能能研究上上最突出出和最重重要的一一個(gè)方面面，就是是機(jī)器學(xué)學(xué)習(xí)。首先，我我們要賦賦予“機(jī)機(jī)器”一一個(gè)最基基本的智智能基礎(chǔ)礎(chǔ)。這一一智能基基礎(chǔ)就是是專家系系統(tǒng)與問問題求解解系統(tǒng)。專家系統(tǒng)統(tǒng)專家系統(tǒng)統(tǒng)是一個(gè)個(gè)具有大大量專門門知識與與經(jīng)驗(yàn)的的程序系系統(tǒng)。它它應(yīng)用人人工智能能技術(shù)，根據(jù)某某個(gè)領(lǐng)域域一個(gè)或或多個(gè)專專家提供供的知識識和經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)進(jìn)行推推理和判判斷，模模擬人類類專家的的決策過過程，以以解決那那些需要要專家決決定的復(fù)復(fù)雜問題題。當(dāng)前前機(jī)器學(xué)學(xué)習(xí)的研研究成果果中，專專家系統(tǒng)統(tǒng)是發(fā)展展比較快快的一個(gè)個(gè)分支。專家系統(tǒng)統(tǒng)與傳統(tǒng)統(tǒng)的計(jì)算算機(jī)程序序有著本本質(zhì)的不不同,專專家

8、系統(tǒng)統(tǒng)所要解解決的問問題一般般沒有算算法解，并且經(jīng)經(jīng)常要在在不完全全、不精精確或不不確定的的信息基基礎(chǔ)上做做出結(jié)論論。所以以，發(fā)展展專家系系統(tǒng)的關(guān)關(guān)鍵是提提高“機(jī)機(jī)器”的的自學(xué)習(xí)習(xí)能力，這種能能力越高高，對專專家知識識的表達(dá)達(dá)和運(yùn)用用就越好好，專家家系統(tǒng)的的作用也也就越顯顯著。問題求解解人工智能能的第一一個(gè)大成成就是發(fā)發(fā)展了能能夠求解解難題的的下棋程程序，如如國際象象棋、中中國象棋棋、圍棋棋等，我我們今天天在網(wǎng)上上都可以以找到各各種各樣樣的人機(jī)機(jī)對弈軟軟件。在在下棋程程序中，應(yīng)用到到的某些些技術(shù)，如向前前看幾步步，還有有把困難難的問題題分成一一些比較較容易的的子問題題等，其其實(shí)就是是數(shù)據(jù)庫庫搜

9、索和和問題歸歸納這樣樣的人工工智能基基本技術(shù)術(shù)。問題求解解程序不不僅是能能夠下棋棋，還有有一個(gè)重重要的應(yīng)應(yīng)用就是是符號運(yùn)運(yùn)算，可可以把各各種數(shù)學(xué)學(xué)公式符符號匯編編在一起起，其性性能達(dá)到到很高的的水平，這就極極大地方方便了科科學(xué)家和和工程師師們的工工作，幫幫助他們們從繁重重的手工工計(jì)算勞勞動中解解脫出來來，集中中精力做做好對問問題的分分析和對對工作整整體的把把握上。有些高高級的問問題求解解程序，已經(jīng)具具備了一一定的“機(jī)器學(xué)學(xué)習(xí)”智智能，能能夠利用用在被使使用過程程中積累累起來的的“經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)”，自自動地來來改善和和提高其其自身性性能。智能機(jī)器器人智能機(jī)器器人是人人工智能能中的最最重要的的應(yīng)用，機(jī)器人

10、人是一種種能模擬擬人的行行為的機(jī)機(jī)械，對對它的研研究經(jīng)歷歷了三代代的發(fā)展展過程：第一代（程序控控制）機(jī)機(jī)器人；第二代（自適應(yīng)應(yīng)）機(jī)器器人；第三代（智能）機(jī)器人人；第一代（程序控控制）機(jī)機(jī)器人：這種機(jī)器器人一般般是按以以下二種種方式“學(xué)會”工作的的。一種種是由設(shè)設(shè)計(jì)師預(yù)預(yù)先按工工作流程程編寫好好程序，存貯在在機(jī)器人人的內(nèi)部部存儲器器，在程程序控制制下工作作。另一一種是被被稱為“示教再現(xiàn)”方式，這種方方式是在在機(jī)器人人第一次次執(zhí)行任任務(wù)之前前，由技技術(shù)人員員引導(dǎo)機(jī)機(jī)器人操操作，機(jī)機(jī)器人將將整個(gè)操操作過程程一步一一步地記記錄下來來，每一一步操作作都表示示為指令令。示教教結(jié)束后后，機(jī)器器人按指指令順序

11、序完成工工作（即即再現(xiàn)）。如任任務(wù)或環(huán)環(huán)境有了了改變，就要重重新進(jìn)行行程序設(shè)設(shè)計(jì)。這這種機(jī)器器人能盡盡心盡責(zé)責(zé)的在機(jī)機(jī)床、熔熔爐、焊焊機(jī)、生生產(chǎn)線上上工作。第二代（自適應(yīng)應(yīng)）機(jī)器器人：這種機(jī)器器人配備備有相應(yīng)應(yīng)的感覺覺傳感器器（如視視覺、聽聽覺、觸觸覺傳感感器等），能取取得作業(yè)業(yè)環(huán)境、操作對對象等簡簡單的信信息，并并由機(jī)器器人體內(nèi)內(nèi)的計(jì)算算機(jī)進(jìn)行行分析、處理，控制機(jī)機(jī)器人的的動作。雖然第第二代機(jī)機(jī)器人具具有一些些初級的的智能，但還是是需要技技術(shù)人員員的協(xié)調(diào)調(diào)工作。目前這這種機(jī)器器人已經(jīng)經(jīng)有了一一些商品品化的產(chǎn)產(chǎn)品，我我們在后后面所講講述的內(nèi)內(nèi)容中，也將主主要以這這一類產(chǎn)產(chǎn)品作為為課堂學(xué)學(xué)習(xí)的器

12、器材。第三代（智能）機(jī)器人人：智能機(jī)器器人具有有類似于于人的智智能，它它裝備了了高靈敏敏度的傳傳感器，因而具具有超過過一般人人的視覺覺、聽覺覺、嗅覺覺、觸覺覺的能力力，能對對感知的的信息進(jìn)進(jìn)行分析析，控制制自己的的行為，處理環(huán)環(huán)境發(fā)生生的變化化，完成成交給的的各種復(fù)復(fù)雜、困困難的任任務(wù)，而而且有自自我學(xué)習(xí)習(xí)、歸納納、總結(jié)結(jié)、提高高已掌握握知識的的能力。目前研研制的智智能機(jī)器器人大都都只具有有部分的的智能，和真正正的意義義上的智智能機(jī)器器人，還還差得很很遠(yuǎn)。1.5人人工智智能的發(fā)發(fā)展目標(biāo)標(biāo)人工智能能的發(fā)展展目標(biāo)可可以分為為近期目目標(biāo)和遠(yuǎn)遠(yuǎn)期目標(biāo)標(biāo)。近期目標(biāo)標(biāo)：能模模擬人類類的部分分智能行行為，代

13、代替人類類的部分分工作。這一目目標(biāo)正在在實(shí)現(xiàn)的的過程中中，例如如目前研研究開發(fā)發(fā)的專家家系統(tǒng)，機(jī)器翻翻譯系統(tǒng)統(tǒng)、模式式識別系系統(tǒng)、機(jī)機(jī)器學(xué)習(xí)習(xí)系統(tǒng)、機(jī)器人人等。遠(yuǎn)期目標(biāo)標(biāo)：不僅僅能模擬擬而且可可以延伸伸、擴(kuò)展展人的智智能，具具有聯(lián)想想、推理理、理解解、學(xué)習(xí)習(xí)等高級級思維能能力，達(dá)達(dá)到甚至至超過人人類智能能的水平平。走進(jìn)機(jī)器器人世界界機(jī)器人的的定義目前科學(xué)學(xué)家對機(jī)機(jī)器人的的定義是是：“機(jī)機(jī)器人是是一種自自動化的的機(jī)器，所不同同的是這這種機(jī)器器具備一一些與人人或生物物相似的的智能能能力，如如感知能能力、規(guī)規(guī)劃能力力、動作作能力和和協(xié)同能能力，是是一種具具有高度度靈活性性的自動動化機(jī)器器”。人類制造

14、造機(jī)器人人的三原原則：1、機(jī)器器人不應(yīng)應(yīng)傷害人人類；2、機(jī)器器人應(yīng)遵遵守人類類的命令令，與第第一條違違背的命命令除外外；3、機(jī)器人人應(yīng)能保保護(hù)自己己，與第第一條相相抵觸者者除外。這是給機(jī)機(jī)器人賦賦予的倫倫理性綱綱領(lǐng)。機(jī)機(jī)器人學(xué)學(xué)術(shù)界一一直將這這三原則則作為機(jī)機(jī)器人開開發(fā)的準(zhǔn)準(zhǔn)則。2.2機(jī)機(jī)器人人的發(fā)展展歷程三千年前前的歌者者兩千年張張衡發(fā)明明的指南南車近年的弧弧焊機(jī)器器人2.3機(jī)機(jī)器人人的分類類及應(yīng)用用工業(yè)機(jī)器器人服務(wù)機(jī)器器人娛樂機(jī)器器人軍用機(jī)器器人教育機(jī)器器人觀察與思思考：1、機(jī)器器人一定定要做成成像人一一樣的形形狀嗎？2、舉幾幾個(gè)例子子，看看看機(jī)器人人都能幫幫助我們們?nèi)祟愖鲎鍪裁矗?、通過

15、過學(xué)習(xí)，你能正正確理解解“將有有形的機(jī)機(jī)器人無無形化”這句話話的意思思嗎？機(jī)器人機(jī)器人本體機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)械本體運(yùn)動、動力系統(tǒng)主控系統(tǒng)感知系統(tǒng)機(jī)器人的的構(gòu)成機(jī)器人機(jī)器人本本體機(jī)器人控控制系統(tǒng)統(tǒng)機(jī)械本體體運(yùn)動、動動力系統(tǒng) 主控系統(tǒng)統(tǒng)感知系統(tǒng)統(tǒng) 傳感系統(tǒng) 主控系統(tǒng) 運(yùn)動動力系統(tǒng) 外界信息機(jī)器人的的靈魂控制系系統(tǒng)輸入：該信息來來自機(jī)器器人的傳傳感器；程序：你想讓機(jī)機(jī)器人遵遵循的一一種規(guī)則則或指令令；輸出：機(jī)器人的的運(yùn)動，通常包包括馬達(dá)達(dá)（運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)）、燈燈和聲音音信息轉(zhuǎn)化化下達(dá)命令令機(jī)器人工工作過程程圖機(jī)器人的的大腦主控系系統(tǒng)可調(diào)電阻阻傳傳感感器板接接口通通用接口口 9V電池接接口4.5V電池接接口單片

16、機(jī)開關(guān)接口口下載接口口電機(jī)接口口機(jī)器人的的感官傳感系系統(tǒng)避障傳感感器功能能及原理理跳線軌跡識別別傳感器器功能及及原理軌跡識別別傳感器器聲音傳感感器功能能及原理理聲音傳感感器光敏傳感感器功能能及原理理光敏傳感感器跳線 機(jī)器人的的身體機(jī)器器人本體體賦予機(jī)器器人“智智慧”機(jī)器人智智慧的來來源計(jì)計(jì)算機(jī)程程序計(jì)算機(jī)程程序的核核心算法什么是算算法算法包含含兩方面面內(nèi)容：1、數(shù)據(jù)據(jù)。2、操作作步驟，也就是是算法。一架飛機(jī)機(jī)每分鐘鐘飛行20千米米，問每每小時(shí)能能飛行多多少千米米？在這道應(yīng)應(yīng)用問題題中，20千米米和每小小時(shí)是（數(shù)據(jù)），根據(jù)據(jù)問題我我們列出出的乘法法算式（20千千米60）就就是算法法，得數(shù)數(shù)120

17、0千米米（算法法結(jié)果）。這道道應(yīng)用問問題我們們采用了了乘法算算法，若若我們采采用加法法（20千米20千千米20千米米）加60次，也也可以得得出1200千千米的結(jié)結(jié)果。但但顯然加加法的算算法不好好。如用用減法或或除法那那就是錯(cuò)錯(cuò)誤的算算法了。根據(jù)這這個(gè)例子子，我們們不難看看出，算算法是程程序的靈靈魂與核核心，一一個(gè)算法法的優(yōu)劣劣就決定定著程序序的好壞壞及是否否正確。步驟的安安排有不不同的方方式，主主要是以以下三種種：1、順序序模式順序模式式就是一一步一步步來，做做完一步步再做下下一步。編寫程程序的時(shí)時(shí)候，就就是表示示為執(zhí)行行完一個(gè)個(gè)步驟，再按順順序執(zhí)行行下一個(gè)個(gè)步驟。其程序序結(jié)構(gòu)為為順序結(jié)結(jié)構(gòu)。

18、2、選擇擇模式選擇，就就是在不不同的結(jié)結(jié)果里確確定一個(gè)個(gè)，然后后執(zhí)行下下一步的的操作。編寫程程序的時(shí)時(shí)候，其其程序結(jié)結(jié)構(gòu)為選選擇結(jié)構(gòu)構(gòu)。3、循環(huán)環(huán)模式循環(huán)模式式，就是是不斷地地重復(fù)一一個(gè)動作作，直到到完成最最初計(jì)劃劃好的重重復(fù)次數(shù)數(shù)為止。編寫程程序的時(shí)時(shí)候，其其程序結(jié)結(jié)構(gòu)為循循環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)。算法有哪哪些特征征1、有限限性2、確定定性3、輸出出（結(jié)果果）性4、有效效性算法的表表示方法法1、用自自然語言言表示算算法。2、用偽偽代碼表表示算法法3、用流流程圖表表示算法法。起止框處理框流程線判斷框輸入輸出出框讓機(jī)器人人行動起起來1、解析析算法解析算法法是指用用數(shù)學(xué)表表達(dá)式來來表示事事務(wù)間的的數(shù)量關(guān)關(guān)系。通

19、通常就是是我們?nèi)杖粘Ｉ罨钪械乃闼阈g(shù)。例如：多多邊形的的外角表表達(dá)式360。N（邊數(shù)數(shù)）讓機(jī)器人人行動起起來2 遞歸歸算法遞歸算法法是指按按規(guī)律的的遞增（或遞減減）一定定數(shù)值，直到完完成任務(wù)務(wù)。讓機(jī)器人人行動起起來3、枚舉舉算法在現(xiàn)實(shí)生生活中又又叫做搜搜索，就就是列舉舉出問題題所有可可能的結(jié)結(jié)果，并并在逐一一識別的的過程中中，搜索索到正確確的答案案，并保保留符合合要求的的結(jié)果。注意：當(dāng)當(dāng)問題的的全部可可能的個(gè)個(gè)數(shù)不多多的時(shí)候候，才能能用枚舉舉。3、枚舉舉算法實(shí)例救護(hù)機(jī)器器人：在在機(jī)器人人的前、左、右右三個(gè)方方向分別裝有有避障傳傳感器。機(jī)器人人在行進(jìn)進(jìn)中會遇遇到以下情況況：1、前避避障傳感感器有信信號左邊有信信號，右右邊也有有信號。 左邊邊有信號號，右邊邊沒有信信號。右邊也有有信號，左邊沒沒信號。 右邊邊沒有信信號，左左邊也有有信號2、前避避障傳感感器沒有有信號左邊有信信號，