第六章人工智能與教育信息技術(shù)教育應(yīng)用課件

信息技術(shù)教育應(yīng)用信息技術(shù)教育應(yīng)用1第六章人工智能與教育本章主要知識點(diǎn)：

人工智能技術(shù)的概念、發(fā)展史、分類人工智能的研究領(lǐng)域智能計(jì)算機(jī)輔助教育系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型第六章人工智能與教育本章主要知識點(diǎn)：2第六章人工智能與教育6.1人工智能概述6.1.1

概念：主要研究用人工的方法和技術(shù)，模仿、延伸和擴(kuò)展人的智能,實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能。圖靈測試6.1.2

簡史：第一個(gè)階段（1956年以前）：孕育時(shí)期第二個(gè)階段（1956－1970）形成期第三個(gè)階段（1970～）發(fā)展期第六章人工智能與教育6.1人工智能概述3第六章人工智能與教育6.1.3

分類：符號智能、計(jì)算智能符號智能是以知識為基礎(chǔ)，通過推理進(jìn)行問題求解。也即所謂的傳統(tǒng)人工智能。計(jì)算智能是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過訓(xùn)練建立聯(lián)系，進(jìn)行問題求解。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊系統(tǒng)、進(jìn)化程序設(shè)計(jì)、人工生命等都可以包括在計(jì)算智能。第六章人工智能與教育6.1.3分類：符號智能、計(jì)算4第六章人工智能與教育6.1.4IDSS(智能決策支持系統(tǒng))成功實(shí)例

東海漁業(yè)資源評估專家系統(tǒng)

以衛(wèi)星遙感漁業(yè)分析技術(shù)、海洋漁業(yè)服務(wù)地理信息系統(tǒng)技術(shù)和漁情分析專家系統(tǒng)技術(shù)為支撐的海洋漁業(yè)遙感信息與資源評估服務(wù)系統(tǒng)。第六章人工智能與教育6.1.4IDSS(智能決策支持5第六章人工智能與教育2.工商行固定資產(chǎn)貸款風(fēng)險(xiǎn)決策系統(tǒng)

本系統(tǒng)是一個(gè)交互式系統(tǒng)，即在決策過程中向用戶提出一些需要以數(shù)字回答的問題，界面簡潔、友好。在人機(jī)對話過程中，系統(tǒng)需要用戶以數(shù)值形式輸入一些供決策用的參數(shù)，如企業(yè)經(jīng)營者素質(zhì)評估，經(jīng)濟(jì)實(shí)力，資金結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展前景，信用等級系數(shù)，貸款金額，等等。同時(shí)給出一些選項(xiàng)供用戶選擇，如抵押貸款方式，保證貸款方式，信用貸款方式，以及貸款形態(tài)等。系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的信息計(jì)算出全部貸款資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重額，全部固定資產(chǎn)貸款資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)度，并結(jié)合企業(yè)的信用等級，給出評估圖表，最后給出貸款與否的建議。第六章人工智能與教育2.工商行固定資產(chǎn)貸款風(fēng)險(xiǎn)決策系6第六章人工智能與教育6.2人工智能的研究領(lǐng)域6.2.1人工智能框架圖第六章人工智能與教育6.2人工智能的研究領(lǐng)域7第六章人工智能與教育6.2.2問題求解求解難題的下棋（如國際象棋）程序把各種數(shù)學(xué)公式符號匯編在一起，其性能達(dá)到很高的水平，并正在為許多科學(xué)家和工程師所應(yīng)用。有些程序甚至還能夠用經(jīng)驗(yàn)來改善其性能。第六章人工智能與教育6.2.2問題求解8第六章人工智能與教育6.2.3邏輯推理與定理證明邏輯推理是人工智能研究中最持久的子領(lǐng)域之一。其中特別重要的是要找到一些方法，只把注意力集中在一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫中的有關(guān)事實(shí)上，留意可信的證明，并在出現(xiàn)新信息時(shí)適時(shí)修正這些證明。對數(shù)學(xué)中臆測的定理尋找一個(gè)證明或反證，確實(shí)稱得上是一項(xiàng)智能任務(wù)。為此不僅需要有根據(jù)假設(shè)進(jìn)行演繹的能力，而且需要某些直覺技巧。1976年7月，美國的阿佩爾（K.Appel）等人合作解決了長達(dá)124年之久的難題──四色定理。他們用3臺大型計(jì)算機(jī)，花去1200小時(shí)CPU時(shí)間，并對中間結(jié)果進(jìn)行人為反復(fù)修改500多處。四色定理的成功證明曾轟動(dòng)計(jì)算機(jī)界。第六章人工智能與教育6.2.3邏輯推理與定理9

第六章人工智能與教育6.2.4自然語言理解

自然語言處理是研究如何讓計(jì)算機(jī)理解人類自然語言的一個(gè)研究領(lǐng)域。目前語言處理研究的主要課題是：在翻譯句子時(shí)，以主題和對話情況為基礎(chǔ)，注意大量的一般常識──世界知識和期望作用的重要性。語言翻譯語音理解第六章人工智能與教育6.2.4自然語言理解

10第六章人工智能與教育6.2.5

自動(dòng)程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)是人工智能的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，已經(jīng)研制出能夠以各種不同的目的描述（例如輸入／輸出對，高級語言描述，甚至英語描述算法）來編寫計(jì)算機(jī)程序。這方面的進(jìn)展局限于少數(shù)幾個(gè)完全現(xiàn)成的例子。對自動(dòng)程序設(shè)計(jì)的研究不僅可以促進(jìn)半自動(dòng)軟件開發(fā)系統(tǒng)的發(fā)展，而且也使通過修正自身數(shù)碼進(jìn)行學(xué)習(xí)（即修正它們的性能）的人工智能系統(tǒng)得到發(fā)展。第六章人工智能與教育6.2.5自動(dòng)程序設(shè)計(jì)11第六章人工智能與教育6.2.6專家系統(tǒng)概念：一個(gè)具有大量的專門知識與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問題。簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)：知識庫推理機(jī)答案專家知識輸入或提問第六章人工智能與教育6.2.6專家系統(tǒng)知識庫推12第六章人工智能與教育專家系統(tǒng)可以解決的問題一般包括解釋、預(yù)測、診斷、設(shè)計(jì)、規(guī)劃、監(jiān)視、修理、指導(dǎo)和控制等。發(fā)展專家系統(tǒng)的關(guān)鍵是表達(dá)和運(yùn)用專家知識，即來自人類專家的并已被證明對解決有關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的典型問題是有用的事實(shí)和過程。在已經(jīng)建立的專家咨詢系統(tǒng)中，有能夠診斷疾病的（包括中醫(yī)診斷智能機(jī)），估計(jì)潛在石油等礦藏的，研究復(fù)雜有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的以及提供使用其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的參考意見等。

第六章人工智能與教育專家系統(tǒng)可以解決的問題一般包括解釋、13第六章人工智能與教育新一代專家系統(tǒng)的特征：并行技術(shù)與分布處理多專家系統(tǒng)協(xié)同工作高級語言和知識語言描述具有自學(xué)習(xí)功能引入新的推理機(jī)制具有自糾錯(cuò)和自我完善能力先進(jìn)的智能人機(jī)接口分布專家系統(tǒng)：要解決功能分布、知識分布、接口設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式等問題。協(xié)同式專家系統(tǒng)：要解決任務(wù)的分解、公共知識的導(dǎo)出、“討論”方式、裁決問題、驅(qū)動(dòng)方式等問題。第六章人工智能與教育新一代專家系統(tǒng)的特征：14第六章人工智能與教育6.2.7機(jī)器學(xué)習(xí)概念：是一門研究機(jī)器獲取新知識和新技能，并識別現(xiàn)有知識的學(xué)問。機(jī)器學(xué)習(xí)的策略：機(jī)械學(xué)習(xí)、通過傳授學(xué)習(xí)、類比學(xué)習(xí)和通過事例學(xué)習(xí)。第六章人工智能與教育6.2.7機(jī)器學(xué)習(xí)15第六章人工智能與教育6.2.8人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生理神經(jīng)元的組成結(jié)構(gòu)圖生理神經(jīng)元的功能：時(shí)空整合功能、興奮與抑制狀態(tài)、脈沖與電位轉(zhuǎn)換、神經(jīng)纖維傳導(dǎo)速度、突觸延時(shí)和不應(yīng)期、學(xué)習(xí)、遺忘和疲勞人工神經(jīng)元的組成：用處理單元模擬生理神經(jīng)元，用有向弧模擬軸突－－突觸－－樹突對。有向弧的權(quán)值表示兩處理單元間相互作用的強(qiáng)弱。常用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：反向傳遞網(wǎng)（BP網(wǎng)）等。第六章人工智能與教育6.2.8人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)16第六章人工智能與教育6.2.9機(jī)器人學(xué)這個(gè)領(lǐng)域所研究的問題，從機(jī)器人手臂的最佳移動(dòng)到實(shí)現(xiàn)機(jī)器人目標(biāo)的動(dòng)作序列的規(guī)劃方法，無所不包。智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用體現(xiàn)出廣泛的學(xué)科交叉，涉及眾多的課題，如機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、控制、智能、視覺、觸覺、力覺、聽覺、機(jī)器人裝配、惡劣環(huán)境下的機(jī)器人以及機(jī)器人語言等。機(jī)器人已在各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、旅游業(yè)、空中和海洋以及國防等領(lǐng)域獲得越來越普遍的應(yīng)用。

第六章人工智能與教育6.2.9機(jī)器人學(xué)17第六章人工智能與教育6.2.10

模式識別“模式”（Pattern）：指供模仿的標(biāo)本。模式識別就是指識別出給定物體所模仿的標(biāo)本。人工智能所研究的模式識別是指用計(jì)算機(jī)代替人類或幫助人類感知模式，是對人類感知外界功能的模擬，研究的是計(jì)算機(jī)模式識別系統(tǒng)，也就是使一個(gè)計(jì)算機(jī)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。在模式識別領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法已經(jīng)成功地用于手寫字符的識別、汽車牌照的識別、指紋識別、語音識別等方面。第六章人工智能與教育6.2.10模式識別18第六章人工智能與教育6.2.11

機(jī)器視覺在人工智能中研究的感知過程通常包含一組操作。例如，可見的景物由傳感器編碼，并被表示為一個(gè)灰度數(shù)值的矩陣。這些灰度數(shù)值由檢測器加以處理。檢測器搜索主要圖像的成分，如線段、簡單曲線和角度等。這些成分又被處理，以便根據(jù)景物的表面和形狀來推斷有關(guān)景物的三維特性信息。機(jī)器視覺的前沿研究領(lǐng)域包括實(shí)時(shí)并行處理、主動(dòng)式定性視覺、動(dòng)態(tài)和時(shí)變視覺、三維景物的建模與識別、實(shí)時(shí)圖像壓縮傳輸和復(fù)原、多光譜和彩色圖象的處理與解釋等。機(jī)器視覺已在機(jī)器人裝配、衛(wèi)星圖像處理、工業(yè)過程監(jiān)控、飛行器跟蹤和制導(dǎo)以及電視實(shí)況轉(zhuǎn)播等領(lǐng)域獲得極為廣泛的應(yīng)用。第六章人工智能與教育6.2.11機(jī)器視覺19第六章人工智能與教育6.2.12智能控制智能控制是驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程。智能控制的核心在高層控制，即組織級控制。其任務(wù)在于對實(shí)際環(huán)境或過程進(jìn)行組織，即決策和規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)廣義問題求解。已經(jīng)提出的用以構(gòu)造智能控制系統(tǒng)的理論和技術(shù)有分級遞階控制理論、分級控制器設(shè)計(jì)的熵方法、智能逐級增高而精度逐級降低原理、專家控制系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)和基于NN的控制系統(tǒng)等。目前研究得較多的是以下６個(gè)方面：智能機(jī)器人規(guī)劃與控制、智能過程規(guī)劃、智能過程控制、專家控制系統(tǒng)、語音控制以及智能儀器。第六章人工智能與教育6.2.12智能控制20第六章人工智能與教育6.2.13智能檢索搜索方式:(是否使用啟發(fā)式信息)啟發(fā)式搜索、盲目搜索(問題的表示方式)狀態(tài)空間搜索、與/或樹搜索搜索策略：寬度優(yōu)先搜索：沿著樹的寬度遍歷樹的節(jié)點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，則算法中止。屬于盲目搜索。深度優(yōu)先搜索：沿著樹的最大深度方向生成節(jié)點(diǎn)并與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較，只有當(dāng)上次訪問的節(jié)點(diǎn)不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，而且沒有其他節(jié)點(diǎn)可以生成的時(shí)候，才轉(zhuǎn)到上次訪問節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)，然后搜索該節(jié)點(diǎn)的其他子節(jié)點(diǎn)。因此深度優(yōu)先搜索也稱為回溯搜索。它既不是完備的，也不是最優(yōu)的。第六章人工智能與教育6.2.13智能檢索21第六章人工智能與教育迭代加深搜索：對深度優(yōu)先搜索進(jìn)行了一定改進(jìn)，對搜索樹的深度進(jìn)行控制，即有界深度優(yōu)先搜索。但是深度限制值d的選取是一個(gè)問題，因此試圖嘗試所有可能的深度限制，即在找到目標(biāo)之前，通過迭代不斷增大d以保證完備性和最優(yōu)性。啟發(fā)式OR圖搜索算法AND-OR圖啟發(fā)式搜索約束滿足搜索

第六章人工智能與教育迭代加深搜索：對深度優(yōu)先搜索進(jìn)行了一22第六章人工智能與教育6.2.14智能代理概念：代表用戶或其他程序以主動(dòng)服務(wù)的方式完成一組操作的機(jī)動(dòng)計(jì)算實(shí)體。特性：自治性、社會性、反應(yīng)性、能動(dòng)性多Agent系統(tǒng)：Agent之間的協(xié)作、對環(huán)境的適應(yīng)基于MAS的信息檢索系統(tǒng)：自動(dòng)搜索引擎可自動(dòng)發(fā)現(xiàn)新信息并對其進(jìn)行自動(dòng)分類、自動(dòng)索引和自動(dòng)摘要，并能進(jìn)行模糊檢索、概念檢索等。第六章人工智能與教育6.2.14智能代理23第六章人工智能與教育6.3人工智能教育應(yīng)用6.3.1人工智能應(yīng)用概述智能輔助教學(xué)系統(tǒng)的組成部分：具有教學(xué)決策模塊、學(xué)生模型模塊和自然語言接口功能：了解學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、認(rèn)知特點(diǎn)和當(dāng)前知識水平能根據(jù)學(xué)生的不同特點(diǎn)選擇最適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，并可對學(xué)生進(jìn)行有針對性的個(gè)別指導(dǎo)。允許學(xué)生用自然語言與“計(jì)算機(jī)導(dǎo)師”進(jìn)行人機(jī)對話。教育技術(shù)中涉及人工智能的領(lǐng)域：知識的表示和訪問、對學(xué)生錯(cuò)誤的自動(dòng)診斷、實(shí)現(xiàn)智能超媒體教學(xué)系統(tǒng)。第六章人工智能與教育6.3人工智能教育應(yīng)用24第六章人工智能與教育6.3.2智能計(jì)算機(jī)輔助教育ICAI設(shè)計(jì)模型：學(xué)生記錄模塊專家系統(tǒng)模塊教學(xué)模塊人機(jī)接口界面用戶第六章人工智能與教育6.3.2智能計(jì)算機(jī)輔助教育學(xué)25第六章人工智能與教育ICAI與CAI的區(qū)別：將教學(xué)策略從被教授的課程知識中分離，但是從教育計(jì)劃中分離課程領(lǐng)域知識，需要一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織那些能表達(dá)各類問題的特征和各課程間相互關(guān)系的專業(yè)知識。智能導(dǎo)師系統(tǒng)：人工智能在教育領(lǐng)域的最初應(yīng)用，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，現(xiàn)在在人機(jī)界面方面有了很多改進(jìn)，同時(shí)借助于多代理系統(tǒng)的優(yōu)勢，在教學(xué)策略方面也有了許多變化。第六章人工智能與教育ICAI與CAI的區(qū)別：將教學(xué)策略從26第六章人工智能與教育智能導(dǎo)師系統(tǒng)實(shí)例ADELE智能導(dǎo)師南加利福尼亞大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院的一研究中心開發(fā)，可通過遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)對學(xué)習(xí)者予以指導(dǎo)，主查關(guān)于醫(yī)學(xué)方面的教學(xué)，它采用一個(gè)模擬的環(huán)境促使學(xué)生在該環(huán)境中解決問題。組成部分：解釋引擎、運(yùn)行在獨(dú)立窗口的逼真角色、會話管理器。第六章人工智能與教育智能導(dǎo)師系統(tǒng)實(shí)例27第六章人工智能與教育計(jì)算機(jī)多媒體實(shí)驗(yàn)室北卡羅萊納州州立大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系多媒體實(shí)驗(yàn)室主持開發(fā)。創(chuàng)設(shè)了以智能代理技術(shù)為基礎(chǔ)的基于知識的多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境和問題解決式環(huán)境。他們開發(fā)了兩個(gè)智能導(dǎo)師系統(tǒng)－－Design-A-Plant和TheInternetAdvisor(Cosmo)。第六章人工智能與教育計(jì)算機(jī)多媒體實(shí)驗(yàn)室28作業(yè)查找一個(gè)ITS的實(shí)例，看看利用ITS、傳統(tǒng)教學(xué)、非智能計(jì)算機(jī)教學(xué)在教學(xué)方法、策略、效果等方面有什么異同。作業(yè)查找一個(gè)ITS的實(shí)例，看看利用ITS、傳統(tǒng)教學(xué)、非智能計(jì)29信息技術(shù)教育應(yīng)用信息技術(shù)教育應(yīng)用30第六章人工智能與教育本章主要知識點(diǎn)：

人工智能技術(shù)的概念、發(fā)展史、分類人工智能的研究領(lǐng)域智能計(jì)算機(jī)輔助教育系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型第六章人工智能與教育本章主要知識點(diǎn)：31第六章人工智能與教育6.1人工智能概述6.1.1

概念：主要研究用人工的方法和技術(shù)，模仿、延伸和擴(kuò)展人的智能,實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能。圖靈測試6.1.2

簡史：第一個(gè)階段（1956年以前）：孕育時(shí)期第二個(gè)階段（1956－1970）形成期第三個(gè)階段（1970～）發(fā)展期第六章人工智能與教育6.1人工智能概述32第六章人工智能與教育6.1.3

分類：符號智能、計(jì)算智能符號智能是以知識為基礎(chǔ)，通過推理進(jìn)行問題求解。也即所謂的傳統(tǒng)人工智能。計(jì)算智能是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過訓(xùn)練建立聯(lián)系，進(jìn)行問題求解。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊系統(tǒng)、進(jìn)化程序設(shè)計(jì)、人工生命等都可以包括在計(jì)算智能。第六章人工智能與教育6.1.3分類：符號智能、計(jì)算33第六章人工智能與教育6.1.4IDSS(智能決策支持系統(tǒng))成功實(shí)例

東海漁業(yè)資源評估專家系統(tǒng)

以衛(wèi)星遙感漁業(yè)分析技術(shù)、海洋漁業(yè)服務(wù)地理信息系統(tǒng)技術(shù)和漁情分析專家系統(tǒng)技術(shù)為支撐的海洋漁業(yè)遙感信息與資源評估服務(wù)系統(tǒng)。第六章人工智能與教育6.1.4IDSS(智能決策支持34第六章人工智能與教育2.工商行固定資產(chǎn)貸款風(fēng)險(xiǎn)決策系統(tǒng)

本系統(tǒng)是一個(gè)交互式系統(tǒng)，即在決策過程中向用戶提出一些需要以數(shù)字回答的問題，界面簡潔、友好。在人機(jī)對話過程中，系統(tǒng)需要用戶以數(shù)值形式輸入一些供決策用的參數(shù)，如企業(yè)經(jīng)營者素質(zhì)評估，經(jīng)濟(jì)實(shí)力，資金結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展前景，信用等級系數(shù)，貸款金額，等等。同時(shí)給出一些選項(xiàng)供用戶選擇，如抵押貸款方式，保證貸款方式，信用貸款方式，以及貸款形態(tài)等。系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的信息計(jì)算出全部貸款資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重額，全部固定資產(chǎn)貸款資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)度，并結(jié)合企業(yè)的信用等級，給出評估圖表，最后給出貸款與否的建議。第六章人工智能與教育2.工商行固定資產(chǎn)貸款風(fēng)險(xiǎn)決策系35第六章人工智能與教育6.2人工智能的研究領(lǐng)域6.2.1人工智能框架圖第六章人工智能與教育6.2人工智能的研究領(lǐng)域36第六章人工智能與教育6.2.2問題求解求解難題的下棋（如國際象棋）程序把各種數(shù)學(xué)公式符號匯編在一起，其性能達(dá)到很高的水平，并正在為許多科學(xué)家和工程師所應(yīng)用。有些程序甚至還能夠用經(jīng)驗(yàn)來改善其性能。第六章人工智能與教育6.2.2問題求解37第六章人工智能與教育6.2.3邏輯推理與定理證明邏輯推理是人工智能研究中最持久的子領(lǐng)域之一。其中特別重要的是要找到一些方法，只把注意力集中在一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫中的有關(guān)事實(shí)上，留意可信的證明，并在出現(xiàn)新信息時(shí)適時(shí)修正這些證明。對數(shù)學(xué)中臆測的定理尋找一個(gè)證明或反證，確實(shí)稱得上是一項(xiàng)智能任務(wù)。為此不僅需要有根據(jù)假設(shè)進(jìn)行演繹的能力，而且需要某些直覺技巧。1976年7月，美國的阿佩爾（K.Appel）等人合作解決了長達(dá)124年之久的難題──四色定理。他們用3臺大型計(jì)算機(jī)，花去1200小時(shí)CPU時(shí)間，并對中間結(jié)果進(jìn)行人為反復(fù)修改500多處。四色定理的成功證明曾轟動(dòng)計(jì)算機(jī)界。第六章人工智能與教育6.2.3邏輯推理與定理38

第六章人工智能與教育6.2.4自然語言理解

自然語言處理是研究如何讓計(jì)算機(jī)理解人類自然語言的一個(gè)研究領(lǐng)域。目前語言處理研究的主要課題是：在翻譯句子時(shí)，以主題和對話情況為基礎(chǔ)，注意大量的一般常識──世界知識和期望作用的重要性。語言翻譯語音理解第六章人工智能與教育6.2.4自然語言理解

39第六章人工智能與教育6.2.5

自動(dòng)程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)是人工智能的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，已經(jīng)研制出能夠以各種不同的目的描述（例如輸入／輸出對，高級語言描述，甚至英語描述算法）來編寫計(jì)算機(jī)程序。這方面的進(jìn)展局限于少數(shù)幾個(gè)完全現(xiàn)成的例子。對自動(dòng)程序設(shè)計(jì)的研究不僅可以促進(jìn)半自動(dòng)軟件開發(fā)系統(tǒng)的發(fā)展，而且也使通過修正自身數(shù)碼進(jìn)行學(xué)習(xí)（即修正它們的性能）的人工智能系統(tǒng)得到發(fā)展。第六章人工智能與教育6.2.5自動(dòng)程序設(shè)計(jì)40第六章人工智能與教育6.2.6專家系統(tǒng)概念：一個(gè)具有大量的專門知識與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以便解決那些需要人類專家處理的復(fù)雜問題。簡而言之，專家系統(tǒng)是一種模擬人類專家解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)：知識庫推理機(jī)答案專家知識輸入或提問第六章人工智能與教育6.2.6專家系統(tǒng)知識庫推41第六章人工智能與教育專家系統(tǒng)可以解決的問題一般包括解釋、預(yù)測、診斷、設(shè)計(jì)、規(guī)劃、監(jiān)視、修理、指導(dǎo)和控制等。發(fā)展專家系統(tǒng)的關(guān)鍵是表達(dá)和運(yùn)用專家知識，即來自人類專家的并已被證明對解決有關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的典型問題是有用的事實(shí)和過程。在已經(jīng)建立的專家咨詢系統(tǒng)中，有能夠診斷疾病的（包括中醫(yī)診斷智能機(jī)），估計(jì)潛在石油等礦藏的，研究復(fù)雜有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的以及提供使用其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的參考意見等。

第六章人工智能與教育專家系統(tǒng)可以解決的問題一般包括解釋、42第六章人工智能與教育新一代專家系統(tǒng)的特征：并行技術(shù)與分布處理多專家系統(tǒng)協(xié)同工作高級語言和知識語言描述具有自學(xué)習(xí)功能引入新的推理機(jī)制具有自糾錯(cuò)和自我完善能力先進(jìn)的智能人機(jī)接口分布專家系統(tǒng)：要解決功能分布、知識分布、接口設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式等問題。協(xié)同式專家系統(tǒng)：要解決任務(wù)的分解、公共知識的導(dǎo)出、“討論”方式、裁決問題、驅(qū)動(dòng)方式等問題。第六章人工智能與教育新一代專家系統(tǒng)的特征：43第六章人工智能與教育6.2.7機(jī)器學(xué)習(xí)概念：是一門研究機(jī)器獲取新知識和新技能，并識別現(xiàn)有知識的學(xué)問。機(jī)器學(xué)習(xí)的策略：機(jī)械學(xué)習(xí)、通過傳授學(xué)習(xí)、類比學(xué)習(xí)和通過事例學(xué)習(xí)。第六章人工智能與教育6.2.7機(jī)器學(xué)習(xí)44第六章人工智能與教育6.2.8人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生理神經(jīng)元的組成結(jié)構(gòu)圖生理神經(jīng)元的功能：時(shí)空整合功能、興奮與抑制狀態(tài)、脈沖與電位轉(zhuǎn)換、神經(jīng)纖維傳導(dǎo)速度、突觸延時(shí)和不應(yīng)期、學(xué)習(xí)、遺忘和疲勞人工神經(jīng)元的組成：用處理單元模擬生理神經(jīng)元，用有向弧模擬軸突－－突觸－－樹突對。有向弧的權(quán)值表示兩處理單元間相互作用的強(qiáng)弱。常用的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：反向傳遞網(wǎng)（BP網(wǎng)）等。第六章人工智能與教育6.2.8人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)45第六章人工智能與教育6.2.9機(jī)器人學(xué)這個(gè)領(lǐng)域所研究的問題，從機(jī)器人手臂的最佳移動(dòng)到實(shí)現(xiàn)機(jī)器人目標(biāo)的動(dòng)作序列的規(guī)劃方法，無所不包。智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用體現(xiàn)出廣泛的學(xué)科交叉，涉及眾多的課題，如機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、控制、智能、視覺、觸覺、力覺、聽覺、機(jī)器人裝配、惡劣環(huán)境下的機(jī)器人以及機(jī)器人語言等。機(jī)器人已在各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、旅游業(yè)、空中和海洋以及國防等領(lǐng)域獲得越來越普遍的應(yīng)用。

第六章人工智能與教育6.2.9機(jī)器人學(xué)46第六章人工智能與教育6.2.10

模式識別“模式”（Pattern）：指供模仿的標(biāo)本。模式識別就是指識別出給定物體所模仿的標(biāo)本。人工智能所研究的模式識別是指用計(jì)算機(jī)代替人類或幫助人類感知模式，是對人類感知外界功能的模擬，研究的是計(jì)算機(jī)模式識別系統(tǒng)，也就是使一個(gè)計(jì)算機(jī)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。在模式識別領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法已經(jīng)成功地用于手寫字符的識別、汽車牌照的識別、指紋識別、語音識別等方面。第六章人工智能與教育6.2.10模式識別47第六章人工智能與教育6.2.11

機(jī)器視覺在人工智能中研究的感知過程通常包含一組操作。例如，可見的景物由傳感器編碼，并被表示為一個(gè)灰度數(shù)值的矩陣。這些灰度數(shù)值由檢測器加以處理。檢測器搜索主要圖像的成分，如線段、簡單曲線和角度等。這些成分又被處理，以便根據(jù)景物的表面和形狀來推斷有關(guān)景物的三維特性信息。機(jī)器視覺的前沿研究領(lǐng)域包括實(shí)時(shí)并行處理、主動(dòng)式定性視覺、動(dòng)態(tài)和時(shí)變視覺、三維景物的建模與識別、實(shí)時(shí)圖像壓縮傳輸和復(fù)原、多光譜和彩色圖象的處理與解釋等。機(jī)器視覺已在機(jī)器人裝配、衛(wèi)星圖像處理、工業(yè)過程監(jiān)控、飛行器跟蹤和制導(dǎo)以及電視實(shí)況轉(zhuǎn)播等領(lǐng)域獲得極為廣泛的應(yīng)用。第六章人工智能與教育6.2.11機(jī)器視覺48第六章人工智能與教育6.2.12智能控制智能控制是驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過程。智能控制的核心在高層控制，即組織級控制。其任務(wù)在于對實(shí)際環(huán)境或過程進(jìn)行組織，即決策和規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)廣義問題求解。已經(jīng)提出的用以構(gòu)造智能控制系統(tǒng)的理論和技術(shù)有分級遞階控制理論、分級控制器設(shè)計(jì)的熵方法、智能逐級增高而精度逐級降低原理、專家控制系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)和基于NN的控制系統(tǒng)等。目前研究得較多的是以下６個(gè)方面：智能機(jī)器人規(guī)劃與控制、智能過程規(guī)劃、智能過程控制、專家控制系統(tǒng)、語音控制以及智能儀器。第六章人工智能與教育6.2.12智能控制49第六章人工智能與教育6.2.13智能檢索搜索方式:(是否使用啟發(fā)式信息)啟發(fā)式搜索、盲目搜索(問題的表示方式)狀態(tài)空間搜索、與/或樹搜索搜索策略：寬度優(yōu)先搜索：沿著樹的寬度遍歷樹的節(jié)點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，則算法中止。屬于盲目搜索。深度優(yōu)先搜索：沿著樹的最大深度方向生成節(jié)點(diǎn)并與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較，只有當(dāng)上次訪問的節(jié)點(diǎn)不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，而且沒有其他節(jié)點(diǎn)可以生成的時(shí)候，才轉(zhuǎn)到上次訪問節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)，然后搜索該節(jié)點(diǎn)的其他子節(jié)點(diǎn)。因此深度優(yōu)先搜索也稱為回溯搜索。它既不是完備的，也不是最優(yōu)的。第六章人工智能與教育6.2.13智能檢索50第六章人工智能與教育迭代加深搜索：對深度優(yōu)先搜索進(jìn)行了一定改進(jìn)，對搜索樹的深度進(jìn)行控制，即有界深度優(yōu)先搜索。但是深度限制值d的選取是一個(gè)問題，因此試圖嘗試所有可能的深度限制，即在找到目標(biāo)之前，通過迭代不斷增大d以保證完備性和最優(yōu)性。啟發(fā)式OR圖搜索算法AND-OR圖啟發(fā)式搜索約束滿足搜索

第六章人工智能與教育迭代加深搜索：對深度優(yōu)先搜索進(jìn)行了一51第六章人工智能與教育6.2.14智能代理概念：代表用戶或其他程序以主動(dòng)服務(wù)的方式完成一組操作的機(jī)動(dòng)計(jì)算