智能科學技術的發(fā)展前沿與機遇

智能科學技術導論

IntroductiontoIntelligenceScienceandTechnology

吳渝教授@計算機科學與技術學院重慶郵電大學2023/1/131a第9講智能科學技術的開展前沿與機遇2023/1/132aOutline自然智能的前沿探秘人工智能的概念人工智能的應用領域中國學人的奉獻展望未來2023/1/133a自然智能的前沿探秘智能科學技術關注的兩個點是自然智能和人工智能，前者是根底，后者是手段，或者說，探索自然智能的奧秘，構建人工智能的圖景。這里所討論的自然智能主要是指人類的智能。眾所周知，人類智能主要是由大腦完成的，大腦是掌管人體感覺和運動的“司令部〞，也是思想活動的“指揮中心〞。研究人腦的兩門重要科學腦科學認知科學2023/1/134a自然智能的前沿探秘腦科學腦科學，狹義的講就是神經(jīng)科學，是為了了解神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分子水平、細胞水平、細胞間的變化過程，以及這些過程在中樞功能控制系統(tǒng)內(nèi)的整合作用而進行的研究。〔美國神經(jīng)科學學會〕廣義的定義是研究腦的結(jié)構和功能的科學，還包括認知神經(jīng)科學等。關于大腦功能的研究，已經(jīng)成為現(xiàn)代科學最深奧的課題，也是最難攻克的科學堡壘?，F(xiàn)代科學對外部世界的認識已經(jīng)相當輝煌。腦是人類生理與心理活動的司令部，但是人類對它的工作原理的認識恰恰最為淺薄。關鍵原因是，關于物質(zhì)如何產(chǎn)生意識的問題沒有突破。因此，腦科學成為當代科學研究的熱點不是偶然的，是科學開展的必然結(jié)果。2023/1/135a自然智能的前沿探秘腦科學研究方向根底神經(jīng)科學：側(cè)重根底理論臨床神經(jīng)科學：側(cè)重醫(yī)學臨床應用當前研究開展情況了解腦——說明腦功能保護腦——征服腦疾患創(chuàng)造腦——開發(fā)腦型計算機主要研究進展分子和細胞水平的神經(jīng)科學開展迅猛視覺的腦機制——重大突破神經(jīng)網(wǎng)絡的研究進入新的高潮發(fā)育生物學的崛起神經(jīng)和精神疾病的研究進展腦的意識功能主要研究方法解剖學方法生理學方法分子生物學方法系統(tǒng)生物學方法2023/1/136a自然智能的前沿探秘認知科學認知科學是20世紀世界科學標志性的新興研究門類，它作為探究人腦或心智工作機制的前沿性尖端學科，已經(jīng)引起了全世界科學家們的廣泛關注。一般認為認知科學的根本觀點最初散見40年代到50年代中的一些各自別離的特殊學科之中，60年代以后得到了較大的開展。認知科學是一門相當年輕的學科，然而卻為揭示人腦的工作機制這一最大的宇宙之謎作出了不可磨滅的奉獻。研究人腦的認知過程和機制，包括意識、感情、思維等高級神經(jīng)活動。作為一門交叉科學，它是在哲學〔認識論〕、心理科學、計算機科學、神經(jīng)科學、科學語言學、比較人類學、進化生物學、動物行為學以及其他根底科學交界面上涌現(xiàn)出來的高度跨學科的新興科學。2023/1/137a自然智能的前沿探秘認知科學的研究知覺信息的表達和處理學習提升智能語言開啟智能之門工作記憶蘊藏智能的玄機注意是智能的開關意識是智能的控制中樞認知科學的主要分支學科認知心理學人工智能認知神經(jīng)科學哲學認知語言學認知人類學2023/1/138a自然智能的前沿探秘其他動物智能螞蟻智能蜜蜂智能鴿子智能公雞智能猴子智能猴子救狗的真相2023/1/139a人工智能的概念人工智能是一門正在開展中的綜合性前沿學科。目前研究人工智能的主要物質(zhì)手段以及能夠?qū)崿F(xiàn)人工智能技術的機器就是計算機。人工智能是十分廣泛的科學，除了計算機科學以外還涉及信息論、控制論、自動化、仿生學、生物學、心理學、數(shù)理邏輯、語言學、醫(yī)學和哲學等多門學科，可以說幾乎是自然科學和社會科學的所有學科。2023/1/1310a人工智能的應用領域人工智能研究已經(jīng)涉及很多領域，包括問題求解、自然語言處理、口語識別、智能信息檢索、專家系統(tǒng)、機器視覺、神經(jīng)網(wǎng)絡、智能Agent技術和分布的協(xié)同工作、遺傳與演化計算、人工生命、智能大廈、智能機器人等等，其中一些已經(jīng)成為新的研究熱點。2023/1/1311a人工智能的應用領域問題求解從人工智能初期的智力難題、棋類游戲、簡單數(shù)學定理證明等問題的研究中開始形成和開展起來的一大類解題技術，簡稱解題。機器定理證明〔即自動演繹〕已形成一門獨立的分支學科。解題技術主要包括問題表示、搜索和行動方案等內(nèi)容。也有人對問題求解作更廣泛的理解，即指為了實現(xiàn)給定目標而展開的動作序列的執(zhí)行過程。這樣，一切人工智能系統(tǒng)便都可歸結(jié)為問題求解系統(tǒng)。2023/1/1312a人工智能的應用領域自然語言處理自然語言處理是計算機科學領域與人工智能領域中的一個重要方向。它研究能實現(xiàn)人與計算機之間用自然語言進行有效通信的各種理論和方法。自然語言處理是一門融語言學、計算機科學、數(shù)學于一體的科學。根底理論：自動機、形式邏輯、統(tǒng)計、機器學習、漢語語言學、形式語法理論語言資源：語料庫、詞典關鍵技術：漢字編碼、詞法分析、句法分析、語義分析、文本生成、語音識別應用系統(tǒng)：文本分類和聚類、信息檢索和過濾、信息抽取、問答系統(tǒng)、拼音漢字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、機器翻譯、新信息檢測2023/1/1313a人工智能的應用領域語音識別與機器進行語音交流，讓機器明白你說什么，這是人們長期以來夢寐以求的事情。語音識別技術就是讓機器通過識別和理解過程把語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳奈谋净蛎畹母呒夹g。語音識別技術主要包括特征提取技術、模式匹配準那么及模型訓練技術三個方面。微軟在office和vista中都應用了自己開發(fā)的語音識別引擎，微軟語音識別引擎的使用是完全免費的，所以產(chǎn)生了許多基于微軟語音識別引擎開發(fā)的語音識別應用軟件2023/1/1314a語音識別技術適用于家用電器和電子設備，如電視、計算機、汽車、音響、冷氣等的聲控遙控器，、或PDA上的聲控人名撥號、數(shù)字錄音機的聲控語音檢索標簽、兒童玩具的聲控等；也可用于個人、呼叫中心，以及電信級應用的信息查詢與效勞等領域。帶語音信箱的接線員“關鍵詞檢出器〞技術是一種自動語音識別〔ASR〕技術。它應用于一些具有特定要求的場合，由于速度、高檢出率或其他特定的要求，人們并不需要系統(tǒng)識別出整個句子，更不需要理解整個句子，而只關注那些包含特定詞〔稱為“關鍵詞〞〕的句子。比方，對一些特殊人名、地名和詞語進行監(jiān)聽，又比方通過人名進行自動分機接駁效勞口語學習系統(tǒng)口語學習系統(tǒng)利用可視化的朗讀評分等人機交互的方式，通過視覺、聽覺等綜合手段，反復提示和幫助用戶接近標準發(fā)音。該系統(tǒng)廣泛應用于多種電腦設備和網(wǎng)絡環(huán)境：可集成到語言學習軟件和VCD中，可與復讀機/mp3配套使用，用戶可直接對著麥克風朗讀，也可把錄音與標準模型對照，提供了更方便和全面的口語訓練方案；支持網(wǎng)絡遠程效勞。適合教育機構、商業(yè)企業(yè)、政府部門方便、快捷、可靠、客觀地考核各類人才的口語能力和會話水平，應用于優(yōu)秀人才聘用、工作能力考察、設定入學和畢業(yè)標準、評估教學成效等領域。聲控撥號器聲控撥號器(VoiceDialer)是基于PocketPC的漢語聲控撥號器。聲控撥號器應用了與說話人無關(即非特定人)的語音識別技術，用戶無需在線訓練，也無需預先錄制聲控標簽，就能通過語音方便、快捷撥號，好學易用。2023/1/1315a人工智能的應用領域機器視覺機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產(chǎn)品〔即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種〕將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設備動作。機器視覺的應用自動光學檢查人臉偵測、笑臉檢測無人駕駛汽車布匹質(zhì)量檢測互動電視〔手勢交互〕、增強現(xiàn)實游戲2023/1/1316a國際計算機博弈錦標賽國際計算機博弈錦標賽，公認的世界最高水平計算機博弈競賽，2021年是第十四屆比賽計算機博弈錦標賽,顧名思義就是讓計算機學會人類的思考過程，能夠像人一樣下棋。包括2個方面,一是計算機和計算機之前的對抗，二是計算機和人之間的對抗。首屆中國象棋計算機博弈錦標賽在浪潮集團贊助下在北京中國科技館舉行〔〕，來自海內(nèi)外的18支代表隊參加。錦標賽的前五名挑戰(zhàn)了五名中國象棋大師和特級大師：柳大華、徐天紅、卜鳳波、張強、汪洋，進行了“浪潮杯〞首屆中國象棋人機大戰(zhàn)〔，北京奧體中心〕。于同年8月15日還進行了中國象棋的“巔峰對決〞，由浪潮天梭計算機和東北大學棋天大圣軟件〔世界冠軍〕結(jié)合對陣中國象棋第一人——中國象棋世界冠軍許銀川〔北京，香格里拉飯店〕，成為中國機器博弈史上的佳話。2007年，第二屆中國計算機博弈錦標賽是在承辦單位——重慶工學院舉行的〔〕。比賽工程增加為4項，即中國象棋、六子棋、圍棋和九路圍棋。來自15所高校的40余支代表隊進行了高水平的角逐。2021年由國際機器博弈協(xié)會〔ICGA〕主辦，中國人工智能學會機器博弈專業(yè)委員會承辦，北京長壽集團贊助的2021國際機器博弈錦標賽在北京金世紀高爾夫俱樂部成功舉辦近20個棋種〔包括國際象棋、中國象棋、圍棋、九路圍棋、六子棋、日本將棋、點格棋等〕的150多支機器博弈代表隊參賽，成為國際機器博弈歷史上規(guī)模最大、水平最高的一次比賽，也有力地推動了中國機器博弈活動的開展。中國象棋人機大戰(zhàn)與機器博弈〔東北大學〕北京理工大學勇奪第十四屆國際計算機錦標賽金獎在2021年第十四屆國際計算機博弈錦標賽六子棋工程中，軟件學院2006級本科生崔皓、李亮、林思然、王銳堅開發(fā)的六子棋程序“中國深度〞，一舉奪得金獎，2007級軟件學院本科生劉海瀅、邴杰、黎正晗、唐志峰開發(fā)的程序“北理之芯〞同時獲得銅牌。第十三屆國際計算機博弈錦標賽中獲得銀牌后。2023/1/1317a中國學人的奉獻“吳方法〞1977年，我國著名數(shù)學家吳文俊院士關于平面幾何定理的機械化證明首次取得成功，“開放復雜巨系統(tǒng)理論〞1990年，錢學森院士、于景元、戴汝為院士發(fā)表了“一個科學新領域--開放的復雜巨系統(tǒng)及其方法論〞，提出“開放的復雜巨系統(tǒng)〞〔opencomplexgiantsystems〕概念，并提出“從定性到定量綜合集成方法〞、“從定性到定量綜合集成研討廳體系〞，將專家體系、數(shù)據(jù)和信息體系以及計算機體系三者有機結(jié)合，構成一個高度智能化的人機綜合系統(tǒng)。泛邏輯學西北工業(yè)大學何華燦教授的?泛邏輯學?以高屋建瓴的學術觀念和學術思想統(tǒng)一了現(xiàn)有各種邏輯理論，包括經(jīng)典邏輯和非經(jīng)典邏輯理論，預示了現(xiàn)代邏輯理論開展的方向，并且在很大程度上做到了柔性邏輯?？赏貙W廣東工業(yè)大學蔡文教授的“可拓學〞用形式化的模型研究事物拓展的可能性，為處理矛盾問題開辟了嶄新的途徑。2023/1/1318a中國學人的奉獻常識知識推理陸汝鈐院士把數(shù)學中黎曼曲面的思想引進PETRI網(wǎng)論，建立了多層PETRI網(wǎng)模型，為開展我國的數(shù)學與理論計算機事業(yè)作出了突出奉獻?！案呔S幾何與神經(jīng)計算〞中國科學院王守覺院士研究的仿生模式識別不是進行簡單分類，而是模仿兒童學習的模式，所實現(xiàn)的模式識別準確度明顯比其它系統(tǒng)高?！叭藱C合作信息處理〞清華大學李衍達院士提出的“知識表達的情感適應模型〞可通過人機合作方式向網(wǎng)絡用戶提供諸如服裝風格、音樂流派等各類信息的候選模型，根據(jù)用戶的選擇結(jié)果，可以自動建立適合特定用戶的情感信息模型。云模型中國工程院院士李德毅教授專注于“知識發(fā)現(xiàn)的機理研究〞，提出了一種“云模型〞，在數(shù)學上找到隨機與模糊不定性的統(tǒng)一表達，該模型應用于數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)等新領域，取得了出色的效果。2023/1/1319a展望未來為推進人工智能和知識工程技術的實用化，人工智能從以往的追求自主的系統(tǒng)，改變?yōu)槿藱C結(jié)合的系統(tǒng)。將計算機的定量與人的定性信息處理相結(jié)合，取長補短。目前正在開拓以下方面的研究：開發(fā)對應用領域和問題求解任務的深入理解，包括深、淺層知識的綜合應用和問題求解的結(jié)構化組織。全面高效的知識獲取及其自動化，包括知識的獲取、表示、更新和推理新機制和數(shù)據(jù)挖掘與查詢。與計算機主流技術綜合集成。2023/1/1320a展望未來由于理論和技術的進步，總體前景非常好。一般來講，在獲取信息、傳遞信息和咨詢信息這幾個方面可以做到比人的能力還要強，但是在創(chuàng)造性思維方面還是不如人。計算機將無處不在，我們將用極小的、無線的、高度可移動的、高速的和高度個人化的計算與網(wǎng)絡經(jīng)常接觸。有計算機和移動功能的手表或戒指可能首先登市?？纱┐饔嬎悖罕确皆谝路谢蛑踩肫つw下的計算機。2023/1/1321a展望未來智能用具量子計算的進步將帶來更小更強的計算機和電子產(chǎn)品，從而往用具及其他產(chǎn)品增添驚人的智能。有廣收并蓄的簿的機告訴你的爐灶包內(nèi)食品如何烹調(diào)的智能食品包裝幫你列出購物單，并告訴你到何處以最低價格買到所需食品的電冰箱不烤焦面包片的烤爐。智能影音花盆增強現(xiàn)實利用傳感器以及電子或遺傳技術，將可以把裝置植入人體，使聽力大大增強，在黑暗中能夠看