人工智能(Artificial Intelligence) , 英文縮寫為AI 。“人工智能”一詞最初是在1956 年Dartmouth學(xué)會(huì)上提出的。從那以后,研究者們發(fā)展了眾多理論和原理,人工智能的概念也隨之?dāng)U展。人工智能是一門極富挑戰(zhàn)性的科學(xué),從事這項(xiàng)工作的人必須懂得計(jì)算機(jī)知識(shí),心理學(xué)和哲學(xué)。人工智能是包括十分廣泛的科學(xué),它由不同的領(lǐng)域組成,如機(jī)器學(xué)習(xí),計(jì)算機(jī)視覺(jué)等等,總的說(shuō)來(lái),人工智能研究的一個(gè)主要目標(biāo)是使機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。但不同的時(shí)代、不同的人對(duì)這種“復(fù)雜工作”的理解是不同的。例如繁重的科學(xué)和工程計(jì)算本來(lái)是要人腦來(lái)承擔(dān)的, 現(xiàn)在計(jì)算機(jī)不但能完成這種計(jì)算, 而且能夠比人腦做得更快、更準(zhǔn)確, 因之當(dāng)代人已不再把這種計(jì)算看作是“需要人類智能才能完成的復(fù)雜任務(wù)”, 可見復(fù)雜工作的定義是隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步而變化的, 人工智能這門科學(xué)的具體目標(biāo)也自然隨著時(shí)代的變化而發(fā)展。它一方面不斷獲得新的進(jìn)展, 一方面又轉(zhuǎn)向更有意義、更加困難的目標(biāo)。目前能夠用來(lái)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(shù)的機(jī)器就是計(jì)算機(jī), 人工智能的發(fā)展歷史是和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展史聯(lián)系在一起的。除了計(jì)算機(jī)科學(xué)以外, 人工智能還涉及信息論、控制論、自動(dòng)化、仿生學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、數(shù)理邏輯、語(yǔ)言學(xué)、醫(yī)學(xué)和哲學(xué)等多門學(xué)科。
人工智能學(xué)科研究的主要內(nèi)容包括:知識(shí)表示、自動(dòng)推理和搜索方法、機(jī)器學(xué)習(xí)和知識(shí)獲取、知識(shí)處理系統(tǒng)、自然語(yǔ)言理解、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、智能機(jī)器人、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)等方面。 知識(shí)表示是人工智能的基本問(wèn)題之一,推理和搜索都與表示方法密切相關(guān)。常用的知識(shí)表示方法有:邏輯表示法、產(chǎn)生式表示法、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法和框架表示法等。 常識(shí),自然為人們所關(guān)注,已提出多種方法,如非單調(diào)推理、定性推理就是從不同角度來(lái)表達(dá)常識(shí)和處理常識(shí)的。 問(wèn)題求解中的自動(dòng)推理是知識(shí)的使用過(guò)程,由于有多種知識(shí)表示方法,相應(yīng)地有多種推理方法。推理過(guò)程一般可分為演繹推理和非演繹推理。謂詞邏輯是演繹推理的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)化表示下的繼承性能推理是非演繹性的。由于知識(shí)處理的需要,近幾年來(lái)提出了多種非演澤的推理方法,如連接機(jī)制推理、類比推理、基于示例的推理、反繹推理和受限推理等。 搜索是人工智能的一種問(wèn)題求解方法,搜索策略決定著問(wèn)題求解的一個(gè)推理步驟中知識(shí)被使用的優(yōu)先關(guān)系??煞譃闊o(wú)信息導(dǎo)引的盲目搜索和利用經(jīng)驗(yàn)知識(shí)導(dǎo)引的啟發(fā)式搜索。啟發(fā)式知識(shí)常由啟發(fā)式函數(shù)來(lái)表示,啟發(fā)式知識(shí)利用得越充分,求解問(wèn)題的搜索空間就越小。典型的啟發(fā)式搜索方法有A*、AO*算法等。近幾年搜索方法研究開始注意那些具有百萬(wàn)節(jié)點(diǎn)的超大規(guī)模的搜索問(wèn)題。 機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能的另一重要課題。機(jī)器學(xué)習(xí)是指在一定的知識(shí)表示意義下獲取新知識(shí)的過(guò)程,按照學(xué)習(xí)機(jī)制的不同,主要有歸納學(xué)習(xí)、分析學(xué)習(xí)、連接機(jī)制學(xué)習(xí)和遺傳學(xué)習(xí)等。 知識(shí)處理系統(tǒng)主要由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)組成。知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)所需要的知識(shí),當(dāng)知識(shí)量較大而又有多種表示方法時(shí),知識(shí)的合理組織與管理是重要的。推理機(jī)在問(wèn)題求解時(shí),規(guī)定使用知識(shí)的基本方法和策略,推理過(guò)程中為記錄結(jié)果或通信需設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)或采用黑板機(jī)制。如果在知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)的是某一領(lǐng)域(如醫(yī)療診斷)的專家知識(shí),則這樣的知識(shí)系統(tǒng)稱為專家系統(tǒng)。為適應(yīng)復(fù)雜問(wèn)題的求解需要,單一的專家系統(tǒng)向多主體的分布式人工智能系統(tǒng)發(fā)展,這時(shí)知識(shí)共享、主體間的協(xié)作、矛盾的出現(xiàn)和處理將是研究的關(guān)鍵問(wèn)題。 一、人工智能的歷史 人工智能(AI)是一門極富挑戰(zhàn)性的科學(xué),從事這項(xiàng)工作的人必須懂得計(jì)算機(jī)知識(shí),心理學(xué)和哲學(xué)。人工智能是包括十分廣泛的科學(xué),它由不同的領(lǐng)域組成,如機(jī)器學(xué)習(xí),計(jì)算機(jī)視覺(jué)等等,總的說(shuō)來(lái),人工智能的目的就是讓計(jì)算機(jī)這臺(tái)機(jī)器能夠象人一樣思考。這可是不是一個(gè)容易的事情。 如果希望做出一臺(tái)能夠思考的機(jī)器,那就必須知識(shí)什么是思考,更進(jìn)一步講就是什么是智慧,它的表現(xiàn)是什么,你可以說(shuō)科學(xué)
家有智慧,可你決不會(huì)說(shuō)一個(gè)路人什么也不會(huì),沒(méi)有知識(shí),你同樣不敢說(shuō)一個(gè)孩子沒(méi)有智慧,可對(duì)于機(jī)器你就不敢說(shuō)它有智慧了吧,那么智慧是如何分辨的呢?我們說(shuō)的話,我們做的事情,我們的想法如同泉水一樣從大腦中流出,如此自然,可是機(jī)器能夠嗎,那么什么樣的機(jī)器才是智慧的呢?科學(xué)家已經(jīng)作出了汽車,火車,飛機(jī),收音機(jī)等等,它們模仿我們身體器官的功能,但是能不能模仿人類大腦的功能呢?到目前為止,我們也僅僅知道這個(gè)裝在我們天靈蓋里面的東西是由數(shù)十億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞組成的器官,我們對(duì)這個(gè)東西知之甚少,模仿它或許是天下最困難的事情了。 在定義智慧時(shí),英國(guó)科學(xué)家圖靈做出了貢獻(xiàn),如果一臺(tái)機(jī)器能夠通過(guò)稱之為圖靈實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn),那它就是智慧的,圖靈實(shí)驗(yàn)的本質(zhì) 就是讓人在不看外型的情況下不能區(qū)別是機(jī)器的行為還是人的行為時(shí),這個(gè)機(jī)器就是智慧的。不要以為圖靈只做出這一點(diǎn)貢獻(xiàn)就會(huì)名垂表史,如果你是學(xué)計(jì)算機(jī)的就會(huì)知道,對(duì)于計(jì)算機(jī)人士而言,獲得圖靈獎(jiǎng)就等于物理學(xué)家獲得諾貝爾獎(jiǎng)一樣,圖靈在理論上奠定了計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的基礎(chǔ),沒(méi)有他的杰出貢獻(xiàn)世界上根本不可能有這個(gè)東西,更不用說(shuō)什么網(wǎng)絡(luò)了。
科學(xué)家早在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前就已經(jīng)希望能夠制造出可能模擬人類思維的機(jī)器了,在這方面我希望提到另外一個(gè)杰出的數(shù)學(xué)家,哲學(xué)家布爾,通過(guò)對(duì)人類思維進(jìn)行數(shù)學(xué)化精確地刻畫,他和其它杰出的科學(xué)家一起奠定了智慧機(jī)器的思維結(jié)構(gòu)與方法,今天我們的計(jì)算機(jī)內(nèi)使用的邏輯基礎(chǔ)正是他所創(chuàng)立的。 我想任何學(xué)過(guò)計(jì)算機(jī)的人對(duì)布爾一定不會(huì)陌生,我們所學(xué)的布爾代數(shù),就是由它開創(chuàng)的。當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后,人類開始真正有了一個(gè)可以模擬人類思維的工具了,在以后的歲月中,無(wú)數(shù)科學(xué)家為這個(gè)目標(biāo)努力著,現(xiàn)在人工智能已經(jīng)不再是幾個(gè)科學(xué)家的專利了,全世界幾乎所有大學(xué)的計(jì)算機(jī)系都有人在研究這門學(xué)科,學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的大學(xué)生也必須學(xué)習(xí)這樣一門課程,在大家不懈的努力下,現(xiàn)在計(jì)算機(jī)似乎已經(jīng)變得十分聰明了,剛剛結(jié)束的國(guó)際象棋大賽中,計(jì)算機(jī)把人給勝了,這是人們都知道的,大家或許不會(huì)注意到,在一些地方計(jì)算機(jī)幫助人進(jìn)行其它原來(lái)只屬于人類的工作,計(jì)算機(jī)以它的高速和準(zhǔn)確為人類發(fā)揮著它的作用。人工智能始終是計(jì)算機(jī)科學(xué)的前沿學(xué)科,計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言和其它計(jì)算機(jī)軟件都因?yàn)橛辛巳斯ぶ悄艿倪M(jìn)展而得以存在。 現(xiàn)在人類已經(jīng)把計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力提高到了前所未有的地步,而人工智能也在下世紀(jì)領(lǐng)導(dǎo)計(jì)算機(jī)發(fā)展的潮頭,現(xiàn)在人工智能的發(fā)展因?yàn)槭艿嚼碚撋系南拗撇皇呛苊黠@,但它必將象今天的網(wǎng)絡(luò)一樣深遠(yuǎn)地影響我們的生活?!?/p> 在世界各地對(duì)人工智能的研究很早就開始了,但對(duì)人工智能的真正實(shí)現(xiàn)要從計(jì)算機(jī)的誕生開始算起,這時(shí)人類才有可能以機(jī)器的實(shí)現(xiàn)人類的智能。AI這個(gè)英文單詞最早是在1956年的一次會(huì)議上提出的,在此以后,因此一些科學(xué)的努力它得以發(fā)展。人工智能的進(jìn)展并不象我們期待的那樣迅速,因?yàn)槿斯ぶ悄艿幕纠碚撨€不完整,我們還不能從本質(zhì)上解釋我們的大腦為什么能夠思考,這種思考來(lái)自于什么,這種思考為什么得以產(chǎn)生等一系列問(wèn)題。但經(jīng)過(guò)這幾十年的發(fā)展,人工智能正在以它巨大的力量影響著人們的生活。 讓我們順著人工智能的發(fā)展來(lái)回顧一下計(jì)算機(jī)的發(fā)展,在1941年由美國(guó)和德國(guó)兩國(guó)共同研制的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生了,從此以后人類存儲(chǔ)和處理信息的方法開始發(fā)生革命性的變化。第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的體型可不算太好,它比較胖,還比較嬌氣,需要工作在有空調(diào)的房間里,如果希望它處理什么事情,需要大家把線路重新接一次,這可不是一件省力氣的活兒,把成千上萬(wàn)的線重新焊一下我想現(xiàn)在的程序員已經(jīng)是生活在天堂中了。 終于在1949發(fā)明了可以存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī),這樣,編程程序總算可以不用焊了,好多了。因?yàn)榫幊套兊檬趾?jiǎn)單,計(jì)算機(jī)理論的發(fā)展終于導(dǎo)致了人工智能理論的產(chǎn)生。人們總算可以找到一個(gè)存儲(chǔ)信息和自動(dòng)處理信息的方法了。 雖然現(xiàn)在看來(lái)這種新機(jī)器已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)部分人類的智力,但是直到50年代人們才把人類智力和這種新機(jī)器聯(lián)系起來(lái)。我們注意到旁邊這位大肚子的老先生了,他在反饋理論上的研究最終讓他提出了一個(gè)論斷,所有
人類智力的結(jié)果都是一種反饋的結(jié)果,通過(guò)不斷地將結(jié)果反饋給機(jī)體而產(chǎn)生的動(dòng)作,進(jìn)而產(chǎn)生了智能。我們家的抽水馬桶就是一個(gè)十分好的例子,水之所以不會(huì)常流不斷,正是因?yàn)橛幸粋€(gè)裝置在檢測(cè)水位的變化,如果水太多了,就把水管給關(guān)了,這就實(shí)現(xiàn)了反饋,是一種負(fù)反饋。如果連我們廁所里的裝置都可以實(shí)現(xiàn)反饋了,那我們應(yīng)該可以用一種機(jī)器實(shí)現(xiàn)反饋,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人類智力的機(jī)器形式重現(xiàn)。這種想法對(duì)于人工智能早期的有著重大的影響。 在1955的時(shí)候,香農(nóng)與人一起開發(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(yùn)行時(shí),它在樹中搜索,尋找與可能答案最接近的樹的分枝進(jìn)行探索,以得到正確的答案。這個(gè)程序在人工智能的歷史上可以說(shuō)是有重要地位的,它在學(xué)術(shù)上和社會(huì)上帶來(lái)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(lái)自于這個(gè)50年代的程序。
1956年,作為人工智能領(lǐng)域另一位著名科學(xué)家的麥卡希(就是右圖的那個(gè)人)召集了一次會(huì)議來(lái)討論人工智能未來(lái)的發(fā)展方向。從那時(shí)起,人工智能的名字才正式確立,這次會(huì)議在人工智能歷史上不是巨大的成功,但是這次會(huì)議給人工智能奠基人相互交流的機(jī)會(huì),并為未來(lái)人工智能的發(fā)展起了鋪墊的作用。在此以后,工人智能的重點(diǎn)開始變?yōu)榻?shí)用的能夠自行解決問(wèn)題的系統(tǒng),并要求系統(tǒng)有自學(xué)習(xí)能力。在1957年,香農(nóng)和另一些人又開發(fā)了一個(gè)程序稱為General Problem Solver(GPS),它對(duì)Wiener的反饋理論有一個(gè)擴(kuò)展,并能夠解決一些比較普遍的問(wèn)題。別的科學(xué)家在努力開發(fā)系統(tǒng)時(shí),右圖這位科學(xué)家作出了一項(xiàng)重大的貢獻(xiàn),他創(chuàng)建了表處理語(yǔ)言LISP,直到現(xiàn)在許多人工智能程序還在使用這種語(yǔ)言,它幾乎成了人工智能的代名詞,到了今天,LISP仍然在發(fā)展。 在1963年,麻省理工學(xué)院受到了美國(guó)政府和國(guó)防部的支持進(jìn)行人工智能的研究,美國(guó)政府不是為了別的,而是為了在冷戰(zhàn)中保持與蘇聯(lián)的均衡,雖然這個(gè)目的是帶點(diǎn)火藥味的,但是它的結(jié)果卻使人工智能得到了巨大的發(fā)展。其后發(fā)展出的許多程序十分引人注目,麻省理工大學(xué)開發(fā)出了SHRDLU。在這個(gè)大發(fā)展的60年代,STUDENT系統(tǒng)可以解決代數(shù)問(wèn)題,而SIR系統(tǒng)則開始理解簡(jiǎn)單的英文句子了,SIR的出現(xiàn)導(dǎo)致了新學(xué)科的出現(xiàn):自然語(yǔ)言處理。在70年代出現(xiàn)的專家系統(tǒng)成了一個(gè)巨大的進(jìn)步,他頭一次讓人知道計(jì)算機(jī)可以代替人類專家進(jìn)行一些工作了,由于計(jì)算機(jī)硬件性能的提高,人工智能得以進(jìn)行一系列重要的活動(dòng),如統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù),參與醫(yī)療診斷等等,它作為生活的重要方面開始改變?nèi)祟惿盍?。在理論方面?0年代也是大發(fā)展的一個(gè)時(shí)期,計(jì)算機(jī)開始有了簡(jiǎn)單的思維和視覺(jué),而不能不提的是在70年代,另一個(gè)人工智能語(yǔ)言Prolog語(yǔ)言誕生了,它和LISP一起幾乎成了人工智能工作者不可缺少的工具。不要以為人工智能離我們很遠(yuǎn),它已經(jīng)在進(jìn)入我們的生活,模糊控制,決策支持等等方面都有人工智能的影子。讓計(jì)算機(jī)這個(gè)機(jī)器代替人類進(jìn)行簡(jiǎn)單的智力活動(dòng),把人類解放用于其它更有益的工作,這是人工智能的目的,但我想對(duì)科學(xué)真理的無(wú)盡追求才是最終的動(dòng)力吧。 二、人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域 1、問(wèn)題求解。 2、邏輯推理與定理證明。 3、自然語(yǔ)言處理。 4、智能信息檢索技術(shù)。 5、專家系統(tǒng)。 三、人工智能理論的數(shù)學(xué)化趨勢(shì)越來(lái)越突出 在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的今天,許多科技理論都有賴于數(shù)學(xué)提供證明,有賴于數(shù)學(xué)對(duì)其的仿真。人工智能的發(fā)展也不例外,如何把人們的思維活動(dòng)形式化、符號(hào)化,使其得以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn),就成為人工智能研究的重要課題。在這方面,邏輯的有關(guān)理論、方法、技術(shù)起著十分重要的作用,它不僅為人工智能提供了有力的工具,而且也為知識(shí)的推理奠定了理論基礎(chǔ)。人工智能中用到的邏輯可概括地分為兩大類。一類是經(jīng)典命題邏輯和一階謂詞邏輯,其特點(diǎn)是任何一個(gè)命題的真值或者是“真”,或者是“假”,二者必居其一。這一類問(wèn)題可以用數(shù)學(xué)里的經(jīng)典邏輯理論來(lái)解決。世界上事物千差萬(wàn)別,形形色色,除了確定性的事物或概念外,更廣泛存在的是不確定性的事物或概念。這些不確定的事物是無(wú)法用經(jīng)典邏輯理論來(lái)解決的。因此我們需要發(fā)展新的數(shù)學(xué)工具來(lái)表示這些問(wèn)題。目前在人工智能中對(duì)不確定性的事物或概念是通過(guò)運(yùn)用多值邏輯、模糊理論及概率來(lái)描述、處理的。多值邏輯、模糊理論及概率雖然都是通過(guò)在[!,"]上取值來(lái)刻畫不確定性,但三者之間又存在著很大區(qū)別。多值邏輯是通過(guò)在真(")與假(!)之間增加了若干中介真值來(lái)描述事物為真的程度的,但它把各個(gè)中介真值看作是彼此完全分立的,界限分明。而模糊理論認(rèn)為不同的中介真值之間沒(méi)有明確的界限,表現(xiàn)了不同中介值相互貫通、滲透的特征,從而更好地反映了不確定性的本質(zhì)。概率用來(lái)度量事件發(fā)生的可能性,而事件本身的含義是明確的,只是在一定的條件下它可能不發(fā)生,它與模糊理論是從兩個(gè)不同的角度來(lái)描述不確定性的,因而有人稱模糊理論描述了事物內(nèi)在的不確定性,而概率描述的是事物外在的不確定性。由上可以看出,數(shù)學(xué)使得人工智能能很好的模擬人類智能,大大推動(dòng)了人工智能的向前發(fā)展?,F(xiàn)在人工智能中還有一些問(wèn)題用現(xiàn)在的數(shù)學(xué)很難表示出來(lái),相信在數(shù)學(xué)知識(shí)不斷發(fā)展之后,這些問(wèn)題能很快得到解決。 五、人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 目前絕大多數(shù)人工智能系統(tǒng)都是建立在物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)之上的。在尚未出現(xiàn)能與物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)相抗衡的新的人工智能理論之前,無(wú)論從設(shè)計(jì)原理還是從已取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,Soar 在探討智能行為的一般特征和人類認(rèn)知的具體特征的艱難征途上都取得了有特色的進(jìn)展或成就,處在人工智能研究的前沿。 五、結(jié)語(yǔ) |
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