孟和巴雅爾

（赤峰學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

談人工智能技術(shù)

孟和巴雅爾

（赤峰學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

人工智能技術(shù)被稱為本世紀(jì)三大科技成就之一，本文主要介紹了人工智能概念，基本原理及其在主要研究領(lǐng)域,介紹了常用的專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別智，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、定理證明等概念.

人工智能；基本原理；智能技術(shù)

人工智能這個(gè)詞是在1956年夏季，有被譽(yù)為人工智能的數(shù)學(xué)家J.Mocarthy等人在美國(guó)的達(dá)特茅斯大學(xué)(Dartmouth University)舉行的人類歷史上第一次人工智能研討會(huì)議上提出的.J.Mocarthy提出以“Artificial Intelligence”這個(gè)術(shù)語(yǔ)命名，簡(jiǎn)稱AI.人工智能是在1956年作為一門新興學(xué)科而正式提出以來(lái)計(jì)算機(jī)研究和應(yīng)用到一定階段的產(chǎn)物，也是人類認(rèn)識(shí)自身的重要標(biāo)志.它既是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，又是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、語(yǔ)言學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)等多種學(xué)科相互滲透而發(fā)展起來(lái)的綜合性學(xué)科.人工智能又稱為智能模擬，是用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模仿人類的感知、思維、推理等思維活動(dòng).它研究和應(yīng)用的領(lǐng)域包括專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、自然語(yǔ)言理解、機(jī)器人學(xué)、博弈、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)研究領(lǐng)域.人工智能開(kāi)創(chuàng)了從根本上解放人類智力勞動(dòng)的途徑，在實(shí)踐上和理論上都具有重要意義.理論上，它使知識(shí)的范疇進(jìn)一步擴(kuò)展；實(shí)踐上，它促進(jìn)了各領(lǐng)域的飛速發(fā)展.隨著研究和應(yīng)用的不斷深入，人工智能技術(shù)發(fā)展很快.

1 什么是人工智能?

人工智能(Artificial Intelligence,簡(jiǎn)記為AI)是當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的一門前沿學(xué)科,同時(shí)也是一門新思想、新觀念、新理論、新技術(shù)不斷出現(xiàn)的新興學(xué)科,它是在計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)心理學(xué)、哲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等多種學(xué)科研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的綜合性邊緣學(xué)科.人工智能就其本質(zhì)而言,是對(duì)人的思維的信息過(guò)程的模擬，它的最終研究目標(biāo)是構(gòu)造智能計(jì)算機(jī).

2 人工智能的基本原理

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支,是一門研究運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬和延伸人腦功能的綜合性科學(xué),其定義為：一個(gè)電腦系統(tǒng)具有人類的知識(shí)和行為,并具有學(xué)習(xí)、推理判斷來(lái)解決問(wèn)題、記憶知識(shí)和了解人類自然語(yǔ)言的能力.人工智能的產(chǎn)生過(guò)程為:對(duì)于人類因問(wèn)題和事物而引起的刺激和反應(yīng),以及因此而引發(fā)的推理、解決問(wèn)題、判斷及思考決策等過(guò)程,將這些過(guò)程分解成一些步驟,再通過(guò)程序設(shè)計(jì),將這些人類解決問(wèn)題的過(guò)程模擬化或公式化,使電腦能夠有一個(gè)系統(tǒng)的方法來(lái)設(shè)計(jì)或應(yīng)付更復(fù)雜的問(wèn)題.這套能夠應(yīng)付問(wèn)題的軟件系統(tǒng),稱之為人工智能.人工智能是一種技術(shù)而不是一項(xiàng)產(chǎn)品,它的目的是讓電腦更能了解一般化的事物.

人工智能的研究領(lǐng)域非常廣泛,而且涉及的學(xué)科也非常多.目前,人工智能的主要研究領(lǐng)域包括:專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、自然語(yǔ)言理解、自動(dòng)定理證明、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、機(jī)器人學(xué)、智能決策支持系統(tǒng)及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等.下面主要介紹在網(wǎng)絡(luò)教育環(huán)境中常用的智能技術(shù).

3 專家系統(tǒng)

所謂專家系統(tǒng)就是一種在相關(guān)領(lǐng)域中具有專家水平解題能力的智能程序系統(tǒng),它能運(yùn)用該領(lǐng)域，是以知識(shí)為基礎(chǔ)的智能推理系統(tǒng).是最活躍，最有成效的一個(gè)研究領(lǐng)域.主要用在醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探、石油化工、數(shù)學(xué)、軍事等方面.專家系統(tǒng)是一種具有特殊領(lǐng)域內(nèi)大量知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，該系統(tǒng)存儲(chǔ)有某個(gè)專門領(lǐng)域中經(jīng)實(shí)現(xiàn)總結(jié)，并按某種格式表示的專家知識(shí)，以及擁有類似于專家解決實(shí)際問(wèn)題的推理機(jī)制.系統(tǒng)能對(duì)輸入信息進(jìn)行處理，并運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行推理，作出決策和判斷，其解決問(wèn)題的水平達(dá)到專門領(lǐng)域的知識(shí)，使系統(tǒng)達(dá)到模擬專家的程度.簡(jiǎn)單說(shuō)

專家系統(tǒng)=(推理機(jī))+(知識(shí)庫(kù))

專家系統(tǒng)大致分為三個(gè)組成部分:知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和人機(jī)界面,具體結(jié)構(gòu)主要有知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、解釋器、知識(shí)獲取(學(xué)習(xí)系統(tǒng)) 和人機(jī)界面組成,其中知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是核心部分.專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

專家系統(tǒng)通過(guò)提取知識(shí)庫(kù)中的知識(shí),由推理機(jī)進(jìn)行一系列的推理,得出結(jié)論,指導(dǎo)工作.專家系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):

(1)它所解決的問(wèn)題是復(fù)雜而專門的問(wèn)題,這些問(wèn)題很難用精確的數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述,也沒(méi)有確定的算法去解決;

(2)專家系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理算法而是突出知識(shí)的價(jià)值,推廣和應(yīng)用專家知識(shí);

(3)它采用人工智能原理和技術(shù),如符號(hào)表示、符號(hào)推理和啟發(fā)搜索等.

4 機(jī)器學(xué)習(xí)

“學(xué)習(xí)”是一個(gè)有特定目的的知識(shí)獲取過(guò)程,其內(nèi)在行為是獲取知識(shí)、積累經(jīng)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律;外部表現(xiàn)是改進(jìn)性能、適應(yīng)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我完善.

機(jī)器學(xué)習(xí)是計(jì)算機(jī)具有一般有兩種方法：

①人們把有關(guān)知識(shí)歸納、推理、整理、用計(jì)算機(jī)可接受、處理的方法輸入到計(jì)算機(jī)中去；

②使計(jì)算機(jī)自身具有學(xué)習(xí)能力，向書(shū)本、老師、實(shí)踐學(xué)習(xí)，自身完善.

我們稱②為機(jī)器學(xué)習(xí).它包括三方面的研究：

人類學(xué)習(xí)的機(jī)理的研究、學(xué)習(xí)方法的研究、建立面向具體任務(wù)的學(xué)習(xí)系統(tǒng).

機(jī)器學(xué)習(xí)是一個(gè)難度較大的研究領(lǐng)域與腦科學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)聽(tīng)覺(jué)聯(lián)系密切.“學(xué)習(xí)”是一個(gè)有特定目的的知識(shí)獲取過(guò)程,其內(nèi)在行為是獲取知識(shí)、積累經(jīng)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律;外部表現(xiàn)是改進(jìn)性能、適應(yīng)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我完善.

所謂機(jī)器學(xué)習(xí),就是要使計(jì)算機(jī)能模擬人的學(xué)習(xí)行為,自動(dòng)地通過(guò)學(xué)習(xí)獲取知識(shí)和技能,不斷改善性能,實(shí)現(xiàn)自我完善.機(jī)器學(xué)習(xí)主要研究學(xué)習(xí)的機(jī)理、學(xué)習(xí)的方法以及針對(duì)相應(yīng)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)建立學(xué)習(xí)系統(tǒng).

5 模式識(shí)別

謂模式識(shí)別是研究如何使機(jī)器有感知能力的一個(gè)領(lǐng)域，主要含視覺(jué)模式，聽(tīng)覺(jué)模式的識(shí)別，主要內(nèi)容就是讓計(jì)算機(jī)具有自動(dòng)獲取知識(shí)的能力,能識(shí)別文字、圖形、圖像、聲音等.

計(jì)算機(jī)硬件的迅速發(fā)展,計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域不斷開(kāi)拓,急切地要求計(jì)算機(jī)能更有效地感知諸如聲音、文字、圖像、溫度、震動(dòng)等人類賴以發(fā)展自身、改造環(huán)境所運(yùn)用的信息資料.但目前計(jì)算機(jī)卻無(wú)法直接感知它們,鍵盤、鼠標(biāo)等外部設(shè)備,對(duì)于這樣五花八門的外部世界顯得無(wú)能為力.即使是電視攝像機(jī)和話筒等,由于識(shí)別技術(shù)不高,計(jì)算機(jī)并未真正知道所采錄的究竟是什么信息.計(jì)算機(jī)對(duì)外部世界感知能力的低下,成為開(kāi)拓計(jì)算機(jī)應(yīng)用的狹窄瓶頸.于是,著眼于拓寬計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域,提高其感知外部信息能力的學(xué)科—模式識(shí)別得到了迅速發(fā)展.

6 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,運(yùn)用大量的處理部件,由人工方式建立起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).它是在生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的,是對(duì)腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的模擬,具有學(xué)習(xí)能力、記憶能力、計(jì)算機(jī)能力以及智能處理功能.其中學(xué)習(xí)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要特征之一,可以根據(jù)外界環(huán)境來(lái)修改自身的行為.學(xué)習(xí)的過(guò)程即是對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的過(guò)程和不斷調(diào)整它的連接權(quán)值,以使它適應(yīng)環(huán)境變化的過(guò)程.學(xué)習(xí)可分為有教師(或稱有監(jiān)督)學(xué)習(xí)與無(wú)教師(無(wú)監(jiān)督)學(xué)習(xí)兩種類型.

對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究使人們對(duì)思維和智能有了進(jìn)一步的了解和認(rèn)識(shí),開(kāi)辟了另一條模擬人類智能的道路.

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network)是指模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能是由大量處理單元—神經(jīng)元互連而成的網(wǎng)絡(luò).由人工方式建立起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).網(wǎng)絡(luò)的信息處理由神經(jīng)元之間的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn).它是在生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的,是對(duì)腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的模擬,具有學(xué)習(xí)能力、記憶能力、計(jì)算機(jī)能力以及智能處理功能.其中學(xué)習(xí)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要特征之一,學(xué)習(xí)的過(guò)程即是對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的過(guò)程和不斷調(diào)整它的連接權(quán)值,以使它適應(yīng)環(huán)境變化的過(guò)程.學(xué)習(xí)可分為有教師(或稱有監(jiān)督)學(xué)習(xí)與無(wú)教師(無(wú)監(jiān)督)學(xué)習(xí)兩種類型.

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擅長(zhǎng)于處理復(fù)雜的多維的非線性問(wèn)題,既可以解決定性問(wèn)題,又可用于解決定量的問(wèn)題.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模的并行處理和分布的信息存儲(chǔ)能力,良好的自適應(yīng)性,自組織性及很強(qiáng)的學(xué)習(xí)、聯(lián)想、容錯(cuò)及較好的可靠性[6].

7 定理證明

在數(shù)學(xué)中定理證明本身就是一個(gè)智能問(wèn)題.任何一個(gè)定理都是先假設(shè)，然后去演繹，而且還需要用一些直觀、猜測(cè)、歸納等方法去證明.

人工智能的定理證明，主要是用邏輯語(yǔ)言演繹過(guò)程的形式進(jìn)行推理，如醫(yī)學(xué)診斷、信息檢索等.

8 結(jié)束

人工智能技術(shù)即給我們提供了機(jī)遇，又向我們提出了挑戰(zhàn).還有視覺(jué)技術(shù)、機(jī)器人、自動(dòng)翻譯電話、機(jī)器學(xué)習(xí)、自復(fù)制系統(tǒng)等技術(shù)，這些都是有待于我們進(jìn)一步完善的技術(shù)，一旦這些技術(shù)很好的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活做出巨大的貢獻(xiàn).人工智能存在挑戰(zhàn)，也充滿希望.

〔1〕自認(rèn)科學(xué)概說(shuō)[M].桂林：廣西師范大學(xué)出版社，2000.

〔2〕孫珩.淺談人工智能的發(fā)展趨勢(shì)[J].IT 與網(wǎng)絡(luò),2002（3）.

〔3〕呂允文,夏宗寧.材料設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用.材料導(dǎo)報(bào)，1994（6）.

〔4〕廉師友.人工智能技術(shù)導(dǎo)論[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002.

〔5〕艾輝,謝康寧,謝百治.中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)[A].2004.

〔6〕王文杰,葉世偉.人工智能原理與應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2004.

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1673-260X（2012）03-0029-02