人工智能导论
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人工智能的起源和发展

在古代的各种诗歌和著作中,就有人不断幻想将无生命的物体变成有生命的人类,如公元8年,古罗马诗人奥维德完成了《变形记》,其中象牙雕刻的少女变成了活生生的少女;中国上古时代大神女娲用黄泥和水捏出的人,落地之后就有了生命;1816年,人工智能机器人的先驱玛丽·雪莱在《弗兰肯斯坦》中描述了人造人的故事。

在漫长的历史长河中,人类一直致力于创造越来越精密复杂的机器来节省体力,也发明了很多工具用于降低脑力劳动量,如算筹、算盘和计算器,但它们的应用范围十分有限。随着第三次工业革命的到来,机器的算力实现了几何级数的增长,推动了人工智能应用的落地。

人工智能学科诞生于20世纪50年代中期,由于计算机的出现与发展,人们开始了真正意义上的人工智能的研究。虽然计算机为人工智能提供了必要的技术基础,但直到20世纪50年代早期,人们才注意到人类智能与机器之间的联系。诺伯特·维纳是最早研究反馈理论的美国人之一,最著名的反馈控制的例子是自动调温器,它将采集到的房间温度与希望的温度进行比较,并做出反应将加热器开大或关小,从而控制房间温度。这项研究的重要性在于从理论上指出了所有的智能活动都是反馈机制的结果,对早期人工智能的发展影响很大。

1956年,美国达特茅斯学院助教麦卡锡、哈佛大学明斯基、贝尔实验室香农、lBM公司信息研究中心罗彻斯特、卡内基·梅隆大学纽厄尔和赫伯特·西蒙、麻省理工学院塞夫里奇和所罗门夫,以及lBM公司塞缪尔和莫尔,在美国达特茅斯学院举行了为期两个月的学术讨论会,从不同学科的角度探讨了人类各种学习和其他智能特征的基础,以及用机器模拟人类智能等问题,并首次提出了人工智能这个术语。从此,人工智能这门新兴学科诞生。这些人的研究领域包括数学、心理学、神经生理学、信息论和计算机。对于他们的名字人们并不陌生,如香农是信息论的创始人,塞缪尔编写了第一个计算机跳棋程序,麦卡锡、明斯基、纽厄尔和西蒙都是“图灵奖”的获得者。

这次会议之后,美国很快形成了3个从事人工智能研究的中心,即以西蒙和纽厄尔为首的卡内基·梅隆大学研究组,以麦卡锡、明斯基为首的麻省理工学院研究组,以塞缪尔为首的lBM公司研究组。

⊙知识拓展⊙

人工智能的三大学派

目前人工智能有三家主要学派,即符号主义、连接主义和行为主义。符号主义又称为逻辑主义、心理学派或计算机学派,主要依据物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性原理;连接主义又称为仿生学派或生理学派,其原理为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法;行为主义又称进化主义或控制论学派,主要依据控制论及“感知-动作”型控制原理。这三个学派对人工智能发展历史具有不同的看法。

1.符号主义学派

符号主义认为人工智能源自数学逻辑。数学逻辑自19世纪末迅速发展,计算机出现后,逻辑演绎系统被计算机实现,随后发展出启发式算法、专家系统、知识工程理论与技术,并在20世纪80年代获得了长足发展。曾长期一枝独秀的符号主义为人工智能的发展做出重大贡献,尤其是成功开发和应用专家系统,这对于将人工智能引入工程应用和实现理论联系实际具有特别重要的意义。即使后期出现了其他人工智能学派,符号主义仍然是人工智能的主流学派。

2.连接主义学派

连接主义认为人工智能源于仿生学,尤其是对人脑模型的研究。其代表性成果是1943年由生理学家麦卡洛克和数理逻辑学家皮茨创立的MP脑模型,开创了用电子装置模拟人类大脑结构和功能的新途径。20世纪60至70年代,连接主义开始兴起对以感知机为代表的脑模型的研究,但受当时理论模型、生物原型和技术条件的限制,20世纪70年代末至80年代初脑模型研究陷入低谷,直到霍普菲尔德教授提出用硬件来模拟神经网络,连结主义才再度兴起。自鲁梅哈特等人提出多层网络中的反向传播(BP)算法以后,从模型到算法,从理论分析到工程实现,连接主义重整旗鼓,为神经网络计算机走向市场奠定了基础。

3.行为主义学派

行为主义认为人工智能是控制论的产物。把神经系统的工作原理与信息理论、控制理论、逻辑及计算机联系起来,是早期人工智能研究人员的重要思路。维纳和麦克洛克等人提出的控制论和自组织系统,以及钱学森等人提出的工程控制论和生物控制论对许多领域都产生了影响。控制论早期研究工作主要集中于模拟人在控制过程中的智能行为和作用,如自寻优、自适应、自校正、自镇定、自组织和自学习等,并进行“控制论动物”的研制。20世纪六七十年代开始,这些控制论系统的研究取得一定进展,为智能控制和智能机器人的产生奠定了基础,20世纪80年代,智能控制和智能机器人系统诞生。近几年,行为主义学派才引起了人工智能研究者的兴趣和关注。布鲁克斯的六足机器人是这一学派的代表,这种机器人基于感知动作模式的模拟昆虫行为控制系统,被视为新一代的“控制论动物”。