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智能主体及应用

智能主体及应用. 肖增良 长沙理工大学. 课程内容. 人工智能 认知科学 软件开发方法学 Agent 及 Mult-Agents 基本原理 Agent-Oriented 软件开发方法 Agent 的应用. 智能机器. 5 th c B.C. Aristotelian logic invented 1642 Pascal built an adding machine 1694 Leibnitz reckoning machine. 智能机器. 1834 Charles Babbage’s

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智能主体及应用

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Presentation Transcript

  1. 智能主体及应用 肖增良 长沙理工大学

  2. 课程内容 • 人工智能 • 认知科学 • 软件开发方法学 • Agent及Mult-Agents基本原理 • Agent-Oriented软件开发方法 • Agent的应用

  3. 智能机器 5thc B.C. Aristotelian logic invented 1642 Pascal built an adding machine 1694 Leibnitz reckoning machine

  4. 智能机器 1834 Charles Babbage’s Analytical Engine Ada writes of the engine, “The Analytical Engine has no pretensions whatever to originate anything. It can do whatever we know how to order it to perform.” The picture is of a model built in the late 1800s by Babbage’s son from Babbage’s drawings.

  5. 布尔逻辑 1848 George Boole The Calculus of Logic chocolate nuts mint chocolate and  nuts and mint

  6. 20世纪初的数学基础 1900 Hilbert’s program and the effort to formalize mathematics 1931 Kurt Gödel’s paper, On Formally Undecidable Propositions 1936 Alan Turing’s paper, On Computable Numbers with an application to the Entscheidungs problem

  7. ENIAC出现 1945 ENIAC The first electronic digital computer

  8. 图灵测试 The Turing Test • 1950: Alan Turing的文章 “Computing Machinery and Intelligence.” Mind, Vol. 59, No. 236, pp. 433-460提出图灵测试

  9. 人工智能的诞生 • 1956:世界上第一次正式的AI会议 • 美国的Dartmouth College，为期2月 • John McCarthy 正式提出“Artificial Intelligence”这一术语 • 著名参加者：J.McCarthy、C.Shannon、M.Minsky、N.Wiener、W.McCulloch、S.Papert

  10. 人工智能的发展 • 知识工程时期 • 1981: 日本政府宣布日本五代机（first-generation computer）计划（即智能计算机） • 1982: John Hopfield 掀起神经网络的研究 • 1983: MCC （Microelectronics and Computer Technology Corporation）成立（Bobby Inman 任主任）

  11. New Society New Sciences New Education Info Bio Enhancing Human Performance Nano Cogno New Applications New Industries New Human being 科学发展大趋势

  12. 技术创新浪潮的经济长波规律 （康德拉捷夫） 石油化学 电子 航空 数字网络 软件 新媒体 蒸汽 铁路 钢 电 化学品 内燃机 水力 纺织 铁 创 新 步 伐 机械化 铁路化 电气化 电子化 数字化 第一次浪潮 第二次浪潮 第三次浪潮 第四次浪潮 第五次浪潮 1785 1845 1900 1950 1990 19992020 60年 55年 50年 40年 30年

  13. 对21世纪技术创新浪潮长波的猜想 生物基因 （蛋白质） 纳米材料 数字网络 软件 新媒体 ？？？ ？？？ 脑科学 智能技术 创 新 步 伐 第一次浪潮 第二次浪潮 第三次浪潮 第四次浪潮 19902020 2050 2080 2100

  14. 智能科学 20世纪末,生物信息学 人类23对染色体

  15. 智能科学 智能科学研究智能的基本理论和实现技术，是由脑科学、认知科学、人工智能等学科构成的交叉学科。21世纪智能科学的研究将会取得突破性进展，将进一步揭示人类智能的本质，人类将在认识自身起源与演化、脑与神经系统的结构、发育、功能等方面取得重大进展。我们要抓住智能科学的大好发展机遇，以创新的思路，积极开展研究。

  16. Actions from thoughts ( Nature 409, 2001 ) 智能科学 • 智能不仅要功能模拟, 而且要机理模拟

  17. 国家中长期发展战略 • 智能信息处理与认知科学技术 认知科学和技术是21世纪可能取得重大突破的战略高技术。研究重点包括:研究智能系统的计算理论和模型;研究学习机制，提出新的机器学习理论和方法;研究以理解自然语言为重点的中文信息处理技术;研究自然和谐、善解人意的人机交互技术，特别是图象、语音、手势和表情理解;研究具有海量性、分布性、开放性、共享性、异构性和多媒体性等特点的因特网上知识处理和内容处理技术;研究人的认知模型，建立脑功能成像数据库;建设以海量知识库为重点的国家知识基础设施;发展知识科学技术、知识工程和知识产业。

  18. 国家自然科学基金十一五战略重点 • 智能科学和智能机器人 • 机器感知和模式识别 • 认知过程与智能信息处理

  19. 脑科学 脑科学从分子水平、细胞水平、行为水平研究脑结构, 建立脑模型，揭示自然智能机理和脑本质。 硬件系统

  20. 神经元: 胞体 突起:树突 轴突

  21. 神经活动 F神经信号的发生、转导、传导、突触传递等。 F神经递质的合成、维持、释放及与受体的相互作用的研究都取得了令人瞩目的进展。 F对神经元和神经系统发育的分子机制的研究 19世纪未叶，Cajal染色法的发明在技术上为Cajal的神经元学说不得准备了前提条件。20世纪40年代末期微电极的发明，开创了神经生理研究的新时代，对神经活动的认识因此出现了重大的飞跃。

  22. 突 触 神经元与神经元之间，或神经元与非神经细胞（肌细胞、腺细胞等）之间的一种特化的细胞连接，称为突触（synapse）。它是神经元之间的联系和进行生理活动的关键性结构。突触可分两类，即化学性突触（chemical synapse）和电突触（electrical synapsse）。通常所说的突触是指前者而言。

  23. 神经网络 神经网路的复杂多样，不仅在于神经元和突触的数量大、组合方式复杂和联系广泛，还在于突触传递的机制复杂。现在已经发现和阐明的突触传递机制有：突触后兴奋，突触后抑制，突触前抑制，突触前兴奋，以及“远程”抑制等等。在突触传递机制中，释放神经递质是实现突触传递机能的中心环节，而不同的神经递质有着不同的作用性质和特点

  24. 脑功能成像数据库 (1)有中国人特色的大脑标准化方法。现有的脑功能成像数据库基本上都是基于Talairach坐标进行标准化。要对现有的数据进行分析研究，提出有中国人特色的，能够体现大脑精细结构差异的大脑标准化方法； (2)超大规模脑功能成像数据的快速存取技术； (3)脑功能区划分（segmentation）的方法和技术； (4)基于内容的层次型脑功能成像数据库体系结构； (5)脑功能区的动态变化的跟踪、演示与存储。

  25. 认知科学 认知科学是研究人类 感知、学习、记忆、思维、意识等人脑心智(Mind)活动过程的科学。 软件系统

  26. 物理符号系统 • 我们把人看成一个信息加工系统，常称作物理符号系统。用物理符号系统主要是强调所研究的对象是一个具体的物质系统，如计算机的构造系统，人的神经系统、大脑神经元等。所谓符号就是模式；任何一个模式，只要它能和其它模式相区别，它就是一个符号。不同的英文字母就是不同的符号。对符号进行操作就是对符号进行比较，即找出哪个是相同的符号，哪几个是不同的符号。物理符号系统的基本任务和功能就是辨认相同的符号和区分不同的符号。符号既可以是物理的符号，也可以是头脑中的抽象的符号，可以是计算机中的电子运动模式，或可以是头脑中的神经元的某种运动方式。纸上的文字是物理符号系统，但这是一个不完善的物理符号系统，因为它的功能只是存储符号，即把字保留在纸上。一个完善的符号系统还应该有更多的功能。 5) Pinker, Steven, 1997, How the Mind Works, W.W. Norton, New York, NY, pp.21.

  27. 纯认知系统

  28. 诺尔曼模型 • 人的心理活动是一个整体，是认知因素(感知、表象、记忆、思维等)和非认知因素(情感、意志、动机、兴趣等)的辩证统一，因此必须考虑情感等因素对认知和行为的影响。诺尔曼在1979年提出诺尔曼模型。这个模型是以控制系统为中心，感觉输入和运动输出都直接与它相联。在控制系统和认知系统之间是情感系统，指出情感等因素的重要性。 5) Pinker, Steven, 1997, How the Mind Works, W.W. Norton, New York, NY, pp.21.

  29. 诺尔曼模型

  30. SOAR模型

  31. Sloman’s Architecture

  32. World A+B Client MindM A+B World A World B MindM A MindM B Mind Mind Mind Mind Mind Mind 心智社会

  33. 认知系统 思维 记忆 学习 感知 注意 觉知 工作记忆 意识 意识系统 心智模型

  34. 感知过程和知觉表达 知觉信息的表达是知觉研究的基本问题，是研究其它各个层次认知过程的基础。知觉过程是从那里开始的？外在物理世界的那些变量具有心理学的知觉意义？作为知觉的计算模型计算的对象是什么？ 现有脑成像技术的时间、空间分辨能力将大幅度提高，新的无创伤检测脑活动的技术将进一步发展起来。

  35. 学习 学习在脑内如何发生，是神经生物学的核心问题之一。学习导致神经系统结构和功能上的精细修饰，形成记忆痕迹。揭示学习的神经机制，对理解人类智力的本质具有重大意义。

  36. 学习模型 外界环境 内省学习机 观察学习机 库识知 执行单元

  37. 华生—行为主义心理学派 美国心理学家行为主义心理学派的创始人。1878年1月9日出生于美国卡罗来纳州格林维尔城外的一个农庄，16岁时进入格林维尔的福尔满大学学习哲学，21岁获得哲学硕士学位，1900年入芝加哥大学研究哲学与心理学，师从教育哲学家J·杜威、心理学家J·R·安吉尔、神经生理学家H·H唐纳尔森和生物学家J·洛布。1903年以题为《动物的教育》的论文获芝加哥大学心理学博士学位，随之出任芝加哥大学讲师和心理实验室主任，1908年受聘为霍普金斯大学正式教授。

  38. 行为主义学习理论 • 该理论认为: • 1、学习是刺激与反应的联结，以S表示刺激，R表示反应，那么这种联结就可以用公式表示为：S-R； • 2、学习过程中强化很重要，如果在一个行为出现以后，能够马上进行强化，那么该行为的强度就会增强

  39. 斯金纳--新行为主义学派 美国心理学家，新行为主义的主要代表。1904年生于美国宾夕法尼亚州萨斯奎汉纳，1922年进纽约哈密尔顿学院主修文学，获英语科学士学位。后上哈佛大学专修心理学，师从当时著名的心理学家E·G布林。1930年和1931年分别获该校心理学硕士学位和哲学博士学位。此后5年时间留任哈佛大学研究员。1936—1944任明尼苏达大学讲师、副教授。在第二次世界大战期间曾参与美军秘密作战计划，采用操作性条件反射的方法训练鸽子，用以控制飞弹与鱼雷。1945年出任印第安纳大学心理学系主任。1948年重返哈佛大学，担任心理学终生教授。1990年8月18日卒于波士顿。

  40. 斯金纳学习 • 斯金纳总结出了下面的三个公式： • 反应+强化——增强反应 • 反应无强化——减弱反应 • 反应+惩罚——压抑反应

  41. 斯金纳学习 三个学习的基本原理： 1、内驱力演化为动机作用 2、反应演化为积极反应原理 3、奖励（或强化）演化为即时强化与反馈

  42. 认知学派学习理论 （1）重视人在学习活动中的主体价值，充分肯定了学习者的自觉能动性； （2）强调认知、意义理解、独立思考等意识活动在学习中的重要地位和作用； （3）重视了人在学习活动中的准备状态。即一个人学习的效果，不仅取决于外部刺激和个体的主观努力，还取决于一个人已有的知识水平、认知结构、非认知因素。准备是任何有意义学习赖以产生的前提； （4）重视强化的功能。认知学习理论由于把人的学习看成是一种积极主动的过程，因而很重视内在的动机与学习活动本身带来的内在强化的作用； （5）主张人的学习的创造性。

  43. 认知学派学习理论 认知学派的代表性学说: 格式塔学派的学习理论 托尔曼的认知目的理论 皮亚杰的图式理论 维果斯基的内化论 布鲁纳的认知发现理论 奥苏伯尔的有意义学习理论 加涅的信息加工学习理论 以及建构主义的学习理论 认知主义学习理论的代表人物是皮亚杰、纽厄尔等。

  44. 皮亚杰—建构主义奠基人 • 皮亚杰(JeanPiaget),瑞士心理学家。1896年8月9日生于瑞士的纳沙特尔(Nenchâtel),卒于1980年12月16日。1918年在纳沙特尔大学得科学博士学位

  45. 罗杰斯，卡尔·兰塞姆(Rogers,Carl Ransom 1902—？)美国心理学家，人本主义心理学的代表之一 。 他认为每个人都生而有之地具有自我实现的趋向，崇尚自我实现、自我完善

  46. 记忆 记忆在脑内如何发生，是神经生物学的核心问题之一。学习导致神经系统结构和功能上的精细修饰，形成记忆痕迹。揭示记忆的神经机制，对理解人类智力的本质具有重大意义。

  47. 记忆

  48. 记忆过程：编码、存储与提取 • 记忆过程通常包括三个相互有机联系的阶段： • 编码（encoding） • 存储（storage） • 提取（retrieval）

  49. 情景记忆和语义记忆Tulving • Tvlving把记忆分成2种: 情景记忆和语义记忆。 • 情景记忆 1. 接收並储存过去的情节、事件或事件中的相关性。 2. 特定事件建立情节记忆，並像自传似的被储存。 3. 容易改变和流失、缺乏具体架构，但在形成辨认过去事件的基礎上很重要。

  50. 语义记忆 1. 字、概念、規則、抽象概念的记忆，对语言的使用是必須的。 2. Tulving认为它是心理的分類词典…… 3. 在日常生活中常提取语意记忆，像与人对话、解决问题、阅读等。 4. 我们可以在短时间內处理不同的讯息，是因为有效的提取过程和组织良好的语义记忆。

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