人工智能科技史选修课论文

Xx大学信息与电气工程学院2015－2016 学年第一学期《科学史与科学思想方法》课程论文

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人工智能技术介绍

摘要：随着科技的发展，科学技术被越来越多的人运用，并创造了巨大的价值。如今，人们越来越依赖科学技术。在科技的发展中，逐渐进入了智能科技的时代，人工智能也越来越重要。本文介绍了人工智能发展的过程，主要技术及发展现状，人工智能的研究方向、研究领域、应用领域。

一．人工智能的基本概念

人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）是计算机学科的一个分支，二十世纪七十年代以来被称为世界三大尖端技术之一（空间技术、能源技术、人工智能）。也被认为是二十一世纪（基因工程、纳米科学、人工智能）三大尖端技术之一。这是因为近三十年来它获得了迅速的发展，在很多学科领域都获得了广泛应用，并取得了丰硕的成果，人工智能已逐步成为一个独立的分支，无论在理论和实践上都已自成一个系统。

二．人工智能的发展历程

人工智能的发展历程大致可以分为下面五个阶段。

第一阶段:20世纪50年代，人工智能的兴起。人工智能概念在1956年首次提出后，相继出现了一批显著的成果，如机器定理证明、跳棋程序、通用问题s求解程序、LISP表处理语言等。但是由于消解法推理能力有限以及机器翻译等的失败，使人工智能走入了低谷。这一阶段的

特点是重视问题求解的方法，而忽视了知识的重要性。

第二阶段: 60年代末到70年代，专家系统出现，使人工智能研究出现新高潮。DENDRAL化学质谱分析系统、MYCIN疾病诊断和治疗系统、PROSPECTIOR探矿系统、Hearsay－II语音理解系统等专家系统的研究和开发，将人工智能引向了实用化。并且，1969年成立了国际人工智能联合会议( International Joint Conferences on Artificial Inte lligence即IJCAI)。

第三阶段:80年代，随着第五代计算机的研制，人工智能得到了飞速的发展。日本在1982年开始了“第五代计算机研制计划”，即“知识信息处理计算机系统KIPS”，其目的是使逻辑推理达到数值运算那么快。虽然此计划最终失败，但它的开展形成了一股研究人工智能的热潮。

第四阶段:80年代末，神经网络飞速发展。1987年，美国召开第一次神经网络国际会议，宣告了这一新学科的诞生。此后，各国在神经网络方面的投资逐渐增加，神经网络迅速发展起来。

第五阶段:90年代，人工智能出现新的研究高潮。由于网络技术特别是国际互连网技术的发展，人工智能开始由单个智能主体研究转向基于网络环境下的分布式人工智能研究。不仅研究基于同一目标的分布式问题求解，而且研究多个智能主体的多目标问题求解，将人工智能更面向实用。另外，由于Hopfield多层神经网络模型的提出，使人工神经网络研究与应用出现了欣欣向荣的景象。

三．人工智能的研究方向

1．问题求解

人工智能的第一个大成就是发展了能够求解难题的下棋程序。在下棋程序中应用的某些技术把困难的问题分成一些比较容易的子问题，发展成为搜索和问题归约这样的人工智能基本技术。今天的计算机程序能够下锦标赛水平的各种方盘棋、十五子棋和国际象棋。另一种问题求解程序把各种数学公式符号汇编在一起，其性能达到很高的水平，并正在为许多科学家和工程师所应用。有些程序甚至还能够用经验来改善其性能。

2．逻辑推理与定理证明

逻辑推理是人工智能研究中最持久的子领域之一。其中特别重要的是要找到一些方法，只把注意力集中在一个大型数据库中的有关事实上，留意可信的证明，并在出现新信息时适时修正这些证明。对数学中臆测的定理寻找一个证明或反证，确实称得上是一项智能任务。为此不仅需要有根据假设进行演绎的能力，而且需要某些直觉技巧。

1976年7月，美国的阿佩尔(K.Appel)等人合作解决了长达124年之久的难题--四色定理。他们用三台大型计算机，花去1200小时CPU时间，并对中间结果进行人为反复修改500多处。四色定理的成功证明曾轰动

计算机界。

3，自然语言理解

自然语言处理也是人工智能的早期研究领域之一，已经编写出能够从内部数据库回答用英语提出的问题的程序，这些程序通过阅读文本材料和建立内部数据库，能够把句子从一种语言翻译为另一种语言，执行用英语给出的指令和获取知识等。有些程序甚至能够在一定程度上翻译从话筒输入的口头指令(而不是从键盘打入计算机的指令)。目前语言处理研究的主要课题是：在翻译句子时，以主题和对话情况为基础，注意大量的一般常识--世界知识和期望作用的重要性。

人工智能在语言翻译与语音理解程序方面已经取得的成就，发展为人类自然语言处理的新概念。

4．自动程序设计

这个领域的工作叫做自动程序设计。已经研制出能够以各种不同的目的描述(例如输入/输出对，高级语言描述，甚至英语描述算法)来编写计算机程序。这方面的进展局限于少数几个完全现成的例子。对自动程序设计的研究不仅可以促进半自动软件开发系统的发展，而且也使通过修正自身数码进行学习(即修正它们的性能)的人工智能系统得到发展。自动编制一份程序来获得某种指定结果的任务同证明一份给定程序将获得某种指定结果的任务是紧密相关的。后者叫做程序验证。许多自动程序设计系统将产生一份输出程序的验证作为额外收获。5．专家系统

专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部具有大量专家水平的某个领域知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。也就是说，专家系统是一个具有大量专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术，根据某个领域一个或多个人类专家提供的知识和经验进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以解决那些需要专家决定的复杂问题。

当前的研究涉及有关专家系统设计的各种问题。这些系统是在某个领域的专家(他可能无法明确表达他的全部知识)与系统设计者之间经过艰苦的反复交换意见之后建立起来的。在已经建立的专家咨询系统中，有能够诊断疾病的(包括中医诊断智能机)，估计潜在石油等矿藏的，研究复杂有机化合物结构的以及提供使用其它计算机系统的参考意见等。发展专家系统的关键是表达和运用专家知识，即来自人类专家的并已被证明对解决有关领域内的典型问题是有用的事实和过程。专家系统和传统的计算机程序最本质的不同之处在于专家系统所要解决的问题一般没有算法解，并且经常要在不完全、不精确或不确定的信息基础上作出结论。

专家系统可以解决的问题一般包括解释、预测、诊断、设计、规划、监视、修理、指导和控制等。高性能的专家系统也已经从学术研究开始进入实际应用研究。随着人工智能整体水平的提高，专家系统也获得发

展。正在开发的新一代专家系统有分布式专家系统和协同式专家系统等。在新一代专家系统中，不但采用基于规则的方法，而且采用基于模型的原理。

6．机器学习

学习能力无疑是人工智能研究上最突出和最重要的一个方面。人工智能在这方面的研究近年来取得了一些进展。学习是人类智能的主要标志和获得知识的基本手段。机器学习(自动获取新的事实及新的推理算法)是使计算机具有智能的根本途径。正如香克(R. Shank)所说："一台计算机若不会学习，就不能称为具有智能的。"此外，机器学习还有助于发现人类学习的机理和揭示人脑的奥秘。所以这是一个始终得到重视，理论正在创立，方法日臻完善，但远未达到理想境地的研究领域。

四．专家系统具体介绍

专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。

专家系统有七个组成部分，每一个成份在构建专家系统中都是十分重要的。具体组成部分为：用户、当前问题信息、用户界面、知识库、专家编辑器、推理机、解决方案。

(1)专家系统的特点：

1.具有专家水平的专业知识

要解决只有人类专家才能解决的复杂问题就必须依赖于专家的知识，也是知识库系统的共同特点。知识越丰富，质量越高，解决问题的能力就越强。

2.能进行有效的推理

要利用专家知识求解领域的具体问题，而问题求解过程就是一个推理过程，所以专家系统必须有推理机构。专家系统的核心是知识库和推理机。

3.具有启发性

专家系统除要利用大量专业知识外，还必须利用经验的判断知识来对求解问题作出多个假设。依据某些条件选定一个假设，使推理继续进行。

4.具有灵活性

在专家系统的体系结构中，知识库与推理机既相互联系、又相互独立。

5.具有透明性

专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以便让用户能够了解推理过程，提高对专家系统的信赖感。

6.具有交互性

专家系统具有较好的人机界面。一方面需要与领域专家或知识工程师

进行对

话以获取知识，另一方面也需要不断从用户处获得所需要的已知事实并回答用户的询问。

7.能根据不确定的知识进行与推理

领域专家解决问题大多是经验性的，这些经验性的知识表示出来往往是不精确的，问题本身提供的信息往往也不精确，ES就是要利用这些模糊的信息和知识进行推理，得出结论。

(2)专家系统的具体应用分析

由于专家系统就是一种计算机应用系统，所以，其应用范围没有什么限制。如它可以代替高级医生看病、开处方，可以协助地质学家估计矿藏量、确定打井位置，可以代替育种专家提出各种杂交亲本的选配方案，可以根据市场以及生产中提出的数据和信息，依据一定的数学方法科学地安排生产流程，等等。

例如：基于模糊技术的模糊专家系统模型是建立在模糊数学基础上的，这样产生了基于模糊规则的专家控制系统，也叫做模糊专家控制系统。模糊专家系统采用隶属度和模糊集合来表示信息，并利用模糊技术推理的方法来对获得的信息进一步推理，模糊专家控制可以对得到的信息进行全部或部分的利用模糊技术来获取知识，表示知识并运用。它的核心是模糊推理机，可以根据模糊知识库中的不确定性进行推理、策略、解决系统问题，并给出认为合理的控制命令。此控制方法可应用于模型不太充分、不太精确，甚至不存在的复杂对象。

(3)专家系统的意义

专家系统是一种智能计算机系统，所以，专家系统将计算机的应用提高到了一个新的高度和水平。专家系统的建立，实现了人类专家的“分身”和“延年”——使专家们丰富而宝贵的知识和经验能不受时间和空间的限制，而得到最大限度地传播和应用，从而产生最大的社会效益和经济效益。

结束语：

人工智能虽然在现在社会发展领域取得了一定的成就，然而它的发展也并不是一帆风顺的，也曾因计算机计算能力的限制无法模仿人脑的思考以及与实际需求的差距过远而走入低谷，但是随着硬件和软件的发展，计算机的运算能力在以指数级增长，同时网络技术蓬勃兴起，确保计算机已经具备了足够的条件来运行一些要求更高的软件，而且现在的具备了更多的现实应用的基础。

90年代以来，人工智能研究又出现了新的高潮。今后，基础研究的比例应该适当提高，同时人工智能研究一定要与应用需求相结合。科学研究讲创新，而创新必须接受应用和市场的检验。因此，我们不仅要善于找到解决问题的答案，更重要的是要发现最迫切需要解决的问题和最迫切需要满足的市场需求。

参考文献

[1] 孙志楠,工智能在电气自动化控制中的应用,现代商业贸易出版社，2013，06

[2] 吴泉源，刘江宁，人工智能与专家系统，北京：国防科技大学出版社，1999

[3] 廉师友，人工智能技术导论，西安：西安电子科技大学出版社，2007