第 1 章 绪论

第 1 章 绪论

1.1 人工智能的起源

  • 达特茅斯会议 :1956 年由麦卡锡、明斯基、香农、罗契斯特等提出"人工智能"概念
  • 核心定义:以机器为载体实现的人类智能延伸
  • 研究目标:让机器具备认知、思考和学习能力

1.2 可计算载体:形式化与机械化

  1. 荀子的智能观:知觉、智慧、本能、智能:从感知、到理解、到认知、到决策与行动

  2. 计算的诞生:从手工计算到自动计算、从可计算到不可计算

  3. 形式化系统三要素

    • 完备性:所有能够从该形式化系统推导出来

    • 一致性:一个命题不可能同时为真或为假

    • 可判定性:算法在有限步内判定命题的真伪

  4. 哥德尔不完备定理:形式系统无法兼具完备性与一致性

  5. 计算理论突破

  6. 图灵机:机械化计算的理论模型

  7. 邱奇-图灵论题:凡是可计算的函数都可以用图灵机计算

1.3 人工智能的分类

1.3.1 从典型应用对人工智能分类
  • **符号学派:**人工智能主流方法,符号主义人工智能

    • 符号主义人工智能为核心的逻辑推理
    • 物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性原理,关系和属性符号化
  • **联结学派:**联结主义(数据驱动的学习)

    • 用大数据(有监督学习):挖掘数据所蕴含的内在模式
    • 机器挖掘得到的视觉模式
  • **行为学派:**行为主义(从经验中学习)

学习模式 代替了 不是因为
符号主义 (用规则教) 与人类逻辑推理相似, 解释性强 难以构建完备的知识规则
联结主义 (用数据学) 直接从数据中学 以深度学习为例:依赖于 数据、解释性不强
行为主义 (用问题引导) 从经验中进行能力的 持续学习 非穷举式搜索而需更好策略

**例子:**从AlphaGo到AlphaGo Zero(元)

  • 典型的规则、数据和行为相互协调的智能算法
  • 深度学习:从人类选手围棋比赛得到训练数据
  • 强化学习:
  • 蒙特卡洛树搜索
  1. 深度学习有效编码感知棋面
  2. 强化学习主力序贯决策行动
  3. 蒙特卡洛搜索支持从浩渺样本空间中采样 (st→atst+1→at+1st+2...→aTsT)(s_{t} \stackrel{a_{t}}{\to } s_{t+1} \stackrel{a_{t+1}}{\to } s_{t+2} ... \stackrel{a_{T}}{\to } s_{T})(st→atst+1→at+1st+2...→aTsT)
1.3.2 从智能角度对人工智能分类
1.3.3 从典型应用对人工智能进行分类

1.4 智能计算方法

1.3.1 符号主义(逻辑推理)
  • 核心方法:命题逻辑、谓词逻辑、知识图谱、因果推理

  • 推理类型

    • 归纳推理:特殊 → 一般(例:语言实例归纳)

    • 演绎推理:一般 → 特殊(例:三段论)

    • 因果推理:结构因果模型(关联 → 干预 → 反事实)

    • 专家系统:基于符号规则的知识推理体系

1.3.2 问题求解(搜索算法)
  • 算法分类
    • 无信息搜索:广度优先/深度优先搜索

    • 启发式搜索:A*算法、贪婪最佳优先

    • 对抗搜索:Alpha-Beta 剪枝、蒙特卡洛树搜索

    • 博弈场景应用:围棋、国际象棋策略优化

1.3.3 数据驱动(机器学习)
  • 监督学习:训练数据标注(线性回归、SVM、决策树)

  • 无监督学习:数据聚类/降维(K-Means、主成分分析)

  • 深度学习:端到端特征学习(CNN、RNN)

1.3.4 行为主义(强化学习)
  • 核心机制:环境交互 → 序列决策 → 奖励反馈

  • Q 学习:状态-行为效用表构建

  • 深度强化学习:神经网络参数化策略

1.3.5 博弈对抗(群体智能)
  • 博弈论基础:纳什均衡理论

  • 典型应用:非完全信息博弈(德州扑克 AI)

  • 混合方法:AlphaGo 融合搜索+深度学习+强化学习

1.5 人工智能的三次低谷

  1. 第一次低谷:1973年英国发表James Lighthill 报告
    • 该报告评判AI基础研究中A自动机、B机器人和C中央神经系统
    • 报告得出结论:A和C的研究有价值,但进展令人失望。B的研 究没有价值,进展非常令人失望。建议取消B的研究。
    • **教训:**AI尚属婴儿期,难以测算准确
  2. 第二次低谷:日本智能(第五代)计算机研制失败
    • 1982年开始,1992年结束
    • **教训:**驱动AI的发展要靠软件、数据和只是,而非只依靠硬件
  3. 第三次低谷:知识词典日趋势微、网络百科兴起
    • **教训:**只是不能靠专家表达,要自动学习

1.6 现状与挑战

  • 领域局限:当前 AI 属于"弱人工智能"范畴

  • 关键技术障碍

  • 开放式问题的动态决策能力不足

  • 人类直觉与迁移学习的机理未明

  • 发展趋势

  • 混合增强智能:人机协同强化

  • 类脑计算:神经形态架构探索

  • 伦理治理:AI 可解释性与安全性研究

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