本書介紹了機(jī)器智能的基本概念、理論方法和應(yīng)用情況，全書共10章，主要內(nèi)容包括智能、信息、知識、決策等相關(guān)的基本概念，結(jié)構(gòu)模擬方法（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）的研究思路、基本模型、學(xué)習(xí)算法、工作原理、典型應(yīng)用以及優(yōu)勢與困難，功能模擬方法（傳統(tǒng)人工智能、專家系統(tǒng)）的知識表示、知識獲取、知識應(yīng)用以及困難所在，行為模擬方法（感知動作系統(tǒng)）的機(jī)器感知、模式分類、感知動作系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算智能以及局限性，機(jī)制模擬方法（信息知識智能轉(zhuǎn)換）的全信息理論、知識理論、知識生態(tài)模型、智能生成機(jī)制以及全信息自然語言理解等，并通過機(jī)制模擬把多年來相對獨(dú)立發(fā)展的結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬和行為模擬三大學(xué)派有機(jī)地融為一體，介紹了智能統(tǒng)一理論。在此基礎(chǔ)上，拓展介紹了智能與情感相互作用模型、機(jī)器智能的宏觀應(yīng)用（智能信息網(wǎng)絡(luò)）和微觀應(yīng)用（智能機(jī)器人）以及機(jī)器智能領(lǐng)域的幾個前沿未決問題，包括復(fù)雜系統(tǒng)理論、不確定性理論和智能數(shù)學(xué)。本書可作為高等院校智能科學(xué)與技術(shù)相關(guān)專業(yè)高年級本科生的教材以及計(jì)算機(jī)類、信息技術(shù)類與自動化類相關(guān)專業(yè)本科生的參考用書，也適合對智能科學(xué)技術(shù)有興趣的廣大讀者閱讀。
隨著時代的發(fā)展和進(jìn)步，以智慧地球、智能制造、智能城市等為信息化社會智能標(biāo)志的智能化進(jìn)程在穩(wěn)步推進(jìn)，智能機(jī)器人、互聯(lián)網(wǎng)+與各行各業(yè)的結(jié)合，在新的領(lǐng)域創(chuàng)造新的生態(tài)活動，使信息技術(shù)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)形成生態(tài)融合。
信息化和智能化是人類社會發(fā)展的大趨勢。信息化的發(fā)展日益走向成熟，智能化的發(fā)展正在成為關(guān)注焦點(diǎn)。戰(zhàn)勝國際象棋世界冠軍的DeeperBlue，戰(zhàn)勝“危險(xiǎn)邊沿”問題搶答競賽全美冠軍的Watson，以及戰(zhàn)勝圍棋世界冠軍的AlphaGo，都是智能科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的象征。
本書是我社針對智能科學(xué)的發(fā)展，面向智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)出版的規(guī)劃教材中的一本。通過對機(jī)器智能基本概念和模擬方法的梳理，把智能研究領(lǐng)域原先互相分離的結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬、行為模擬三大主流方法融為一體；同時，通過對各個主流方法的研究，繼承與發(fā)展已有的優(yōu)秀成果，展示機(jī)器智能領(lǐng)域清晰而完整的脈絡(luò)。此外，編寫了機(jī)器情感、智能信息網(wǎng)絡(luò)、智能機(jī)器人和智能研究中的未決問題和創(chuàng)新空間，為后續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
智能科學(xué)與技術(shù)是我國高等學(xué)校一個年輕的本科專業(yè)，從2004年北京大學(xué)開始設(shè)立至今，已經(jīng)走過了十余個年頭。專業(yè)建設(shè)不斷取得進(jìn)展，課程建設(shè)日益走向規(guī)范。2008年全國智能科學(xué)與技術(shù)教育學(xué)術(shù)研討會形成共識，把“機(jī)器智能”確立為該專業(yè)的核心課程，但是目前尚未見到同類教材。
眾所周知，傳統(tǒng)的“人工智能”以及相關(guān)課程早已深入人心，國內(nèi)外都出版了大量教材。遺憾的是，它們多數(shù)是以傳統(tǒng)人工智能的基本概念和基本技術(shù)應(yīng)用為主，隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，再補(bǔ)充一些最新的技術(shù)或應(yīng)用，并結(jié)合動手實(shí)踐。這一方面說明了社會對于智能科學(xué)技術(shù)的需要和關(guān)注日益增強(qiáng)；另一方面，也暴露了智能科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域課程及教材建設(shè)的局限性: 缺乏創(chuàng)新性的架構(gòu)和融合，還是以分散的技術(shù)堆積為主要形式。這與當(dāng)前智能科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域飛速發(fā)展的現(xiàn)實(shí)是不相匹配的，亟須建設(shè)更加符合時代要求和領(lǐng)域特色的新課程和新教材。本教材就是在這種背景下，結(jié)合作者多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)編著完成的。
為什么要定名為“機(jī)器智能”？它的基本思路和內(nèi)容體系是什么？它與“人工智能”課程有何區(qū)別與聯(lián)系？為什么它會成為智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程？這與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是否有緊密的關(guān)系？……相信讀者一定會產(chǎn)生類似的諸多疑問。
這門課程不沿用“人工智能”的名稱，而定名為“機(jī)器智能”，主要是因?yàn)椤叭斯ぶ悄堋边@個術(shù)語的含義出現(xiàn)了明顯的“二義性”問題: 1956年夏天達(dá)特茅斯會議首次定義的人工智能(Artificial Intelligence)概念是指“用計(jì)算機(jī)模擬人的邏輯思維”，這就是基于符號邏輯的物理符號系統(tǒng)(后來演變?yōu)閷＜蚁到y(tǒng))；但是，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、感知動作系統(tǒng)顯然也都是人工智能系統(tǒng)，然而都不符合“用計(jì)算機(jī)模擬人的邏輯思維”的定義，因此不被認(rèn)可為“人工智能”，于是出現(xiàn)了基于符號邏輯的人工智能與基于并行計(jì)算的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)互相排斥的事件，致使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊邏輯和遺傳算法結(jié)合起來共同另立了“計(jì)算智能”。感知動作系統(tǒng)是行為主義人工智能的代表，也加入了“計(jì)算智能”而沒有加入“人工智能”。這樣就發(fā)生了問題: “人工智能”究竟應(yīng)不應(yīng)當(dāng)包含人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和感知動作系統(tǒng)？如果不包含，顯然不合理；如果包含，又不符合“人工智能”的定義。如果啟用“機(jī)器智能”的稱謂，上述矛盾就被排除了。“機(jī)器智能”就是指一切機(jī)器所具有的智能，上述三者都可以包含在其中，表達(dá)了更完整的概念。按照上述分析，本教材將給學(xué)生提供比較完整的智能科學(xué)技術(shù)的概念和知識。
事實(shí)上，2008年全國智能科學(xué)與技術(shù)教育學(xué)術(shù)研討會形成的共識很明確: 在智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)培養(yǎng)方案中設(shè)置“機(jī)器智能”這門課程，而非傳統(tǒng)的“人工智能”，這樣既可以融合傳統(tǒng)研究的各方面研究成果，使其形成相輔相成的合力，又可以在更廣泛的范疇內(nèi)考察智能科學(xué)與技術(shù)，這與當(dāng)前智能科學(xué)與技術(shù)在日益廣泛的學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮重要作用的現(xiàn)狀和需求是非常契合的。
機(jī)器智能(Machine Intelligence)是智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)三年級的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，旨在從科學(xué)技術(shù)發(fā)展的宏觀規(guī)律和智能科學(xué)技術(shù)發(fā)展的具體進(jìn)展來給出智能科學(xué)技術(shù)的基本內(nèi)容；通過機(jī)器智能基本概念和模擬方法的梳理把智能研究領(lǐng)域原先互相分離的結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬、行為模擬三大主流方法融為一體；同時，通過對各個主流方法的主要研究內(nèi)容、研究思路和特色的討論，繼承與發(fā)展已有的優(yōu)秀成果，為讀者展示機(jī)器智能領(lǐng)域清晰而完整的脈絡(luò)。此外，通過安排應(yīng)用和前沿問題概覽，包括機(jī)器情感、智能信息網(wǎng)絡(luò)、智能機(jī)器人和智能研究中的未決問題和創(chuàng)新空間，激發(fā)讀者對本學(xué)科領(lǐng)域的興趣和熱情，為后續(xù)各門專業(yè)課程的教學(xué)科研打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
以往一般認(rèn)為，人工智能是計(jì)算機(jī)學(xué)科的一個組成部分，這對1956年誕生的物理符號系統(tǒng)和其后的專家系統(tǒng)而言是正確的，因?yàn)槲锢矸栂到y(tǒng)/專家系統(tǒng)一直都是以計(jì)算機(jī)為硬件平臺發(fā)展起來的。但是，對于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和感知動作系統(tǒng)的研究而言卻不貼切了，因?yàn)樗鼈儾⒉粏渭円杂?jì)算機(jī)為平臺。
Brooks在20世紀(jì)80年代后期就曾經(jīng)提出了對功能主義(專家系統(tǒng))的批評，這也為他后來提出感知動作系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。Brooks認(rèn)為: 物理符號系統(tǒng)/專家系統(tǒng)不能直接感知外部世界，也不能直接作用于外部世界，不是完整的智能系統(tǒng)。因此，他提出了感知動作系統(tǒng)，試圖從感知到動作的過程全面地模擬人類的智能。
進(jìn)入21世紀(jì)，信息科學(xué)、知識理論、智能統(tǒng)一理論等研究成果陸續(xù)出現(xiàn)，人們進(jìn)一步認(rèn)識到，智能研究應(yīng)該是信息科學(xué)的分支，因?yàn)橹悄芫吞N(yùn)含在整個信息過程中，這將在本書中進(jìn)行詳細(xì)的闡釋。
七十多年來，人工智能相關(guān)研究領(lǐng)域先后形成了三大主流方法，包括結(jié)構(gòu)主義、功能主義和行為主義。多數(shù)人工智能教材都是以功能主義人工智能的基本理論和應(yīng)用為基礎(chǔ)，輔以一些新的成果或應(yīng)用。如Russell等人編著的Artificial Intelligence: A Modern Approach是集大成之作，覆蓋面很全，世界很多大學(xué)用它作為教材；Nilson編著的Artificial Intelligence: A New Synthesis也強(qiáng)調(diào)避免片面性。兩者都是人工智能優(yōu)秀教材的代表，它們用Agent為載體，使它從簡單到復(fù)雜逐漸豐富，從而將傳統(tǒng)人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、感知動作系統(tǒng)包含進(jìn)來，然而卻沒有真正有效地把它們統(tǒng)一起來。
客觀上，人工智能研究存在三大主流方法。已有的人工智能教材和著作沒有闡明它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，因此被外界批評為“人工智能理論不成體系”。事實(shí)上，這也是“智能科學(xué)技術(shù)”沒有被承認(rèn)為一個獨(dú)立的一級學(xué)科的重要原因。
當(dāng)前，社會對于智能科學(xué)技術(shù)的需要和關(guān)注日益高漲，智能科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究也取得了重要進(jìn)展，它的許多應(yīng)用成果已經(jīng)進(jìn)入了人們的生活、學(xué)習(xí)和工作中，對人類社會的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響，這些都形成了編寫機(jī)器智能教材的客觀需求。本書希望在“人工智能的統(tǒng)一理論”基礎(chǔ)上，通過機(jī)制模擬研究方法把已有的智能科學(xué)技術(shù)成果融為一體，這是本書的最大特色。這樣，以前人們關(guān)于“人工智能理論沒有體系”的狀況就有望得到改觀。
本書強(qiáng)調(diào)應(yīng)當(dāng)為讀者提供完整的知識和統(tǒng)一的理論，而不能只是局部的知識以及不和諧不統(tǒng)一的理論。這不但將大大提升讀者在本領(lǐng)域的科學(xué)認(rèn)知水平，而且能讓讀者直接觸及智能生成的共性機(jī)制這一世界性前沿問題，培養(yǎng)讀者善于分析地繼承已有的科技進(jìn)步成果，善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的科學(xué)創(chuàng)新精神；同時也能使智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的建設(shè)更具有時代創(chuàng)新特色，從而為繁榮我國智能科學(xué)技術(shù)事業(yè)、培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力、建設(shè)創(chuàng)新型國家做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
讀者可能會問，為什么對機(jī)器智能的四種研究方法采用結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬、行為模擬和機(jī)制模擬的順序介紹？這里主要考慮了科學(xué)研究方法論和認(rèn)識論的規(guī)律:
(1) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是非常具體的，因此，20世紀(jì)40年代最先被提出來的智能模擬思路就是結(jié)構(gòu)主義，這一方法認(rèn)為把結(jié)構(gòu)研究明白了，就把系統(tǒng)認(rèn)識清楚了。這也是近代科學(xué)所強(qiáng)調(diào)的“結(jié)構(gòu)決定論”。但是，結(jié)構(gòu)只是系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，不能完全決定系統(tǒng)的能力。后來結(jié)構(gòu)主義的研究果然遇到了困難: 人的智能系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且機(jī)制深奧。遭遇進(jìn)退兩難的局面: 前進(jìn)？結(jié)構(gòu)和機(jī)制都很困難；后退？智能水平就會降級。
(2) 20世紀(jì)50年代中期，隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展，人們認(rèn)為它具有人腦的功能(所以它被稱為“電腦”)，于是可以用來模擬智力功能，而不必理會智能系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)主義遭遇困難的背景下，功能主義自然成為智能研究的出路。功能主義認(rèn)為，只要具有了智能所需的功能，智能系統(tǒng)就模擬成功了，這就是“功能主導(dǎo)論”。用計(jì)算機(jī)模擬人類的邏輯思維的學(xué)科就是那時人們所理解的人工智能。這種方法的問題在于: 計(jì)算機(jī)模擬的智能既沒有考慮意識功能，也沒有考慮情感功能。而且，功能主義的發(fā)展此后也遇到了“知識瓶頸”的困難，說明功能模擬方法也不能完全解決問題。
(3) 在結(jié)構(gòu)主義和功能主義都暴露出各自的缺陷后，從20世紀(jì)90年代開始出現(xiàn)了行為主義的思路，即“行為表現(xiàn)論”，行為主義認(rèn)為，無論采用什么結(jié)構(gòu)和具有什么功能，只要能表現(xiàn)出智能的行為(在受到外界刺激時能夠產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)男袨轫憫?yīng))，就等于模擬了智能系統(tǒng)的能力。不過，行為主義模擬智能的方法存在一個重大的缺點(diǎn)，就是只有那些能用行為表現(xiàn)的智能才可以被模擬，但是還有很多智能過程是無法用行為直接表示的。
(4) 在全面考察了結(jié)構(gòu)主義、功能主義和行為主義智能模擬方法的成就與不足的基礎(chǔ)上，人們認(rèn)識到，智能的生成機(jī)制才是智能系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)和靈魂。由此啟迪了機(jī)制主義的智能模擬方法。這一方法認(rèn)為，無論給定什么樣的問題、環(huán)境、目標(biāo)，智能系統(tǒng)的生成機(jī)制必然都是要首先獲得“問題、環(huán)境約束、預(yù)設(shè)目標(biāo)”的信息，然后據(jù)此提取和建立相關(guān)的知識，進(jìn)而在目標(biāo)的導(dǎo)控下利用上述信息和知識演繹出求解問題的智能策略，并把它轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的智能行為作用于問題，從而解決問題。可見，機(jī)制主義智能模擬方法就是: 把關(guān)于“問題、約束知識和目標(biāo)”的信息作為起點(diǎn)，把信息轉(zhuǎn)化成為知識，進(jìn)而在目標(biāo)引導(dǎo)下把信息和知識激活成為智能策略，運(yùn)用策略解決問題。因此，可以把智能生成機(jī)制和機(jī)制主義智能模擬方法簡明地概括成為“信息知識智能轉(zhuǎn)換”。本書后面的章節(jié)將闡明: 結(jié)構(gòu)主義的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法所遵循的正是“信息經(jīng)驗(yàn)知識經(jīng)驗(yàn)策略轉(zhuǎn)換”，功能主義的專家系統(tǒng)方法所遵循的乃是“信息規(guī)范知識規(guī)范策略轉(zhuǎn)換”，而行為主義的感知動作系統(tǒng)方法所遵循的則是“信息常識知識常識策略轉(zhuǎn)換”，它們都是機(jī)制主義智能模擬方法在特定知識條件下的特例；而經(jīng)驗(yàn)知識、規(guī)范知識、常識知識之間則構(gòu)成了知識本身的和諧生態(tài)系統(tǒng)。因此，可以得出結(jié)論: 機(jī)制模擬與結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬和行為模擬三種方法不是平行的，而是機(jī)制主義和諧地融合和統(tǒng)一了結(jié)構(gòu)主義、功能主義、行為主義方法，成為了一個統(tǒng)一的理論體系。這就是本書內(nèi)容組織的方法論和認(rèn)識論根據(jù)。
本書可作為高等院校智能科學(xué)與技術(shù)相關(guān)專業(yè)高年級本科生的教材以及計(jì)算機(jī)類、信息技術(shù)類與自動化類相關(guān)專業(yè)本科生的參考用書，也適合對智能科學(xué)技術(shù)有興趣的廣大讀者閱讀。
在本書漫長的編寫過程中，作者得到了很多專家、同事和朋友的大力支持和幫助。鐘義信教授對本書的編寫給予了極大的關(guān)注，在百忙之中反復(fù)審閱，提出了若干寶貴的建議，并多次親自指導(dǎo)修改。周延泉副教授對本書第1章和第2章提出了很好的建議。李睿凡博士對本書第3章和第10章的編寫提供了大力支持并提出了寶貴建議。袁彩霞副教授對本書第4章和第5章給出了很好的建議。魯鵬博士對本書第5章的編寫提供了寶貴的意見參考。劉詠彬博士對本書第9章的編寫給出了極好的意見。張亞召同學(xué)為本書第8章和第9章的編寫提供了豐富的素材。張玥編輯和王萬森教授最初全力推動了本書的編寫計(jì)劃，先后對本書的思路和文字給出了特別好的意見和建議，并在作者情緒不振時多次給予鼓勵和支持。在此謹(jǐn)向他們表示最誠摯的感謝！
特別感謝北京郵電大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2007、2008、2009、2010、2011、2012級的所有同學(xué)們！是他們陪伴著這門課程、原始的講義和這本書稿一路走來，他們傾聽其中的內(nèi)容，他們不斷地給予寶貴的反饋和建議，堅(jiān)持不懈地鼓勵作者前行！
本書的編寫工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助(項(xiàng)目編號: 71231002，61202247，61202248， 61472046)。
由于作者知識水平和研究能力有限，本書的錯誤和缺點(diǎn)在所難免。在此懇請讀者能夠坦率地對本書的錯誤和缺點(diǎn)提出批評，使本書能夠不斷改進(jìn)，也使作者不斷進(jìn)步。
李蕾，澳大利亞悉尼麥覺理大學(xué)語言技術(shù)研究中心博士后，副教授，研究方向?yàn)樽匀徽Z言處理、智能信息服務(wù)。先后主持3項(xiàng)國家ji科研項(xiàng)目、1項(xiàng)教育部重點(diǎn)項(xiàng)目、2項(xiàng)教育部“網(wǎng)絡(luò)時代的科技論文快速共享”專項(xiàng)課題以及2項(xiàng)校級教學(xué)科研項(xiàng)目。主講本科生課程機(jī)器智能、信息與知識獲取，研究生課程信息檢索與信息抽取。
王小捷，北京航空航天大學(xué)博士。2002-2004年在日本奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院計(jì)算語言學(xué)實(shí)驗(yàn)室訪問研究。教授、博士生導(dǎo)師。研究方向?yàn)樽匀徽Z言處理、認(rèn)知計(jì)算。主持或參與完成國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家863計(jì)劃項(xiàng)目等十余項(xiàng)國家ji科研項(xiàng)目。
第1章緒論1
1.1機(jī)器智能概述1
1.1.1基本概念1
1.1.2本書內(nèi)容組織2
1.2科學(xué)技術(shù)的基本概念及基本規(guī)律5
1.2.1科學(xué)技術(shù)的基本概念6
1.2.2科學(xué)技術(shù)的發(fā)生學(xué)機(jī)制7
1.2.3科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基本規(guī)律8
1.3智能科學(xué)技術(shù)的歷史使命和研究方向11
1.3.1歷史使命11
1.3.2研究方向12
1.4本章小結(jié)12
習(xí)題13
參考文獻(xiàn)13
第2章機(jī)器智能的基本概念14
2.1智能及其相關(guān)概念14
2.1.1智能14
2.1.2自然智能17
2.1.3機(jī)器智能18
2.1.4隱智能與顯智能20
2.2信息、知識及其相關(guān)概念20
2.2.1信息20
2.2.2認(rèn)知23
2.2.3知識23
2.2.4意識24
2.2.5情感25
2.3策略及其相關(guān)概念25
2.3.1策略25
2.3.2決策26
2.3.3行為26
2.3.4執(zhí)行26
2.3.5系統(tǒng)27
2.4本章小結(jié)27
習(xí)題27
參考文獻(xiàn)27
第3章機(jī)器智能的研究方法之一: 結(jié)構(gòu)模擬29
3.1生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)29
3.1.1大腦皮層30
3.1.2生物神經(jīng)元31
3.1.3生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)32
3.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)32
3.2.1人工神經(jīng)元模型33
3.2.2感知機(jī)38
3.2.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本模型44
3.2.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展簡史46
3.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法51
3.3.1存儲與映射51
3.3.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練52
3.3.3基本人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)規(guī)則53
3.4前向多層感知機(jī)和BP算法56
3.4.1前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概說56
3.4.2單層感知機(jī)58
3.4.3多層感知機(jī)和BP算法61
3.5Hopfield反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)66
3.5.1動力學(xué)基本概念66
3.5.2離散Hopfield網(wǎng)絡(luò)67
3.5.3連續(xù)Hopfield網(wǎng)絡(luò)70
3.5.4聯(lián)想記憶71
3.6人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用75
3.7結(jié)構(gòu)模擬方法的優(yōu)勢與困難77
3.8本章小結(jié)79
習(xí)題79
參考文獻(xiàn)80
第4章機(jī)器智能的研究方法之二: 功能模擬83
4.1發(fā)展簡史83
4.2知識表示與知識工程85
4.2.1狀態(tài)空間法85
4.2.2問題歸約法89
4.2.3謂詞邏輯法93
4.2.4語義網(wǎng)絡(luò)法97
4.2.5框架表示法100
4.2.6知識工程101
4.3知識獲取103
4.3.1知識發(fā)現(xiàn)103
4.3.2知識獲取106
4.3.3知識演繹106
4.4問題求解107
4.4.1圖搜索107
4.4.2寬度優(yōu)先搜索110
4.4.3深度優(yōu)先搜索112
4.4.4等代價(jià)搜索115
4.4.5啟發(fā)式搜索115
4.5博弈理論119
4.6定理證明124
4.6.1消解原理125
4.6.2規(guī)則演繹系統(tǒng)129
4.7專家系統(tǒng)132
4.7.1基本概念132
4.7.2發(fā)展簡史132
4.7.3基本類型133
4.7.4基本結(jié)構(gòu)135
4.7.5建造步驟136
4.7.6工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)137
4.7.7新型專家系統(tǒng)139
4.7.8開發(fā)工具141
4.8自然語言理解141
4.8.1基本概念141
4.8.2發(fā)展歷程142
4.8.3句法分析143
4.8.4語義分析144
4.8.5簡單句的自動理解145
4.8.6語句之間的關(guān)系147
4.8.7自然語言生成148
4.9功能模擬方法的優(yōu)勢與困難148
4.10本章小結(jié)149
習(xí)題149
參考文獻(xiàn)151
第5章機(jī)器智能的研究方法之三: 行為模擬153
5.1機(jī)器感知153
5.1.1機(jī)器感知基本原理153
5.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念155
5.1.3信息融合基本概念156
5.1.4物聯(lián)網(wǎng)基本概念156
5.2模式分類157
5.2.1模式分類基本概念158
5.2.2文本分類基本概念158
5.2.3文本特征抽取與表示160
5.2.4常用的文本分類方法164
5.2.5文本分類性能評估166
5.3感知動作系統(tǒng)167
5.3.1Brooks的研究背景167
5.3.2Brooks的研究思路169
5.3.3模擬生物體的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)172
5.3.4Brooks的分析177
5.4機(jī)器學(xué)習(xí)180
5.4.1基本概念和發(fā)展簡史180
5.4.2基本結(jié)構(gòu)181
5.4.3主要策略182
5.4.4機(jī)械學(xué)習(xí)182
5.4.5歸納學(xué)習(xí)183
5.4.6類比學(xué)習(xí)184
5.5計(jì)算智能185
5.5.1基本概念185
5.5.2進(jìn)化計(jì)算186
5.5.3模糊計(jì)算187
5.6行為模擬方法的優(yōu)勢與困難188
5.7本章小結(jié)189
習(xí)題189
參考文獻(xiàn)189
第6章機(jī)器智能的研究方法之四: 機(jī)制模擬191
6.1機(jī)器智能研究的方法論解析191
6.1.1近代科學(xué)觀與方法論及其對智能研究的影響192
6.1.2機(jī)器智能研究的科學(xué)觀和方法論193
6.2全信息理論195
6.2.1全信息195
6.2.2全信息的生成196
6.2.3全信息的分類198
6.2.4概率信息的描述199
6.2.5偶發(fā)信息的描述201
6.2.6確定型信息的描述202
6.2.7模糊信息的描述204
6.2.8語義信息、語用信息和全信息的描述206
6.3知識理論207
6.3.1知識的基礎(chǔ)理論208
6.3.2知識的生成理論209
6.3.3知識的激活理論216
6.3.4知識的生態(tài)模型219
6.3.5意識發(fā)生學(xué)220
6.4智能生成機(jī)制221
6.5智能統(tǒng)一理論224
6.6全信息自然語言理解225
6.7本章小結(jié)228
習(xí)題229
參考文獻(xiàn)229
第7章機(jī)器智能與機(jī)器情感230
7.1信息檢索系統(tǒng)230
7.1.1基本概念230
7.1.2基本原理231
7.1.3智能信息檢索233
7.2情感分類235
7.3情感生成機(jī)理: 信息意識情感轉(zhuǎn)換237
7.4智能與情感相互作用模型238
7.5本章小結(jié)240
習(xí)題240
參考文獻(xiàn)240
第8章機(jī)器智能的宏觀應(yīng)用: 智能信息網(wǎng)絡(luò)242
8.1基本概念242
8.1.1信息網(wǎng)絡(luò)242
8.1.2智能信息網(wǎng)絡(luò)243
8.1.3網(wǎng)絡(luò)智能246
8.1.4智能網(wǎng)246
8.2智能信息網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用248
8.2.1網(wǎng)絡(luò)化經(jīng)營248
8.2.2配送網(wǎng)絡(luò)249
8.2.3電子商務(wù)250
8.3智能信息網(wǎng)絡(luò)在社會領(lǐng)域的應(yīng)用251
8.3.1智能信息網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)科學(xué)研究251
8.3.2智能化社區(qū)信息網(wǎng)絡(luò)253
8.3.3智能建筑信息網(wǎng)絡(luò)254
8.3.4智能化農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)與信息服務(wù)系統(tǒng)256
8.4智能信息網(wǎng)絡(luò)在安全領(lǐng)域的應(yīng)用258
8.4.1保密安全259
8.4.2網(wǎng)絡(luò)安全260
8.4.3內(nèi)容安全262
8.5本章小結(jié)265
習(xí)題265
參考文獻(xiàn)265
第9章機(jī)器智能的微觀應(yīng)用: 智能機(jī)器人267
9.1機(jī)器人267
9.1.1基本概念267
9.1.2研究歷史268
9.1.3情智一體機(jī)器人270
9.1.4群體智能機(jī)器人270
9.1.5未來的智能機(jī)器人271
9.2機(jī)器人的應(yīng)用273
9.2.1機(jī)器人在生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用273
9.2.2機(jī)器人在生活服務(wù)領(lǐng)域中的應(yīng)用277
9.2.3發(fā)展智能機(jī)器人所面臨的困難282
9.3智能人機(jī)合作282
9.4本章小結(jié)284
習(xí)題284
參考文獻(xiàn)284
第10章機(jī)器智能的未決問題287
10.1復(fù)雜性理論287
10.2不確定性理論288
10.3智能數(shù)學(xué)290
10.4人機(jī)關(guān)系: 隱智能與創(chuàng)造力292
10.5本章小結(jié)293
習(xí)題293
參考文獻(xiàn)293第1章緒論
本章學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.1機(jī)器智能
1.1.1基本概念
1.1.2本書內(nèi)容組織
1.2科學(xué)技術(shù)的基本概念及基本規(guī)律
1.2.1科學(xué)技術(shù)的基本概念
1.2.2科學(xué)技術(shù)的發(fā)生學(xué)機(jī)制
1.2.3科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基本規(guī)律
1.3智能科學(xué)技術(shù)的歷史使命和研究方向
1.3.1歷史使命
1.3.2研究方向
1.4本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章智能科學(xué)技術(shù)的基本概念
本章學(xué)習(xí)目標(biāo)
2.1智能及其相關(guān)概念
2.1.1智能
2.1.2自然智能
2.1.3機(jī)器智能
2.1.4隱智能與顯智能
2.2信息、知識及其相關(guān)概念
2.2.1信息
2.2.2認(rèn)知
2.2.3知識
2.2.4意識
2.2.5情感
2.3策略及其相關(guān)概念
2.3.1策略
2.3.2決策
2.3.3行為
2.3.4執(zhí)行
2.3.5系統(tǒng)
2.4本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章機(jī)器智能的研究方法之一: 結(jié)構(gòu)模擬
3.1生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
3.1.1大腦皮層
3.1.2生物神經(jīng)元
3.1.3生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
3.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
3.2.1人工神經(jīng)元模型
3.2.2感知機(jī)（感知器）
3.2.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本模型
3.2.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展簡史
3.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法
3.3.1存儲與映射
3.3.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練（學(xué)習(xí)）
3.3.3基本人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)規(guī)則
3.4前向多層感知機(jī)和BP算法
3.4.1前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
3.4.2單層感知機(jī)
3.4.3多層感知機(jī)和BP算法
3.5Hopfield反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
3.5.1動力學(xué)基本概念
3.5.2離散Hopfield網(wǎng)絡(luò)
3.5.3連續(xù)Hopfield網(wǎng)絡(luò)
3.5.4聯(lián)想記憶
3.6人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的典型應(yīng)用
3.7結(jié)構(gòu)模擬方法的特點(diǎn)和困難
3.8本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第4章機(jī)器智能的研究方法之二: 功能模擬
4.1發(fā)展簡史
4.2知識表示與知識工程
4.2.1狀態(tài)空間法
4.2.2問題歸約法
4.2.3謂詞邏輯法
4.2.4語義網(wǎng)絡(luò)法
4.2.5框架表示法
4.2.6知識工程
4.3知識獲取
4.3.1知識發(fā)現(xiàn)
4.3.2知識獲取
4.3.3知識演繹
4.4問題求解
4.4.1圖搜索
4.4.2寬度優(yōu)先搜索
4.4.3深度優(yōu)先搜索
4.4.4等代價(jià)搜索
4.4.5啟發(fā)式搜索
4.5博弈理論
4.6定理證明
4.6.1消解原理
4.6.2規(guī)則演繹系統(tǒng)
4.7專家系統(tǒng)
4.7.1基本概念
4.7.2發(fā)展簡史
4.7.3基本類型
4.7.4基本結(jié)構(gòu)
4.7.5建造步驟
4.7.6工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)
4.7.7新型專家系統(tǒng)
4.7.8開發(fā)工具
4.8自然語言理解
4.8.1基本概念
4.8.2發(fā)展歷程
4.8.3句法分析
4.8.4語義分析
4.8.5簡單句的自動理解
4.8.6語句之間的關(guān)系
4.8.7自然語言生成
4.9功能模擬方法的優(yōu)勢與困難
4.10本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章機(jī)器智能的研究方法之三: 行為模擬
5.1機(jī)器感知
5.1.1機(jī)器感知基本原理
5.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念
5.1.3信息融合基本概念
5.1.4物聯(lián)網(wǎng)基本概念
5.2模式分類
5.2.1模式分類基本概念
5.2.2文本分類基本概念
5.2.3文本特征抽取與表示
5.2.4常用的文本分類方法
5.2.5文本分類性能評估
5.3感知-動作系統(tǒng)
5.3.1Brooks的研究背景
5.3.2Brooks的研究思路
5.3.3模擬生物體的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
5.3.4Brooks的分析
5.4機(jī)器學(xué)習(xí)
5.4.1基本概念和發(fā)展簡史
5.4.2基本結(jié)構(gòu)
5.4.3主要策略
5.4.4機(jī)械學(xué)習(xí)
5.4.5歸納學(xué)習(xí)
5.4.6類比學(xué)習(xí)
5.5計(jì)算智能
5.5.1基本概念
5.5.2進(jìn)化計(jì)算
5.5.3模糊計(jì)算
5.6特點(diǎn)與局限性
5.7本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章機(jī)器智能的研究方法之四: 機(jī)制模擬
6.1機(jī)器智能研究的方法論解析
6.1.1近代科學(xué)觀與方法論及其對智能研究的影響
6.1.2機(jī)器智能研究的科學(xué)觀和方法論
6.2全信息理論
6.2.1全信息
6.2.2全信息的生成
6.2.3全信息的分類
6.2.4概率信息的描述
6.2.5偶發(fā)信息的描述
6.2.6確定信息的描述
6.2.7模糊信息的描述
6.2.8語義、語用和全信息的描述
6.3知識理論
6.3.1知識的基礎(chǔ)理論
6.3.2知識的生成理論
6.3.3知識的激活理論
6.3.4知識的生態(tài)模型
6.3.5意識發(fā)生學(xué)
6.4智能生成機(jī)制
6.5智能統(tǒng)一理論
6.6全信息自然語言理解
6.7本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第7章機(jī)器智能與機(jī)器情感
7.1信息檢索系統(tǒng)
7.1.1基本概念
7.1.2基本原理
7.1.3智能信息檢索
7.2情感分類
7.3情感生成機(jī)理: 信息-意識-情感轉(zhuǎn)換
7.4智能與情感相互作用模型
7.5本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第8章機(jī)器智能的宏觀應(yīng)用: 智能信息網(wǎng)絡(luò)
8.1基本概念
8.1.1信息網(wǎng)絡(luò)
8.1.2智能信息網(wǎng)絡(luò)
8.1.3網(wǎng)絡(luò)智能
8.1.4智能網(wǎng)
8.2智能信息網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用
8.2.1智能信息網(wǎng)絡(luò)助力美特斯邦威快速成長
8.2.2沃爾瑪?shù)陌l(fā)展得到智能信息網(wǎng)絡(luò)支持
8.2.3電子商務(wù)
8.3智能信息網(wǎng)絡(luò)在社會領(lǐng)域的應(yīng)用
8.3.1智能信息網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)科學(xué)研究
8.3.2智能化社區(qū)信息網(wǎng)絡(luò)
8.3.3智能建筑信息網(wǎng)絡(luò)
8.3.4智能化農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)與信息服務(wù)系統(tǒng)
8.4智能信息網(wǎng)絡(luò)在安全領(lǐng)域的應(yīng)用
8.4.1保密安全
8.4.2網(wǎng)絡(luò)安全
8.4.3內(nèi)容安全
8.5本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第9章機(jī)器智能的微觀應(yīng)用:智能機(jī)器人
9.1機(jī)器人
9.1.1基本概念
9.1.2研究歷史
9.1.3情智一體機(jī)器人
9.1.4群體智能機(jī)器人
9.1.5未來的智能機(jī)器人
9.2機(jī)器人的應(yīng)用
9.2.1機(jī)器人在生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用
9.2.2機(jī)器人在生活服務(wù)領(lǐng)域中的應(yīng)用
9.2.3發(fā)展智能機(jī)器人所面臨的困難
9.3智能人機(jī)合作
9.4本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
第10章機(jī)器智能的未決問題
10.1復(fù)雜性理論
10.2不確定性理論
10.3智能數(shù)學(xué)
10.4人機(jī)關(guān)系: 隱智能與創(chuàng)造力
10.5本章小結(jié)
習(xí)題
參考文獻(xiàn)
最初，世界上既沒有科學(xué)，也沒有技術(shù)。后來，隨著人類的進(jìn)化和社會發(fā)展，才逐漸產(chǎn)生了科學(xué)和技術(shù)。為什么人類進(jìn)化和人類社會發(fā)展過程中必然導(dǎo)致科學(xué)和技術(shù)出現(xiàn)呢？
人類制造了機(jī)器，機(jī)器有一天會超越人類，統(tǒng)治人類，主宰世界么？
《機(jī)器智能》告訴你————————————————
在人類自身能力與機(jī)器能力的融合共生體中，不存在統(tǒng)治與被統(tǒng)治的關(guān)系，只有人類與機(jī)器相互依賴、共同合作，才能確保人類社會與科學(xué)技術(shù)都沿著正確的方向發(fā)展。因此，未來人類與機(jī)器之間應(yīng)該存在合理的角色分工，相互取長補(bǔ)短。例如，人類在創(chuàng)造性方面的能力是機(jī)器無法比擬的，于是可以由人類主要承擔(dān)這一類工作，而機(jī)器在非創(chuàng)造性或常規(guī)性勞動方面的能力是人類自身難以實(shí)現(xiàn)的，于是可以由機(jī)器主要負(fù)責(zé)這方面的工作，這樣各種能力都得到充分利用，人類綜合能力才會不斷增強(qiáng)。實(shí)際上，由于能力性質(zhì)的不同，創(chuàng)造性的勞動更為重要，所以，還是人類處于主導(dǎo)地位，機(jī)器處于輔助的地位。這就是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的人機(jī)共生律。
“智慧地球”和“物聯(lián)網(wǎng)”都在強(qiáng)調(diào)智能服務(wù)和智能決策，智能科學(xué)技術(shù)的必要性和重要性體現(xiàn)在哪里？
《機(jī)器智能》告訴你————————————————
實(shí)際上，物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼WWW和移動互聯(lián)網(wǎng)之后的互聯(lián)網(wǎng)革命的第三波。物聯(lián)網(wǎng)相較于傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)具有更透徹的感知，即利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設(shè)備、系統(tǒng)或流程，便于立即采取應(yīng)對措施和進(jìn)行長期規(guī)劃；更全面的互聯(lián)互通，即將個人電子設(shè)備、組織和政府信息系統(tǒng)中儲存的信息交互和共享，從而對環(huán)境和業(yè)務(wù)狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；更深入的智能化，即使用數(shù)據(jù)挖掘和分析工具、科學(xué)模型和功能強(qiáng)大的運(yùn)算系統(tǒng)處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析、匯總和計(jì)算，整合和分析海量的跨地域、跨行業(yè)的信息，以更好地支持決策和行動。
智能的生成機(jī)制是什么？
《機(jī)器智能》告訴你————————————————
智能的生成機(jī)制是“信息－知識－智能轉(zhuǎn)換”；在基于“信息－知識－智能轉(zhuǎn)換”的機(jī)制模擬基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)模擬、功能模擬和行為模擬三者都將和諧地融入到機(jī)制模擬這個統(tǒng)一的理論體系中，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能理論和方法的統(tǒng)一。所以，智能生成機(jī)制的模擬才是機(jī)器智能的主軸。
機(jī)器有情感嗎？什么樣的機(jī)器才是名副其實(shí)的智能機(jī)器？
《機(jī)器智能》告訴你————————————————
目前應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)器人缺乏意識、精神狀態(tài)和感覺這些情感條件，機(jī)器人只是按照人類設(shè)定的程序進(jìn)行遵循一定的規(guī)則行為。
人們希望，將來的智能機(jī)器不只是冷冰冰的工具，它們不僅能夠在給定問題-環(huán)境-目標(biāo)的條件下，把信息轉(zhuǎn)換為知識（認(rèn)知），并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為智能策略（行事），建立自己的“理智（智能）”能力，而且能夠在給定問題-環(huán)境-目標(biāo)的條件下，形成相應(yīng)的“情感”能力，能夠表達(dá)和交流情感。這種既有理智又有情感的系統(tǒng)才能成為名副其實(shí)的智能機(jī)器。
機(jī)器人在生活中的應(yīng)用有哪些？在未來社會，機(jī)器人會像電視機(jī)一樣，走入每個尋常百姓家嗎？
《機(jī)器智能》告訴你————————————————
機(jī)器人在生活中的應(yīng)用有很多，如醫(yī)用機(jī)器人、餐飲服務(wù)機(jī)器人、美女機(jī)器人等。隨著科技的不斷發(fā)展和機(jī)器人智能化水平的不斷提高，智能機(jī)器人必將越來越多地進(jìn)入尋常百姓家，承擔(dān)家庭中的主要勞動責(zé)任，充當(dāng)保姆和智能管家。到那一天，機(jī)器人將會和電視機(jī)一樣普及。
……
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