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人工智能的发展及应用
这是个信息爆炸自动控制飞速发展的时代，而在这样的时代中，人工智能也取得了飞速的发展。成为了最前沿最热门的学科和研究方向之一。
“人工智能”(Artificial Intelligence)一词最初是在1956年Dartmouth学会上提出的。人工智能是指研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支,它企图了解智能的实质,并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。目前能够用来研究人工智能的主要物质手段以及能够实现人工智能技术的机器就是计算机,人工智能的发展历史是和计算机科学与技术的发展史联系在一起的。
人工智能理论进入21世纪,正酝酿着新的突破,人工智能的研究成果将能够创造出更多更高级的智能“制品”,并使之在越来越多的领域超越人类智能,人工智能将为发展国民经济和改善人类生活做出更大贡献。
人工智能自1956年在美国诞生至今已50多年了。长久以来,人工智能对于普通人来说是那样的可望而不可及,然而它却吸引了无数研究人员为之奉献才智。从美国麻省理工学院、卡内基-梅隆大学到IBM公司、本田公司、SONY公司以及国内的清华大学、中科院等科研院所,全世界许多实验室都在进行着AI技术的实验。随着时代的发展及信息革命的到来,人工智能的研究领域日益拓宽,其内容逐步丰富,对人类发展有划时代的意义。
一、何谓“人工智能”?
“智能”源于拉丁语Legere,字面意思是采集(特别是果实)、收集、汇集,并由此进行选择,形成一个东西。Intelegere是从中进行选择,进而理解、领悟和认识。正如帕梅拉·麦考达克在《机器思维》中所提出的:在复杂的机械装置与智能之间存在长期的联系。从几个世纪前出现的神话般的巨钟和机械自动机开始,人们已对机器操作的复杂性与自身的某些活动进行直观联系。经过几个世纪之后,新技术已使我们所建立的机器的复杂性大为提高。1936年,24岁的英国数学家图灵提出了“自动机”理论,把研究会思维的机器和计算机的工作大大向前推进了一步,他也因此被称为“人工智能之父”。
“人工智能”(Artificial Intelligence)简称AI它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。
人们认为“人工智能”是计算机科学技术的前沿科技领域。因此,“人工智能”与计算机软件有密切的关系。一方面,各种人工智能应用系统都要用计算机软件去实现,另一方面,许多聪明的计算机软件也应用了人工智能的理论方法和技术。例如,专家系统软件,机器博奕软件等。但是,“人工智能”不等于“软件”,除了软件以外,还有硬件及其他自动化的通信设备。
人工智能是从思维、感知、行为三层次和机器智能、智能机器两方面研究模拟、延伸与扩展人的智能的理论、方法、技术及其应用的技术学科。
二、人工智能的研究领域
人工智能是一种外向型的学科,它不但要求研究它的人懂得人工智能的知识,而且要求有比较扎实的数学基础及哲学和生物学基础,只有这样才可能让一台什么也不知道的机器模拟人的思维。
因为人工智能的研究领域十分广阔,它总的来说是面向应用的,主要研究领域有专家系统,有人在工作,它就可以用在什么地方,因为人工智能的最根本目的还是要模拟人类的思维。可以归纳为八个字:机器智能、智能机器。
1.机器智能
例如,用计算机打印常用的报表,进行一些常规的文字处理,都是程序化的操作,谈不上有智能。但是,用计算机给人看病,进行病理诊断和药物处方,或者,用计算机给机器看病,进行故障诊断和维修处理,就需要计算机有人工智能。人工智能学科领域中有一个重要的学科分支是“专家系统”(Expert System),简称代写论文ES。就是用计算机去模拟、延伸和扩展专家的智能。基于专家的知识和经验,可以求解专业性问题的、具有人工智能的计算机应用系统。如:医疗诊断专家系统,故障诊断专家系统等。
2.智能机器
“智能机器”(Intelligent Machine),简称IM,研究如何设计和制造具有更高智能水平的机器,特别是设计和制造更聪明的计算机。现在的计算机,虽然经历了从电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路等几代的发展,在工艺和性能方面都有巨大的进步。但是,在原理上,还没有重大的突破。通常,人们用计算机,不仅要告诉计算机:做什么?,而且还必须详细地、正确地告诉计算机:如何做?。也就是说,人们要根据工作任务的需求,以适当的计算机语言,进行相应的软件设计,编制面向该任务的计算机应用程序,并且,正确地操作计算机,装入、启动该应用程序,才能用计算机完成该项工作任务。这里,计算机实质上只是机械地、被动地执行人们编制的应用程序指令的“电子奴仆”,也不理解为什么要做这项工作,即不懂得:为什么?。因而,只不过是一个低智能的、不聪明的“电脑”。那么,如何设计和制造高智能的、聪明的“电脑”呢?这正是人工智能另一方面的研究对象和学科任务。
目前人工智能主要研究内容是:分布式人工智能与多智能主体系统、人工思维模型、知识系统(包括专家系统、知识库系统和智能决策系统)、知识发现与数据挖掘(从大量的、不完全的、模糊的、有噪声的数据中挖掘出对我们有用的知识)、遗传与演化计算(通过对生物遗传与进化理论的模拟,揭示出人的智能进化规律)、人工生命(通过构造简单的人工生命系统并观察其行为,探讨初级智能的奥秘)、人工智能应用(如:模糊控制、智能大厦、智能人机接口、智能机器人等)等等。
未来人工智能的研究方向主要有:人工智能理论、机器学习模型和理论、不精确知识表示及其推理、常识知识及其推理、人工思维模型,智能人机接口、多智能主体系统、知识发现与知识获取、人工智能应用基础等。
三、小结
人工智能是一门包括计算机科学、控制学、信系论、语言论、神经生理学、心理学、数学、哲学等多种学科相互渗透发展起来的学科,其研究对象可以归纳为“机器智能、智能机器”,它体现在思维、感知、行为三个层次,而它要模拟眼神、扩展人的智能,其研究内容可以分为机器思维和思维机器、机器感知和感知机器、机器行为和行为机器三个层次。人工智能研究与应用虽然取得了不少成果,但离全面推广应用还有很大距离,还有许多问题有待于解决且需要许多学科的研究专家共同创作。
计科13-4 董传基 130702140424
计算机科学前沿热点及发展趋势
摘要: 计算机科学围绕信息、知识、智能等主题发展迅速。文章系统地介绍了信息处理、文字与自然语言的理解、数据仓库和数据挖掘；知识科学；人工智能、人工神经网络的研究、遗传算法、逻辑学等领域研究中前沿的若干问题，并提出未来计算机科学的发展趋势。 关键词: 信息技术 知识科学 智能技术 发展趋势
在短短的60年里，计算机科学发展至今，取得了巨人的成就。从观念上改变了人们对世界的认识，将人类社会带入了信息时代。加速T人类社会的发展。在今天计算机科学技术已经成为人们日常生活工作中不可或缺的重要组成部分，而计算机技术的发展也将越来越多影响人类社会的进步。
1 计算机科学前沿热点
近年来，计算机科学中前沿的问题主要围绕信息、知识、智能三大研究领域展开讨论。本文中所指的信息是指客观事物的属性。而知识不同于信息，它是人们对信息经过大脑的加工与处理后，形成的规律、规则、方法及认识。智能则是指大脑从历史信息、知识的基础之上形成的对现有信息、知识的推理、演绎、判断的方法。
根据研究分析表明，在三大研究领域中，主要有以下前沿热点研究：
(1)信息方面:信息处理、数据仓库和数据挖掘、生物信息学。
(2)知识方面：以知识科学与知识工程为主要研究的问题。
(3)智能方面：以人工神经网络的研究,机器证明,人工智能与专家系统,遗传算法,代数逻辑学形成了本研究领域的主要特色。
1.1 信息科学
1.1.1 信息处理技术
信息处理技术是当今计算机科学发展的重点，目前计算机处理的信息可分为符号和数据，因而一切要由计算机处理的对象首先是符号化和数字化。信息科学正在形成和迅速发展，现在主要的研究课题集中在以下六个方面:
(1)信息源理论和信息的获取。主要研究自然信息源和社会信息源,以及从信息源提取信息的方法和技术。
(2)信息的传输、存储、检索、转化和处理。
(3)信号的测量、分析、处理及显示。【人工智能科前沿和发展】
(4)模式信息处理。研究对文字、声音，图像等信息的处理、分类和识别，研制机器图像和语音识别系统。
(5)知识信息处理。研究知识的表示、获取和应用，建立具有推理和自动解决问题能力的知识信息处理系统，即专家系统。
(6)决策和控制。在对信息的采集、分析、处理、识别和理解的基础上作出判断、决策或控制，从而建立各种控制系统、管理信息系统和决策支持系统。
1.1.2 数据挖掘技术
传统的数据库技术是单一的数据资源，即以数据库为中心，对事务处理、批处理到决策分析等各种类型的数据处理工作。近年来，随着计算机技术的发展,对数据库中数据操作提出了更高的要求，希望计算机能够更多的参与数据分析与决策的制定等领域。数据库处理可以大致划分为两大类:操作型处理和分析型处理(或信息型处理)。这种分离,划清了数据处理的分析型环境与操作型环境之间的界限,从而由原来的以单一数据库为中心的数据环境发展为一种体系化环境,因而产生了数据挖掘技术。在这方面目前主要解决的前沿问题有:
(1)异构数据的接口机制；(2)数据仓库的体系结构问题；(3)数据仓库的数据优化问题；(4)数据仓库中数据的获取与整理；(5)历史数据的提出和信息挖掘；(6)信息挖掘的方法学问题；
(7)数据的存储和数据模型。
1.2 知识科学
知识进步是人类社会发展的永恒动力,知识经济是推动其他经济发展的原动力，知识产权关系国家命运。可见知识在计算机科学中发展的重要意义。计算机科学虽然是一门刚刚兴起的学科，但它与数学、逻辑学、语言学、认知科学、心理学、哲学等关系相当大。目前知识科学主要的研究领域表现在:【人工智能科前沿和发展】
(1)知识模型研究,常识性知识研究;(2)非规范知识研究,知识处理的数学理论;(3)知识获取理论和技术;(4)知识科学和软件科学;(5)基于知识的计算机艺术。
1.3 智能处理技术
1.3.1 人工智能
从第一台电子计算机诞生至今,其主要功能都是进行数值计算和数据处理。但随着基于符号的运算、推理逻辑的迅速发展和对人类大脑的思维形式的研究逐步清晰，人们开始研制具有“智能”的计算机，这是人工智能的基本思想。
人工智能(Artificial Intelligence,简称AI)，是一门正在发展中的综合性前沿学科，主要由计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、语言学等多个学科相互渗透发展而来，研究和应用领域概括起来有以下六个方面：
(1)问题答疑； (2)语言、模式识别； (3)智能数据库；(4)智能博奕；(5)智能机器人；(6)程序自动设计。
1.3.2 人工神经网络
人工神经网络(Artificial Neural Network，简称ANN)理论取得巨大的成果，其主要前沿研究方向与以下五个方面结合:
(1)人工神经网络与人工智能、专家系统的结合；(2)人工神经网络与模糊数学结合产生新的人工智能方法；(3)与计算机硬件结合产生神经计算机；(4)符号化神经计算和进化计算；(5)神经网络控制理论。
1.3.3 遗传算法
遗传算法是一门新兴科学智能的计算方法。目前在遗传算法中需要研究和解决的主要问题有:(1)遗传算法与其它人工智能的方法结合，如与神经网络、模糊数学等结合产生新的科学方法；(2)遗传算法的并行理论、计算、程序设计问题；(3)遗传计算机、遗传生物芯片的研究；(4)遗传智能控制；(5)遗传方法的应用与推广。
1.3.4 逻辑学
代数逻辑学从经典的二值逻辑,即真值取到{0,1}上的逻辑,发展到多值逻辑即真值取到
[0,1]。包括经典逻辑学的形式系统的建立，及命题逻辑、一阶谓词逻辑及其公理系统的建立,目前研究的热点有以下几方面：
(1)建立在经典逻辑上的推理方法； (2)多值逻辑上的推理方法；(3)基于格上的逻辑系统建立和推理方法等。
这些计算机科学的众多研究热点在我国国家自然科学、863计划、攻关项目等均有较大的投入。这将使大量的科学研究者投入于这些前沿问题的的攻克,可以想象这些问题的解决将会给计算机科学带来新的发展机遇,未来的计算机将会像人一样去说话、做事、发现和解决现实生活中的问题,把人类社会生活方式带向了另一境界。信息是计算机的源,知识是信息的模型,人工智能是知识挖掘的动力，三者协调发展是非常必要的。
2 计算机发展趋势
2.1智能化的超级计算机
超高速计算机采用平行处理技术改进计算机结构，可以使计算机系统同时执行多条指令，或同时对多个数据进行处理，进一步提高计算机运行速度。超级计算机通常是由成百数
千甚至更多的处理器构成，能完成普通计算机和服务器所不能计算的大型的复杂任务。从超级计算机获得的数据分析和模拟成果，能推动各个领域高精尖项目的研究与开发，为我们的日常生活带来更多的便利。
2.2新型高性能计算机问世
随着硅芯片技术的高速发展，硅技术越来越接近了其自身的物理发展极限。因此，迫切要求计算机从结构变革，到器件与技术的革命这一系列的技术都要产生一次质的飞跃才行。新型的量子计算机、光子计算机、分子计算机和纳米计算机由此应运而生。
2.2.1量子计算机
量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机是在量子效应基础上开发的，利用一种链状分子聚合物的特性来表示开与关的状态，利用激光脉冲来改变分子的状态，使信息沿着聚合物移动，从而进行运算。量子计算机中的数据用量子位存储。
2.2.2光子计算机
光子计算机是利用光子取代电子进行数据运算、传输及存储。光子计算机即全光数字计算机，以光子代替电子，光互连代替导线互连，光硬件代替计算机中的电子硬件，光运算代替电运算。在光子计算机中，不同波长的光代表不同的数据，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速地并行处理。光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。
2.2.3分子计算机
分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大。分子计算机的运行是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。由于分子芯片的原材料是蛋白质分子，所以分子计算机既有自我修复的功能，又可直接与分子活体相联。美国已研制出分子计算机分子电路的基础元器件，可在光照几万分之一秒的时间内产生感应电流。以色列科学家已经研制出一种由DNA分子和酶分子构成的微型分子计算机。预计20年后，分子计算机将进人实用阶段。
2.2.4纳米计算机
纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机。纳米技术是从20世纪80年代初迅速发展起来的新的前沿科研领域，最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子，制造出具有特定功能的产品。现在纳米技术正从微电子机械系统起步，把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积只有数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。纳米计算机体积小、造价低、存量大、性能好，将逐渐取代芯片计算机，推动计算机行业的快速发展。
综上所述，计算机技术主要朝着三个方向发展：
一是向“快”的方向。速度越来越快，性能越来越高，计算机的主频越来越快。专用计算机的并行程度比通用机更高，并行计算机的关键技术是如何高效率地把大量计算机互相连接起来，即各处理机之间的高速通信，以及如何有效地管理成千上万台计算机使之协调工作，这就是并行计算机的系统软件——操作系统的功能。
另一个方向就是向“广”度方向发展，计算机发展的趋势无处不在，应用范围更加广泛。近年来更明显的趋势是网络化与向各个领域的渗透，即在广度上的发展开拓。国外称这种趋势为普适计算或者叫无处不在的计算。未来计算机将存在于家中的各种电器中，到那时笔记本，书籍都将电子化、数字化。再过十几、二十几年，可能学生们上课用的将不再是教科书，而只是一个笔记本大小的计算机，学生可以根据自己的需要方便地从中查到想要的资料。所以有人预言未来计算机也将成为最常用的日用品。
第三个方向是向“深”度方向发展，即向信息的智能化发展。网络上有大量的信息，为
了使这些信息转变成所需要的知识，同时又具有更加友好的人机界面，计算机将具备更多的智能成分。未来计算机将具有多种感知能力及一定的思考能力。人们可以用自然语言、手写的文字，甚至可以用表情、手势来与计算机沟通，使人机交流更加快捷。让人能产生身临其境感觉的虚拟现实技术是这一领域发展的集中体现。
参考文献
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从人工智能谈科学技术的利弊
摘要
人工智能作为目前科技的尖端技术，势必会带来新一轮的工业革命。每一次大的科技进步势必会改变人们的生活方式和习惯，人工智能也不例外。科技进步在给我们生活带来方便、舒适的同时，也会对我们产生一些负面的影响，还有对人类未来的担忧，人类是否会退化，甚至是消失。人工智能也称机器智能，是一门由多学科相互渗透发展了来的综合性学科。未来的人工智能可以在多方面超越人类，引起了诸多科研机构和相关人士探讨。本文就是从人工智能入手，浅析一下科技进步对人类带来的影响。
关键词：人工智能、威胁、失控、双面性
当今社会科技迅猛发展，技术创新日新月异。近代一百年人类的发明创造比的上近代以前二千多年的人类发明创造之和。科学技术进步带给了人们更长久的寿命，更丰富的食物，更大的生存空间。从海洋到陆地再到天空，甚至是外太空，每一个地方都有科技的力量。我们要尊敬科学，但也要思考科学。科技进步及能帮助人类，同时也可毁灭人类。热武器、原子弹等武器的发明，改变的人类的历史。每一次高科技战争死亡的人数只会更多。人工智能是目前科技的前沿技术，势必会又一次改变人们的生活方式。本文我们从人工智能来浅析一下科技的双面性。
一、 什么是人工智能
人工智能也称机器智能，它是计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、心理学、语言学等多种学科互相渗透而发展起来的一门综合性学科。从计算机应用系统的角度出发，人工智能是研究如何制造出人造的智能机器或智
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