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一、 人工智能的产生与发展
1. 人工智能的概念
(1)人工智能简称AI,是指以机器(计算机)为载体,模仿、延伸和扩展人类智能,其与人类或其他动物所呈现的生物智能有着重要区别。
(2)人工智能作为一门多学科广泛交叉的前沿科学,不仅涉及计算机科学,还涉及控制科学、认知科学、心理科学、脑及神经科学、生命科学、语言学、逻辑学、行为科学、教育科学、数理科学等诸多学科领域。
2. 人工智能的主要方法
(1)符号主义,又称逻辑主义、心理学派或计算机学派,认为学习或者其他智能特征原则上均可以被符号精准地描述,从而被机器仿真。
(2)联结主义,又称仿生学派或生理学派,通过模仿人类大脑中神经元之间的复杂交互进行认知推理。如以多层神经网络为核心的深度学习算法。
(3)行为主义,又称进化主义或控制论学派,从“交互—反馈”角度刻画智能行为,认为智能体可以在与环境的交互中不断学习,提升自己的智能水平。
3. 人工智能的发展历程
(1)从计算到智能测试
①20世纪30年代,三种计算机制相继被提出,它们分别是原始递归函数、lambda演算和图灵机。图灵机成为现代计算机的理论模型。
②1950年,图灵提出了著名的“图灵测试”,图灵测试是测试机器是否具有智能的一种方法。
(2)人工智能登上历史舞台
①1955年8月,“人工智能达特茅斯夏季研讨会”的项目申请书中首次提出“人工智能”这一术语,从此人工智能踏入人类历史长河。申请书中指出“人工智能”的研究目标是制造能模拟人类的机器。
②1956年,“人工智能达特茅斯夏季研讨会”在美国达特茅斯学院如期召开,这标志着人工智能作为一门新兴学科正式诞生。
(3)以符号主义表达与推理为代表的人工智能
①符号主义人工智能方法包含知识库和推理引擎两部分。它先要将所有知识以逻辑形式进行表达,然后依靠推理引擎,去验证命题或谓语正确与否,或者学习推导出新规则、新知识。
②基于规则学习的人工智能方法解释性强(与人类逻辑推理过程相符),但其可拓展性较弱,难以构建完备的知识库和完善的推理方法。
(4)数据驱动的人工智能方法
深度学习是典型的数据驱动的人工智能方法,能够让计算机从数据本身进行学习。最常用的深度学习是模拟人类大脑处理数据的机制,逐层抽象地对原始数据进行学习。
(5)问题引导下的人工智能学习方法
在问题引导下开展试错学习,在学习过程中不断尝试各种解决问题的可能途径,然后根据结果反馈来调整相应的学习方法。这种强化学习体现了一种自我学习的能力,即从过去的经验中不断学习,提升能力。
4. 有的人工智能应用只能从行为结果上来模仿、替代人类活动,有的人工智能虽然有学习能力,但也必须在确定的、知识和信息完全的、特定且封闭的环境中才能有用武之地。目前,人工智能还无法真正像人类一样思考,还不具备意识、情绪、情感等。
【例1】 下列关于人工智能的说法,正确的是(　A　)
A. 人工智能技术可应用于汽车的无人驾驶
B. 训练数据的规模不会影响深度学习的效果
C. 人工智能的实现都需要事先手工构建知识库
D. 人脸识别技术都是通过符号主义人工智能实现的
【解析】 本题考查人工智能知识。A汽车无人驾驶是人工智能技术的综合运用;B深度学习基于数据驱动,训练数据的规模会影响深度学习的效果;C人工智能中的符号主义需要人工构建知识库;D人脸识别技术是基于联结主义人工智能实现的。
【例2】 下列关于人工智能的说法,错误的是(　D　)
A. 图灵测试是测试机器是否具有智能的一种方法
B. 知识的精确化编码是阻碍符号主义人工智能发展的一个瓶颈问题
C. “扫地机器人”是行为主义人工智能在现实生活中的应用
D. 会下国际象棋的“深蓝”是以推理为核心的联结主义人工智能的代表
【解析】 本题主要考查人工智能的相关知识。会下国际象棋的“深蓝”是以推理为核心的符号主义人工智能的代表。
【例3】 某零售店推出智能购物手推车,支持实时计价和自助结账。手推车配备触摸屏、能自动称重的内置秤和集成AI算法的智能摄像头等设备。智能摄像头识别商品后,系统通过网络从服务器数据库中获取该商品的信息,并在触摸屏上显示商品信息及累计金额。用户可直接在触摸屏上确认账单,完成手机扫码支付后,系统生成电子购物凭证。系统有时会出现商品识别错误的情形,下列原因分析中,不可能的是(　C　)
A. 商品外形相似度太高
B. AI算法训练数据不足
C. 商品单价随市场调整
D. 环境光线影响影像质量
【解析】 本题考查人工智能知识。由材料可知,智能购物手推车用智能摄像头识别商品,本质上是使用了人工智能技术来识别商品。选项A、B、D都可能影响AI识别的准确率,而商品单价是存储在系统数据库中的,定期进行人工调整,选项D错误。
【例4】 某社区使用智能配送系统来提供配送服务。其中,无人驾驶配送车配备激光雷达、摄像头、自动驾驶系统,可全面感知与识别周边行人、交通标志、障碍物等,实现全天候智能配送;管理员可远程监控每台配送车的实时工作动态、任务次数、障碍预警等信息,一旦车辆出现问题,能及时进行人工接管。要提升无人驾驶配送车的智能水平,下列措施中,不合理的是(　D　)
A. 完善系统对各类交通标志的识别训练
B. 强化系统在与环境的交互中不断学习
C. 持续迭代优化自动驾驶的算法
D. 增加无人驾驶配送车的车厢容积
【解析】 本题考查人工智能知识。人工智能主要有符号主义、联结主义和行为主义三种,而影响人工智能发展的有三大要素:数据、算法和算力。无人驾驶配送车的车厢容积和人工智能的训练与算法的提升无关。
1. 下列关于人工智能的说法,正确的是(　C　)
A. 人工智能是人类智能
B. 人工智能是生物智能
C. 人工智能是以机器为载体的智能
D. 人工智能是以人为载体的智能
【解析】 人工智能是以机器为载体,模仿、延伸和扩展人类智能,与人类智能或其他动物所呈现的生物智能有着重要区别。
2. 关于人工智能的主要方法,下列说法中正确的是(　C　)
A. 联结主义又称为进化主义
B. 符号主义人工智能方法认为人类的语义都能被精确地描述
C. 从“交互—反馈”这一角度来刻画智能行为,属于控制论学派的观点
D. 从数据中学习隐性知识来指导原始数据的识别和分类,属于行为主义流派的观点
【解析】 本题主要考查人工智能的相关知识。进化主义属于行为主义;符号主义人工智能方法认为智能特征原则上都可以被精确地描述,但并不是所有元素都可以;“交互—反馈”属于控制论;从数据中学习隐性知识来指导原始数据的识别和分类,属于深度学习。
3. 下列实际生活场景中,涉及人工智能技术的是 (　A　)
①疫情防控期间,进入公共场所时通过“人脸识别登录验证”申领健康码
②通过手机APP远程打开家里的空调
③拨打某客服电话,通过与语音助手沟通来解决售后问题
④驾驶搭载自动驾驶技术的汽车
⑤利用扫描仪扫描文稿并自动通过电子邮件发送
A. ①③④ B. ①②④
C. ①③⑤ D. ③④⑤
【解析】 本题主要考查人工智能的相关知识。人工智能是指通过普通计算机程序来呈现人类智能的技术。人脸识别、语音助手、自动驾驶都属于人工智能的应用。
4. 下列关于人工智能的说法,正确的是(　D　)
A. 人工智能技术就是虚拟现实技术
B. 烟雾探测器探测到浓烟时自动启动喷淋系统,体现了人工智能技术
C. 计算机病毒具有传染性和破坏性,也是人工智能技术的体现
D. 人工智能是一种模拟人类智能活动,尝试对事物进行识别、理解、学习和推理的技术
【解析】 本题考查人工智能和计算机病毒的基本知识。人工智能是模拟人的智能的技术,A选项错误;烟雾探测器探测到浓烟并自动启动喷淋系统属于自动化处理,B选项错误;计算机病毒是人为编写的具有破坏作用的程序,不属于人工智能,C选项错误;人工智能是一种模拟人类智能活动,尝试对事物进行识别、理解、学习和推理的技术,人工智能还具有自我学习的能力,D选项正确。
5. 下列关于人工智能发展历程的说法,错误的是(　A　)
A. 由原始递归函数计算机制完成的计算任务,lambda演算和图灵机计算机制不一定能完成
B. 知识的精确化编码是阻碍符号主义人工智能发展的一个瓶颈问题
C. 随着待解决问题的复杂化发展,“专家系统”的局限性越来越明显
D. AlphaGo Zero通过自我博弈不断提升棋力,采用的学习机制是强化学习
【解析】 原始递归函数、lambda演算和图灵机三种计算机制在性能上是等效的,即任何一种计算机制所能完成的计算任务均可由其他两种计算机制完成;另一方面,如果某一计算任务不能被某一钟计算机制完成,那么这一任务也无法被其他两种计算机制完成。(共17张PPT)
一、 人工智能的产生与发展
信息技术 必修1 数据与计算
人工智能及应用
第五章
知识过关
1. 人工智能的概念
(1)人工智能简称AI,是指以机器(计算机)为载体,模仿、延伸和扩展人类智能,其与人类或其他动物所呈现的生物智能有着重要区别。
(2)人工智能作为一门多学科广泛交叉的前沿科学,不仅涉及计算机科学,还涉及控制科学、认知科学、心理科学、脑及神经科学、生命科学、语言学、逻辑学、行为科学、教育科学、数理科学等诸多学科领域。
2. 人工智能的主要方法
(1)符号主义 ,又称逻辑主义、心理学派或计算机学派,认为学习或者其他智能特征原则上均可以被符号精准地描述,从而被机器仿真。
(2)联结主义,又称仿生学派或生理学派,通过模仿人类大脑中神经元之间的复杂交互进行认知推理。如以多层神经网络为核心的深度学习算法。
(3)行为主义,又称进化主义或控制论学派,从“交互—反馈”角度刻画智能行为,认为智能体可以在与环境的交互中不断学习,提升自己的智能水平。
3. 人工智能的发展历程
(1)从计算到智能测试
①20世纪30年代,三种计算机制相继被提出,它们分别是原始递归函数、lambda演算和图灵机。图灵机成为现代计算机的理论模型。
②1950年,图灵提出了著名的“图灵测试”,图灵测试是测试机器是否具有智能的一种方法。
(2)人工智能登上历史舞台
①1955年8月,“人工智能达特茅斯夏季研讨会”的项目申请书中首次提出“人工智能”这一术语,从此人工智能踏入人类历史长河。申请书中指出“人工智能”的研究目标是制造能模拟人类的机器。
②1956年,“人工智能达特茅斯夏季研讨会”在美国达特茅斯学院如期召开,这标志着人工智能作为一门新兴学科正式诞生。
(3)以符号主义表达与推理为代表的人工智能
①符号主义人工智能方法包含知识库和推理引擎两部分。它先要将所有知识以逻辑形式进行表达,然后依靠推理引擎,去验证命题或谓语正确与否,或者学习推导出新规则、新知识。
②基于规则学习的人工智能方法解释性强(与人类逻辑推理过程相符),但其可拓展性较弱,难以构建完备的知识库和完善的推理方法。
(4)数据驱动的人工智能方法
深度学习是典型的数据驱动的人工智能方法,能够让计算机从数据本身进行学习。最常用的深度学习是模拟人类大脑处理数据的机制,逐层抽象地对原始数据进行学习。
(5)问题引导下的人工智能学习方法
在问题引导下开展试错学习,在学习过程中不断尝试各种解决问题的可能途径,然后根据结果反馈来调整相应的学习方法。这种强化学习体现了一种自我学习的能力,即从过去的经验中不断学习,提升能力。
4. 有的人工智能应用只能从行为结果上来模仿、替代人类活动,有的人工智能虽然有学习能力,但也必须在确定的、知识和信息完全的、特定且封闭的环境中才能有用武之地。目前,人工智能还无法真正像人类一样思考,还不具备意识、情绪、情感等。
典例精选
【例1】 下列关于人工智能的说法,正确的是(　　)
A. 人工智能技术可应用于汽车的无人驾驶
B. 训练数据的规模不会影响深度学习的效果
C. 人工智能的实现都需要事先手工构建知识库
D. 人脸识别技术都是通过符号主义人工智能实现的
【解析】 本题考查人工智能知识。A汽车无人驾驶是人工智能技术的综合运用;B深度学习基于数据驱动,训练数据的规模会影响深度学习的效果;C人工智能中的符号主义需要人工构建知识库;D人脸识别技术是基于联结主义人工智能实现的。
A
【例2】 下列关于人工智能的说法,错.误.的是(　　)
A. 图灵测试是测试机器是否具有智能的一种方法
B. 知识的精确化编码是阻碍符号主义人工智能发展的一个瓶颈问题
C. “扫地机器人”是行为主义人工智能在现实生活中的应用
D. 会下国际象棋的“深蓝”是以推理为核心的联结主义人工智能的代表
【解析】 本题主要考查人工智能的相关知识。会下国际象棋的“深蓝”是以推理为核心的符号主义人工智能的代表。
D
【例3】 某零售店推出智能购物手推车,支持实时计价和自助结账。手推车配备触摸屏、能自动称重的内置秤和集成AI算法的智能摄像头等设备。智能摄像头识别商品后,系统通过网络从服务器数据库中获取该商品的信息,并在触摸屏上显示商品信息及累计金额。用户可直接在触摸屏上确认账单,完成手机扫码支付后,系统生成电子购物凭证。系统有
时会出现商品识别错误的情形,下列原因分析中,不可能的是(　　)
A. 商品外形相似度太高 B. AI算法训练数据不足
C. 商品单价随市场调整 D. 环境光线影响影像质量
【解析】 本题考查人工智能知识。由材料可知,智能购物手推车用智能摄像头识别商品,本质上是使用了人工智能技术来识别商品。选项A、B、D都可能影响AI识别的准确率,而商品单价是存储在系统数据库中的,定期进行人工调整,选项D错误。
C
【例4】 某社区使用智能配送系统来提供配送服务。其中,无人驾驶配送车配备激光雷
达、摄像头、自动驾驶系统,可全面感知与识别周边行人、交通标志、障碍物等,实现全天候智能配送;管理员可远程监控每台配送车的实时工作动态、任务次数、障碍预警等
信息,一旦车辆出现问题,能及时进行人工接管。要提升无人驾驶配送车的智能水平,下
列措施中,不合理的是(　　)
A. 完善系统对各类交通标志的识别训练
B. 强化系统在与环境的交互中不断学习
C. 持续迭代优化自动驾驶的算法
D. 增加无人驾驶配送车的车厢容积
【解析】 本题考查人工智能知识。人工智能主要有符号主义、联结主义和行为主义三种,而影响人工智能发展的有三大要素:数据、算法和算力。无人驾驶配送车的车厢容积和人工智能的训练与算法的提升无关。
D
自我检测
1. 下列关于人工智能的说法,正确的是(　　)
A. 人工智能是人类智能 B. 人工智能是生物智能
C. 人工智能是以机器为载体的智能 D. 人工智能是以人为载体的智能
【解析】 人工智能是以机器为载体,模仿、延伸和扩展人类智能,与人类智能或其他动物所呈现的生物智能有着重要区别。
C
2. 关于人工智能的主要方法,下列说法中正确的是(　　)
A. 联结主义又称为进化主义
B. 符号主义人工智能方法认为人类的语义都能被精确地描述
C. 从“交互—反馈”这一角度来刻画智能行为,属于控制论学派的观点
D. 从数据中学习隐性知识来指导原始数据的识别和分类,属于行为主义流派的观点
【解析】 本题主要考查人工智能的相关知识。进化主义属于行为主义;符号主义人工智能方法认为智能特征原则上都可以被精确地描述,但并不是所有元素都可以;“交互—反馈”属于控制论;从数据中学习隐性知识来指导原始数据的识别和分类,属于深度学习。
C
3. 下列实际生活场景中,涉及人工智能技术的是 (　　)
①疫情防控期间,进入公共场所时通过“人脸识别登录验证”申领健康码
②通过手机APP 远程打开家里的空调
③拨打某客服电话,通过与语音助手沟通来解决售后问题
④驾驶搭载自动驾驶技术的汽车
⑤利用扫描仪扫描文稿并自动通过电子邮件发送
A. ①③④ B. ①②④
C. ①③⑤ D. ③④⑤
【解析】 本题主要考查人工智能的相关知识。人工智能是指通过普通计算机程序来呈现人类智能的技术。人脸识别、语音助手、自动驾驶都属于人工智能的应用。
A
4. 下列关于人工智能的说法,正确的是(　　)
A. 人工智能技术就是虚拟现实技术
B. 烟雾探测器探测到浓烟时自动启动喷淋系统,体现了人工智能技术
C. 计算机病毒具有传染性和破坏性,也是人工智能技术的体现
D. 人工智能是一种模拟人类智能活动,尝试对事物进行识别、理解、学习和推理的技术
【解析】 本题考查人工智能和计算机病毒的基本知识。人工智能是模拟人的智能的技术,A选项错误;烟雾探测器探测到浓烟并自动启动喷淋系统属于自动化处理,B选项错误;计算机病毒是人为编写的具有破坏作用的程序,不属于人工智能,C选项错误;人工智能是一种模拟人类智能活动,尝试对事物进行识别、理解、学习和推理的技术,人工智能还具有自我学习的能力,D选项正确。
D
5. 下列关于人工智能发展历程的说法,错.误.的是(　　)
A. 由原始递归函数计算机制完成的计算任务,lambda演算和图灵机计算机制不一定能
完成
B. 知识的精确化编码是阻碍符号主义人工智能发展的一个瓶颈问题
C. 随着待解决问题的复杂化发展,“专家系统”的局限性越来越明显
D. AlphaGo Zero通过自我博弈不断提升棋力,采用的学习机制是强化学习
【解析】 原始递归函数、lambda演算和图灵机三种计算机制在性能上是等效的,即任何一种计算机制所能完成的计算任务均可由其他两种计算机制完成;另一方面,如果某一计算任务不能被某一种计算机制完成,那么这一任务也无法被其他两种计算机制完成。
A

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