第3課 人工智能的實(shí)現(xiàn)方式（義務(wù)教育人工智能課件）

第3課人工智能的實(shí)現(xiàn)方式第一單元走進(jìn)人工智能義務(wù)教育信息科技課程資源

人工智能

第3課學(xué)習(xí)目標(biāo)1了解人工智能的三種主要實(shí)現(xiàn)方式。學(xué)習(xí)目標(biāo)認(rèn)識(shí)不同技術(shù)路線的優(yōu)點(diǎn)與局限。23了解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要作用，知道訓(xùn)練、模型、推理等相關(guān)概念的含義。第3課課堂導(dǎo)入問題情境同學(xué)們，你們有沒有想過：為什么語音助手能聽懂我們說話？為什么掃地機(jī)器人能避開桌椅？為什么圍棋AI能選擇合適的落子位置？這些看似神奇的能力，背后藏著人工智能的奧秘。今天，我們就來揭開這個(gè)謎團(tuán)，走進(jìn)人工智能的世界，看看這些聰明的機(jī)器，到底是怎樣一步步實(shí)現(xiàn)的。第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容一

通過模擬功能實(shí)現(xiàn)二

通過模擬結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容三

通過模擬行為實(shí)現(xiàn)在人工智能發(fā)展過程中，逐漸形成了三種主要的實(shí)現(xiàn)方式。一、通過模擬功能實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容許多科研人員認(rèn)為，可以通過模擬人類認(rèn)知來實(shí)現(xiàn)人工智能，這被稱為符號(hào)主義。符號(hào)主義主張用規(guī)則和邏輯來模擬思維，其典型代表是知識(shí)圖譜。一、通過模擬功能實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容根據(jù)右圖可以推導(dǎo)出“公交車爆胎→公交車晚點(diǎn)→小明遲到→老師批評(píng)小明”這樣一條清晰的事件鏈。然而，面對(duì)復(fù)雜、多變的現(xiàn)實(shí)問題時(shí)，這種方法往往不夠靈活。一、通過模擬功能實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容1.訪問術(shù)語在線網(wǎng)站，查詢一個(gè)感興趣的詞，如人工智能。2.查看條目詳情，如計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的人工智能。3.查看頁面中顯示的術(shù)語圖譜，即網(wǎng)站通過人工智能技術(shù)生成的概念關(guān)系圖。4.嘗試檢索更多的詞，觀察與之關(guān)聯(lián)的詞，進(jìn)一步感受知識(shí)圖譜的作用。一、通過模擬功能實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容通過術(shù)語圖譜，能夠直觀感知概念之間的關(guān)聯(lián)。第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容一些科研人員發(fā)現(xiàn)，可以通過模仿人腦神經(jīng)元的連接方式，構(gòu)建出人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)人工智能。這種方式被稱為連接主義。目前，連接主義最典型的技術(shù)成果是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。二、通過模擬結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容讓人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從大量數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程，稱為訓(xùn)練。訓(xùn)練過程中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)不斷調(diào)整內(nèi)部參數(shù)，逐步提升處理能力。訓(xùn)練結(jié)束后，這個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就成為一個(gè)可用的模型。利用這個(gè)模型對(duì)新的輸入信息進(jìn)行處理并輸出結(jié)果的過程，稱為推理。二、通過模擬結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容1.運(yùn)行配套資源中的《人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)》軟件?？梢钥吹?，軟件使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分為2層：第1層輸入有15個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)左側(cè)數(shù)字的15個(gè)點(diǎn)，輸出為5個(gè)節(jié)點(diǎn)；第2層輸入為5個(gè)節(jié)點(diǎn)，輸出為10個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)0到9這10個(gè)數(shù)字。2.在左側(cè)選擇一個(gè)數(shù)字，觀察預(yù)測結(jié)果。二、通過模擬結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容3.根據(jù)觀察回答問題：下圖展示的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一共有2層，第1層含有____個(gè)參數(shù)，第2層含有______個(gè)參數(shù)，共_____個(gè)參數(shù)。實(shí)際使用時(shí)，往往還需要增加很多輔助參數(shù)。二、通過模擬結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容現(xiàn)在實(shí)際使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要指深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能包含幾十或上百層，涉及十億、百億，甚至更多參數(shù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在圖像識(shí)別、語音處理、自然語言理解等多個(gè)領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，成為當(dāng)前人工智能研究和應(yīng)用的核心技術(shù)之一。二、通過模擬結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容從模擬行為出發(fā)來實(shí)現(xiàn)人工智能，這被稱為行為主義，其典型代表是強(qiáng)化學(xué)習(xí)。強(qiáng)化學(xué)習(xí)的過程類似于人類或動(dòng)物的學(xué)習(xí)過程：通過試錯(cuò)、獲得反饋，從而不斷改進(jìn)行為。三、通過模擬行為實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容例如，當(dāng)需要讓機(jī)器人自主控制行走姿態(tài)、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定行走時(shí)，可以讓機(jī)器人在不斷的嘗試中，根據(jù)地面情況和自身狀態(tài)調(diào)整步態(tài)和重心。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)每次嘗試的結(jié)果給予獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰，從而引導(dǎo)機(jī)器人逐步學(xué)會(huì)穩(wěn)定行走的技能。這種方式使機(jī)器人能夠在沒有明確指令的情況下，通過與環(huán)境交互自主學(xué)習(xí)復(fù)雜的行為模式。三、通過模擬行為實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容通過對(duì)弈體驗(yàn)，對(duì)比不同方式實(shí)現(xiàn)智能的差異1.兩人一組進(jìn)行圍棋對(duì)弈。2.一人運(yùn)行早期開發(fā)的圍棋程序，另一人運(yùn)行近期的智能圍棋程序。3.根據(jù)界面提示適當(dāng)設(shè)置，一人持黑一人持白開始圍棋比賽。三、通過模擬行為實(shí)現(xiàn)第3課學(xué)習(xí)內(nèi)容Fuego是基于規(guī)則開發(fā)的圍棋程序。KaTrain是基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的圍棋程序。三、通過模擬行為實(shí)現(xiàn)第3課課堂總結(jié)

1.可以通過模擬人類大腦的認(rèn)知功能來實(shí)現(xiàn)智能，這被稱為符號(hào)主義。2.可以通過模仿人腦神經(jīng)元的連接方式來實(shí)現(xiàn)智能，這被稱為連接主義。3.可以通過模擬人類學(xué)習(xí)的行為方式來實(shí)現(xiàn)智能，這被稱為行為主義。4.不同的實(shí)現(xiàn)方式可以彼此取長補(bǔ)短，互相融合。第3課拓展與提升為緩解城市交通擁堵，科研人員正在研究一種新的智能調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)借鑒了自然界中的群體智能現(xiàn)象，如蜂群和魚群的協(xié)作行為，使每一輛車都具備一定的感知與決策能力，成為一個(gè)“智能體”。這些車輛通過與其他車輛、交通信號(hào)燈和道路傳感器實(shí)時(shí)共享信息，協(xié)同調(diào)整行駛路線和速度