上海交通大学通识教育核心课程 环球科学 《科学美国人) 207. 30 Resear tute of Robotics oLab 机器人与脑(5) GHAI JIAO TONG UNIVERSI AA几R产AAAA 曹其新、栾楠、张蕾 通 http://robolab.sjtu.edu.cn/home/zh-hans/node/117 上海交通大学机器人研究所
Research Institute of Robotics RoboLab 机器人与脑（5） 上海交通大学通识教育核心课程 曹其新、栾楠、张蕾 http://robolab.sjtu.edu.cn/home/zh-hans/node/117 上海交通大学机器人研究所
5机器人，人工智能和脑科学 人工智能(Artificial Intelligence,简称AI),也 称作机器智能，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能系统，来模拟人类 智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。同样，人工智能 也主要包含三个方面：感知能力、思维能力、行为能力。只 不过这三个方面是通过“机器”系统，而不是“人”这一系 统来完成
人工智能(Artificial Intelligence，简称AI)，也 称作机器智能， 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能系统，来模拟人类 智能活动的能力，以延伸人们智能的科学。同样，人工智能 也主要包含三个方面：感知能力、思维能力、行为能力。只 不过这三个方面是通过“机器”系统，而不是“人”这一系 统来完成。 5 机器人，人工智能和脑科学
0 5机器人与人工智能 我们为何需要智能机器人 一、做人类做不到的事情 二、做人类做不好的事情 三、做对人类有危险的事情
我们为何需要智能机器人 一、做人类做不到的事情 二、做人类做不好的事情 三、做对人类有危险的事情 5 机器人与人工智能
5机器人，人工智能和脑科学 人工智能可以为我们做什么 1.机器感知 必 机器感知就是计算机直接“感觉"周围世界。 具体来讲，就是计算机像人一样通过“感觉器官” 直接从外界获取信息。如通过视觉器官获取图形、 图像信息，通过听觉器官获取声音信息。所以，要 使机器具有感知能力，就首先必须给机器配置各种 感觉器官，如视觉器官、听觉器官、嗅觉器官等等 0 于是，机器感知还可以再分为机器视觉、机器听 觉等分支课题
人工智能可以为我们做什么 1. 机器感知 机器感知就是计算机直接“感觉”周围世界。 具体来讲，就是计算机像人一样通过“感觉器官” 直接从外界获取信息。如通过视觉器官获取图形、 图像信息，通过听觉器官获取声音信息。所以，要 使机器具有感知能力，就首先必须给机器配置各种 感觉器官，如视觉器官、听觉器官、嗅觉器官等等 。于是，机器感知还可以再分为机器视觉、机器听 觉等分支课题。 5 机器人，人工智能和脑科学
5机器人，人工智能和脑科学 %语音识别 语音识别研究的目的就是让机器“听懂”人 类口述的语言。包括两方面的含义：其一是逐字 逐句听懂非转化成书面语言文字；其二是对口述 语言中所包含的要求或询问加以理解，做出正确 响应，而不拘泥于所有词的正确转换。语音识别 系统从讲叙方式角度可分为孤立词、连接词和连 续语音三种。从服务对象的角度可分为特定人与 非特定人。即系统只针对一个用户或可用于任意 用户
语音识别 语音识别研究的目的就是让机器“听懂”人 类口述的语言。包括两方面的含义：其一是逐字 逐句听懂非转化成书面语言文字；其二是对口述 语言中所包含的要求或询问加以理解，做出正确 响应，而不拘泥于所有词的正确转换。语音识别 系统从讲叙方式角度可分为孤立词、连接词和连 续语音三种。从服务对象的角度可分为特定人与 非特定人。即系统只针对一个用户或可用于任意 用户。 5 机器人，人工智能和脑科学
机器人，人工智能和脑科学 一个完整的语音识别系统可大致分为三部分： (1)语音特征提取：其目的是从语音波形中提 取出随时间变化的语音特征序列。 (2)声学模型与模式匹配（识别算法）：声学 模型通常将获取的语音特征通过学习算法产生。 在识别时将输入的语音特征同声学模型（模式) 进行匹配与比较，得到最佳的识别结果。 (3)语言模型与语言处理：语言模型包括由识 别语音命令构成的语法网络或由统计方法构成的 语言模型，语言处理可以进行语法、语义分析。 对小词表语音识别系统，往往不需要语言处理部 分
一个完整的语音识别系统可大致分为三部分： （1）语音特征提取：其目的是从语音波形中提 取出随时间变化的语音特征序列。 （2）声学模型与模式匹配（识别算法）：声学 模型通常将获取的语音特征通过学习算法产生。 在识别时将输入的语音特征同声学模型（模式） 进行匹配与比较，得到最佳的识别结果。 （3）语言模型与语言处理：语言模型包括由识 别语音命令构成的语法网络或由统计方法构成的 语言模型，语言处理可以进行语法、语义分析。 对小词表语音识别系统，往往不需要语言处理部 分。 5 机器人，人工智能和脑科学
机器人，人工智能和脑科学 图像识别 图形刺激作用于感觉器官，人们辨 认出它是经验过的某一图形的过程。也 称图像再认。在图像识别中，既要有当 时进入感官的信息，也要有记忆中存储 的信息。只有通过存储的信息与当前的 信息进行比较的加工过程，才能实现对 图像的再认
图像识别 图形刺激作用于感觉器官，人们辨 认出它是经验过的某一图形的过程。也 称图像再认。在图像识别中，既要有当 时进入感官的信息，也要有记忆中存储 的信息。只有通过存储的信息与当前的 信息进行比较的加工过程，才能实现对 图像的再认。 5 机器人，人工智能和脑科学
机器人，人工智能和脑科学 人工智能可以为我们做什么 冬2机器联想 冬仔细分析人脑的思维过程，可以发现，联想实际是思维过程中最基本 、使用最频繁的一种功能。例如，当听到一段乐曲，我们头脑中可能会 立即浮现出几十年前的某一个场景，甚至一段往事，这就是联想。 机器联想就是机器具有联想的功能。 要实现联想无非就是建立事物之间的联系，比如通过指针、函数、链 表、关系等。 传统的信息查询是基于传统计算机的按地址存取方式进行的。而研究 表明，人脑的联想功能是基于神经网络的按内容记忆方式进行的，与存 储地址无关
人工智能可以为我们做什么 2 机器联想 仔细分析人脑的思维过程，可以发现，联想实际是思维过程中最基本 、使用最频繁的一种功能。例如，当听到一段乐曲，我们头脑中可能会 立即浮现出几十年前的某一个场景，甚至一段往事，这就是联想。 机器联想就是机器具有联想的功能。 要实现联想无非就是建立事物之间的联系，比如通过指针、函数、链 表、关系等。 传统的信息查询是基于传统计算机的按地址存取方式进行的。而研究 表明，人脑的联想功能是基于神经网络的按内容记忆方式进行的，与存 储地址无关。 5 机器人，人工智能和脑科学
冬当前，对机器联想功能的研究中，人们就是利用这种 按内容记忆原理，采用一种称为“联想存储“的技术实 现联想功能。联想存储的特点是： 冬(1)可以存储许多相关（激励，响应）模式对； (2)通过自组织过程可以完成这种存储； 冬(3)以分布、稳健的方式（可能会有很高的冗余度）存储信息； (4)可以根据接收到的相关激励模式产生并输出适当的响应模式： 冬(5)即使输入激励模式失真或不完全时，仍然可以产生正确的响 应模式； (6)可在原存储中加入新的存储模式。 第9页
第9页 当前，对机器联想功能的研究中，人们就是利用这种 按内容记忆原理，采用一种称为“联想存储”的技术实 现联想功能。联想存储的特点是： (1)可以存储许多相关（激励，响应）模式对; (2)通过自组织过程可以完成这种存储; (3)以分布、稳健的方式（可能会有很高的冗余度）存储信息; (4)可以根据接收到的相关激励模式产生并输出适当的响应模式; (5)即使输入激励模式失真或不完全时，仍然可以产生正确的响 应模式; (6)可在原存储中加入新的存储模式
3.机器推理 冬机器推理就是计算机推理，也称自动推理。它是人工 智能的核心课题之一。因为，推理是人脑的一个基本功能 和重要功能。机器推理是人工智能的基本的、重要的研究 方向。事实上，几乎所有的人工智能领域都与推理有关。 因此，要实现人工智能，就必须将推理的功能赋予机器， 实现机器推理。 冬实现机器推理要模拟人脑推理的宏观过程，按照符号推 演的方法，依据形式逻辑、数理逻辑的推理规则进行，也 可以采用数值计算的方法实现。还有采用并行推理，如神 经网络计算机，是重要的研究方向。 机器推理可分为确定性（精确推理）和不确定推理。 第10页
第10页 3. 机器推理 机器推理就是计算机推理，也称自动推理。它是人工 智能的核心课题之一。因为，推理是人脑的一个基本功能 和重要功能。机器推理是人工智能的基本的、重要的研究 方向。事实上，几乎所有的人工智能领域都与推理有关。 因此，要实现人工智能，就必须将推理的功能赋予机器， 实现机器推理。 实现机器推理要模拟人脑推理的宏观过程，按照符号推 演的方法，依据形式逻辑、数理逻辑的推理规则进行，也 可以采用数值计算的方法实现。还有采用并行推理，如神 经网络计算机，是重要的研究方向。 机器推理可分为确定性（精确推理）和不确定推理