人工智能及其应用：研究生用书（第三版）
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本书共12章。第1章叙述人工智能的概况，列举出人工智能的研究与应用领域。第2章和第3章研究传统人工智能的知识表示方法、搜索技术和高级知识推理。第4章阐述了计算智能的基本知识，包括神经计算、模糊计算、粗糙集理论、进化计算、人工生命、群智能、自然计算和免疫算法诸多内容。第5章至第11章详细讨论了人工智能的主要应用，包括专家系统、机器学习、自动规划、艾真体(Agent)、机器视觉、自然语言理解和智能控制等。第12章评述近年来关于人工智能的争论，讨论人工智能对人类经济、社会和文化的影响，展望人工智能的发展。与第二版相比，第三版的许多内容都是第一次出现的，如高级知识推理、分布式人工智能与艾真体、计算智能、进化计算、群智能优化、自然计算、免疫计算以及知识发现和数据挖掘等。其他章节也在第二版的基础上做了相应的修改、精简或补充。
本书可作为高等院校有关专业研究生的人工智能课程教材，也可供从事人工智能研究与应用的科技工作者学习参考。本科生教材请使用本书的姊妹篇"本科生用书"。
本书可作为高等院校有关专业研究生的人工智能课程教材，也可供从事人工智能研究与应用的科技工作者学习参考。本科生教材请使用本书的姊妹篇"本科生用书"。
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本书提供作译者介绍
蔡自兴 1962年毕业于西安交通大学电机工程系工业电气化与自动化专业。1983至1985年为美国普度(Purdue)大学和内华达大学(UNR)访问学者。1988年10月至1989年8月任中国科学院自动化研究所客座研究员。1989年9月至1990年5月任北京大学信息科学中心客座研究员。1992年至1993年为美国伦塞勒工学院(RPI)客座教授。现任中南大学信息科学与工程学院学位委员会主席、首席教授、博士生导师，联合国专家，纽约科学院院士，中国人工智能学会副理事长，智能机器人分会名誉理事长，中国计算机学会人工智能与.. << 查看详细
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前沿学科的最精彩成就
代序--计算机时代的脑力劳动机械化与科学技术现代化
第三版序
第二版序
前言
第1章 绪论
1．1 人工智能的定义与发展
1．1．1 人工智能的定义
1．1．2 人工智能的起源与发展
1．2 人类智能与人工智能
1．2．1 智能信息处．理系统的假设和认知的研究层次
1．2．2 人类智能的计算机模拟
1．3 人工智能各学派的认知观
1．4 人工智能的研究与应用领域
1．4．1 问题求解
1．4．2 逻辑推理与定理证明
1．4．3 自然语言理解
1．4．4 自动程序设计
1．4．5 专家系统
1．4．6 机器学习
代序--计算机时代的脑力劳动机械化与科学技术现代化
第三版序
第二版序
前言
第1章 绪论
1．1 人工智能的定义与发展
1．1．1 人工智能的定义
1．1．2 人工智能的起源与发展
1．2 人类智能与人工智能
1．2．1 智能信息处．理系统的假设和认知的研究层次
1．2．2 人类智能的计算机模拟
1．3 人工智能各学派的认知观
1．4 人工智能的研究与应用领域
1．4．1 问题求解
1．4．2 逻辑推理与定理证明
1．4．3 自然语言理解
1．4．4 自动程序设计
1．4．5 专家系统
1．4．6 机器学习
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人类在进入新世纪时对未来充满新的更大的希望。科技进步必将为各国的可持续发展提供根本保障，科技新成果必将在更大的广度和深度上造福于人类。人工智能学科及其"智能制品"的重要作用日成为人们的普遍共识。最近，中国教育部决定在中学开设"人工智能"新课程就是一个新的例证。
国际上人工智能研究作为一门前沿和交叉学科，伴随着世界社会进步和科技发展的步伐，与时俱进，在过去十多年中已取得长足进展。在国内，人工智能已得到迅速传播与发展，并促进其他学科的发展。吴文俊院士的定理证明的几何方法就是一个例证和代表性成果。20年前，我们作为访问学者，在美国普度大学与美国国家工程科学院院士傅京孙教授合作研究人工智能，并在他的指导下编写了《人工智能及其应用》第一版。该书也为我国人工智能的发展做出了应有的贡献。在该书序言中，傅先生曾指出编写该书的目的有二： 其一，为计算机科学家和工程师们提供一些人工智能的技术和基础知识；其二，填补人工智能理论与实践的间隙。我们始终遵循这些宗旨来修订本书的第二版和第三版，并力求反映人工智能研究和应用的最新进展。
本书第三版研究生用书共12章。第1章叙述人工智能的概况，列举出人工智能的研究与应用领域。第2章和第3章研究传统人工智能的知识表示方法、搜索技术和高级知识推理。第4章阐述了计算智能的基本知识，包含神经计算、模糊计算、粗糙集理论、进化计算、人工生命、群智能、自然计算和免疫算法诸多内容。第5章至第11章比较详细地讨论了人工智能的主要应用，包括专家系统、机器学习、自动规划、艾真体(Agent)、机器视觉、自然语言理解和智能控制等。第12章评述近年来关于人工智能的争论，讨论人工智能对人类经济、社会和文化的影响，展望人工智能的发展。与第二版相比，第三版研究生用书的许多内容都是第一次出现的，如高级知识推理、分布式人工智能与艾真体、计算智能、进化计算、群智能优化、自然计算、免疫计算以及知识发现和数据挖掘等。其他章节也在第二版的基础上做了相应的修改、精简或补充。
本书可作为高等院校有关专业研究生的人工智能课程教材，也可供从事人工智能研究与应用的科技工作者学习参考。本科生教材请使用本书的姊妹篇"本科生用书"。分别编著出版"本科生用书"和"研究生用书"是一种尝试，希望能够发挥更好的作用。
承蒙广大读者厚爱，本书第一版和第二版已十多次印刷，共发行12万多册，被数百所院校用作教材或教学参考书。1992年3月，台湾儒林图书出版公司又在台北出版了本书的繁体字版，向海外发行。我国科技教育界的许多领导和专家以及一些外国教授，对本书给予充分肯定。部分专家和读者以及我们的学生还对本书提出不少有益的修订建议。国务委员兼国家科委主任宋健教授，在极其繁忙的国务活动中，曾于1988年2月亲笔致函蔡自兴同志，对本书作出很高评价，体现出他对发展我国人工智能的关注和对作者的鼓励。事隔15年后，在本书第三版中公开发表这封信；仍然具有重要的指导意义。1993年5月，宋主任又赐寄题词"人智能则国智，科技强则国强"，很好地阐明了人工智能与提高民族素质、增强科技实力和建设现代化强国的辩证关系，也是：对我们和全国人工智能工作者的殷切期望。本书第二版1996年出版发行后，继续受到广大高校师生的欢迎和专家教授的肯定。该书曾获1999年度国家教育部科技进步一等奖和2002年国际优秀作品奖，并与其他著作和成果一起获得2000年度中国高校自然科学奖二等奖和省部级优秀教学成果奖一等奖。在本书修订过程中，得到许多专家和读者的热情支持。现在，国际人工智能大师、我国首届国家科学技术最高奖获得者、中国科学院院士、中国科学院数学研究院吴文俊先生在85岁高龄专为本书第三版研究生用书写了代序，中国科学院院士、清华大学信息科学与技术学院院长李衍达教授在百忙中再次为本书作序，中国工程院首任院长、原国务委员兼国家科委主任、原全国政协副主席、美国国家工程科学院外籍院士及中国科学院院士和中国工程院院士宋健教授同意发表他的亲笔来信，均使本书增添光彩。所有这些，都使作者深受鼓舞。在此，谨向诸位领导、专家和广大读者表示诚挚的感谢。
我们还要衷心感谢中南工业大学、清华大学和清华大学出版社有关领导、专家。如果没有他们的大力支持与合作，本书第三版就不可能迅速与读者见面。
修订本书第三版时，参考了我国人工智能课程教学大纲和美国2001年Intelligent Systems教学大纲。从新世纪开始，美国的Artificial Intelligence课程已为Intelligent Systems所包含。
我们要特别感谢国内外人工智能专著、教材和许多高水平论文报告的作者们，他们是： 高济，何华灿，何新贵，何志均，李德毅，陆汝钤，施鹏飞，史忠植，宋健，涂序彦，王永庆，王正志，吴文俊，张钹，钟义信以及久Cawsey， d．Durkin，A．P．Engelbrecht，E.A.Feigenbaum，CSGLee，Z．Michalewics，N．J．Nilsson，P．Norvig，E.Rich，S．J．Russell，G．N．Saridis，A．B．THMOeeB和P．H．Winston等教授。他们的作品或与他们的讨论为我们修订本书提供了丰富营养，使我们受益匪浅。我们在本书中引用了他们的部分材料，使本书能够取各家之长，较全面地反映人工智能各个研究领域的最新进展。肖晓明、龚涛、于金霞、肖雄军、李仪等同志打印了本书部分书稿。对于他们的帮助，我们也深表谢意。
本书第三版除4．2节和4．3节由蔡竞峰编写外，全书由蔡自兴教授执笔、徐光教授审阅。由于作者学识有限，修订时间又较为紧迫，加上人工智能发展很快，对有些新领域我们尚不够熟悉，因此，书中不妥和错误之处在所难免。我们诚恳地希望各位专家和读者不吝指教和帮助。对此，我们深为感谢。
在教育部"新世纪网络课程建设工程"的支持下，以本书为蓝本开发了"人工智能网络课程"，并已于2003年11月通过教育部组织的专家验收和质量认证，被评为优秀网络课程。以蔡自兴为主讲教授的"人工智能"课程也于2004年2月被教育部评为国家精品课程。该网络课程由教育部高等教育出版社组织上网服务，可与本书配套使用。该精品课程也为本书的使用提供了更多的支持。
蔡自兴 徐光
2004年5月1日
国际上人工智能研究作为一门前沿和交叉学科，伴随着世界社会进步和科技发展的步伐，与时俱进，在过去十多年中已取得长足进展。在国内，人工智能已得到迅速传播与发展，并促进其他学科的发展。吴文俊院士的定理证明的几何方法就是一个例证和代表性成果。20年前，我们作为访问学者，在美国普度大学与美国国家工程科学院院士傅京孙教授合作研究人工智能，并在他的指导下编写了《人工智能及其应用》第一版。该书也为我国人工智能的发展做出了应有的贡献。在该书序言中，傅先生曾指出编写该书的目的有二： 其一，为计算机科学家和工程师们提供一些人工智能的技术和基础知识；其二，填补人工智能理论与实践的间隙。我们始终遵循这些宗旨来修订本书的第二版和第三版，并力求反映人工智能研究和应用的最新进展。
本书第三版研究生用书共12章。第1章叙述人工智能的概况，列举出人工智能的研究与应用领域。第2章和第3章研究传统人工智能的知识表示方法、搜索技术和高级知识推理。第4章阐述了计算智能的基本知识，包含神经计算、模糊计算、粗糙集理论、进化计算、人工生命、群智能、自然计算和免疫算法诸多内容。第5章至第11章比较详细地讨论了人工智能的主要应用，包括专家系统、机器学习、自动规划、艾真体(Agent)、机器视觉、自然语言理解和智能控制等。第12章评述近年来关于人工智能的争论，讨论人工智能对人类经济、社会和文化的影响，展望人工智能的发展。与第二版相比，第三版研究生用书的许多内容都是第一次出现的，如高级知识推理、分布式人工智能与艾真体、计算智能、进化计算、群智能优化、自然计算、免疫计算以及知识发现和数据挖掘等。其他章节也在第二版的基础上做了相应的修改、精简或补充。
本书可作为高等院校有关专业研究生的人工智能课程教材，也可供从事人工智能研究与应用的科技工作者学习参考。本科生教材请使用本书的姊妹篇"本科生用书"。分别编著出版"本科生用书"和"研究生用书"是一种尝试，希望能够发挥更好的作用。
承蒙广大读者厚爱，本书第一版和第二版已十多次印刷，共发行12万多册，被数百所院校用作教材或教学参考书。1992年3月，台湾儒林图书出版公司又在台北出版了本书的繁体字版，向海外发行。我国科技教育界的许多领导和专家以及一些外国教授，对本书给予充分肯定。部分专家和读者以及我们的学生还对本书提出不少有益的修订建议。国务委员兼国家科委主任宋健教授，在极其繁忙的国务活动中，曾于1988年2月亲笔致函蔡自兴同志，对本书作出很高评价，体现出他对发展我国人工智能的关注和对作者的鼓励。事隔15年后，在本书第三版中公开发表这封信；仍然具有重要的指导意义。1993年5月，宋主任又赐寄题词"人智能则国智，科技强则国强"，很好地阐明了人工智能与提高民族素质、增强科技实力和建设现代化强国的辩证关系，也是：对我们和全国人工智能工作者的殷切期望。本书第二版1996年出版发行后，继续受到广大高校师生的欢迎和专家教授的肯定。该书曾获1999年度国家教育部科技进步一等奖和2002年国际优秀作品奖，并与其他著作和成果一起获得2000年度中国高校自然科学奖二等奖和省部级优秀教学成果奖一等奖。在本书修订过程中，得到许多专家和读者的热情支持。现在，国际人工智能大师、我国首届国家科学技术最高奖获得者、中国科学院院士、中国科学院数学研究院吴文俊先生在85岁高龄专为本书第三版研究生用书写了代序，中国科学院院士、清华大学信息科学与技术学院院长李衍达教授在百忙中再次为本书作序，中国工程院首任院长、原国务委员兼国家科委主任、原全国政协副主席、美国国家工程科学院外籍院士及中国科学院院士和中国工程院院士宋健教授同意发表他的亲笔来信，均使本书增添光彩。所有这些，都使作者深受鼓舞。在此，谨向诸位领导、专家和广大读者表示诚挚的感谢。
我们还要衷心感谢中南工业大学、清华大学和清华大学出版社有关领导、专家。如果没有他们的大力支持与合作，本书第三版就不可能迅速与读者见面。
修订本书第三版时，参考了我国人工智能课程教学大纲和美国2001年Intelligent Systems教学大纲。从新世纪开始，美国的Artificial Intelligence课程已为Intelligent Systems所包含。
我们要特别感谢国内外人工智能专著、教材和许多高水平论文报告的作者们，他们是： 高济，何华灿，何新贵，何志均，李德毅，陆汝钤，施鹏飞，史忠植，宋健，涂序彦，王永庆，王正志，吴文俊，张钹，钟义信以及久Cawsey， d．Durkin，A．P．Engelbrecht，E.A.Feigenbaum，CSGLee，Z．Michalewics，N．J．Nilsson，P．Norvig，E.Rich，S．J．Russell，G．N．Saridis，A．B．THMOeeB和P．H．Winston等教授。他们的作品或与他们的讨论为我们修订本书提供了丰富营养，使我们受益匪浅。我们在本书中引用了他们的部分材料，使本书能够取各家之长，较全面地反映人工智能各个研究领域的最新进展。肖晓明、龚涛、于金霞、肖雄军、李仪等同志打印了本书部分书稿。对于他们的帮助，我们也深表谢意。
本书第三版除4．2节和4．3节由蔡竞峰编写外，全书由蔡自兴教授执笔、徐光教授审阅。由于作者学识有限，修订时间又较为紧迫，加上人工智能发展很快，对有些新领域我们尚不够熟悉，因此，书中不妥和错误之处在所难免。我们诚恳地希望各位专家和读者不吝指教和帮助。对此，我们深为感谢。
在教育部"新世纪网络课程建设工程"的支持下，以本书为蓝本开发了"人工智能网络课程"，并已于2003年11月通过教育部组织的专家验收和质量认证，被评为优秀网络课程。以蔡自兴为主讲教授的"人工智能"课程也于2004年2月被教育部评为国家精品课程。该网络课程由教育部高等教育出版社组织上网服务，可与本书配套使用。该精品课程也为本书的使用提供了更多的支持。
蔡自兴 徐光
2004年5月1日
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计算机时代的脑力劳动机械化与科学技术现代化
西方在18世纪的工业革命中，以机器代替或减轻人的体力劳动，使科学技术突飞猛进。而在东方，从元明以来中国各方面本已落后于西方，清初更因种种原因未赶上工业革命的潮流，使本已落后的局面更为严重，几乎陷于万劫不复的局面。现在由于计算机的出现，人类正在进入一个崭新的工业革命时代，它以机器代替或减轻人的脑力劳动为其重要标志。中国是否能认清形势，借此契机重新崛起，是每一个中华儿女应该深长思考的问题。
试先就过去和正在到来的两次工业革命借用控制理论奠基人美国维纳(N．Wiener)的话来加以说明。维纳先生说(据钱学森、宋健著《工程控制论》)：
第一次工业革命是人手由于机器竞争而贬值。
现在的工业革命则在于人脑的贬值。至少人脑所起的简单的较具体较具有常规性质的判断作用将要贬值。
我把维纳所说人手和人脑的贬值，改成体力劳动与脑力劳动的代替或减轻。说法有异，但其内容实质，基本上应该是相同的。
事实上，这种提法早已有之。例如，已故周恩来总理在1956年1月14日《关于知识分子问题报告》中就提出：
由于电子学和其他科学的进步而产生的电子自动控制机器，已经可以开有条件地代替一部分特定的脑力劳动，就像其他机器代替体力劳动一样，从大大提高了自动化技术的水平。这些最新的成就，使人类面临着一个新的学技术革命和工业革命的前夕。这个革命，就它的意义来说，远远超过蒸汽和电的出现而产生的工业革命。
在《科学技术8年规划纲要》中也说：
现代科学技术……正经历着一场伟大的革命。特别是电子计算机技术的发展和应用，使机器不仅能够代替脑力劳动，而且能够代替脑力劳动的某些职能，成为记忆、运算和逻辑推理的辅助工具。
体力劳动以机器来代替或减轻，通常称为体力劳动的机械化。因而脑力劳动用适当的设备来代替或减轻，在以下也将称为脑力劳动的机械化。
应该指出，体力劳动千差万别，不同类型的体力劳动，只能用不同类型的机器来代替或减轻。其次，体力劳动的机械化，是一个漫长而几乎无终点可言的过程，根本谈不上完成二字。脑力劳动远比体力劳动复杂。我们对它的认识还停留在表面上，它的机械化路程的复杂与漫长将远远超过体力劳动的机械化，是可想而知的。
尽管如此，历史上减轻脑力劳动的尝试却是由来已久。 略举数例如下：
例1．J．Napier(1550--1617)在1614年发明对数，使繁复的乘除计算转化为简单得多的加减计算。
例2．R. Descartes(1596一1650)在1637年的《几何学》一书中，引进相当于坐标的方法，使艰难的几何推理，转化为易于驾驭的代数运算。这使艰深的脑力劳动有望减轻。
例3．B．Pascal(1623--1662)与L．Leibniz(1646--1716)分别于1642年与1672年造出了加法计算器与加乘计算器，为用适当机器进行某种脑力劳动作出范例。Leib-niz甚至说，把计算交给机器去做，可以使优秀人才从繁重的计算中解脱出来。
两位伟大的思想家Descartes与Leibniz，不仅进行了某些具体的减轻脑力劳动的尝试，还对一般的脑力劳动的代替与减轻即我们所说脑力劳动的机械化提出了许多有普遍意义的思想与主张。现据美国数学史家N．Kline所著(古今数学思想)一书所提到的某些有关片段，抄录如下：
[Descartes]认为代数使数学机械化，因而使思考和运算步骤变得简单，而无需花很大的脑力。这可能使数学创造变成一种几乎是自动化的工作。
[Descartes认为]甚至逻辑上的原理和方法也可能用符号来表达，而整个体系则可用之于使一切推理过程机械化。
[Leibniz]为一种宽广演算的可能性所激动。这种运算将使人们在一切领域中能够机械地轻易地去推理。
西方在18世纪的工业革命中，以机器代替或减轻人的体力劳动，使科学技术突飞猛进。而在东方，从元明以来中国各方面本已落后于西方，清初更因种种原因未赶上工业革命的潮流，使本已落后的局面更为严重，几乎陷于万劫不复的局面。现在由于计算机的出现，人类正在进入一个崭新的工业革命时代，它以机器代替或减轻人的脑力劳动为其重要标志。中国是否能认清形势，借此契机重新崛起，是每一个中华儿女应该深长思考的问题。
试先就过去和正在到来的两次工业革命借用控制理论奠基人美国维纳(N．Wiener)的话来加以说明。维纳先生说(据钱学森、宋健著《工程控制论》)：
第一次工业革命是人手由于机器竞争而贬值。
现在的工业革命则在于人脑的贬值。至少人脑所起的简单的较具体较具有常规性质的判断作用将要贬值。
我把维纳所说人手和人脑的贬值，改成体力劳动与脑力劳动的代替或减轻。说法有异，但其内容实质，基本上应该是相同的。
事实上，这种提法早已有之。例如，已故周恩来总理在1956年1月14日《关于知识分子问题报告》中就提出：
由于电子学和其他科学的进步而产生的电子自动控制机器，已经可以开有条件地代替一部分特定的脑力劳动，就像其他机器代替体力劳动一样，从大大提高了自动化技术的水平。这些最新的成就，使人类面临着一个新的学技术革命和工业革命的前夕。这个革命，就它的意义来说，远远超过蒸汽和电的出现而产生的工业革命。
在《科学技术8年规划纲要》中也说：
现代科学技术……正经历着一场伟大的革命。特别是电子计算机技术的发展和应用，使机器不仅能够代替脑力劳动，而且能够代替脑力劳动的某些职能，成为记忆、运算和逻辑推理的辅助工具。
体力劳动以机器来代替或减轻，通常称为体力劳动的机械化。因而脑力劳动用适当的设备来代替或减轻，在以下也将称为脑力劳动的机械化。
应该指出，体力劳动千差万别，不同类型的体力劳动，只能用不同类型的机器来代替或减轻。其次，体力劳动的机械化，是一个漫长而几乎无终点可言的过程，根本谈不上完成二字。脑力劳动远比体力劳动复杂。我们对它的认识还停留在表面上，它的机械化路程的复杂与漫长将远远超过体力劳动的机械化，是可想而知的。
尽管如此，历史上减轻脑力劳动的尝试却是由来已久。 略举数例如下：
例1．J．Napier(1550--1617)在1614年发明对数，使繁复的乘除计算转化为简单得多的加减计算。
例2．R. Descartes(1596一1650)在1637年的《几何学》一书中，引进相当于坐标的方法，使艰难的几何推理，转化为易于驾驭的代数运算。这使艰深的脑力劳动有望减轻。
例3．B．Pascal(1623--1662)与L．Leibniz(1646--1716)分别于1642年与1672年造出了加法计算器与加乘计算器，为用适当机器进行某种脑力劳动作出范例。Leib-niz甚至说，把计算交给机器去做，可以使优秀人才从繁重的计算中解脱出来。
两位伟大的思想家Descartes与Leibniz，不仅进行了某些具体的减轻脑力劳动的尝试，还对一般的脑力劳动的代替与减轻即我们所说脑力劳动的机械化提出了许多有普遍意义的思想与主张。现据美国数学史家N．Kline所著(古今数学思想)一书所提到的某些有关片段，抄录如下：
[Descartes]认为代数使数学机械化，因而使思考和运算步骤变得简单，而无需花很大的脑力。这可能使数学创造变成一种几乎是自动化的工作。
[Descartes认为]甚至逻辑上的原理和方法也可能用符号来表达，而整个体系则可用之于使一切推理过程机械化。
[Leibniz]为一种宽广演算的可能性所激动。这种运算将使人们在一切领域中能够机械地轻易地去推理。
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