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人工神经网络方法简介 第1页/共70页 人工神经网络方法简介 第1部分 从生物神经元到人工神经网络 第2页/共70页 人工神经网络方法简介 大脑与神经细胞、神经细胞与神经细胞构成了庞大天文数字量级的高度复杂的网络系统。也正是有了这样的复杂巨系统，大脑才能担负起人类认识世界和改造世界的任务。 “世界上最大的未开发疆域，是我们两耳之间的空间。”（美国汉诺威保险公司总裁比尔·奥伯莱恩） 一、生物神经系统和大脑的复杂性 生物系统是世界上最为复杂的系统。 生物神经系统活动和脑的功能，其复杂性是难以想象的。 第3页/共70页 人工神经网络方法简介 ① 人大脑平均只有3磅左右。只占身体重量比例的1/30； ② 它令你的心脏每天不假思索地跳动10万多次； ③ 它令你的眼睛可以辨别1000万种细微的颜色； ④ 它使你的肌肉(如果全部向同一个方向运动)产生25吨的拉力； ⑤ 它是由100亿个脑细胞和10兆个神经交汇丛组成。整个大脑的神经网络足足有10英里长。 大脑的有关数据 第4页/共70页 人工神经网络方法简介 “你的大脑就像一个沉睡的巨人。” （英国的心理学家、教育家托尼·布赞） “如果我们迫使头脑开足1/4的马力，我们就会毫不费力地学会40种语言，把整个百科全书从头到尾背下来，还可以完成十几个大学的博士学位。”（前苏联学者伊凡） ——一个正常的大脑记忆容量有大约6亿本书的知识总量，相当于一部大型电脑储存量的120万倍； ——大脑使你从出生开始每一秒钟可存储1000条信息，直到老死为止； ——全世界的电话线路的运作只相当于大约一粒绿豆体积的脑细胞； ——即使世界上记忆力最好的人，其大脑的使用也没有达到其功能的1%。 人类的知识与智慧，仍是“低度开发”！人的大脑是个无尽宝藏，可惜的是每个人终其一生，都忽略了如何有效地发挥它的“潜能”——潜意识中激发出来的能量。 大脑复杂性的无限性 第5页/共70页 人工神经网络方法简介 二、人工智能及其三个学派 人类的梦想 重新构造人脑，并让其代替人类完成相应的工作。（无数科幻故事） 探索智能的奥秘 智能（intelligence） “观察、学习、理解和认识的能力”(牛津大辞典) “理解和各种适应性行为的能力”(韦氏大辞典) 智能是个体有目的地行为、合理的思维、以及有效的适应环境的综合能力；也可以说是个体认识客观事物和运用知识解决问题的能力。 第6页/共70页 人工神经网络方法简介 人类智能的具体含义 感知与认识客观事物、客观世界和自我的能力； 通过学习获得经验、积累知识的能力； 理解知识、运用知识和经验分析、解决问题的能力； 联想、推理、判断、决策的能力； 运用语言进行抽象、概括的能力； 以上5点是人类智能的基本能力。 发现、发明、创造、创新的能力； 实时、迅速、合理地应付复杂环境的能力； 预测、洞察事物发展、变化的能力。 以上3点是前5种能力新的综合表现形式。 第7页/共70页 人工神经网络方法简介 人工智能 “人工智能（Artificial Intelligence）” 1956年初次引入 人工智能研究怎样用计算机模仿人脑从事推理、设计、思考、学习等思维活动，以解决和处理较复杂的问题。 目的之一：增加人类探索世界、推动社会前进的能力。 通过制造和使用工具来加强和延伸人类的生存、发展。 目的之二：进一步认识自己。 用物化的智能来考察和研究人脑智能的物质过程和规律。 第8页/共70页 人工神经网络方法简介 人工智能的3个主要流派 1991年，人工智能学家D. Krish在《Int. J. Artificial Intelligence》上提出人工智能的5个基本问题： 知识和概念化是否人工智能的核心？ 认知能力能否与载体分开来研究？ 认知的轨迹是否可以用类自然语言来描述？ 学习能力能否与认知分开来研究？ 所有的认识是否有一种统一的结构？ 对以上5个基本问题的不同回答已经形成3个主要的学术流派： 符号主义（Symbolicisim） 联结主义（connetionism） 行为主义（actionism） 第9页/共70页 人工神经网络方法简介 人工智能的符号主义流派 即传统的人工智能，认为人工智能源于数理逻辑，主张以知识为基础，通过推理来进行问题求解，在研究方法上采用计算机模拟人类认知系统功能的功能模拟方法 Simon、Minsky和Newell等认为，人和计算机都是一个物理符号系统，因此可用计算机的符号演算来模拟人的认知过程；作为智能基础的知识是可用符号表示的一种信息形式，因此人工智能的核心问题是知识表示、知识推理和知识运用的信息处理过程。 符号主义对符号系