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机器人足球与人工智能课程报告


东南大学









课程名称: 《机器人足球与人工智能》研讨课



名:

学 号: 审阅教师:

评定成绩:


一.MOOC 课程的认识

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二.从图灵奖看人工智能的发展??????????????? 三. 与机器人聊天记录及分析 ??????????????? 四. 机器智能与 China Brain(中国大脑)?????????? 五. 多智能体 Agent 的建模和仿真研究报告 六.心得体会 ?????????

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一、MOOC 课程的认识
MOOC,即 Massive Open Online Courses,中文名为大型开放式网 络课程, 该种课程的提供商主要有三个, 分别是 Coursera, Udacity 和 Edx。网络课程因为其显著的特征给更多的学生提供了系统学习的可 能,特征主要有四个,为工具资源多样化,课程易于使用,课程受众 面广和课程参与具有自主性。 我在果壳网上找到了我比较感兴趣的世界文化地理这门课程。 它 主要介绍世界文化地理的格局,形成、发展过程,培养学生用地理学 的眼光去观察和分析世界上文化现象的发生、发展与空间分布特点。 这门课授课兼及自然地理和文化地理两方面,采取地图、照片、图表 等表现形式, 力图浅显展示世界文化地理格局的基本空间差异和变化 过程。我想根据课程下面的评论来了解该课程的反馈情况,结果却让 人大跌眼镜。评论呈现两极分化,一方面是对课程体验的很大程度上 的肯定,包括对课程的进行等基本情况介绍,另一方面却是对课程的 否定,比如说,该课程视频只是某个老师上课时现场录制的,并且未 做任何修改,毫无意义可言。这些评论着实让人比较困惑,个人感觉 而言,我需要自己体验一些课程才可以做出判断,毕竟实践是检验真 理的唯一标准。我觉得自己也需要继续跟进一些 MOOC 课程来不断 提升自己。 总的来讲,我认为 MOOC 课程如果能够好好利用的话,这将成 为我们广大在校学子课外拓展很好的途径,另外参与 MOOC 课程贵 在坚持,完成最终课程的考核还有相关的证书,有机会、有时间的人

是可以尝试的。

二、从图灵奖看人工智能的发展
在人工智能研讨这部分, 小组选择了从图灵奖看人工智能的发展 这一话题。我们主要介绍了图灵奖的起源和相关历史,人工智能的起 源和促进人工智能发展的图灵奖获得者。最终,我们回顾了人工智能 发展的历史过程, 并总结了图灵奖获得者的优秀品质所能带给我们的 启示。 图灵奖由美国计算机协会于 1966 年设立,专门奖励那些对计算 机事业作出重要贡献的个人。其名称取自计算机科学的先驱、英国科 学家阿兰· 麦席森· 图灵。图灵奖对获奖条件要求极高,评奖程序同样 极严,一般每年只奖励一名计算机科学家,只有极少数年度有两名合 作者或在同一方向作出贡献的科学家共享此奖。 因此它是计算机界最 负盛名、最崇高的一个奖项,有“计算机界的诺贝尔奖”之称。 第二部分是关于人工智能的介绍。人工智能是在 1956 年的达特 茅斯会议上提出来的新词,并由众多科学家逐渐发展为一门学科。后 来,研究者们发展了众多理论和原理,人工智能的概念也随之扩展, 人工智能是一门极富挑战性的科学, 从事这项工作的人必须懂得计算 机知识,心理学和哲学。人工智能是内容十分广泛的科学,它由不同 的领域组成,如机器学习,计算机视觉等等,总的说来,人工智能研 究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完 成的复杂工作。另外,我们还介绍了人工智能的相关应用领域,有问 题解决,逻辑推理与定理证明,自然语言推理,智能信息检索和专家

系统等等。 在对图灵奖获得者的介绍这部分, 小组主要介绍了马文· 明斯基, 约翰·麦卡锡,西蒙,纽厄尔等五次图灵奖的获得者。明斯基在 1969 年获得了图灵奖,被誉为“人工智能之父” ,同时他也是框架理论的 创建者。明斯基担任过美国科学院和美国工程院的院士,在 1981— 1982 年间出任了美国人工智能学会 AAAI 的第三任主席。在人工智能 这个领域,他将人工智能技术和机器人技术结合起来,开发出了世界 上最早的能够模拟人活动的机器人 Robot C,使机器人技术跃上了一 个新台阶。明斯基的另一个大举措是创建了著名的“思维机公司” , 开发出了具有智能的计算机。明斯基作为人工智能的倡导者之一,是 坚信人的思维过程可以用机器去模拟,机器也可以有智能的。他的一 句流传颇广的话就是: “大脑无非是肉做的机器而已” 。但比较戏剧性 的是, 他的这种观点遭到了另一位图灵奖获得者威尔克斯针锋相对的 抨击,孰是孰非有待进一步的科学研究和实践去判断。 约翰·麦卡锡于 1971 年单独获得了图灵奖。1956 年,麦卡锡发 起了达特茅斯会议,在会议中首次提出了人工智能 AI 一词,同样被 称为了“人工智能之父” 。1958 年,麦卡锡组建了世界上第一个人工 智能实验室。同年,麦卡锡发明了 Lisp 语言,这是人工智能界第一个 最广泛流行的语言,至今仍有着广泛应用。Lisp 语言与后来由 1973 年实现的逻辑式语言 PROLOG 并称为人工智能的两大语言。 麦卡锡另 一个卓越贡献是 1960 年左右第一次提出将计算机批处理方式改造成 分时方式,这使得计算机能同时允许数十甚至上百用户使用,极大地

推动接下来的人工智能研究。 他的研究成果最终实现了世界上最早的 分时系统——基于 IBM7094 的 CTSS 和其后的 MULTICS。 在之后的 1985 年,麦卡锡获得了 IJCAI(the International Joint Conference on Artificial Intelligence)颁发的第一届“Research Excellence Award” ,此奖可看作 是 AI 的终身成就奖。 另外, 他于 1991 年获得了 “美国国家科学奖” 。 赫伯特· 西蒙和艾伦· 纽厄尔在 1975 年共享了图灵奖。 1957 年, 西蒙、纽厄尔和肖合作,开发出了 IPL 语言(Information Processing Language)。在 AI 的历史上,这是最早的一种 AI 程序设计语言,其基 本元素是符号,并首次引进了表处理方法。西蒙和纽厄尔两人在人工 智能中做出的最基本的贡献则在于他们提出了“物理符号系统假说” PSSH(Physical Symbol System Hypothesis), 成为人工智能中影响最大的 符号主义学派的创始人和代表人物, 而这一学说则鼓励着人们对人工 智能进行伟大的探索。另外,西蒙在人工智能方面的另一个贡献,是 发展与完善了语义网络的概念和方法,把它作为知识表示(knowledge representation)的一种通用手段,并取得了很大成功。 上面是讨论中详细介绍的有关人工智能的三次图灵奖的获得, 另 外的还有爱德华·费根鲍姆和劳伊·雷迪在 1994 年共享的图灵奖, 莱斯利·瓦利安特于 2010 年单独获得的图灵奖,这些都是与人工智 能密切相关的,只做简略介绍。

三、与机器人聊天记录及分析
下面先贴上与聊天机器人的聊天记录。

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小猴偷米是由东南大学先声网开发并维护的基于微信平台的公 众号,主要向广大东大学子们提供日常校园信息查询服务,查询内容 主要有学生课表、 成绩、 实验信息、 跑操、 讲座、 一卡通、 权益服务、 教务通知等, 当然, 还有在此涉及的 “调戏” 功能, 即语言聊天功能。 在聊天过程中,我首先以打招呼起头,这时候小猴发送回的为比 较恰当的回应,但在接下来的两三句中,小猴回应的内容显得比较不 搭调,即与前面内容无法联系起来,聊天有断层。但在询问晚饭的内 容时,小猴答复的是比较专业的晚餐食物及吃法,这就使人联想到小 猴偷米这个公众号应该是依托于各种百科而建立的, 就是说小猴偷米 将众多知识形成了自己的数据库, 以应对用户在某一个具体方面的比 较专业的问题。在下面的减肥话题中,小猴的回答同样验证了专业性 这一特点,比较容易使人信服。在接下里比较随意的聊天中,小猴偷 米就显得不如在专业知识上那样强大了,而是往往会将问题引偏,聊 天显得较为别扭。 依我个人来看, 小猴偷米这一聊天机器人在专业知识上显得已经 足够强大,比较需要解决的问题在于聊天内容的上下文关联性上,同 样,这也是当下大多数聊天机器人需要解决的主要问题。聊天机器人 的智能主要体现在学习能力、 数据筛选能力和自升级能力这三个方面 上,聊天上下文的关联即为学习和自升级能力的体现,我期待小猴偷 米给我们带来新的体验, 也期待聊天机器人在未来的生活中给我们以 更多的生活乐趣。

四、机器智能与 China Brain(中国大脑)

机器智能,即具有智能这一特性的机器,主要是指能够在各类环 境中自主地或交互地执行各种拟人任务的机器, 通常就是我们所说的 智能机器人。机器的智能主要体现在五个方面:感觉要素,运动要素 和思考要素、分析、逻辑归纳。 智能机器人是一个多种高新技术的 集成体,它融合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智 能等许多学科的知识,涉及到当今许多前沿领域的技术。 “中国大脑” 是由李彦宏在 3 月 9 日的两会期间提议设立的一个 计划,希望以此推动中国整体创新水平的提高。与传统人们的想法不 同,中国大脑不是什么神秘组织,而是一种人工智能的代称,只不过 级别是在国家级这个水平上。 中国大脑并不是通过神经学建立人工智 能,更何况人工智能通过神经学是无法建立的。目前公认的建立人工 智能大脑目前有两条路径, 第一种是模拟人类神经冲突来还原大脑工 作原理,进而建立人工智能。第二种是根据群体的不断的输入和反馈 来训练机器为人服务,进而建立起人工智能。李彦宏所提议的建立方 法就是第二种建立人工智能大脑的方法,通过为机器设置“目的” , 然后根据与用户的输入数据以及反馈互动数据, 为用户建立起更为智 能的服务体系,这与谷歌、Facebook 的人工智能理念也是相一致的。 李彦宏提出中国大脑其实是在有了百度大脑的基础和经验上。 要 理解中国大脑人工智能,我们可以从理解搜索引擎开始。首先,搜索 引擎就是我所提到的第二种建立人工智能的方法, 用户通过向搜索引 擎提供单词,搜索引擎通过提供的单词,然后运用智能算法在数据库 中寻找答案再返回给用户。接着,搜索引擎进化到了百度大脑,传统

的搜索引擎仅仅只需要识别一维的文字信息然后给用户返回结果即 可,但是百度大脑需要识别的则是多维信息,这里面包括了语音、图 片、视频、地理位置、所处的业信息等等,这就从一维人工智能上升 到二维甚至三维, 最后百度大脑通过海量的智能分析后为用户返回结 果。 这也意味着, 百度可以为企业做更加复杂的数据挖掘工作。 最终, 中国大脑其实就是百度大脑的扩展板, 国家将海量数据全部投入到该 平台中,而人工智能则通过对各行各业的挖掘,建立各种关联,为决 策提供支撑。从科研到地方政府决策都将提供优质的智能结果支撑。 从以上分析来看,如果中国大脑计划能够得到实行,政府资源将能够 进行全面整合,效率也将得到提升。智慧城市,城市的信息化这一进 程也将得到大幅度提高。

五、多智能体 Agent 的建模和仿真研究报告
Netlogo 是一个用来对自然和社会现象进行仿真的可编程建模环 境, 其研发目的是为科研教育机构提供一个强大且易用的计算机辅助 工具。NetLogo 是继承了 Logo 语言的一款编程开发平台,但它又改进 了 Logo 语言只能控制单一个体的不足,它可以在建模中控制成千上万 的个体,因此,NetL0go 建模能很好地模拟微观个体的行为和宏观模式 的涌现及其两者之间的联系。NetLogo 是用于模拟自然和社会现象的 编程语言和建模平台,特别适合于模拟随时间发展的复杂系统。 经过多方查询资料, 我决定采用一个比较简单的模型---细胞免疫 过程,当然这个之中会涉及一点医学知识,但基本上来讲是一些医学 常识,普通人可以接受理解。 细胞免疫整个过程大致为:T 细胞受

到抗原刺激后,分化、增殖、转化为致敏 T 细胞,当相同抗原再次进 入机体, 致敏 T 细胞对抗原的直接杀伤作用及致敏 T 细胞所释放的淋 巴因子的协同杀伤作用,统称为细胞免疫。 这个模型中,我首先放置了一定数量的正常细胞,然后在细胞周 围放置了部分带有威胁的病原体。为了保证整个模型的正常运行,我 又放置了少量免疫细胞。如下图所示:

按下 Setup 之后,出现的是给定的初值分布状况,按下 go,系统 随时间运行一小段时间,系统情况如下图:

图中有四条曲线,分别代表感染部位、报告树突状细胞、效应 T 细胞和童子军树突细胞。根据初始条件,此时曲线代表的情况即为病 原体准备入侵细胞,而免疫细胞准备进攻感染细胞。 继续按 go 将系统运行一段时间,结果如下图所示:

此时可以看到在免疫细胞对感染部位进行一段时间的处理后, 感 染部分的面积在明显下降,效应 T 细胞的数量处于波动状态,而报告 树突细胞稳定在一个值附近, 童子军树突细胞数值稳定在 0 上一点点。

此时继续按 go,运行系统,结果如下图所示:

此时根据曲线可以看到,在感染区域的面积逐渐降到 0 之后,效 应 T 细胞的数量随后也在减少,最终逐渐减为 0,而报告树突细胞和 童子军树突细胞仍然稳定在之前的值附近。 这就是细胞免疫的大致的整体过程,与实际情况符合的较好。 下面我用三张图的曲线再次来完整的表示上述细胞免疫的整个 过程。

如上所示,这整个过程就是用 netlogo 进行细胞免疫过程的仿真 研究,与我们所知的实际情况符合的较好,由此可见,该软件的功能 还是值得肯定的。

六、心得体会
本学期的机器人足球与人工智能这门课虽然只有短短的十一周, 但我感觉给我带来的认知上的提升是非常大的。 尤其是人工智能和机 器人这两个方面,我感觉这对我今后的各种竞赛帮助特别大,就是刚 才所提到的认知方面,毕竟思想要走在行动的前面。个人感觉而言, 本学期的课主要偏向于人工智能这一主要方面, 人工智能这一块的内 容非常丰富,课程的学习中主要涉及到了图灵奖及其发展、智能聊天 机器人的聊天与分析、 机器智能与中国大脑的相关资讯以及作为课程

要求的多智能体 Agent 的建模与仿真研究。 课程中占得比较大的一个 模块是研讨这部分, 我所在的小组选择了从图灵奖看人工智能的发展 这一主题,该主题的研究内容还是很丰富的,包括图灵奖的起源、人 工智能的发展历程、 一系列图灵奖获奖者对人工智能发展所做出的贡 献以及这些事件带给我们的启示。 我每次上课总是有一种脑洞大开的 感觉,总是为前人的那些开创历史先河的想法和作为而感到惊叹,比 如,麦卡锡、明斯基、西蒙和纽厄尔这些人工智能的鼻祖,他们的行 为在今天看来显得有点“过去式” ,但放在那个年代,毫无疑问,这 些行为都是在科技界惊天动地的壮举。同时,这些先人给我们留下的 绝不仅仅是他们的理念、想法,而是他们在前行的过程中所体现的坚 持不懈、勇于探索的优良品质,这些品质正是我们这些工科生在以后 的探索道路中所必需的。


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