人工智能控制

前言

　　科學(xué)技術(shù)的許多重大進(jìn)展都是人類智慧、思維、幻想和拼搏的成果；這些科技進(jìn)步反過(guò)來(lái)又促進(jìn)人們思想的解放。地球上的生物經(jīng)歷了長(zhǎng)期的和不斷的進(jìn)化歷程，早期生物是比較低級(jí)的，最終得到進(jìn)化的最新高級(jí)產(chǎn)品是人類。其中大腦是衡量進(jìn)化水平的最重要標(biāo)志。有了人類的大腦，我們就能夠有思想、思維和規(guī)劃，有發(fā)明、創(chuàng)造和革新，有藝術(shù)、音樂(lè)和詩(shī)歌，也才可能有人類歷史上和當(dāng)今世界上的各種奇跡和壯舉?！　“殡S著人類的進(jìn)化，人類智慧逐步提高。人類已經(jīng)發(fā)明了目前稱之為計(jì)算機(jī)和自動(dòng)機(jī)的高級(jí)機(jī)器，創(chuàng)建了能夠?yàn)槿祟惖倪M(jìn)化和發(fā)展服務(wù)的智能系統(tǒng)，并應(yīng)用機(jī)器智能來(lái)模仿人類智能，擴(kuò)展了人腦的功能。在這一領(lǐng)域，形形色色的"智能制品"大放異彩，為經(jīng)濟(jì)、科技、教育、文化和人民生活服務(wù)?！　∪祟惿M(jìn)化也出現(xiàn)新的挑戰(zhàn)。智能機(jī)器人與人工生命的結(jié)合，可能創(chuàng)造出具有生命現(xiàn)象的生物機(jī)器人。另一方面，某些不負(fù)責(zé)任的人或犯罪分子卻利用智能技術(shù)進(jìn)行犯罪活動(dòng)。我們學(xué)習(xí)與研究智能科學(xué)、人工智能、智能機(jī)器人和智能控制等，其目的就在于創(chuàng)造和應(yīng)用智能技術(shù)和智能系統(tǒng)為人類進(jìn)步服務(wù)。因此，可以說(shuō)，對(duì)智能控制的鐘情、期待、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，是科技發(fā)展和人類進(jìn)步的必然。　　智能控制學(xué)科建立的時(shí)間還不足20年，仍處于初期發(fā)展階段。我有幸親歷了智能控制的研究和發(fā)展進(jìn)程。1983～1985年，我在美國(guó)普度（Purdue）大學(xué)等校留學(xué)期間，在美國(guó)國(guó)家工程科學(xué)院院士、國(guó)際智能控制的奠基者和開(kāi)拓者傅京孫（K.S.Fu）教授的指導(dǎo)和合作下，研究機(jī)器人規(guī)劃專家系統(tǒng)，受到國(guó)際大師的熏陶和指點(diǎn)，開(kāi)始踏上研究智能系統(tǒng)和智能控制的征程。當(dāng)我們結(jié)束首次訪美后不久，我們的《人工智能及其應(yīng)用》于1987年出版了。該書(shū)為智能控制建立了重要基礎(chǔ)。為適應(yīng)自動(dòng)控制學(xué)科發(fā)展和教學(xué)改革的需要，瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿學(xué)科，全國(guó)自動(dòng)控制與計(jì)算機(jī)教材編審委員會(huì)和電子工業(yè)部教材辦于1987年向全國(guó)發(fā)出《智能控制》等統(tǒng)編教材公開(kāi)征稿的通知。經(jīng)過(guò)一年多的艱苦努力，我于1988年寫(xiě)出書(shū)稿，呈交教材編審委員會(huì)評(píng)審。該教材通過(guò)了教材編審委員會(huì)的審評(píng)，中標(biāo)為全國(guó)統(tǒng)編教材，并于1990年出版，成為國(guó)內(nèi)外公開(kāi)出版的首部關(guān)于智能控制的教材和專著。1992～1993年，我第二次留學(xué)美國(guó)，到紐約倫塞勒大學(xué)（RPI）的太空探索智能機(jī)器人系統(tǒng)研究中心，同國(guó)際著名智能控制專家G. N. Saridis和A. C. Sanderson教授合作研究機(jī)器人的智能控制問(wèn)題，得到不少啟發(fā)，受益匪淺，為撰寫(xiě)智能控制新著打下基礎(chǔ)。我的另外兩部著作《Intelligent Control： Principles， Techniques and Applications》和《智能控制--基礎(chǔ)與應(yīng)用》于1997年底和1998年初分別在國(guó)外和國(guó)內(nèi)問(wèn)世。這些智能控制著作已具有比較充實(shí)的基礎(chǔ)理論以及比較明確的研究和應(yīng)用方向?！　?guó)內(nèi)外已出版的智能控制教材基本上不包含人工智能的系統(tǒng)內(nèi)容，有的把人工智能的知識(shí)表示和推理作為基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行介紹，有的在有關(guān)章節(jié)插入計(jì)算智能的某些內(nèi)容，缺乏對(duì)相關(guān)人工智能內(nèi)容進(jìn)行比較系統(tǒng)和全面的闡述。本書(shū)比較系統(tǒng)和全面地介紹了人工智能和智能控制內(nèi)容，使兩者融合在一起，為那些沒(méi)有學(xué)過(guò)人工智能的讀者學(xué)習(xí)智能控制提供了一本比較適用的教材?！　”緯?shū)介紹人工智能與智能控制的基本概念、原理、技術(shù)方法與應(yīng)用。全書(shū)共12章。第1章介紹人工智能與智能控制的概況，包括人類的認(rèn)知過(guò)程、各種認(rèn)知觀以及人工智能和智能控制的起源與發(fā)展、定義以及智能控制的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)。第2章和第3章討論人工智能的基本理論，其中第2章為人工智能的傳統(tǒng)知識(shí)表示方法和推理技術(shù);第3章為計(jì)算智能的基本知識(shí)，逐一介紹了神經(jīng)計(jì)算、模糊計(jì)算、進(jìn)化計(jì)算、人工生命、粒群計(jì)算和蟻群計(jì)算。第4章和第5章詳細(xì)討論了專家系統(tǒng)和艾真體（Agent）等。第6章～第10章逐一研討了遞階控制系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)控制系統(tǒng)和學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的作用機(jī)理、類型結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、控制特性和應(yīng)用示例。第11章簡(jiǎn)介擬人控制和進(jìn)化控制等。第12章探討人工智能和智能控制有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題，并展望智能控制的發(fā)展方向及其與相關(guān)技術(shù)的關(guān)系。　　從本書(shū)內(nèi)容可以看出，智能控制已初具學(xué)科體系，包括基礎(chǔ)理論、技術(shù)方法和實(shí)際應(yīng)用諸方面。在基礎(chǔ)理論方面，涉及傳統(tǒng)人工智能的知識(shí)表示和推理及計(jì)算智能等。在技術(shù)方法方面，對(duì)遞階控制、專家控制、模糊控制、神經(jīng)控制、學(xué)習(xí)控制、仿人控制和進(jìn)化控制等系統(tǒng)加以研究。在實(shí)際應(yīng)用方面，則從十分廣泛的領(lǐng)域舉例剖析。各種不同人工智能學(xué)派的觀點(diǎn)在智能控制學(xué)科上得到很好的包涵與融合，為不同學(xué)術(shù)派別的合作樹(shù)立了典范?！　”緯?shū)可作為高等學(xué)校自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)電工程和電子工程類等專業(yè)研究生的智能控制教材以及本科高年級(jí)學(xué)生的教學(xué)參考書(shū)，也可供從事智能控制、人工智能與智能系統(tǒng)研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的科技工作者參考使用?！　”窘滩牡木帉?xiě)和本人的智能控制研究，一直得到眾多專家的親切關(guān)懷指導(dǎo)和廣大讀者的熱情支持與幫助。褚健，郭雷，何華燦，賀漢根，胡保生，黃琳，饒立昌，A. C. Sanderson，施鵬飛，宋健，譚鐵牛，А.В.Тимофeeв，涂序彥，王成紅，王飛躍，王龍，王偉，王先來(lái)，吳啟迪，吳文俊，席裕庚，徐孝涵，楊宜民，張良起，鄭應(yīng)平，鐘義信和周其鑒等教授，用他們的智慧和友誼提供了諸多幫助。著名智能控制專家、國(guó)家教育部副部長(zhǎng)吳啟迪教授在百忙中為本書(shū)作序，對(duì)本書(shū)給予充分肯定，對(duì)本書(shū)作者給予熱情鼓勵(lì)。本書(shū)還從國(guó)內(nèi)外許多智能控制和智能系統(tǒng)的高水平著作或與有關(guān)專家的討論交流中吸取了新的營(yíng)養(yǎng)。這些著作的作者和專家是J. S. Albus，K. J. str?m， A.Cawsey，J. Durkin， A.P.Engelbrecht， E.A.Feigenbaum， K. S. Fu，高濟(jì)，C.J.Harris，何華燦，何新貴，何志均， C.S.G.Lee，李人厚，李士勇，李祖樞，陸汝鈐，羅公亮，A. M. Meystel，Z.Michalewics，莫宏偉，C.G.Moore，N.J.Nilsson，P.Norvig，秦世引，E.Rich，S.J.Russell，G. N. Saridis，史忠植，宋健，孫增圻，涂序彥，王立新，王永慶，王正志，N. Wiener，P.H.Winston， 徐光祐，徐麗娜，閻平凡，楊汝清，易繼鍇，L. A. Zadeh，M. Jamshidi，張鈸，張乃堯和諸靜等教授。我主持的國(guó)家級(jí)研究課題組成員和我所指導(dǎo)的研究生們?yōu)楸緯?shū)做出特別貢獻(xiàn)。蔡競(jìng)峰編寫(xiě)了本書(shū)的3?4和3?5。謹(jǐn)向上列專家、朋友和學(xué)生表示衷心感謝?！　≈悄芸刂齐m然已經(jīng)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，前景十分看好，但它仍是一門(mén)十分年輕的學(xué)科，仍處于發(fā)展的初期。由于本書(shū)編寫(xiě)時(shí)間較緊，本人知識(shí)和水平不夠，書(shū)中不足和錯(cuò)誤之處在所難免，誠(chéng)懇地希望各位專家、教授和廣大讀者不吝指正。

內(nèi)容概要

本書(shū)介紹人工智能與智能控制的基本概念、工作原理、技術(shù)方法與應(yīng)用。全書(shū)共12章。第1章介紹人工智能與智能控制的概況,包括人類的認(rèn)知過(guò)程、各種認(rèn)知觀以及人工智能和智能控制的起源與發(fā)展、人工智能和智能控制的定義以及智能控制的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，尤其是智能控制的結(jié)構(gòu)理論。第2章和第3章討論人工智能的基本理論,其中第2章為人工智能的知識(shí)表示方法和推理技術(shù);第3章為計(jì)算智能的基本知識(shí),逐一介紹了神經(jīng)計(jì)算、模糊計(jì)算、進(jìn)化計(jì)算、人工生命、粒群計(jì)算和蟻群計(jì)算。第4章和第5章詳細(xì)討論了與智能控制密切相關(guān)的人工智能的主要應(yīng)用，包含專家系統(tǒng)和艾真體(agent)等。第6章～第10章逐一研討了遞階控制系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)控制系統(tǒng)和學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的作用機(jī)理、類型結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、控制特性和應(yīng)用示例。第11章簡(jiǎn)介擬人控制和進(jìn)化控制等。第12章探討人工智能和智能控制有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題，并展望智能控制的發(fā)展方向及其與相關(guān)技術(shù)的關(guān)系。    本書(shū)可作為高等學(xué)校自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)電工程和電子工程類等專業(yè)研究生的人工智能與智能控制教材以及本科高年級(jí)學(xué)生的教學(xué)參考書(shū)，也可供從事人工智能、智能控制與智能系統(tǒng)研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的科技工作者參考使用。

書(shū)籍目錄

1 引論　1.1 人工智能的定義與發(fā)展　　1.1.1 人工智能的定義　　1.1.2 人工智能的起源與發(fā)展　1.2 人類智能與人工智能　　1.2.1 智能信息處理系統(tǒng)的假設(shè)　　1.2.2 人類智能的計(jì)算機(jī)模擬　1.3 人工智能的各種認(rèn)知觀　1.4 智能控制的進(jìn)展7　　1.4.1 自動(dòng)控制的機(jī)遇與挑戰(zhàn)　　1.4.2 自動(dòng)化與人工智能　　1.4.3 智能控制的發(fā)展　1.5 智能控制的定義、特點(diǎn)與一般結(jié)構(gòu)　　1.5.1 智能控制的定義與特點(diǎn)　　1.5.2 智能控制器的一般結(jié)構(gòu)　1.6 智能控制的學(xué)科結(jié)構(gòu)理論　　1.6.1 二元結(jié)構(gòu)理論　　1.6.2 三元結(jié)構(gòu)理論　　1.6.3 四元結(jié)構(gòu)理論　1.7 本書(shū)概要　習(xí)題12 知識(shí)表示與推理　2.1 知識(shí)表示的一般方法　2.2 圖搜索策略　2.3 一般搜索與推理技術(shù)　2.4 A＊算法　2.5 消解原理　　2.5.1 子句集的求取　　2.5.2 消解推理規(guī)則　　2.5.3 含有變量的消解式　　2.5.4 消解反演求解過(guò)程　2.6 規(guī)則演繹系統(tǒng)　　2.6.1 規(guī)則正向演繹系統(tǒng)　　2.6.2 規(guī)則逆向演繹系統(tǒng)　　2.6.3 規(guī)則雙向演繹系統(tǒng)　2.7 產(chǎn)生式系統(tǒng)　　2.7.1 產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成　　2.7.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理　　2.7.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)舉例　2.8 非單調(diào)推理　　2.8.1 缺省推理　　2.8.2 限定推理　　2.8.3 真值維持系統(tǒng)　2.9 不確定性推理　　2.9.1 不確定性的表示與度量　　2.9.2 不確定性的算法　2.10 小結(jié)　習(xí)題23 計(jì)算智能　3.1 概述　3.2 神經(jīng)計(jì)算　　3.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的進(jìn)展　　3.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與模型　　3.2.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示與推理　3.3 模糊計(jì)算　　3.3.1 模糊集合、模糊邏輯及其運(yùn)算　　3.3.2 模糊邏輯推理　　3.3.3 模糊判決方法　3.4 遺傳算法　　3.4.1 遺傳算法的基本機(jī)理　　3.4.2 遺傳算法的求解步驟　3.5 人工生命　　3.5.1 人工生命研究的起源和發(fā)展　　3.5.2 人工生命的定義　　3.5.3 人工生命的研究?jī)?nèi)容和方法　3.6 粒群優(yōu)化　　3.6.1 群智能和粒群優(yōu)化概述　　3.6.2 粒群優(yōu)化算法　3.7 蟻群算法　　3.7.1 蟻群算法理論　　3.7.2 蟻群算法的研究與應(yīng)用　3.8 小結(jié)　習(xí)題34 專家系統(tǒng)　4.1 專家系統(tǒng)概述　　……5 艾真體(agent)6 遞階控制系統(tǒng)7 專家控制系統(tǒng)8 模糊控制系統(tǒng)9 神經(jīng)控制系統(tǒng)10 學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)11 其他智能控制12 人工智能控制的展望參考文獻(xiàn)

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