人工智能控制

前言

　　科學技術(shù)的許多重大進展都是人類智慧、思維、幻想和拼搏的成果；這些科技進步反過來又促進人們思想的解放。地球上的生物經(jīng)歷了長期的和不斷的進化歷程，早期生物是比較低級的，最終得到進化的最新高級產(chǎn)品是人類。其中大腦是衡量進化水平的最重要標志。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)、音樂和詩歌，也才可能有人類歷史上和當今世界上的各種奇跡和壯舉?！　“殡S著人類的進化，人類智慧逐步提高。人類已經(jīng)發(fā)明了目前稱之為計算機和自動機的高級機器，創(chuàng)建了能夠為人類的進化和發(fā)展服務的智能系統(tǒng)，并應用機器智能來模仿人類智能，擴展了人腦的功能。在這一領域，形形色色的"智能制品"大放異彩，為經(jīng)濟、科技、教育、文化和人民生活服務?！　∪祟惿M化也出現(xiàn)新的挑戰(zhàn)。智能機器人與人工生命的結(jié)合，可能創(chuàng)造出具有生命現(xiàn)象的生物機器人。另一方面，某些不負責任的人或犯罪分子卻利用智能技術(shù)進行犯罪活動。我們學習與研究智能科學、人工智能、智能機器人和智能控制等，其目的就在于創(chuàng)造和應用智能技術(shù)和智能系統(tǒng)為人類進步服務。因此，可以說，對智能控制的鐘情、期待、開發(fā)和應用，是科技發(fā)展和人類進步的必然?！　≈悄芸刂茖W科建立的時間還不足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)展進程。1983～1985年，我在美國普度（Purdue）大學等校留學期間，在美國國家工程科學院院士、國際智能控制的奠基者和開拓者傅京孫（K.S.Fu）教授的指導和合作下，研究機器人規(guī)劃專家系統(tǒng)，受到國際大師的熏陶和指點，開始踏上研究智能系統(tǒng)和智能控制的征程。當我們結(jié)束首次訪美后不久，我們的《人工智能及其應用》于1987年出版了。該書為智能控制建立了重要基礎。為適應自動控制學科發(fā)展和教學改革的需要，瞄準國際前沿學科，全國自動控制與計算機教材編審委員會和電子工業(yè)部教材辦于1987年向全國發(fā)出《智能控制》等統(tǒng)編教材公開征稿的通知。經(jīng)過一年多的艱苦努力，我于1988年寫出書稿，呈交教材編審委員會評審。該教材通過了教材編審委員會的審評，中標為全國統(tǒng)編教材，并于1990年出版，成為國內(nèi)外公開出版的首部關于智能控制的教材和專著。1992～1993年，我第二次留學美國，到紐約倫塞勒大學（RPI）的太空探索智能機器人系統(tǒng)研究中心，同國際著名智能控制專家G. N. Saridis和A. C. Sanderson教授合作研究機器人的智能控制問題，得到不少啟發(fā)，受益匪淺，為撰寫智能控制新著打下基礎。我的另外兩部著作《Intelligent Control： Principles， Techniques and Applications》和《智能控制--基礎與應用》于1997年底和1998年初分別在國外和國內(nèi)問世。這些智能控制著作已具有比較充實的基礎理論以及比較明確的研究和應用方向?！　鴥?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表示和推理作為基礎知識進行介紹，有的在有關章節(jié)插入計算智能的某些內(nèi)容，缺乏對相關人工智能內(nèi)容進行比較系統(tǒng)和全面的闡述。本書比較系統(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，為那些沒有學過人工智能的讀者學習智能控制提供了一本比較適用的教材?！　”緯榻B人工智能與智能控制的基本概念、原理、技術(shù)方法與應用。全書共12章。第1章介紹人工智能與智能控制的概況，包括人類的認知過程、各種認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)知識表示方法和推理技術(shù);第3章為計算智能的基本知識，逐一介紹了神經(jīng)計算、模糊計算、進化計算、人工生命、粒群計算和蟻群計算。第4章和第5章詳細討論了專家系統(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)和學習控制系統(tǒng)的作用機理、類型結(jié)構(gòu)、設計方法、控制特性和應用示例。第11章簡介擬人控制和進化控制等。第12章探討人工智能和智能控制有待進一步研究的問題，并展望智能控制的發(fā)展方向及其與相關技術(shù)的關系?！　谋緯鴥?nèi)容可以看出，智能控制已初具學科體系，包括基礎理論、技術(shù)方法和實際應用諸方面。在基礎理論方面，涉及傳統(tǒng)人工智能的知識表示和推理及計算智能等。在技術(shù)方法方面，對遞階控制、專家控制、模糊控制、神經(jīng)控制、學習控制、仿人控制和進化控制等系統(tǒng)加以研究。在實際應用方面，則從十分廣泛的領域舉例剖析。各種不同人工智能學派的觀點在智能控制學科上得到很好的包涵與融合，為不同學術(shù)派別的合作樹立了典范?！　”緯勺鳛楦叩葘W校自動化、電氣工程及其自動化、機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學生的教學參考書，也可供從事智能控制、人工智能與智能系統(tǒng)研究、開發(fā)和應用的科技工作者參考使用?！　”窘滩牡木帉懞捅救说闹悄芸刂蒲芯?，一直得到眾多專家的親切關懷指導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，吳啟迪，吳文俊，席裕庚，徐孝涵，楊宜民，張良起，鄭應平，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、國家教育部副部長吳啟迪教授在百忙中為本書作序，對本書給予充分肯定，對本書作者給予熱情鼓勵。本書還從國內(nèi)外許多智能控制和智能系統(tǒng)的高水平著作或與有關專家的討論交流中吸取了新的營養(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，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。我主持的國家級研究課題組成員和我所指導的研究生們?yōu)楸緯龀鎏貏e貢獻。蔡競峰編寫了本書的3?4和3?5。謹向上列專家、朋友和學生表示衷心感謝?！　≈悄芸刂齐m然已經(jīng)取得長足的進步，前景十分看好，但它仍是一門十分年輕的學科，仍處于發(fā)展的初期。由于本書編寫時間較緊，本人知識和水平不夠，書中不足和錯誤之處在所難免，誠懇地希望各位專家、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)方法與應用。全書共12章。第1章介紹人工智能與智能控制的概況,包括人類的認知過程、各種認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表示方法和推理技術(shù);第3章為計算智能的基本知識,逐一介紹了神經(jīng)計算、模糊計算、進化計算、人工生命、粒群計算和蟻群計算。第4章和第5章詳細討論了與智能控制密切相關的人工智能的主要應用，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)和學習控制系統(tǒng)的作用機理、類型結(jié)構(gòu)、設計方法、控制特性和應用示例。第11章簡介擬人控制和進化控制等。第12章探討人工智能和智能控制有待進一步研究的問題，并展望智能控制的發(fā)展方向及其與相關技術(shù)的關系。    本書可作為高等學校自動化、電氣工程及其自動化、機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學生的教學參考書，也可供從事人工智能、智能控制與智能系統(tǒng)研究、開發(fā)和應用的科技工作者參考使用。

書籍目錄

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　　1.2.2 人類智能的計算機模擬　1.3 人工智能的各種認知觀　1.4 智能控制的進展7　　1.4.1 自動控制的機遇與挑戰(zhàn)　　1.4.2 自動化與人工智能　　1.4.3 智能控制的發(fā)展　1.5 智能控制的定義、特點與一般結(jié)構(gòu)　　1.5.1 智能控制的定義與特點　　1.5.2 智能控制器的一般結(jié)構(gòu)　1.6 智能控制的學科結(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 本書概要　習題12 知識表示與推理　2.1 知識表示的一般方法　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)　習題23 計算智能　3.1 概述　3.2 神經(jīng)計算　　3.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡研究的進展　　3.2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)與模型　　3.2.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的知識表示與推理　3.3 模糊計算　　3.3.1 模糊集合、模糊邏輯及其運算　　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 人工生命的研究內(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用　3.8 小結(jié)　習題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 學習控制系統(tǒng)11 其他智能控制12 人工智能控制的展望參考文獻

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