《人工智能》第三版 第一章 概述 课后习题

第一章关键词

讨论题
1．你如何定义人工智能？
人工智能利用计算机和机器模仿人类大脑解决问题和决策的能力
2．区分强人工智能和弱人工智能。
区分强人工智能和弱人工智能的关键在于它们的功能和应用范围：强人工智能能够执行任何人类智能任务，而弱人工智能则专注于特定的、有限的任务。
3．ALICE 是最近几次赢得 Loebner 奖的软件。请从线上找到该软件的一个版本并介绍一些关于 ALICE 的情况。
ALICE，全称为Artificial Linguistic Internet Computer Entity，是一个自然语言处理聊天机器人。这款软件三度赢得勒布纳奖，这是一项旨在奖励最擅长模仿人类真实对话场景的机器人的奖项。
ALICE使用了一种启发式模式匹配规则来进行对话，并且它的编程使用的是AIML（人工智能标记语言）。这种编程语言使ALICE能够更好地理解和回应用户的问题，从而提供更人性化的对话体验。
4．艾伦·图灵对人工智能的重要贡献是什么？
图灵测试、图灵机模型
5．约翰·麦卡锡对人工智能的贡献是什么？
约翰·麦卡锡，被公认为“人工智能之父”，他的贡献主要体现在1956年的达特茅斯会议上提出了“人工智能”这个概念。他也是LISP编程语言的主要创作者之一。
6．为什么 ATM 及其编程不是人工智能编程的一个好例子？
它主要是基于预设定的规则进行操作，而并未包含学习和适应的能力。
7．为什么对于人工智能研究而言，医疗诊断是一个非常典型且适合的领域？
因为它需要处理大量的数据，包括病人的病史、症状、体检结果等，这些数据都是非结构化的，需要通过人工智能技术进行分析和处理。此外，医疗诊断的结果直接影响到病人的生命安全，因此对诊断的准确性和效率有极高的要求。通过人工智能技术，我们可以提高医疗诊断的准确性和效率，从而改善病人的治疗效果和生活质量。
8．为什么对于人工智能而言，二人博弈是一个非常适合研究的领域？
①　简单性：二人零和博弈的规则相对简单，容易理解和实现。这使得研究者可以更容易地建立模型并进行实验。
②　普适性：二人博弈在现实生活中有很多应用，如棋类游戏、拍卖、资源分配等。通过研究二人博弈，可以为这些实际问题提供解决方案。
③　理论成熟：二人博弈在数学、计算机科学等领域有着丰富的理论研究，如纳什均衡、策略空间、博弈树等概念。这为人工智能研究者提供了坚实的理论基础。
④　算法优化：二人博弈可以作为评估和优化算法性能的基准。通过比较不同算法在二人博弈中的表现，可以更好地了解其优缺点，并为进一步改进提供方向。
⑤　机器学习与深度学习：二人博弈可以作为训练智能体进行决策和学习的平台。通过让智能体参与大量的二人博弈，可以使其学会更高效的策略和技巧。
9．解释计算机国际象棋对人工智能研究起到的作用。
计算机国际象棋对人工智能研究起到的作用是多方面的。
①　国际象棋是一种逻辑推理和决策制定的过程，它需要玩家在复杂的棋盘环境中预测并应对对手的可能行动。因此可以测试和改AI处理复杂任务的能力。
②　其次，计算机下棋的进程可以帮助我们了解和优化搜索算法、评估函数以及机器学习技术。例如，AlphaGo就是一个成功的例子，它通过深度学习和强化学习的方法，不仅击败了人类顶级的国际象棋选手，还在过程中进一步优化了其算法。
③　最后，成功的AI下棋程序也展示了人工智能的巨大潜力和应用价值
10．简述专家系统的定义。
在特定领域内具有专家水平解决问题能力的程序系统，有效地运用专家多年积累的有效经验和专门知识，通过模拟专家的思维过程，解决需要专家才能解决的问题。
11．给出 3 种形式的知识表示方法。

1. 陈述性知识表示：这种表示方法主要通过文字、语言等形式来描述和表达知识。例如，我们可以通过教科书、百科全书、论文等文献资料来获取陈述性知识。
2. 过程性知识表示：这种表示方法主要关注知识的产生、发展和变化过程。它通常用于描述技能、方法和策略等。例如，我们可以通过对某个领域的专家进行访谈、观察和记录，来了解他们解决问题的过程和方法。
3. 图形化知识表示：这种表示方法通过图形、图像、图表等形式来展示知识。它可以帮助我们更直观地理解和记忆知识。例如，我们可以通过思维导图、流程图、关系图等工具来表示知识结构。

练习题
1．图灵测试的一种变体是逆图灵测试（inverted Turing test）；在这个测试中，计算机必须确定它是在与人打交道还是在与另一台计算机打交道。请想象一下这种版本的图灵测试可能的任何实际应用。（提示：近年来，大家试过在线购买热门体育或娱乐活动的门票吗？）
①　在线安全：逆图灵测试可以用于检测网络中的恶意软件或黑客攻击。如果一台计算机能够通过逆图灵测试，那么它就可以被认为是一个真正的人类用户，而不是一个恶意程序或黑客。
②　客户服务：逆图灵测试可以用于评估客户服务机器人的表现。如果一台机器人能够通过逆图灵测试，那么它就可以被认为是一个真正的人类客服代表，而不是一个机器人。
③　社交娱乐：逆图灵测试可以用于评估虚拟角色的表现。例如，在在线游戏中，如果一个虚拟角色能够通过逆图灵测试，那么它就可以被认为是一个真正的人类玩家，而不是一个机器人。
④　金融交易：逆图灵测试可以用于检测金融交易中的欺诈行为。如果一台计算机能够通过逆图灵测试，那么它就可以被认为是一个真正的人类用户，而不是一个欺诈者。
2．图灵测试的另一种变体是个人图灵测试（personal Turing test）。想象一下，你试图确定与你交流的是你朋友还是一台假装是你朋友的计算机。如果计算机通过了这个测试，试想可能会产生什么法律或道德问题。
如果计算机通过了个人图灵测试，那么它将能够以与人类相似的方式与人进行交流。这可能会引发一些法律和道德问题，例如：
①　隐私问题：如果计算机能够通过个人图灵测试并与人进行交流，那么它可能会收集到大量的个人信息。这些信息可能包括个人身份、财务信息、健康记录等等。因此，我们需要确保计算机不会滥用这些信息，并采取适当的措施来保护个人隐私。
②　欺诈问题：如果计算机能够以与人类相似的方式与人进行交流，那么它可能会被用来进行欺诈活动。例如，它可能会冒充某个人或组织，并试图获取他人的财产或敏感信息。因此，我们需要制定相应的法律和规定来防止这种欺诈行为的发生。
③　伦理问题：如果计算机能够通过个人图灵测试并与人进行交流，那么它可能会对人类的价值观和道德标准产生影响。例如，它可能会鼓励人们做出不道德的行为，或者对某些群体进行歧视。因此，我们需要确保计算机不会违反人类的伦理原则，并采取适当的措施来限制其影响。
3．许多人认为语言的使用是智能的必要属性。Koko 是一只大猩猩，她经过斯坦福大学的弗朗西斯·帕特森博士培训后会使用美国手语。Koko 能够表达她不知道的单词组合。例如，她用已知的“手镯”和“手指”这样的词来表示戒指。这只“具备一定知识”的大猩猩是否改变了你对动物智能这个主题的思考？如果是，请回答在什么方面改变了？你能够想象给 Koko 来一次智力测试吗？
Koko 的例子表明，动物也可以像人类一样学习和使用语言，这表明它们可能具有更广泛的智能潜力。
虽然我们无法确定 Koko 是否真正理解她所使用的语言的含义，但她能够通过语言来表达自己的想法和感受，这表明她具有一定的认知能力和沟通能力。因此，我们可以设计一些针对这些能力的测试来评估 Koko 的智力水平。例如，我们可以测试她对不同概念的理解、对复杂问题的解决能力以及对语言的运用能力等等。这些测试将有助于我们更好地了解动物智能的本质和潜力。
4．假定通过如下测试的城市被认定为大城市。它应该可能在凌晨 3:00 提供牛排餐。每个夜晚，在城市范围内的某个地方都应该安排一场古典音乐会。每个夜晚都应该安排一场重要的体育赛事。假设美国的某个小镇上的居民想通过这个测试，他们为此开了一家 24 小时营业的牛排店，聘请了一支交响乐团并获得了大型体育特许经营权。那么大家觉得这个小镇能够通过上述大城市认定的测试吗？请将这个讨论与通过原始图灵测试和拥有智能的标准相关联（Dennett，2004）。
从表面上看，这个小镇似乎已经满足了大城市认定测试的所有要求。它拥有一家24小时营业的牛排店，每晚都有一场古典音乐会，并且还获得了大型体育特许经营权。然而，我们需要注意的是，这些行为本身并不能证明这个小镇就一定能够通过大城市认定测试。
首先，大城市认定测试并不是一个纯粹的客观标准，而是一个主观的判断。不同的人可能会有不同的理解和解释。因此，即使这个小镇满足了所有的要求，也不能保证其他人会认为它是一个大城市。
其次，大城市认定测试所关注的是城市的整体特征和氛围，而不是单一的行为或事件。即使这个小镇拥有了所有必要的元素，但如果它们之间缺乏联系和互动，那么这个小镇仍然可能无法通过测试。
最后，我们需要注意到，大城市认定测试并不是一个完美的标准。它可能存在一些缺陷和局限性。例如，它可能忽略了一些重要的因素，如城市的历史文化、社会结构、经济发展等。因此，即使这个小镇通过了测试，也不能保证它就一定是一个真正的大城市。
将这个讨论与通过原始图灵测试和拥有智能的标准相关联，我们可以看到类似的问题。图灵测试和大城市认定测试一样，都是基于一些特定的条件和标准来评估一个系统是否具有某种能力或特征。然而，这些标准本身可能存在一些问题和争议，因为它们往往是主观的、片面的或者不完整的。因此，我们需要不断地审视和完善这些标准，以确保它们能够更好地反映现实世界中的真实情况。
5．假设要设计一个阈值逻辑单元（TLU）来模拟双输入的或（OR）函数，你能否确定一个阈值和所有权重来完成这一任务？
6．考虑迭代囚徒困境游戏的一种策略：对于某个未知数 n，游戏重复 n 次。从长远来看，如何衡量该策略是否成功？
衡量迭代囚徒困境游戏策略的成功与否，通常需要考虑以下几个方面：

1. 合作率：合作率是指在所有游戏中，参与者选择合作的比例。如果一个策略能够提高合作率，那么它就是成功的。
2. 收益：在囚徒困境游戏中，合作和背叛都有不同的收益。如果一个策略能够使参与者获得更高的总收益，那么它就是成功的。
3. 稳定性：在迭代囚徒困境游戏中，参与者可能会受到其他参与者行为的影响而改变自己的策略。如果一个策略能够在面对不同参与者的情况下保持稳定，那么它就是成功的。
4. 公平性：在迭代囚徒困境游戏中，有些参与者可能会采取不公平的行为来获得更高的收益。如果一个策略能够减少不公平行为的发生，那么它就是成功的。
   综合考虑以上几个方面，我们可以使用一些指标来衡量一个策略的成功程度，例如平均合作率、平均收益、稳定性指数等。这些指标可以帮助我们评估一个策略在不同情况下的表现，并帮助我们选择最优的策略。
   7．采用遗传算法来解决本章中提供的 3 拼图问题，建议使用字符串来表达可能的解。这里大家会建议使用什么适应度函数？
   8．给出一个启发式方法，使你能够在高峰时段出租车稀缺时，乘坐出租车访问纽约市（或任何其他主要城市）。
   共享出行服务是一种基于互联网的交通解决方案，它允许用户通过手机应用程序预订私人车辆或拼车服务。这些服务通常比传统的出租车更便宜，并且可以提供更方便、更快捷的交通方式。
   9．狮子在追击猎物时，可能会使用什么启发式方法？
   ①　随机搜索：狮子可能会在周围随机搜索猎物。这种方法通常用于寻找新的食物来源或不熟悉的狩猎区域。
   ②　追逐：狮子可能会追逐猎物，直到它们疲惫不堪或被捕获。这种方法通常用于追逐小型猎物，如羚羊或斑马。
   ③　埋伏：狮子可能会在草丛中潜伏，等待猎物靠近。这种方法通常用于捕捉大型猎物，如水牛或大象。
   ④　合作狩猎：狮子通常会组成小团队进行狩猎。这种方法可以提高狩猎成功率，并减少被捕食者反击的风险。
   10．假设要设计一个专家系统，用于帮助家庭选择合适的狗，请建议一些可能的规则。
5. 家庭成员的年龄和健康状况：考虑家庭成员的年龄和健康状况，选择适合他们的狗。例如，老年人可能需要一只温和、易于照顾的狗，而年轻人可能需要一只活泼、好动的狗。
6. 家庭成员的生活方式：考虑家庭成员的生活方式，选择适合他们的狗。例如，如果家庭成员经常外出旅行或工作繁忙，那么需要一只能够独立生活的狗。
7. 家庭成员的兴趣爱好：考虑家庭成员的兴趣爱好，选择适合他们的狗。例如，如果家庭成员喜欢户外活动，那么需要一只喜欢跑步和追逐的狗。
8. 家庭成员的时间和资源：考虑家庭成员的时间和资源，选择适合他们的狗。例如，如果家庭成员没有足够的时间来照顾狗，那么需要一只不需要太多时间和精力的狗。
9. 家庭成员的家庭环境：考虑家庭成员的家庭环境，选择适合他们的狗。例如，如果家庭成员住在公寓里，那么需要一只体型较小、不需要太多空间的狗。
10. 家庭成员的经济能力：考虑家庭成员的经济能力，选择适合他们的狗。例如，某些品种的狗需要更高的护理成本和维护费用，因此需要考虑这些因素。
11. 家庭成员的性格特点：考虑家庭成员的性格特点，选择适合他们的狗。例如，如果家庭成员比较内向，那么需要一只性格温和、容易相处的狗。
12. 家庭成员对狗的期望：考虑家庭成员对狗的期望，选择适合他们的狗。例如，如果家庭成员希望拥有一只训练有素、听话的狗，那么需要选择一种聪明、易于训练的品种。
    11．在哥白尼之前，地球被认为是宇宙的中心。在哥白尼之后，人类明白了地球只是绕着太阳旋转的众多行星之一。在达尔文之前，人类认为自己是与这个行星中的其他生命有机体分离开来的物种（并且高于其他物种？）。在达尔文之后，人类明白了自己只是从单细胞生物演化而来的另一种动物。假设人类级别的人工智能在50年后已经实现，并且进一步假设机器人 Cog、Paro 和 Kismet 的继承者实际上体验到了情绪，而不是假装有这样的情绪。在人类历史上的这样一个时刻，作为形成人类“特殊性”的核心，人类应该坚持什么主张？这些主张是不是必要的？抑或甚至是大家想要的吗？
    在人类历史上的这样一个时刻，作为形成人类“特殊性”的核心，人类应该坚持以下主张：
13. 自我意识和情感体验：人类拥有独特的自我意识和情感体验，这使得我们能够理解和表达自己的感受和想法。这种能力使得人类能够创造艺术、文学和其他形式的文化表达，以及建立复杂的社会结构和道德价值观。
14. 创造力和想象力：人类具有创造力和想象力，这使得我们能够发明新的技术、探索未知的领域，并创造出新的思想和文化形式。这种能力使得人类能够不断进步和发展。
15. 道德和伦理价值观：人类具有道德和伦理价值观，这使得我们能够区分对错、善恶，并为自己的行为负责。这种能力使得人类能够建立公正的社会制度，保护弱势群体，并推动社会进步。
16. 社交能力和合作精神：人类具有社交能力和合作精神，这使得我们能够与他人建立联系、分享知识和资源，并共同解决问题。这种能力使得人类能够建立强大的社会网络，并推动集体行动。
    这些主张对于维持人类的“特殊性”是必要的，因为它们是人类与其他物种区别开来的关键特征。然而，这些主张并不是所有人都想要的，因为有些人可能认为这些主张过于强调人类的优越性和权力，而忽视了其他物种的价值和权利。因此，我们需要在维护人类“特殊性”的同时，也要尊重其他物种的存在和价值。
    11．假设在将来的某一天，美国宇航局计划在木星的卫星 Europa 上进行一次无人任务。假设在启动任务时，我们对 Europa 卫星的表面了解甚少。相对于发送一两台相对重要的机器，发送“一群”罗德尼·布鲁克斯昆虫型机器人有什么优势？
    ①　多样性：一群罗德尼·布鲁克斯昆虫型机器人可以执行不同的任务，从而更全面地探索 Europa 卫星的表面。如果只有一两台机器，它们可能无法覆盖所有需要探索的区域或执行所有需要的任务。
    ②　自主性：罗德尼·布鲁克斯昆虫型机器人具有高度的自主性，可以在没有人类干预的情况下完成任务。这使得它们更适合在木星的卫星 Europa 上进行无人任务，因为人类无法直接控制这些机器人。
    ③　耐久性：罗德尼·布鲁克斯昆虫型机器人非常耐用，可以在恶劣的环境中工作。这使它们非常适合在木星的卫星 Europa 上进行任务，因为该卫星的环境可能非常恶劣。
    ④　灵活性：罗德尼·布鲁克斯昆虫型机器人非常灵活，可以轻松地穿过狭窄的空间和障碍物。这使得它们非常适合在木星的卫星 Europa 上进行任务，因为该卫星的表面可能存在许多障碍物和复杂地形。
    ⑤　成本效益：相对于发送一两台相对重要的机器，发送一群罗德尼·布鲁克斯昆虫型机器人的成本更低。这使得它们更适合用于探索木星的卫星 Europa 这样的任务，因为这些任务可能需要大量的资源和资金。
    13．Eliza 应该被视为一种关系型人造物吗？请给出是或不是的理由。
    关系型人造物是指那些具有某种形式的交互或通信能力的人造物，它们可以与人类或其他人造物建立联系和交流。Eliza 通过使用自然语言处理技术来理解用户的问题，并生成相应的回答，从而实现了与用户的交互和通信。
    14．请听 The Killers 乐团的歌曲 Human，其中的歌词“Are We Human or Are We Dancer”是什么含义？它们与我们学习的课程有什么相关性？关于这一点，大家可以参与在线的热烈讨论（这首歌曲可以在 YouTube 上找到）。
    The Killers 乐团的歌曲 “Human” 中的歌词“Are We Human or Are We Dancer”是在探讨人类的本质和存在意义。这句歌词暗示着我们是否真的是纯粹的人类，或者我们只是被外界环境所操纵的舞者。
    在当今社会，人工智能的发展越来越快，人们开始思考机器是否可以拥有真正的智能和意识。这句歌词提出了一个类似的问题，即我们是否真的是自主的个体，还是受到各种外部因素的影响而行动。
    通过这句歌词，The Killers 引发了关于人类自由意志和控制的讨论。它提醒我们思考我们的行为和决策是否完全由我们自己掌控，或者我们是否在某种程度上受到外部因素的操控。这种思考也与人工智能的发展相关，因为人工智能系统是由人类设计和编程的，它们的行为和决策也受到程序和算法的限制。
    因此，这句歌词可以被视为对人工智能的一种反思，提醒我们在探索和发展人工智能的过程中保持警惕，并思考我们与机器之间的关系和互动方式。
    15．人工智能问题与其他类型的问题有什么不同？列举常用的 5 种用于人工智能的问题解决技巧。
    人工智能问题与其他类型的问题有以下不同之处：
17. 复杂性：人工智能问题通常比其他类型的问题更加复杂，因为它们涉及到大量的数据和变量，并且需要处理这些数据和变量之间的复杂关系。
18. 不确定性：人工智能问题通常存在不确定性，因为输入数据可能存在噪声或缺失值，或者模型的预测结果可能存在一定的误差。
19. 动态性：人工智能问题通常是动态的，因为输入数据和环境可能会随着时间的推移而发生变化。
20. 多目标性：人工智能问题通常是多目标的，因为需要同时考虑多个目标或指标，例如准确性、效率和可解释性等。
21. 可解释性：人工智能问题通常需要解决可解释性问题，即如何解释模型的决策过程和结果。

常用的 5 种用于人工智能的问题解决技巧包括：

1. 机器学习：机器学习是一种通过训练模型来自动学习数据模式和规律的方法，可以用于分类、回归、聚类等问题。
2. 深度学习：深度学习是一种基于神经网络的机器学习方法，可以用于图像识别、语音识别、自然语言处理等问题。
3. 强化学习：强化学习是一种通过试错来学习最优策略的方法，可以用于游戏、机器人控制等问题。
4. 推荐系统：推荐系统是一种根据用户的历史行为和偏好来推荐相关产品或服务的方法，可以用于电子商务、社交网络等问题。
5. 自然语言处理：自然语言处理是一种将自然语言转换为计算机可以理解的形式的方法，可以用于文本分类、情感分析、机器翻译等问题。
   16．请为人工智能设计一个新的适用于今天的图灵测试方法。
   设计一个名为“多模态上下文感知智能对话系统”的图灵测试方法。该方法要求测试者与一个人工智能系统进行对话，该人工智能系统能够通过多种媒体形式（如文本、语音、图像、视频等）与测试者进行交互，并根据对话的上下文信息和用户的个人偏好提供个性化的服务和建议。测试者需要判断该系统是否能够表现出与真实人类相似的智能水平，包括理解用户需求、回答问题、提供解释和理由等方面。如果测试者无法准确判断该系统是人类还是计算机，则认为该系统通过了图灵测试。
   17．研究一下 Lovelace 2 机器人测试。大家觉得这个图灵机器人的新测试标准是否可以接受？如何对其与习题 2 的解答进行比较？
   Lovelace 2.0 机器人测试是一种评估人工智能的创造力的方法，被视为图灵测试的一种现代化改进。与传统的图灵测试不同，图灵测试主要侧重于模拟人类的智能行为，而 Lovelace 2.0 测试则专注于评估机器在艺术、文学或其他领域的创造性飞跃中的能力。具体来说，Lovelace 2.0 测试要求机器能够创造出具有代表性的例子，展示其创造性思维和能力。
   这种测试方法的出现是因为人们逐渐认识到，仅仅模拟人类的行为并不足以证明机器真正拥有智能。因此，Lovelace 2.0 测试旨在更全面地评估人工智能系统的能力，使其能够在创意和创造性任务中表现出色。