1.人工智能——概述

发布于:2025-09-02 ⋅ 阅读:(34) ⋅ 点赞:(0)

应用领域

替代低端劳动,解决危险、高体力精力损耗领域

什么是智能制造?数字孪生?边缘计算?

边缘计算 是 数字孪生 的 “感官和神经末梢”,负责采集本地实时数据和即时反应。琐碎数据不上传总服务器,实时进行局部的决策和处理。

数字孪生 是 智能制造 的 “大脑和决策中心”,负责监控、仿真模拟和优化、数据流动。

智能制造 是 目标和平台,边缘计算和数字孪生是实现这一目标的核心关键技术。

简单,易用,可以加大普及,降低学习使用门槛,提高中低端生产效率,便于跨领域、管理者掌握信息
要给用户选择题,不是问答题

发展现状

功能上进行黑盒模拟,结构上做不到。
无法实现人类的灵感、创新?类比、抽象的能力。
让机器学哲学会怎么样?能否根据相关问题,抽象类比给出类似的解决方案

机器无法进行形象思维,而是靠大数据训练检索
如果可以仿照联想:就无需大数据,完全推翻当前的深度学习

人脑是多元的,可以干很多事,但机器都是单一的功能,针对特定需求进行特定数据训练

伦理问题

机器的理性,对人可能是不理性的

搜索

传统搜索算法每一步都要求是确定的
在人工智能中,部分信息不可知,所以无法进行搜索(可以获取全部信息用回归)

A*、Min-max搜索、遗传算法

A*(A-Star)搜索算法

核心思想: 启发式路径搜索,寻找单一代理者的最短路径。
它是一种在图形或网格中寻找从起点到终点的最低成本路径的算法。它之所以“智能”,是因为它不会像无头苍蝇一样盲目搜索,而是会利用线索(启发式函数)来指引方向。

它是如何工作的?
A*算法为每个可能的下一步位置计算一个分数:f(n) = g(n) + h(n)
g(n): 从起点到当前节点 n 的实际成本(已经走过的距离)。
h(n): 从当前节点 n 到终点的预估成本(启发式函数,例如直线距离)。这个预估必须乐观,不能高估实际成本。
f(n): 总预估成本。算法总是优先探索 f(n) 值最小的节点,因为它认为这条路径最有希望最快到达终点。

简单比喻:
你在一个巨大的迷宫里,要去往另一个出口。
g(n) 是你已经走了多少步。
h(n) 是你凭感觉估算的离出口还有多远(比如看地图的直线距离)。
你总会选择 (已走步数 + 感觉剩余距离) 总和最小的方向前进。这种感觉(启发函数)越准,你找到出口的路径就越快、越优。

主要应用: 地图导航(GPS)、游戏中的AI寻路、机器人运动规划。

Min-max搜索算法

核心思想:对抗性决策,在两个对抗者之间寻找最优策略。
它假设对手是理性的,总是会采取对你最不利的行动。算法通过在游戏状态树中轮流模拟自己和对手的决策,来选择一条最大化自己最小收益的路径。

它是如何工作的?
将游戏构建成一棵决策树,层与层交替代表自己(Max玩家)和对手(Min玩家)的回合。
从终端状态(游戏结束)开始,回溯评估每个节点的价值。
Max层(你的回合): 选择子节点中价值最大的操作,因为你希望最大化自己的优势。
Min层(对手的回合): 选择子节点中价值最小的操作,因为对手希望最小化你的优势(最大化他自己的优势)。
通过这种交替的“最大-最小”回溯,最终为当前局面选择一个最稳妥的、能抵抗对手最优策略的着法。

简单比喻:
下棋时,你会想:“如果我走这里,那么对手最狠的反击是走那里,然后我最好的回应是……这样走下去,最终结果对我有利吗?” Min-max算法就是把这种思考过程系统化、程序化。

主要应用: 回合制策略游戏AI(国际象棋、围棋、五子棋)、任何需要对抗决策的场景。

注意: 完整搜索整个游戏树通常不可行,因此会配合Alpha-Beta剪枝等优化技术,并在一定深度后使用评估函数来估算局面价值。

Alpha-Beta剪枝
α (Alpha):代表 Max玩家 在当前路径上至少能保证获得的收益(下界)。
β (Beta):代表 Min玩家 在当前路径上至多允许付出的代价(上界)。
当在任何节点处出现 α ≥ β 时,就可以停止(剪枝)该节点剩余子节点的搜索。

遗传算法

核心思想: 模拟生物进化论来解决优化问题。它是一种通过模拟“自然选择”和“遗传变异”来在复杂空间中寻找近似最优解的启发式算法。

它是如何工作的?
算法维护一个包含多个候选解(称为“染色体”)的种群,并通过迭代以下步骤来让种群进化:
初始化: 随机生成一组初始解。
选择: 用一个适应度函数(评估解的好坏)来评估每个个体。适应度高的个体更有可能被选中作为“父母”来繁殖下一代。
交叉: 模仿基因重组,将两个“父母”解的一部分进行交换组合,产生新的“后代”解。
变异: 以较低的概率随机改变后代解中的某些部分,引入新的基因,保持种群的多样性,避免过早陷入局部最优。
迭代: 用新生成的后代替换掉适应度差的老个体,形成新的种群。重复步骤2-5,直到满足终止条件(如找到足够好的解或达到迭代次数)。

简单比喻:
你想造一辆最快的自行车。
先随机造100辆不同形状的自行车(初始化)。
让它们比赛,排名前20名的就是好的(选择)。
把这些好自行车拆了,用它们的零件(车把、轮子、座椅)互相拼装,组成50辆新车(交叉)。
在拼装过程中,偶尔给某个轮子换个新尺寸或把车把掰弯一点(变异)。
让这50辆新车再比赛,重复这个过程。一代一代下去,自行车就会越来越快。

主要应用: 机器学习参数调优、调度问题(如排班)、工程设计优化、艺术创作等复杂且没有标准解法的问题。

复习概率论

基本理论和公式

机器学习

掌握思想
要求会优化
传统算法对于特定问题有很大的优化空间

深度学习的突破在于解决特征提取,目前的网络复杂的侧重基本也在于对特征的处理


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