1.1　智能系统的前世今生

“智能”的含义很广，其本质有待进一步探索，因而，对“智能”一词也难以给出一个完整确切的定义，但一般可以这样表述：智能是人类大脑的较高级活动的体现，它至少应具备自动地获取和应用知识的能力、思维与推理的能力、问题求解的能力和自动学习的能力。人工智能（Artificial Intelligence，AI）是计算机学科的一个分支，自20世纪70年代以来被称为世界三大尖端技术（空间技术、能源技术、人工智能）之一，也被认为是21世纪三大尖端技术（基因工程、纳米科学、人工智能）之一。这是因为近30年来，它获得了迅速的发展，在很多学科领域都获得了广泛应用，并取得了丰硕的成果，人工智能已逐步成为一个独立的分支，无论在理论和实践上都已自成一个系统。它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以与人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能从诞生以来，理论和技术日益成熟，应用领域也不断扩大，可以设想，未来人工智能带来的科技产品，将会是人类智慧的“容器”。人工智能是对人的意识、思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能，但能像人那样思考，也可能超过人的智能。

人工智能是一门严谨的科学，专注于设计智能系统和智能机器，其中使用的算法技术在某些程度上借鉴了人们对大脑的了解[1]。许多现代人工智能系统使用人工神经网络和计算机代码，模拟非常简单的、通过互相连接的单元组成的网络，类似大脑中的神经元。这些网络可以通过修改单元之间的连接来学习经验，类似人类和动物的大脑通过修改神经元之间的连接进行学习。现代神经网络可以学习识别模式，翻译语言，学习简单的逻辑推理，甚至创建图像并形成新的想法[2]。其中，模式识别是一项特别重要的功能——人工智能十分善于识别大量数据中的模式，而这对于人类来说则没有那么容易。所有这些都通过一组编码程序以惊人的速度发生，运行这些程序的神经网络具有数百万单位和数十亿的连接。智能就源于这些大量简单元素之间的交互。

1.1.1　智能系统概述

人类历史的发展经历了数百万年，从旧石器时代到新石器时代，人类实现了从使用工具到制造工具的转变，虽然制造的只是石刀、石斧之类的简单工具。直到5000年前，人类才开始有了文字与城邦，通过绘画、雕刻等形式记录生活中的各种行为仪式。人类历史是一个智能不断进化提升的进程。人类自身就是一个超级智能系统。

1.1.2　智能系统的前世

很久以前，所谓的智能系统，只是具有简单的、自动化能力的工具而已。最早在三国时期，诸葛亮的“木牛流马”是当时的惊世之作，木头制作的牛马能够像真牛一样活动行走，在当时的人们看来，这是相当的智能了。

仿生系统促进了智能系统的发展。自然界的生物是人类的老师，人类通过观察自然，模仿生物，揭示了各种自然奥秘，并不断地应用到人类的日常生活中，推进了人类历史的发展。例如，大家看到的飞机的形状，与蜻蜓的形状很相似；蝙蝠的眼睛视力很差，却在夜间无障碍飞行，这启迪人类制造出了类似于蝙蝠的雷达系统。

蜜蜂的巢房是令人惊叹的神奇天然建筑物。蜂巢是严格的六角柱状体，它的一端是平整的六角形开口，另一端是封闭的六角菱形的底，由3个相同的菱形组成。这样既坚固又省料。我国的古代建筑，如楼台亭榭，无不受益于蜂巢的启示。

18世纪蒸汽机的出现大大提高了航海技术，后来汽车、飞机的出现，把人类的活动范围在同等时间内带到了更广阔的天地。精密的机器可以自动运转，这也是相当智能了。但是直到计算机出现人类才真正进入了智能时代。

1946年，世界上第一台计算机ENIAC问世。起初，计算机主要是军事部门、科研机构的运算工具，但随着计算机技术的飞速发展，计算处理变成了信息处理，如财务管理、文字处理、印刷排版，以及声音、图像、视频处理，多媒体信息在计算机上的应用层出不穷。计算机系统成了无所不能的智能系统。

计算机的形式也在不断变化，刚问世时，它是一个占据整个房间的庞大怪物，后来不断地变小，进入机柜，搬上桌面，随后摆到人们的膝盖上，进入人们的衣服口袋中。

1.1.3　智能系统的今生

近100年间，人类已经发明了各种各样的智能系统，极大地改变了人们的生活。

人们的日常生活，已经深受智能系统的影响。“秀才不出门，便知天下事”，人们获知天下的新闻，不需要再到街头去买当天的日报，也不需要打开家中的电视机，只需要滑动一下随身携带的智能手机。早上出门，即使是去一个从来没有去过的地方，无论是千里之外，还是步程之内，人们通过车载导航或智能手机就可以清楚地掌握路程轨迹，以及拥堵状态、花费时间。孩子可以通过家里的智能音箱，如天猫精灵、小度、小爱等进行各种稀奇古怪的对话，数学问题、科学知识、天气预报、故事、英语，都可以通过语音聊天获取，甚至对四川方言，智能音箱也可以应付自如。

不仅是人们的工作生活，各行各业都在朝智能化发展。各种智能系统应运而生，如智能家居、智能交通、智能制造，甚至智慧校园、智慧城市，智能系统已无处不在[3]。

智能家居：让家用电器（如空调、洗衣机、净水器、电视机、电灯），实现智能感知，预先启停，自动调节，生活的舒适性和安全性大大提高。

智能交通：适时引导车辆的流向与预警提示，准确预估出行、到达时间。

智能制造：让机器人来完成大量的重复性的操作。

智慧校园：将学校的日常业务与大数据结合分析，实现学习、生活信息的精准推送与提醒，让人少跑路，数据多跑路。

智慧城市：结合先进的技术（如5G技术、强大的云计算技术、无处不在的传感器、海量的大数据），实现城市的环境、交通、生活、商业、生产等全方位覆盖，信息联动，智能感知，极大地提高了城市整体的效率，以及人们生活、工作的便捷性。

1.1.4　智能系统的主要特征

智能系统的主要特征如下。

1.处理对象

智能系统处理的对象，不仅有数据，还有知识。表示、获取、存取和处理知识的能力是智能系统与传统系统的主要区别之一。因此，一个智能系统也是一个基于知识处理的系统，它需要有知识表示语言，知识组织工具，建立、维护与查询知识库的方法与环境，并要求支持现存知识的重用。

2.处理结果

智能系统往往采用人工智能的问题求解模式来获得结果。它与传统系统所采用的求解模式相比，有3个明显特征，即其问题求解算法往往是非确定性的或称启发式的、其问题求解在很大程度上依赖知识、其问题往往具有指数型的计算复杂性。智能系统通常采用的问题求解方法大致分为搜索、推理和规划3类。

3.智能系统与传统系统的区别

智能系统与传统系统的另一个重要区别在于：智能系统具有现场感应（环境适应）的能力。所谓现场感应，是指它可能与所处现场依次进行交往，并适应这种现场。这种交往包括感知、学习、推理、判断，并做出相应的动作。这就是通常人们所说的自动组织性与自动适应性[4]。

4.智能系统的实现原理

智能系统包含硬件与软件两个部分，在实际的应用中，需要软硬件，紧密结合才能更加高效地完成工作。

硬件包括处理器（CPU）、存储器（内存、硬盘等）、显示设备（显示器、投影仪等）、输入设备（鼠标、键盘等）、感应设备（感应器、传感器、扫描仪等）等部件。在硬件配置方面，可以根据需求对智能系统的硬件设备进行定制，以满足不同的需求。在实际的应用中，比较常见的硬件设备是工控机、智能终端等产品。

在软件方面，有许多可以选择的编程语言，如C、C++、VB、Java、Delphi等，这些计算机语言都可以编写出智能系统所需要的软件应用，然后植入到硬件设备中进行测试、调优，与硬件配合完成特定的功能[5]。