內容簡介
《人工智慧：一種現代的方法（第3版）》是最權威、最經典的人工智慧教材，已被全世界100多個國家的1200多所大學用作教材。
《人工智慧：一種現代的方法（第3版）》的最新版全面而系統地介紹了人工智慧的理論和實踐，闡述了人工智慧領域的核心內容，並深入介紹了各個主要的研究方向。全書分為七大部分：第1部分“人工智慧”，第II部分“問題求解”，第III部分“知識、推理與規劃”，第IV部分“不確定知識與推理”，第V部分“學習”，第VI部分“通信、感知與行動”，第VII部分“結論”。《人工智慧：一種現代的方法（第3版）》既詳細介紹了人工智慧的基本概念、思想和算法，還描述了其各個研究方向最前沿的進展，同時收集整理了詳實的歷史文獻與事件。另外，本書的配套網址為教師和學生提供了大量教學和學習資料。
本書適合於不同層次和領域的研究人員及學生，是高等院校本科生和研究生人工智慧課的首選教材，也是相關領域的科研與工程技術人員的重要參考書。
前言
譯者序
如何使各種計算系統（含軟體、硬體、套用、網路、安全等系統）變得像人一樣聰明，在計算技術日益普及且人們對其期望越來越高的今天顯得格外重要。以理解和模擬人類智慧型、智慧型行為及其規律為目的的“人工智慧”，從縱向來看，既有建立智慧型信息處理理論的任務，又有設計可以展現某些近似於人類智慧型行為的計算系統的使命；從橫向來看，它包含知識工程、機器學習、模式識別、自然語言處理、智慧型機器人和神經計算等諸多內容。至今，基本的研究途徑：一是通過為神經活動建立數學模型基於神經心理學來理解和模擬智慧型，二是不管智慧型行為的產生原因只追求在效果上實現人類的個體智慧型行為與群體智慧型行為。人工智慧的目的、任務和使命決定了其研究必有跨學科的特點,必須以生理學、心理學、行為主義、社會學和哲學等學科的成就為基礎，通過抽象建立形式體系，即確定知識表示方法和處理方法，最終基於恰當的數據結構和算法加以實現。
1993 年初，在我從南京大學博士後流動站回到國防科技大學後給研究生講的第一門課就是“人工智慧原理”。當時，作為一門必修的核心課程，採用的是一本不錯的原版教材。但因該教材後來沒有出更新版，故缺少與時俱進的教學內容，於是產生了換教材的想法。1997 年訪美期間，在Stanford 大學有幸拜訪了人工智慧之父John McCarthy，在探討了有關科研問題並班門弄斧地演示了我們自己研製的一個識別系統後，我詢問了他們採用的教材。他說是Stuart J. Russell 和Peter Norvig 編著的“Artificial Intelligence: A Modern Approach”，於是從Stanford 書店買了一本帶回來，從第二年開始“人工智慧原理”課程便改用該書作教材。至今，15 年過去了，我們一直追隨其變遷，從第2 版到第3 版。教學實踐證明它確實是一本好教材，難怪世界範圍內100 多個國家包括MIT、CMU、Stanford 、UCB、Cornell、UIUC 等國際國內名校在內的1200 余所大學都一直用它作為教材或教學參考書，也難怪它印數巨大且在《高引用計算機科學文獻》（《Most Cited Computer Science Citations 》）一覽表中名列前25 內，若考慮其出版年代則名列前茅。總之，它確實是人工智慧領域的一本最重要的教材（leading textbook）。
本書英文版有1100 多頁，教學內容非常豐富，不但涵蓋了人工智慧基礎、問題求解、知識推理與規劃等經典內容，而且還包括不確定知識與推理、機器學習、通訊感知與行動等專門知識的介紹。目前我們為本科生開設的學科基礎必修課“人工智慧導論”主要介紹其中的經典內容，而研究生必修的核心課程“人工智慧原理”主要關注其中的專門知識。其實該書也適合希望提高自身計算系統設計水平的廣大套用計算技術的社會公眾，對參加信息學奧林匹克競賽和ACM 程式設計競賽的選手及其教練員也有一定的參考作用。
教學過程中我們發現該書具有以下特點：既重歷史又重前沿，既有基於統一框架的繼承又有20%左右的更新與發展，既有寬度又有深度，既闡明富於啟發性和思想性的見解又強調通過採用偽碼來描述算法以確保可操作性和實用性，既追求通俗易懂、由淺入深又強調基本概念的嚴謹和表述的適度形式化，既藉助實例把複雜問題簡單化又保持一定的理論概括，既設定了一定數量的課後練習題又提供了豐富的網路教學資源。
人工智慧（Artificial Intelligence，AI）是一個大領域，而本書也是一本“大”書。我們試圖全方位探索這個領域，它涵蓋邏輯、機率和連續數學，感知、推理、學習和行動以及從微電子設備到機器人行星探測器的所有內容。本書之所以“大”還因為它有一定深度。
本書的副標題是“一種現代的方法”。使用這個相當空洞的短語希望表達的含義是，我們試圖將現在已知的內容綜合到一個共同的框架中，而不是試圖在各自的歷史背景下解釋人工智慧的各個子領域。對於那些自己的研究領域因此沒有得到足夠重視的人，我們深表歉意。
本版新變化
本版的修訂反映了自本書上一版2003 年出版以來人工智慧領域發生的變化。人工智慧技術有了重要套用，如廣泛部署的實用言語識別、機器翻譯、自主車輛和家用機器人。算法有了顯著突破，如西洋跳棋的解法。理論上也取得了很多進展，尤其是在機率推理、機器學習和計算機視覺等領域。我們認為最重要的是人們對這個領域認識的不斷進化，我們以此為據來組織本書。本書的主要變化如下：
更多地強調了部分可觀察和不確定的環境，特別是搜尋和規劃的非隨機的環境。在這些環境中引入了信念狀態（一個可能世界集）和狀態評估（保持信念狀態）的概念；本書後面加入了機率。
除了討論環境的類型和Agent 的分類，我們現在更深入地研究了Agent 能夠使用的表示類型。我們區分了原子表示（其中將世界的每個狀態視作黑盒）、因子表示（其中狀態是屬性/值對的集合）和結構表示（其中世界由對象及對象間關係組成）。
在規劃部分更深入地研究了部分可觀察環境中的連續規劃，還包括了一種層次規劃的新方法。 在一階機率模型中加入了新內容，包括了針對對象存在環境中的不確定性的開放-世界模型。 完全重寫了機器學習導論章節，更寬泛地研究了更流行的學習算法，並使之具有更
堅實的理論基礎。 擴展了Web 搜尋和信息抽取以及從超大數據集學習的技術。 本版20%的引用是2003 年以後發表的工作。 估計有20%的材料是相當新的。其餘的80%反映了以往的工作，但也被大規模重寫，
以便提供一個關於本領域的更統一的視圖。
本書概覽
統一的主題思想是智慧型Agent。我們將人工智慧定義為對從環境中感知信息並執行行動的Agent 的研究。每個這樣的Agent 實現一個把感知序列映射到行動的函式，我們討論了表達這些函式的不同方法，如反應式Agent、實時規劃器和決策理論系統等。我們把學習的角色解釋為把設計者的視角擴展到未知環境中，並且指出了這個角色如何約束Agent 設計，有利於顯式的知識表示和推理。我們沒有把機器人學和視覺當作獨立問題對待，而是出現於實現目標的服務中。我們強調在確定合適的Agent 設計時任務環境的重要性。
我們的主要目的是要傳達過去五十年間的人工智慧研究和過去兩千年的相關工作中所湧現出來的思想。在表達這些思想的過程中，我們在保持準確的同時盡力避免在表示上過分形式化。我們使用偽代碼算法以使關鍵思想更具體；這些偽代碼在附錄B 中有描述。
目錄
第Ⅰ部分人工智慧
第1 章緒論..................................................................................................................................3
1.1
什麼是人工智慧.............................................................................................................3
1.2
人工智慧的基礎.............................................................................................................6
1.3
人工智慧的歷史...........................................................................................................16
1.4
最新發展水平...............................................................................................................27
1.5
本章小結.......................................................................................................................28
參考文獻與歷史注釋............................................................................................................29
習題........................................................................................................................................29
第2章智慧型Agent.....................................................................................................................32
2.1
Agent 和環境................................................................................................................32
2.2
好的行為：理性的概念...............................................................................................34
2.3
環境的性質...................................................................................................................37
2.4
Agent 的結構................................................................................................................41
2.5
本章小結.......................................................................................................................52
參考文獻與歷史注釋............................................................................................................52
習題........................................................................................................................................54
第Ⅱ部分問題求解
第3 章通過搜尋進行問題求解................................................................................................59
3.1
問題求解Agent............................................................................................................59
3.2
問題實例.......................................................................................................................64
3.3
通過搜尋求解...............................................................................................................68
3.4
無信息搜尋策略...........................................................................................................73
3.5
有信息（啟發式）的搜尋策略...................................................................................82
3.6
啟發式函式...................................................................................................................91
3.7
本章小結.......................................................................................................................95
參考文獻與歷史注釋............................................................................................................96
習題........................................................................................................................................99
第4 章超越經典搜尋..............................................................................................................105
4.1
局部搜尋算法和最最佳化問題.....................................................................................105
4.2
連續空間中的局部搜尋.............................................................................................113
4.3
使用不確定動作的搜尋.............................................................................................115
4.4
使用部分可觀察信息的搜尋.....................................................................................119
4.5
在線上搜尋Agent 和未知環境.....................................................................................126
4.6
本章小結.....................................................................................................................131
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................131
習題......................................................................................................................................134
第5 章對抗搜尋......................................................................................................................137
5.1
博弈.............................................................................................................................137
5.2
博弈中的最佳化決策.....................................................................................................139
5.3
α-β剪枝.......................................................................................................................141
5.4
不完美的實時決策.....................................................................................................144
5.5
隨機博弈.....................................................................................................................149
5.6
部分可觀察的博弈.....................................................................................................152
5.7
博弈程式發展現狀.....................................................................................................155
5.8
其他途徑.....................................................................................................................157
5.9
本章小結.....................................................................................................................159
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................159
習題......................................................................................................................................164
第6 章約束滿足問題..............................................................................................................169
6.1
定義約束滿足問題.....................................................................................................169
6.2
約束傳播：CSP 中的推理.........................................................................................173
6.3
CSP 的回溯搜尋.........................................................................................................178
6.4
CSP 局部搜尋.............................................................................................................183
6.5
問題的結構.................................................................................................................184
6.6
本章小結.....................................................................................................................188
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................188
習題......................................................................................................................................191
第Ⅲ部分知識、推理與規劃
第7章邏輯Agent...................................................................................................................197
7.1
基於知識的Agent......................................................................................................197
7.2
Wumpus 世界..............................................................................................................199
7.3
邏輯.............................................................................................................................201
7.4
命題邏輯：一種簡單邏輯.........................................................................................204
7.5
命題邏輯定理證明.....................................................................................................209
7.6
有效的命題邏輯模型檢驗.........................................................................................217
7.7
基於命題邏輯的Agent..............................................................................................221
7.8
本章小結.....................................................................................................................229
目錄11
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................230
習題......................................................................................................................................233
第8 章一階邏輯......................................................................................................................238
8.1
重溫表示.....................................................................................................................238
8.2
一階邏輯的語法和語義.............................................................................................242
8.3
運用一階邏輯.............................................................................................................250
8.4
一階邏輯的知識工程.................................................................................................255
8.5
本章小結.....................................................................................................................260
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................261
習題......................................................................................................................................262
第9 章一階邏輯的推理..........................................................................................................268
9.1
命題推理與一階推理.................................................................................................268
9.2
合一和提升.................................................................................................................270
9.3
前向連結.....................................................................................................................274
9.4
反向連結.....................................................................................................................280
9.5
歸結.............................................................................................................................287
9.6
本章小結.....................................................................................................................296
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................297
習題......................................................................................................................................299
第10章經典規劃....................................................................................................................304
10.1
經典規劃的定義.......................................................................................................304
10.2
狀態空間搜尋規划算法...........................................................................................309
10.3
規劃圖.......................................................................................................................314
10.4
其他經典規劃方法...................................................................................................321
10.5
規劃方法分析...........................................................................................................325
10.6
本章小結...................................................................................................................326
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................326
習題......................................................................................................................................329
第11章現實世界的規劃與行動............................................................................................332
11.1
時間、調度和資源...................................................................................................332
11.2
分層規劃...................................................................................................................336
11.3
非確定性領域中的規劃與行動...............................................................................343
11.4
多Agent 規劃...........................................................................................................351
11.5
本章小結...................................................................................................................355
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................356
習題......................................................................................................................................359
第12章知識表示....................................................................................................................361
12.1
本體論工程...............................................................................................................361
12.2
類別和對象...............................................................................................................363
12.3
事件...........................................................................................................................368
12.4
精神事件和精神對象...............................................................................................372
12.5
類別的推理系統.......................................................................................................375
12.6
預設信息推理...........................................................................................................379
12.7
網際網路購物世界.......................................................................................................383
12.8
本章小結...................................................................................................................387
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................388
習題......................................................................................................................................392
第Ⅳ部分不確定知識與推理
第13章不確定性的量化........................................................................................................401
13.1
不確定環境下的行動...............................................................................................401
13.2
基本機率符號...........................................................................................................404
13.3
使用完全聯合分布進行推理...................................................................................410
13.4
獨立性.......................................................................................................................413
13.5
貝葉斯規則及其套用...............................................................................................414
13.6
重遊wumpus 世界...................................................................................................417
13.7
本章小結...................................................................................................................420
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................420
習題......................................................................................................................................422
第14章機率推理....................................................................................................................426
14.1
不確定性問題域中的知識表示...............................................................................426
14.2
貝葉斯網路的語義...................................................................................................428
14.3
條件分布的有效表示...............................................................................................433
14.4
貝葉斯網路中的精確推理.......................................................................................436
14.5
貝葉斯網路中的近似推理.......................................................................................443
14.6
關係和一階機率模型...............................................................................................450
14.7
不確定推理的其他方法...........................................................................................456
14.8
本章小結...................................................................................................................461
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................461
習題......................................................................................................................................466
第15章時間上的機率推理....................................................................................................473
15.1
時間與不確定性.......................................................................................................473
15.2
時序模型中的推理...................................................................................................476
15.3
隱馬爾可夫模型.......................................................................................................483
15.4
卡爾曼濾波器...........................................................................................................487
15.5
動態貝葉斯網路.......................................................................................................493
15.6
跟蹤多個對象...........................................................................................................500
15.7
本章小結...................................................................................................................503
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................503
習題......................................................................................................................................506
目錄13
第16章制定簡單決策............................................................................................................509
16.1
在不確定環境下結合信念與願望...........................................................................509
16.2
效用理論基礎...........................................................................................................510
16.3
效用函式...................................................................................................................513
16.4
多屬性效用函式.......................................................................................................519
16.5
決策網路...................................................................................................................522
16.6
信息價值...................................................................................................................524
16.7
決策理論專家系統...................................................................................................528
16.8
本章小結...................................................................................................................530
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................531
習題......................................................................................................................................534
第17章制定複雜決策............................................................................................................538
17.1
序列式決策問題.......................................................................................................538
17.2
價值疊代...................................................................................................................543
17.3
策略疊代...................................................................................................................547
17.4
部分可觀察的MDP.................................................................................................548
17.5
多Agent 的決策：博弈論.......................................................................................555
17.6
機制設計...................................................................................................................565
17.7
本章小結...................................................................................................................570
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................570
習題......................................................................................................................................573
第Ⅴ部分學習
第18章樣例學習....................................................................................................................579
18.1
學習形式...................................................................................................................579
18.2
監督學習...................................................................................................................581
18.3
學習決策樹...............................................................................................................582
18.4
評估和選擇最佳假說...............................................................................................591
18.5
學習理論...................................................................................................................595
18.6
帶線性模型的回歸和分類.......................................................................................599
18.7
人工神經網...............................................................................................................606
18.8
非參數化模型...........................................................................................................614
18.9
支持向量機...............................................................................................................619
18.10
組合學習.................................................................................................................622
18.11
機器學習實例.........................................................................................................626
18.12
本章小結.................................................................................................................629
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................630
習題......................................................................................................................................634
第19章學習中的知識............................................................................................................639
19.1
學習的邏輯公式化...................................................................................................639
19.2
學習中的知識...........................................................................................................645
19.3
基於解釋的學習.......................................................................................................648
19.4
使用相關性信息學習...............................................................................................651
19.5
歸納邏輯程式設計...................................................................................................654
19.6
本章小結...................................................................................................................662
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................662 練習......................................................................................................................................664
第20章學習機率模型............................................................................................................666
20.1
統計學習...................................................................................................................666
20.2
帶完整數據的學習...................................................................................................669
20.3
隱變數學習：EM 算法............................................................................................677
20.4
本章小結...................................................................................................................684
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................684
習題......................................................................................................................................686
第21章強化學習....................................................................................................................688
21.1
引言...........................................................................................................................688
21.2
被動強化學習...........................................................................................................689
21.3
主動強化學習...........................................................................................................695
21.4
強化學習中的泛化...................................................................................................700
21.5
策略搜尋...................................................................................................................702
21.6
強化學習的套用.......................................................................................................704
21.7
本章小結...................................................................................................................706
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................707
習題......................................................................................................................................710
第Ⅵ部分通訊、感知與行動
第22章自然語言處理............................................................................................................715
22.1
語言模型...................................................................................................................715
22.2
文本分類...................................................................................................................719
22.3
信息檢索...................................................................................................................721
22.4
信息抽取...................................................................................................................727
22.5
本章小結...................................................................................................................735
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................735
目錄15
習題......................................................................................................................................737 第23章用於通訊的自然語言................................................................................................740
23.1
短語結構語法...........................................................................................................740
23.2
句法分析...................................................................................................................743
23.3
擴展文法和語義解釋...............................................................................................747
23.4
機器翻譯...................................................................................................................755
23.5
語音識別...................................................................................................................760
23.6
本章小結...................................................................................................................765
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................766
習題......................................................................................................................................769
第24章感知............................................................................................................................774
24.1
圖像生成...................................................................................................................775
24.2
圖像預處理...............................................................................................................780
24.3
基於外觀的物體識別...............................................................................................785
24.4
重建三維世界...........................................................................................................789
24.5
基於結構的物體識別...............................................................................................797
24.6
視覺套用...................................................................................................................799
24.7
本章小結...................................................................................................................802
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................803
習題......................................................................................................................................805
第25章機器人學....................................................................................................................807
25.1
引言...........................................................................................................................807
25.2
機器人硬體...............................................................................................................809
25.3
機器人的感知...........................................................................................................813
25.4
運動規劃...................................................................................................................819
25.5
規劃不確定的運動...................................................................................................825
25.6
運動...........................................................................................................................828
25.7
機器人軟體體系結構...............................................................................................833
25.8
套用領域...................................................................................................................836
25.9
本章小結...................................................................................................................839
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................840
習題......................................................................................................................................843
第Ⅶ部分結論
第26章哲學基礎....................................................................................................................851
26.1
弱人工智慧：機器能夠智慧型地行動嗎...................................................................851
26.2
強人工智慧：機器真能思考嗎...............................................................................856
26.3
發展人工智慧的道德規範與風險...........................................................................862
26.4
本章小結...................................................................................................................868
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................868
習題......................................................................................................................................870
第27章人工智慧：現狀與未來............................................................................................872
27.1
Agent 的組成部分....................................................................................................872
27.2
Agent 的體系結構....................................................................................................874
27.3
我們在沿著正確的方向前進嗎...............................................................................876
27.4 如果人工智慧成功了會怎樣...................................................................................877
附錄A 數學背景......................................................................................................................879
A.1 複雜度分析與O()符號..............................................................................................879
A.2 向量、矩陣和線性代數............................................................................................881
A.3 機率分布....................................................................................................................882
參考文獻與歷史注釋..........................................................................................................884
附錄B 關於語言和算法的注釋..............................................................................................885
B.1 用巴科斯範式（BNF ）定義語言............................................................................885
B.2 算法的偽代碼描述....................................................................................................886
B.3 在線上幫助....................................................................................................................887
參考文獻......................................................................................................................................888
