人工智能与艺术设计_（中国）邓开发.pdf

人工智能与艺术设计邓开发 战 冰 邬春学 刘宏波 孙 平 编著 图书在版编目(C I P)数据 人工智能与艺术设计/邓开发等编著.上海:华东理工大学出版社,2 0 1 9.9 I S B N9 7 8 7 5 6 2 8 5 6 9 9 3 .人.邓.人工智能应用艺术设计研究.J 0 6 3 9 中国版本图书馆C I P数据核字(2 0 1 9)第1 9 3 9 1 3号内 容 简 介人工智能是研究开发用于模拟、延伸和扩展智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能与艺术相结合可以改变艺术的形态,艺术的制作方式,艺术的感染力;同时也会影响人们的生活方式。全书从人工智能的概念、发展历程、学科展望开始,介绍人的智能行为产生的生理基础,人工智能的基础算法理论,以及模式识别、深度学习的理论,最后讲述人工智能的应用 智能社会、智能艺术。希望能为大学生及广大爱好者提供参考。策划编辑/丁 毅责任编辑/李甜禄 赵子艳装帧设计/靳天宇出版发行/华东理工大学出版社有限公司地址:上海市梅陇路1 3 0号,2 0 0 2 3 7电话:0 2 1 6 4 2 5 0 3 0 6网址:w w w.e c u s t p r e s s.c n邮箱:z o n g b i a n b a n e c u s t p r e s s.c n印 刷/北京虎彩文化传播有限公司开 本/7 8 7m m1 0 9 2m m 1/1 6印 张/1 2.5字 数/2 7 8千字版 次/2 0 1 9年9月第1版印 次/2 0 1 9年9月第1次定 价/9 8.0 0元版权所有 侵权必究人工智能与艺术设计 前言人工智能(A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e,A I)是指机器像人一样拥有智能能力,是一门融合计算机科学、统计学、脑神经学和社会科学的前沿综合学科,可以代替人类实现识别、认知、分析和决策等多种功能。人工智能涉及心理学、认知科学、思维科学、信息科学、系统科学和生物科学等多门学科,目前已在多个领域取得举世瞩目的成果,并形成了多元化的发展方向。9 0年代,国际象棋冠军卡斯帕罗夫与“深蓝”计算机决战,“深蓝”获胜,这是人工智能发展的一个重要里程碑。2 0 1 6年,韩国围棋国手李在石与围棋程序A l p h a G o对弈中首战失利,再一次将人工智能拉入了公众的视野,人工智能成为话题度最高的科技和最流行的媒体语言。中国政府将人工智能列为重点发展战略,2 0 1 9年,教育部批准3 5所高校增设人工智能本科专业。人工智能教育建设已经掀起热潮。近些年来人工智能迅速发展,人工智能产品已经开始改变人们的生活方式,如扫地机器人、智能保姆等进入家庭生活,智能社会、智能城市已在发达城市成为现实,5 G技术的应用、无人驾驶等高科技正在改变人们的生活。虽然它们还没有 终结者 中描述得那么先进,但以前遥不可及的人工智能概念正在一步步变为现实却是不争的事实,政府和学界正密切关注人工智能的现状。人工智能与艺术设计 全书介绍了人工智能的学科内涵、学科历史及发展,人类智能的生理基础;阐述了人工智能的基础算法理论,以及模式识别系统,人工神经网络与深度学习;重点讲述它的应用,包括人体行为与智能机器人、智能系统与智能社会,人工智能与艺术设计的知识内容和发展。本着顺应时代,努力为教育建设添砖加瓦的思想,解密人工智能在艺术领域的应用,为艺术类大学生、艺术爱好者提供帮助。作 者2 0 1 9年4月目 录 人工智能与艺术设计 目录1 概述1 1.1 人工智能的学科内涵11.1.1 学科概念11.1.2 学科定位21.1.3 学科功能及相关性2 1.2 人工智能的学科发展历史31.2.1 人工智能的萌芽31.2.2 人工智能的积累41.2.3 人工智能的成熟5 1.3 人工智能的学科展望61.3.1 人工智能与其他学科的关系61.3.2 人工智能的发展瓶颈问题81.3.3 人工智能的伦理与哲学问题1 41.3.4 人工智能的前沿问题1 62 人类智能的生理基础2 3 2.1 大脑的结构2 32.1.1 综述2 32.1.2 人脑的解剖学结构2 3 2.2 人类感知世界的生理结构与功能2 52.2.1 触觉结构与功能2 52.2.2 视觉结构与功能2 92.2.3 听觉结构与功能3 12.2.4 味觉、嗅觉结构与功能3 42.2.5 其他感觉结构与功能3 71人工智能与艺术设计 2.3 人类对高级智慧的理解3 82.3.1 语言的定义与形成3 82.3.2 思维的形式与逻辑3 92.3.3 艺术、哲学等意识的理解4 22.3.4 情感与行为的表现4 53 人工智能的基础算法理论5 0 3.1 人工智能的算法构成5 03.1.1 人工智能的算法性质5 13.1.2 人工智能的算法描述5 4 3.2 算法结构6 03.2.1 选择结构6 03.2.2 迭代结构6 23.2.3 递归结构6 5 3.3 问题求解6 93.3.1 空间搜索7 03.3.2 归结策略7 33.3.3 机器博弈7 54 模式识别与识别系统7 8 4.1 模式识别概述7 84.1.1 定义7 84.1.2 问题分类7 94.1.3 简史7 94.1.4 进展8 0 4.2 模式识别的理论方法与分类8 04.2.1 模式识别系统8 04.2.2 模式识别方法与分类8 1 4.3 识别系统8 34.3.1 语音识别系统8 44.3.2 视觉识别系统8 84.3.3 行为识别系统9 14.3.4 情感识别系统9 44.3.5 其他识别系统1 0 0 4.4 模式识别与识别系统应用 植物叶片识别研究1 0 2 2目 录 5 人工神经网络与深度学习1 0 5 5.1 人工神经网络与深度学习概念1 0 55.1.1 人工神经网络的概念及发展1 0 55.1.2 人工神经网络的特点1 0 65.1.3 深度学习的概念1 0 7 5.2 人工神经网络与深度学习的理论方法与分类1 0 85.2.1 人工神经网络的理论方法1 0 85.2.2 人工神经网络的分类1 1 05.2.3 深度学习的理论方法与分类1 1 2 5.3 应用案例 深度学习技术及其在医疗领域中的应用1 1 85.3.1 医学影像分析1 1 85.3.2 疾病诊断1 1 95.3.3 其他1 1 96 人体行为与智能机器人1 2 0 6.1 人体行为1 2 16.1.1 运动神经系统1 2 46.1.2 人体运动的控制1 2 56.1.3 人的情绪、内分泌物质对运动的影响1 3 0 6.2 人体行为的仿真1 3 16.2.1 仿真机器人的研制1 3 26.2.2 行为的深度学习1 3 66.2.3 高仿机器人1 3 7 6.3 机器舞蹈1 3 86.3.1 机器舞蹈概念1 3 86.3.2 歌舞动漫仿真1 3 96.3.3 机器舞蹈创作1 4 07 智能系统与智能社会1 4 3 7.1 专家系统1 4 37.1.1 专家系统的结构1 4 37.1.2 专家系统的类型1 4 77.1.3 专家系统的功能1 5 17.1.4 专家系统的应用 土木工程专家系统的应用1 5 3 7.2 智能社会1 5 53人工智能与艺术设计 7.2.1 智能家居1 5 57.2.2 智能交通1 5 77.2.3 智慧城市1 5 97.2.4 智能战争1 6 18 人工智能与艺术设计1 6 4 8.1 艺术设计1 6 48.1.1 艺术设计的概念1 6 48.1.2 艺术设计的相关要素1 6 48.1.3 艺术设计涉及的内容、方法1 6 68.1.4 艺术设计的行为理解1 6 7 8.2 艺术设计与人工智能的融合1 6 88.2.1 艺术设计的理念的改变1 6 88.2.2 艺术设计的人工智能技术的融合1 7 18.2.3 艺术设计的理性与非理性行为1 7 2 8.3 人工智能完成艺术设计的创作1 7 48.3.1 人工智能对艺术设计行为的深度学习1 7 58.3.2 人工智能对艺术设计的高仿1 7 68.3.3 人工智能的艺术设计的创作1 7 8 8.4 人工智能的艺术创作的案例介绍1 7 98.4.1 人工智能的书法创作1 7 98.4.2 人工智能的绘画创作1 8 18.4.3 人工智能的音乐创作1 8 38.4.4 人工智能的平面设计创作1 8 5附录:阿西洛马人工智能原则(A s i l o m a rA IP r i n c i p l e s)1 8 8 41 概 述 1 概 述人工智能(A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e)的英文缩写为A I。它是研究开发用于模拟、延伸和拓展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。近年来,“人工智能”逐渐成为热点话题。人工智能是一门极富挑战性的科学,研究人工智能首先必须要懂得计算机科学、心理学和哲学。人工智能是一门十分广泛的科学,涉及不同的领域,如机器学习、计算机视觉等。总的来说,人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。不同的时代、不同的人对这种“复杂工作”的理解是不同的。1.1 人工智能的学科内涵1.1.1 学科概念人工智能的定义可以分为两部分,即“人工”和“智能”。“人工”比较好理解,争议性也不大。有时我们会考虑什么是人能够制造的,或者人自身的智能程度有没有高到可以创造人工智能的地步等。但总的来说,“人工系统”就是通常意义下的人工系统。关于什么是“智能”,问题就很多了。这涉及其他诸如意识、自我、思维(包括无意识的思维)等问题。人唯一了解的智能是人本身的智能,这是大家普遍认同的观点。“智能”概念最早可追溯到1 7世纪莱布尼茨有关智能的设想。首先是对“I n t e l l i g e n c e”的一种重要区分,即强调计算机与信息科学、数学和生物学(泛指应用科学、技术、工程)等语境下的“智能”,如机器智能、类人类(水平)智能,并非仅仅是心理学范畴下的“智力”或自然智能。计算机与通信词典(C o m p u t e rS c i e n c ea n dC o mm u n i c a t i o n s)对“I n t e l l i g e n c e”一词做出了科学规范的概念解释:(1)源于各种资源汇集而成的信息;(2)有用的、确证的、经处理过的以及在时效基础上可实现的信息。这一解释将“I n t e l l i g e n c e”指向信息本体,技术背景下的“智能”在本体论上是信息处理的一种特殊形式。从自然意义上而言,自然智能即指人类通过自身智力,收集和处理不确定信息并输出新信息以改变基本生存需求,是人类在本体(或近体环境)上实现自身智力的信息处理过程,是人对人本身的信息反馈。从技术意义上而言,智能虽然同样需要人类通过自身智力对信息源进行处理,但是其输入、输出对象不再是人类本体,而是无生命的机器或者类生命体。这要求人们对自身智力有1人工智能与艺术设计 全面的认识,能够将这种全面的认识赋予机器或者类生命体,创造出智能机或者智能体,实现人机或机机交互的智能表现。就目前的科学技术发展和人类对认知能力的挖掘,技术智能实现正走向类人或无限接近人类水平的智能体。美国斯坦福大学著名的人工智能研究中心尼尔逊(N i l s s o n)教授对人工智能下了这样一个定义:“人工智能是关于知识的学科 怎样表现知识以及怎样获得知识并科学地使用知识。”而另一名著名美国麻省理工学院的W i n s t o n教授认为:“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能的工作。”这些说法反映了人工智能学科的基本思想和基本内容。即人工智能是研究人类智能活动的规律,构造具有一定智能的人工系统,是研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作,也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。1.1.2 学科定位人工智能作为研究机器智能和智能机器的一门综合性高技术学科,产生于