智能控制课程在智能科学与技术专业课程体系中的地位和作用

李晓东　肖腾飞

摘 要：根据智能科学与技术交叉学科的特性和该交叉学科各专业方向的发展特点，阐述智能控制课程在智能科学与技术各专业课程体系中的地位和重要作用，说明智能控制课程所应包括的主要内容。

关键词：智能科学与技术；课程体系；智能控制

1 背 景

智能科学与技术是一门由脑科学、认知科学、人工智能、信息科学技术等共同研究智能行为的基本理论和应用技术的交叉学科。它以自然智能（脑科学和认知科学）的研究成果为基础，以人工智能理论和方法为核心，研究如何用计算机去模拟、延伸和扩展人类的自然智能，从而建立机器智能。当前，对智能科学与技术的重要性认识已上升到国家科技发展战略的高度 [1]，大力发展智能科学与技术专业教育是抢占未来科技发展制高点的时代需求。

自2003年北京大学在全国首次招收智能科学与技术专业本科生以来，全国已有北京邮电大学、中南大学、厦门大学等30多所高校开办了智能科学与技术本科专业，优化发展智能科学与技术专业人才教育己成为社会与高校的共同期待。然而，智能科学与技术的内涵发展还很不成熟，智能科学与技术专业的知识体系与课程设置还未确定，一直在讨论之中，中国人工智能学会教育工作委员会针对该专业的知识体系与课程设置，在2014年专门给出了征求意见稿[2]。目前，各高校智能科学与技术专业的建立时间都很短，大部分是在计算机科学与技术学科的基础上建立，造成智能科学与技术专业教学中计算机科学与技术课程色彩过于浓厚，亟待根据征求意见稿[2]优化智能科学与技术专业的课程体系。

2 智能科学与技术专业的课程体系

正如钟义信先生指出的那样，智能科学与技术学科既不是计算机科学与技术的分支学科，又不应该是从理工到人文和社会几乎无所不包的综合学科[3]。各高校应该根据智能科学与技术的专业方向，合理并有特色地设置不同的专业课程体系。根据2017年6月中国人工智能学会提交的《智能科学与技术一级学科论证报告》[4]，智能科学与技术成为一级学科后，建议下设脑认知、机器感知和模式识别、自然语言处理与理解、知识工程、机器人与智能系统5个二级学科。各高校在这些二级学科的统领下，可形成不同的智能科学与技术的本科与硕士专业方向，不同专业方向的教学大纲或课程体系既要有共同的骨干课程，以体现智能科学与技术学科的根，如智能科学与技术导论、脑与认知科学、人工智能、机器学习等，又要配置不同的专业方向标识课程以区分专业方向特色。从智能技术的角度或者机器智能实现的角度来讲，智能学科涉及检测技术、控制技术、电子通信技术、计算机技术、网络技术、软件技术等，因此基于计算机、互联网、电子、通信、自动化等技术的智能技术课程，如智能控制、智能驾驶、智能交通、智能物联网、服务机器人、无人机等课程，都可被选择作为各高校智能科学与技术不同专业方向或轨道方向的特色课程。

以中山大学2015年修订的智能科学与技术专业课程体系为例，其在专业基础课程和专业主干课程的基础上，设置了丰富的选修课程，引导学生朝着智能科学与技术专业不同的轨道方向发展，包括模式识别轨道方向课程，如数字图像处理、人工神经网络原理、数据挖掘、多媒体信息处理、机器学习、计算机视觉等；机器人与智能系统轨道方向课程，如机器人导论、自动控制原理、数字图像处理、智能控制与智能计算、人机交互技术、计算机视觉等；智能传感网络轨道方向课程，如传感器与检测技术、嵌入式系统设计与实践、机器人导论、无线传感器网络、无线射频识别技术、物联网导论等。

3 智能科学与技术专业智能控制课程的地位和重要作用

智能控制是传统自动控制理论和应用进一步发展的成果，是在无人干预的情况下自主驱动智能机器，实现控制目标的自动控制技术。许多复杂的被控系统难以建立有效的数学模型，也难以用常规的控制理论进行定量计算和分析，必须采用定量方法与定性方法相结合的智能控制形式。定量方法与定性方法相结合的目的在于要由机器用类似于人的智慧和经验引导求解过程，该求解过程与人脑的思维过程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。因此，智能控制的关键问题不是设计常规控制器，而是研制智能机器的模型。

智能控制课程在智能科学与技术专业的知识结构和课程体系中有着重要的地位和作用，至少应在机器人与智能系统这个中国人工智能学会建议的二级学科专业方向中，配置智能控制课程作为必修课程，其他专业方向可作为选修课程，原因如下：

（1）人工智能（Artificial Intelligence， AI）与自动化有着天然的联系，控制论对人工智能的诞生起到决定性作用。人工智能之父约翰·麦卡锡和同事尼尔斯·尼尔森曾经为人工智能提出另外一种解释：AI=Automation of Intelligence（智能的自動化），即从工程的角度看，人工智能的实质就是知识的自动化[5]。因此，人工智能属于控制论的范畴，学生具备自动化知识，对于更好地理解与发展人工智能具有重要的意义。

（2）智能科学与技术属于交叉学科，智能信息处理过程一般包括智能感知（信息获取）、智能传输（通信）、智能数据处理（计算）、智能控制（策略执行）等步骤。智能科学与技术的落地应用往往最终体现在对智能系统的控制上，机器智能的实现涉及计算机技术、电子通信技术、自动控制技术等，因此，智能科学与技术专业的学生必须具备“全科”复合型的基本素质，掌握一定的自动控制课程知识，这在机器人与智能系统等专业方向上显得尤为必要。自动控制课程是进一步学习智能交通、智能驾驶、智能制造、服务机器人等智能技术课程的基础。

（3）智能科学与技术的发展为传统自动控制理论注入了新的内容，智能科学已经与控制科学深度融合，形成了许多具有学习、推理等功能的智能控制方法，如神经网络控制、专家控制、自学习控制等。这些智能控制方法反过来又极大地丰富了智能科学与技术的内容，成为智能科学与技术的一部分。学习智能控制课程，有助于学生更完整地掌握智能科学与技术的学科体系。然而，受到高校专业学分总数及学分性质分配的限制，可在智能科学与技术的某些非机器人与智能系统专业方向上，将智能控制课程设置为选修课程。endprint

4 智能科学与技术专业智能控制课程的主要内容

鉴于当前智能控制专业方向的发展，智能科学与技术专业的智能控制课程应包括神经网络控制、模糊控制、专家控制、仿人控制、学习控制等部分，各部分含义如下：

神经网络控制指在控制系统中，应用神经网络技术，对难以精确建模的复杂非线性对象进行神经网络模型辨识。神经网络可具备控制器、优化计算、推理、故障诊断等功能，或者同时兼有上述多种功能。

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。模糊控制器主要包括对控制器输入量的模糊化、根据人类专家的控制经验建立模糊规则库、模糊推理、将推理得到的控制量解模糊转化为控制输出4部分。

专家控制系统是一个具有大量专门知识与经验的程序系统，通过应用人工智能和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策控制过程，以便解决那些需要人类专家才能处理的复杂问题。

仿人控制以人的思维方式、控制经验、行为和直觉推理为基础进行控制，避开求解繁琐的对象模型或建立脑模型时遇到的多种难题。

学习控制系统利用系统运行的重复性，靠自身的学习功能认识控制对象和外界环境的特性，并相应地改变自身特性以改善控制性能。这种系统具有一定的识别、判断、记忆和自行调整能力。

高校可根据课时数选择适量的智能控制内容进行教学，有条件的高校还可配置相应的实验实习环节。值得说明的是，为保证智能控制课程教学能顺利实施，有必要让学生学习先修课程自动控制原理（含经典控制理论与现代控制理论）。

5 结 语

高校应该根据本校所设智能科学与技术的专业方向，合理、有特色地设置不同的专业课程体系。智能控制课程在智能科学与技术专业的课程体系中起着举足轻重的作用，从工程的角度看，人工智能的实质就是知识的自动化。在机器人和智能系统等专业方向，往往涉及决策执行、系统控制等，让学生掌握必要的自动控制专业知识，对于智能系统的实现和应用是非常重要的；另一方面，智能控制的发展已经使其成为智能科学与技术学科的重要组成部分，要完整地了解并把握智能科学与技术的整个学科体系，智能科学与技术专业的学生学习智能控制的有关知识是完全有必要的。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国务院. 国家中长期科学发展规划纲要（2006—2020年）[EB/OL]. （2006-02-09）[2017-07-01]. http：//www.most.gov.cn/mostinfo/xinxifenlei/gjkjgh/200811/t20081129_65774.htm.

[2] 中国人工智能学会教育工作委员会. 智能科学与技术专业知识体系与课程（本科）（征求意见稿）[R]. 北京： 中國人工智能学会教育工作委员会， 2014.

[3] 钟义信. 三论“智能科学与技术”[J]. 计算机教育， 2016（10）： 2-6.

[4] 中国人工智能学会.“智能科学与技术”一级学科论证报告（简本）[EB/OL]. （2017-05-27）[2017-07-01]. http：//www.caai.cn/index.php？s=/Home/Article/detail/id/324.html.

[5] 王飞跃. 人工智能名人堂： 纪念与欢庆[EB/OL]. （2016-10-18）[2017-07-01]. http：//www.intsci.ac.cn/news/Feiyue_Wang.pdf.

（编辑：宋文婷）endprint