第2章知識(shí)表示人工智能原理及其應(yīng)用電子教案

1、1知知 識(shí)識(shí) 就就 是是 力力 量量F.Bacon(15611626)英國(guó)哲學(xué)和自然科學(xué)家英國(guó)哲學(xué)和自然科學(xué)家歸納法的創(chuàng)立者歸納法的創(chuàng)立者“培根培根”2第第2章章 知識(shí)表示知識(shí)表示 2.1 知識(shí)與知識(shí)表示的概念知識(shí)與知識(shí)表示的概念 2.2 一階謂詞邏輯表示法一階謂詞邏輯表示法 2.3 產(chǎn)生式表示法產(chǎn)生式表示法 2.4 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法 2.5 框架表示法框架表示法 2.6 過程表示法過程表示法 按照符號(hào)主義的觀點(diǎn)，知識(shí)是一切智能行為的基礎(chǔ)，要使按照符號(hào)主義的觀點(diǎn)，知識(shí)是一切智能行為的基礎(chǔ)，要使計(jì)算機(jī)具有智能，首先必須使它擁有知識(shí)。計(jì)算機(jī)具有智能，首先必須使它擁有知識(shí)。 32.1 知

2、識(shí)與知識(shí)表示的概念知識(shí)與知識(shí)表示的概念 2.1.1 知識(shí)的概念知識(shí)的概念 2.1.2 知識(shí)表示的概念知識(shí)表示的概念42.1.1 知識(shí)的概念知識(shí)的概念什么是知識(shí)什么是知識(shí)知識(shí)的一般概念知識(shí)的一般概念 知識(shí)是人們?cè)诟脑炜陀^世界的實(shí)踐中積累起來(lái)的知識(shí)是人們?cè)诟脑炜陀^世界的實(shí)踐中積累起來(lái)的認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)和和經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn) 認(rèn)識(shí)：認(rèn)識(shí)：包括對(duì)事物現(xiàn)象、本質(zhì)、屬性、狀態(tài)、關(guān)系、聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)等的認(rèn)識(shí)包括對(duì)事物現(xiàn)象、本質(zhì)、屬性、狀態(tài)、關(guān)系、聯(lián)系和運(yùn)動(dòng)等的認(rèn)識(shí) 經(jīng)驗(yàn)：經(jīng)驗(yàn)：包括解決問題的包括解決問題的微觀方法：微觀方法：如步驟、操作、規(guī)則、過程、技巧等如步驟、操作、規(guī)則、過程、技巧等 宏觀方法：宏觀方法：如戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)、計(jì)謀、

3、策略等如戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)、計(jì)謀、策略等知識(shí)的有代表性的定義知識(shí)的有代表性的定義 （1）Feigenbaum: 知識(shí)是經(jīng)過剪裁、塑造、解釋、選擇和轉(zhuǎn)換了的信息知識(shí)是經(jīng)過剪裁、塑造、解釋、選擇和轉(zhuǎn)換了的信息 （2）Bernstein：知識(shí)由特定領(lǐng)域的描述、關(guān)系和過程組成知識(shí)由特定領(lǐng)域的描述、關(guān)系和過程組成 （3）Heyes-Roth：知識(shí)知識(shí)=事實(shí)事實(shí)+信念信念+啟發(fā)式啟發(fā)式知識(shí)、信息、數(shù)據(jù)及其關(guān)系知識(shí)、信息、數(shù)據(jù)及其關(guān)系 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是信息的載體，本身無(wú)確切含義，其關(guān)聯(lián)構(gòu)成信息是信息的載體，本身無(wú)確切含義，其關(guān)聯(lián)構(gòu)成信息 信息信息是數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，賦予數(shù)據(jù)特定的含義，僅可理解為描述性知識(shí)是數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，賦予數(shù)據(jù)

4、特定的含義，僅可理解為描述性知識(shí) 知識(shí)知識(shí)可以是對(duì)信息的關(guān)聯(lián)，也可以是對(duì)已有知識(shí)的再認(rèn)識(shí)可以是對(duì)信息的關(guān)聯(lián)，也可以是對(duì)已有知識(shí)的再認(rèn)識(shí) 常用的關(guān)聯(lián)方式：常用的關(guān)聯(lián)方式： if then 52.1.1 知識(shí)的概念知識(shí)的概念知識(shí)的類型知識(shí)的類型(1/2)按知識(shí)的性質(zhì)按知識(shí)的性質(zhì) 概念、命題、公理、定理、規(guī)則和方法概念、命題、公理、定理、規(guī)則和方法按知識(shí)的作用域按知識(shí)的作用域 常識(shí)性知識(shí)：常識(shí)性知識(shí)：通用通識(shí)的知識(shí)。人們普遍知道的、適應(yīng)所有領(lǐng)域的知識(shí)。通用通識(shí)的知識(shí)。人們普遍知道的、適應(yīng)所有領(lǐng)域的知識(shí)。 領(lǐng)域性知識(shí)：領(lǐng)域性知識(shí)：面向某個(gè)具體專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)。面向某個(gè)具體專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)。例如：例如：專家

5、經(jīng)驗(yàn)。專家經(jīng)驗(yàn)。按知識(shí)的作用效果按知識(shí)的作用效果 事實(shí)性知識(shí)：事實(shí)性知識(shí)：用于描述事物的概念、定義、屬性等；用于描述事物的概念、定義、屬性等； 或用于描述問題的狀態(tài)、環(huán)境、條件等。或用于描述問題的狀態(tài)、環(huán)境、條件等。 過程性知識(shí)：過程性知識(shí)：用于問題求解過程的操作、演算和行為的知識(shí)；用于問題求解過程的操作、演算和行為的知識(shí)； 用來(lái)指出如何使用那些與問題有關(guān)的事實(shí)性知識(shí)的知識(shí)；用來(lái)指出如何使用那些與問題有關(guān)的事實(shí)性知識(shí)的知識(shí)； 表示方式：表示方式：產(chǎn)生式、謂詞、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)等。產(chǎn)生式、謂詞、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)等。 控制性知識(shí)：控制性知識(shí)：( (元知識(shí)或超知識(shí)元知識(shí)或超知識(shí)) ) 是關(guān)于如何使用過程性知識(shí)的知識(shí)

6、；是關(guān)于如何使用過程性知識(shí)的知識(shí)； 例如：例如：推理策略、搜索策略、不確定性的傳播策略。推理策略、搜索策略、不確定性的傳播策略。 62.1.1 知識(shí)的概念知識(shí)的概念知識(shí)的類型知識(shí)的類型(1/2)按知識(shí)的層次按知識(shí)的層次 表層知識(shí)：表層知識(shí)：描述客觀事物的現(xiàn)象的知識(shí)。例如：感性、事實(shí)性知識(shí)描述客觀事物的現(xiàn)象的知識(shí)。例如：感性、事實(shí)性知識(shí) 深層知識(shí)：深層知識(shí)：描述客觀事物本質(zhì)、內(nèi)涵等的知識(shí)。例如：理論知識(shí)描述客觀事物本質(zhì)、內(nèi)涵等的知識(shí)。例如：理論知識(shí)按知識(shí)的確定性按知識(shí)的確定性 確定性知識(shí)：確定性知識(shí)：可以說(shuō)明其真值為真或?yàn)榧俚闹R(shí)可以說(shuō)明其真值為真或?yàn)榧俚闹R(shí) 不確定性知識(shí)：不確定性知識(shí)：包括不

7、精確、模糊、不完備知識(shí)包括不精確、模糊、不完備知識(shí) 不精確：不精確：知識(shí)本身有真假，但由于認(rèn)識(shí)水平限制卻不能肯定其真假知識(shí)本身有真假，但由于認(rèn)識(shí)水平限制卻不能肯定其真假 表示：用可信度、概率等描述表示：用可信度、概率等描述 模糊：模糊：知識(shí)本身的邊界就是不清楚的。例如：大，小等知識(shí)本身的邊界就是不清楚的。例如：大，小等 表示：用可能性、隸屬度來(lái)描述表示：用可能性、隸屬度來(lái)描述 不完備：不完備：解決問題時(shí)不具備解決該問題的全部知識(shí)。例如：醫(yī)生看病解決問題時(shí)不具備解決該問題的全部知識(shí)。例如：醫(yī)生看病按知識(shí)的等級(jí)按知識(shí)的等級(jí) 零級(jí)知識(shí)：零級(jí)知識(shí)：敘述性知識(shí)敘述性知識(shí) 一級(jí)知識(shí)：一級(jí)知識(shí)：過程性知識(shí)過

8、程性知識(shí) 二級(jí)知識(shí)：二級(jí)知識(shí)：控制性知識(shí)（元知識(shí)或超知識(shí)）控制性知識(shí)（元知識(shí)或超知識(shí)）72.1.2 知識(shí)表示的概念知識(shí)表示的概念知識(shí)表示的含義及要求知識(shí)表示的含義及要求什么是知識(shí)表示什么是知識(shí)表示 是對(duì)知識(shí)的描述，即用一組符號(hào)把知識(shí)編碼成計(jì)算機(jī)可以接受的某是對(duì)知識(shí)的描述，即用一組符號(hào)把知識(shí)編碼成計(jì)算機(jī)可以接受的某種結(jié)構(gòu)。其表示方法不唯一。種結(jié)構(gòu)。其表示方法不唯一。知識(shí)表示的要求知識(shí)表示的要求 表示能力：表示能力：能否正確、有效地表示問題。包括：能否正確、有效地表示問題。包括： 表范圍的廣泛性表范圍的廣泛性 領(lǐng)域知識(shí)表示的高效性領(lǐng)域知識(shí)表示的高效性 對(duì)非確定性知識(shí)表示的支持程度對(duì)非確定性知識(shí)表示

9、的支持程度 可利用性：可利用性：可利用這些知識(shí)進(jìn)行有效推理。包括：可利用這些知識(shí)進(jìn)行有效推理。包括： 對(duì)推理的適應(yīng)性：對(duì)推理的適應(yīng)性：推理是根據(jù)已知事實(shí)利用知識(shí)導(dǎo)出結(jié)果的過推理是根據(jù)已知事實(shí)利用知識(shí)導(dǎo)出結(jié)果的過程程 對(duì)高效算法的支持程度：對(duì)高效算法的支持程度：知識(shí)表示要有較高的處理效率知識(shí)表示要有較高的處理效率 可實(shí)現(xiàn)性：可實(shí)現(xiàn)性：要便于計(jì)算機(jī)直接對(duì)其進(jìn)行處理要便于計(jì)算機(jī)直接對(duì)其進(jìn)行處理 可組織性：可組織性：可以按某種方式把知識(shí)組織成某種知識(shí)結(jié)構(gòu)可以按某種方式把知識(shí)組織成某種知識(shí)結(jié)構(gòu) 可維護(hù)性：可維護(hù)性：便于對(duì)知識(shí)的增、刪、改等操作便于對(duì)知識(shí)的增、刪、改等操作 自然性：自然性：符合人們的日常習(xí)

10、慣符合人們的日常習(xí)慣 可理解性：可理解性：知識(shí)應(yīng)易讀、易懂、易獲取等知識(shí)應(yīng)易讀、易懂、易獲取等 82.1.2 知識(shí)表示的概念知識(shí)表示的概念知識(shí)表示的觀點(diǎn)及方法知識(shí)表示的觀點(diǎn)及方法知識(shí)表示的觀點(diǎn)知識(shí)表示的觀點(diǎn) 陳述性觀點(diǎn)：陳述性觀點(diǎn)：知識(shí)的存儲(chǔ)與知識(shí)的使用相分離知識(shí)的存儲(chǔ)與知識(shí)的使用相分離 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靈活、簡(jiǎn)潔，演繹過程完整、確定，知識(shí)維護(hù)方便靈活、簡(jiǎn)潔，演繹過程完整、確定，知識(shí)維護(hù)方便 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：推理效率低、推理過程不透明推理效率低、推理過程不透明 過程性觀點(diǎn)：過程性觀點(diǎn)：知識(shí)寓于使用知識(shí)的過程中知識(shí)寓于使用知識(shí)的過程中 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：推理效率高、過程清晰推理效率高、過程清晰 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：靈

11、活性差、知識(shí)維護(hù)不便靈活性差、知識(shí)維護(hù)不便知識(shí)表示的方法知識(shí)表示的方法 邏輯表示法：邏輯表示法：一階謂詞邏輯一階謂詞邏輯 產(chǎn)生式表示法：產(chǎn)生式表示法：產(chǎn)生式規(guī)則產(chǎn)生式規(guī)則 結(jié)構(gòu)表示法：結(jié)構(gòu)表示法：語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，框架語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，框架 過程表示法：過程表示法：9第第2章章 知識(shí)表示知識(shí)表示 2.1 知識(shí)表示與知識(shí)表示的概念知識(shí)表示與知識(shí)表示的概念 2.2 一階謂詞邏輯表示法一階謂詞邏輯表示法 2.3 產(chǎn)生式表示法產(chǎn)生式表示法 2.4 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法 2.5 框架表示法框架表示法 2.6 過程表示法過程表示法102.2 一階謂詞邏輯表示法一階謂詞邏輯表示法 主要討論主要討論一階謂詞邏輯表示的

12、邏輯學(xué)基礎(chǔ)一階謂詞邏輯表示的邏輯學(xué)基礎(chǔ) 命題和真值；論域和謂詞；連詞和量詞；命題和真值；論域和謂詞；連詞和量詞； 項(xiàng)與合式公式；自由變?cè)c約束變?cè)?xiàng)與合式公式；自由變?cè)c約束變?cè)^詞邏輯表示方法謂詞邏輯表示方法謂詞邏輯表示的應(yīng)用謂詞邏輯表示的應(yīng)用謂詞邏輯表示的特性謂詞邏輯表示的特性 一階謂詞邏輯表示法是一種基于數(shù)理邏輯的表示方法。一階謂詞邏輯表示法是一種基于數(shù)理邏輯的表示方法。 數(shù)理邏輯是一門研究推理的學(xué)科?？煞譃椋簲?shù)理邏輯是一門研究推理的學(xué)科?？煞譃椋?一階經(jīng)典邏輯：一階經(jīng)典邏輯：一階經(jīng)典命題邏輯，一階經(jīng)典謂詞邏輯一階經(jīng)典命題邏輯，一階經(jīng)典謂詞邏輯 非一階經(jīng)典邏輯：非一階經(jīng)典邏輯：指除經(jīng)典邏

13、輯以外的那些邏輯，例如：二階邏指除經(jīng)典邏輯以外的那些邏輯，例如：二階邏輯，多值邏輯，模糊邏輯等。輯，多值邏輯，模糊邏輯等。112.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯學(xué)基礎(chǔ)一階謂詞邏輯表示的邏輯學(xué)基礎(chǔ)命題與真值命題與真值命題的定義：命題的定義： 斷言：斷言：定義定義2.1 一個(gè)陳述句稱為一個(gè)斷言一個(gè)陳述句稱為一個(gè)斷言. 命題：命題：具有真假意義的斷言稱為命題具有真假意義的斷言稱為命題.命題的真值：命題的真值： T：表示命題的意義為真表示命題的意義為真 F：表示命題的意義為假表示命題的意義為假命題真值的說(shuō)明命題真值的說(shuō)明 一個(gè)命題不能同時(shí)既為真又為假一個(gè)命題不能同時(shí)既為真又為假 一個(gè)命題可在一定條件下為

14、真，而在另一條件下為假一個(gè)命題可在一定條件下為真，而在另一條件下為假122.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯學(xué)基礎(chǔ)一階謂詞邏輯表示的邏輯學(xué)基礎(chǔ)論域和謂詞論域和謂詞(1/2)論域：論域：由所討論對(duì)象的全體構(gòu)成的集合。亦稱為個(gè)體域由所討論對(duì)象的全體構(gòu)成的集合。亦稱為個(gè)體域個(gè)體：個(gè)體：論域中的元素論域中的元素謂詞：謂詞：在謂詞邏輯中命題是用形如在謂詞邏輯中命題是用形如P(x1,x2,xn)的謂詞來(lái)表示的的謂詞來(lái)表示的 謂詞名：是命題的謂語(yǔ)，表示個(gè)體的性質(zhì)、狀態(tài)或個(gè)體之間的關(guān)系謂詞名：是命題的謂語(yǔ)，表示個(gè)體的性質(zhì)、狀態(tài)或個(gè)體之間的關(guān)系 個(gè)體：是命題的主語(yǔ)，表示獨(dú)立存在的事物或概念個(gè)體：是命題的主語(yǔ)，表示獨(dú)

15、立存在的事物或概念 定義定義2.2 設(shè)設(shè)D是個(gè)體域，是個(gè)體域，P：DnT，F(xiàn)是一個(gè)映射，其中是一個(gè)映射，其中 則稱則稱P是一個(gè)是一個(gè)n元謂詞，記為元謂詞，記為P(x1,x2,xn)，其中，其中，x1,x2,xn為個(gè)體，可為個(gè)體，可以是個(gè)體常量、變?cè)秃瘮?shù)。以是個(gè)體常量、變?cè)秃瘮?shù)。 例如：例如：GREATER(x,6) x大于大于6 TEACHER(father(Wang Hong) 王宏的父親是一位教師王宏的父親是一位教師 ,| ),(2121DxxxxxxDnnn 132.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯學(xué)基礎(chǔ)一階謂詞邏輯表示的邏輯學(xué)基礎(chǔ)論域和謂詞論域和謂詞(2/2)函數(shù)：函數(shù)： 定義定義2-

16、3 設(shè)設(shè)D是個(gè)體域，是個(gè)體域，f：DnD是一個(gè)映射，其中是一個(gè)映射，其中則稱則稱f f是是D D上的一個(gè)上的一個(gè)n n元函數(shù)，記作元函數(shù)，記作 P(xP(x1 1,x,x2 2,x,xn n) ) 謂詞與函數(shù)的區(qū)別：謂詞與函數(shù)的區(qū)別： 謂詞是謂詞是D到到T，F(xiàn)的映射，函數(shù)是的映射，函數(shù)是D到到D的映射的映射 謂詞的真值是謂詞的真值是T和和F，函數(shù)的值（無(wú)真值）是，函數(shù)的值（無(wú)真值）是D中的元素中的元素 謂詞可獨(dú)立存在，函數(shù)只能作為謂詞的個(gè)體謂詞可獨(dú)立存在，函數(shù)只能作為謂詞的個(gè)體,| ),(2121DxxxxxxDnnn 142.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)連詞連詞

17、連詞：連詞： ： “非非”或者或者“否定否定”。表示對(duì)其后面的命題的否定。表示對(duì)其后面的命題的否定 ：“析取析取”。表示所連結(jié)的兩個(gè)命題之間具有。表示所連結(jié)的兩個(gè)命題之間具有“或或”的關(guān)系的關(guān)系：“合取合取”。 表示所連結(jié)的兩個(gè)命題之間具有表示所連結(jié)的兩個(gè)命題之間具有“與與”的關(guān)系。的關(guān)系。 ： “條件條件”或或“蘊(yùn)含蘊(yùn)含”。表示。表示“若若則則”的語(yǔ)義。讀作的語(yǔ)義。讀作“如果如果P，則，則Q” 其中，其中，P稱為條件的前件，稱為條件的前件，Q稱為條件的后件。稱為條件的后件。 ：稱為稱為“雙條件雙條件”。它表示。它表示“當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)且僅當(dāng)”的語(yǔ)義。即讀作的語(yǔ)義。即讀作“P當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)且僅當(dāng)Q”。

18、例如，對(duì)命題例如，對(duì)命題P和和Q，PQ表示表示“P當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)且僅當(dāng)Q”，PQPPQPQPQPQTTFTTTTTFFTFFFFTTTFTFFFTFFTT152.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)量詞量詞量詞：量詞： ：全稱量詞，意思是：全稱量詞，意思是“所有的所有的”、“任一個(gè)任一個(gè)” 命題命題( x)P(x)為真，當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)論域中的所有為真，當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)論域中的所有x，都有，都有P(x)為真為真 命題命題( x)P(x)為假，當(dāng)且僅當(dāng)至少存在一個(gè)為假，當(dāng)且僅當(dāng)至少存在一個(gè)xi D，使得，使得P(xi)為假為假 ：存在量詞，意思是：存在量詞，意思是“至少有一個(gè)至少有一個(gè)”、

19、“存在有存在有” 命題命題( x)P(x)為真，當(dāng)且僅當(dāng)至少存在一個(gè)為真，當(dāng)且僅當(dāng)至少存在一個(gè)xi D，使得，使得P(xi)為真為真 命題命題( x)P(x)為假，當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)論域中的所有為假，當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)論域中的所有x，都有，都有P(x)為假為假 162.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)項(xiàng)與合式公式項(xiàng)與合式公式項(xiàng)項(xiàng) 定義定義2-4 項(xiàng)滿足如下規(guī)則：項(xiàng)滿足如下規(guī)則： (1) 單獨(dú)一個(gè)個(gè)體詞是項(xiàng)；單獨(dú)一個(gè)個(gè)體詞是項(xiàng)； (2) 若若t1,t2,tn是項(xiàng)，是項(xiàng)，f是是n元函數(shù)，則元函數(shù)，則f(t1,t2,tn)是項(xiàng)；是項(xiàng)； (3) 由由(1)、(2)生成的表達(dá)式是項(xiàng)。生成的表達(dá)

20、式是項(xiàng)。 項(xiàng)是把個(gè)體常量、個(gè)體變量和函數(shù)統(tǒng)一起來(lái)的一念。項(xiàng)是把個(gè)體常量、個(gè)體變量和函數(shù)統(tǒng)一起來(lái)的一念。原子謂詞公式原子謂詞公式 定義定義2-5 原子謂詞公式的含義為：原子謂詞公式的含義為： 若若t1,t2,tn是項(xiàng)，是項(xiàng)，P是謂詞，則稱是謂詞，則稱P(t1,t2,tn)為原子謂詞公式。為原子謂詞公式。合式公式合式公式 定義定義2-6 滿足如下規(guī)則的謂詞演算可得到合式公式：滿足如下規(guī)則的謂詞演算可得到合式公式： (1) 單個(gè)原子謂詞公式是合式公式；單個(gè)原子謂詞公式是合式公式； (2) 若若A是合式公式，則是合式公式，則A也是合式公式；也是合式公式； (3) 若若A,B是合式公式，則是合式公式，則

21、AB，AB，AB，AB也都是合式公式；也都是合式公式； (4) 若若A是合式公式，是合式公式，x是項(xiàng)，則是項(xiàng)，則( x)A(x)和和( x)A(x)都是合式公式。都是合式公式。 例如，例如，P(x,y)Q(y)，( x)(A(x)B(x)，都是合式公式。，都是合式公式。連詞的優(yōu)先級(jí)連詞的優(yōu)先級(jí) ,172.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)自由變?cè)c約束變?cè)杂勺冊(cè)c約束變?cè)犛颍狠犛颍褐肝挥诹吭~后面的單個(gè)謂詞或者用括弧括起來(lái)的合式公式指位于量詞后面的單個(gè)謂詞或者用括弧括起來(lái)的合式公式約束變?cè)杭s束變?cè)狠犛騼?nèi)與量詞中同名的變?cè)Q為約束變?cè)犛騼?nèi)與量詞中同名的變?cè)Q為約束

22、變?cè)杂勺冊(cè)鹤杂勺冊(cè)翰皇芗s束的變?cè)Q為自由變?cè)皇芗s束的變?cè)Q為自由變?cè)?例子：例子：( x)(P(x，y)Q(x，y)R(x，y) 其中，其中，(P(x，y)Q(x，y)是是( x)的轄域的轄域 轄域內(nèi)的變?cè)犛騼?nèi)的變?cè)獂是受是受( x)約束的變?cè)s束的變?cè)?R(x，y)中的中的x和所有的和所有的y都是自由變?cè)际亲杂勺冊(cè)冊(cè)膿Q名：變?cè)膿Q名： 謂詞公式中的變?cè)梢該Q名。但需注意：謂詞公式中的變?cè)梢該Q名。但需注意： 第一：對(duì)約束變?cè)仨毎淹募s束變?cè)冀y(tǒng)一換成另外一個(gè)相同的名第一：對(duì)約束變?cè)?，必須把同名的約束變?cè)冀y(tǒng)一換成另外一個(gè)相同的名字，且不能與轄域內(nèi)的自由變?cè)?。字，且?/p>

23、能與轄域內(nèi)的自由變?cè)?例，對(duì)例，對(duì)( xP(x，y)，可把約束變?cè)?，可把約束變?cè)獂換成換成z，得到公式，得到公式( z)P(z，y)。 第二：對(duì)轄域內(nèi)的自由變?cè)荒芨某膳c約束變?cè)嗤拿?。第二：?duì)轄域內(nèi)的自由變?cè)荒芨某膳c約束變?cè)嗤拿帧?例，對(duì)例，對(duì)( x)P(x，y)，可把，可把y換成換成z，得到，得到( z)P(x，z) ，但不能換成，但不能換成x 。182.2.2 謂詞邏輯表示方法謂詞邏輯表示方法(1/2)表示步驟：表示步驟： (1)先根據(jù)要表示的知識(shí)定義謂詞先根據(jù)要表示的知識(shí)定義謂詞 (2) 再用連詞、量詞把這些謂詞連接起來(lái)再用連詞、量詞把這些謂詞連接起來(lái)例例2.1

24、表示知識(shí)表示知識(shí)“所有教師都有自己的學(xué)生所有教師都有自己的學(xué)生”。 定義謂詞：定義謂詞：T (x)：表示：表示x 是教師。是教師。 S (y)：表示：表示y是學(xué)生。是學(xué)生。 TS(x, y)：表示：表示x是是y的老師。的老師。 表示知識(shí)：表示知識(shí)： ( x)( y)(T (x) TS(x, y) S (y) 可讀作：對(duì)所有可讀作：對(duì)所有x，如果，如果x是一個(gè)教師，那么一定存在一個(gè)個(gè)體是一個(gè)教師，那么一定存在一個(gè)個(gè)體y，y的的老師是老師是x，且，且y是一個(gè)學(xué)生。是一個(gè)學(xué)生。192.2.2 謂詞邏輯表示方法謂詞邏輯表示方法(2/2)例例2.2 表示知識(shí)表示知識(shí)“所有的整數(shù)不是偶數(shù)就是奇數(shù)所有的整數(shù)

25、不是偶數(shù)就是奇數(shù)”。 定義謂詞：定義謂詞：I(x)：x是整數(shù)，是整數(shù)，E(x)：x是偶數(shù)，是偶數(shù)， O(x)：x是奇數(shù)是奇數(shù) 表示知識(shí)：表示知識(shí)：( x)(I(x) E(x)O(x) 例例2.3 表示如下知識(shí)：表示如下知識(shí)： 王宏是計(jì)算機(jī)系的一名學(xué)生。王宏是計(jì)算機(jī)系的一名學(xué)生。 王宏和李明是同班同學(xué)。王宏和李明是同班同學(xué)。 凡是計(jì)算機(jī)系的學(xué)生都喜歡編程序。凡是計(jì)算機(jī)系的學(xué)生都喜歡編程序。 定義謂詞：定義謂詞： COMPUTER(x)：表示：表示x是計(jì)算機(jī)系的學(xué)生。是計(jì)算機(jī)系的學(xué)生。 CLASSMATE(x,y)：表示：表示x和和y是同班同學(xué)。是同班同學(xué)。 LIKE(x,y)：表示：表示x喜歡喜

26、歡y。 表示知識(shí)：表示知識(shí)： COMPUTER(Wang Hong) CLASSMATE(Wang Hong, Li Ming) ( x)(COMPUTER(x) LIKE(x, programming)202.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用謂詞邏輯表示的應(yīng)用機(jī)器人移盒子問題機(jī)器人移盒子問題(1/6)分別定義描述狀態(tài)和動(dòng)作的謂詞分別定義描述狀態(tài)和動(dòng)作的謂詞描述狀態(tài)的謂詞：描述狀態(tài)的謂詞： TABLE(x)：x是桌子是桌子 EMPTY(y)：y手中是空的手中是空的 AT(y, z)：y在在z處處 HOLDS(y, w)：y拿著拿著w ON(w, x)：w在在x桌面上桌面上 變?cè)膫€(gè)體域：變?cè)膫€(gè)體域

27、： x的個(gè)體域是的個(gè)體域是a, b y的個(gè)體域是的個(gè)體域是robot z的個(gè)體域是的個(gè)體域是a, b, c w的個(gè)體域是的個(gè)體域是boxabc212.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用謂詞邏輯表示的應(yīng)用機(jī)器人移盒子問題機(jī)器人移盒子問題(2/6)問題的初始狀態(tài)：?jiǎn)栴}的初始狀態(tài)： AT(robot, c) EMPTY(robot) ON(box, a) TABLE(a) TABLE(b) 問題的目標(biāo)狀態(tài)：?jiǎn)栴}的目標(biāo)狀態(tài)： AT(robot, c) EMPTY(robot) ON(box, b) TABLE(a) TABLE(b) 機(jī)器人行動(dòng)的目標(biāo)把問題的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)狀態(tài)，而要實(shí)現(xiàn)問題機(jī)器人行動(dòng)的目標(biāo)

28、把問題的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)狀態(tài)，而要實(shí)現(xiàn)問題狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要完成一系列的操作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要完成一系列的操作222.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用謂詞邏輯表示的應(yīng)用機(jī)器人移盒子問題機(jī)器人移盒子問題(3/6)描述操作的謂詞描述操作的謂詞 條件部分：條件部分：用來(lái)說(shuō)明執(zhí)行該操作必須具備的先決條件用來(lái)說(shuō)明執(zhí)行該操作必須具備的先決條件 可用謂詞公式來(lái)表示可用謂詞公式來(lái)表示 動(dòng)作部分：動(dòng)作部分：給出了該操作對(duì)問題狀態(tài)的改變情況給出了該操作對(duì)問題狀態(tài)的改變情況 通過在執(zhí)行該操作前的問題狀態(tài)中刪去和增加相應(yīng)的謂詞來(lái)實(shí)現(xiàn)通過在執(zhí)行該操作前的問題狀態(tài)中刪去和增加相應(yīng)的謂詞來(lái)實(shí)現(xiàn) 需要定義的操作：需要定義的操作： Got

29、o(x, y)：從：從x處走到處走到y(tǒng)處。處。 Pickup(x)：在：在x處拿起盒子。處拿起盒子。 Setdown(x)：在：在x處放下盒子。處放下盒子。232.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用謂詞邏輯表示的應(yīng)用機(jī)器人移盒子問題機(jī)器人移盒子問題(4/6)各操作的條件和動(dòng)作：各操作的條件和動(dòng)作： Goto(x，y) 條件：條件：AT(robot，x) 動(dòng)作：刪除表：動(dòng)作：刪除表：AT(robot，x) 添加表：添加表：AT(robot，y) Pickup(x) 條件：條件：ON(box，x)，TABLE(x)，AT(robot，x)，EMPTY(robot) 動(dòng)作：刪除表：動(dòng)作：刪除表：EMPTY(

30、robot)，ON(box，x) 添加表：添加表：HOLDS(robot，box) Setdown(x) 條件：條件：AT(robot，x)，TABLE(x)，HOLDS(robot，box) 動(dòng)作：刪除表：動(dòng)作：刪除表：HOLDS(robot，box) 添加表：添加表：EMPTY(robot)，ON(box，x) 機(jī)器人每執(zhí)行一操作前，都要檢查該操作的先決條件是否可以滿足。機(jī)器人每執(zhí)行一操作前，都要檢查該操作的先決條件是否可以滿足。如果滿足，就執(zhí)行相應(yīng)的操作；否則再檢查下一個(gè)操作。如果滿足，就執(zhí)行相應(yīng)的操作；否則再檢查下一個(gè)操作。 242.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用謂詞邏輯表示的應(yīng)用機(jī)器人移

31、盒子問題機(jī)器人移盒子問題(5/6)這個(gè)機(jī)器人行動(dòng)規(guī)劃問題的求解過程如下：這個(gè)機(jī)器人行動(dòng)規(guī)劃問題的求解過程如下： 狀態(tài)狀態(tài)1(初始狀態(tài)初始狀態(tài)) AT(robot, c) 開始開始 EMPTY(robot) = ON(box, a) TABLE(a) TABLE(b) 狀態(tài)狀態(tài)2 AT(robot, a) Goto(c, a) EMPTY(robot) = ON(box, a) TABLE(a) TABLE(b) 狀態(tài)狀態(tài)3 AT(robot, a) Pickup(a) HOLDS(robot,box) = TABLE(a) TABLE(b) 252.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用謂詞邏輯表示的應(yīng)用

32、機(jī)器人移盒子問題機(jī)器人移盒子問題(6/6) 狀態(tài)狀態(tài)4 AT(robot, b) Goto(a, b) HOLDS(robot,box) = TABLE(a) TABLE(b) 狀態(tài)狀態(tài)5 AT(robot, b) Setdown(b) EMPTY(robot) = ON(box, b) TABLE(a) TABLE(b) 狀態(tài)狀態(tài)6(目標(biāo)狀態(tài)目標(biāo)狀態(tài)) AT(robot, c) Goto(b, c) EMPTY(robot) = ON(box, b) TABLE(a) TABLE(b)262.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用謂詞邏輯表示的應(yīng)用猴子摘香蕉問題猴子摘香蕉問題(1/3)描述狀態(tài)的謂詞：描

33、述狀態(tài)的謂詞： AT(x, y)：x在在y處處 ONBOX：猴子在箱子上：猴子在箱子上 HB：猴子得到香蕉：猴子得到香蕉 個(gè)體域：個(gè)體域： x ：monkey, box, banana Y：a, b, c 問題的初始狀態(tài)問題的初始狀態(tài) AT(monkey, a) AT(box, b) ONBOX ， HB 問題的目標(biāo)狀態(tài)問題的目標(biāo)狀態(tài) AT(monkey, c) ，AT(box, c) ONBOX ， HBabc272.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用謂詞邏輯表示的應(yīng)用猴子摘香蕉問題猴子摘香蕉問題(2/3)描述操作的謂詞描述操作的謂詞 Goto(u, v)：猴子從：猴子從u處走到處走到v處處 Pus

34、hbox(v, w)：猴子推著箱子從：猴子推著箱子從v處移到處移到w處處 Climbbox：猴子爬上箱子：猴子爬上箱子 Grasp：猴子摘取香蕉：猴子摘取香蕉 各操作的條件和動(dòng)作各操作的條件和動(dòng)作 Goto(u, v) 條件：條件：ONBOX ，AT(monkey, u)， 動(dòng)作：刪除表：動(dòng)作：刪除表：AT(monkey, u) 添加表：添加表：AT(monkey, v) Pushbox(v, w) 條件：條件： ONBOX ，AT(monkey, v)，AT(box, v) 動(dòng)作：刪除表：動(dòng)作：刪除表：AT(monkey, v)，AT(box, v) 添加表：添加表：AT(monkey, w

35、)，AT(box,w)282.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用謂詞邏輯表示的應(yīng)用猴子摘香蕉問題猴子摘香蕉問題(3/3) Climbbox 條件：條件： ONBOX ，AT(monkey, w)，AT(box,w) 動(dòng)作：刪除表：動(dòng)作：刪除表： ONBOX 添加表：添加表：ONBOX Grasp 條件：條件：ONBOX，AT(box, c) 動(dòng)作：刪除表：動(dòng)作：刪除表： HB 添加表：添加表：HB292.2.4 謂詞邏輯表示的特征謂詞邏輯表示的特征主要優(yōu)點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn) 自然：自然：一階謂詞邏輯是一種接近于自然語(yǔ)言的形式語(yǔ)言系統(tǒng)，謂詞邏一階謂詞邏輯是一種接近于自然語(yǔ)言的形式語(yǔ)言系統(tǒng)，謂詞邏輯表示法接近于人們

36、對(duì)問題的直觀理解輯表示法接近于人們對(duì)問題的直觀理解 明確：明確：有一種標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)解釋方法，因此用這種方法表示的知識(shí)明確、有一種標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)解釋方法，因此用這種方法表示的知識(shí)明確、易于理解易于理解 精確：精確：謂詞邏輯的真值只有謂詞邏輯的真值只有“真真”與與“假假”，其表示、推理都是精確，其表示、推理都是精確的的 靈活：靈活：知識(shí)和處理知識(shí)的程序是分開的，無(wú)須考慮處理知識(shí)的細(xì)節(jié)知識(shí)和處理知識(shí)的程序是分開的，無(wú)須考慮處理知識(shí)的細(xì)節(jié) 模塊化：模塊化：知識(shí)之間相對(duì)獨(dú)立，這種模塊性使得添加、刪除、修改知識(shí)知識(shí)之間相對(duì)獨(dú)立，這種模塊性使得添加、刪除、修改知識(shí)比較容易進(jìn)行比較容易進(jìn)行主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn) 知識(shí)表示

37、能力差：知識(shí)表示能力差：只能表示確定性知識(shí)，而不能表示非確定性知識(shí)、過只能表示確定性知識(shí)，而不能表示非確定性知識(shí)、過程性知識(shí)和啟發(fā)式知識(shí)程性知識(shí)和啟發(fā)式知識(shí) 知識(shí)庫(kù)管理困難：知識(shí)庫(kù)管理困難：缺乏知識(shí)的組織原則，知識(shí)庫(kù)管理比較困難缺乏知識(shí)的組織原則，知識(shí)庫(kù)管理比較困難 存在組合爆炸：存在組合爆炸：由于難以表示啟發(fā)式知識(shí)，因此只能盲目地使用推理規(guī)由于難以表示啟發(fā)式知識(shí)，因此只能盲目地使用推理規(guī)則，這樣當(dāng)系統(tǒng)知識(shí)量較大時(shí)，容易發(fā)生組合爆炸則，這樣當(dāng)系統(tǒng)知識(shí)量較大時(shí)，容易發(fā)生組合爆炸 系統(tǒng)效率低：系統(tǒng)效率低：它把推理演算與知識(shí)含義截然分開，拋棄了表達(dá)內(nèi)容中所它把推理演算與知識(shí)含義截然分開，拋棄了表達(dá)內(nèi)

38、容中所含有的語(yǔ)義信息，往往使推理過程冗長(zhǎng)，降低了系統(tǒng)效率含有的語(yǔ)義信息，往往使推理過程冗長(zhǎng)，降低了系統(tǒng)效率30第第2章章 知識(shí)表示知識(shí)表示 2.1 知識(shí)表示與知識(shí)表示的概念知識(shí)表示與知識(shí)表示的概念 2.2 一階謂詞邏輯表示法一階謂詞邏輯表示法 2.3 產(chǎn)生式表示法產(chǎn)生式表示法 2.4 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法 2.5 框架表示法框架表示法 2.6 過程表示法過程表示法312.3 產(chǎn)生式表示法產(chǎn)生式表示法 產(chǎn)生式（產(chǎn)生式（Production）是目前人工智能中使用最多的一種知識(shí)表示方）是目前人工智能中使用最多的一種知識(shí)表示方法法 2.3.1 產(chǎn)生式表示的基本方法產(chǎn)生式表示的基本方法 事實(shí)的表

39、示事實(shí)的表示 規(guī)則的表示規(guī)則的表示 產(chǎn)生式與蘊(yùn)含式的區(qū)別產(chǎn)生式與蘊(yùn)含式的區(qū)別 產(chǎn)生式與條件語(yǔ)句的區(qū)別產(chǎn)生式與條件語(yǔ)句的區(qū)別 2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 2.3.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程 2.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略 2.3.5 產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型 2.3.6 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特性產(chǎn)生式系統(tǒng)的特性322.3.1 產(chǎn)生式表示的基本方法產(chǎn)生式表示的基本方法事實(shí)的表示事實(shí)的表示事實(shí)的定義事實(shí)的定義 事實(shí)是斷言一個(gè)語(yǔ)言變量的值或斷言多個(gè)語(yǔ)言變量之間關(guān)系的陳述句事實(shí)是斷言一個(gè)語(yǔ)言變量的值或斷言多個(gè)語(yǔ)言變量之間關(guān)系的陳述句 語(yǔ)言

40、變量的值或語(yǔ)言變量之間的關(guān)系可以是數(shù)字、詞等語(yǔ)言變量的值或語(yǔ)言變量之間的關(guān)系可以是數(shù)字、詞等 例如：例如：“雪是白的雪是白的”，其中，其中“雪雪”是語(yǔ)言變量，是語(yǔ)言變量，“白的白的”是語(yǔ)言變量是語(yǔ)言變量的值的值 “王峰熱愛祖國(guó)王峰熱愛祖國(guó)”，其中，其中，“王峰王峰”和和“祖國(guó)祖國(guó)”是兩個(gè)語(yǔ)言變量是兩個(gè)語(yǔ)言變量, “熱愛熱愛”是語(yǔ)言變量之間的關(guān)系是語(yǔ)言變量之間的關(guān)系事實(shí)的表示事實(shí)的表示 確定性知識(shí)，事實(shí)可用如下三元組表示：確定性知識(shí)，事實(shí)可用如下三元組表示： （對(duì)象，屬性，值）或（關(guān)系，對(duì)象（對(duì)象，屬性，值）或（關(guān)系，對(duì)象1，對(duì)象，對(duì)象2）其中，對(duì)象就是語(yǔ)言變量。例如：其中，對(duì)象就是語(yǔ)言變量。例

41、如： (snow, color, white) 或（雪，顏色，白）或（雪，顏色，白） (love, Wang Feng, country) 或（熱愛，王峰，祖國(guó)）或（熱愛，王峰，祖國(guó)） 非確定性知識(shí)，事實(shí)可用如下四元組表示：非確定性知識(shí)，事實(shí)可用如下四元組表示： （對(duì)象，屬性，值，可信度因子）（對(duì)象，屬性，值，可信度因子）其中，其中，“可信度因子可信度因子”是指該事實(shí)為真的相信程度?？捎檬侵冈撌聦?shí)為真的相信程度?？捎?,1之間的一個(gè)之間的一個(gè)實(shí)數(shù)來(lái)表示。實(shí)數(shù)來(lái)表示。 332.3.1 產(chǎn)生式表示的基本方法產(chǎn)生式表示的基本方法規(guī)則的表示規(guī)則的表示規(guī)則的作用規(guī)則的作用 描述事物之間的因果關(guān)系。描述事

42、物之間的因果關(guān)系。 規(guī)則的產(chǎn)生式表示形式常稱為產(chǎn)生式規(guī)則，簡(jiǎn)稱為產(chǎn)生式或規(guī)則。規(guī)則的產(chǎn)生式表示形式常稱為產(chǎn)生式規(guī)則，簡(jiǎn)稱為產(chǎn)生式或規(guī)則。產(chǎn)生式的基本形式產(chǎn)生式的基本形式 PQ 或者或者 IF P THEN Q P是產(chǎn)生式的前提，是產(chǎn)生式的前提，也稱為前件，它給出了該產(chǎn)生式可否使用的先決也稱為前件，它給出了該產(chǎn)生式可否使用的先決條件，由事實(shí)的邏輯組合來(lái)構(gòu)成；條件，由事實(shí)的邏輯組合來(lái)構(gòu)成； Q是一組結(jié)論或操作，是一組結(jié)論或操作，也稱為產(chǎn)生式的后件，它指出當(dāng)前題也稱為產(chǎn)生式的后件，它指出當(dāng)前題P滿足時(shí)，滿足時(shí)，應(yīng)該推出的結(jié)論或應(yīng)該執(zhí)行的動(dòng)作。應(yīng)該推出的結(jié)論或應(yīng)該執(zhí)行的動(dòng)作。產(chǎn)生式的含義產(chǎn)生式的含義

43、如果前提如果前提P滿足，則可推出結(jié)論滿足，則可推出結(jié)論Q或執(zhí)行或執(zhí)行Q所規(guī)定的操作所規(guī)定的操作產(chǎn)生式規(guī)則的例子產(chǎn)生式規(guī)則的例子 r6: IF 動(dòng)物有犬齒動(dòng)物有犬齒 AND 有爪有爪 AND 眼盯前方眼盯前方 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物該動(dòng)物是食肉動(dòng)物 其中，其中，r6是該產(chǎn)生式的編號(hào)；是該產(chǎn)生式的編號(hào)；“動(dòng)物有犬齒動(dòng)物有犬齒 AND 有爪有爪 AND 眼盯前方眼盯前方”是產(chǎn)生式的前提是產(chǎn)生式的前提P；“該動(dòng)物是食肉動(dòng)物該動(dòng)物是食肉動(dòng)物”是產(chǎn)生式的結(jié)論是產(chǎn)生式的結(jié)論Q。342.3.1 產(chǎn)生式表示的基本方法產(chǎn)生式表示的基本方法產(chǎn)生式與蘊(yùn)涵式、條件語(yǔ)句的區(qū)別產(chǎn)生式與蘊(yùn)涵式、條件語(yǔ)句的區(qū)別與蘊(yùn)涵式的主

44、要區(qū)別：與蘊(yùn)涵式的主要區(qū)別： (1) 蘊(yùn)涵式表示的知識(shí)只能是精確的，產(chǎn)生式表示的知識(shí)可以是不確定的蘊(yùn)涵式表示的知識(shí)只能是精確的，產(chǎn)生式表示的知識(shí)可以是不確定的 原因是蘊(yùn)涵式是一個(gè)邏輯表達(dá)式，其邏輯值只有真和假。原因是蘊(yùn)涵式是一個(gè)邏輯表達(dá)式，其邏輯值只有真和假。 (2) 蘊(yùn)含式的匹配一定要求是精確的，而產(chǎn)生式的匹配可以是不確定的蘊(yùn)含式的匹配一定要求是精確的，而產(chǎn)生式的匹配可以是不確定的 原因是產(chǎn)生式的前提條件和結(jié)論都可以是不確定的，因此其匹配也可以是原因是產(chǎn)生式的前提條件和結(jié)論都可以是不確定的，因此其匹配也可以是不確定的。不確定的。與條件語(yǔ)句的主要區(qū)別：與條件語(yǔ)句的主要區(qū)別： (1) 前件結(jié)構(gòu)不

45、同前件結(jié)構(gòu)不同 產(chǎn)生式的前件可以是一個(gè)復(fù)雜的的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式的前件可以是一個(gè)復(fù)雜的的結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的左部?jī)H僅是一個(gè)布爾表達(dá)式傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的左部?jī)H僅是一個(gè)布爾表達(dá)式 (2) 控制流程不同控制流程不同 產(chǎn)生式系統(tǒng)中滿足前提條件的規(guī)則被激活后，不一定被立即執(zhí)行，能否執(zhí)產(chǎn)生式系統(tǒng)中滿足前提條件的規(guī)則被激活后，不一定被立即執(zhí)行，能否執(zhí)行將取決于沖突消解策略行將取決于沖突消解策略 傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中是嚴(yán)格地從一個(gè)條件語(yǔ)句向其下一個(gè)條件語(yǔ)句傳遞。傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中是嚴(yán)格地從一個(gè)條件語(yǔ)句向其下一個(gè)條件語(yǔ)句傳遞。352.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明

46、(1/2)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)DB(Data Base) 存放求解問題的各種當(dāng)前信息存放求解問題的各種當(dāng)前信息 如：?jiǎn)栴}的初始狀態(tài)如：?jiǎn)栴}的初始狀態(tài) 輸入的事實(shí)輸入的事實(shí) 中間結(jié)論及最終結(jié)論等中間結(jié)論及最終結(jié)論等 用于推理過程的規(guī)則匹配用于推理過程的規(guī)則匹配 推理過程中，當(dāng)規(guī)則庫(kù)中某條推理過程中，當(dāng)規(guī)則庫(kù)中某條規(guī)則的前提可以和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的已規(guī)則的前提可以和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的已知事實(shí)匹配時(shí)，該規(guī)則被激活，由它推出的結(jié)論將被作為新的事實(shí)放入綜知事實(shí)匹配時(shí)，該規(guī)則被激活，由它推出的結(jié)論將被作為新的事實(shí)放入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，成為后面推理的已知事實(shí)。合數(shù)據(jù)庫(kù)，成為后面推理的已知事實(shí)。 規(guī)則庫(kù)規(guī)則庫(kù)RB(Rule B

47、ase) 也稱知識(shí)庫(kù)也稱知識(shí)庫(kù)KB(Knowledge Base) ,用于存放與求解問題有關(guān)的所有規(guī)則用于存放與求解問題有關(guān)的所有規(guī)則的集合的集合 作用：作用：是產(chǎn)生式系統(tǒng)問題求解的基礎(chǔ)是產(chǎn)生式系統(tǒng)問題求解的基礎(chǔ) 要求：要求：知識(shí)的完整性、一致性、準(zhǔn)確性、靈活性和知識(shí)組織的合理性知識(shí)的完整性、一致性、準(zhǔn)確性、靈活性和知識(shí)組織的合理性控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng)規(guī)規(guī) 則則 庫(kù)庫(kù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)362.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其說(shuō)明(2/2)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(Control system) 控制系統(tǒng)的主要作用控制系統(tǒng)的主要作用 亦稱推理機(jī)，用于控制整

48、個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行，決定問題求解過程的亦稱推理機(jī)，用于控制整個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行，決定問題求解過程的推理線路。推理線路。 控制系統(tǒng)的主要任務(wù)控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 選擇匹配：選擇匹配：按一定策略從規(guī)則庫(kù)種選擇規(guī)則與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事按一定策略從規(guī)則庫(kù)種選擇規(guī)則與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)進(jìn)行匹配。匹配是指把所選規(guī)則的前提與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)進(jìn)行實(shí)進(jìn)行匹配。匹配是指把所選規(guī)則的前提與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)進(jìn)行比較，若事實(shí)庫(kù)中存的事實(shí)與所選規(guī)則前提一致，則稱匹配成功，該規(guī)則比較，若事實(shí)庫(kù)中存的事實(shí)與所選規(guī)則前提一致，則稱匹配成功，該規(guī)則為可用；否則，稱匹配失敗，該規(guī)則不可用。為可用；否則，稱匹配失敗，

49、該規(guī)則不可用。 沖突消解：沖突消解：對(duì)匹配成功的規(guī)則，按照某種策略從中選出一條規(guī)則執(zhí)行。對(duì)匹配成功的規(guī)則，按照某種策略從中選出一條規(guī)則執(zhí)行。 執(zhí)行操作：執(zhí)行操作：對(duì)所執(zhí)行的規(guī)則，若其后件為一個(gè)或多個(gè)結(jié)論，則把這些結(jié)對(duì)所執(zhí)行的規(guī)則，若其后件為一個(gè)或多個(gè)結(jié)論，則把這些結(jié)論加入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；若其后件為一個(gè)或多個(gè)操作時(shí)，執(zhí)行這些操作。論加入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；若其后件為一個(gè)或多個(gè)操作時(shí)，執(zhí)行這些操作。 終止推理：終止推理：檢查綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中是否包含有目標(biāo)，若有，則停止推理。檢查綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中是否包含有目標(biāo)，若有，則停止推理。 路徑解釋：路徑解釋：在問題求解過程中，記住應(yīng)用過的規(guī)則序列，以便最終能夠在問題求解過程中，

50、記住應(yīng)用過的規(guī)則序列，以便最終能夠給出問題的解的路徑。給出問題的解的路徑。372.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子(1/4)動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng) 該系統(tǒng)可以識(shí)別老虎、金錢豹、斑馬、長(zhǎng)頸鹿、企鵝、信天翁這該系統(tǒng)可以識(shí)別老虎、金錢豹、斑馬、長(zhǎng)頸鹿、企鵝、信天翁這6種動(dòng)種動(dòng)物。其規(guī)則庫(kù)包含如下物。其規(guī)則庫(kù)包含如下15條規(guī)則：條規(guī)則：r1 IF 該動(dòng)物有毛發(fā)該動(dòng)物有毛發(fā) THEN 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 r2 IF 該動(dòng)物有奶該動(dòng)物有奶 THEN 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物r3 IF 該動(dòng)物有羽毛該動(dòng)物有羽毛 THEN 該動(dòng)物是鳥該動(dòng)

51、物是鳥r4 IF 該動(dòng)物會(huì)飛該動(dòng)物會(huì)飛 AND 會(huì)下蛋會(huì)下蛋 THEN 該動(dòng)物是鳥該動(dòng)物是鳥r5 IF 該動(dòng)物吃肉該動(dòng)物吃肉 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物該動(dòng)物是食肉動(dòng)物r6 IF 該動(dòng)物有犬齒該動(dòng)物有犬齒 AND 有爪有爪 AND 眼盯前方眼盯前方 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物該動(dòng)物是食肉動(dòng)物r7 IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 有蹄有蹄 THEN 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物r8 IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是嚼反芻動(dòng)物是嚼反芻動(dòng)物 THEN 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物r9 IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是食肉動(dòng)物是食肉動(dòng)

52、物 AND 是黃褐色是黃褐色 AND 身上有暗斑點(diǎn)身上有暗斑點(diǎn) THEN 該動(dòng)物是金錢豹該動(dòng)物是金錢豹382.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子(2/4)r10 IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是食肉動(dòng)物是食肉動(dòng)物 AND 是黃褐色是黃褐色 AND 身上有黑色條紋身上有黑色條紋 THEN 該動(dòng)物是虎該動(dòng)物是虎r11 IF 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 AND 有長(zhǎng)脖子有長(zhǎng)脖子 AND 有長(zhǎng)腿有長(zhǎng)腿 AND 身上有暗斑點(diǎn)身上有暗斑點(diǎn) THEN 該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿r12 IF 動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 AND

53、身上有黑色條紋身上有黑色條紋 THEN 該動(dòng)物是斑馬該動(dòng)物是斑馬r13 IF 該動(dòng)物是鳥該動(dòng)物是鳥 AND 有長(zhǎng)脖子有長(zhǎng)脖子 AND 有長(zhǎng)腿有長(zhǎng)腿 AND 不會(huì)飛不會(huì)飛 AND 有黑白二色有黑白二色 THEN 該動(dòng)物是鴕鳥該動(dòng)物是鴕鳥r14 IF 該動(dòng)物是鳥該動(dòng)物是鳥 AND 會(huì)游泳會(huì)游泳 AND 不會(huì)飛不會(huì)飛 AND 有黑白二色有黑白二色 THEN 該動(dòng)物是企鵝該動(dòng)物是企鵝r15 IF 該動(dòng)物是鳥該動(dòng)物是鳥 AND 善飛善飛 THEN 該動(dòng)物是信天翁該動(dòng)物是信天翁 其中，其中，ri(i=1,2,.,15)是規(guī)則的編號(hào)是規(guī)則的編號(hào) 初始綜合數(shù)據(jù)庫(kù)包含的事實(shí)有：初始綜合數(shù)據(jù)庫(kù)包含的事實(shí)有： 動(dòng)物

54、有暗斑點(diǎn)，有長(zhǎng)脖子，有長(zhǎng)腿，有奶，有蹄動(dòng)物有暗斑點(diǎn)，有長(zhǎng)脖子，有長(zhǎng)腿，有奶，有蹄 該例子的部分推理網(wǎng)絡(luò)如下：該例子的部分推理網(wǎng)絡(luò)如下： 392.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子(3/4)圖中最上層的結(jié)點(diǎn)稱為圖中最上層的結(jié)點(diǎn)稱為“假設(shè)假設(shè)”或或“結(jié)論結(jié)論”中間結(jié)點(diǎn)稱為中間結(jié)點(diǎn)稱為“中間假設(shè)中間假設(shè)”；終結(jié)點(diǎn)稱為終結(jié)點(diǎn)稱為“證據(jù)證據(jù)”或或“事實(shí)事實(shí)”；每個(gè)每個(gè)“結(jié)論結(jié)論”都是本問題的一個(gè)目標(biāo)，所有都是本問題的一個(gè)目標(biāo)，所有“假設(shè)假設(shè)”構(gòu)成了本問題的目標(biāo)集構(gòu)成了本問題的目標(biāo)集合合長(zhǎng)頸鹿長(zhǎng)頸鹿斑馬斑馬長(zhǎng)脖子長(zhǎng)脖子長(zhǎng)腿長(zhǎng)腿暗斑點(diǎn)暗斑點(diǎn)有蹄類有蹄類黑條紋黑條

55、紋有蹄有蹄哺乳動(dòng)物哺乳動(dòng)物嚼反芻動(dòng)物嚼反芻動(dòng)物有毛有毛r2r7r8r11r12有奶有奶r1402.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子產(chǎn)生式系統(tǒng)的例子(4/4)系統(tǒng)的推理過程系統(tǒng)的推理過程 (1) 先從規(guī)則庫(kù)中取出第一條規(guī)則先從規(guī)則庫(kù)中取出第一條規(guī)則r1，檢查其前提是否可與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知，檢查其前提是否可與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)相匹配。事實(shí)相匹配。 r1的前提是的前提是“有毛發(fā)有毛發(fā)”，但事實(shí)庫(kù)中無(wú)此事實(shí)，故匹配失敗。然后，但事實(shí)庫(kù)中無(wú)此事實(shí)，故匹配失敗。然后取取r2，該前提可與已知事實(shí)，該前提可與已知事實(shí)“有奶有奶”相匹配，相匹配，r2被執(zhí)行，并將其結(jié)論被執(zhí)行

56、，并將其結(jié)論“該動(dòng)物是哺該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物乳動(dòng)物”作為新的事實(shí)加入到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中。此時(shí)，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容變?yōu)椋鹤鳛樾碌氖聦?shí)加入到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中。此時(shí)，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容變?yōu)椋?動(dòng)物有暗斑，有長(zhǎng)脖子，有長(zhǎng)腿，有奶，有蹄，是哺乳動(dòng)物動(dòng)物有暗斑，有長(zhǎng)脖子，有長(zhǎng)腿，有奶，有蹄，是哺乳動(dòng)物 (2) 再?gòu)囊?guī)則庫(kù)中取再?gòu)囊?guī)則庫(kù)中取r3，r4，r5，r6進(jìn)行匹配，均失敗。接著取進(jìn)行匹配，均失敗。接著取r7，該前提與已知，該前提與已知事實(shí)事實(shí)“是哺乳動(dòng)物是哺乳動(dòng)物”相匹配，相匹配，r7被執(zhí)行，并將其結(jié)論被執(zhí)行，并將其結(jié)論“該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物” 作作為新的事實(shí)加入到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中。此時(shí)，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容

57、變?yōu)椋簽樾碌氖聦?shí)加入到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中。此時(shí)，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容變?yōu)椋?動(dòng)物有暗斑，有長(zhǎng)脖子，有長(zhǎng)腿，有奶，有蹄，是哺乳動(dòng)物，是有蹄類動(dòng)物動(dòng)物有暗斑，有長(zhǎng)脖子，有長(zhǎng)腿，有奶，有蹄，是哺乳動(dòng)物，是有蹄類動(dòng)物 (3) 此后，此后，r8，r9，r10均匹配失敗。接著取均匹配失敗。接著取r11，該前提，該前提 “該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 AND 有長(zhǎng)脖子有長(zhǎng)脖子 AND 有長(zhǎng)腿有長(zhǎng)腿 AND 身上有暗斑身上有暗斑” 與已知事實(shí)相匹配，與已知事實(shí)相匹配，r11被執(zhí)行，被執(zhí)行，并推出并推出“該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿”。由于。由于“長(zhǎng)頸鹿長(zhǎng)頸鹿”已是目標(biāo)集合中的一個(gè)結(jié)論，即已已是目標(biāo)集合中的一個(gè)結(jié)

58、論，即已推出最終結(jié)果，故問題求解過程結(jié)束。推出最終結(jié)果，故問題求解過程結(jié)束。說(shuō)明：上述規(guī)則僅是一種直接表示方式，用三元組表示說(shuō)明：上述規(guī)則僅是一種直接表示方式，用三元組表示r15如下：如下： r15：IF（動(dòng)物，類別，鳥）（動(dòng)物，類別，鳥）AND（動(dòng)物，本領(lǐng)，善飛）（動(dòng)物，本領(lǐng)，善飛） THEN（動(dòng)物，名稱，信天翁）（動(dòng)物，名稱，信天翁）412.3.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程基本過程基本過程 (1) 初始化綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，即把欲解決問題的已知事實(shí)送入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中；初始化綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，即把欲解決問題的已知事實(shí)送入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中； (2) 檢查規(guī)則庫(kù)中是否有未使用過的規(guī)則，若無(wú)轉(zhuǎn)檢查規(guī)則

59、庫(kù)中是否有未使用過的規(guī)則，若無(wú)轉(zhuǎn) (7)； (3) 檢查規(guī)則庫(kù)的未使用規(guī)則中是否有其前提可與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中已知事實(shí)相檢查規(guī)則庫(kù)的未使用規(guī)則中是否有其前提可與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中已知事實(shí)相匹配的規(guī)則，若有，形成當(dāng)前可用規(guī)則集；否則轉(zhuǎn)匹配的規(guī)則，若有，形成當(dāng)前可用規(guī)則集；否則轉(zhuǎn)(6)； (4) 按照沖突消解策略，從當(dāng)前可用規(guī)則集中選擇一個(gè)規(guī)則執(zhí)行，并對(duì)該規(guī)按照沖突消解策略，從當(dāng)前可用規(guī)則集中選擇一個(gè)規(guī)則執(zhí)行，并對(duì)該規(guī)則作上標(biāo)記。把執(zhí)行該規(guī)則后所得到的結(jié)論作為新的事實(shí)放入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；則作上標(biāo)記。把執(zhí)行該規(guī)則后所得到的結(jié)論作為新的事實(shí)放入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；如果該規(guī)則的結(jié)論是一些操作，則執(zhí)行這些操作；如果該規(guī)則的結(jié)論是

60、一些操作，則執(zhí)行這些操作； (5) 檢查綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中是否包含了該問題的解，若已包含，說(shuō)明解已求出，檢查綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中是否包含了該問題的解，若已包含，說(shuō)明解已求出，問題求解過程結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)問題求解過程結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)(2)； (6) 當(dāng)規(guī)則庫(kù)中還有未使用規(guī)則，但均不能與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已有事實(shí)相匹當(dāng)規(guī)則庫(kù)中還有未使用規(guī)則，但均不能與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已有事實(shí)相匹配時(shí)，要求用戶進(jìn)一步提供關(guān)于該問題的已知事實(shí)，若能提供，則轉(zhuǎn)配時(shí)，要求用戶進(jìn)一步提供關(guān)于該問題的已知事實(shí)，若能提供，則轉(zhuǎn)(2)；否；否則，執(zhí)行下一步；則，執(zhí)行下一步； (7) 若知識(shí)庫(kù)中不再有未使用規(guī)則，也說(shuō)明該問題無(wú)解，終止問題求解過程。若知識(shí)