人工智能知識表示狀態(tài)空間

人工智能劉海波HarbinEngineeringUniversityReviewAnagentisanythingthatcanbeviewedasperceivingitsenvironmentthroughsensorsandactinguponthatenvironmentthrougheffectors.

Thepropertiesofanagent:AutonomyReactivitySocialabilityPro-activeness

ReviewMissionaryCannibalProblemLecture3:

KnowledgeRepresentation&StateSpace學習要求了解知識與知識表示的概念理解狀態(tài)與狀態(tài)空間的概念掌握狀態(tài)空間的圖描述方法掌握用狀態(tài)空間法表示與求解問題KnowledgeBaconKnowledgeispowerFeigenbaumIntheknowledgeliesthepower如何讓知識爆發(fā)出力量呢？KnowledgeEnginneringKnowledgeEngineering(definedin1983byEdwardFeigenbaum)

isanengineeringdisciplinethatinvolvesintegratingknowledgeintocomputersystemsinordertosolvecomplexproblemsnormallyrequiringahighlevelofhumanexpertise。知識工程的研究課題知識表示問題知識獲取問題知識利用問題Knowledge1997年版Webster詞典對知識的定義：知識是通過實踐、研究、聯(lián)系或調(diào)查獲得的關(guān)于事物的事實和狀態(tài)的認識，是對科學、藝術(shù)或技術(shù)的理解，是人類獲得的關(guān)于真理和原理的認識的總和?？傊?，知識是人類積累的關(guān)于自然和社會的認識和經(jīng)驗的總和。知識反映了客觀世界中事物之間的關(guān)系，不同事物或者相同事物間的不同關(guān)系形成了不同的知識。RelationsKnowledge知識的特性：相對正確性不確定性隨機性模糊性經(jīng)驗性不完全性可表示性與可利用性協(xié)議性Knowledge知識的分類按知識的作用范圍劃分為常識性知識和領(lǐng)域性知識按知識的作用及表示劃分為事實性知識、過程性知識和控制性知識

Knowledge知識的分分類例：從哈哈爾濱到到北京是是乘飛機機還是坐坐火車的的問題事實性知知識：哈哈爾濱、、北京、、飛機、、火車、、時間、、費用過程性知知識：乘乘飛機、、坐火車車控制性知知識：乘乘飛機較較快、較較貴。坐坐火車較較慢、較較便宜。。Knowledge知識的分分類按知識的的確定性性劃分為為確定性知知識和不確定性性知識按知識的的結(jié)構(gòu)及及表現(xiàn)形形式劃分分為邏輯性知知識和形象性知知識Knowledge知識的分分類KnowledgeRepresentation表示是現(xiàn)實事事物的一一種替代代物，如如地圖。。KnowledgeRepresentation知識表示示就是將人人類知識識形式化化或者模模型化。。實際上上就是一一種計算算機可以以接受的的用于描描述知識識的數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)及及其處理理機制。。知識表示示=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)+處理機制制KnowledgeRepresentation知識表示示的要求求正確有效效便于知識識的獲取取、組織織與維護護管理便于知識識的利用用（如搜搜索、推推理、計計算）便于知識識的理解解與機器器實現(xiàn)KnowledgeRepresentationStateSpaceRepresentation（狀態(tài)空空間法））ProblemReductionRepresentation（問題歸歸約法））PredicateLogicRepresentation（謂詞邏邏輯法））SemanticNetworkRepresentations（語義網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)法））FrameRepresentations（框架法法）ScriptRepresentations（腳本法法）ProcedureRepresentations（過程法法）PetriNetRepresentations（Petri網(wǎng)法）Object-OrientedRepresentations（面向?qū)ο蠓ǎ㏒tateSpaceRepresentation狀態(tài)是用來表表示描述述系統(tǒng)狀狀態(tài)的事事實性知知識的一一組有序序變量集集合：Q=[q0,q1,……,qn]T式中每每個元元素qi(i=0,1，…,n)稱為狀狀態(tài)變變量，，給定定每個個狀態(tài)態(tài)變量量的一一組值值就得得到一一個具具體的的狀態(tài)態(tài)。StateSpaceRepresentation操作是用來來表示示引起起狀態(tài)態(tài)變化化的過過程性性知識識的一一組關(guān)關(guān)系或或函數(shù)數(shù)：O={o1,o2,……,om}式中每每個元元素oj(j=0,1，…,m)稱為操操作算算子。。StateSpaceRepresentation狀態(tài)空空間是利用用狀態(tài)態(tài)變量量和操操作算算子表表示系系統(tǒng)或或問題題的有有關(guān)知知識的的符號號體系系，狀狀態(tài)空空間是是一個個四元元組：：(S,O,S0,G)其中：：S：狀態(tài)態(tài)集合合；O：操作作算子子的集集合；；S0：包含含問題題的初初始狀狀態(tài)G：包含含問題題的目目標狀狀態(tài)StateSpaceRepresentation解是使初初始狀狀態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為為目標標狀態(tài)態(tài)的有有限操操作算算子序序列。。解往往往不惟惟一?。tateSpaceRepresentation任何類類型的的數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)都可可以用用來描描述狀狀態(tài)，，如符符號、、字符符串、、向量量、多多維數(shù)數(shù)組、、樹和和表格格等。。所選用用的數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)形形式要要與狀狀態(tài)所所蘊含含的某某些特特性具具有相相似性性。StateSpaceRepresentation例題：：八數(shù)數(shù)碼問問題（（重排排九宮宮問題題）任何一一種擺擺法就就是一一個狀狀態(tài)，，所有有擺法法即為為狀態(tài)態(tài)集S，其大大小為為9!，S0和G分別為為上面面左右右兩圖圖所示示狀態(tài)態(tài)。操操作O如何表表示？？StateSpaceRepresentation例題：：八數(shù)數(shù)碼問問題（（重排排九宮宮問題題）O={數(shù)碼移移動操操作}O={,,,}，箭頭頭表示示移動動空格格如何求求解？？StateSpaceGraph狀態(tài)空空間可可用有有向圖圖來描描述圖的節(jié)節(jié)點表表示問問題的的狀態(tài)態(tài)圖的弧弧表示示狀態(tài)態(tài)之間間的關(guān)關(guān)系弧可用用一個個數(shù)字字表示示對應(yīng)應(yīng)操作作算子子的代代價問題求求解等等價于于在圖圖中尋尋找從從起點點到目目標點點的路路徑StateSpaceGraph八數(shù)碼碼問題題狀態(tài)態(tài)空間間的圖圖描述述ExamplesTSP問題（（TravelingSalemanProblem）有一個個推銷銷員，，要到到n個城市市推銷銷商品品，他他要找找出一一個包包含所所有n個城市市（每每個城城市只只能經(jīng)經(jīng)過一一次））的具具有最最短路路程的的環(huán)路路。ExamplesTSP問題（（TravelingSalemanProblem）ExamplesCPP問題（（ChinesePostmanProblem）一個郵郵遞員員從郵郵局出出發(fā)，，到所所轄街街道投投遞郵郵件，，最后后返回回郵局局，如如果他他必須須走遍遍所轄轄的每每條街街道至至少一一次，，那么么他應(yīng)應(yīng)如何何選擇擇投遞遞路線線，使使所走走的路路程最最短？？Extensions哥尼斯斯堡七七橋問問題PregelK?nigsbergPregelExtensions哥尼斯斯堡七七橋問問題ExtensionsEuler回路給定無無孤立立結(jié)點點圖G，若存存在一一條回回路，，經(jīng)過過圖中中每邊邊一次次且僅僅一次次，該該回路路稱為為Euler回路。。ExtensionsHamilton回路給定圖圖G，若存存在一一條回回路，，經(jīng)過過圖中中每個個結(jié)點點恰好