人工智能講義

東南大學遠程教育人工智能第01講主講教師：翟玉慶?計算機科學技術的發(fā)展趨向1、基于網絡(普適計算)2、并行化3、智能化（以知識為中心）4、人性化?參考資料：1、人工智能（上、下冊），陸汝鈐科學出版社2、高級人工智能，史忠植科學出版社3、智能主體及其應用，史忠植科學出版社4、ArtificialIntelligenceANewSynthesis,N.J.Nilsson,機械工業(yè)出版社MorganKaufmann?第一章引言第一節(jié)基本概念一、智能 智能是個體有目的的行為、合理的思維，以及有效地適應環(huán)境的綜合能力。通俗地講，智能是個體認識客觀事物、客觀世界和運用知識解決問題的能力。 人類個體的智能是一種綜合性能力。具體地講，可包括：1）感知與認識事物、客觀世界與自我的能力；2）通過學習取得經驗、積累知識的能力；?第一章引言第一節(jié)基本概念一、智能 人類個體的智能是一種綜合性能力。具體地講，可包括：3）理解知識、運用知識和運用經驗分析問題和解決問題的能力；4）聯想、推理、判斷、決策的能力；5）運用語言進行抽象、概括的能力；6）發(fā)現、發(fā)明、創(chuàng)造、創(chuàng)新的能力；?第一章引言第一節(jié)基本概念一、智能 人類個體的智能是一種綜合性能力。具體地講，可包括：7）實時地、迅速地、合理地應付復雜環(huán)境的能力；8）預測、洞察事物發(fā)展變化的能力；等。注：智能是相對的、發(fā)展的。離開特定時間說智能是困難的、沒有意義的。?東南大學遠程教育人工智能第02講主講教師：翟玉慶?第一章引言第一節(jié)基本概念二、人工智能 人工智能是相對人的自然智能而言，即用人工的方法和技術，研制智能機器或智能系統(tǒng)來模仿、延伸和擴展人的智能，實現智能行為和“機器思維”解決需要人類專家才能處理的問題。 人工智能是人工制品(artifact)中所涉及的智能行為。其中，智能行為包括：感知(perception)、推理(Reasoning)、學習(learning)、通信(communicating)和復雜環(huán)境下的動作行為(acting)。?第一章引言第一節(jié)基本概念三、人工智能目標 人工智能目標是實現智能行為和“機器思維”，解決需要人類專家才能處理的問題。1、研究像人一樣工作的機器，甚至比人做得更好2、能夠理解機器、人或動物的智能行為

?第一章引言第一節(jié)基本概念四、智能革命 智能革命是指人的自然智能通過人工智能的模仿和擴展，實現社會生產的自動化和智能化，促進知識密集型經濟的發(fā)展。?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況一、萌芽階段1、Aristotle(公元前384-322)在《工具論》中提出形式邏輯（三段論）2、Bacon(1561-1626)在《新工具》中提出歸納法，提出“知識就是力量”3、Leibnitz(1646-1716)研制四則計算器，提出“通用符號”和“推理計算”概念，使形式邏輯符號化，從而能對人的思維進行運算和推理，奠定了數理邏輯的基礎?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況一、萌芽階段4、Boole(1815-1864)創(chuàng)立布爾代數，在《思維法則》中首次用符號語言描述思維活動的基本推理規(guī)則5、Godel(1906-1978)提出不完備性定理，指出人的思維形式化和機械化的某些極限6、Turing(1912-1954)提出理想計算模型—圖靈機，創(chuàng)立自動機理論，提出“圖靈試驗”，用以判斷“Canamachinethink?”?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況一、萌芽階段7、Mauchly和Eckert等研制成功ENIAC電子數字計算機，為人工智能研究奠定物質基礎8、VonNeumann提出馮?諾依曼計算機模型9、McCulloch和Pitts建立神經網絡數學模型，通過模擬人腦實現智能，開創(chuàng)人工神經網絡研究。Kleene將其抽象為有限自動機理論10、Wiener創(chuàng)立控制論，Shannon創(chuàng)立信息論?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況二、人工智能的誕生1、導因 現實世界中相當多的問題求解是復雜的，常無算法可循，即使有計算方法，也是NP問題。為此，人們可采用啟發(fā)式知識進行問題求解，把復雜的問題大大簡化，可在浩瀚的搜索空間中迅速找到解答。這是運用專門領域的經驗知識。經常會取得有關問題的滿意解，而非數學上的最優(yōu)解。這就是啟發(fā)式搜索。?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況二、人工智能的誕生2、提出 1956年，由McCarthy、Minskey、Shannon、Newell等提出。?東南大學遠程教育人工智能第03講主講教師：翟玉慶?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況三、人工智能的發(fā)展1、50年代以博弈、游戲為對象進行研究1）Samuel研制成功具有自學能力的啟發(fā)式博弈程序2）Newell研制了啟發(fā)式程序LogicTheorist。對《數學原理》中38條定理進行了證明，開創(chuàng)了利用計算機研究思維活動規(guī)律的工作3）Chomsky提出語言文法，開創(chuàng)了形式語言研究?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況三、人工智能的發(fā)展1、50年代4）McCarthy建立LISP，不僅可以處理數值，而且可更方便地處理符號，為人工智能研究提供了重要工具?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況三、人工智能的發(fā)展2、60年代前期以搜索問題、通用問題求解研究為主1）Newell發(fā)表問題求解程序，使啟發(fā)式程序有更大的普遍性2）Feigenbaum研制成功DENDRAL化學專家系統(tǒng)，使人工智能研究從著重算法轉向知識表示的研究，也是人工智能研究走向實用化的標志?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況三、人工智能的發(fā)展2、60年代3）Robinson提出歸結原理4）Quilian提出語義網絡的知識表示法5）IJCAI成立?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況三、人工智能的發(fā)展3、70年代前期以自然語言理解、知識表示研究為主1）Winograd發(fā)表自然語言理解系統(tǒng)SHRDLU2）Colmerauer創(chuàng)建PROLOG語言3）Schank提出概念從屬理論4）Minskey提出框架知識表示法5）Feigenbaum提出知識工程?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況三、人工智能的發(fā)展4、80年代專家系統(tǒng)廣泛應用，出現了專家系統(tǒng)開發(fā)工具，開始興起人工智能產業(yè)1）日本提出五代機計劃2）中國提出863計劃-863-306?第一章引言第二節(jié)人工智能的發(fā)展概況三、人工智能的發(fā)展5、90年代-現在1）人工神經網絡的復興2）基于知識的系統(tǒng)CYC3）DeepBlue1997.5.114）分布式人工智能與多Agent系統(tǒng)robots,Softbot,集成自治系統(tǒng)5）知識科學?東南大學遠程教育人工智能第04講主講教師：翟玉慶?第一章引言第三節(jié)人工智能的研究方法 人工智能經過發(fā)展，形成了許多學派。不同學派的研究方法、學術觀點、研究重點有所不同。這里主要介紹認知學派、邏輯學派、行為主義學派和連接主義學派。一、認知學派(以Simon,Minskey和Newell等為代表)1、基本思想從人的思維活動出發(fā)，利用計算機進行宏觀功能模擬?；谖锢矸栂到y(tǒng)假設，將任何信息加工系統(tǒng)看成是一個具體的物理系統(tǒng)。?第一章引言第三節(jié)人工智能的研究方法一、認知學派2、基本觀點物理系統(tǒng)表現智能行為的充要條件是該系統(tǒng)是一個物理符號系統(tǒng)。3、主要工作1）Newell的LogicTheorist，模擬人證明數學定理的思維過程2）GPS，模擬人的解題過程(擬定初步解題計劃利用公理、定理和規(guī)則，按規(guī)則實施解題過程不斷進行“目的—手段“分析，修訂解題計劃。?第一章引言第三節(jié)人工智能的研究方法一、認知學派3、主要工作3）物理符號系統(tǒng)假設符號是模式。物理符號系統(tǒng)的基本任務和功能是辨認相同的符號和區(qū)別不同的符號。?第一章引言第三節(jié)人工智能的研究方法二、邏輯學派（以McCarthy和Nilsson等為代表)1、基本思想用邏輯來研究人工智能，用形式化的方法（統(tǒng)一的邏輯框架）描述客觀世界。2、基本觀點1）智能機器必須有關于自身環(huán)境的知識2）通用智能機器要能陳述性地表達關于自身環(huán)境的大部分知識3）通用智能機器表示陳述性知識的語言至少要有一階邏輯的能力?第一章引言第三節(jié)人工智能的研究方法二、邏輯學派3、主要工作1）概念化知識表示2）模型論語義?東南大學遠程教育人工智能第05講主講教師：翟玉慶?第一章引言第三節(jié)人工智能的研究方法二、邏輯學派3、主要工作1）概念化知識表示2）模型論語義3）演繹推理4）非單調邏輯用于常識推理?第一章引言第三節(jié)人工智能的研究方法三、行為主義學派(以Brooks為代表)1、基本思想以復雜的現實世界為背景，讓人工智能理論先經受解決實際問題的考驗，并在這種考驗中成長。智能只是在與環(huán)境的交互作用中表現出來。2、基本觀點1）到現場去2）物理實現3）初級智能4）行為產生智能?第一章引言第三節(jié)人工智能的研究方法三、行為主義學派3、主要工作1）無需知識表示的智能2）無需推理的智能3）機器蟲?第一章引言第三節(jié)人工智能的研究方法四、連接主義學派1、基本思想從腦的神經系統(tǒng)結構出發(fā)來研究腦的功能，研究大量簡單的神經元的集團信息處理能力及其動態(tài)行為，模擬和實現人的認識過程中的感知覺過程、形象思維、分布式記憶和自學習自組織過程。2、基本觀點1）神經網絡以分布式方式存儲信息2）神經網絡以并行方式處理信息3）神經網絡具有自組織、自學習能力?第一章引言第三節(jié)人工智能的研究方法四、連接主義學派3、主要工作人工神經網絡?東南大學遠程教育人工智能第06講主講教師：翟玉慶?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容一、博弈 跳棋、國際象棋、五子棋二、機器定理證明 LogicTheorist 王浩：利用一階謂詞邏輯 吳文俊：吳方法三、自動程序設計四、通用問題求解 GPS?東南大學遠程教育人工智能第07講主講教師：翟玉慶?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容五、感知1、視覺2、語音六、自然語言理解與生成 計算語言學七、自動推理1、推理從一個或幾個已知的判斷（前提）邏輯地推論出一個新的判斷（結論）的思維形式。?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容七、自動推理1、推理注：利用以往的知識通過推理可得到新的結論。2、主要工作1）機器定理證明2）歸結原理：推理規(guī)則簡單。在邏輯上是完備的，是PROLOG的計算模型3）非單調推理：閉世假說（CWA）、默認推理、限定推理?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容七、自動推理2、主要工作4）定性推理：把物理系統(tǒng)或物理過程細分為子系統(tǒng)或子過程，對于每個子系統(tǒng)或子過程及它們之間的相互作用或影響均建立起結構描述，通過局部因果性的傳播和行為合成，獲得實際物理系統(tǒng)的行為描述和功能描述?東南大學遠程教育人工智能第08講主講教師：翟玉慶?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容七、自動推理2、主要工作5）不確定性推理：不確定性來自人類的主觀認識與客觀實際之間存在的差異。事物發(fā)生的隨機性，人類知識的不完全、不可靠、不精確和不一致，自然語言中存在的模糊性和歧義性均反映了這種差異，均會帶來不確定性。有代表性的不確定性理論和推理方法有：概率論，Bayes理論，證據理論(Dempster和Shafer)，模糊集理論等。?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容八、機器學習知識、知識表示及運用知識的推理算法是人工智能的核心，而機器學習則是關鍵問題。1、學習學習是獲取知識、積累經驗、改進性能、發(fā)現規(guī)律、適應環(huán)境的過程。其基本機制是設法將在一種情形下成功的表現行為轉移到另一類似的新情形中去。2、學習種類1）無知識的學習：神經元模擬和基于決策論方法的自適應和自組織系統(tǒng)。?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容八、機器學習2、學習種類2）歸納學習：AQ算法、ID3算法等。3）分析學習（實例學習）：基于解釋的學習、知識塊（Chunking）學習。4）類比學習5）發(fā)現學習：根據實驗數據或模型重新發(fā)現定律的方法。?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容八、機器學習2、學習種類6）遺傳學習：自然選擇、變異。7）連接學習：神經網絡學習。8）數據庫知識發(fā)現：主要發(fā)現分類規(guī)則、特征規(guī)劃、關聯規(guī)則、差異規(guī)則、演化規(guī)則、異常規(guī)則等。其方法有統(tǒng)計方法、機器學習、神經網絡、數據倉庫等。?東南大學遠程教育人工智能第09講主講教師：翟玉慶?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容九、分布式人工智能（DistributedAI）第一屆DAI會議是在1980年。1、基本概念DAI是研究在邏輯上或物理上分散的智能動作者如何協調其智能行為（知識、技能和規(guī)劃），求解單目標和多目標問題，為設計和建立大型復雜的智能系統(tǒng)或計算機支持協同工作(CSCW)提供有效途徑。?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容九、分布式人工智能（DistributedAI）第一屆DAI會議是在1980年。2、主要內容1）分布式問題求解(DPS)2）多Agent系統(tǒng)(MAS)Agent是自主的，可能是預先存在的，并且是異構的，是一開放的系統(tǒng)。?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容十、人工思維模型真實世界柔性信息處理集體智能開放式自主系統(tǒng)?第一章引言第四節(jié)人工智能的主要研究內容十一、知識系統(tǒng)知識工程已成為人工智能應用最顯著的特點。知識系統(tǒng)主要研究內容：1、專家系統(tǒng)知識庫+推理機2、知識庫系統(tǒng)將知識以一定的結構存入，進行知識管理，實現知識共享3、智能決策系統(tǒng)4、知識科學?第一章引言討論題：1、你相信人是機器嗎？請說出理由。2、如果你是圖靈測試的測試者，你會如何設計題目？?東南大學遠程教育人工智能第10講主講教師：翟玉慶?第二章知識與知識表示第一節(jié)引言一、知識知識是信息經過加工整理、解釋、挑選和改造而成的。二、知識類型1、事實性知識一般采用直接表示形式。注：1）若事實性知識是批量的、有規(guī)律的，則往往以表格、圖冊，甚至數據庫等形式出現；2）某些事實性知識表現為規(guī)則的形式（盡管有時事實和規(guī)則分開處理）?第二章知識與知識表示第一節(jié)引言二、知識類型2、過程性知識描述做某事的過程，使人或計算機照此去做。3、行為性知識不直接給出事實本身，只給出它在某方面的行為。注：從某種意義上說，行為性知識是描述事物的內涵，而非外延。4、實例性知識只給出一些實例，關于事物的知識就隱藏在這些實例中。?第二章知識與知識表示第一節(jié)引言二、知識類型4、實例性知識注：實例性知識和事實性知識的主要區(qū)別是：人們感興趣的一般不是這些實例本身，而是在大批實例后面隱藏的規(guī)律性知識。5、類比性知識既不給出外延，也不給出內涵，只給出它與其它事物的某些相似之處。?第二章知識與知識表示第一節(jié)引言二、知識類型5、類比性知識注：類比性知識一般不能完整地刻劃事物，有時會以偏概全，但它可以啟發(fā)人們在不同領域的知識間架起橋梁，利用一個領域的知識去解決另一個領域的問題。6、元知識關于知識的知識。注：元知識經常以控制知識的形式出現。?東南大學遠程教育人工智能第11講主講教師：翟玉慶?第二章知識與知識表示第一節(jié)引言三、知識表示原則1、表示知識的范圍是否廣泛？注：邏輯是一種廣譜的知識表示工具。2、是否適合于推理？注：人工智能主要對適合推理的知識表示感興趣。3、是否適合于計算機處理？4、是否有高效的算法？5、能否表示不精確知識？注：自然界的信息具有先天的模糊性和不精確性。?第二章知識與知識表示第一節(jié)引言三、知識表示原則6、能否模塊化，以便于知識分層？7、知識和元知識能否用統(tǒng)一的形式表示？8、是否適合于加入啟發(fā)式信息？控制知識（元知識）信息—啟發(fā)式信息9、過程性表示還是說明性表示？說明性表示：只給出事物本身的屬性及事物之間的相互關系，對問題的解答就隱含在這些知識之中。?第二章知識與知識表示第一節(jié)引言三、知識表示原則9、過程性表示還是說明性表示？過程性表示：給出解決一個問題的具體過程。注：說明性表示涉及細節(jié)少，抽象程度高，可靠性較好，修改方便，但執(zhí)行效率較低。10、表示方式是否自然？?第二章知識與知識表示第一節(jié)引言四、常見的知識表示形式1、演繹系統(tǒng)2、產生式系統(tǒng)3、框架結構4、語義網絡5、過程性知識表示6、面向對象知識表示?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)一、謂詞演算1、命題陳述2、謂詞帶有參數的命題注：1）謂詞比命題有更強的表達能力，可將知識單元細分；2）謂詞可代表變化著的情況，謂詞的真假值可因參數而異；3）可利用謂詞在不同的知識之間建立聯系，使用同名參數。?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)一、謂詞演算3、謂詞解釋人為地指派給謂詞的含義注：1）由于解釋的不同，謂詞的真假值也就不同；2）對于復雜的謂詞公式，研究其不同的解釋具有更大的重要性；3）對一個謂詞公式可給出多種甚至無窮多種不同的解釋。?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)一、謂詞演算3、謂詞解釋人為地指派給謂詞的含義注：4）每種解釋由下列基本部分組成：A）一組基本域Di,i=1…nB）每個常量均是某個Di中的一個元素C）每個變量均在某個Di中取值D）每個m目函數均是一個映射 Di1Di2...DimDim+1（對于jk,可以有Dij=Dik)?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)一、謂詞演算3、謂詞解釋人為地指派給謂詞的含義注：4）每種解釋由下列基本部分組成：E）每個m目謂詞均是一個映射 Di1Di2...Dim（T，F）（T代表真，F代表假)5）若一個謂詞公式在所有解釋下均為真，則稱此公式為永真公式。?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)一、謂詞演算3、謂詞解釋人為地指派給謂詞的含義注：5）利用謂詞演算進行邏輯推理的核心任務就是判斷一個謂詞公式是否永真。但判斷一個謂詞公式的永真性比較困難，甚至有人證明，根本不存在這樣的算法。?東南大學遠程教育人工智能第12講主講教師：翟玉慶?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)一、謂詞演算4、謂詞演算謂詞及謂詞之間關系的研究1）符號集真值常量：T、F聯結符號：、、、、運算符：=量詞：、常量：函數常量、謂詞常量變量：函數變量、謂詞變量注：對于變量，可使用量詞。?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)一、謂詞演算4、謂詞演算謂詞及謂詞之間關系的研究2）項A）常量和變量是項B）若t1,t2,..,tn是項，則fn(t1,t2,…,tn)和Fn(t1,t2,…,tn)也是項。3）原子公式和合式公式P16?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)一、謂詞演算5、主要的謂詞演算命題演算一階謂詞演算二階謂詞演算其中，最重要的是一階謂詞演算。?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)二、自然演繹系統(tǒng)給定一個有限的或遞歸的公理集，及一個有限推理規(guī)則集，構成一個自然演繹系統(tǒng)。注：1）若在某個確定的范圍內，任何永真公式均可由一個演繹系統(tǒng)推導出，則稱此演繹系統(tǒng)對于該范圍來說是完備的。2）對于一階謂詞演算，存在著完備的演繹系統(tǒng)，對于二階謂詞演算，不存在著完備的演繹系統(tǒng)。?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)二、自然演繹系統(tǒng)注：3）在實際應用中，僅推演永真式是不夠的，任何有意義的知識推理系統(tǒng)均需處理非永真公式，它的謂詞被指派以某種解釋，即語義。我們應該使用含有語義的演繹系統(tǒng)。?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)三、與或句演繹系統(tǒng)1、與或句只有與符號()、或符號()、謂詞(也稱原子)和前有非符號的謂詞(也稱負原子，正負原子統(tǒng)稱句節(jié))以及看不見的全稱量詞的合式公式稱為與或句。2、與或句的生成步驟1）化成前束范式，使所有量詞均在合式公式的最前面，且每個量詞的轄域均是整個公式。2）消去存在量詞，只剩下全稱量詞。?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)三、與或句演繹系統(tǒng)3、置換規(guī)則左部只能有一個句節(jié)，右部可以是任意的與或句。注：與或句演繹系統(tǒng)可以用于求證某個目標推理，也可以進行反向推理。當用作反向推理時，比較實用。?第二章知識與知識表示第二節(jié)演繹系統(tǒng)四、子句演繹系統(tǒng)1、子句只有或符號和非符號的合式謂詞公式稱為子句，用或符號連接多個句節(jié)而成。2、子句演繹方法消解法—Robinson3、消解法基本思想把已知條件表示成一組子句，把求證目標先表示成子句，后在前面加非符號，把加了非符號的目標子句和條件子句組合，若通過消解推出空子句，則目標得以證明。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)一、基本概念1、產生式在自然界的各種知識單元之間存在著大量的因果關系。這是前提和結論之間的關系，可用產生式（或稱規(guī)則）來表示。產生式（規(guī)則）：前提和結論之間的關系式。表示形式：前提結論2、事實無需前提條件的產生式，可用于表示已知的事實。表示形式：事實?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)一、基本概念3、產生式系統(tǒng)將一組產生式放在一起，讓它們互相配合、協調作用，一個產生式生成的結論可供另一個產生式作為前提使用。以這種方式求得問題的解決的系統(tǒng)，稱為產生式系統(tǒng)。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征1、產生式系統(tǒng)構成a)一組規(guī)則(即產生式本身)每個規(guī)則分為左部(LHS)和右部(RHS)。一般說來，左部表示情形，即什么條件發(fā)生時此產生式應該被調用。右部表示動作，即此產生式被調用后所做的事情。在核實左部情形時，通常采用匹配的方法，即查看當前數據基中是否存在規(guī)則左部所指示的情形。若存在，則認為匹配成功，否則認為匹配不成功。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征1、產生式系統(tǒng)構成a)一組規(guī)則(即產生式本身)匹配成功時，執(zhí)行右部規(guī)定的動作。這種動作一般是對數據基中的數據作某種處理。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征1、產生式系統(tǒng)構成b)數據基每個產生式系統(tǒng)均有一個數據基，其中存放的數據既是構成產生式的基本元素，又是產生式作用的對象。注：數據基不同于數據庫。數據基中的數據是廣義的，可以是常量、變量、多元組、謂詞、表結構、圖象等等。其意義往往指一個事實或斷言，可看成一個知識元。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征1、產生式系統(tǒng)構成c)一個解釋程序負責整個產生式系統(tǒng)的運行，包括規(guī)則左部和數據基的匹配、從匹配成功的規(guī)則（可能不止一個）中選出一個加以執(zhí)行、解釋執(zhí)行規(guī)則右部的動作，并掌握時機結束產生式系統(tǒng)的運行等等。注：其中每一步均可有不同的含義。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征2、產生式系統(tǒng)特點a)相對固定的格式任何產生式均由LHS和RHS組成，左部匹配，右部動作。匹配提供的信息只有兩種：成功或失敗。匹配過程中不允許產生副作用。規(guī)則匹配失敗時，對數據基無影響。匹配一般無遞歸，無復雜的計算。右部的動作一般是最基本的，無復雜的控制。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征2、產生式系統(tǒng)特點b)知識的模塊化在每個具體的產生式系統(tǒng)所適用的專門領域知識被分成許多知識元，存于數據基中。而每個規(guī)則指明了有關知識元之間的關系及其使用方法。規(guī)則本身也可看成是知識元，這種知識元不同于通常數據基中存放的知識元，因為它是指示如何使用數據基中存放的知識元，因此，也稱為元知識，即關于知識的知識。由此可見，元知識也是模塊化的。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征2、產生式系統(tǒng)特點b)知識的模塊化此外，還有如何使用這些規(guī)則的知識，包括規(guī)則匹配的次序、匹配沖突的解決等解釋系統(tǒng)中所包含的功能。這種有關元知識的知識稱為高階元知識。它們也可模塊化并寫成規(guī)則的形式。不過，只有少數系統(tǒng)能做到，而大部分系統(tǒng)是將高階元知識不明確地寫成規(guī)則的形式，不以任何明確的形式顯示出來，規(guī)則使用方法隱含在系統(tǒng)本身的定義中。這是模塊化不徹底的表現，可擴展性差。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征2、產生式系統(tǒng)特點b)知識的模塊化注：知識的模塊化使得知識基（包括數據基和規(guī)則基）的補充和修改變得非常容易。但要注意任何修改和擴充必須保持知識基的無矛盾性和一致性。這種一致性檢驗最好由系統(tǒng)自動執(zhí)行，至少檢驗到一定程度。因為從理論上，在某些情形下徹底的一致性檢驗是不現實的。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征2、產生式系統(tǒng)特點c)相互影響的間接性產生式系統(tǒng)一般是“數據驅動”，看不見控制流。一個產生式的調用對其它產生式的影響不是直接傳送過去，而是通過修改數據基來間接實現（當其它產生式的左部與數據基匹配時，發(fā)現數據基內容已變，從而，各產生式執(zhí)行效果也就跟著發(fā)生變化）。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征2、產生式系統(tǒng)特點c)相互影響的間接性注：這個特點有利于知識模塊性，但使產生式系統(tǒng)的效率受到影響。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征2、產生式系統(tǒng)特點d)機器可讀性包括機器識別產生式、語法檢查和某種程度上的語義檢查。語法檢查包括無矛盾性檢驗和冗余檢查。語義檢查涉及知識的具體領域，如通常數據庫中的一致性檢驗?？勺x性的另一含義是對產生式作出解釋，是對產生式系統(tǒng)為解決某一問題所給答案的解釋，即，對推理過程作出解釋。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)二、基本特征2、產生式系統(tǒng)特點注：產生式系統(tǒng)對某些領域的應用是很有效的，如醫(yī)療診斷，而對另一些領域不那么適用，如數學。其關鍵在于知識能否模塊化。?東南大學遠程教育人工智能第13講主講教師：翟玉慶?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)三、產生式的知識元形式1、常量字符串是知識元的最簡單形式。匹配有精確匹配、不完全匹配(只要求LHS中的知識元是當前數據基中某個知識元的子串即可)。匹配成功后，RHS的動作是把數據基內該知識元中所含的子串換成在RHS中出現的子串。注：這種產生式系統(tǒng)稱為置換系統(tǒng)。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)三、產生式的知識元形式2、變量若產生式的左部均只有一個符號，則這些符號也稱為變量。注：引進變量的一個效果是把命題化為謂詞，引進變量后，可構造由謂詞構成的產生式系統(tǒng)，它的表達能力要強得多。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)三、產生式的知識元形式3、元組在許多專家系統(tǒng)中，經常以（對象,屬性,值）的三元組形式作為產生式系統(tǒng)的知識元。4、樹和圖?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)三、產生式的知識元形式注：1)知識元可涉及復雜的計算，如exist(x,D)2)一般地，變量的作用域僅限于它所在的產生式。若在匹配過程中，某規(guī)則中的一個變量被約束為某個值，則同一規(guī)則中所有同名變量必須約束為同一個值，但對其它規(guī)則中的同名變量無任何影響。同時，不論是規(guī)則匹配失敗或成功地結束，被約束的變量均要恢復原狀，即只起一種形式參數的作用。但是也有例外，如在許多語法置換系統(tǒng)中，同一字符串中的幾個同名變量可被置換為不同的子串。另一例外是作用域的放大。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向1、最基本推理方式a)向前推理：數據驅動推理。b)向后推理：目標驅動推理。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向2、向前推理基本原理每個產生式的左部有一組條件，右部有一組動作。每當數據基的當前狀態(tài)符合某一產生式左部的所有條件時，相應產生式被激發(fā)，并執(zhí)行其右部的動作。這些動作一般要修改數據基的內容，動作執(zhí)行完畢，數據基的狀態(tài)可能已經發(fā)生改變。此時，再找一個產生式，…，如此循環(huán)反復。S1S2S3執(zhí)行產生式Pa執(zhí)行產生式Pb…...?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向2、向前推理基本原理注：1)在大部分向前推理的產生式系統(tǒng)中，每個條件用一個謂詞來表示，產生式的左部是一串謂詞，產生式的右部也是一串謂詞。產生式的左部與當前數據基匹配成功的含義是：對產生式左部所有謂詞中出現的變量可以實行一種統(tǒng)一的置換，使得置換后的謂詞均是當前數據基中某個謂詞的樣品。執(zhí)行產生式右部動作的含義是：把左部匹配成功時實行的那個變量置換傳播到右部來，使右部謂詞中出現的變量按同一方式實行置換。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向2、向前推理基本原理注：2)向前推理可形成一片森林。3)對于產生式的激發(fā)還應加一個條件：當執(zhí)行一個產生式右部的動作不能改變數據基的狀態(tài)時，即使產生式左部能與數據基匹配，也不應當激發(fā)該產生式。即，當產生式的右部不能為數據基增添新的謂詞時，就不應激發(fā)此產生式，否則會產生許多無用的空轉，可能使產生式系統(tǒng)的運行不能停止。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向2、向前推理基本原理注：4)在一般情況下，運行產生式系統(tǒng)應有一個目標。每執(zhí)行一次向前推理，就要將當前數據基狀態(tài)與目標狀態(tài)比較一下，若已達到目標，則停止運行。5)有時，無目標的向前推理也是需要的。這往往是為了推出所需要的全部結果。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理a)基本原理設目標狀態(tài)為S1,則首先查看數據基的當前狀態(tài)是否已是S1。若是，則不必做任何工作，問題已解決，否則，查看有無這樣的規(guī)則R1，可把狀態(tài)S2轉換為S1。若有，則查看當前數據基的狀態(tài)是否是S2，若是，則只要執(zhí)行R1，即可達到狀態(tài)S1，問題也可解決。若當前數據基的狀態(tài)不是S2，則進一步查看有無這樣的規(guī)則R2，可把狀態(tài)S3轉換為S2，若有，則查看當前數據基的狀態(tài)是否是S3,…，如此反復，得到一條向后推理鏈。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理a)基本原理

S1S3S2…...執(zhí)行產生式R1執(zhí)行產生式R2?東南大學遠程教育人工智能第14講主講教師：翟玉慶?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理b)實現方式對于這類產生式系統(tǒng)，推理目標也可取一個謂詞的形態(tài)，稱為目標謂詞。推理步驟是：以目標謂詞為樹根，首先查看當前數據基中是否有這樣的謂詞存在，它們與目標謂詞存在最廣通代。若有n個這樣的謂詞，則從樹根生出n枝“或枝”，每枝或叉的終點是上述數據基謂詞經過最廣通代之后的一個樣品；然后，再查看有無這樣的規(guī)則，它們的右部謂詞與目標謂詞之間存在最廣通代，若有m個這樣的規(guī)則，?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理b)實現方式(推理步驟)：則從樹根再生出m枝“或叉”，每枝或叉的終點是上述規(guī)則的右部謂詞經過最廣通代之后的樣品。若和某個右部謂詞相對應的左部有k個謂詞，則從相應或叉的終點又生出k枝“與叉”，每枝與叉的終點對應于一個左部謂詞，其中的所有變元均已按照右部謂詞所作的最廣通代作了相應的置換。在上述過程中，或叉的起點稱為或結點，其終點稱為與結點；與叉的起點稱為與結點，其終點稱為或結點。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理b)實現方式(推理步驟)：由上可知：或結點和與結點互為因果。按此辦法不斷進行下去，可使與叉和或叉，與結點和或結點循環(huán)輪回，生成一棵樹，稱為與或樹。它可以是有窮的，也可是無窮的。若從一個或結點生出的所有或叉中，有一枝或叉的終點是當前數據基中某個謂詞的一個樣品，則稱此或結點成功，它的子與結點(即上述謂詞樣品)自然也成功，并且是與或樹的一個葉結點。若從一個或結點不能生出任何或叉，則稱此或結點失敗，它也與或樹的一個葉結點。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理b)實現方式(推理步驟)：若一個或結點的所有子與結點皆失敗，則該父或結點也失敗。若一個與結點成功，則它的父或結點也成功。若一個父與結點的所有子或結點皆成功，則該父與結點也成功。若由于某些葉結點的成功，使得根結點(它一定是或節(jié)點)成功，則整個推理成功。若到某個時刻，由于某些葉結點的失敗而使得推理不再能進行，則整個推理失敗，否則，與或樹有可能無窮地生長下去。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理c)最廣通代定義定義1[通代]若有一組謂詞W={1,2,…,n}，又有一個代換，使1=2=…=n，則稱為謂詞組W的通代。定義2[廣通代]若1和2均是謂詞組W的通代，另有一個代換3，使得：[W1]3=W2，則稱通代1較通代2為廣。定義3[最廣通代]設是謂詞組W的一個通代,若對任意其它通代，均比廣，則稱為W的一個最廣通代。注：最廣通代可不唯一。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)五、框架問題1、框架問題一般，每個謂詞只有已知其真假和還未知道其真假的區(qū)別，不會原先是真的，后來變假了，或反過來，原先是假的，后來變真了。即，真的假不了，假的真不了。但對于一些系統(tǒng)，謂詞的真假值會在推理過程中發(fā)生變化，且數據基的狀態(tài)每次只改變一些。而其余部分則沒有變化。這就是框架問題。注：具有框架問題的系統(tǒng)主要是用于描述客觀世界中狀態(tài)變遷的系統(tǒng)。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)五、框架問題2、處理方法

a)直接指明法在每個產生式中直接指明增加哪些謂詞，刪去哪些謂詞。b)引入狀態(tài)參數法在每個謂詞中增加一個狀態(tài)參數，以使得一個謂詞在不同狀態(tài)可取不同值。注：具有不同狀態(tài)參數的同一謂詞是不同的謂詞樣品，從而完全可有不同的值。c)謂詞函數化(高階邏輯法)所用的謂詞全部寫成函數的形式，這樣謂詞樣品就是項。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)六、非確定性匹配不要求產生式的左部能與數據基中的數據完全匹配，往往只需要部分的匹配(主要是由于已有的信息不是十完備)，就可推出某些結論性的信息。注：可采用權、可信度來表示和確定事實與規(guī)則的匹配程序?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)七、匹配沖突的解決1、匹配沖突在向前推理時，有n個產生式(n>1)的左部均能與當前數據基中的數據匹配成功，或有m組不同數據(m>1)均能和同一產生式的左部匹配成功，或兩種情況的組合。在向后推理時，有n個產生式(n>1)的右部均能和同一子目標匹配成功，或有m組不同數據(m>1)均能和同一子目標匹配成功，或有l(wèi)個子目標(l>1)均能找到相應的數據或產生式右部并匹配成功，或三種情況的復合。這就形成了匹配沖突。?第二章知識與知識表示第三節(jié)產生式系統(tǒng)七、匹配沖突的解決1、匹配沖突注：產生式系統(tǒng)中的解釋執(zhí)行系統(tǒng)必須具有某種選擇功能，以便排除上面列舉的二義性。這是在設計產生式系統(tǒng)時應該考慮的一個策略問題，這就是解決匹配沖突的策略。2、解決沖突的策略a)按事先排好的固定順序b)按通用性和針對性排序c)按數據的新鮮性排序d)按子目標的新鮮性排序e)按使用產生式和數據的公平性排序f)按匹配程度排序?東南大學遠程教育人工智能第15講主講教師：翟玉慶?第二章知識與知識表示第四節(jié)框架結構一、事物的屬性1、屬性用于描述事物特性的項注：1)掌握了事物的屬性，就有關于事物的知識2)屬性一般具有屬性名和相應值3)屬性是描述事物的最小元素2、屬性表將同一事物的各方面屬性列成一張表，構成該事物的屬性表注：1)屬性表是屬性的集合，用于描述事物的整體特性2)屬性表中的屬性之間可存在依賴關系?第二章知識與知識表示第四節(jié)框架結構一、事物的屬性3、屬性框架對于具有同樣一些屬性的事物,可將這些屬性確定為屬性框架注：1)只要在此框架內對諸屬性賦以不同的值,就可得到對同一類事物不同個體的描述2)屬性框架與數據庫中關系表的定義非常相似，但屬性框架中的某些屬性可被看作事物而擁有自己的屬性表，從而可形成層次式的嵌套結構3)在對事物進行推理的過程中，事物的屬性有時也要一起參加推理，推理可包含對有關屬性的運算，運算結果組成推理結果的一部分

?第二章知識與知識表示第四節(jié)框架結構一、事物的屬性3、屬性框架對于具有同樣一些屬性的事物,可將這些屬性確定為屬性框架注：4)屬性框架內的屬性之間可存在橫向關系和縱向關系，且縱向關系更能深刻地反映客觀世界中各事物之間的關系5)在事物子類的屬性和事物母類的屬性之間存在一種繼承和發(fā)展的關系。繼承可以是直接繼承，也可是經過計算以新的值繼承；可以是全盤繼承，也可是有選擇的繼承6)將事物及其屬性分類-分層加以描述的方法是框架理論的基礎?第二章知識與知識表示第四節(jié)框架結構二、框架1、概念用于表示事物各方面的屬性、事物之間的類屬關系及事物的特征和變異等的概念2、基本思想使用“套套”—事物狀態(tài)、屬性、發(fā)展過程和相互關系的規(guī)律?第二章知識與知識表示第四節(jié)框架結構二、框架3、框架的主要特征a)有一個框架名（可帶有參數）b)有一組屬性，每個屬性稱為一個槽，里面可存放屬性值c)每個屬性對值有要求，不同屬性的類型可不同d)有些屬性值可為子框架調用（可帶參數）e)有些屬性值是預先確定，有些屬性值需在生成實例時代入f)有些屬性值在代入時需滿足一定條件，有時，在不同屬性的屬性值之間還有一些條件需要滿足?第二章知識與知識表示第四節(jié)框架結構二、框架4、框架系統(tǒng)應具備的功能a)描述通過工具建立和管理（查閱、修改、推理、…）對某類客觀事物的一個描述。注：1)描述可由一組相互聯系、互相支持的框架組成2)在建立單個框架時，可根據需要設置一組槽，規(guī)定每個槽的性質，及槽之間的關系3)每個槽在框架中被認為無內部結構的，但當需要時，它本身又可擴充為一個有內部結構的框架?第二章知識與知識表示第四節(jié)框架結構二、框架4、框架系統(tǒng)應具備的功能b)子類將復雜的事物分為子類,再將子類分成更小的子類,定義更小的框架。c)實例注：子類的最低層是實例,它已不是一個類,而只是一個個體的描述,它是框架體系樹的樹葉?第二章知識與知識表示第四節(jié)框架結構二、框架4、框架系統(tǒng)應具備的功能d)匹配注：1)框架匹配一般是部分匹配，完全匹配是特殊情形2)框架不完全符合實際事物的可能性有：規(guī)定的屬性不存在、規(guī)定的屬性值不符、屬性的缺省值和被匹配事物相應屬性值不符、為某個屬性的值規(guī)定的類型或條件不成立3)可通過規(guī)定必要條件、規(guī)定允許誤差范圍、規(guī)定計算偏差度、規(guī)定屬性加權、設置一組判定產生式、既規(guī)定充分因子又規(guī)定必要因子、不局限于絕對成功的匹配來確定匹配成功條件?第二章知識與知識表示第四節(jié)框架結構二、框架4、框架系統(tǒng)應具備的功能e)預測根據框架對客觀事物進行預測注：1)預測實際上是一種框架內部的推理2)預測的用途有：指導進一步的觀察、假定還未觀察到的或難以觀察到的事物?第二章知識與知識表示第四節(jié)框架結構二、框架4、框架系統(tǒng)應具備的功能f)繼承注：繼承除了子類繼承，還可有如下情形的繼承：有限制地繼承和排斥屬性、有限制地繼承和排斥屬性值、有限制地繼承和排斥條件、給出屬性值的映射函數、指明屬性的分裂等?第二章知識與知識表示第四節(jié)框架結構二、框架4、框架系統(tǒng)應具備的功能g)變異用于處理實際事物與框架很不一致的反?，F象注：變異的概念使框架匹配的定義進一步精確化。h)更新注：在發(fā)生變異的情形下需更新i)修改對老框架進行修改，以符合變異要求j)查找注：查找時，可能需要回溯?東南大學遠程教育人工智能第16講主講教師：翟玉慶?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡一、基本思想1、用一個有向圖表示概念和概念之間的關系，其中節(jié)點代表概念，節(jié)點之間的連接弧(也稱聯想弧)代表概念之間的關系2、尋找兩個概念之間關系的方法是：從此兩個概念出發(fā)，分別以廣度優(yōu)先的方法沿著連接弧向前搜索，這兩個搜索圈逐漸擴大，若某個時刻兩者碰上，即形成一條連接兩個概念的通路，則認為是找到了兩個概念之間的聯系?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡二、常見的語義網絡形式1、命題語義網絡2、數據語義網絡E-R圖（實體-關系圖）3、語言語義網絡?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡1、簡單命題語義網絡a)基本思想用節(jié)點表示命題，弧表示命題關系例：她身穿大紅襖，頭戴一枝花人女人她頭上身上與附有附有花大紅襖戴著穿著動作事物個體子集部分部分地點地點對象方式方式對象個體個體個體個體狀態(tài)?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡1、簡單命題語義網絡b)舉例例1：她身穿大紅襖，頭戴一枝花人女人她頭上身上與附有附有花大紅襖戴著穿著動作事物個體子集部分部分地點地點對象方式方式對象個體個體個體個體狀態(tài)?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡1、簡單命題語義網絡b)舉例例2：他用激光打印機打印了這份文件辦公機器插座打印機激光打印機打印完成的動作動作他男人人文件辦公資料資料個體子集電源子集個體工具動作主體動作對象個體子集?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡2、一般謂詞語義網絡a)基本思想使用網絡分塊化技術：將復雜命題拆成許多子命題，每個子命題用一個小的語義網絡表示，稱為一個空間，復雜命題構成大空間，子命題構成子空間，它本身又可看作大空間中的一個節(jié)點，子空間可層層嵌套，也可用弧互相連接

?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡2、一般謂詞語義網絡b)舉例例1：每個學生都讀過一本書

xy(學生(x)書(y)讀過(x,y))GS注：1)GS是全體命題的集合2)F弧指示所代表的命題gsrb學生讀書個體個體個體個體動作主體動作對象F?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡2、一般謂詞語義網絡b)舉例例2：每個學生都讀過所有的書

xy(學生(x)書(y)讀過(x,y))GSgsrb學生讀書個體個體個體個體動作主體動作對象F?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡2、一般謂詞語義網絡b)舉例例3：每個學生都讀過一本所有作家都喜歡的書

x(學生(x)y(書(y)讀過(x,y)z(作家(z)喜歡(z,y)))?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡2、一般謂詞語義網絡b)舉例例3：每個學生都讀過一本所有作家都喜歡的書學生g1GS作家sr讀書bliken喜歡g2個體動作主體動作對象個體個體個體動作主體動作對象個體個體個體FF?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡2、一般謂詞語義網絡c)子空間(塊)偏序排序規(guī)則1)若從子空間S1內的某個節(jié)點有弧通向子空間S2中的某個節(jié)點(或S2完全包含S1)，則稱S2在S1之上，或S1在S2之下。2)若S2在S1之上，S3又在S2之上，則S3也在S1之上（滿足傳遞性）注：1)這里，各子空間的節(jié)點之間不允許形成循環(huán)，它們形成一個偏序，一般說來還構成一個半格2)在語義網絡的推理和實現技術上，偏序有其特殊的意義，可將偏序解釋為“可見”?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡2、一般謂詞語義網絡c)子空間(塊)偏序排序規(guī)則注：3)可見的定義為：若子空間S2在S1之上，則S1對于S1來說，是可見的。顯然，可見關系具有自反和傳遞兩種性質，但沒有對稱性。事實上，它是反對稱的(因不允許循環(huán))4)子空間偏序相當于傳統(tǒng)程序設計語言中的嵌套結構5)利用“可見性”，能使系統(tǒng)提高系統(tǒng)的運行效率，因為在一個子空間中進行操作時，只需考慮相關可見空間，這樣可減少搜索和推理范圍?東南大學遠程教育人工智能第17講主講教師：翟玉慶?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡2、一般謂詞語義網絡d)間接和嵌套命題的表示例：李平說他想看紅樓夢三個命題：1)李平說….2)他想….3)他看紅樓夢?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡三、命題語義網絡2、一般謂詞語義網絡d)間接和嵌套命題的表示例：李平說他想看紅樓夢李平人說g1GS個體動作主體動作對象個體st想g2看紅樓夢同一同一動作主體動作主體動作對象動作對象FF書個體個體?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡四、數據語義網絡1、基本概念以數據為中心的語義網絡。2、導因利用數據時，需要數據的語義和數據間的關系，以向用戶提供數據的有關知識，包括支持用戶對數據實行推理的功能3、作用用于知識型數據庫的一種知識表示方法?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡四、數據語義網絡4、主要形式a)DBTG模型系—二級樹b)E-R模型學生選課課程學號姓名教室課程號課程名?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡四、數據語義網絡4、主要形式c)Su-Lo語義聯系模型以實體之間的聯系為中心,使用九種基本聯系模型,以確切地表達各種數據之間的關系1)成員聯系表示由屬于同一概念的一組原子元素或下層概念構成的一個集合,稱作CC(概念類)節(jié)點CCCCCC學校院系部處?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡四、數據語義網絡4、主要形式c)Su-Lo語義聯系模型2)特征聯系由一組特征構成某一實體的完整描述，有兩類節(jié)點：DE(表示一組特征刻劃了一個可獨立存在的實體)、CE(表示一組特征刻劃了一個不可獨立存在的實體)注：CE的存在依賴于由某個DE聯系表達的獨立存在的實體?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡四、數據語義網絡4、主要形式c)Su-Lo語義聯系模型3)相互作用聯系用EI節(jié)點表示，用以描述兩個實體之間的相互作用，其聯系的實體中必須包含兩個分量：AG(動作主體)、DO(動作對象)。另外，可包含對相互作用加以修飾的成分(用MD表示)注：AG,DO,MD標記在弧上?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡四、數據語義網絡4、主要形式c)Su-Lo語義聯系模型4)集合關系聯系用SR節(jié)點表示(1)子集關系母集用ST弧聯系，子集用SB弧連接(2)互斥關系均用SX弧連接(3)相交關系均用SI弧連接(4)對應關系均用SE弧連接?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡四、數據語義網絡4、主要形式c)Su-Lo語義聯系模型5)合成聯系用CP節(jié)點表示，分概念本身用COP弧連接6)因果聯系用CF節(jié)點表示，用于建立原因(一般以相互作用節(jié)點表示)與結果(相互作用節(jié)點或其它概念節(jié)點)之間的聯系，用CA和EF分別標記連接原因和結果的弧?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡四、數據語義網絡4、主要形式c)Su-Lo語義聯系模型7)活動方式聯系用AM節(jié)點表示，聯系的一方是一個活動(用相互作用聯系表示)，另一方是一些此活動的實體或聯系。前者用AC弧連接,后者用MAC弧連接8)活動目的聯系用AP節(jié)點表示，聯系的一方是活動(可用EI或DE等節(jié)點表示)，另一方是活動的目的，也可用同類節(jié)點表示。前者用AC弧連接,后者用PR弧連接?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡四、數據語義網絡4、主要形式c)Su-Lo語義聯系模型9)蘊涵聯系用LRI節(jié)點表示，聯系的一方是前提(可用EI或DE等節(jié)點表示)，另一方是結論。前者用IF弧連接,后者用THEN弧連接注：Su-Lo語義聯系模型要用大量的附加一致性規(guī)則，即語義過程，去補充，從而使得語義過程不是網絡的一個組成部分，使得由網絡表示的知識很不完整，也不直觀。?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡五、語言語義網絡1、基本思想在分析語句時，以動詞為中心，而將所有其它成分都看作是對動詞(動作)的修飾。每一種修飾稱為一個格，不同形式的格是對句子理解的重要支柱。其結構包括兩個部分：一部分為純語法性質，以<語態(tài)>為代表，另一部分是語義性質，稱為格結構。一個格結構由許多格變元組成，每個格變元從語法上講是一個名詞短語，從語義上講分別屬于五種格關系(動作主體、主題、地點、源泉、目標)

?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡五、語言語義網絡2、舉例例：豬八戒背媳婦背現在時說明式肯定式豬八戒媳婦語態(tài)格一格二地點主題?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡六、幾種特殊的語義網絡1、結構網絡用于描述客觀事物結構注：結構網絡常見于模式識別，機器學習等應用領域中2、分類網絡用于描述抽象的概念，對它們按層次進行分類，每個概念用一個節(jié)點代表，節(jié)點之間的關系只有兩種：子集關系和個體關系。子集關系聯接中間節(jié)點，個體關系聯接葉節(jié)點。整個網絡結構一般呈樹形。注：1)分類網絡是理解客觀事物的重要工具，常見于專家系統(tǒng)應用中?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡六、幾種特殊的語義網絡2、分類網絡注：2)若令分類網絡為嚴格的樹形結構，并且在每條弧上標出循這條弧往下走的條件，則分類網絡就成了一種判定樹，在專家系統(tǒng)中有廣泛的應用，許多專家系統(tǒng)都是基于分類的專家系統(tǒng)?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡六、幾種特殊的語義網絡3、推理網絡本質上是一種已規(guī)范化的命題網絡，其基本節(jié)點是事實或概念，而節(jié)點間的關系則表示推理規(guī)則注：1)推理網絡較適合于專家系統(tǒng)中的推理2)有的推理網絡將每個判斷中的謂詞部分和變元部分分開，以得到更深入的推理關系和更模塊化的推理規(guī)則表示3)推理網絡表示的推理可以是不精確的?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡六、幾種特殊的語義網絡4、框架網絡是語義網絡和框架的聯合使用，其中，網絡中的節(jié)點是框架，相當于基本事實或假設，利用節(jié)點之間的關系可由某些框架推論出另一些框架；或者，網絡中的節(jié)點既可代表框架，也可代表框架中的槽，每條弧的一頭連著某個框架的一個槽，另一頭連著另一個框架，其意義是，后面的框架是前面的槽所代表的子框架，以此實現框架的任意深度的嵌套調用。?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡七、語義網絡上的推理1、推理種類a)閉式推理b)開式推理?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡七、語義網絡上的推理2、閉式推理a)作用主要用于尋找?guī)讉€概念之間的內在聯系。b)基本思想1)將語義網絡中的每個概念節(jié)點看成一個有限自動機。這個有限自動機從任何一個輸入弧上接受信號后就開始工作，并將輸出信息沿各個輸出弧發(fā)送出去。所有這些自動機的工作都是獨立進行的。

?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡七、語義網絡上的推理2、閉式推理b)基本思想2)若尋找兩個概念C1與C2之間的聯系，則啟動相應節(jié)點n1與n2對應的自動機，使它們發(fā)出信息，啟動鄰近自動機，進一步啟動其它自動機。繼續(xù)這個過程，使產生的信息沿著以n1和n2為中心的波浪形的大圈向外擴散。若這兩個大圈在某處會合，則會合點就是C1和C2兩個概念的共同點，從C1經過會合點到達C2的路徑就是這兩個概念相互聯系的方式。?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡七、語義網絡上的推理3、開式推理a)作用針對語義網絡中的某個或某些概念提出問題，并通過語義網上的推理來回答問題b)工作原理從被提問的概念出發(fā)，順著網中的通路進行搜索，直到找到能回答這個問題的概念節(jié)點為止?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡七、語義網絡上的推理3、開式推理c)實現方式1)建立一套有關弧的推理體系首先確定一組基本元素，然后給出它們的推理關系，此時可把每個基本元素看成一個謂詞，并用產生規(guī)則來表達這種關系。如：動作對象(x,y)個體(x,z)t(個體(t,z)動作對象(t,y)?第二章知識與知識表示第五節(jié)語義網絡七、語義網絡上的推理3、開式推理c)實現方式2)直接將推理規(guī)則編入語義網絡中注：這種類型的語義網絡把語義的重點不放在弧上而放在節(jié)點中，這是因為幾乎所有的弧表示同一含義，即前提和推論的連接?東南大學遠程教育人工智能第18講主講教師：翟玉慶?第二章知識與知識表示第六節(jié)過程性知識表示一、知識的過程性含義1、把解決一個問題的過程描述出來，即，解題知識的過程性表示2、把客觀事物的發(fā)展過程用某種方式表示出來，即，故事知識的過程性表示注：1)在某些情況下，這兩種含義很難絕然分開2)第二種含義往往用于理解用自然語言寫的故事，主要是故事知識的過程性表示3)最典型的過程性知識表示當然是通常的計算機高級語言?第二章知識與知識表示第六節(jié)過程性知識表示二、常見的過程性知識表示法1、狀態(tài)空間所有可能狀態(tài)的全體，構成狀態(tài)空間。對問題的求解就是從初始狀態(tài)到目標狀態(tài)的遍歷。注：在狀態(tài)空間中，求解路徑不一定唯一，即使最短路徑也不一定唯一2、時序框架將框架中的各個槽賦以隱含的時間先后次序，或使框架語句的次序具有時序的意義注：框架語句一般包括該框架的知識元(一般是故事中的一個情節(jié))和元知識(用于協調各情節(jié)之間關系的控制性知識)?第二章知識與知識表示第六節(jié)過程性知識表示二、常見的過程性知識表示法3、概念依賴理論a)基本思想1)將基本概念抽出來，成為一組原子概念2)確定原子概念之間的相互依賴關系3)將所有的故事情節(jié)都用這組原子概念及其依賴關系表示出來注：1)由于人們的觀點不同，考察問題的角度和表示事物的方法也不同，所以，抽象出來的原子概念也不盡一樣。2)對原子概念的要求是：無二義性、表示唯一性、正交性(表達范圍不應重復)、原子性、概括性?第二章知識與知識表示第六節(jié)過程性知識表示二、常見的過程性知識表示法3、概念依賴理論b)Schank的概念依賴理論1)將概念分為七個范疇：PP(概念名詞)、PA(對象屬性)、ACT(動作)、LOC(位置)、TIME、AA(動作屬性)、VAL(各類屬性的值)2)用“概念體(conceptualization)”表示概念之間的關系

?第二章知識與知識表示第六節(jié)過程性知識表示二、常見的過程性知識表示法4、腳本?東南大學遠程教育人工智能第19講主講教師：翟玉慶?第二章知識與知識表示第七節(jié)常識性知識表示一、常識定義常識是人類社會中經過長期驗證使用，眾所周知、不言自明的知識。注：1)從人與自然的關系來說，常識應是那些經過人類社會千百年實踐檢驗固定下來的，對于大多數情況而言正確地反映了對客觀世界規(guī)律的認識2)常識有可能有例外，但在沒有跡象表明當前情況屬于例外時，按常識處理，一般應合理、正確。3)從人與人的關系來說，常識應是一種公共性的、約定性的知識，一種由于其“眾所周知”而無需在每次交往中顯式說明的知識。因此，常識使人際交往更簡便、經濟。?第二章知識與知識表示第七節(jié)常識性知識表示一、常識定義常識是人類社會中經過長期驗證使用，眾所周知、不言自明的知識。注：4)為了使人與計算機的交互盡可能地像人際交往一樣簡便、經濟，為了使計算機求解問題的知識環(huán)境更有利于問題的求解，必須考慮使計算機具有常識，包括常識內容和常識機制。5)常識對人類想要做的許多事情是足夠的。隨著人類對客觀世界描述希望更精確時，科學知識會漸漸地與常識相分離?第二章知識與知識表示第七節(jié)常識性知識表示二、常識表示的難點1、數量巨大注：一個專家系統(tǒng)的專業(yè)知識一般可用幾百條或幾千條事實和規(guī)則來表示，但常識難以收集2、關聯復雜注：1)對常識，難以定義其邊界。2)對常識進行描述時，會涉及多個實體、函數和關系，從而會使描述非常復雜，產生混淆。3、對某些主題的常識難以用描述性知識表示方法來描述4、不確定性、近似性、模糊性、時變性

?第二章知識與知識表示第七節(jié)常識性知識表示三、常識的重要性1、具有常識的系統(tǒng)會有商業(yè)應用價值如，家庭機器人2、具有常識處理功能的專家系統(tǒng)會更有用a)識別何時需要外部的知識b)擴展專家系統(tǒng)的知識如，采用類比、比喻方法擴展3、理解自然語言?第二章知識與知識表示第七節(jié)常識性知識表示四、常識處理方法1、非單調推理2、CYC工程將最起碼的常識裝進計算機并使之發(fā)揮作用五、常識表示1、邏輯公式表示2、自然語言六、常識推理有關常識內容和常識機制的研究注：1)常識內容和常識機制是一個統(tǒng)一體2)常識推理不僅涉及規(guī)則的層次，也涉及控制的層次?東南大學遠程教育人工智能第20講主講教師：翟玉慶?第三章搜索技術第一節(jié)引言一、搜索對于無成熟方法可用的問題求解，必須一步步地摸索求解，這種問題求解過程就是搜索。注：搜索技術是人工智能的核心技術之一。二、研究和選用搜索算法的原則1、有限搜索還是無限搜索？若搜索空間有限，則任何一種窮舉算法均能完成任務。?第三章搜索技術第一節(jié)引言二、研究和選用搜索算法的原則2、搜索空間是靜態(tài)的還是動態(tài)生成的？在人工智能中，搜索的對象(常稱狀態(tài))是在搜索過程中逐步生成的，需將搜索對象的生成和評估的代價計算在內。對于一般搜索，搜索空間基本是靜態(tài)的，或表或數組或數據庫。3、已知目標還是未知目標？4、只要目標還是也要路徑？路徑是解題過程中應用的操作序列。?第三章搜索技術第一節(jié)引言二、研究和選用搜索算法的原則5、狀態(tài)空間搜索還是問題空間搜索？在解題過程中的每一時刻，所要解決的問題均處于一定的狀態(tài)，搜索過程只是將一個狀態(tài)變成另一個狀態(tài)(如，一盤棋局變成另一盤棋局)，則稱為狀態(tài)空間搜索。若搜索的對象是問題，搜索的原則是把一個復雜的問題化為一組比較簡單的子問題(如把一個復雜的下棋策略分為幾個子策略)，則稱為問題空間搜索。注：問題空間搜索常常比狀態(tài)空間搜索有效，但算法要復雜些。?第三章搜索技術第一節(jié)引言二、研究和選用搜索算法的原則6、有約束還是無約束？問題空間搜索時，若子問題間互相無約束關系，則求接比較簡單，否則，一般需要回溯，即，放棄已解決的子問題，走回頭路，尋找新的解法。7、數據驅動還是目標驅動？數據驅動是向前搜索，目標驅動是向后搜索。8、單向搜索還是雙向搜索？?第三章搜索技術第一節(jié)引言二、研究和選用搜索算法的原則9、盲目搜索還是啟發(fā)式搜索？按照預定的控制策略實行搜索，在搜索過程中獲取的中間信息不用來改進控制策略，稱為盲目搜索，反之，稱為啟發(fā)式搜索。注：關于“啟發(fā)式”，可有兩種看法：1)任何有助于找到問題的解，但不能保證找到解的方法均是啟發(fā)式方法；2)有助于加速求解過程和找到較優(yōu)解的方法是啟發(fā)式方法。?第三章搜索技術第一節(jié)引言二、研究和選用搜索算法的原則10、有對手搜索還是無對手搜索？若有兩個控制源均能改變同一狀態(tài)空間，并且任何一方向目標前進時，另一方均試圖將它從目標拉開，則稱為有對手搜索，通常稱為博弈搜索。注：博弈搜索算法可以看成是一種特殊的問題空間搜索。?東南大學遠程教育人工智能