人工智能知識(shí)表示

人工智能——產(chǎn)生式表示法“產(chǎn)生式”由美國(guó)數(shù)學(xué)家波斯特（E.POST）在1934年首先提出，它根據(jù)串代替規(guī)則提出了一種稱為波斯特機(jī)的計(jì)算模型，模型中的每條規(guī)則稱為產(chǎn)生式。1972年紐厄爾和西蒙在研究人類知識(shí)模型中開發(fā)了基于規(guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)。

1.

產(chǎn)生式的基本形式

或IFPTHENQ常用結(jié)構(gòu)示例原因à結(jié)果天下雨，地上濕條件à結(jié)論如果把冰加熱到0。以上，冰就會(huì)融化為水前提à操作若能找到一根合適的杠桿，就能撬起那座大山事實(shí)à進(jìn)展夜來風(fēng)雨聲，花落知多少情況à行為剛才開機(jī)了，意味著發(fā)出了捕獲目標(biāo)圖像的信號(hào)表1產(chǎn)生式表示的常用結(jié)構(gòu)及示例

2.

產(chǎn)生式系統(tǒng)把一組產(chǎn)生式放在一起，讓它們互相配合，協(xié)同作用，一個(gè)產(chǎn)生式生成的結(jié)論可以供另一個(gè)產(chǎn)生式作為已知事實(shí)使用，以求得問題的解決，這樣的系統(tǒng)稱為產(chǎn)生式系統(tǒng)。圖1產(chǎn)生式系統(tǒng)

圖2產(chǎn)生式求解系統(tǒng)問題的一般步驟

3.

動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)產(chǎn)生式推理鏈設(shè)動(dòng)物識(shí)別知識(shí)庫(kù)中已包含識(shí)別虎、金錢豹、斑馬、長(zhǎng)頸鹿、企鵝、鴕鳥、海鷗等7中動(dòng)物15條規(guī)則。R1：IF某動(dòng)物是哺乳動(dòng)物AND是食肉動(dòng)物AND是黃褐色AND身上有斑點(diǎn)THEN該動(dòng)物是金錢豹R2：IF某動(dòng)物是哺乳動(dòng)物AND是食肉動(dòng)物AND是黃褐色AND身上有黑色條紋THEN該動(dòng)物是老虎R3：IF某動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物AND有長(zhǎng)脖子AND有長(zhǎng)腿AND身上有暗斑點(diǎn)THEN該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿R4：IF某動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物AND身上有黑色條紋THEN該動(dòng)物是斑馬R5：IF該動(dòng)物是鳥AND有長(zhǎng)脖子AND有長(zhǎng)腿AND不會(huì)飛AND有黑白兩色THEN該動(dòng)物是鴕鳥R6：IF某動(dòng)物是鳥AND會(huì)游泳AND不會(huì)飛AND有黑白兩色THEN該動(dòng)物是企鵝ID是對(duì)象標(biāo)識(shí)符，又稱為對(duì)象名，反映當(dāng)前對(duì)象及其所屬類別DS是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又稱屬性層，描述了當(dāng)前對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)及靜態(tài)屬性。MS是采用的方法集，表明了系統(tǒng)內(nèi)部所具有的策略支持和服務(wù)操作集合，稱之為操作層或服務(wù)層MI為消息接口，稱之為連接層，用于接收外部對(duì)象發(fā)送的信息，并可配備消息模式集及給定的參數(shù)表來傳遞相關(guān)信息

例：導(dǎo)彈跟蹤系統(tǒng)在Tk時(shí)刻飛行觀測(cè)的對(duì)象表示圖1導(dǎo)彈跟蹤攔截系統(tǒng)示意圖對(duì)象：導(dǎo)彈飛行觀測(cè)數(shù)據(jù)類ID：Tk時(shí)刻觀測(cè)數(shù)據(jù)DS：方位，…速度，…加速度，…MS：GPS測(cè)量特征跟蹤卡爾曼濾波模板匹配；…MI：觀測(cè)命令，…讀數(shù)，...顯示，…存數(shù)，…處理，…其他，…表1導(dǎo)彈飛行觀測(cè)數(shù)據(jù)

3.

表示實(shí)現(xiàn)Class<類名>[:<起類名>][<類變量表>]

Structure

<對(duì)象的靜態(tài)結(jié)構(gòu)描述>

Method

<關(guān)于對(duì)象的操作定義>

Restraint

<限制條件>END

Agent概述1.

Agent定義Agent的概念——1977年CarlHewitt“ViewingControlStructuresasPatternsofPassingMessages”Agent一詞最早見于M.Minsky于1986年出版的《SocietyofMind》

廣義的Agent包括人類、物理世界的機(jī)器人和信息世界的軟件機(jī)器人。狹義的Agent專指信息世界中的軟件機(jī)器人或稱軟件Agent。

Wooldrige《IntelligentAgents:TheoryandPractice》：1)弱定義Agent用來最一般地說明一個(gè)軟硬件系統(tǒng)，具有四個(gè)特性：（1）自治性。在無人或其他系統(tǒng)的直接干預(yù)下可自主操作，并能控制其行為和內(nèi)部狀態(tài)。（2）社會(huì)性。能夠通過某種通信語(yǔ)言與其他Agent（也可能是人）進(jìn)行交互。（3）反應(yīng)性。感知所處的環(huán)境，對(duì)環(huán)境的變化做出實(shí)時(shí)的反應(yīng)，并可通過行為改變環(huán)境。（4）能動(dòng)性。不僅僅簡(jiǎn)單地對(duì)環(huán)境做出反應(yīng)，而且可以主動(dòng)地表現(xiàn)出目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的行為。

2)強(qiáng)定義Agent除具備弱定義中所有特性外，還應(yīng)具備一些人類才具有的特性，如知識(shí)、信念、義務(wù)、意圖等。

2.

Agent類型（一）常用劃分1)簡(jiǎn)單反應(yīng)式Agent圖1簡(jiǎn)單反應(yīng)式Agent結(jié)構(gòu)框圖

2)內(nèi)置狀態(tài)反應(yīng)式Agent圖2內(nèi)置狀態(tài)的反應(yīng)式Agent結(jié)構(gòu)框圖

3)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的Agent圖3目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的Agent結(jié)構(gòu)框圖

4)效用驅(qū)動(dòng)的Agent圖4效用驅(qū)動(dòng)的Agent結(jié)構(gòu)框圖

(二)按問題求解能力劃分反應(yīng)型Agent

：能響應(yīng)環(huán)境的變化或來自其他Agent的消息。

慎思型Agent（意圖型Agent）：能夠針對(duì)意圖和信念進(jìn)行推理，建立行為計(jì)劃，并執(zhí)行這些計(jì)劃。

社會(huì)性Agent：除具有意圖Agent的能力外，還具有關(guān)于其他主體的明確模型。

3.

Agent的環(huán)境1)環(huán)境的屬性圖5環(huán)境的屬性

可知性：Agent傳感設(shè)備使它可以了解環(huán)境的全部狀態(tài)。對(duì)于完全可知的環(huán)境，Agent無需保存內(nèi)置狀態(tài)信息。確定性：下一步環(huán)境的狀態(tài)可以由當(dāng)前狀態(tài)和Agent選擇的動(dòng)作來完全決定。階段性：在一個(gè)按時(shí)間劃分為一個(gè)個(gè)不相關(guān)的階段的環(huán)境里，Agent的執(zhí)行過程也將劃分為一個(gè)個(gè)階段。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)：如果環(huán)境在Agent進(jìn)行推理的時(shí)候就發(fā)生改變，就說該環(huán)境對(duì)于Agent來說是動(dòng)態(tài)的，否則就是靜態(tài)的。連續(xù)性：如果系統(tǒng)中只有有限的、區(qū)別明顯的、清晰定義的知覺對(duì)象和動(dòng)作，就說環(huán)境是離散的。

2)環(huán)境程序（環(huán)境模擬器）procedure

RUN-ENVIRONMENT（state，UPDATE-FN，Agents，termination）

inputs：state，theinitialstateoftheenvironment

UPDATE-FN，functiontomodifytheenvironment

Agents，asetofAgents

termination，apredicatetotestwhenwearedone

repeat

foreach

Agent

in

Agents

do

PERCEPT[Agent]GET_PERCEPT(Agent,state)

end

foreach

Agent

in

Agents

do

ACTION[Agent]PROGRAM[Agent](PERCEPT[Agent])

end

stateUPDATE-FN(actions,Agents,state)

until

termination(state)BDIAgent模型結(jié)構(gòu)1.

BDI的概念主體的信念-愿望-意圖（Belief-Desire-Intention，BDI）概念的哲學(xué)觀點(diǎn)源自Bratman。

信念——Agent具有的關(guān)于環(huán)境信息、其他Agent信息和自身信息的集合。信念不同于知識(shí)，知識(shí)是為真的信念。愿望——Agent希望達(dá)到的狀態(tài)或者希望保持的狀態(tài)，分別稱作實(shí)現(xiàn)型愿望和維護(hù)型愿望。可能有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)，也可能永遠(yuǎn)不去實(shí)現(xiàn)。意圖——承諾的愿望。最明顯的性質(zhì)是它將導(dǎo)致行為。主要作用：（1）意圖驅(qū)動(dòng)手段目的推理（2）意圖約束未來的慎思過程（或目標(biāo)的選擇）（3）意圖持續(xù)地控制著主體的行為（4）意圖影響未來實(shí)際推理所基于的信念。

2.

BDIAgent模型的一般結(jié)構(gòu)圖1BDIAgent的一般結(jié)構(gòu)

設(shè)Bel為所有可能信念的集合，Des為所有可能愿望的集合，Int為所有可能意圖的集合。在任意時(shí)刻，一個(gè)BDIAgent的狀態(tài)表示為，其中。P表示當(dāng)前感知的集合。主要成分含義形式化定義當(dāng)前信念集表示Agent所具有的關(guān)于其當(dāng)前環(huán)境的信息

信念求精函數(shù)（brf）根據(jù)Agent的感知輸入和Agent的當(dāng)前信念確定新的信念集愿望產(chǎn)生函數(shù)（options）依據(jù)Agent關(guān)于其環(huán)境和目前意圖的當(dāng)前信念確定Agent可能的愿望當(dāng)前愿望集表示Agent可用的行為的可能過程

篩選函數(shù)（filter）代表Agent的慎思過程，該函數(shù)基于Agent的當(dāng)前信念、愿望和意圖確定Agent的新意圖當(dāng)前意圖集表示Agent的當(dāng)前主要任務(wù)——承諾試圖求解的事件狀態(tài)

行為選擇函數(shù)（execute）基于當(dāng)前意圖確定要執(zhí)行的行為表1BDIAgent7個(gè)主要成分

Agent決策函數(shù)action：偽代碼定義：fuctionaction(p:P):A;

begin

B:=brf(B,p);

D:=options(B,I);

I:=filter(B,D,I);

returnexecute(I);end;

3.

典型的BDIAgent結(jié)構(gòu)1)

IRMA

(Bratman1988)圖2IRMA的結(jié)構(gòu)

2)

PRS

(GeorgeffandLankey)PRS(ProcessReasoningSystem)過程推理系統(tǒng)，是在動(dòng)態(tài)環(huán)境下推理和執(zhí)行任務(wù)的一個(gè)系統(tǒng)。是在NASA的SpaceShuttle項(xiàng)目中的一個(gè)反應(yīng)控制系統(tǒng)內(nèi)開發(fā)的，以Rao和Georgeff提出的一個(gè)完備理論背景為基礎(chǔ)。圖3PRS的結(jié)構(gòu)

3)

COSY

(BurmeisterandSundermeyer1992)圖4COSY主體結(jié)構(gòu)

知識(shí)庫(kù)中含有信念意圖構(gòu)件中表示了愿望（即戰(zhàn)略意圖）所選定的腳本和協(xié)議化了主體的意圖（即戰(zhàn)術(shù)意圖）RDRC組件負(fù)責(zé)推理，響應(yīng)環(huán)境變化，確定如何更好地獲取目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)意圖，部分任務(wù)需要在交互過程中處理決策。

圖5RDRC的結(jié)構(gòu)

4)

GRATE

(Jennings1993)GRATE中第一次將聯(lián)合意圖和聯(lián)合責(zé)任的概念引入到BDI結(jié)構(gòu)中，從而使BDI主體的研究進(jìn)入到多主體時(shí)代。圖6GRATE的功能結(jié)構(gòu)

局部問題求解的結(jié)果或環(huán)境的變化將引起事件發(fā)生，“事件監(jiān)控器”負(fù)責(zé)監(jiān)控事件的發(fā)生。事件預(yù)示需要一個(gè)新的活動(dòng)和由此產(chǎn)生一個(gè)新的目標(biāo)。新的目標(biāo)輸入到“手段-目的分析器”中?！笆侄?目的分析器”查閱“方法庫(kù)”發(fā)現(xiàn)合適的計(jì)劃以完成該目標(biāo)。這些計(jì)劃表明該目標(biāo)是否能局部完成、協(xié)作完成或從二者之間做出選擇。a)

局部完成一個(gè)目標(biāo)，通過“相容性檢測(cè)器”檢測(cè)目標(biāo)和滿足目標(biāo)的手段與已存在的意圖是否一致，如果發(fā)現(xiàn)不一致性，由“不一致消除器”修改已存在的承諾，或改變目標(biāo)以消除沖突。a)

協(xié)作完成一個(gè)目標(biāo)，則必須建立社會(huì)行為。第一階段：識(shí)別能夠完成該目標(biāo)的主體集合，形成協(xié)作小組，產(chǎn)生概要聯(lián)合意圖。第二階段：完善方案概要（即產(chǎn)生社會(huì)計(jì)劃），并將要完成的行為分配到能夠承擔(dān)這些任務(wù)的主體中（即職責(zé)分配）。計(jì)劃的選擇、產(chǎn)生和職責(zé)分配的結(jié)果都將傳送到群組中的每一個(gè)成員，并最終要求他們