人工智能及其應(yīng)用技術(shù)課件

人工智能及其應(yīng)用

1.1人工智能及其發(fā)展人工智能是計算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、語言學(xué)等多種學(xué)科互相滲透而發(fā)展起來的一門學(xué)科。人工智能智能是研究、設(shè)計和應(yīng)用智能機(jī)器或智能系統(tǒng)，來模擬人類智能活動的能力、以延伸人類智能的科學(xué)。人類的能力：1）認(rèn)識、理解外部環(huán)境的能力

2）提出概念、建立方法，進(jìn)行演繹和歸納推理、作出決策的能力；3）學(xué)習(xí)能力；4）自適應(yīng)能力第一章緒論2、人工智能的發(fā)展史孕育期(1956年以前)形成期(1956年-1970年)成長期（知識期）(1970年-80年代初)發(fā)展期(80年代初以后)2、人工智能的發(fā)展史孕育期（1956年以前）：思想基礎(chǔ)1）人類追求用工具代替人的腦力勞動；2）世界上第一臺機(jī)械式加法器研制成功，成為用工具代替人的部分腦力勞動的真正開端；3）1915年西班牙研制的能下國際象棋殘局的機(jī)器，揭開人類用機(jī)器進(jìn)行推理的新篇章。2、人工智能的發(fā)展史-孕育期（1956年前）

理論基礎(chǔ)

1）19世紀(jì)數(shù)學(xué)家(英)G.Bool建立的布爾代數(shù)-提出用符號描述思維活動的基本法則，為數(shù)理邏輯打下了基礎(chǔ)

2）二十世紀(jì)中期1937年(英)數(shù)學(xué)家財A.M.Turing提出了自動機(jī)理論(圖靈機(jī)),建立了理想計算機(jī)模型，有許多智能機(jī)器的思想

3）1948年美數(shù)學(xué)家N.Wiener創(chuàng)立了控制論

4）1948年美數(shù)學(xué)家C.E.Shannon創(chuàng)立了信息論5）同期美籍奧地利生物學(xué)Badenlofe建立了系統(tǒng)論2、人工智能的發(fā)展史-孕育期（1956年前）

物質(zhì)基礎(chǔ)1）1946年美數(shù)學(xué)家莫克利發(fā)明了世界上第一臺通用電子計算機(jī)ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandCalculator)2）1943年美神經(jīng)生物學(xué)家夢卡洛克研制創(chuàng)建了神經(jīng)細(xì)胞模型開創(chuàng)了微觀AI研究工作為ANN研究奠定了基礎(chǔ)。

物質(zhì)基礎(chǔ)使的用機(jī)器代替部分腦力勞動有進(jìn)一步實現(xiàn)的可能1、AI學(xué)科誕生的標(biāo)志：1956年夏在美國Dartmouth大學(xué)召開的討論會，討論：用機(jī)器模擬人類智能行為的各種特征、方法等方面的問題，會后在美國形成了三個以AI為目標(biāo)的研究組織。（1）卡納奇工科大學(xué)-藍(lán)德公司協(xié)作組（2）IBM公司研究組（3）MIT研究組。2、人工智能的發(fā)展史——形成期（1956-1970年）2、形成期見成立了學(xué)術(shù)組織：（1）1969年國際人工智能聯(lián)合會（IJCAI）（2）1970年創(chuàng)辦“ArtificialIntelligence”(雙月刊）及人工智能聯(lián)合會會議錄1）形成人工智能學(xué)科體系2）知識工程興起：知識表示知識獲取3）從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用：如專家系統(tǒng)、智能機(jī)器人最引人注目2、人工智能的發(fā)展史——成長期（1970年-80年代初）（1）經(jīng)典書籍出版：N.J.尼爾遜色《人工智能原理》

費(fèi)根鮑姆《人工智能手冊》

（2）一批學(xué)術(shù)團(tuán)體成立：美人工智能學(xué)會AAAI,英國AISB

中國人工智能學(xué)會CAAI（3）AI雜志文集：日本“AI”,英國機(jī)器智能(MachineIntelligence),美認(rèn)知科學(xué)（CongnitiveScience)

中國人工智能學(xué)會CAAI2、人工智能的發(fā)展史—發(fā)展期（80年代初以后）日本1982年開始“第五代計算機(jī)研制計劃”即：“知識信息處理計算機(jī)系統(tǒng)KIPS”目的：使邏輯推理達(dá)到數(shù)值計算那么快！

意義：“第五代計算機(jī)研制”推進(jìn)人工智能得到迅速發(fā)展！

2、人工智能的發(fā)展史—發(fā)展期（80年代初以后）部分成果：1、1984年完成了串行推理機(jī)PSI和操作系統(tǒng)SIMPOS

2、1988年完成了并行推理機(jī)Multi-PSI和操作系統(tǒng)PIMOS

！

80年代末期ANN飛速發(fā)展給AI發(fā)展注入新血液：1、80年代Hopfield模型及B-P反向傳播模型的提出使ANN興起了一個熱潮1987年美國召開了第一次ANN國際會議，1988年日本稱為神經(jīng)計算機(jī)六年，提出研制第六代計算機(jī)計劃第二節(jié)人工智能的學(xué)科范疇一、研究目標(biāo)

AI是一門研究：如何使機(jī)器具有智能，如何設(shè)計智能機(jī)器的學(xué)科，即使機(jī)器具有象人那樣的

（1）感知能力（2）思維能力（3）行為能力

（4）學(xué)習(xí)、記憶能力四種能力：感知能力聽、看、聞思維能力將感知到的東西通過思維上升為理性，最后作出結(jié)論（判斷），即讓機(jī)器具有分析、綜合、計算、推理、聯(lián)想、判斷、規(guī)劃、決策的能力行為能力將作出的結(jié)論付之于行動，即去說、寫、畫，進(jìn)行操作、處理等。學(xué)習(xí)、記憶能力獲取、處理、運(yùn)用知識AI近期目標(biāo)：

第二節(jié)人工智能的學(xué)科范疇研究用機(jī)器的軟、硬件來模擬人類上述能力的用仿生學(xué)的觀點(diǎn)和方法研究AI遠(yuǎn)期目標(biāo)：

基本理論基本技術(shù)基本方法腦模型模擬智能二、人工智能的具體研究領(lǐng)域1、模式識別：目的：研究如何使機(jī)器認(rèn)識圖形、語言，即如何給計算機(jī)配置感覺器官，以便由計算機(jī)直接接受外界的各種信息，涉及機(jī)器輸入問題。

現(xiàn)狀：用電話攝像機(jī)、送話器、掃描儀等傳感器把外界的信息（語音、圖、文字）轉(zhuǎn)成電信號序列給計算機(jī)，計算機(jī)進(jìn)一步對這些電信號序列進(jìn)行處理，再處理。第二節(jié)人工智能的學(xué)科范疇目前研究在兩個方面進(jìn)行：（1）圖形識別：研究各種圖形的分類（文字、符號、圖象、照片），已能識別印刷體和手寫體，識別指紋、白血球、癌細(xì)胞（2）語音識別：研究各種語音信號的區(qū)別二、人工智能的具體研究領(lǐng)域2、智能機(jī)器人：目的（1）代替人從事精密儀器搬運(yùn)、有限環(huán)境和危險環(huán)境工作（原子能、海底開發(fā)、宇宙開發(fā)、化學(xué)、核電），提高工作效率和質(zhì)量（2）為AI研究提供試驗場所。第二節(jié)人工智能的學(xué)科范疇機(jī)器人的發(fā)展：

（1）程序控制機(jī)器人（第一代機(jī)器人）（2）自適應(yīng)機(jī)器人（第二代機(jī)器人）（3）智能機(jī)器人（第三代機(jī)器人）第二節(jié)人工智能的學(xué)科范疇二、人工智能的具體研究領(lǐng)域3、專家系統(tǒng)（ES）：

用人類專家的水平解決領(lǐng)域中難以用精確的數(shù)學(xué)模型表示的困難問題的計算機(jī)軟件。4、自然語言理解：讓機(jī)器理解自然語言，以實現(xiàn)人和計算機(jī)之間自然語言的直接通訊，從而推動計算機(jī)更廣范的應(yīng)用。60年代以前偏重于語法研究70年代后期注意了語義分析，研究自然語言理解程序交替運(yùn)用語法、語義和推理規(guī)則二、人工智能的具體研究領(lǐng)域5、自動程序設(shè)計目的：讓計算機(jī)根據(jù)原始條件和要求，自動生成計算機(jī)程序。任務(wù)：（1）自動編程（2）驗證程序第二節(jié)人工智能的學(xué)科范疇6、數(shù)據(jù)庫的智能檢索智能檢索要求：（1）理解自然語言（2）不僅存儲專門知識，還要存儲一般知識（3）具有一定的推理能力（4）有較強(qiáng)的知識獲取能力，能方便地刪除、查找、自學(xué)習(xí)#1第二節(jié)人工智能的學(xué)科范疇二、人工智能的具體研究領(lǐng)域7、博弈：斗智、對策：本課程主要內(nèi)容1、人工智能基本原理2、人工智能中的知識表示技術(shù)3、人工智能中的搜索策略4、專家系統(tǒng)介紹5、人工智能中的推理技術(shù)6、人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用介紹參考書：

《專家系統(tǒng)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用》楊以涵等水利電力出版社《人工智能原理與方法》王永慶西安交通大學(xué)出版社《人工智能與專家系統(tǒng)》尹朝慶尹皓編著中國水利水電出版社第二章人工智能基本原理第一節(jié)問題求解與問題表示一、問題表示的三要素

所謂問題表示就是把所要解決的問題用一個恰當(dāng)?shù)姆绞絹肀硎九c描述。一切問題有三個要素構(gòu)成：問題的狀態(tài)、操作（或稱算符、走步）、目標(biāo)狀態(tài)：初始狀態(tài)、當(dāng)前狀態(tài)及可能出現(xiàn)的狀態(tài)。操作：使問題從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換成另一個狀態(tài)。目標(biāo)：問題求解需達(dá)到的最終狀態(tài)。第二章人工智能基本原理第一節(jié)問題求解與問題表示問題表示要確定三件事：1、確定狀態(tài)描述的方式，特別是初始狀態(tài)的描述；2、確定操作的集合及它們對狀態(tài)的作用；3、確定目標(biāo)狀態(tài)以及目標(biāo)狀態(tài)描述的特性。

問題求解過程就是要找出一組操作序列，使問題從初始狀態(tài)最終達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。第二章人工智能基本原理第一節(jié)問題求解與問題表示二、狀態(tài)空間法1、圖的概念與術(shù)語nrnhnpninqnjnsnl1nl2nl3圖，父輩結(jié)點(diǎn)與后繼結(jié)點(diǎn)路徑，樹2、狀態(tài)空間表示一個問題求解系統(tǒng)，問題的狀態(tài)可由圖中的結(jié)點(diǎn)代表，它的所有可能的狀態(tài)就成結(jié)點(diǎn)的集合，構(gòu)成了狀態(tài)空間，或稱狀態(tài)圖。狀態(tài)空間圖中：

有向弧線代表操作，反應(yīng)狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移關(guān)系；節(jié)點(diǎn)代表問題的狀態(tài)。問題求解的過程相當(dāng)于在狀態(tài)圖上從根節(jié)點(diǎn)（起始節(jié)點(diǎn)）尋找一條路徑最終達(dá)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)（葉節(jié)點(diǎn)）第一節(jié)問題求解與問題表示三、實例簡介2813674512836745八數(shù)碼難題推銷員旅行問題ABEDC2813674528136745281367452813674528136745281367452813674528136745（A）（AB）（AC）（AD）（AE）（ACD）（ACDE）（ACDEB）（ACDEBA）第二節(jié)搜索策略搜索：人工智能研究的是那些沒有成熟方法可循的問題領(lǐng)域，必須通過逐步的探索求得問題的解，這種探索的過程稱為搜索。在狀態(tài)圖中就是搜索一條解的路徑。npns1ns2ns3nsm擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)第二節(jié)搜索策略搜索策略：指在搜索過程中如何選擇擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)的次序問題?；厮莶呗詧D搜索策略：

盲目的圖搜索啟發(fā)式搜索第二節(jié)搜索策略盲目的圖搜索策略1、寬度優(yōu)先搜索：從根節(jié)點(diǎn)開始，按層進(jìn)行搜索，即按層擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)。（A）（AB）（AC）（AD）（AE）第1層第2層第3層特點(diǎn)：完備的搜索。但有時搜索過程會很長第二節(jié)搜索策略盲目的圖搜索策略：盲目的、無信息引導(dǎo)的搜索2、深度優(yōu)先搜索：從根節(jié)點(diǎn)開始，首先擴(kuò)展最新產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)，即沿著搜索樹的深度方向發(fā)展，直到?jīng)]有后繼節(jié)點(diǎn)再返回。017特點(diǎn)：不完備的搜索。有時會陷入“死胡同”，可進(jìn)行“界”的限制23456891011第二節(jié)搜索策略啟發(fā)式的圖搜索策略：有信息引導(dǎo)的搜索啟發(fā)信息：特定問題領(lǐng)域的信息能有效引導(dǎo)搜索，使搜索簡化。啟發(fā)信息的作用：1、用它來決定下一步先擴(kuò)展哪一個節(jié)點(diǎn)，不是盲目、隨意地擴(kuò)展2、擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)時，用它來決定選哪一個或哪幾個操作，即有選擇性地擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)。不是所有的操作都選擇。3、用它來決定哪些節(jié)點(diǎn)在搜索樹上應(yīng)舍棄，即確定哪些路徑是無望的例如：“八數(shù)碼難題”：設(shè)計估價函數(shù)：f(n)=d(n)+w(n)

作為啟發(fā)信息。d(n):表示從初始結(jié)點(diǎn)到第n個中間結(jié)點(diǎn)已花的代價。w(n)表示從第n個中間結(jié)點(diǎn)到目標(biāo)結(jié)點(diǎn)花的代價。

如果設(shè)d(n)反映搜索層次或深度，當(dāng)w(n)=0，

f(n)=d(n)，即同一層代價相同，就全部要擴(kuò)展，挨個判斷是否為目標(biāo)——寬度優(yōu)先搜索當(dāng)d(n)=0，極好地反映被解問題的特性，使搜索完全向目標(biāo)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行——深度優(yōu)先搜索。討論281367452813674528136745281367452813674528136745281367452813674565555464推銷員旅行問題ABEDC城市間的距離為：AB=7,AC=6,AD=10,AE=13，BC=7,BD=10,BE=10，CD=5,CE=9,DE=6設(shè)計啟發(fā)搜索函數(shù)求最小推銷路徑不同搜索策略搜索效率的衡量指標(biāo)1、外顯率(P):反映搜索過程中，從初始結(jié)點(diǎn)向目標(biāo)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行時搜索區(qū)域的寬度。定義：P=L/T

L:從初始結(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)的路徑長度T:整個搜索過程中所生成的結(jié)點(diǎn)總數(shù)（不包括初始結(jié)點(diǎn)）不同搜索策略搜索效率的衡量指標(biāo)2、有效分枝因數(shù)(B):表示每個有效結(jié)點(diǎn)平均生成的子結(jié)點(diǎn)數(shù)目。定義：B+B2+B3+…+BL=T

L:從初始結(jié)點(diǎn)到達(dá)目標(biāo)的路徑長度T:整個搜索過程中所生成的結(jié)點(diǎn)總數(shù)（不包括初始結(jié)點(diǎn)）思考題用“八數(shù)碼難題”比較寬度優(yōu)先搜索和深度優(yōu)先搜索的搜索成效！第三節(jié)問題歸約所謂“歸約”就是“約簡”“化簡”的意思！問題歸約就是把一個初始問題經(jīng)過一系列變換歸約為若干較易解決的子問題的集合。問題歸約的描述1、問題的描述：三元表（S,F,G）2、操作：使問題轉(zhuǎn)換、歸約、化簡為幾個子問題的集合。3、本原問題：已經(jīng)有解答的一類問題二、實例——梵塔問題AABBCC問題可用三個數(shù)的表表示（I，j，k）I，j，k依次表示圓盤C,B,A放在柱子I，j，k上123123問題描述為：（1，1，1）（3，3，3）AABBCC（1）將圓盤A，B從柱子1移至柱子2，即有123123（1，1，1）（1，2，2）二、實例——梵塔問題（2）將圓盤C從柱子1移至柱子3，即有（1，2，2）（3，2，2）（3）將圓盤A，B從柱子2移至柱子3，即有（3，2，2）（3，3，3）雙圓盤難題雙圓盤難題梵塔問題歸約為本原問題（1，1，1）（3，3，3）（1，2，2）（3，2，2）（1，1，1）（1，2，2）（3，2，2）（3，3，3）（1，1，1）（1，1，3）（1，1，3）（1，2，3）（1，2，3）（1，2，2）（3，2，2）（3，2，1）（3，2，1）（3，3，1）（3，3，1）（3，3，3）三、問題歸約的與/或圖表示1、與/或圖表示：節(jié)點(diǎn)代表問題，由三要素標(biāo)注，弧線代表歸約操作符。IM1M2M3t1t2t3t4t52、終葉節(jié)點(diǎn)、可解與不可解節(jié)點(diǎn)：3、解圖：第三章專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu)第一節(jié)專家系統(tǒng)的基本概念什么是專家系統(tǒng)?（ES，ExpertSystem)

專家系統(tǒng)的基本思想是讓計算機(jī)能夠存儲某一領(lǐng)域的專門知識并能象專家那樣有效地利用這些知識去解決該領(lǐng)域的復(fù)雜問題!專家系統(tǒng)的特點(diǎn)?具有：1、啟發(fā)性：2、透明性：3、靈活性：1）ES是一個計算機(jī)軟件2）是一個模擬人類專家求解特定領(lǐng)域問題（不萬能）3）是用AI原理和技術(shù)（知識表示，推理方法和策略）編的軟件第三章專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的組成：知識庫數(shù)據(jù)庫

人機(jī)接口知識獲取咨詢解釋推理機(jī)專家用戶知識庫:存放領(lǐng)域?qū)ｉT知識，知識以適當(dāng)?shù)闹R表達(dá)式和結(jié)構(gòu)存入知識庫。具有存儲、檢索、修改等功能。數(shù)據(jù)庫：存放所解問題的原始數(shù)據(jù)（事實）和推理中得到的各種中間信息。為方便問題求解，表示形式盡量和知識庫的表示相容。第三章專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的組成：知識庫數(shù)據(jù)庫

人機(jī)接口知識獲取咨詢解釋推理機(jī)專家用戶推理機(jī)：是一組程序，用來控制和協(xié)調(diào)整個專家系統(tǒng)的工作。根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的信息和知識庫中的知識，按一定的推理策略去解決所研究的問題。同時具有向知識庫中添加新知識和刪除舊知識的功能。知識獲?。菏菍W(xué)習(xí)功能，為知識庫的建立、修改已有知識，擴(kuò)充新知識提供手段，直接影響系統(tǒng)的生命力。第三章專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu)專家系統(tǒng)的組成：知識庫數(shù)據(jù)庫

人機(jī)接口知識獲取咨詢解釋推理機(jī)專家用戶咨詢解釋:負(fù)責(zé)對推理出的結(jié)果作出必要的解釋，以便向用戶說明推理過程。人機(jī)接口：負(fù)責(zé)把用戶熟悉的信息表示手段（如表格、圖形、自然語言），轉(zhuǎn)換成專家系統(tǒng)內(nèi)部表示形式；將專家系統(tǒng)輸出的信息轉(zhuǎn)換成用戶理解的形式顯示給用戶。第三章專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu)第二節(jié)專家系統(tǒng)的理想結(jié)構(gòu)理想的專家系統(tǒng)是一個面向領(lǐng)域的語言處理系統(tǒng)規(guī)劃記事簿結(jié)果事實規(guī)則執(zhí)行程序調(diào)度程序一致性處理程序解釋程序語言處理程序黑板第三章專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu)第三節(jié)專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序的區(qū)別傳統(tǒng)的程序設(shè)計方法可表示為：數(shù)據(jù)+算法=程序?qū)＜蚁到y(tǒng)程序設(shè)計方法可表示為：知識+推理=程序比較項目傳統(tǒng)程序?qū)＜蚁到y(tǒng)領(lǐng)域知識的表達(dá)數(shù)學(xué)模型和算法規(guī)則等知識表示問題求解數(shù)字仿真邏輯推理、判斷處理的信息數(shù)字信息字符信息知識及知識處理混在一起明確分開影響可信度的因素模型和算法的精度事實和規(guī)則的可信度增加知識的方式改程序模塊，增減困難修改知識庫，容易解釋能力差好人類的智能活動過程是一個獲得并運(yùn)用知識的過程，知識是智能的基礎(chǔ)。第四章人工智能中的知識表示基本概念：什么是知識？知識有哪些特性？數(shù)據(jù)與信息：信息需要用一定的形式表示出來才能被記載和傳遞，用一組符號及其組合表示的信息成為數(shù)據(jù)！，數(shù)據(jù)是對客觀事物的數(shù)量、屬性、位置及其相互關(guān)系的抽象表示。數(shù)據(jù)是信息的載體和表示。第一節(jié)概述第四章人工智能中的知識表示什么是知識？把有關(guān)信息聯(lián)系在一起所形成的信息結(jié)構(gòu)稱為知識，它是對客觀世界的認(rèn)識與經(jīng)驗。知識有哪些特性？（1）相對正確性（2）不確定性（3）可表示性和可利用性第一節(jié)概述第四章人工智能中的知識表示知識的分類：（1）敘述型知識：表示問題的狀態(tài)、概念、條件、常識的知識。放在數(shù)據(jù)庫中。（2）過程性知識：表示問題求解過程中用到的操作、演算和行動的知識。放在知識庫中。（3）控制性知識：表示問題求解過程中決定決定選用哪種操作、演算和行動的判斷或決策知識。放在推理機(jī)中。第一節(jié)概述第四章人工智能中的知識表示第一節(jié)概述知識表示的重要性知識表示技術(shù)：研究在計算機(jī)上如何用最合適的形式，對問題求解過程中所需的各種知識進(jìn)行表示并組織的技術(shù)。是一個實際問題的抽象化、形式化問題。衡量知識表示的好壞標(biāo)準(zhǔn)：有效性、方便性、簡明性第四章人工智能中的知識表示1、產(chǎn)生式知識表示法2、謂詞邏輯知識表示法3、框架知識表示法4、語義網(wǎng)絡(luò)知識表示法5、狀態(tài)空間知識表示法6、與/或圖知識表示法7、特性表知識表示法8、面向?qū)ο笾R表示法9、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識表示法10、Petri網(wǎng)知識表示法第一節(jié)概述人工智能中知識表示方法:

知識表示最后反映在計算機(jī)內(nèi)部都是某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如數(shù)組、字符串、二值邏輯等等??！第二節(jié)產(chǎn)生式表示法第四章人工智能中的知識表示一、產(chǎn)生式知識表示法（ProductionRule)產(chǎn)生式表示法（前提-結(jié)論對，規(guī)則表示法）一般形式：If

Conditions(前提條件）Then

Conclusions(結(jié)論）If

（101

redand102

red)Then（Lstop)例如：101102L“條件”“結(jié)論”可用英文字符串、數(shù)字、二值邏輯等第二節(jié)產(chǎn)生式表示法第四章人工智能中的知識表示二、產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)用產(chǎn)生式方法表示知識的專家系統(tǒng)稱為產(chǎn)生式系統(tǒng)！它一般由三個部分組成（三要素）：（1）總數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中心。（2）產(chǎn)生式規(guī)則集：存放過程型知識，以規(guī)則的形式存放。（3）控制系統(tǒng)：負(fù)責(zé)選擇規(guī)則的決策系統(tǒng)，對應(yīng)控制型知識。產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略實質(zhì)是個搜索過程，要對一系列規(guī)則進(jìn)行探索，直到發(fā)現(xiàn)某一規(guī)則滿足數(shù)據(jù)庫終止條件為止。第二節(jié)產(chǎn)生式表示法第四章人工智能中的知識表示二、產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)規(guī)則庫綜合數(shù)據(jù)庫第二節(jié)產(chǎn)生式表示法第四章人工智能中的知識表示二、產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（2）產(chǎn)生式規(guī)則集：例如：“八數(shù)碼難題”如果采用空格牌移動規(guī)則時，移動的規(guī)則可表示如下：用O(ij)表示空牌位置，i表示空格所在行，j表示空格所在列?？崭褡卟街R表示左走條件：Ifj-1≥1Then

O(ij)可左移上走條件：Ifi-1≥1ThenO(ij)可上移右走條件：Ifj+1≤3

ThenO(ij)可右移下走條件：Ifi+1≤3ThenO(ij)可下移28136745第二節(jié)產(chǎn)生式表示法第四章人工智能中的知識表示二、產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（3）控制系統(tǒng)：產(chǎn)生式系統(tǒng)的問題求解過程的步驟如下：1）將數(shù)據(jù)庫初始化；2）當(dāng)存在某有用的規(guī)則前提能與數(shù)據(jù)庫中的事實相匹配，則繼續(xù)下一步，否則轉(zhuǎn)5）；3）使用規(guī)則，更新數(shù)據(jù)，并將所用過的規(guī)則作上標(biāo)記。4）判斷數(shù)據(jù)庫中是否有目標(biāo)解，如是，則終止求解，否則轉(zhuǎn)2）5）要求更多的關(guān)于問題的信息，充實數(shù)據(jù)庫，并轉(zhuǎn)2）；如不能提供所要信息，則求解失敗。產(chǎn)生式系統(tǒng)特點(diǎn)：清晰性、模塊性、靈活性、解釋性第三節(jié)框架表示法第四章人工智能中的知識表示一、框架表示法是明斯基在研究計算機(jī)視覺問題時提出的二、框架表示法一般形式《框架名》《槽名1》<側(cè)面11>(值111，值112………)<側(cè)面12>(值121，值122………)

《槽名2》<側(cè)面21>(值211，值212………)<側(cè)面22>(值221，值222………).《槽名n》<側(cè)面n1>(值n11，值n12………)<側(cè)面n2>(值n21，值n22………).—槽、側(cè)面名、值可以是任意有限個數(shù)—側(cè)面是對槽的進(jìn)一步說明—槽中的信息類型可是數(shù)值、文字、二值邏輯等，也可是一個子框架。第三節(jié)框架表示法第四章人工智能中的知識表示二、框架表示法一般形式《框架名》《槽名1》<側(cè)面11>(值111，值112………)<側(cè)面12>(值121，值122………)

《槽名2》<側(cè)面21>(值211，值212………)<側(cè)面22>(值221，值222………).《槽名n》<側(cè)面n1>(值n11，值n12………)<側(cè)面n2>(值n21，值n22………).-框架表示法是個分層次的結(jié)構(gòu)-相關(guān)框架的繼承與嵌套組成一個框架系統(tǒng)-可表示出某種行為、概念、觀點(diǎn)及事務(wù)間的因果關(guān)系。第三節(jié)框架表示法第四章人工智能中的知識表示框架表示法舉例一個電廠的框架框架1名稱**火電廠類別火電廠所屬**電力系統(tǒng)額定參數(shù)容量**MW電壓等級**KV,**KV,**KV

設(shè)備概況鍋爐數(shù)**汽機(jī)數(shù)**發(fā)電機(jī)數(shù)**主變數(shù)**狀態(tài)（運(yùn)行/擴(kuò)建/停役）第三節(jié)框架表示法第四章人工智能中的知識表示框架表示法舉例一個電廠的框架框架2名稱220kv母線類別電氣所屬**火電廠額定參數(shù)斷路器型號**MW接線形式**

冷卻方式**

電壓**保護(hù)差動保護(hù)，母聯(lián)過流保護(hù)。。領(lǐng)域正母/副母/旁路狀態(tài)運(yùn)行/停役/部分檢修方式雙母并聯(lián)/雙母分段/單母/雙母帶旁路第三節(jié)框架表示法第四章人工智能中的知識表示框架表示法舉例一個電廠的框架框架3名稱220kv正母線類別電氣所屬母線聯(lián)絡(luò)設(shè)備線路**MW主變**

其他…額定電流**KA/**KA運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行/充電/停運(yùn)檢修

第三節(jié)框架表示法第四章人工智能中的知識表示框架表示法的特點(diǎn):1、框架表示法描述范圍廣、存儲信息較多，槽、側(cè)面及值均是用來描述各種具體屬性及其信息，而不是關(guān)系；2、是一個有層次的結(jié)構(gòu)，上下層有一定的關(guān)系下層（叫子層）框架包含有上層的特性，下層特性由于有具體個性，比上層要優(yōu)先，表示法具有模塊性；3、相互關(guān)聯(lián)的框架可連接起來組成框架系統(tǒng)或框架網(wǎng)絡(luò)第四節(jié)謂詞表示法第四章人工智能中的知識表示謂詞表示的一般形式：P（x1,x2,…xi…xn)

P-稱為謂詞，用來刻劃個體的性質(zhì)或關(guān)系

x-稱為個體變量（又稱變元），表示獨(dú)立存在的事物，可以是一個抽象的概念，也可是一個具體的事物。它的變化范圍稱為個體域，可以是有限的，也可是無限的。謂詞的元數(shù)：個體變元的數(shù)目稱為謂詞的元數(shù)。謂詞的階數(shù)：與一個個體變元相聯(lián)的謂詞稱為一階謂詞，與多個個體變元相聯(lián)的謂詞稱為多階謂詞。個體間的次序不可隨意調(diào)換。第四節(jié)謂詞表示法第四章人工智能中的知識表示謂詞公式：用簡單謂詞、聯(lián)結(jié)詞、量詞按一定規(guī)則組成公式，叫謂詞公式。聯(lián)結(jié)詞：否定聯(lián)結(jié)詞

～

合取聯(lián)結(jié)詞

∧

析取聯(lián)結(jié)詞

∨

條件聯(lián)結(jié)詞

→雙條件聯(lián)結(jié)詞量詞：全稱量詞：對所有的

存在量詞：存在

第四節(jié)謂詞表示法第四章人工智能中的知識表示三、一階謂詞的知識表示：1、用謂詞表示事實：此時的個體變元要用確定值2、用謂詞表示狀態(tài)：問題的狀態(tài)可用語句來描述，而語句可用謂詞來表示。3、用謂詞表示操作：操作由兩個部分組成（條件和動作）第四章人工智能中的知識表示例如：表示變電所中負(fù)荷的供電狀態(tài)，如圖所示：在母線帶電，斷路器、刀閘1、2均處于合位時，負(fù)荷才能供電，用謂詞公式表示如下：LINK(Breaker,Switch1)LINK(Switch1,Bus)LINK(Switch2,Breaker)LIVE(Bus)CLOSE(Breaker)CLOSE(Switch1)CLOSE(Switch2)busSwitch1BreakerSwitch2操作的條件：LINK(Breaker,Switch1)LINK(Switch1,Bus)OPEN(Breaker)CLOSE(Switch1)操作后應(yīng)刪去：CLOSE(Switch1)增加：

OPEN(Switch1)操作：OPEN(Switch1)第四節(jié)謂詞表示法第四章人工智能中的知識表示四、謂詞邏輯表示法的特點(diǎn)嚴(yán)格性：可保證其演繹推理的正確性，可較精確地表達(dá)知識通用性：擁有通用的邏輯演算的方法和推理規(guī)則自然性：接近于自然語言的形式語言模塊性：一個謂詞可獨(dú)立地插入知識庫、數(shù)據(jù)庫缺點(diǎn)：無法表達(dá)不確定性及模糊性知識，推理效率低第五節(jié)其它表示法第四章人工智能中的知識表示一、語義網(wǎng)絡(luò)表示法：是以網(wǎng)絡(luò)格式表示人類知識構(gòu)造的一種形式是一種基于廣義圖的表示方法語義網(wǎng)絡(luò)是通過概念及其語義關(guān)系表達(dá)知識的一種網(wǎng)絡(luò)圖節(jié)點(diǎn)：表示所研究領(lǐng)域中的物體、概念、特性值弧：表示它們之間的關(guān)系指針：說明這種關(guān)系（如隸屬、性能）的語句網(wǎng)絡(luò)圖第五節(jié)其它表示法第四章人工智能中的知識表示二、特性表表示法：是一種用特征及值組成的表格形式表達(dá)所研究問題的對象的性質(zhì)、狀態(tài)的知識表示方法，是框架的一種特例。特征姓名性別出生

值不同研究的問題有不同的特征項，簡單、直觀。第四章人工智能中的知識表示面向?qū)ο笾R表示法面向?qū)ο蠹夹g(shù):包括面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法學(xué),面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫,面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng),面向?qū)ο筌浖_發(fā)環(huán)境,面向?qū)ο笥布С?第四章人工智能中的知識表示面向?qū)ο蠡靖拍?、對象：從廣義講，任何事物從問題求解角度講，是與問題領(lǐng)域有關(guān)的事物從對象的實現(xiàn)機(jī)制講，是一臺機(jī)器，它有一個名字，一組數(shù)據(jù)，一組操作，不同對象之間的相互作用通過傳消息實現(xiàn)。其中：數(shù)據(jù)：表示對象的狀態(tài)操作：一類用于對數(shù)據(jù)的操作，改變對象的狀態(tài)二類用于產(chǎn)生輸出結(jié)果對象是一個具有局部狀態(tài)和一個操作集合的實體，且數(shù)據(jù)與操作是不可分的。

第四章人工智能中的知識表示2、類：是一種抽象機(jī)制，它是對一組相似對象的抽象3、封裝：把一切屬于對象的信息和操作局限于對象內(nèi)，在外面不可見。屬于信息隱藏技術(shù)4、繼承：在由超類、子類以及具體具體對象所形成的層次結(jié)構(gòu)中，父類所具有的數(shù)據(jù)和操作，可被子類繼承面向?qū)ο蟮幕咎卣鳎耗K性、繼承性、封裝性、多態(tài)性、易維護(hù)性、便于增量設(shè)計第四章人工智能中的知識表示表示知識方法結(jié)構(gòu)形式：Class

<類名>[:<超類名>]

[<類變量表>]Structure

<對象的靜態(tài)結(jié)構(gòu)描述>Method

<關(guān)于對象的操作定義>Restraint

<限制條件>

END

面向?qū)ο蠓椒ㄔ陔娏ο到y(tǒng)中的應(yīng)用第六章推理技術(shù)推理技術(shù):是指利用表達(dá)與問題有關(guān)的知識的符號在計算機(jī)中進(jìn)行機(jī)器思維，求解問題，實現(xiàn)推理的智能操作的各種方法。分為：精確推理和不精確推理二類。第一節(jié)精確推理精確推理包括：正向推理、反向推理和混合推理一、正向推理——由原始數(shù)據(jù)出發(fā)，按照一定的策略，運(yùn)用知識庫中的專家知識推斷出結(jié)論?！粲卯a(chǎn)生式表示法表示知識，則正向推理就是從問題的前提（事實）出發(fā)，根據(jù)選定的搜索策略選擇知識庫中的規(guī)則，將事實與規(guī)則的前提去匹配，不斷得到新的事實，直到找到目標(biāo)或規(guī)則用完為止。屬數(shù)據(jù)驅(qū)動策略正向推理-簡單、易實現(xiàn)、目的性不強(qiáng)數(shù)據(jù)庫知識庫12345前提1前提2前提3前提4前提5結(jié)論1結(jié)論2結(jié)論3結(jié)論4結(jié)論5事實1事實2事實3二、反向推理——先提出假設(shè)結(jié)論，按照一定的策略，到知識庫中去找支持此結(jié)論的條件，再到數(shù)據(jù)庫里去找這些條件是否存在？當(dāng)條件在數(shù)據(jù)庫中時，則此假設(shè)結(jié)論成立推理成功。否則重新假設(shè)結(jié)論，直到找到條件為止。屬目標(biāo)驅(qū)動策略反向推理-有盲目性數(shù)據(jù)庫知識庫12345前提1前提2前提3前提4前提5結(jié)論1結(jié)論2結(jié)論3結(jié)論4結(jié)論5事實1事實2事實3正反向混合推理正向正向反向反向中間結(jié)果相遇應(yīng)用：1）條件不足

2）事實的可信度不高

3）懷疑是否有其它結(jié)論沖突消解策略在推理過程中，系統(tǒng)要不斷地用當(dāng)前已知的事實與知識庫中的知識進(jìn)行匹配，可能出現(xiàn)以下三中情況：1）已知事實不能與知識庫中的任何知識匹配成功2）已知事實恰好與知識庫中的一條知識匹配成功3）已知事實可與知識庫中的多個知識匹配成功，或有多個已知事實與知識庫中的某一個知識匹配成功，或有多個已知事實與知識庫中的多個知識匹配成功。（稱這種情況為發(fā)生沖突，解決沖突的過程稱為沖突消解）沖突消解辦法-對知識進(jìn)行排序1、特殊優(yōu)先策略2、新知識優(yōu)先策略3、差異性優(yōu)先策略不精確推理基本框架:1、定量描述知識的不確定性IFATHENB

f(B,A)用圖表示為：ABf(B,A)規(guī)則的前提條件規(guī)則的結(jié)論規(guī)則的強(qiáng)度不精確推理A為真時，B為真，f(B,A)為最大值A(chǔ)為真時，B為假，f(B,A)為最小值A(chǔ)對B無影響，f(B,A)為單位元f(B,A)一般由領(lǐng)域?qū)＜医o出2、定量描述命題A的不確定性不精確推理用c(A)表示，刻劃命題為真的程度A為真c(A)為最大值A(chǔ)為假c(A)為最小值A(chǔ)未知c(A)為單位元原始證據(jù)的不確定性一般由用戶提供。不精確推理1)證據(jù)的合成：c1(A)，新的c2(A)，如何更新？2)證據(jù)的邏輯組合：c(A1andA2)=g1(c(A1),c(A2))c(A1orA2)=g2(c(A1),c(A2))3)確定規(guī)則結(jié)論部分的不確定性：由c(A)和f(B,A),求c(B)3、基本算法的定義第七章專家系統(tǒng)的研制建好一個專家系統(tǒng)的關(guān)鍵：1）總結(jié)領(lǐng)域的經(jīng)驗知識2）選用合適的知識表示方法3）選用合適的推理方法領(lǐng)域?qū)＜遗c知識工程師的密切配合領(lǐng)域?qū)＜抑R工程師

專家系統(tǒng)詢問問題分析、解答總結(jié)經(jīng)驗寫成規(guī)則確定策略專家系統(tǒng)的分類解釋型診斷型預(yù)測型規(guī)劃型設(shè)計型監(jiān)測型教育型專家系統(tǒng)設(shè)計的三個階段第一：可行性研究第二：生成專家系統(tǒng)原型第三：生成實用專家系統(tǒng)第二：建造原型專家系統(tǒng)的步驟認(rèn)識問題特征找出概念建立關(guān)系設(shè)計組織知識結(jié)構(gòu)編制軟件檢驗知識庫及系統(tǒng)的功能再認(rèn)識再分析再設(shè)計再改造提出要求形成概念原型系統(tǒng)認(rèn)識階段概念化階段形式化階段實現(xiàn)階段測試階段建立知識表示推理方法第八章專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用第一節(jié)應(yīng)用的必要性和意義隨著電力系統(tǒng)規(guī)模由小__大,由簡單__復(fù)雜的發(fā)展過程，電力系統(tǒng)的分析方法也經(jīng)歷了幾個階段：1、在系統(tǒng)規(guī)模小、計算機(jī)未廣泛應(yīng)用，此階段著重研究：

元件的數(shù)學(xué)模型及電力系統(tǒng)定性解的方法；2、系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，運(yùn)行復(fù)雜性不斷增加，由于定性分析已不能正確地、完整地反映實際情況，另外計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展。此階段將系統(tǒng)作為整體研究，建立整體數(shù)學(xué)模型；3、大系統(tǒng)安全性很突出，故障后影響面大，即系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性要求：要研究在線控制問題。第八章專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用第一節(jié)應(yīng)用的必要性和意義大機(jī)組、大系統(tǒng)、大電網(wǎng)的精確規(guī)劃、設(shè)計及運(yùn)行中存在許多特殊問題：1、有些問題沒有精確的數(shù)學(xué)模型，例如：元件及系統(tǒng)的故障診斷；2、系統(tǒng)規(guī)模太大，情況太復(fù)雜，求解太困難，如：大系統(tǒng)的信息報警處理，優(yōu)化設(shè)計問題（約束多）；3、有些問題的求解不能用數(shù)學(xué)形式表示，而是經(jīng)驗性的、啟發(fā)式的、直覺的，如運(yùn)行操作。第八章專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用第二節(jié)ES在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的分類1、監(jiān)視類：包括故障診斷、報警處理、事故評估。2、分析、控制類：包括正常、緊急狀態(tài)下的控制，如系統(tǒng)安全性的分析及對策的研究、電壓/無功控制專家系統(tǒng)。3、系統(tǒng)規(guī)劃類：系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行規(guī)劃、基建規(guī)劃。第八章專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用第三節(jié)電力系統(tǒng)故障診斷和恢復(fù)處理ES電力系統(tǒng)故障診斷包括：故障檢測——測定判斷故障時所需的數(shù)據(jù)、信息；故障分析——根據(jù)故障信息，分析故障地點(diǎn)、性質(zhì)和原因；故障處理——根據(jù)故障分析結(jié)果，提出處理意見（包括報警、轉(zhuǎn)移負(fù)荷、設(shè)備停運(yùn)等）。電力系統(tǒng)故障診斷和恢復(fù)處理ES的總體結(jié)構(gòu)電力系統(tǒng)

SCADA實時庫接口2接口1故障判斷和處理的內(nèi)核部分屏幕顯示打印機(jī)人機(jī)接口故障判斷部分的內(nèi)核結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)庫：存放原始數(shù)據(jù)，如電網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)、故障信息、潮流信息和推理過程中的初步結(jié)果。知識庫：存放故障判斷中用到的專家經(jīng)驗、書本知識等推理機(jī)：利用知識庫中的知識，按一定的推理方法，獲得問題的解答推理控制策略：一般線路故障搜索用正向推理，簡單母線故障用反向推理，而復(fù)雜母線故障用混合推理。開始1線路16母線11聯(lián)絡(luò)變18復(fù)雜故障13復(fù)雜故障3復(fù)雜故障17簡單故障2簡單故障12簡單故障22母差不閉鎖高頻21母差閉鎖高頻14母聯(lián)分15母聯(lián)合4單母線側(cè)斷路器拒動6母聯(lián)分7母聯(lián)合9母聯(lián)分10母聯(lián)合20母聯(lián)合19母聯(lián)分5雙母線側(cè)斷路器拒動8其他母線側(cè)斷路器拒動高壓斷路器故障分析專家系統(tǒng)實例用途：借助專家系統(tǒng)對斷路器故障進(jìn)行診斷并輔助檢修人員提高業(yè)務(wù)水平。通過通過告知故障位置、原因及檢修措施1、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)控制策略總體數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)輸入知識庫人機(jī)交互顯示診斷結(jié)果顯示檢修措施

解釋

知識擴(kuò)充2、知識表示技術(shù)-產(chǎn)生式表示法以SW6-110高壓斷路器所配CY3液壓操作機(jī)構(gòu)的建不起壓力故障為例：Rule1:IF

分合閘一、二級閥口密封不嚴(yán)，

THEN

機(jī)構(gòu)將建不起壓力；Rule2:IF閥口有磨損或合閘一級閥小球托翻倒或分閘小球托翻倒，

THEN分合閘一、二級閥口密封不嚴(yán)；Rule3:IF閥口有磨損，

THEN請用研磨膏研磨閥口或用鋼球硌一下閥口；3、推理機(jī)制目標(biāo)驅(qū)動的反向推理故障機(jī)構(gòu)建不起壓力油泵建壓時間過長油泵啟動頻繁分閘不成功絕緣損壞分合閘一、二級閥口密封不嚴(yán)熱偶繼電器脫扣分閘小球托翻道合閘一級閥小球托翻道閥口被磨損油泵柱塞研壞或間隙配合過大因果關(guān)系圖4、不確定性推理策略前提的不確定性：系統(tǒng)前提的可信度，用0-1之間的數(shù)表示

1表示事實完全確定，0表示完全不確定不知道取0.5例如：診斷“斷路器合閘不成功”故障時，用規(guī)則：IF合閘電磁鐵線圈斷線0r匝間短路0r線圈接觸不良THEN

合閘回路故障取三前提的可信度a為：0.9,0.0,0.6，則：前提的可信度a=max(0.9,0.0,0.6)=0.94、不確定性推理策略IFA

THEN

By結(jié)論的可信度