人工智能讲义

东南大学远程教育人工智能第01讲主讲教师：翟玉庆计算机科学技术的发展趋向1、基于网络(普适计算)2、并行化3、智能化（以知识为中心）4、人性化参考资料：1、人工智能（上、下册），陆汝钤科学出版社2、高级人工智能，史忠植科学出版社3、智能主体及其应用，史忠植科学出版社4、ArtificialIntelligenceANewSynthesis,N.J.Nilsson,机械工业出版社MorganKaufmann第一章引言第一节基本概念一、智能 智能是个体有目的的行为、合理的思维，以及有效地适应环境的综合能力。通俗地讲，智能是个体认识客观事物、客观世界和运用知识解决问题的能力。 人类个体的智能是一种综合性能力。具体地讲，可包括：1）感知与认识事物、客观世界与自我的能力；2）通过学习取得经验、积累知识的能力；第一章引言第一节基本概念一、智能 人类个体的智能是一种综合性能力。具体地讲，可包括：3）理解知识、运用知识和运用经验分析问题和解决问题的能力；4）联想、推理、判断、决策的能力；5）运用语言进行抽象、概括的能力；6）发现、发明、创造、创新的能力；第一章引言第一节基本概念一、智能 人类个体的智能是一种综合性能力。具体地讲，可包括：7）实时地、迅速地、合理地应付复杂环境的能力；8）预测、洞察事物发展变化的能力；等。注：智能是相对的、发展的。离开特定时间说智能是困难的、没有意义的。东南大学远程教育人工智能第02讲主讲教师：翟玉庆第一章引言第一节基本概念二、人工智能 人工智能是相对人的自然智能而言，即用人工的方法和技术，研制智能机器或智能系统来模仿、延伸和扩展人的智能，实现智能行为和“机器思维”解决需要人类专家才能处理的问题。 人工智能是人工制品(artifact)中所涉及的智能行为。其中，智能行为包括：感知(perception)、推理(Reasoning)、学习(learning)、通信(communicating)和复杂环境下的动作行为(acting)。第一章引言第一节基本概念三、人工智能目标 人工智能目标是实现智能行为和“机器思维”，解决需要人类专家才能处理的问题。1、研究像人一样工作的机器，甚至比人做得更好2、能够理解机器、人或动物的智能行为

第一章引言第一节基本概念四、智能革命 智能革命是指人的自然智能通过人工智能的模仿和扩展，实现社会生产的自动化和智能化，促进知识密集型经济的发展。第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况一、萌芽阶阶段1、Aristotle(公公元前384-322)在《工具具论》中提提出形式逻逻辑（三段段论）2、Bacon(1561-1626)在《新新工具》中中提出归纳纳法，提出出“知识就就是力量””3、Leibnitz(1646-1716)研制四则则计算器，，提出“通通用符号””和“推理理计算”概概念，使形形式逻辑符符号化，从从而能对人人的思维进进行运算和和推理，奠奠定了数理理逻辑的基基础第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况一、萌芽阶阶段4、Boole(1815-1864)创立布布尔代数，，在《思维维法则》中中首次用符符号语言描描述思维活活动的基本本推理规则则5、Godel(1906-1978)提出不不完备性定定理，指出出人的思维维形式化和和机械化的的某些极限限6、Turing(1912-1954)提出出理想计算算模型—图图灵机，创创立自动机机理论，提提出“图灵灵试验”，，用以判断断“Canamachinethink?”第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况一、萌芽阶阶段7、Mauchly和Eckert等研研制成功ENIAC电子数字字计算机，，为人工智智能研究奠奠定物质基基础8、VonNeumann提出冯••诺依曼计计算机模型型9、McCulloch和Pitts建立神经经网络数学学模型，通通过模拟人人脑实现智智能，开创创人工神经经网络研究究。Kleene将将其抽象为为有限自动动机理论10、Wiener创立控制制论，Shannon创立信信息论第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况二、人工智智能的诞生生1、导因现实世界中中相当多的的问题求解解是复杂的的，常无算算法可循，，即使有计计算方法，，也是NP问题。为为此，人们们可采用启启发式知识识进行问题题求解，把把复杂的问问题大大简简化，可在在浩瀚的搜搜索空间中中迅速找到到解答。这这是运用专专门领域的的经验知识识。经常会会取得有关关问题的满满意解，而而非数学上上的最优解解。这就是是启发式搜搜索。第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况二、人工智智能的诞生生2、提出1956年年，由McCarthy、Minskey、Shannon、Newell等提出出。东南大学远远程教育人工智智能能第03讲主讲教师：：翟玉庆第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况三、人工智智能的发展展1、50年年代以博弈、游游戏为对象象进行研究究1）Samuel研研制成功具具有自学能能力的启发发式博弈程程序2）Newell研研制了启发发式程序LogicTheorist。对《《数学原理理》中38条定理进进行了证明明，开创了了利用计算算机研究思思维活动规规律的工作作3）Chomsky提出语言言文法，开开创了形式式语言研究究第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况三、人工智智能的发展展1、50年年代4）McCarthy建立LISP，，不仅可以以处理数值值，而且可可更方便地地处理符号号，为人工工智能研究究提供了重重要工具第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况三、人工智智能的发展展2、60年年代前期以搜索索问题、通通用问题求求解研究为为主1）Newell发发表问题求求解程序，，使启发式式程序有更更大的普遍遍性2）Feigenbaum研研制成功DENDRAL化学学专家系统统，使人工工智能研究究从着重算算法转向知知识表示的的研究，也也是人工智智能研究走走向实用化化的标志第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况三、人工智智能的发展展2、60年年代3）Robinson提出归结原原理4）Quilian提出语义义网络的知知识表示法法5）IJCAI成立立第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况三、人工智智能的发展展3、70年年代前期以自然然语言理解解、知识表表示研究为为主1）Winograd发表自然语语言理解系系统SHRDLU2）Colmerauer创创建PROLOG语语言3）Schank提提出概念从从属理论4）Minskey提出框架架知识表示示法5）Feigenbaum提提出知识工工程第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况三、人工智智能的发展展4、80年年代专家系统广广泛应用，，出现了专专家系统开开发工具，，开始兴起起人工智能能产业1）日本提提出五代机机计划2）中国提提出863计划-863-306第一章引引言第二节人人工智能的的发展概况况三、人工智智能的发展展5、90年年代-现在在1）人工神神经网络的的复兴2）基于知知识的系统统CYC4）分布式式人工智能能与多Agent系系统robots,Softbot,集集成自治系系统5）知识科科学东南大学远远程教育人工智智能能第04讲主讲教师：：翟玉庆第一章引引言第三节人人工智能的的研究方法法人工智能经经过发展，，形成了许许多学派。。不同学派派的研究方方法、学术术观点、研研究重点有有所不同。。这里主要要介绍认知知学派、逻逻辑学派、、行为主义义学派和连连接主义学学派。一、认知学学派(以Simon,Minskey和Newell等为为代表)1、基本思思想从人的思维维活动出发发，利用计计算机进行行宏观功能能模拟。基基于物理符符号系统假假设，将任任何信息加加工系统看看成是一个个具体的物物理系统。。第一章引引言第三节人人工智能的的研究方法法一、认知学学派2、基本观观点物理系统表表现智能行行为的充要要条件是该该系统是一一个物理符符号系统。。3、主要工工作1）Newell的LogicTheorist，模模拟人证明明数学定理理的思维过过程2）GPS，模拟人人的解题过过程(拟定定初步解题题计划利用公理理、定理和和规则，按按规则实施施解题过程程不断进进行“目的的—手段““分析，修修订解题计计划。第一章引引言第三节人人工智能的的研究方法法一、认知学学派3、主要工工作3）物理符符号系统假假设符号是模式式。物理符符号系统的的基本任务务和功能是是辨认相同同的符号和和区别不同同的符号。。第一章引引言第三节人人工智能的的研究方法法二、逻辑学学派（以以McCarthy和Nilsson等为代表表)1、基本思思想用逻辑来研研究人工智智能，用形形式化的方方法（统一一的逻辑框框架）描述述客观世界界。2、基本观观点1）智能机机器必须有有关于自身身环境的知知识2）通用智智能机器要要能陈述性性地表达关关于自身环环境的大部部分知识3）通用智智能机器表表示陈述性性知识的语语言至少要要有一阶逻逻辑的能力力第一章引引言第三节人人工智能的的研究方法法二、逻辑学学派3、主要工工作1）概念化化知识表示示2）模型论论语义东南大学远远程教育人工智智能能第05讲主讲教师：：翟玉庆第一章引引言第三节人人工智能的的研究方法法二、逻辑学学派3、主要工工作1）概念化化知识表示示2）模型论论语义3）演绎推推理4）非单调调逻辑用于于常识推理理第一章引引言第三节人人工智能的的研究方法法三、行为主主义学派(以Brooks为代表)1、基本思思想以复杂的现现实世界为为背景，让让人工智能能理论先经经受解决实实际问题的的考验，并并在这种考考验中成长长。智能只只是在与环环境的交互互作用中表表现出来。。2、基本观观点1）到现场场去2）物理实实现3）初级智智能4）行行为产生智智能第一章引引言第三节人人工智能的的研究方法法三、行为主主义学派3、主要工工作1）无需知知识表示的的智能2）无需推推理的智能能3）机器虫虫第一章引引言第三节人人工智智能的研研究方法法四、连接接主义学学派1、基本本思想从脑的神神经系统统结构出出发来研研究脑的的功能，，研究大大量简单单的神经经元的集集团信息息处理能能力及其其动态行行为，模模拟和实实现人的的认识过过程中的的感知觉觉过程、、形象思思维、分分布式记记忆和自自学习自自组织过过程。2、基本本观点1）神经经网络以以分布式式方式存存储信息息2）神经经网络以以并行方方式处理理信息3）神经经网络具具有自组组织、自自学习能能力第一章引引言第三节人人工智智能的研研究方法法四、连接接主义学学派3、主要要工作人工神经经网络东南大学学远程教教育人工工智智能能第06讲讲主讲教师师：翟玉玉庆第一章引引言第四节人人工智智能的主主要研究究内容一、博弈弈跳棋、国国际象棋棋、五子子棋二、机器器定理证证明LogicTheorist王浩：利利用一阶阶谓词逻逻辑吴文俊：：吴方法法三、自动动程序设设计四、通用用问题求求解GPS东南大学学远程教教育人工工智智能能第07讲讲主讲教师师：翟玉玉庆第一章引引言第四节人人工智智能的主主要研究究内容五、感知知1、视觉觉2、语音音六、自然然语言理理解与生生成计算语言言学七、自动动推理1、推理理从一个或或几个已已知的判判断（前前提）逻逻辑地推推论出一一个新的的判断（（结论））的思维维形式。。第一章引引言第四节人人工智智能的主主要研究究内容七、自动动推理1、推理理注：利用用以往的的知识通通过推理理可得到到新的结结论。2、主要要工作1）机器器定理证证明2）归结结原理：：推理规规则简单单。在逻逻辑上是是完备的的，是PROLOG的的计算模模型3）非单单调推理理：闭世世假说（（CWA）、默默认推理理、限定定推理第一章引引言第四节人人工智智能的主主要研究究内容七、自动动推理2、主要要工作4）定性性推理：：把物理理系统或或物理过过程细分分为子系系统或子子过程，，对于每每个子系系统或子子过程及及它们之之间的相相互作用用或影响响均建立立起结构构描述，，通过局局部因果果性的传传播和行行为合成成，获得得实际物物理系统统的行为为描述和和功能描描述东南大学学远程教教育人工工智智能能第08讲讲主讲教师师：翟玉玉庆第一章引引言第四节人人工智智能的主主要研究究内容七、自动动推理2、主要要工作5）不确确定性推推理：不不确定性性来自人人类的主主观认识识与客观观实际之之间存在在的差异异。事物物发生的的随机性性，人类类知识的的不完全全、不可可靠、不不精确和和不一致致，自然然语言中中存在的的模糊性性和歧义义性均反反映了这这种差异异，均会会带来不不确定性性。有代表性性的不确确定性理理论和推推理方法法有：概概率论，，Bayes理论论，证据据理论(Dempster和Shafer)，模模糊集理理论等。。第一章引引言第四节人人工智智能的主主要研究究内容八、机器器学习知识、知知识表示示及运用用知识的的推理算算法是人人工智能能的核心心，而机机器学习习则是关关键问题题。1、学习习学习是获获取知识识、积累累经验、、改进性性能、发发现规律律、适应应环境的的过程。。其基本本机制是是设法将将在一种种情形下下成功的的表现行行为转移移到另一一类似的的新情形形中去。。2、学习种类类1）无知识的的学习：神经经元模拟和基基于决策论方方法的自适应应和自组织系系统。第一章引引言第四节人工工智能的主要要研究内容八、机器学习习2、学习种类类2）归纳学习习：AQ算法、ID3算法等等。3）分析学习习（实例学习习）：基于解解释的学习、、知识块（Chunking）学习习。4）类比学习习5）发现学习习：根据实验验数据或模型型重新发现定定律的方法。。第一章引引言第四节人工工智能的主要要研究内容八、机器学习习2、学习种类类6）遗传学习习：自然选择择、变异。7）连接学习习：神经网络络学习。8）数据库知知识发现：主主要发现分类类规则、特征征规划、关联联规则、差异异规则、演化化规则、异常常规则等。其方法有统计计方法、机器器学习、神经经网络、数据据仓库等。东南大学远程程教育人工智智能第09讲主讲教师：翟翟玉庆第一章引引言第四节人工工智能的主要要研究内容九、分布式人人工智能（DistributedAI）第一届DAI会议是是在1980年。1、基本概念念DAI是研究究在逻辑上或或物理上分散散的智能动作作者如何协调调其智能行为为（知识、技技能和规划）），求解单目目标和多目标标问题，为设设计和建立大大型复杂的智智能系统或计计算机支持协协同工作(CSCW)提供有效途径径。第一章引引言第四节人工工智能的主要要研究内容九、分布式人人工智能（DistributedAI）第一届DAI会议是是在1980年。2、主要内容容1）分布式问问题求解(DPS)2）多Agent系系统(MAS)Agent是是自主的，可可能是预先存存在的，并且且是异构的，，是一开放的的系统。第一章引引言第四节人工工智能的主要要研究内容十、人工思维维模型真实世界柔性信息处理理集体智能开放式自主系系统第一章引引言第四节人工工智能的主要要研究内容十一、知识系系统知识工程已成成为人工智能能应用最显著著的特点。知识系统主要要研究内容：：1、专家系统统知识库+推理理机2、知识库系系统将知识以一定定的结构存入入，进行知识识管理，实现现知识共享3、智能决策策系统4、知识科学学第一章引引言讨论题：1、你相信人人是机器吗？？请说出理由由。2、如果你是是图灵测试的的测试者，你你会如何设计计题目？东南大学远程程教育人工智智能第10讲主讲教师：翟翟玉庆第二章知知识与知识表表示第一节引言言一、知识知识是信息经经过加工整理理、解释、挑挑选和改造而而成的。二、知识类型型1、事实性知知识一般采用直接接表示形式。。注：1）若事事实性知识是是批量的、有有规律的，则则往往以表格格、图册，甚甚至数据库等等形式出现；；2）某些事实实性知识表现现为规则的形形式（尽管有有时事实和规规则分开处理理）第二章知知识与知识表表示第一节引言言二、知识类型型2、过程性知知识描述做某事的的过程，使人人或计算机照照此去做。3、行为性知知识不直接给出事事实本身，只只给出它在某某方面的行为为。注：从某种意意义上说，行行为性知识是是描述事物的的内涵，而非非外延。4、实例性知知识只给出一些实实例，关于事事物的知识就就隐藏在这些些实例中。第二章知知识与知识表表示第一节引言言二、知识类型型4、实例性知知识注：实例性知知识和事实性性知识的主要要区别是：人人们感兴趣的的一般不是这这些实例本身身，而是在大大批实例后面面隐藏的规律律性知识。5、类比性知知识既不给出外延延，也不给出出内涵，只给给出它与其它它事物的某些些相似之处。。第二章知知识与知识表表示第一节引言言二、知识类型型5、类比性知知识注：类比性知知识一般不能能完整地刻划划事物，有时时会以偏概全全，但它可以以启发人们在在不同领域的的知识间架起起桥梁，利用用一个领域的的知识去解决决另一个领域域的问题。6、元知识关于知识的知知识。注：元知识经经常以控制知知识的形式出出现。东南大学远程程教育人工智智能第11讲主讲教师：翟翟玉庆第二章知知识与知识表表示第一节引言言三、知识表示示原则1、表示知识识的范围是否否广泛？注：逻辑是一一种广谱的知知识表示工具具。2、是否适合合于推理？注：人工智能能主要对适合合推理的知识识表示感兴趣趣。3、是否适合合于计算机处处理？4、是否有高高效的算法？？5、能否表示示不精确知识识？注：自然界的的信息具有先先天的模糊性性和不精确性性。第二章知知识与知识表表示第一节引言言三、知识表示示原则6、能否模块块化，以便于于知识分层？？7、知识和元元知识能否用用统一的形式式表示？8、是否适合合于加入启发发式信息？控制知识（元元知识）信息息—启发式信信息9、过程性表表示还是说明明性表示？说明性表示：：只给出事物物本身的属性性及事物之间间的相互关系系，对问题的的解答就隐含含在这些知识识之中。第二章知知识与知识表表示第一节引言言三、知识表示示原则9、过程性表表示还是说明明性表示？过程性表示：：给出解决一一个问题的具具体过程。注：说明性表表示涉及细节节少，抽象程程度高，可靠靠性较好，修修改方便，但但执行效率较较低。10、表示方方式是否自然然？第二章知知识与知识表表示第一节引言言四、常见的知知识表示形式式1、演绎系统统2、产生式系系统3、框架结构构4、语义网络络5、过程性知知识表示6、面向对象象知识表示第二章知知识与知识表表示第二节演绎绎系统一、谓词演算算1、命题陈陈述2、谓词带带有参数数的命题注：1）谓词词比命题有更更强的表达能能力，可将知知识单元细分分；2）谓词可代代表变化着的的情况，谓词词的真假值可可因参数而异异；3）可利用谓谓词在不同的的知识之间建建立联系，使使用同名参数数。第二章知知识与知识表表示第二节演绎绎系统一、谓词演算算3、谓词解释释人人为地指派给给谓词的含义义注：1）由于于解释的不同同，谓词的真真假值也就不不同；2）对于复杂杂的谓词公式式，研究其不不同的解释具具有更大的重重要性；3）对一个个谓词公式式可给出多多种甚至无无穷多种不不同的解释释。第二章知知识与知知识表示第二节演演绎系统一、谓词演演算3、谓词解解释人人为地地指派给谓谓词的含义义注：4）每每种解释由由下列基本本部分组成成：A）一组基基本域Di,i=1…nB）每个常常量均是某某个Di中中的一个元元素C）每个变变量均在某某个Di中取值D）每个m目函数均均是一个映映射Di1Di2...DimDim+1（对于jk,可以以有Dij=Dik)第二章知知识与知知识表示第二节演演绎系统一、谓词演演算3、谓词解解释人人为地地指派给谓谓词的含义义注：4）每每种解释由由下列基本本部分组成成：E）每个m目谓谓词均是一一个映射Di1Di2...Dim（T，F）（T代表真真，F代表表假)5）若一个个谓词公式式在所有解解释下均为为真，则称称此公式为为永真公式式。第二章知知识与知知识表示第二节演演绎系统一、谓词演演算3、谓词解解释人人为地地指派给谓谓词的含义义注：5）利用谓谓词演算进进行逻辑推推理的核心心任务就是是判断一个个谓词公式式是否永真真。但判断断一个谓词词公式的永永真性比较较困难，甚甚至有人证证明，根本本不存在这这样的算法法。东南大学远远程教育人工智智能能第12讲主讲教师：：翟玉庆第二章知知识与知知识表示第二节演演绎系统一、谓词演演算4、谓词演演算谓谓词及及谓词之间间关系的研研究1）符号集集真值常量：：T、F联结符号：：、、、、、、运算符：=量词：、、常量：函数数常量、谓谓词常量变量：函数数变量、谓谓词变量注：对于变变量，可使使用量词。。第二章知知识与知知识表示第二节演演绎系统一、谓词演演算4、谓词演演算谓谓词及及谓词之间间关系的研研究2）项A）常量和和变量是项项B）若t1,t2,..,tn是项，，则fn(t1,t2,…,tn)和和Fn(t1,t2,…,tn)也也是项。3）原子公公式和合式式公式P16第二章知知识与知知识表示第二节演演绎系统一、谓词演演算5、主要的的谓词演算算命题演算一阶谓词演演算二阶谓词演演算其中，最重重要的是一一阶谓词演演算。第二章知知识与知知识表示第二节演演绎系统二、自然演演绎系统给定一个有有限的或递递归的公理理集，及一一个有限推推理规则集集，构成一一个自然演演绎系统。。注：1）若若在某个确确定的范围围内，任何何永真公式式均可由一一个演绎系系统推导出出，则称此此演绎系统统对于该范范围来说是是完备的。。2）对于一一阶谓词演演算，存在在着完备的的演绎系统统，对于二二阶谓词演演算，不存存在着完备备的演绎系系统。第二章知知识与知知识表示第二节演演绎系统二、自然演演绎系统注：3）在在实际应用用中，仅推推演永真式式是不够的的，任何有有意义的知知识推理系系统均需处处理非永真真公式，它它的谓词被被指派以某某种解释，，即语义。。我们应该该使用含有有语义的演演绎系统。。第二章知知识与知知识表示第二节演演绎系统三、与或句句演绎系统统1、与或句句只有与符号号()、、或符号()、谓谓词(也称称原子)和和前有非符符号的谓词词(也称负负原子，正正负原子统统称句节)以及看不不见的全称称量词的合合式公式称称为与或句句。2、与或句句的生成步步骤1）化成前前束范式，，使所有量量词均在合合式公式的的最前面，，且每个量量词的辖域域均是整个个公式。2）消去存存在量词，，只剩下全全称量词。。第二章知知识与知知识表示第二节演演绎系统三、与或句句演绎系统统3、置换规规则左部只能有有一个句节节，右部可可以是任意意的与或句句。注：与或句句演绎系统统可以用于于求证某个个目标推理理，也可以以进行反向向推理。当当用作反向向推理时，，比较实用用。第二章知知识与知知识表示第二节演演绎系统四、子句演演绎系统1、子句只有或符号号和非符号号的合式谓谓词公式称称为子句，，用或符号号连接多个个句节而成成。2、子句演演绎方法消解法—Robinson3、消解法法基本思想想把已知条件件表示成一一组子句，，把求证目目标先表示示成子句，，后在前面面加非符号号，把加了了非符号的的目标子句句和条件子子句组合，，若通过消消解推出空空子句，则则目标得以以证明。第二章知知识与知知识表示第三节产产生式系统统一、基本概概念1、产生式式在自然界的的各种知识识单元之间间存在着大大量的因果果关系。这这是前提和和结论之间间的关系，，可用产生生式（或称称规则）来来表示。产生式（规规则）：前前提和结论论之间的关关系式。表示形式：：前提结论2、事实无需前提条条件的产生生式，可用用于表示已已知的事实实。表表示形式：：事实实第二章知知识与知知识表示第三节产产生式系统统一、基本概概念3、产生式式系统将一组产生生式放在一一起，让它它们互相配配合、协调调作用，一一个产生式式生成的结结论可供另另一个产生生式作为前前提使用。。以这种方方式求得问问题的解决决的系统，，称为产生生式系统。。第二章知知识与知知识表示第三节产产生式系统统二、基本特特征1、产生式式系统构成成a)一组规规则(即产产生式本身身)每个规则分分为左部(LHS)和右部(RHS)。。一般说来，，左部表示示情形，即即什么条件件发生时此此产生式应应该被调用用。右部表表示动作，，即此产生生式被调用用后所做的的事情。在核实左部部情形时，，通常采用用匹配的方方法，即查查看当前数数据基中是是否存在规规则左部所所指示的情情形。若存存在，则认认为匹配成成功，否则则认为匹配配不成功。。第二章知知识与知知识表示第三节产产生式系统统二、基本特特征1、产生式式系统构成成a)一组规规则(即产产生式本身身)匹配成功时时，执行右右部规定的的动作。这这种动作一一般是对数数据基中的的数据作某某种处理。。第二章知知识与知知识表示第三节产产生式系统统二、基本特特征1、产生式式系统构成成b)数据基基每个产生式式系统均有有一个数据据基，其中中存放的数数据既是构构成产生式式的基本元元素，又是是产生式作作用的对象象。注：数据基基不同于数数据库。数数据基中的的数据是广广义的，可可以是常量量、变量、、多元组、、谓词、表表结构、图图象等等。。其意义往往往指一个个事实或断断言，可看看成一个知知识元。第二章知知识与知知识表示第三节产产生式系统统二、基本特特征1、产生式式系统构成成c)一个解解释程序负责整个产产生式系统统的运行，，包括规则则左部和数数据基的匹匹配、从匹匹配成功的的规则（可可能不止一一个）中选选出一个加加以执行、、解释执行行规则右部部的动作，，并掌握时时机结束产产生式系统统的运行等等等。注：其中每每一步均可可有不同的的含义。第二章知知识与知知识表示第三节产产生式系统统二、基本特特征2、产生式式系统特点点a)相对固固定的格式式任何产生式式均由LHS和RHS组成，，左部匹配配，右部动动作。匹配提供的的信息只有有两种：成成功或失败败。匹配过程中中不允许产产生副作用用。规则匹匹配失败时时，对数据据基无影响响。匹配一般无无递归，无无复杂的计计算。右部部的动作一一般是最基基本的，无无复杂的控控制。第二章知知识与知知识表示第三节产产生式系统统二、基本特特征2、产生式式系统特点点b)知识的的模块化在每个具体体的产生式式系统所适适用的专门门领域知识识被分成许许多知识元元，存于数数据基中。。而每个规规则指明了了有关知识识元之间的的关系及其其使用方法法。规则本身也也可看成是是知识元，，这种知识识元不同于于通常数据据基中存放放的知识元元，因为它它是指示如如何使用数数据基中存存放的知识识元，因此此，也称为为元知识，，即关于知知识的知识识。由此可可见，元知知识也是模模块化的。。第二二章章知知识识与与知知识识表表示示第三三节节产产生生式式系系统统二、、基基本本特特征征2、、产产生生式式系系统统特特点点b)知知识识的的模模块块化化此外外，，还还有有如如何何使使用用这这些些规规则则的的知知识识，，包包括括规规则则匹匹配配的的次次序序、、匹匹配配冲冲突突的的解解决决等等解解释释系系统统中中所所包包含含的的功功能能。。这这种种有有关关元元知知识识的的知知识识称称为为高高阶阶元元知知识识。。它它们们也也可可模模块块化化并并写写成成规规则则的的形形式式。。不不过过，，只只有有少少数数系系统统能能做做到到，，而而大大部部分分系系统统是是将将高高阶阶元元知知识识不不明明确确地地写写成成规规则则的的形形式式，，不不以以任任何何明明确确的的形形式式显显示示出出来来，，规规则则使使用用方方法法隐隐含含在在系系统统本本身身的的定定义义中中。。这这是是模模块块化化不不彻彻底底的的表表现现，，可可扩扩展展性性差差。。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统二、基本本特征2、产生生式系统统特点b)知识识的模块块化注：知识识的模块块化使得得知识基基（包括括数据基基和规则则基）的的补充和和修改变变得非常常容易。。但要注注意任何何修改和和扩充必必须保持持知识基基的无矛矛盾性和和一致性性。这种种一致性性检验最最好由系系统自动动执行，，至少检检验到一一定程度度。因为为从理论论上，在在某些情情形下彻彻底的一一致性检检验是不不现实的的。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统二、基本本特征2、产生生式系统统特点c)相互互影响的的间接性性产生式系系统一般般是“数数据驱动动”，看看不见控控制流。。一个产生生式的调调用对其其它产生生式的影影响不是是直接传传送过去去，而是是通过修修改数据据基来间间接实现现（当其其它产生生式的左左部与数数据基匹匹配时，，发现数数据基内内容已变变，从而而，各产产生式执执行效果果也就跟跟着发生生变化））。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统二、基本本特征2、产生生式系统统特点c)相互互影响的的间接性性注：这个个特点有有利于知知识模块块性，但但使产生生式系统统的效率率受到影影响。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统二、基本本特征2、产生生式系统统特点d)机器器可读性性包括机器器识别产产生式、、语法检检查和某某种程度度上的语语义检查查。语法检查查包括无无矛盾性性检验和和冗余检检查。语义检查查涉及知知识的具具体领域域，如通通常数据据库中的的一致性性检验。。可读性的的另一含含义是对对产生式式作出解解释，是是对产生生式系统统为解决决某一问问题所给给答案的的解释，，即，对对推理过过程作出出解释。。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统二、基本本特征2、产生生式系统统特点注：产生生式系统统对某些些领域的的应用是是很有效效的，如如医疗诊诊断，而而对另一一些领域域不那么么适用，，如数学学。其关关键在于于知识能能否模块块化。东南大学学远程教教育人工工智智能能第13讲讲主讲教师师：翟玉玉庆第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统三、产生生式的知知识元形形式1、常量量字符串串是知识元元的最简简单形式式。匹配有精精确匹配配、不完完全匹配配(只要要求LHS中的的知识元元是当前前数据基基中某个个知识元元的子串串即可)。匹配成功功后，RHS的的动作是是把数据据基内该该知识元元中所含含的子串串换成在在RHS中出现现的子串串。注：这种种产生式式系统称称为置换换系统。。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统三、产生生式的知知识元形形式2、变量量若产生式式的左部部均只有有一个符符号，则则这些符符号也称称为变量量。注：引进进变量的的一个效效果是把把命题化化为谓词词，引进进变量后后，可构构造由谓谓词构成成的产生生式系统统，它的的表达能能力要强强得多。。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统三、产生生式的知知识元形形式3、元组组在许多专专家系统统中，经经常以（（对象,属性,值）的的三元组组形式作作为产生生式系统统的知识识元。4、树和和图第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统三、产生生式的知知识元形形式注：1)知识元元可涉及及复杂的的计算，，如exist(x,D)2)一般般地，变变量的作作用域仅仅限于它它所在的的产生式式。若在在匹配过过程中，，某规则则中的一一个变量量被约束束为某个个值，则则同一规规则中所所有同名名变量必必须约束束为同一一个值，，但对其其它规则则中的同同名变量量无任何何影响。。同时，，不论是是规则匹匹配失败败或成功功地结束束，被约约束的变变量均要要恢复原原状，即即只起一一种形式式参数的的作用。。但是也也有例外外，如在在许多语语法置换换系统中中，同一一字符串串中的几几个同名名变量可可被置换换为不同同的子串串。另一一例外是是作用域域的放大大。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统四、推理理方向1、最基基本推理理方式a)向前前推理：：数据驱驱动推理理。b)向后推理理：目标标驱动推推理。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统四、推理理方向2、向前前推理基基本原理理每个产生生式的左左部有一一组条件件，右部部有一组组动作。。每当数数据基的的当前状状态符合合某一产产生式左左部的所所有条件件时，相相应产生生式被激激发，并并执行其其右部的的动作。。这些动动作一般般要修改改数据基基的内容容，动作作执行完完毕，数数据基的的状态可可能已经经发生改改变。此此时，再再找一个个产生式式，…，，如此循循环反复复。S1S2S3执行产生式Pa执行产生式Pb…...第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统四、推理理方向2、向前前推理基基本原理理注：1)在大部部分向前前推理的的产生式式系统中中，每个个条件用用一个谓谓词来表表示，产产生式的的左部是是一串谓谓词，产产生式的的右部也也是一串串谓词。。产生式式的左部部与当前前数据基基匹配成成功的含含义是：：对产生生式左部部所有谓谓词中出出现的变变量可以以实行一一种统一一的置换换，使得得置换后后的谓词词均是当当前数据据基中某某个谓词词的样品品。执行行产生式式右部动动作的含含义是：：把左部部匹配成成功时实实行的那那个变量量置换传传播到右右部来，，使右部部谓词中中出现的的变量按按同一方方式实行行置换。。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统四、推理理方向2、向前前推理基基本原理理注：2)向前推推理可形形成一片片森林。。3)对于于产生式式的激发发还应加加一个条条件：当当执行一一个产生生式右部部的动作作不能改改变数据据基的状状态时，，即使产产生式左左部能与与数据基基匹配，，也不应应当激发发该产生生式。即即，当产产生式的的右部不不能为数数据基增增添新的的谓词时时，就不不应激发发此产生生式，否否则会产产生许多多无用的的空转，，可能使使产生式式系统的的运行不不能停止止。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统四、推理理方向2、向前前推理基基本原理理注：4)在一般般情况下下，运行行产生式式系统应应有一个个目标。。每执行行一次向向前推理理，就要要将当前前数据基基状态与与目标状状态比较较一下，，若已达达到目标标，则停停止运行行。5)有时时，无目目标的向向前推理理也是需需要的。。这往往往是为了了推出所所需要的的全部结结果。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统四、推理理方向3、向后后推理a)基本原理理设目标状状态为S1,则则首先查查看数据据基的当当前状态态是否已已是S1。若是是，则不不必做任任何工作作，问题题已解决决，否则则，查看看有无这这样的规规则R1，可把把状态S2转换换为S1。若有有，则查查看当前前数据基基的状态态是否是是S2，，若是，，则只要要执行R1，即即可达到到状态S1，问问题也可可解决。。若当前前数据基基的状态态不是S2，则则进一步步查看有有无这样样的规则则R2，，可把状状态S3转换为为S2，，若有，，则查看看当前数数据基的的状态是是否是S3,……，如此此反复，，得到一一条向后后推理链链。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统四、推理理方向3、向后后推理a)基本原理理S1S3S2…...执行产生式R1执行产生式R2东南大学学远程教教育人工工智智能能第14讲讲主讲教师师：翟玉玉庆第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统四、推理理方向3、向后后推理b)实现现方式对于这类类产生式式系统，，推理目目标也可可取一个个谓词的的形态，，称为目目标谓词词。推理步骤骤是：以以目标谓谓词为树树根，首首先查看看当前数数据基中中是否有有这样的的谓词存存在，它它们与目目标谓词词存在最广通代代。若有n个这样样的谓词词，则从从树根生生出n枝枝“或枝枝”，每每枝或叉叉的终点点是上述述数据基基谓词经经过最广广通代之之后的一一个样品品；然后后，再查查看有无无这样的的规则，，它们的的右部谓谓词与目目标谓词词之间存存在最广广通代，，若有m个这样的的规则，，第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统四、推理理方向3、向后后推理b)实现现方式(推理步步骤)：：则从树树根再生生出m枝“或或叉”，，每枝或或叉的终终点是上上述规则则的右部部谓词经经过最广广通代之之后的样样品。若若和某个个右部谓谓词相对对应的左左部有k个谓词词，则从从相应或或叉的终终点又生生出k枝枝“与叉叉”，每每枝与叉叉的终点点对应于于一个左左部谓词词，其中中的所有有变元均均已按照照右部谓谓词所作作的最广广通代作作了相应应的置换换。在上述过过程中，，或叉的的起点称称为或结结点，其其终点称称为与结结点；与与叉的起起点称为为与结点点，其终终点称为为或结点点。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统四、推理理方向3、向后后推理b)实现现方式(推理步步骤)：：由上可可知：或或结点和和与结点点互为因因果。按按此办法法不断进进行下去去，可使使与叉和和或叉，，与结点点和或结结点循环环轮回，，生成一一棵树，，称为与与或树。。它可以以是有穷穷的，也也可是无无穷的。。若从一个个或结点点生出的的所有或或叉中，，有一枝枝或叉的的终点是是当前数数据基中中某个谓谓词的一一个样品品，则称称此或结结点成功功，它的的子与结结点(即即上述谓谓词样品品)自然然也成功功，并且且是与或或树的一一个叶结结点。若若从一个个或结点点不能生生出任何何或叉，，则称此此或结点点失败，，它也与与或树的的一个叶叶结点。。第二章知知识识与知识识表示第三节产产生式式系统四、推理理方向3、向后后推理b)实现现方式(推理步步骤)：：若一个个或结点点的所有有子与结结点皆失失败，则则该父或或结点也也失败。。若一个个与结点点成功，，则它的的父或结结点也成成功。若若一个父父与结点点的所有有子或结结点皆成成功，则则该父与与结点也也成功。。若由于某某些叶结结点的成成功，使使得根结结点(它它一定是是或节点点)成功功，则整整个推理理成功。。若到某某个时刻刻，由于于某些叶叶结点的的失败而而使得推推理不再再能进行行，则整整个推理理失败，，否则，，与或树树有可能能无穷地地生长下下去。第二章章知知识识与知知识表表示第三节节产产生式式系统统四、推推理方方向3、向向后推推理c)最最广通通代定定义定义1[通通代]若若有一一组谓谓词W={1,2,…,n}，又又有一一个代代换，使使1=2=……=n，则则称为谓谓词组组W的通通代。。定义2[广广通代代]若若1和和2均是是谓词词组W的通通代，，另有有一个个代换换3，使使得：：[W1]3=W2，，则则称通通代1较较通代代2为广广。定义3[最最广通通代]设设是是谓词词组W的一一个通通代,若对对任意意其它它通代代，，均均比广，，则称称为为W的的一个个最广广通代代。注：最最广通通代可可不唯唯一。。第二章章知知识识与知知识表表示第三节节产产生式式系统统五、框框架问问题1、框框架问问题一般，，每个个谓词词只有有已知知其真真假和和还未未知道道其真真假的的区别别，不不会原原先是是真的的，后后来变变假了了，或或反过过来，，原先先是假假的，，后来来变真真了。。即，，真的的假不不了，，假的的真不不了。。但对于于一些些系统统，谓谓词的的真假假值会会在推推理过过程中中发生生变化化，且且数据据基的的状态态每次次只改改变一一些。。而其其余部部分则则没有有变化化。这这就是是框架架问题题。注：具具有框框架问问题的的系统统主要要是用用于描描述客客观世世界中中状态态变迁迁的系系统。。第二章章知知识识与知知识表表示第三节节产产生式式系统统五、框框架问问题2、处处理方方法a)直直接指指明法法在每个个产生生式中中直接接指明明增加加哪些些谓词词，删删去哪哪些谓谓词。。b)引引入状状态参参数法法在每个个谓词词中增增加一一个状状态参参数，，以使使得一一个谓谓词在在不同同状态态可取取不同同值。。注：具具有不不同状状态参参数的的同一一谓词词是不不同的的谓词词样品品，从从而完完全可可有不不同的的值。。c)谓谓词函函数化化(高高阶逻逻辑法法)所用的的谓词词全部部写成成函数数的形形式，，这样样谓词词样品品就是是项。。第二章章知知识识与知知识表表示第三节节产产生式式系统统六、非非确定定性匹匹配不要求求产生生式的的左部部能与与数据据基中中的数数据完完全匹匹配，，往往往只需需要部部分的的匹配配(主主要是是由于于已有有的信信息不不是十十完备备)，，就可可推出出某些些结论论性的的信息息。注：可可采用用权、、可信信度来来表示示和确确定事事实与与规则则的匹匹配程程序第二章章知知识识与知知识表表示第三节节产产生式式系统统七、匹匹配冲冲突的的解决决1、匹匹配冲冲突在向前前推理理时，，有n个产产生式式(n>1)的左部部均能能与当当前数数据基基中的的数据据匹配配成功功，或或有m组不不同数数据(m>1)均能能和同同一产产生式式的左左部匹匹配成成功，，或两两种情情况的的组合合。在向后后推理理时，，有n个产产生式式(n>1)的的右部部均能能和同同一子子目标标匹配配成功功，或或有m组不不同数数据(m>1)均能能和同同一子子目标标匹配配成功功，或或有l个子子目标标(l>1)均均能找找到相相应的的数据据或产产生式式右部部并匹匹配成成功，，或三三种情情况的的复合合。这就形形成了了匹配配冲突突。第二章章知知识识与知知识表表示第三节节产产生式式系统统七、匹匹配冲冲突的的解决决1、匹匹配冲冲突注：产产生式式系统统中的的解释释执行行系统统必须须具有有某种种选择择功能能，以以便排排除上上面列列举的的二义义性。。这是是在设设计产产生式式系统统时应应该考考虑的的一个个策略略问题题，这这就是是解决决匹配配冲突突的策策略。。2、解解决冲冲突的的策略略a)按事先先排好好的固固定顺顺序b)按按通用用性和和针对对性排排序c)按按数据据的新新鲜性性排序序d)按按子目目标的的新鲜鲜性排排序e)按按使用用产生生式和和数据据的公公平性性排序序f)按按匹配配程度度排序序东南大大学远远程教教育人工工智智能能第15讲主讲教教师：：翟玉玉庆第二章章知知识识与知知识表表示第四节节框框架结结构一、事事物的的属性性1、属属性用于描描述事事物特特性的的项注：1)掌掌握了了事物物的属属性，，就有有关于于事物物的知知识2)属属性一一般具具有属属性名名和相相应值值3)属属性是是描述述事物物的最最小元元素2、属属性表表将同一一事物物的各各方面面属性性列成成一张张表，，构成成该事事物的的属性性表注：1)属属性表表是属属性的的集合合，用用于描描述事事物的的整体体特性性2)属属性表表中的的属性性之间间可存存在依依赖关关系第二章章知知识识与知知识表表示第四节节框框架结结构一、事事物的的属性性3、属属性框框架对于具具有同同样一一些属属性的的事物物,可可将这这些属属性确确定为为属性性框架架注：1)只只要在在此框框架内内对诸诸属性性赋以以不同同的值值,就就可得得到对对同一一类事事物不不同个个体的的描述述2)属属性框框架与与数据据库中中关系系表的的定义义非常常相似似，但但属性性框架架中的的某些些属性性可被被看作作事物物而拥拥有自自己的的属性性表，，从而而可形形成层层次式式的嵌嵌套结结构3)在在对事事物进进行推推理的的过程程中，，事物物的属属性有有时也也要一一起参参加推推理，，推理理可包包含对对有关关属性性的运运算，，运算算结果果组成成推理理结果果的一一部分分第二章章知知识识与知知识表表示第四节节框框架结结构一、事事物的的属性性3、属属性框框架对于具具有同同样一一些属属性的的事物物,可可将这这些属属性确确定为为属性性框架架注：4)属属性框框架内内的属属性之之间可可存在在横向向关系系和纵纵向关关系，，且纵纵向关关系更更能深深刻地地反映映客观观世界界中各各事物物之间间的关关系5)在在事物物子类类的属属性和和事物物母类类的属属性之之间存存在一一种继继承和和发展展的关关系。。继承承可以以是直直接继继承，，也可可是经经过计计算以以新的的值继继承；；可以以是全全盘继继承，，也可可是有有选择择的继继承6)将将事物物及其其属性性分类类-分分层加加以描描述的的方法法是框框架理理论的的基础础第二章章知知识识与知知识表表示第四节节框框架结结构二、框框架1、概概念用于表表示事事物各各方面面的属属性、、事物物之间间的类类属关关系及及事物物的特特征和和变异异等的的概念念2、基基本思思想使用““套套套”——事物物状态态、属属性、、发展展过程程和相相互关关系的的规律律第二章章知知识识与知知识表表示第四节节框框架结结构二、框框架3、框框架的的主要要特征征a)有有一个个框架架名（（可带带有参参数））b)有有一组组属性性，每每个属属性称称为一一个槽槽，里里面可可存放放属性性值c)每每个属属性对对值有有要求求，不不同属属性的的类型型可不不同d)有有些属属性值值可为为子框框架调调用（（可带带参数数）e)有有些属属性值值是预预先确确定，，有些些属性性值需需在生生成实实例时时代入入f)有有些属属性值值在代代入时时需满满足一一定条条件，，有时时，在在不同同属性性的属属性值值之间间还有有一些些条件件需要要满足足第二章章知知识识与知知识表表示第四节节框框架结结构二、框框架4、框框架系系统应应具备备的功功能a)描描述通过工工具建建立和和管理理（查查阅、、修改改、推推理、、…））对