人工智能ppT优秀PPT.ppt

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1、教学支配人工智能及其发展学问表示确定性推理不确定推理搜寻策略机器学习学问获得专家系统其次章 学问表示基本观点：学问是智能的基础智能是运用学问的过程、行为探讨学问及其结构、获得、应用是建立智能系统的基础学问工程的观点：智能是建立在确定数量和质量的学问基础上的，它是学问的表现形式，是学问运用的结果或外在表现形式本章主要内容学问及其特征学问表示方法1、基本概念什么是学问数据：泛指对客观事物的数量、属性、位置及其相互关系的抽象表示信息：数据在特定场合（上下文）的含义。数据是信息的载体和表示学问：把有关信息关联在一起的信息结构，是人们对客观世界相识的结晶比较85小王上次数学考试成果85分小王上次数学考试

2、成果在班上名列前茅学问的特性相对正确性：相识的局限性和条件、环境的限制不确定性：随机性引起不确定性模糊性引起不确定性不完全性引起不确定性阅历性引起不确定性可表示性学问要能被表示才能被记载和传播可利用性学问要可应用才有意义，人们才情愿去学习和驾驭学问分类按表示形式划分对象学问，事务学问，性能学问，元学问按作用范围划分常识学问，领域（专业）学问按应用层次划分事实学问，过程学问，限制学问按是否确定划分确定性学问，不确定性学问按结构与表现划分逻辑学问，形象学问按抽象程度划分0级学问，1级学问，2级学问运用学问：分为4个层面学问获得从已知的学问动身，如何使智能系统获得更多的学问主要途径：更新、重组、推理

3、学问表示与存储学问表示方法学问存储技术学问检索通过确定的策略，搜寻适合当前运用的学问推理应用利用已有学问，通过推理规则产生新的学问利用已有学问，解决应用问题学问表示表示问题学问表示是对学问的一种描述或一组约定，是一种计算机可以识别和存取的数据结构描述、约定、数据结构注：目前，人们对学问的结构、机制等尚未完全搞清晰，关于学问表示的理论与规范尚未完全建立。表示方法显式表示法，符号表示法用各种包含具体含义的符号的有序组合表示学问隐式表示法，连接表示法用神经元间的连接及其连接的强弱表示学问说明性表示法，静态表示法侧重于客体、事务、事实及相关联系和状态的静态方面过程性表示法，动态表示法将学问的表示融合到

4、学问的应用过程中表示方法选择充分表示领域学问有利于对学问的利用便于学问的组织、管理和维护便于理解和实现学问表示难点常识性学问及其表示2、一阶逻辑表示法表示方法表示事实学问表示事物的状态、属性、概念等事实形式：谓词或谓词公式例：成果90分以上是优秀：good(x,90)重庆是长江边的城市：near(重庆，长江)50万人口以上的城市是大城市：bigcity(x)population(x,50万)表示因果关系形式：逻辑蕴涵式 xy例：自然数都是大于零的整数：（x)(N(x)GZ(x)I(x)全部的整数不是奇数就是偶数：（x)(I(x)O(x)E(x)一阶逻辑不适合于表示过程学问和限制学问应用规划猴子

5、取香蕉问题。P.108。房内有一只猴子位于a处、一个箱子位于c处，在b处的正上方挂了一串香蕉。猴子须要把箱子推到香蕉下，然后爬上箱子才能拿到香蕉。设定谓词：at(x,y)x在y处has(x,y)x手中有yon(x,y)x在y上可能的行动goto(x,y)猴子从x处到y处条件：at(monkey,x)动作：删除 at(monkey,x)，添加 at(monkey,y)push(x,y)猴子将箱子从x处推到y处条件：at(monkey,x)at(box,x)has(monkey,empty)动作：删除 at(monkey,x),at(box,x)添加 at(monkey,y),at(box,y)u

6、p猴子爬到箱子上条件：(x)at(monkey,x)at(box,x)动作：删除 at(monkey,x)添加 on(monkey,box)take猴子取香蕉条件：on(monkey,box)has(monkey,empty)at(box,b)动作：删除 has(monkey,empty)添加 has(monkey,banana)行动规划初始状态：at(monkey,a)at(box,c)has(monkey,empty)目标：has(monkey,banana)行动过程at(monkey,a)，at(box,c)，has(monkey,empty)goto的条件满足，实行goto(a,c)行

7、动at(monkey,c)，at(box,c)，has(monkey,empty)push的条件满足，实行push(c,b)行动at(monkey,b)，at(box,b)，has(monkey,empty)up的条件满足，实行up行动at(box,b)，has(monkey,empty)，on(monkey,box)take的条件满足，实行take行动at(box,b)，has(monkey,banana)，on(monkey,box)目标已达到，行动结束留意：在实行push行动时，up的条件也满足，因此可以执行的动作通常不是唯一的。例子中，造成状态转换的缘由是运用了相关的行动。然而应接受怎

8、样的行动序列，一阶谓词是不能很好解决的。？例子中，运用了哪些学问，这些学问怎样表示？请大家思索。3、产生式表示法产生式的形式形式产生式通常用于表示具有因果关系的学问。一般形式：if P CF(P)then Q CF(Q)或 P Q (CF(P),CF(Q)语义：在信任P为真(可信度CF(P)时，得到结论或执行操作Q，其可信度为CF(Q)形式化描述：=(CF(P),CF(Q)：=|：=|：=|：=，.例：IF 路面是湿的 THEN 正在下大雨 (1，0.8)IF 正在下大雨 THEN 路面是湿的 （1，1）蕴含式与产生式的区分产生式中，Q可为事实也可为操作蕴含式用于表示精确的学问，产生式可表示精

9、确与不精确（具有某种可信度）学问。例：设有如下问题（小方块移动）：在一个3X3的方框内放有18编号的小方块紧邻空位的小方块可以移入空位上通过移动小方块可以变更方框内小方块的布局要求：用产生式表示移动小方块的操作问题的解：要求给出产生式规则小方块可能的移动方向：上、下、左、右规则：R1：IF 小方块左侧为空 THEN 小方块左移R2：IF 小方块右侧为空 THEN 小方块右移R3：IF 小方块上侧为空 THEN 小方块上移R4：IF 小方块下侧为空 THEN 小方块下移产生式系统的结构综合数据库存放与求解问题有关的数据事实学问。如病人的病情存放问题求解过程中的中间结果事实学问，如病人的检查结果存

10、放问题的解事实学问，如诊断结果、治疗方案数据库状态随学问的应用而变更，它由初始状态到目标状态的变更过程即是问题的求解过程。数据库中数据的形式为：（特征，对象，值，可信度）如 （年龄，王五，25，0.7）学问库，规则库存放与问题求解相关的学问产生式存放与学问相关的操作存放与学问相关的可信度等其它信息规则库=学问库限制系统，推理机匹配事实与学问的前提，确定可选用的学问解决匹配冲突运用学问或执行操作修改数据库判定数据库的状态，适时终止系统的运行结构图示例：构造小方块移动的产生式系统综合数据库基本要求：能便利存放布局，便于判定结束条件形式：矩阵字符串：初始状态：283164705 目标状态：12380

11、4765学问库（规则库）基本要求：便利存放规则，便于规则选择、运用形式：（前提条件，操作）限制系统，推理机基本要求：一组运用规则的程序，灵敏的接口程序模块：选择规则模块：当前状态判定，确定要执行的规则执行规则模块：新增数据，删除数据产生式系统的分类对产生式系统有多种分类方法按推理方向划分：前向、后向、双向产生式系统按表示学问特征：确定性、非确定性产生式系统按系统结构特征：可交换、可分解、可复原产生式系统可交换产生式系统定义：这样的产生式系统对规则（学问）的运用次序无关，即无论先运用那条学问都可以达到目标基本性质可用规则集合不变不随综合数据库的变更而变更综合数据库性质不变综合数据库DB满足目标时

12、，随意运用规则R后，新的综合数据库照旧满足目标与选用规则次序无关综合数据库单调递增随规则的运用，综合数据库的内容递增例：书P70可分解产生式系统定义：一个产生式系统中的规则库可能很大，若能将它划分为多个子库，但不影响规则的应用和规则应用的结果，称为可分解的产生式系统可分解的条件：综合数据库和终止条件都可以分解为若干独立的部分求解问题的特征：用图表示可分解产生式系统求解问题的过程时，得到一棵与/或树例：书P70可复原产生式系统定义：产生式系统若能通过应用规则撤消或修改对综合数据库产生的影响，称为可复原的产生式系统系统特征：系统是可回溯的例：书P108，3.13产生式系统的优缺点优点自然性模块性有

13、效性清晰性不足效率不高不能表达具有结构性的学问适用领域学问间关系不亲密，不存在结构关系具有阅历性和不确定性的学问，且相关领域中对这些学问没有严格、统一的理论问题的求解为一些相对独立的操作组成，每个操作可以被表示为一条或多条产生式规则4、语义网络表示相关概念语义网络：是通过概念及其语义关系表示学问的一种有向图顶点：表示实体，指各种事物、概念、状况、属性、动作、状态等弧/边：表示实体间的联系，指所连接顶点间的某种语义关系。该关系被记录在弧上作为弧的标识。属性：表示实体的某种特征。例：狗是一种有毛有尾巴的动物。猎狗是一种会狩猎的狗。语义网络的形式化描述（BNF范式）:=|Merge(，.):=:=（

14、，.）:=:=|Merge是一个合并过程，它把括弧中的全部基本网元关联在一起，即把相同顶点合并为一个，从而构成一个语义网络。常用的语义联系系统预定义的语义联系个体与整体，成员与集合a member of小王是一个学生类属关系，子集与全集is a全班的男同学是学生全局与组成部分a part ofcompose of车轮是汽车的一部分属性和占有have小王有一辆自行车时间before,after,at,小王在小李达到前就离开了位置located on(at,under,outside,inside,)桌子上有一本书相像，接近similar to,near to,这两辆自行车很象注：有些语义联系须要

15、在确定的上下文中才能区分，因此，对语义的表示应留意上下文环境例：鸟有翅膀。可以认为翅膀是鸟的组成部分（composed of）,也可认为鸟具有翅膀属性（have）学问表示表示事实学问简洁事实的表示，如前例带与/或顶点的表示参会者有男、有女，有的年老、有的年青行为与事务张山给肖红一本书“小信使”这支鸽子从春天到秋天占有一个窝表示事实间的联系表示分类表示聚集表示推论时间、位置多元关系例：John打了他的经理Tom后失业了。表示困难学问部分语义网络，语义网络分区基本思路：把一个表示困难学问的命题划分为若干子命题，每个子命题用一个较简洁的语义网络表示，称为子空间，多个子空间构成一个大空间。每个子空间被

16、视为大空间中的一个顶点，称为超节点（超顶点）例：王五有辆黑色的飞鸽牌28型自行车，张三有辆红色的金狮牌26型自行车下列两个语义网络各表达了什么样的语义？每个语文老师都要求他的学生背诵一首唐诗。约定子空间中全部非全称量词都是全称量词的函数，否则应放到子空间外每个全称量词都有一条弧顶点与弧顶点：每个顶点含有的信息至少包括指向该顶点的弧由该顶点发出的弧顶点名称顶点位置顶点特性表相关空间弧：每条弧至少包含的信息有弧名起始顶点终止顶点特性表相关空间基于语义网络的推理语义网络系统：用语义网络表示学问的问题求解系统。语义网络构成的学问库求解问题的说明程序语义网络推理机问题求解过程依据待求解问题的要求，构造一

17、个网络片断，其中有些顶点或弧是空的，反映待求解的问题依此网络片断到学问库中去找寻可匹配的网络，以找出所须要的信息当问题的语义网络片断与学问库中的某语义网络片段匹配时，则与询问处匹配的事实或联系就是问题的解例：语意义网络：John打了他的经理Tom后失业了问题：Tom干了什么？解：构造问题子网络匹配：问题的解：问题：Tom与John是什么关系？表示方法的优缺点优点结构性联想性自然性缺点非严格性处理上的困难性5、框架表示法基本概念理论基础Minsky 1975年指出，人们对现实世界中各种事物相识都是以一种类似于框架的结构存储在记忆中的。当面临一个新事物时，就从记忆中找出一个合适的框架，并依据实际状

18、况对其微小环节加以修改、补充，从而形成对当前事物的相识。框架框架是一种描述所论述对象（事物、事务、概念等）属性的数据结构。框架是学问表示的一个基本单位框架结构基本结构构成一个框架是由框架名、若干个槽和一组约束条件组成每个槽由槽名和若干个侧面或由槽名和槽值组成每个侧面由侧面名和若干个侧面值组成形式描述:=框架头:=框架名:=|(,):=，:=约束,:=|:=|:=|:=:=|:=|:=|:=|,:=:=，例：框架名：姓名：张三年龄：30性别：男职称：讲师部门：计算机软件系开课：自考课程：数字逻辑，C，InterNet基础 本科课程：C，软件技术基础，数据结构工作时间：1995.8型与值框架的型指

19、框架结构。它描述了框架所含的槽、侧面、约束和相关的缺省值。当框架的槽、侧面、约束等被填充了具体的值以后，称为框架值，简称值。特殊的槽、侧面值：缺省值，默认值槽或侧面最常出现的值槽的类属特性每个实例都存在且相同的值。应用具体问题的框架结构建立的要点：依据描述找出关键词给出描述所关切的问题的关键词确定这些关键词之间的联系确定关键词所描述的特征的取值范围和特殊值依据描述，给出框架值困难框架结构框架嵌套框架嵌套包含框架间的横向与纵向两方面的联系框架间的横向联系当干脆将一个框架作为另一个框架的子框架槽或侧面时，表示了框架间的横向联系例：老师框架 姓名 性别 年龄 职称 住址 开课 .地址框架 国家 省市

20、区 城市 区 街道 门牌 邮编 .当两个框架间有足够多的共同槽或侧面时，认为它们具有相像性，用Similar相联系例：老师框架与试验员框架是Similar。它们的差别是：老师框架中的“开课”槽被更换为“试验”槽，其它槽和侧面可以不变更。框架间的纵向联系当两个框架间可以通过子集或ISA关系相连时，反应了它们间的纵向联系。纵向联系表示了框架间的继承性。例：实体的分类框架网络在智能系统中，框架通过横向和纵向的联系而构成网络，称为框架网络。好用系统中的框架通常是框架网络。框架用于学问表示用于表示事实一般地，实体的每个属性都要有相应的槽或侧面来反映。槽与侧面的区分在于表示微小环节的程度不同例：如前述各例

21、用于表示联系ISA槽：表示实体间抽象概念的类属关系，一种/一类例：框架名 ISA：脑力：特好.Subclass槽：表示子集与超集的关系Instance槽：表示实例框架例：框架名 Instance：，姓名：.Part-of槽：表示部分与全体，强调组成部分例：桌子与教室，车轮与车Infer槽：表示框架间的逻辑关系推理例框架名 症状1：咳嗽症状2：发烧Infer：可信度：0.8Possible-Reason槽：Infer的逆注：以上这些槽（侧面）可认为是系统预定义的。依据须要可以自定义一些槽（侧面）基于框架表示的问题求解过程核心：框架匹配槽、侧面匹配过程：框架表示法的特点优点：结构性继承性自然性不足

22、：不易表示过程学问6、概念从属表示法基本概念大多数的学问表示接受关系、实体集、属性、函数（谓词）来刻划论域。论域：由本体论（Ontology）的基本原语构成原语：实体、关系、实体集、属性、函数等以基本对象及其关系表达的学问，用论域方法进行探讨是合适的。概念从属主要探讨自然语言理解，以表示语言的语义。观点：本体论是由若干概念及概念框架构成。概念化对象能够与其它概念化对象连接起来建立无限困难的结构。连接过程中，基本结构块不变，连接方法也不变。主要概念：实体：不同类型实体动作：不同类型动作概念格：不同概念格概念时态：不同的概念时态概念从属（概念间的联系）基本构件（基本构造块）原语概念类别PP：对象P

23、A：对象修饰语或对象属性ACT：动作AA：动作修饰语或动作属性动作类型ATRANS：抽象关系的转移，指全部权或责任的变更ATTEND：将感觉器官的留意力集中CONC：人类思索活动EXPEL：从动物体内排出某种东西GRASP：行为者限制对象INGEST：动物摄取对象MBUILD：综合思维，依据原有信息建立新信息MOVE：行为者移动自己的某一部位MTRANS：使大脑进入有意识的思维PROPEL：向一对象施加物理作用PTRANS：对象从一处到另一处的物理位移SPEAK：产生声音注：探讨者认为，每个人的全部动作（包括人类的思维活动）都可以分解为上述12个原语动作。动作由连接行为者与动作间的双箭头表示例

24、：BillINGEST概念格O：宾格(objective)D：方向(directive)R：受格(recepient)I：工具(instrumental)注：每个动作都必需包含一个或多个概念格用单箭头表示从属方向，双箭头表示双向从属关系例：BillINGEST O Tea JackJack ATRANS|R O Jill Job 概念时态C：有条件的delta：不定f：将来时k：持续p：过去时nil：现在时t：语次转换ts：起先语次转换tf：完成语次转换?：疑问/：否定注：当不关切时态时，可以省去概念时态概念时态标注在表示动作的双箭头上例：概念从属结构每一种基本结构表达了一种语义学问结构描述了

25、从基本构件构成概念从属语义表示的方法常用的结构PP ACT：行为者与引起的事务（动作）之间的双向从属关系PP PP：左边的对象属于右边对象（集合）PP PA：对象PP与属性PA之间的关系 CONTAINSPP PP：右边对象是左边对象的特性。通常的特性类型包括：全部（Poss-By），位置（Loc）和物理容积（Cont）。OACT PP：动作与其作用对象之间的关系 PPACT|R PP：动作与其发出者和承受者之间的关系 IACT ACT：动作与执行该动作的工具之间的关系，工具不单是一个简洁的物理对象，而必需包括一个ACT的完全概念化了的对象。PPPP|PP：对象与初始状态和终止状态之间的关系下

26、图表示一个概念化了的对象与引起这个已经概念化对象的另一概念化对象之间的关系。箭头从一个概念对象动身指向它所属的另一个概念化对象。下图1描述了一状态的变更与引起其变更的一动作之间的关系。下图2表示一概念化对象与另一同时发生的概念化对象之间的关系。注：概念从属结构所允许的结构形式是多种多样的。除了大家公认的（称为默认结构）结构外，还可以依据应用的须要定义一些自定义结构。例Jill用拳猛敲Jack使其跌下山坡（图1）。Fred因为听说Whisky对身体有害，所以他停止了饮用这种酒（图2）。（？Fred接着饮酒）特点优点结构性：构件，结构块自然性：与自然语义相近清晰性：图形符号，易于理解不足理论探讨不

27、充分，系统性不强表示上存在差异，不唯一7、过程表示法基本思路将学问溶于推理、应用之中推理过程本身被视为学问策略学问，限制学问表示方法激发条件推理方向向前推理（FR）：当数据库中的已知事实与规则（调用模式）匹配时，规则（过程）才被激活向后推理（BR）：当调用模式与查询目标/子目标相匹配时，规则（过程）才被激活调用模式：由模式（过程/函数）名及其参数组成。形式为：Model_Name（a1，a2，an）或：（Model_Name，a1，a2，an）演绎操作由一系列目标/子目标组成。当激发条件被满足时，按限制策略转到相应的目标或子目标中。状态转换依据目标/子目标执行的结果，对数据库进行修改、更新。返

28、回退出规则调用应用学问表示学问：假如x是y的brother，且x是z的father，则y和z是uncle关系表示确定y和z之间的关系BR(uncle?y?z)Goal(brother?x y)Goal(father x z)Insert(uncle y z)return 应用事实数据库（brother 刘海 刘洋）（father 刘海 刘小海）推理目标（uncle?u?v）替换：u/y，v/z，目标是：（uncle?y?z)，触发条件被满足，起先演绎操作。替换：x/刘海，y/刘洋，由事实，第一个子目标被满足替换：x/刘海，z/刘小海，由事实，其次个子目标被满足执行：Insert(uncle，刘

29、洋，刘小海），修改数据（插入记录）返回：return结论：(uncle，刘洋，刘小海）传统过程调用与过程表示学问运用的区分：过程调用接受参数传递；学问运用接受模式匹配过程调用的目标唯一；学问运用该匹配的模式一般不唯一特点优点效率高限制系统简洁设计不足不易修改不易添加新学问8、过程学问与限制学问的表示学问表示形式：静态表示，说明性表示表示方法动态表示，过程性表示表示方法事实学问的表示静态表示：描述实体、事务、事务等及其关系和状态动态表示：描述事实学问的运用，即如何应用事实学问例过程学问及表示过程学问：如何处理与问题相关的信息（学问）以求得问题的解。即：将与问题相关信息联系、组织起来的学问，并按该

30、学问能够获得问题的解。例：数学归纳法它将已知的、与问题相关的信息按三个步骤进行组织，一旦每个步骤都获得证明，原问题的解（证明）也就得到了。逻辑推理中的假言规则：P，PQ Q可以认为：过程学问是如何运用已有学问来求解问题的规则、方法、定理、定律、思路等方法、形式以问题的求解过程静态表示过程学问：算法、函数、程序过程学问的表示算法、函数、程序例：问题：将序列xi，1in，按从小到大的依次排序抽象后的学问：检查序列，当后面的值比前面的值大时，交换这两个值的位置，直到前面的值都比后面的值小。用到的学问：检查序列，比较两个值的大小，交换位置，重复执行针对具体问题的学问表示算法（略）脚本，剧本例：推理方法

31、限制学问及表示限制学问限制学问或称策略学问是指导如何运用学问的学问。例：有若干过程学问用于解决局部问题，如何将它们有机地联系起来以解决困难问题有若干条可用学问时，选择运用哪条学问时的选择标准是策略学问。限制学问的表示可以运用前面讲过的各种方法。但应留意要便于引用多数接受过程表示9、学问库系统基本概念学问库按统一形式组织和管理的学问的集合学问的物理结构学问的逻辑结构学问库中的学问一般为事实（数据）和规则（学问模式）规则演绎规则用于推理完整性约束规则用于检验事实与数据库的比较学问库管理系统管理学问库的软件集合，简称KBMS基本功能学问获得获得形式化检验：一样性、完整性存入学问演绎：查询：给出某些学

32、问后，询问能否由学问库推出演绎：通过对已有事实和学问，推出新的学问学问操纵：增、删、改学问建模：建立规范化的逻辑、物理结构学问模式（Knowledge Schema，KS）。事实模式规则模式学问限制：存取、操纵、平安、并发、故障等的限制与数据库管理系统（DBMS）相比较学问库系统学问存储、管理和应用支持的软硬件及人员的集合组成学问获得与集成学问获得目的：为学问库供应学问手段/方法对客观世界进行观测、分析、总结对人类专家（领域专家）进行访问、调查理论分析和演绎形式化与规范化表示事实学问的形式化与规范化规则学问的形式化与规范化学问集成缘由不同学问源不同表示问题冗余包含冲突目标一样的学问表示无冲突的学问库简洁的学问库方法手工集成费时易出错自动集成（计算机集成）学问演绎后两章的主要内容学问应用在专家系统一章讲解