确定性推理方法幻灯片.ppt
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1、确定性推理方法确定性推理方法第1页,共74页,编辑于2022年,星期一确定性推理方法确定性推理方法l l知知知知识识识识是是是是人人人人工工工工智智智智能能能能研研研研究究究究的的的的一一一一个个个个核核核核心心心心问问问问题题题题,它它它它包包包包括括括括两两两两个个个个方方方方面面面面:知知知知识识识识表表表表示示示示和和和和知知知知识识识识推推推推理理理理,即即即即如如如如何何何何在在在在人人人人工工工工智智智智能能能能中中中中清清清清晰晰晰晰地地地地表表表表示示示示人人人人类类类类的的的的常常常常识识识识,并并并并运运运运用用用用这这这这些些些些常识去进行符合人类行为的推理。常识去进行
2、符合人类行为的推理。常识去进行符合人类行为的推理。常识去进行符合人类行为的推理。l l 按按按按照照照照推推推推理理理理过过过过程程程程所所所所用用用用知知知知识识识识的的的的确确确确定定定定性性性性,推推推推理理理理可可可可分分分分为为为为确确确确定定定定性性性性推推推推理理理理和和和和不不不不确确确确定定定定性性性性推推推推理理理理。自自自自然然然然演演演演绎绎绎绎推推推推理理理理和和和和归归归归结结结结推推推推理理理理是是是是经经经经典典典典的的的的确确确确定定定定性性性性推推推推理理理理,它它它它们们们们以以以以数数数数理理理理逻逻逻逻辑辑辑辑的的的的有有有有关关关关理理理理论论论论、
3、方方方方法法法法和和和和技技技技术术术术为为为为理理理理论论论论基基基基础础础础,是是是是机机机机械械械械化化化化的的的的、可可可可在在在在计计计计算算算算机机机机上上上上加加加加以以以以实实实实现现现现的的的的推推推推理方法。理方法。理方法。理方法。第2页,共74页,编辑于2022年,星期一第第3章章 主要内容主要内容l l3.1 推理概述推理概述 l l3.2确定性推理的逻辑基础确定性推理的逻辑基础 l l3.3 演绎推理方法演绎推理方法 l l3.4归结推理方法归结推理方法 l l3.5 归结过程中的控制策略归结过程中的控制策略 第3页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述
4、推理概述 l l3.1.1 推理的概念推理的概念 l l3.1.2 推理的方法推理的方法 l l3.1.3 推理的控制策略推理的控制策略 l l3.1.4 推理中的冲突推理中的冲突 第4页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理概述 l l3.1.1 3.1.1 推理的概念推理的概念推理的概念推理的概念 所所谓谓推推理理是是指指按按照照某某种种策策略略从从已已知知事事实实出出发发去去推推出出结结论论的的过过程程。知知识识推推理理是是指指在在计计算算机机或或智智能能机机器器中中,在在知知识识表表达达的的基基础础上上,利利用用形形式式化化的知识模型,进行机器思维求解问题,实现状态转
5、移的智能操作序列。的知识模型,进行机器思维求解问题,实现状态转移的智能操作序列。推推理理所所用用的的事事实实可可分分为为两两种种情情况况,一一种种是是与与求求解解问问题题有有关关的的初初始始证证据据;另另一一种种是是推理过程中所得到的中间结论,这些中间结论可以作为进一步推理的已知事实或证据。推理过程中所得到的中间结论,这些中间结论可以作为进一步推理的已知事实或证据。例:例:商品是用来交换的,所以,有些用来交换的是商品。商品是用来交换的,所以,有些用来交换的是商品。老虎是要吃人的,东北虎是老虎;所以,东北虎是要吃人的。老虎是要吃人的,东北虎是老虎;所以,东北虎是要吃人的。智智能能系系统统的的推推
6、理理包包括括两两个个方方面面的的基基本本问问题题:一一个个方方面面是是推推理理的的方方法法,另另一一个个方方面面是推理的控制策略。是推理的控制策略。第5页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理概述 l l3.1.2 3.1.2 推理的方法推理的方法推理的方法推理的方法 推推理理有有很很多多种种方方法法,根根据据知知识识表表示示方方式式分分类类分分为为“图图搜搜索索”方方法法及及“逻逻辑辑论论证证”方方法法;根根据据逻逻辑辑基基础础分分类类可可分分为为演演绎绎推推理理、归归纳纳推推理理、默默认认(缺缺省省)推推理理;根根据据知知识识的的确确定定性性分分类类分分为为确确定定性性推
7、推理理与与非非确确定定性性推推理理;根根据据推推理理过过程程的的单单调调性性分分类类分分为为单单调调推推理、非单调推理。理、非单调推理。1演绎推理:演绎推理:演演绎绎推推理理是是一一种种由由一一般般到到个个别别的的推推理理方方法法,其其核核心心是是三三段段论论,由由一一个个大大前前提提、一个小前提和一个结论这三部分组成的。其逻辑式为:一个小前提和一个结论这三部分组成的。其逻辑式为:l大前提是已知的一般性知识或推理过程得到的判断;大前提是已知的一般性知识或推理过程得到的判断;l小前提是关于某种具体情况或某个具体实例的判断;小前提是关于某种具体情况或某个具体实例的判断;l结论是由大前提推出的,并且
8、适合于小前提的判断。结论是由大前提推出的,并且适合于小前提的判断。第6页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理概述 l l3.1.2 3.1.2 推理的方法推理的方法推理的方法推理的方法 1演绎推理:演绎推理:例:有如下三个判断:例:有如下三个判断:计算机系的学生都会编程序;(一般性知识)计算机系的学生都会编程序;(一般性知识)程强是计算机系的一位学生;(具体情况)程强是计算机系的一位学生;(具体情况)因此程强会编程序。(结论)因此程强会编程序。(结论)这这是是一一个个三三段段论论推推理理。其其中中:“计计算算机机系系的的学学生生都都会会编编程程序序”是是大大前前提提,“程程
9、强强是是计计算算机机系系的的一一位位学学生生”是是小小前前提提,那那么么“程程强强会会编编程程序序”是是经经演演绎推出来的结论。其结论蕴含在大前提中,这就是典型的演绎推理三段论。绎推出来的结论。其结论蕴含在大前提中,这就是典型的演绎推理三段论。第7页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理概述 l l3.1.2 3.1.2 推理的方法推理的方法推理的方法推理的方法2归纳归纳推理推理 归归纳纳推推理理的的基基本本思思想想是是:先先从从已已知知事事实实中中猜猜测测出出一一个个结结论论,然然后后对对这这个个结论结论的正确性加以的正确性加以验证验证。例如常用的数学。例如常用的数学归纳归
10、纳法。法。归归纳纳推推理理的的类类型型按按照照所所选选取取的的事事例例的的广广泛泛性性可可分分为为完完全全归归纳纳推推理理、不不完完全全归归纳纳推推理理。归归纳纳推推理理按按照照推推理理所所使使用用的的方方法法可可分分为为枚枚举举归归纳纳推推理理、类类比比归归纳纳推推理、默理、默认认推理等。推理等。(1)枚枚举举归归纳纳推推理理:是是由由已已观观察察到到的的事事物物都都有有某某属属性性,而而没没有有观观察察到到相反的事例,从而推出某相反的事例,从而推出某类类事物都有某属性。事物都有某属性。(2)类类比比归归纳纳推推理理:指指在在两两个个或或两两类类事事物物有有许许多多属属性性都都相相同同或或相
11、相似似的的基基础础上上,推出它推出它们们在其它属性上也相同或相似的一种在其它属性上也相同或相似的一种归纳归纳推理。推理。(3)默默认认推推理理:称称为为缺缺省省推推理理,它它是是在在知知识识不不完完全全的的情情况况下下假假设设某某些些条条件件已已经经具具备备所所进进行的推理。行的推理。第8页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理概述 l l3.1.2 3.1.2 推理的方法推理的方法推理的方法推理的方法3演绎推理与归纳推理的区别:演绎推理与归纳推理的区别:演演绎绎推推理理是是在在已已知知领领域域内内的的一一般般性性知知识识的的前前提提下下,通通过过演演绎绎求求解解一一个个具具
12、体体问问题题或或者者证证明明一一个个结结论论的的正正确确性性。它它所所得得出出的的结结论论实实际际上上早早已已蕴蕴含含在在一一般般性性知知识识的的前前提提中中,演演绎绎推推理理只只不不过过是是将将已已有有事事实实揭揭露露出出来来,因此它不能增殖新知识。因此它不能增殖新知识。归归纳纳推推理理所所推推出出的的结结论论是是没没有有包包含含在在前前提提内内容容中中的的。这这种种由由个个别别事事物或现象推出一般性知识的过程,是增殖新知识的过程。物或现象推出一般性知识的过程,是增殖新知识的过程。4推理的其它分类:推理的其它分类:(1)确定性推理与不确定推理)确定性推理与不确定推理(2)单调推理与非单调推理
13、)单调推理与非单调推理(3)启发式推理与非启发式推理)启发式推理与非启发式推理第9页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理概述 l l3.1.3 3.1.3 推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略 推推理理的的控控制制策策略略是是指指如如何何使使用用领领域域知知识识使使推推理理过过程程尽尽快快达达到到目目标标的的策策略略,主主要要是是指指推推理理方方向向的的选选择择、推推理理时时所所用用的的搜搜索索策策略略及及冲冲突突解解决决策策略略等等。推理的控制策略包括推理策略和搜索策略。推理的控制策略包括推理策略和搜索策略。l推理策略主要解决推理方向、求解策略、冲突消
14、解策略等问题。推理策略主要解决推理方向、求解策略、冲突消解策略等问题。l搜索策略主要解决推理线路、推理效果、推理效率等问题。搜索策略主要解决推理线路、推理效果、推理效率等问题。按按照照对对推推理理方方向向的的控控制制,推推理理可可分分为为正正向向推推理理、反反向向推推理理、混混合合推推理及双向推理四种情况。一般都要求系统具有三个要素:理及双向推理四种情况。一般都要求系统具有三个要素:l一个存放知识的知识库一个存放知识的知识库 l一个存放初始事实和中间结果的数据库一个存放初始事实和中间结果的数据库 l一个用于推理的推理机一个用于推理的推理机第10页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理
15、概述推理概述 l l3.1.3 3.1.3 推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略3.1.3.1 正向推理正向推理正正向向推推理理是是由由已已知知事事实实出出发发,正正向向使使用用推推理理规规则则向向结结论论方方向向的的推推理,算法步骤描述如下:理,算法步骤描述如下:(1)把把用用户户提提供供的的初初始始证证据据放放入入综综合数据库;合数据库;(2)检检查查综综合合数数据据库库中中是是否否包包含含了了问问题题的的解解,若若已已包包含含,则则求求解解结结束束,并并成功推出;否则执行下一步;成功推出;否则执行下一步;第11页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理
16、概述 l l3.1.3 3.1.3 推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略3.1.3.1 正向推理正向推理(3)检检查查知知识识库库中中是是否否有有可可用用知知识识,若若有有,形形成成当当前前可可用用知知识识集,执行下一步;否则转集,执行下一步;否则转(5)。(4)按按照照某某种种冲冲突突消消解解策策略略,从从当当前前可可用用知知识识集集中中选选出出一一条条规规则则进进行行推推理理,并并将将推推出出的的新新事事实实加入综合数据库种,然后转加入综合数据库种,然后转(2)。第12页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理概述 l l3.1.3 3.1.3 推理的控
17、制策略推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略3.1.3.1 正向推理正向推理(5)询询问问用用户户是是否否可可以以进进一一步步补补充充新新的的事事实实,若若可可补补充充,则则将将补补充充的的新新事事实实加加入入综综合合数数据据库库中中,然然后后转转(3);否否则则表表示示无无解解,失失败败退退出。出。第13页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理概述 l l3.1.3 3.1.3 推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略例:请用正向推理完成以下问题的求解:假设知识库中包含有以下例:请用正向推理完成以下问题的求解:假设知识库中包含有以下2 2条规则:条规则:
18、r1 r1:IF B THEN C IF B THEN C r2 r2:IF A THEN B IF A THEN B已知初始证据已知初始证据A A,求证目标,求证目标C C。解:本例的推理过程如下:解:本例的推理过程如下:推推理理开开始始前前,综综合合数数据据库库为为空空。推推理理开开始始后后,先先把把A A放放入入综综合合数数据据库库,然然后后检检查查综综合合数数据据库库中中是是否否含含有有该该问问题题的的解解,回回答答为为“N”“N”。接接着着检检查查知知识识库库中中是是否否有有可可用用知知识识,显显然然r2r2可可用用,形形成成仅仅含含r2r2的的知知识识集集。从从该该知知识识集集中中
19、取取出出r2r2,推推出出新新的的实实事事B B,将将B B加加入入综综合合数数据据库库,检检查查综综合合数数据据库库中中是是否否含含有有目目标标C C,回回答答为为“N”“N”。再再检检查查知知识识库库中中是是否否有有可可用用知知识识,此此时时由由于于B B的的加加入入使使得得r1r1为为可可用用,形形成成仅仅含含r1r1的的知知识识集集。从从该该知知识识集集中中取取出出r1r1,推推出出新新的的实实事事C C,将将C C加加入入综综合合数数据据库库,检检查查综综合合数数据据库库中中是是否否含含有有目目标标C C,回回答答为为“Y”“Y”。它说明综合数据库中已经含有问题的解,推理成功结束,目
20、标它说明综合数据库中已经含有问题的解,推理成功结束,目标C C得证。得证。第14页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理概述 l l3.1.3 3.1.3 推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略3.1.3.2 反向推理反向推理 反反向向推推理理是是以以某某个个假假设设目目标标作作为为出出发发点点的的一一种种推推理理,又又称称为为目目标标驱驱动推理或逆向推理。动推理或逆向推理。反向推理过程如图:反向推理过程如图:第15页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理概述 l l3.1.3 3.1.3 推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略推理的控
21、制策略3.1.3.2 反向推理反向推理算法描述如下:算法描述如下:(1)将要求证的目标(称为假设)构成一个假设集;)将要求证的目标(称为假设)构成一个假设集;(2)从从假假设设集集中中选选出出一一个个假假设设,检检查查该该假假设设是是否否在在综综合合数数据据库库中中,若若在在,则则该该假假设设成成立立,此此时时,若若假假设集为空,则成功退出,否则仍执行设集为空,则成功退出,否则仍执行(2);若该假设不在数据库中,则执行下一步;若该假设不在数据库中,则执行下一步;(3)检检查查该该假假设设是是否否可可由由知知识识库库的的某某个个知知识识导导出出,若若不不能能由由某某个个知知识识导导出出,则则询询
22、问问用用户户该该假假设设是是否否为为可可由由用用户户证证实实的的原原始始事事实实,若若是是,该该假假设设成成立立,并并将将其其放放入入综综合合数数据据库库,再再重重新新寻寻找找新新的的假设,若不是,则转假设,若不是,则转(5);若能由某个知识导出,则执行下一步;若能由某个知识导出,则执行下一步;(4)将知识库中可以导出该假设的所有知识构成一个可用知识集;)将知识库中可以导出该假设的所有知识构成一个可用知识集;(5)检查可用知识集是否为空,若是,失败退出;否则执行下一步;)检查可用知识集是否为空,若是,失败退出;否则执行下一步;(6)按冲突消解策略从可用知识集中取出一个知识,继续;)按冲突消解策
23、略从可用知识集中取出一个知识,继续;(7)将该知识的前提中的每个子条件都作为新的假设放入假设集,然后转)将该知识的前提中的每个子条件都作为新的假设放入假设集,然后转(2)。第16页,共74页,编辑于2022年,星期一3.1 推理概述推理概述 l l3.1.3 3.1.3 推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略推理的控制策略例:请用反向推理完成以下问题的求解:假设知识库中包含有以下例:请用反向推理完成以下问题的求解:假设知识库中包含有以下2 2条规则:条规则:r1 r1:IF B THEN C IF B THEN C r2 r2:IF A THEN B IF A THEN B已知初始证据已知
24、初始证据A A,求证目标,求证目标C C。解解:其其推推理理过过程程如如下下:推推理理开开始始前前,综综合合数数据据库库和和假假设设集集均均为为空空。先先将将初初始始证证据据A和和目目标标C分分别别放放入入综综合合数数据据库库和和假假设设集集,然然后后从从假假设设集集中中取取出出一一个个假假设设C,查查找找C是是否否为为综综合合数数据据库库中中的的已已知知事事实实,回回答答为为“N”。再再检检查查C是是否否能能被被知知识识库库中中的的知知识识所所导导出出,发发现现C可可由由r1导导出出,于于是是r1被被放放入入可可用用知知识识集集。接接着着从从可可用用知知识识集集中中取取出出r1,将将其其前前
25、提提条条件件B作作为为新新的的假假设设放放入入假假设设集集。检检查查B是是否否为为综综合合数数据据库库中中的的实实事事,回回答答为为“N”。再再检检查查B是是否否能能被被知知识识库库中中的的知知识识所所导导出出,发发现现B可可由由r2导导出出,于于是是r2被被放放入入可可用用知知识识集集。从从可可用用知知识识集集中中取取出出r2,将将其其前前提提条条件件A作作为为新新的的假假设设放放入入假假设设集集。然然后后从从假假设设集集中中取取出出A,检检查查A是是否否为为综综合合数数据据库库中的实事,回答为中的实事,回答为“Y”。说明该假设成立,由于无新的假设,故推理过程成功结束,于是目标说明该假设成立
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