人工智能及應用_ch2_2

1、知識表示產(chǎn)生式表示法框架表示法1產(chǎn)生式表示法產(chǎn)生式表示的基本方法。產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構。產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類。產(chǎn)生式表示法的特點。2產(chǎn)生式表示的基本方法事實表示：把事實看作是斷言一個語言變量的值或多個語言變量間的關系的陳述句。例如： 雪是白的。 王蜂熱愛祖國。 對確定性知識的表示為一個三元組： （對象，屬性，值）或 （關系，對象1，對象2） 3產(chǎn)生式表示的基本方法不確定知識表示為一個四元組： （對象，屬性，值，可信度因子） 其中可信度因子是0到1的數(shù)值。（雪，顏色，白）（熱愛，王蜂，祖國）4產(chǎn)生式表示的基本方法規(guī)則的表示：規(guī)則一般描述事物間的因果關系，規(guī)則的產(chǎn)生式表示形式稱為產(chǎn)生式規(guī)則，簡稱為產(chǎn)生

2、式。 PQ 或 IF P THEN Q 置信度P是產(chǎn)生式的前提或前件，一般由事實的邏輯組合構成。Q是產(chǎn)生式的后件或結(jié)論，一般是結(jié)論或操作。5產(chǎn)生式表示的基本方法產(chǎn)生式的含義：如果前件P滿足，則可推出結(jié)論Q，或執(zhí)行Q所規(guī)定的操作。例如：r14：IF 該動物是鳥 AND 會游泳 AND 不會飛 AND 有黑白二色 THEN 該動物是企鵝。6產(chǎn)生式與蘊含式的區(qū)別蘊含式只能表示精確性知識，產(chǎn)生式不僅可以表示精確知識，也可表示不精確性知識。使用過程中對前件的匹配，蘊含式要精確匹配，而產(chǎn)生式可以相似匹配。7產(chǎn)生式表示的示例八數(shù)碼游戲：在3X3的九宮格棋盤上，擺有八個將牌，每個將牌刻有18中的某個數(shù)碼。棋盤

3、上有一個空格，允許將牌向空格移動。給定初始布局和目標布局，如何移動將牌實現(xiàn)從初始布局到目標布局的轉(zhuǎn)變。8產(chǎn)生式表示的示例初始布局目標布局9產(chǎn)生式表示的示例問題的表示：綜合數(shù)據(jù)庫：Sij 1i,j3 Sij1,2,8規(guī)則庫: IF j-11 THEN Sij=Sij-1,Sij-1=0 IF i-11 THEN Sij=Si-1j,Si-1j=0 IF j+13 THEN Sij=Sij+1,Sij+1=0 IF i+13 THEN Sij=Si+1j,Si+1j=010產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構通常將使用產(chǎn)生式表示方法構造的系統(tǒng)稱為產(chǎn)生式系統(tǒng)，產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構如下圖：規(guī)則庫或知識庫綜合數(shù)據(jù)庫控制

4、系統(tǒng)11規(guī)則庫用于存放系統(tǒng)相關領域的所有知識的產(chǎn)生式。有效地表達領域內(nèi)的過程性知識。建立那些產(chǎn)生式規(guī)則；對不確定性知識如何表示；規(guī)則庫中的知識是否具有一定的完備性。對知識進行合理的組織與管理，如將規(guī)則分成無關聯(lián)的子集。12綜合數(shù)據(jù)庫又稱為事實庫，用來存放問題求解過程中信息的數(shù)據(jù)結(jié)構。包含；初始狀態(tài)、原始證據(jù)、推理得到的中間結(jié)論以及最終結(jié)論。13控制系統(tǒng)由一組程序組成的推理機，主要任務：按一定的策略從規(guī)則庫中選擇規(guī)則，與綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實進行匹配，若匹配成功則啟用規(guī)則，否則不使用此規(guī)則。當匹配成功的規(guī)則多于一條時，使用沖突消解機制，選出一條規(guī)則執(zhí)行。執(zhí)行規(guī)則后，將結(jié)果添加到綜合數(shù)據(jù)庫中，若后

5、件是操作時執(zhí)行操作。確定系統(tǒng)執(zhí)行停止的條件是否滿足。14產(chǎn)生式系統(tǒng)的示例用于識別老虎、金錢豹、長頸鹿、企鵝、信天翁和鴕鳥等動物的產(chǎn)生式系統(tǒng)，其包含15條規(guī)則： r1: IF 該動物有毛發(fā) THEN 該動物是哺乳動物。 r2: IF 該動物有奶 THEN 該動物是哺乳動物。 r3: IF 該動物有羽毛 THEN 該動物是鳥。 r4: IF 該動物會飛 AND 會下蛋 THEN 該動物是鳥。 r5: IF 該動物吃肉 THEN 該動物是肉食動物。 r6: IF 該動物有犬齒 AND 有爪 AND 眼盯前方 THEN 該動物是肉食動物。15產(chǎn)生式系統(tǒng)的示例r7: IF 該動物是哺乳動物 AND 有蹄

6、 THEN 該動物是有蹄類動物。r8: IF 該動物是哺乳動物 AND 是嚼反芻 THEN 該動物是有蹄類動物。r9: IF 該動物是哺乳動物 AND 是肉食動物 AND 黃褐色AND 有暗斑點 THEN 該動物是金錢豹。r10: IF 該動物是哺乳動物 AND是肉食動物 AND 黃褐色AND 有黑色條紋 THEN 該動物是老虎。r11: IF 該動物是有蹄類動物 AND 長脖子 AND 長腿 AND 有暗斑點 THEN 該動物是長頸鹿。16產(chǎn)生式系統(tǒng)的示例r12: IF 該動物是有蹄類動物 AND 黑色條紋 THEN 該動物是斑馬。r13: IF 該動物是鳥 AND 長脖子 AND 長腿 A

7、ND 不會飛 THEN 該動物是鴕鳥。r14：IF 該動物是鳥 AND 會游泳 AND 不會飛 AND 有黑白二色 THEN 該動物是企鵝。r15: IF 該動物是鳥 AND 善飛 THEN 該動物是信天翁。17產(chǎn)生式系統(tǒng)的示例根據(jù)規(guī)則可以繪出推理鏈?；ⅫS褐色肉食動物有齒有爪吃肉眼盯前方金錢豹哺乳動物有毛有奶有暗斑點有黑色條紋18產(chǎn)生式系統(tǒng)的示例推理過程確定推理終止條件：目標集（7類動物）或所有規(guī)則使用完畢。已知事實：有暗斑點、有長脖子、有奶、有長腿、有蹄，將其加入綜合數(shù)據(jù)庫。搜索過程：從規(guī)則庫取出r1，將前提與已知事實匹配，不成功。從規(guī)則庫取出r2，將前提與已知事實匹配，成功。執(zhí)行r2得到結(jié)

8、論是哺乳動物，將其加入綜合數(shù)據(jù)庫。此時綜合數(shù)據(jù)庫有暗斑點、有長脖子、有奶、有長腿、有蹄、哺乳動物19產(chǎn)生式系統(tǒng)的示例用r3,r4,r5,r6進行匹配均不成功。從規(guī)則庫取出r7，將前提與已知事實匹配，成功。執(zhí)行r2得到結(jié)論是有蹄動物，將其加入綜合數(shù)據(jù)庫。此時綜合數(shù)據(jù)庫有暗斑點、有長脖子、有奶、有長腿、有蹄、哺乳動物、有蹄動物。用r8,r9,r10進行匹配均不成功。R11與綜合數(shù)據(jù)庫匹配成功，得出結(jié)論該動物是長頸鹿，結(jié)論再目標集中停止搜索。20產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程初始化綜合數(shù)據(jù)庫，把問題的已知事實送入綜合數(shù)據(jù)庫。若規(guī)則庫中存在尚未使用過的規(guī)則，若有則執(zhí)行3；否則轉(zhuǎn)7。檢查規(guī)則庫中未使用的規(guī)則前件能

9、否與綜合數(shù)據(jù)庫中的事實匹配，若有從中選擇一個；否則轉(zhuǎn)6。執(zhí)行當前選中的規(guī)則，并標記，將結(jié)論加入綜合數(shù)據(jù)庫，若結(jié)論是操作，則執(zhí)行操作。21產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程5. 檢查綜合數(shù)據(jù)庫中是否包含了問題的解，若包含，問題解決，求解過程結(jié)束；否則轉(zhuǎn)2。6. 當規(guī)則庫有未使用的規(guī)則，但均不能與已知事實匹配，要求用戶提供新的事實，若提供，則轉(zhuǎn)2；否則，問題無解停止求解過程。7. 若規(guī)則庫中不再有未使用過的規(guī)則，問題無解，停止求解過程。22產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略不可撤回方式：利用問題的局部信息決定選用規(guī)則作用于綜合數(shù)據(jù)庫，在根據(jù)新的狀態(tài)繼續(xù)選取規(guī)則。試探性方式：問題求解時試探某條規(guī)則，若不行則退回原狀態(tài)?；厮莘绞?/p>

10、圖搜索方式23產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型按推理方向正向推理產(chǎn)生式系統(tǒng)；逆向推理產(chǎn)生式系統(tǒng)；雙向推理產(chǎn)生式系統(tǒng)。24產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型按規(guī)則庫和綜合數(shù)據(jù)庫的性質(zhì)和結(jié)構可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng)；可分解的產(chǎn)生式系統(tǒng)；可恢復的產(chǎn)生式系統(tǒng)。25可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng)一個產(chǎn)生式系統(tǒng)對規(guī)則的使用次序無關稱為可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng)。設：DB：綜合數(shù)據(jù)庫。RB：規(guī)則庫。DBi：是第i次使用規(guī)則后得到的綜合數(shù)據(jù)庫。RSRB：是DBi可用的規(guī)則集合。26可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng)產(chǎn)生式系統(tǒng)是可交換的如果RS和DB滿足：使用RS中任意一條規(guī)則R使DB改變后，RS仍是新的R（DB）的可用的規(guī)則集合。如果DBi滿足目標條件，則R（DB）也滿足目標條件。對

11、DBi使用一系列規(guī)則R1，R2，。，Rk得到一個新的綜合數(shù)據(jù)庫DBi+k，改變規(guī)則序列的使用次序得到的綜合數(shù)據(jù)庫依然是DBi+k。27可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng)例：設給定整數(shù)集a,b,c，通過把集合中任意一對元素的乘積作為新元素添加到集合中的辦法擴大整數(shù)集， 要求經(jīng)過若干次操作后生成整數(shù)集a,b,c,ab,bc,ca。 初始狀態(tài)：a,b,c 目標狀態(tài)：a,b,c,ab,bc,ca28可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng) 規(guī)則集： r1: IF a,b,c THEN a,b,c,ab r2: IF a,b,c THEN a,b,c,bc r3: IF a,b,c THEN a,b,c,ca29可分解的產(chǎn)生式系統(tǒng)把一個整體

12、問題分解為若干個子問題，然后通過子問題的求解得到整體問題的解的一種產(chǎn)生式系統(tǒng)。產(chǎn)生式系統(tǒng)可分解的條件：可以將系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)庫DB以及終止條件都分解為若干個獨立的部分30可分解的產(chǎn)生式系統(tǒng)_示例綜合數(shù)據(jù)庫的初始內(nèi)容是C，B，Z，系統(tǒng)的規(guī)則集： r1: IF C THEN D,L r2: IF C THEN B,M r3: IF B THEN M,M r4: IF Z THEN B,B,M 終止條件是生成只包含M的綜合數(shù)據(jù)庫。31可分解的產(chǎn)生式系統(tǒng)C，B，ZCBZB，MD，LBMM，MM，MB，B，MMBBM，MM，M32產(chǎn)生式表示法的特點優(yōu)點：自然性：與人類表達因果關系的形式一樣，自然，直觀，而

13、且便于推理。模塊性：規(guī)則庫、綜合數(shù)據(jù)庫與推理機分離。有效性：即可以表達確定性知識，又可以表達不確定性知識。清晰性：固定的知識格式。33產(chǎn)生式表示法的特點缺點效率不高不適合表達結(jié)構性知識34框架表示法框架表示的基本概念框架系統(tǒng)框架系統(tǒng)求解的基本過程框架表示法的特點35框架表示的基本概念1975年明斯基提出框架理論，并應用于理解視覺和自然語言對話等方面的研究?？蚣艿幕舅悸罚寒斠粋€人遇到新的情況（或看待問題的觀點發(fā)生實質(zhì)變化）時，他會從記憶中選擇一種結(jié)構，即“框架”。這是一種記憶下來的輪廓，按照需要改變其細節(jié)就可以用其擬和真實情況(Minsky 1975)36框架表示的基本概念框架實質(zhì)上是一種數(shù)據(jù)

14、結(jié)構一般表示為：框架名 槽1側(cè)面11值111。 側(cè)面12值121。 。 槽2側(cè)面21值211。 側(cè)面22值221。 。37框架表示的基本概念例如表示一個人可以用職業(yè)、身高、體重等項來描述?？蚣苊?JOHN isa : PERSON profession: PROGRAMMER height : 1.8m weight : 79kg38框架表示的基本概念框架的槽值和側(cè)面值即可以是數(shù)字、字符串、布爾值，也可以是滿足給定條件的操作或過程，還可以是另外一個框架名。框架與實例框架：對一個具體問題可以根據(jù)問題設計好適合該問題描述的框架。當把具體信息添入框架的槽和側(cè)面后就得到一個該框架的實例框架。39框架表

15、示的基本概念例如：框架名碩士生 姓名：單位（姓，名） 性別：范圍（男，女） 默認：男 年齡：單位（歲）、條件：歲16 學籍：碩學籍40框架表示的基本概念框架名碩士生-1 姓名：楊葉 性別：女 年齡：23歲 學籍：碩學籍-141框架系統(tǒng)單個框架只能表示簡單的知識，當知識比較復雜時往往需要把多個相互聯(lián)系的框架組織起來進行表示，這些相互聯(lián)系的框架就形成了一個框架系統(tǒng)。42框架系統(tǒng)的結(jié)構橫向聯(lián)系：框架的槽值可以是框架這建立了框架間的橫向聯(lián)系。碩士生-1 姓名：楊葉性別：女年齡：23學籍：碩學籍-1碩學籍-1入學日期：04-09第一學年：注冊第二學年： 成績：成績143框架系統(tǒng)的結(jié)構縱向聯(lián)系：描述一些事

16、物時，它們會有一定的共同屬性，將共同屬性抽出，構成上層框架，然后再對不同的事物的獨有的屬性分別構成下層框架。為了指明上下層框架間的關系，在下層框架中設立一個專用槽-繼承槽，指明框架的上層槽是那一個。如此建立的框架間的聯(lián)系稱為縱向聯(lián)系?？v向聯(lián)系的下層框架自動繼承上層框架的屬性。44框架系統(tǒng)的結(jié)構例如：教職員工框架教員框架職工框架教員1教員2員工2員工245框架系統(tǒng)的結(jié)構框架名教職員工 姓名：單位（姓，名） 年齡：單位（歲） 性別：范圍（男，女），默認：男 住址：住址框架 開始工作時間：單位（年，月） 截止工作時間：單位（年，月），默認：現(xiàn)在46框架系統(tǒng)的結(jié)構框架名教員 繼承：教職員工 部門：單位

17、（學院，系） 職稱：范圍（教授，副教授，講師，助教） 語種：范圍（英語，日語，法語，德語，俄語） 默認：英語47框架系統(tǒng)中的預定義槽用框架表示復雜問題時，框架間除了橫向和縱向關系外，還有其他形式的聯(lián)系。表達框架間的關系是通過在槽中添入框架名實現(xiàn)的。為了實現(xiàn)框架間其他關系的描述，框架系統(tǒng)預定義一些常用的槽。48框架系統(tǒng)中的預定義槽常用的預定義槽有以下幾種：isa槽：描述具體事物與其抽象概念間的類屬關系。直觀含義是“是一個”，表示一個事物是另一個事物的特例。 人-楊葉AKO槽：用來指出事物間在抽象概念上的類屬關系。其直觀含義是“是一種”，表示一個事物是另一個事物的一種類型。 運動員-棋手49框架系統(tǒng)中的預定義槽part-of槽：指出部分與全體的關系。汽車-輪胎infer槽：用于指出兩個框架所描述事物間的推理關系?？蚣苊\斷規(guī)則癥狀1：咳癥狀2：發(fā)燒癥狀3：打噴嚏infer: 可信度：0。8框架名結(jié)論病名：感冒用藥：口服感冒清用法：一日三次，一次2粒50框架系統(tǒng)求解的基本過程將問題用一個框架表示出來。通過與知識庫