人工智能導(dǎo)論 0022014

1、人工智能導(dǎo)論 0022014產(chǎn)生式產(chǎn)生式通常用于表示事實、規(guī)則以及它們的不確定性度量，適合于表示事實性知識和規(guī)則性知識。事實斷言一個語言變量的值或斷言多個語言變量之間關(guān)系的陳述句。規(guī)則領(lǐng)域知識2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/52 四元組表示：（對象，屬性，值，置信度） 或者： （關(guān)系，對象1，對象2，置信度）例：老李年齡很可能是40歲: (Li，age，40，) 老李和老王不大可能是朋友: (friend，Li，Wang，0.1)產(chǎn)生式表示1. 確定性事實性知識的產(chǎn)生式表示2. 不確定性事實性知識的產(chǎn)生式表示 三元組表示：（對象，屬性，值） 或者：（關(guān)系，對象1，對象2） 例： 老李年齡是40

2、歲： （Li，age，40） 老李和老王是朋友：（friend，Li，Wang）2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/53產(chǎn)生式表示3. 確定性規(guī)則知識的產(chǎn)生式表示4. 不確定性規(guī)則知識的產(chǎn)生式表示 基本形式： IF P THEN Q 或者：PQ 例如： r4：IF 動物會飛 AND 會下蛋 THEN 該動物是鳥 基本形式： IF P THEN Q （置信度） 或者： PQ （置信度） 例如： IF 發(fā)燒 THEN 感冒 （）2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/54產(chǎn)生式與蘊含式區(qū)別1除邏輯蘊含外，產(chǎn)生式還包括各種操作、規(guī)則、變換、算子、函數(shù)等。區(qū)別2蘊含式只能表示精確知識，而產(chǎn)生式不僅可以表示精確的知

3、識，還可以表示不精確知識。蘊含式的匹配總要求是精確的。產(chǎn)生式匹配可以是精確的，也可以是不精確的，只要按某種算法求出的相似度落在預(yù)先指定的范圍內(nèi)就認(rèn)為是可匹配的。2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/55產(chǎn)生式的形式描述及語義巴科斯范式BNF:= : = | : = | : = ANDAND)|OROR) : = (, )符號“:=”表示“定義為”；符號“|”表示“或者是”；符號“ ”表示“可缺省”。 2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/56產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)控制規(guī)則庫推理機綜合數(shù)據(jù)庫2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/57產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成綜合數(shù)據(jù)庫它含有與具體任務(wù)有關(guān)的信息隨著應(yīng)用情況的不同，這些數(shù)據(jù)庫可

4、能簡單，或許復(fù)雜。規(guī)則庫用于對數(shù)據(jù)庫進行操作運算。每條規(guī)則由左部鑒別規(guī)則的適用性或先決條件以及右部描述規(guī)則應(yīng)用時所完成的動作?？刂?、推理機確定應(yīng)該采用哪一條適用規(guī)則，當(dāng)數(shù)據(jù)庫的終止條件滿足時，停止計算。2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/58控制和推理機的工作從規(guī)則庫中選擇與綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實進行匹配。 匹配成功的規(guī)則可能不止一條，進行沖突消解。執(zhí)行某一規(guī)則時，如果其右部是一個或多個結(jié)論，則把這些結(jié)論加入到綜合數(shù)據(jù)庫中：如果其右部是一個或多個操作，則執(zhí)行這些操作。 對于不確定性知識，在執(zhí)行每一條規(guī)則時還要按一定的算法計算結(jié)論的不確定性。檢查綜合數(shù)據(jù)庫中是否包含了最終結(jié)論，決定是否停止系統(tǒng)的運行

5、。 2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/59簡單的動物識別例：設(shè)有以下兩條規(guī)則r3：IF 動物有羽毛 THEN 動物是鳥r15：IF 動物是鳥 AND 動物善飛 THEN 動物是信天翁其中，r3和r15是上述兩條規(guī)則在動物識別系統(tǒng)中的規(guī)則編號。假設(shè)已知有以下事實：動物有羽毛，動物善飛，求滿足以上事實的動物是何種動物？2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/510動物識別系統(tǒng)例：識別虎、金錢豹、斑馬、長頸鹿、鴕鳥、企鵝、信天翁的產(chǎn)生式系統(tǒng)2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/511規(guī)則庫r1： IF 該動物有毛發(fā) THEN 該動物是哺乳動物r2： IF 該動物胎生 THEN 該動物是哺乳動物r3： IF 該動物有

6、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 該動物是食肉動物r6： IF 該動物有犬齒 AND 有爪 AND 眼盯前方 THEN 該動物是食肉動物r7： IF 該動物是哺乳動物 AND 有蹄 THEN 該動物是有蹄類動物r 8： IF 該動物是哺乳動物 AND 是反芻動物 THEN 該動物是有蹄類動物2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/512r9： IF 該動物是哺乳動物 AND 是食肉動物 AND 是黃褐色 AND 身上有暗斑點 THEN 該動物是金錢豹 r10：IF 該動物是哺乳動物 AND 是食肉動物 AND 是

7、黃褐色 AND 身上有黑色條紋 THEN 該動物是虎 r11： IF 該動物是有蹄類動物 AND 有長脖子 AND 有長腿 AND 身上有暗斑點 THEN 該動物是長頸鹿 r 12：IF 該動物有蹄類動物 AND 身上有黑色條紋 THEN 該動物是斑馬r13：IF 該動物是鳥 AND 有長脖子 AND 有長腿 AND 不會飛 AND 有黑白二色 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 該動物是信天翁規(guī)則庫2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/513動物識別系統(tǒng)已知

8、該動物身上有：暗斑點，長脖子，長腿，胎生，蹄，判斷它是什么動物。解：該已知事實存放在綜合數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)規(guī)則庫進行推理：（1）從規(guī)則庫中取出r1，檢查其前提是否可與綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實匹配。匹配失敗，則r1不能被用于推理。然后取r2進行同樣的工作。匹配成功，則r2被執(zhí)行。綜合數(shù)據(jù)庫更新為：該動物身上有：暗斑點，長脖子，長腿，胎生，蹄，哺乳動物2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/514動物識別系統(tǒng)（2）分別用r3，r4，r5，r6綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實進行匹配，均不成功。 r7匹配成功，執(zhí)行r7 （3） r11匹配成功，推出 “該動物是長頸鹿”。 綜合數(shù)據(jù)庫更新為：該動物身上有：暗斑點，長脖子，長腿

9、，胎生，蹄，哺乳動物，有蹄類動物2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/515動物識別系統(tǒng)2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/516產(chǎn)生式表示的特點主要優(yōu)點自然性：與人類的判斷性知識基本一致。模塊性有效性：可以表示多種知識 主要缺點效率較低不便于表示結(jié)構(gòu)性知識2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/517適合產(chǎn)生式表示的知識（1）領(lǐng)域知識間關(guān)系不密切，不存在結(jié)構(gòu)關(guān)系。（2）領(lǐng)域問題的求解過程可被表示為一系列相對獨立的操作，且每個操作可被表示為一條或多條產(chǎn)生式規(guī)則。（3）經(jīng)驗性及不確定性的知識，且相關(guān)領(lǐng)域中對這些知識沒有嚴(yán)格、統(tǒng)一的理論。2.6 產(chǎn)生式表示2022/9/518第二章 知識表示方法2.1 知識和知識表

10、示2.2 狀態(tài)空間表示2.3 問題歸約表示2.4 謂詞邏輯表示2.5 語義網(wǎng)絡(luò)表示2.6 產(chǎn)生式表示2.7 框架表示2.8 面向?qū)ο蟊硎?022/9/519定義框架一種描述所論對象（事物、事件或概念）屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個框架由若干個被稱為“槽”的結(jié)構(gòu)組成，每一個槽又可根據(jù)實際情況劃分為若干個“側(cè)面”。一個槽用于描述所論對象某一方面的屬性。一個側(cè)面用于描述相應(yīng)屬性的一個方面。槽和側(cè)面所具有的屬性值分別被稱為槽值和側(cè)面值。2.7 框架表示2022/9/520框架的BNF描述: : = : : = 框架名 : : = ，: : = 約束 ，: : = | （，）: : = | : : = | : :

11、 = | | | | : : = ，: : = : : = | : : = | | | | : : = | | | : : = | ，: : = 2.7 框架表示2022/9/521 Frame槽名1： 側(cè)面名11 側(cè)面值111 ， ，側(cè)面值11P1 側(cè)面名1m 側(cè)面值1m1 ， ，側(cè)面值1mPm 槽名n： 側(cè)面名n1 側(cè)面值n11 ， ，側(cè)面值n1P1 側(cè)面名nm 側(cè)面值nm1 ， ，側(cè)面值nmPm一般結(jié)構(gòu)2.7 框架表示2022/9/522“缺省”值：當(dāng)缺少有關(guān)事物的信息，同時又無直接反面證據(jù)時，就假設(shè)按慣例或者一般情況下的填充值。 “如果需要”值：過程信息?！叭绻尤搿敝担簯?yīng)該做什么的信

12、息。 框架的一般結(jié)構(gòu) Slot（槽） VALUE （值側(cè)面） DEFAULT （缺省值側(cè)面） IF-NEEDED （如果需要值側(cè)面） IF-ADDED （如果加入值側(cè)面）2.7 框架表示2022/9/523實例例： 一個描述碩士生有關(guān)情況的框架Frame Name：Unit（Last-name，F(xiàn)irst-name） Sex：Area（male，female） Default： male Age：Unit（Years） Major：Unit（Major） Field：Unit（Field） Advisor：Unit（Last-name，F(xiàn)irst-name） Project ：Area（Nat

13、ional，Provincial，Other） Default：National Paper：Area（SCI，EI，Core，General） Default：Core Address： Telephone：Home Unit（Number） Mobile Unit（Number）2.7 框架表示2022/9/524實例框架碩士生-1框架： Frame ISA： /是一個 Name：Yang Ye Sex： female Major：Computer Field：Web-Intelligence /方向 Web智能 Advisor：Lin Hai /導(dǎo)師 林海 Project ：Provin

14、cial /項目 省部級2.7 框架表示2022/9/525框架表示學(xué)生框架Frame Name：Unit（Last-name，F(xiàn)irst-name） Sex：Area（male，female） Default：male /缺省 Age：Unit（Years） If-Needed：Ask-Age /詢問賦值 Address： Telephone：Home Unit（Number） Mobile Unit（Number） If-Needed：Ask-Telephone /詢問賦值2.7 框架表示2022/9/526定義實例框架當(dāng)人們把觀察或認(rèn)識到的具體細(xì)節(jié)填入一個框架后得到的該框架的一個具體實例

15、。框架系統(tǒng)把一組有關(guān)的框架連結(jié)起來可形成一個框架系統(tǒng)。框架系統(tǒng)推理由框架之間的協(xié)調(diào)來完成2.7 框架表示2022/9/527框架表示碩士生框架Frame AKO： /預(yù)定義槽名 Major：Unit（Major） /專業(yè) If-Needed：Ask- Major /詢問賦值 If-Added：Check-Major /后繼處理 Field：Unit（Direction-Name） /方向 If- Needed：Ask Field /詢問賦值 Advisor：Unit（Last-name，F(xiàn)irst-name） /導(dǎo)師 If- Needed：Ask -Visor /詢問賦值 Project ：A

16、rea（National，Provincial，Other）/項目 Default：National /缺省 Paper：Area（SCI，EI，Core，General） /論文 Default：Core /缺省2.7 框架表示2022/9/528框架系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)通過諸框架之間的橫向或縱向聯(lián)系來實現(xiàn)?？蚣苤g的橫向聯(lián)系一個框架的槽值或側(cè)面值可以是另外一個框架的名字框架之間的縱向聯(lián)系用框架表示具有演繹關(guān)系的知識結(jié)構(gòu)時，下層框架與上層框架之間所具有的一種繼承關(guān)系具有橫向聯(lián)系及縱向聯(lián)系的一組框架稱為框架網(wǎng)絡(luò)2.7 框架表示2022/9/529框架網(wǎng)絡(luò)StudentCollegi

17、anMasterDoctorMaster-1Master-2S-AddressISAISAAKOAddressAKOAKO2.7 框架表示2022/9/530框架的繼承特性的繼承通過ISA、AKO鏈來實現(xiàn)。繼承技術(shù)，通常由框架中設(shè)置的3個側(cè)面：Default、If- Needed、If-Added所提供的缺省推理功能來組合實現(xiàn)如果該槽提供有Default側(cè)面值，就繼承該默認(rèn)值作為查詢結(jié)果返回。如果該槽提供有If-Needed側(cè)面供繼承，則執(zhí)行If-Needed操作，去產(chǎn)生一個值作為查詢結(jié)果。如果對某個事物的某一屬性進行了賦值或修改操作，則系統(tǒng)會自動沿ISA和AKO鏈追溯到具有相應(yīng)的類或超類框架

18、，去執(zhí)行If-Added操作，作相應(yīng)的后繼處理。2.7 框架表示2022/9/531If-Needed與If-Added的區(qū)別主要區(qū)別在于激活時機和操作目的不同。If- Needed操作是在系統(tǒng)試圖查詢某個事物框架中未記載的屬性值時激活，并根據(jù)查詢需求，被動地即時產(chǎn)生所需要的屬性值；If-Added操作是在系統(tǒng)對某個事務(wù)框架的屬性作賦值或修改工作后激活，目的在于通過這些后繼處理，主動做好配套操作，以消除可能存在的不一致。2.7 框架表示2022/9/532繼承實例碩士生-2框架： Frame ISA： Name：Liu Qing Age：22 Major：Computer Advisor：Li

19、n Hai Paper： EI 碩士生框架Frame AKO： Major：Unit（Major） If-Needed：Ask- Major If-Added：Check-Major Field：Unit（Direction-Name） If- Needed：Ask Field Advisor：Unit（Last-name，F(xiàn)irst-name） If- Needed：Ask -Visor Project ：Area（National，Provincial，Other） Default：National Paper：Area（SCI，EI，Core，General） Default：Core學(xué)

20、生框架2.7 框架表示2022/9/533框架表示機器人糾紛問題的框架描述2.7 框架表示2022/9/534框架的推理框架沒有固定的推理機理框架系統(tǒng)的推理和語義網(wǎng)絡(luò)一樣遵循匹配和繼承原則?？蚣艿钠ヅ鋵嶋H上是通過對相應(yīng)槽的槽名和槽值逐個進行比較，并利用繼承關(guān)系來實現(xiàn)的。2.7 框架表示2022/9/535推理實例例：假設(shè)前面討論的學(xué)生框架系統(tǒng)已建立在知識庫中，若要求從知識庫中找出一個滿足如下條件的碩士生： male，Age25， Major：Computer，Project：National解：1、用框架表示這些條件，可得到初始問題框架 Frame：Master-x Name： Sex: ma

21、le Age：Years 25 Major：Computer Project：National 2、用此框架和知識庫中的框架匹配2.7 框架表示2022/9/536框架表示的特點優(yōu)點結(jié)構(gòu)性深層性繼承性自然性缺點缺乏框架的形式理論缺乏過程性知識表示難以保證清晰些2.7 框架表示2022/9/537框架的程序語言實現(xiàn)FRL（Frame Representation Language）PROLOG例：“教師”框架用PROLOG表示 框架名:類屬:工作范圍:(教學(xué)，科研) 缺省:教學(xué)性別:(男，女)學(xué)歷:(中師，高師)類型:(，)frame(name(教師)， kind-of()， work(scop

22、e(“教學(xué)”，“科研”)， default(教學(xué))， sex(男，女)， reco-of-f-s(中師，高師)， type(“”，“”，“”). 2.7 框架表示2022/9/538劇本表示劇本是框架的一種特殊形式，用一組槽來描述某些時間的發(fā)生序列。劇本的組成(1) 開場條件：給出在劇本中描述的事件發(fā)生的前提條件。(2) 角色（支撐物）：用來表示在劇本所描述的事件中可能出現(xiàn)的有關(guān)人物的一些槽。(3) 道具（線索）：用來表示在劇本所描述的事件中可能出現(xiàn)的有關(guān)物體的一些槽。(4) 場景（場次）：描述事件發(fā)生的真實順序，可以由多個場景組成，每個場景又可以是其它的劇本。(5) 結(jié)果（結(jié)局）：給出在劇本

23、所描述的事件發(fā)生以后通常所產(chǎn)生的結(jié)果。 2.7 框架表示2022/9/539餐廳劇本（1）開場條件 （a）顧客餓了，需要進餐廳 （b）顧客有足夠的錢 （2）角色 顧客、服務(wù)員、廚師、老板 （3）道具 食品、桌子、菜單、錢 （4）場景 場景1 進入餐廳 （a）顧客走入餐廳 （b）尋找桌子 （c）在桌子旁坐下 場景2 點菜 （a）服務(wù)員給顧客菜單 （b）顧客點菜 （c）顧客把菜單還給服務(wù)員 （d）顧客等待服務(wù)員送菜 場景3 等待 （a）服務(wù)員把顧客所點的菜告訴廚師 （b）廚師做菜 場景4 吃菜 （a）廚師把做好的菜給服務(wù)員 （b）服務(wù)員給顧客送菜 （c）顧客吃菜 場景5 離開 （a）服務(wù)員拿來賬單 （b）顧客付錢給服務(wù)員 （c）顧客離開