第二章知識(shí)表示(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 v處 Pushbox(v, w)：猴子推著箱子從 v處移到 w處 Climbbox：猴子爬上箱子 Grasp：猴子摘取香蕉 ? 各操作的條件和動(dòng)作 Goto(u, v) 條件： 172。ONBOX ， AT(monkey, u)， 動(dòng)作：刪除表： AT(monkey, u) 添加表： AT(monkey, v) Pushbox(v, w) 條件： 172。 ONBOX ， AT(monkey, v)， AT(box, v) 動(dòng)作：刪除表： AT(monkey, v)， AT(box, v) 添加表： AT(monkey, w)， AT(box,w) a b c 30 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring ?Climbbox 條件： 172。 ONBOX ， AT(monkey, w)， AT(box,w) 動(dòng)作：刪除表： 172。 ONBOX 添加表： ONBOX ? Grasp 條件： ONBOX， AT(box, c) 動(dòng)作：刪除表： 172。 HB 添加表： HB 猴子摘香蕉問(wèn)題 ? 邏輯表示在 AI中的應(yīng)用 a b c 31 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring 謂詞邏輯表示的特征 ? 主要優(yōu)點(diǎn) ——自然：一階謂詞邏輯是一種接近于自然語(yǔ)言的形式語(yǔ)言系統(tǒng)，謂詞邏輯表示法接近于人們對(duì)問(wèn)題的直觀理解 ——明確：有一種標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)解釋方法，因此用這種方法表示的知識(shí)明確、易于理解 ——精確：謂詞邏輯的真值只有“真”與“假”，其表示、推理都是精確的 靈活：知識(shí)和處理知識(shí)的程序是分開(kāi)的，無(wú)須考慮處理知識(shí)的細(xì)節(jié) ——模塊化：知識(shí)之間相對(duì)獨(dú)立，這種模塊性使得添加、刪除、修改知識(shí)比較容易進(jìn)行 32 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring ?主要缺點(diǎn) ——知識(shí)表示能力差：只能表示確定性知識(shí)，而不能表示非確定性知識(shí)、過(guò)程性知識(shí)和啟發(fā)式知識(shí) ——知識(shí)庫(kù)管理困難：缺乏知識(shí)的組織原則，知識(shí)庫(kù)管理比較困難 ——存在組合爆炸：由于難以表示啟發(fā)式知識(shí)，因此只能盲目地使用推理規(guī)則，這樣當(dāng)系統(tǒng)知識(shí)量較大時(shí)，容易發(fā)生組合爆炸 ——系統(tǒng)效率低：它把推理演算與知識(shí)含義截然分開(kāi)，拋棄了表達(dá)內(nèi)容中所含有的語(yǔ)義信息，往往使推理過(guò)程冗長(zhǎng)，降低了系統(tǒng)效率 謂詞邏輯表示的特征 33 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring 產(chǎn)生式表示法 產(chǎn)生式是目前人工智能中使用最多的一種知識(shí)表示方法 產(chǎn)生式表示的基本方法 事實(shí)的表示 規(guī)則的表示 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過(guò)程 產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略 產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特性 34 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring 產(chǎn)生式表示的基本方法 ? 事實(shí)的定義 事實(shí)：斷言一個(gè)語(yǔ)言變量的值或斷言多個(gè)語(yǔ)言變量之間關(guān)系的陳述句 語(yǔ)言變量的值或語(yǔ)言變量之間的關(guān)系可以是數(shù)字、詞等 例如：“雪是白的”，其中“雪”是語(yǔ)言變量，“白的”是語(yǔ)言變量的值 “王峰熱愛(ài)祖國(guó)”，其中，“王峰”和“祖國(guó)”是兩個(gè)語(yǔ)言變量 , “熱愛(ài)”是語(yǔ)言變量之間的關(guān)系 ? 事實(shí)的表示 確定性知識(shí)： 事實(shí)可用如下三元組表示： （對(duì)象，屬性，值）或（關(guān)系，對(duì)象 1，對(duì)象 2） 非確定性知識(shí)： 事實(shí)可用如下四元組表示： （對(duì)象，屬性，值，可信度因子） “可信度因子”是指該事實(shí)為真的相信程度。可用 [0,1]之間的一個(gè)實(shí)數(shù)來(lái)表示。 事實(shí)的表示 35 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring ? 規(guī)則的作用： 描述事物之間的因果關(guān)系。 規(guī)則的產(chǎn)生式表示形式常稱為 產(chǎn)生式規(guī)則 ，簡(jiǎn)稱為產(chǎn)生式或規(guī)則。 ? 產(chǎn)生式的基本形式： P→ Q 或者 IF P THEN Q ? 產(chǎn)生式的含義： 如果前提 P滿足，則可推出結(jié)論 Q或執(zhí)行 Q所規(guī)定的操作 產(chǎn)生式表示的基本方法 產(chǎn)生式規(guī)則的例子： r6: IF 動(dòng)物有犬齒 AND 有爪 AND 眼盯前方 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物 規(guī)則的表示 36 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring 綜合數(shù)據(jù)庫(kù) DB(Data Base) 存放求解問(wèn)題的各種當(dāng)前信息 控 制 系 統(tǒng) 規(guī) 則 庫(kù) 綜合數(shù)據(jù)庫(kù) 產(chǎn)生式表示的基本方法 控制系統(tǒng) (Control system) 控制系統(tǒng)的主要作用 亦稱推理機(jī)，用于控制整個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行，決定問(wèn)題求解過(guò)程的推理線路 規(guī)則庫(kù) RB(Rule Base) 也稱知識(shí)庫(kù) KB(Knowledge Base) ,用于存放與求解問(wèn)題有關(guān)的所有規(guī)則的集合 作用：是產(chǎn)生式系統(tǒng)問(wèn)題求解的基礎(chǔ) 要求：知識(shí)的完整性、一致性、準(zhǔn)確性、靈活性和知識(shí)組織的合理性 37 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring ? 控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 選擇匹配： 按一定策略從規(guī)則庫(kù)種選擇規(guī)則與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)進(jìn)行 匹配 。匹配是指把所選規(guī)則的前提與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)進(jìn)行比較，若事實(shí)庫(kù)中存的事實(shí)與所選規(guī)則前提一致，則稱 匹配成功 ，該規(guī)則為可用；否則，稱匹配失敗，該規(guī)則不可用。 沖突消解： 對(duì)匹配成功的規(guī)則，按照某種策略從中選出一條規(guī)則執(zhí)行。 執(zhí)行操作 ：對(duì)所執(zhí)行的規(guī)則，若其后件為一個(gè)或多個(gè)結(jié)論，則把這些結(jié)論加入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；若其后件為一個(gè)或多個(gè)操作時(shí)，執(zhí)行這些操作。 終止推理 ：檢查綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中是否包含有目標(biāo)，若有，則停止推理。 路徑解釋： 在問(wèn)題求解過(guò)程中，記住應(yīng)用過(guò)的規(guī)則序列，以便最終能夠給出問(wèn)題的解的路徑。 產(chǎn)生式表示的基本方法 38 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring 產(chǎn)生式表示的基本結(jié)構(gòu) 包含以下規(guī)則 : R1 :如果引擎不能轉(zhuǎn)動(dòng) (1),且電瓶?jī)?nèi)有電 (2)，則讓用戶檢查啟動(dòng)器。 R2 :如果沒(méi)有火花，則讓用戶檢查電極尖端。 R3 :如果引擎能轉(zhuǎn)動(dòng) (1)但車子不能啟動(dòng) (2)，則讓用戶檢查火花塞。 R4 :如果引擎不能轉(zhuǎn)動(dòng)，則讓用戶檢查電瓶。 R5 :如果電瓶沒(méi)電，則讓用戶給電瓶充電 (1),且退出 (2) 。 … Rn 數(shù)據(jù)庫(kù)中含有一個(gè)簡(jiǎn)單事實(shí) : 引擎不能轉(zhuǎn)動(dòng) 設(shè)有一個(gè)汽車故障檢測(cè)系統(tǒng) : 39 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring 動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)： 該系統(tǒng)可以識(shí)別老虎、金錢(qián)豹、斑馬、長(zhǎng)頸鹿、企鵝、信天翁這 6種動(dòng)物。其 規(guī)則庫(kù)包含如下 15條規(guī)則： r1 IF 該動(dòng)物有毛發(fā) THEN 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 r2 IF 該動(dòng)物有奶 THEN 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 r3 IF 該動(dòng)物有羽毛 THEN 該動(dòng)物是鳥(niǎo) r4 IF 該動(dòng)物會(huì)飛 AND 會(huì)下蛋 THEN 該動(dòng)物是鳥(niǎo) r5 IF 該動(dòng)物吃肉 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物 r6 IF 該動(dòng)物有犬齒 AND 有爪 AND 眼盯前方 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物 r7 IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 有蹄 THEN 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 r8 IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是嚼反芻動(dòng)物 THEN 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 r9 IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是食肉動(dòng)物 AND 是黃褐色 AND 身上有暗斑點(diǎn) THEN 該動(dòng)物是金錢(qián)豹 40 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring r10 IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是食肉動(dòng)物 AND 是黃褐色 AND 身上有黑色條紋 THEN 該動(dòng)物是虎 r11 IF 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 AND 有長(zhǎng)脖子 AND 有長(zhǎng)腿 AND 身上有暗斑點(diǎn) THEN 該動(dòng)物是長(zhǎng)頸鹿 r12 IF 動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 AND 身上有黑色條紋 THEN 該動(dòng)物是斑馬 r13 IF 該動(dòng)物是鳥(niǎo) AND 有長(zhǎng)脖子 AND 有長(zhǎng)腿 AND 不會(huì)飛 AND 有黑白二色 THEN 該動(dòng)物是鴕鳥(niǎo) r14 IF 該動(dòng)物是鳥(niǎo) AND 會(huì)游泳 AND 不會(huì)飛 AND 有黑白二色 THEN 該動(dòng)物是企鵝 r15 IF 該動(dòng)物是鳥(niǎo) AND 善飛 THEN 該動(dòng)物是信天翁 動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)： 41 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring 初始綜合數(shù)據(jù)庫(kù)包含的事實(shí)有： 動(dòng)物有暗斑點(diǎn)，有長(zhǎng)脖子，有長(zhǎng)腿，有奶，有蹄 動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)： 42 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring ? 圖中最上層的結(jié)點(diǎn)稱為“假設(shè)”或“結(jié)論” ? 中間結(jié)點(diǎn)稱為“中間假設(shè)”； ? 終結(jié)點(diǎn)稱為“證據(jù)”或“事實(shí)”； ? 每個(gè)“結(jié)論”都是本問(wèn)題的一個(gè)目標(biāo)，所有“假設(shè)”構(gòu)成了本問(wèn)題的目標(biāo)集合 長(zhǎng)頸鹿 斑馬 長(zhǎng)脖子 長(zhǎng)腿 暗斑點(diǎn) 有蹄類 黑條紋 有蹄 哺乳動(dòng)物 嚼反芻動(dòng)物 有毛 r2 r7 r8 r11 r12 有奶 r1 產(chǎn)生式表示的基本結(jié)構(gòu) 43 Department of Computer Science amp。 Technology, Nanjing University Artificial Intelligence Spring ? 系統(tǒng)的推理過(guò)程 (1) 先從規(guī)則庫(kù)中取出第一條規(guī)則 r1，檢查其前提是否可與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)相匹配。 r1的前提是“有毛發(fā)”，但事實(shí)庫(kù)中無(wú)此事實(shí)，故匹配失敗。然后取 r2，該前提可與已知事實(shí)“有奶”相匹配， r2被執(zhí)行，并將其結(jié)論“該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物”作為新的事實(shí)加入到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中。此時(shí)，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容變?yōu)椋? 動(dòng)物有暗斑，有長(zhǎng)脖子，有長(zhǎng)腿