《人工智能及其應(yīng)用》ppt課件

1、人工智能及其應(yīng)用,1.1 人工智能及其發(fā)展,人工智能是計算機科學、控制論、信息論、神經(jīng)生理學、語言學等多種學科互相滲透而發(fā)展起來的一門學科。人工智能智能是研究、設(shè)計和應(yīng)用智能機器或智能系統(tǒng)，來模擬人類智能活動的能力、以延伸人類智能的科學。人類的能力： 1）認識、理解外部環(huán)境的能力 2）提出概念、建立方法，進行演繹和歸納推理、作出決策的能力； 3）學習能力； 4）自適應(yīng)能力,第一章

2、緒 論,2、人工智能的發(fā)展史,孕育期(1956年以前)形成期(1956年-1970年) 成長期（知識期）(1970年-80年代初)發(fā)展期(80年代初以后),2、人工智能的發(fā)展史,孕育期（1956年以前）：思想基礎(chǔ),1）人類追求用工具代替人的腦力勞動；,2）世界上第一臺機械式加法器研制成功，成為用工具代替人的部分腦力勞動的真正開端；,3）1915年西班牙研制的能下國際象棋殘局的機器，揭開人類用機器進行推理的新篇章。,2、人工智能的

3、發(fā)展史-孕育期（1956年前）,理 論 基 礎(chǔ) 1）19世紀數(shù)學家(英)G.Bool建立的布爾代數(shù)-提出用符號描述思維活動的基本法則，為數(shù)理邏輯打下了基礎(chǔ),2）二十世紀中期1937年(英)數(shù)學家財A.M.Turing提出了自動機理論(圖靈機),建立了理想計算機模型，有許多智能機器的思想,3）1948年美數(shù)學家N.Wiener創(chuàng)立了控制論,4）1948年美數(shù)學家C.E.Shannon創(chuàng)立了信息論,5）同期美籍奧地利生物學Badenl

4、ofe建立了系統(tǒng)論,2、人工智能的發(fā)展史-孕育期（1956年前）,物 質(zhì) 基 礎(chǔ) 1）1946年美數(shù)學家莫克利發(fā)明了世界上第一臺通用電子計算機ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Calculator),2）1943年美神經(jīng)生物學家夢卡洛克研制創(chuàng)建了神經(jīng)細胞模型開創(chuàng)了微觀 AI 研究工作為ANN研究奠定了基礎(chǔ)。,物質(zhì)基礎(chǔ)使的用機器代替部分腦力勞動有進一步實現(xiàn)的可能,,1、AI學科

5、誕生的標志：1956年夏在美國Dartmouth大學召開的討論會，討論：用機器模擬人類智能行為的各種特征、方法等方面的問題，會后在美國形成了三個以AI為目標的研究組織。,（1）卡納奇工科大學-藍德公司協(xié)作組（2）IBM公司研究組（3）MIT研究組。,2、人工智能的發(fā)展史——形成期（1956-1970年）,2、形成期見成立了學術(shù)組織：（1）1969年國際人工智能聯(lián)合會（IJCAI）（2）1970年創(chuàng)辦“Artificial Int

6、elligence”(雙月刊）及人工智能聯(lián)合會會議錄,1）形成人工智能學科體系2）知識工程興起：知識表示 知識獲取3）從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用：如專家系統(tǒng)、智能機器人最引人注目,2、人工智能的發(fā)展史——成長期（1970年-80年代初）,（1）經(jīng)典書籍出版：N.J.尼爾遜色《人工智能原理》 費根鮑姆《人工智能手冊》,（2）一批學術(shù)團體成立：美人工智能學會 AAAI,英國 AISB

7、 中國人工智能學會 CAAI,（3）AI 雜志文集：日本“AI”,英國 機器智能(Machine Intelligence),美 認知科學（Congnitive Science) 中國人工智能學會 CAAI,2、人工智能的發(fā)展史—發(fā)展期（80年代初以后）,日本1982年開始“第五代計算機研制計劃” 即：“知識信

8、息處理計算機系統(tǒng)KIPS”,目的：使邏輯推理達到數(shù)值計算那么快！,意義：“第五代計算機研制”推進人工智能得到迅速發(fā)展！,2、人工智能的發(fā)展史—發(fā)展期（80年代初以后）,部分成果：,1、1984年完成了串行推理機PSI和操作系統(tǒng)SIMPOS,2、1988年完成了并行推理機Multi-PSI和操作系統(tǒng)PIMOS ！,80年代末期ANN飛速發(fā)展給AI發(fā)展注入新血液：,1、80年代Hopfield模型及B-P反向傳播模型的提出使ANN興起了一個

9、熱潮,1987年美國召開了第一次ANN國際會議，1988年日本稱為神經(jīng)計算機六年，提出研制第六代計算機計劃,第二節(jié) 人工智能的學科范疇,一、研究目標 AI是一門研究：如何使機器具有智能，如何設(shè)計智能 機器的學科，即使機器具有象人那樣的,（1）感知能力 （2）思維能力 （3）行為能力 （4）學習、記憶能力,四種能力：,AI近期目標：,,第二節(jié) 人工智能的學科范疇,研究用機器的軟、硬件

10、來模擬人類上述能力的,,用仿生學的觀點和方法研究,AI遠期目標：,基本理論基本技術(shù)基本方法,腦模型模擬智能,二、人工智能的具體研究領(lǐng)域,1、模式識別： 目的：研究如何使機器認識圖形、語言，即如何給計算機配置感覺器官，以便由計算機直接接受外界的各種信息，涉及機器輸入問題。,現(xiàn)狀：用電話攝像機、送話器、掃描儀等傳感器把外界的信息（語音、圖、文字）轉(zhuǎn)成電信號序列給計算機，計算機進一步對這些電信號序列進行處理，再處理。,第二節(jié) 人

11、工智能的學科范疇,,目前研究在兩個方面進行：（1）圖形識別：研究各種圖形的分類（文字、符號、圖象、照片），已能識別印刷體和手寫體，識別指紋、白血球、癌細胞（2）語音識別： 研究各種語音信號的區(qū)別,二、人工智能的具體研究領(lǐng)域,2、智能機器人： 目的（1）代替人從事精密儀器搬運、有限環(huán)境和危險環(huán)境工作（原子能、海底開發(fā)、宇宙開發(fā)、化學、核電），提高工作效率和質(zhì)量 （2）為AI研究提供試驗場所。,第二節(jié) 人工智能的

12、學科范疇,機器人的發(fā)展： （1）程序控制機器人（第一代機器人） （2）自適應(yīng)機器人（第二代機器人） （3）智能機器人（第三代機器人）,第二節(jié) 人工智能的學科范疇,二、人工智能的具體研究領(lǐng)域,3、專家系統(tǒng)（ES）： 用人類專家的水平解決領(lǐng)域中難以用精確的數(shù)學模型表示的困難問題的計算機軟件。,4、自然語言理解：讓機器理解自然語言，以實現(xiàn)人和計算機之間自然語言的直接通訊，從而推動計算機

13、更廣范的應(yīng)用。,60年代以前偏重于語法研究70年代后期注意了語義分析，研究自然語言理解程序交替運用語法、語義和推理規(guī)則,二、人工智能的具體研究領(lǐng)域,5、自動程序設(shè)計 目的：讓計算機根據(jù)原始條件和要求，自動生成計算機程序。 任務(wù)：（1）自動編程 （2）驗證程序,第二節(jié) 人工智能的學科范疇,6、數(shù)據(jù)庫的智能檢索智能檢索要求：（1）理解自然語言 （2）不僅存儲專門知識，還要存儲一般知

14、識 （3）具有一定的推理能力 （4）有較強的知識獲取能力，能方便地刪除、查找、自學習,#1,第二節(jié) 人工智能的學科范疇,二、人工智能的具體研究領(lǐng)域,7、博弈：斗智、對策：,本課程主要內(nèi)容,1、人工智能基本原理,2、人工智能中的知識表示技術(shù),3、人工智能中的搜索策略,4、專家系統(tǒng)介紹,5、人工智能中的推理技術(shù),6、人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用介紹,參考書： 《專家系統(tǒng)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用》楊以涵

15、等 水利電力出版社 《人工智能原理與方法》王永慶 西安交通大學出版社 《人工智能與專家系統(tǒng)》尹朝慶 尹皓編著 中國水利水電出版社,第二章 人工智能基本原理,第一節(jié) 問題求解與問題表示,一、問題表示的三要素 所謂問題表示就是把所要解決的問題用一個恰當?shù)姆绞絹肀硎九c描述。一切問題有三個要素構(gòu)成：問題的狀態(tài)、操作（或稱算符、走步）、目標,狀態(tài)：初始狀態(tài)、當前狀態(tài)及可能出現(xiàn)的狀態(tài)。,操作：使問題從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換成另一個狀態(tài)

16、。,目標：問題求解需達到的最終狀態(tài)。,第二章 人工智能基本原理,第一節(jié) 問題求解與問題表示,問題表示要確定三件事：,1、確定狀態(tài)描述的方式，特別是初始狀態(tài)的描述；,2、確定操作的集合及它們對狀態(tài)的作用；,3、確定目標狀態(tài)以及目標狀態(tài)描述的特性。,問題求解過程就是要找出一組操作序列，使問題從初始狀態(tài)最終達到目標狀態(tài)。,第二章 人工智能基本原理,第一節(jié) 問題求解與問題表示,二、狀態(tài)空間法,1、圖的概念與術(shù)語,,,,,,,,,,,,,,

17、,,,,,nr,nh,np,ni,nq,nj,,ns,nl1,nl2,nl3,,圖，,父輩結(jié)點與后繼結(jié)點,路徑，,樹,2、狀態(tài)空間表示,一個問題求解系統(tǒng)，問題的狀態(tài)可由圖中的結(jié)點代表，它的所有可能的狀態(tài)就成結(jié)點的集合，構(gòu)成了狀態(tài)空間，或稱狀態(tài)圖。,狀態(tài)空間圖中： 有向弧線代表操作，反應(yīng)狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移關(guān)系； 節(jié)點代表問題的狀態(tài)。,問題求解的過程相當于在狀態(tài)圖上從根節(jié)點（起始節(jié)點）尋找一條路徑最終達到目標節(jié)點（葉

18、節(jié)點）,第一節(jié) 問題求解與問題表示,三、實例簡介,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,1,2,8,3,6,7,4,5,八數(shù)碼難題,推銷員旅行問題,,,,,,,,,,,A,B,E,D,C,,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2

19、,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（A）,（AB）,（AC）,（AD）,（AE）,（ACD）,,（ACDE）,（ACDEB）,（ACDEBA）,第二節(jié) 搜索策略,搜索：人工智能研究的是那些沒有成熟方法可循的問題領(lǐng)域，必須通過逐步的探索求得問題的解，這種探索的過程

20、稱為搜索。,在狀態(tài)圖中就是搜索一條解的路徑。,,,,,np,ns1,ns2,ns3,nsm,,,擴展節(jié)點,第二節(jié) 搜索策略,搜索策略：指在搜索過程中如何選擇擴展節(jié)點的次序問題。,回溯策略,圖搜索策略：,盲目的圖搜索啟發(fā)式搜索,第二節(jié) 搜索策略,盲目的圖搜索策略,1、寬度優(yōu)先搜索：從根節(jié)點開始，按層進行搜索， 即按層擴展節(jié)點。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,（A）,

21、（AB）,（AC）,（AD）,（AE）,,第1層,第2層,第3層,特點：完備的搜索。但有時搜索過程會很長,第二節(jié) 搜索策略,盲目的圖搜索策略：盲目的、無信息引導的搜索,2、深度優(yōu)先搜索：從根節(jié)點開始，首先擴展最新產(chǎn)生的 節(jié)點，即沿著搜索樹的深度方向發(fā)展， 直到?jīng)]有后繼節(jié)點再返回。,,,,,,,,,,,,,,0,1,7,特點：不完備的搜索。有時會陷入“死胡同”，可進行“

22、界”的限制,2,3,4,5,6,8,9,10,11,第二節(jié) 搜索策略,啟發(fā)式的圖搜索策略：有信息引導的搜索,啟發(fā)信息：特定問題領(lǐng)域的信息能有效引導搜索，使搜索簡化。,啟發(fā)信息的作用：,1、用它來決定下一步先擴展哪一個節(jié)點，不是盲目、隨意地擴展,2、擴展節(jié)點時，用它來決定選哪一個或哪幾個操作，即有選擇性地擴展節(jié)點。不是所有的操作都選擇。,3、用它來決定哪些節(jié)點在搜索樹上應(yīng)舍棄，即確定哪些路徑是無望的,例如：“八數(shù)碼難題”：,設(shè)計估價函數(shù)

23、：f(n)=d(n)+w(n)作為啟發(fā)信息。d(n):表示從初始結(jié)點到第n個中間結(jié)點已花的代價。w(n)表示從第n個中間結(jié)點到目標結(jié)點花的代價。,如果設(shè)d(n)反映搜索層次或深度，當w(n)=0，f(n)=d(n)，即同一層代價相同，就全部要擴展，挨個判斷是否為目標——寬度優(yōu)先搜索 當d(n)=0，極好地反映被解問題的特性，使搜索完全向目標結(jié)點進行——深度優(yōu)先搜索。,討論,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,

24、,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,,,,,,,,,,,,,6,,5,,,5,,,5,,,5,,4,,,6,,,4,,推銷員旅行問題,,,,,,,,,,,A,B,E,D,C

25、,城市間的距離為：AB=7,AC=6, AD=10,AE=13，BC=7, BD=10, BE=10，CD=5,CE=9,DE=6設(shè)計啟發(fā)搜索函數(shù)求最小推銷路徑,不同搜索策略搜索效率的衡量指標,1、外顯率(P):反映搜索過程中，從初始結(jié)點向目標結(jié)點進行時搜索區(qū)域的寬度。,定義：P=L/T L : 從初始結(jié)點到達目標的路徑長度 T : 整個搜索過程中所生成的結(jié)點總數(shù)（不包括初始結(jié)點）,不同搜索策略搜索效率的衡量指標,

26、2、有效分枝因數(shù)(B):表示每個有效結(jié)點平均生成的子結(jié)點數(shù)目。,定義：B+B2+B3+…+BL=T L : 從初始結(jié)點到達目標的路徑長度 T : 整個搜索過程中所生成的結(jié)點總數(shù)（不包括初始結(jié)點）,思考題,用“八數(shù)碼難題”比較寬度優(yōu)先搜索和深度優(yōu)先搜索的搜索成效！,第三節(jié) 問題歸約,所謂“歸約”就是“約簡”“化簡”的意思！,問題歸約就是把一個初始問題經(jīng)過一系列變換歸約為若干較易解決的子問題的集合。,問題歸約的描述,1、

27、問題的描述：三元表（S,F,G）,2、操作：使問題轉(zhuǎn)換、歸約、化簡為幾個子問題的集合。,3、本原問題：已經(jīng)有解答的一類問題,二、實例——梵塔問題,,,,,,,,,,,,,,,A,A,B,B,C,C,問題可用三個數(shù)的表表示（I，j，k）,I，j，k依次表示圓盤C,B,A放在柱子I，j，k上,1,2,3,1,2,3,問題描述為：（1，1，1）,,（3，3，3）,,,,,,,,,,,,,,,A,A,B,B,C,C,（1）將圓盤A，B從柱子1移

28、至柱子2，即有,1,2,3,1,2,3,（1，1，1）,,（1，2，2）,二、實例——梵塔問題,（2）將圓盤C從柱子1移至柱子3，即有,（1，2，2）,,（3，2，2）,（3）將圓盤A，B從柱子2移至柱子3，即有,（3，2，2）,,（3，3，3）,雙圓盤難題,雙圓盤難題,梵塔問題歸約為本原問題,（1，1，1） （3，3，3）,,（1，2，2） （3，2，2）,（1，1，1） （1，2，2）,（3，2，2） （3，3，3）,,,,,,

29、,,（1，1，1）（1，1，3）,（1，1，3）（1，2，3）,（1，2，3）（1，2，2）,（3，2，2）（3，2，1）,（3，2，1）（3，3，1）,（3，3，1）（3，3，3）,,,,,,,,,,,,,,,,三、問題歸約的與/或圖表示,1、與/或圖表示：節(jié)點代表問題，由三要素標注，弧線代表歸約操作符。,,,,,,,,,,,,,,,,,,I,M1,M2,M3,t1,t2,t3,t4,t5,2、終葉節(jié)點、可解與不可解節(jié)點：,,,3、

30、解圖：,第三章 專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu),第一節(jié) 專家系統(tǒng)的基本概念,什么是專家系統(tǒng)?（ES，Expert System),專家系統(tǒng)的基本思想是讓計算機能夠存儲某一領(lǐng)域的專門知識并能象專家那樣有效地利用這些知識去解決該領(lǐng)域的復(fù)雜問題!,專家系統(tǒng)的特點?,具有：1、啟發(fā)性：2、透明性：3、靈活性：,1）ES是一個計算機軟件2）是一個模擬人類專家求解特定領(lǐng)域問題（不萬能）3）是用AI原理和技術(shù)（知識表示，推理方法和策略）編的軟件,,

31、,第三章 專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu),專家系統(tǒng)的組成：,知識庫,數(shù)據(jù)庫,,,,,,,,,,,,,人 機 接 口,知識獲取,咨詢解釋,推理機,,,,,,,,,,,專家,用戶,知識庫:存放領(lǐng)域?qū)ｉT知識，知識以適當?shù)闹R表達式和結(jié)構(gòu)存入知識庫。具有存儲、檢索、修改等功能。,數(shù)據(jù)庫：存放所解問題的原始數(shù)據(jù)（事實）和推理中得到的各種中間信息。為方便問題求解，表示形式盡量和知識庫的表示相容。,,,第三章 專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu),專家系統(tǒng)的組成：,

32、知識庫,數(shù)據(jù)庫,,,,,,,,,,,,,人 機 接 口,知識獲取,咨詢解釋,推理機,,,,,,,,,,,專家,用戶,推理機：是一組程序，用來控制和協(xié)調(diào)整個專家系統(tǒng)的工作。根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的信息和知識庫中的知識，按一定的推理策略去解決所研究的問題。同時具有向知識庫中添加新知識和刪除舊知識的功能。,知識獲?。菏菍W習功能，為知識庫的建立、修改已有知識，擴充新知識提供手段，直接影響系統(tǒng)的生命力。,,,第三章 專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu),專家系統(tǒng)的

33、組成：,知識庫,數(shù)據(jù)庫,,,,,,,,,,,,,人 機 接 口,知識獲取,咨詢解釋,推理機,,,,,,,,,,,專家,用戶,咨詢解釋:負責對推理出的結(jié)果作出必要的解釋，以便向用戶說明推理過程。,人機接口：負責把用戶熟悉的信息表示手段（如表格、圖形、自然語言），轉(zhuǎn)換成專家系統(tǒng)內(nèi)部表示形式；將專家系統(tǒng)輸出的信息轉(zhuǎn)換成用戶理解的形式顯示給用戶。,第三章 專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu),第二節(jié) 專家系統(tǒng)的理想結(jié)構(gòu),理想的專家系統(tǒng)是一個

34、面向領(lǐng)域的語言處理系統(tǒng),,規(guī) 劃,記事簿,結(jié) 果,,,,,事實,規(guī)則,,執(zhí)行程序,,調(diào)度程序,,一致性處理程序,,解釋程序,,語言處理程序,,,,,,,,,,,,,,黑板,第三章 專家系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu),第三節(jié) 專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序的區(qū)別,傳統(tǒng)的程序設(shè)計方法可表示為：,數(shù)據(jù) + 算法 = 程序,專家系統(tǒng)程序設(shè)計方法可表示為：,知識 + 推理 = 程序,,比較項目,,,,,,,,,,傳統(tǒng)程序,專家系統(tǒng),領(lǐng)域知識的表達,,數(shù)學模型和算法,規(guī)則

35、等知識表示,問題求解,數(shù)字仿真,邏輯推理、判斷,處理的信息,數(shù)字信息,字符信息,知識及知識處理,混在一起,明確分開,影響可信度的因素,模型和算法的精度,事實和規(guī)則的可信度,增加知識的方式,改程序模塊，增減困難,修改知識庫，容易,解釋能力,差,好,人類的智能活動過程是一個獲得并運用知識的過程，知識是智能的基礎(chǔ)。,第四章 人工智能中的知識表示,基本概念：什么是知識？知識有哪些特性？,數(shù)據(jù)與信息：信息需要用一定的形式表示出來才能被記載和傳遞，

36、用一組符號及其組合表示的信息成為數(shù)據(jù)！，數(shù)據(jù)是對客觀事物的數(shù)量、屬性、位置及其相互關(guān)系的抽象表示。數(shù)據(jù)是信息的載體和表示。,第一節(jié) 概 述,第四章 人工智能中的知識表示,什么是知識？ 把有關(guān)信息聯(lián)系在一起所形成的信息結(jié)構(gòu)稱為知識，它是對客觀世界的認識與經(jīng)驗。,知識有哪些特性？（1）相對正確性（2）不確定性（3）可表示性和可利用性,第一節(jié) 概 述,第四章 人工智能中的知識表示,知識的分類：,（1）敘述型知識：表示問題的狀態(tài)、概念、條

37、件、常識的知識。放在數(shù)據(jù)庫中。,（2）過程性知識：表示問題求解過程中用到的操作、演算和行動的知識。放在知識庫中。,（3）控制性知識：表示問題求解過程中決定決定選用哪種操作、演算和行動的判斷或決策知識。放在推理機中。,第一節(jié) 概 述,第四章 人工智能中的知識表示,第一節(jié) 概 述,知識表示的重要性,知識表示技術(shù)：研究在計算機上如何用最合適的形式，對問題求解過程中所需的各種知識進行表示并組織的技術(shù)。是一個實際問題的抽象化、形式化問題。,衡量知

38、識表示的好壞標準：有效性、方便性、簡明性,第四章 人工智能中的知識表示,1、產(chǎn)生式知識表示法,2、謂詞邏輯知識表示法,3、框架知識表示法,4、語義網(wǎng)絡(luò)知識表示法,5、狀態(tài)空間知識表示法,6、與/或圖知識表示法,7、特性表知識表示法,8、面向?qū)ο笾R表示法,9、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識表示法,10、Petri網(wǎng)知識表示法,第一節(jié) 概 述,人工智能中知識表示方法:,知識表示最后反映在計算機內(nèi)部都是某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如數(shù)組、字符串、二值邏輯等等！！,,第

39、二節(jié) 產(chǎn)生式表示法,第四章 人工智能中的知識表示,一、產(chǎn)生式知識表示法（Production Rule),產(chǎn)生式表示法（前提-結(jié)論對，規(guī)則表示法）,一般形式：,If Conditions(前提條件）Then Conclusions(結(jié)論）,If （101 red and 102 red)Then （L stop),例如：,,,,,,,,101,102,L,“條件” “結(jié)論”可用英文字符串、數(shù)字、二值邏輯等,第二節(jié) 產(chǎn)生

40、式表示法,第四章 人工智能中的知識表示,二、產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),用產(chǎn)生式方法表示知識的專家系統(tǒng)稱為產(chǎn)生式系統(tǒng)！它一般由三個部分組成（三要素）：,（1）總數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中心。,（2）產(chǎn)生式規(guī)則集：存放過程型知識，以規(guī)則的形式存放。,（3）控制系統(tǒng)：負責選擇規(guī)則的決策系統(tǒng)，對應(yīng)控制型知識。產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略實質(zhì)是個搜索過程，要對一系列規(guī)則進行探索，直到發(fā)現(xiàn)某一規(guī)則滿足數(shù)據(jù)庫終止條件為止。,第二節(jié) 產(chǎn)生式表示法,第四章 人工智能中

41、的知識表示,二、產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),,,,控 制 系 統(tǒng),規(guī) 則 庫,綜合數(shù)據(jù)庫,,,,,,第二節(jié) 產(chǎn)生式表示法,第四章 人工智能中的知識表示,二、產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),（2）產(chǎn)生式規(guī)則集：例如：“八數(shù)碼難題”如果采用空格牌移動規(guī)則時，移動的規(guī)則可表示如下：,用O(ij)表示空牌位置，i表示空格所在行，j表示空格所在列。,空格走步知識表示,左走條件：If j-1≥1 Then O(ij)可左移上走條件：If i-1≥

42、1 Then O(ij)可上移右走條件：If j+1≤3 Then O(ij)可右移下走條件：If i+1≤3 Then O(ij)可下移,,,,,,,2,8,1,3,6,7,4,5,,第二節(jié) 產(chǎn)生式表示法,第四章 人工智能中的知識表示,二、產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),（3）控制系統(tǒng)：產(chǎn)生式系統(tǒng)的問題求解過程的步驟如下：,1）將數(shù)據(jù)庫初始化；2）當存在某有用的規(guī)則前提能與數(shù)據(jù)庫中的事實相匹配，則繼續(xù)下一步，否則轉(zhuǎn)5）；3）

43、使用規(guī)則，更新數(shù)據(jù)，并將所用過的規(guī)則作上標記。4）判斷數(shù)據(jù)庫中是否有目標解，如是，則終止求解，否則轉(zhuǎn)2）5）要求更多的關(guān)于問題的信息，充實數(shù)據(jù)庫，并轉(zhuǎn)2）；如不能提供所要信息，則求解失敗。,產(chǎn)生式系統(tǒng)特點：清晰性、模塊性、靈活性、解釋性,第三節(jié) 框架表示法,第四章 人工智能中的知識表示,一、框架表示法是明斯基在研究計算機視覺問題時提出的,二、框架表示法一般形式,《框架名》《槽名1》(值111，值112………)

44、(值121，值122………) 《槽名2》(值211，值212………) (值221，值222………) .《槽名n》(值n11，值n12………) (值n21，值n22………) .,—槽、側(cè)面名、值可以是任意有限個數(shù),—側(cè)面是對槽的進一步說明,—槽中的信息類型可是數(shù)值、文字、二值邏輯等，也可是一個

45、子框架。,第三節(jié) 框架表示法,第四章 人工智能中的知識表示,二、框架表示法一般形式,《框架名》《槽名1》(值111，值112………) (值121，值122………) 《槽名2》(值211，值212………) (值221，值222………) .《槽名n》(值n11，值n12………) (值n21，值n22………)

46、 .,-框架表示法是個分層次的結(jié)構(gòu),-相關(guān)框架的繼承與嵌套組成一個框架系統(tǒng),-可表示出某種行為、概念、觀點及事務(wù)間的因果關(guān)系。,第三節(jié) 框架表示法,第四章 人工智能中的知識表示,框架表示法舉例,一個電廠的框架框架1 名稱 **火電廠 類別 火電廠 所屬 **電力系統(tǒng) 額定參數(shù) 容量

47、 **MW 電壓等級 **KV,**KV,**KV 設(shè)備概況 鍋爐數(shù) ** 汽機數(shù) ** 發(fā)電機數(shù) ** 主變數(shù) ** 狀態(tài) （運行/擴建/停役）,第三節(jié) 框架表示法,第四章 人工智能中的知識表示,框架表示法舉例,一個電廠的框架框架2

48、 名稱 220kv母線 類別 電氣 所屬 **火電廠 額定參數(shù) 斷路器型號 **MW 接線形式 ** 冷卻方式 ** 電壓 ** 保護 差動保護，母聯(lián)過流保護。。 領(lǐng)域 正母/副母/旁路

49、 狀態(tài) 運行/停役/部分檢修 方式 雙母并聯(lián)/雙母分段/單母/雙母帶旁路,第三節(jié) 框架表示法,第四章 人工智能中的知識表示,框架表示法舉例,一個電廠的框架框架3 名稱 220kv正母線 類別 電氣 所屬 母線 聯(lián)絡(luò)設(shè)備 線路 **MW 主變 ** 其

50、他 … 額定電流 **KA/**KA 運行狀態(tài) 運行/充電/停運檢修,第三節(jié) 框架表示法,第四章 人工智能中的知識表示,框架表示法的特點:,1、框架表示法描述范圍廣、存儲信息較多，槽、側(cè)面及值均是用來描述各種具體屬性及其信息，而不是關(guān)系；,2、是一個有層次的結(jié)構(gòu)，上下層有一定的關(guān)系 下層（叫子層）框架包含有上層的特性，下層特性由于有具體個性，比上層要優(yōu)先，表示

51、法具有模塊性；,3、相互關(guān)聯(lián)的框架可連接起來組成框架系統(tǒng)或框架網(wǎng)絡(luò),第四節(jié) 謂詞表示法,第四章 人工智能中的知識表示,謂詞表示的一般形式：P（x1,x2,…xi…xn) P-稱為謂詞，用來刻劃個體的性質(zhì)或關(guān)系 x-稱為個體變量（又稱變元），表示獨立存在的事物，可以是一個抽象的概念，也可是一個具體的事物。它的變化范圍稱為個體域，可以是有限的，也可是無限的。,謂詞的元數(shù)：個體變元的數(shù)目稱為謂詞的元數(shù)。謂詞的階數(shù)：與一

52、個個體變元相聯(lián)的謂詞稱為一階謂詞，與多個個體變元相聯(lián)的謂詞稱為多階謂詞。,,個體間的次序不可隨意調(diào)換。,第四節(jié) 謂詞表示法,第四章 人工智能中的知識表示,謂詞公式：用簡單謂詞、聯(lián)結(jié)詞、量詞按一定規(guī)則組成公式，叫謂詞公式。,聯(lián)結(jié)詞：否定聯(lián)結(jié)詞 ～ 合取聯(lián)結(jié)詞 ∧ 析取聯(lián)結(jié)詞 ∨ 條件聯(lián)結(jié)詞 → 雙條件聯(lián)結(jié)詞,量詞：全稱量詞 ：對所有

53、的 存在量詞 ：存在,第四節(jié) 謂詞表示法,第四章 人工智能中的知識表示,三、一階謂詞的知識表示：,1、用謂詞表示事實：此時的個體變元要用確定值,2、用謂詞表示狀態(tài)：問題的狀態(tài)可用語句來描述，而語句可用謂詞來表示。,3、用謂詞表示操作：操作由兩個部分組成（條件和動作）,第四章 人工智能中的知識表示,例如：表示變電所中負荷的供電狀態(tài)，如圖所示：在母線帶電，斷路器、刀閘1、2均處于合位時，負荷才能供電，用謂詞公

54、式表示如下：,LINK (Breaker,Switch1)LINK (Switch1,Bus)LINK (Switch2,Breaker)LIVE (Bus)CLOSE(Breaker)CLOSE(Switch1)CLOSE(Switch2),,,,,,,bus,Switch1,Breaker,Switch2,操作的條件：LINK (Breaker,Switch1)LINK (Switch1,Bus)OPEN (Bre

55、aker)CLOSE(Switch1),操作后應(yīng)刪去：CLOSE(Switch1)增加： OPEN(Switch1),操作：OPEN(Switch1),第四節(jié) 謂詞表示法,第四章 人工智能中的知識表示,四、謂詞邏輯表示法的特點,嚴格性：可保證其演繹推理的正確性，可較精確地表達知識通用性：擁有通用的邏輯演算的方法和推理規(guī)則自然性：接近于自然語言的形式語言模塊性：一個謂詞可獨立地插入知識庫、數(shù)據(jù)庫,缺點：無法表達不確定性及模糊

56、性知識，推理效率低,第五節(jié) 其它表示法,第四章 人工智能中的知識表示,一、語義網(wǎng)絡(luò)表示法：是以網(wǎng)絡(luò)格式表示人類知識構(gòu)造的一種形式 是一種基于廣義圖的表示方法 語義網(wǎng)絡(luò)是通過概念及其語義關(guān)系表達知識的一種網(wǎng)絡(luò)圖,節(jié)點：表示所研究領(lǐng)域中的物體、概念、特性值弧 ：表示它們之間的關(guān)系指針：說明這種關(guān)系（如隸屬、性能）的語句,,網(wǎng)絡(luò)圖,第五節(jié) 其它表示法,第四章 人

57、工智能中的知識表示,二、特性表表示法：是一種用特征及值組成的表格形式表達所研究問題的對象的性質(zhì)、狀態(tài)的知識表示方法，是框架的一種特例。,,,,,,,特征,姓名,性別,出生,值,不同研究的問題有不同的特征項，簡單、直觀。,,第四章 人工智能中的知識表示,面向?qū)ο笾R表示法,面向?qū)ο蠹夹g(shù):包括面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法學, 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫, 面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng),

58、 面向?qū)ο筌浖_發(fā)環(huán)境, 面向?qū)ο笥布С?,第四章 人工智能中的知識表示,面向?qū)ο蠡靖拍?、對象：從廣義講，任何事物 從問題求解角度講，是與問題領(lǐng)域有關(guān)的事物 從對象的實現(xiàn)機制講，是一臺機器，它有一個名字，一組數(shù)據(jù)，一組操作，不同對象之間的相互作用通過傳消息實現(xiàn)。 其中：數(shù)據(jù)：表示對象的狀態(tài)

59、 操作：一類用于對數(shù)據(jù)的操作，改變對象的狀態(tài) 二類用于產(chǎn)生輸出結(jié)果 對象是一個具有局部狀態(tài)和一個操作集合的實體，且數(shù)據(jù)與操作是不可分的。,第四章 人工智能中的知識表示,2、類：是一種抽象機制，它是對一組相似對象的抽象,3、封裝：把一切屬于對象的信息和操作局限于對象內(nèi)，在外面 不可見。屬于信息隱藏技術(shù),4、繼承：在由超類、子類以及具體具

60、體對象所形成的層次結(jié)構(gòu) 中，父類所具有的數(shù)據(jù)和操作，可被子類繼承,面向?qū)ο蟮幕咎卣鳎耗K性、繼承性、封裝性、多態(tài)性、易維護性、 便于增量設(shè)計,第四章 人工智能中的知識表示,表示知識方法結(jié)構(gòu)形式：Class [:] [ ]

61、 Structure Method Restraint END,面向?qū)ο蠓椒ㄔ陔娏ο到y(tǒng)中的應(yīng)用,第六章 推理技術(shù),推理技術(shù):是指利用表達與問題有關(guān)的

62、知識的符號在計算機中進行機器思維，求解問題，實現(xiàn)推理的智能操作的各種方法。分為：精確推理和不精確推理二類。,第一節(jié) 精確推理,精確推理包括：正向推理、反向推理和混合推理一、正向推理,——由原始數(shù)據(jù)出發(fā)，按照一定的策略，運用知識庫中的專家知識推斷出結(jié)論。,——若用產(chǎn)生式表示法表示知識，則正向推理就是從問題的前提（事實）出發(fā)，根據(jù)選定的搜索策略選擇知識庫中的規(guī)則，將事實與規(guī)則的前提去匹配，不斷得到新的事實，直到找到目標或規(guī)則用完為止。

63、,屬數(shù)據(jù)驅(qū)動策略,,正向推理-簡單、易實現(xiàn)、目的性不強,,,,,,,,,,,,數(shù)據(jù)庫,知識庫,1,2,3,4,5,前提1,前提2,前提3,前提4,前提5,結(jié)論1,結(jié)論2,結(jié)論3,結(jié)論4,結(jié)論5,事實1,事實2,事實3,二、反向推理,——先提出假設(shè)結(jié)論，按照一定的策略，到知識庫中去找支持此結(jié)論的條件，再到數(shù)據(jù)庫里去找這些條件是否存在？當條件在數(shù)據(jù)庫中時，則此假設(shè)結(jié)論成立推理成功。否則重新假設(shè)結(jié)論，直到找到條件為止。,屬目標驅(qū)動策略,,反

64、向推理-有盲目性,,,,,,,,,,,,數(shù)據(jù)庫,知識庫,1,2,3,4,5,前提1,前提2,前提3,前提4,前提5,結(jié)論1,結(jié)論2,結(jié)論3,結(jié)論4,結(jié)論5,事實1,事實2,事實3,,,,正反向混合推理,正向,正向,反向,反向,,,,,中間結(jié)果相遇,應(yīng)用：1）條件不足 2）事實的可信度不高 3）懷疑是否有其它結(jié)論,沖突消解策略,在推理過程中，系統(tǒng)要不斷地用當前已知的事實與知識庫中的知識進行匹配，可能出

65、現(xiàn)以下三中情況：,1）已知事實不能與知識庫中的任何知識匹配成功2）已知事實恰好與知識庫中的一條知識匹配成功3）已知事實可與知識庫中的多個知識匹配成功， 或有多個已知事實與知識庫中的某一個知識匹配成功， 或有多個已知事實與知識庫中的多個知識匹配成功。 （稱這種情況為發(fā)生沖突，解決沖突的過程稱為沖突消解）,沖突消解辦法-對知識進行排序,1、特殊優(yōu)先策略,2、新知識優(yōu)先策略,3、差異性優(yōu)先策略,,,不精確推理,基

66、本框架:,1、定量描述知識的不確定性,IF A THEN B f(B,A),用圖表示為：,A,B,,f(B,A),規(guī)則的前提條件,規(guī)則的結(jié)論,規(guī)則的強度,不精確推理,A為真時，B為真，f(B,A)為最大值A(chǔ)為真時，B為假，f(B,A)為最小值A(chǔ)對B無影響，f(B,A)為單位元,f(B,A)一般由領(lǐng)域?qū)＜医o出,2、定量描述命題A的不確定性,不精確推理,用c(A)表示，刻劃命題為真的程度,A為真c(A)為最大值A(chǔ)為

67、假c(A)為最小值A(chǔ)未知c(A)為單位元,原始證據(jù)的不確定性一般由用戶提供。,不精確推理,1)證據(jù)的合成： c1(A)，新的c2(A)，如何更新？,2)證據(jù)的邏輯組合： c(A1 and A2)=g1(c(A1),c(A2)) c(A1 or A2)=g2(c(A1),c(A2)),3)確定規(guī)則結(jié)論部分的不確定性：由c(A)和f(B,A),求c(B),3、基本算法的定義,,,,第七章 專家系統(tǒng)的研制

68、,建好一個專家系統(tǒng)的關(guān)鍵：,1）總結(jié)領(lǐng)域的經(jīng)驗知識2）選用合適的知識表示方法3）選用合適的推理方法,領(lǐng)域?qū)＜遗c知識工程師的密切配合,領(lǐng)域?qū)＜?知識工程師,專家系統(tǒng),,詢問問題,分析、解答,總結(jié)經(jīng)驗寫成規(guī)則確定策略,專家系統(tǒng)的分類,解釋型診斷型預(yù)測型規(guī)劃型設(shè)計型監(jiān)測型教育型,專家系統(tǒng)設(shè)計的三個階段,第一：可行性研究第二：生成專家系統(tǒng)原型第三：生成實用專家系統(tǒng),,,,,,第二：建造原型專家系統(tǒng)的步驟,認識問題特征,找