東南大學遠程教育人工智能第01講主講教師：翟玉慶計算機科學技術的發展趨向1、基于網絡(普適計算)2、并行化3、智能化（以知識為中心）4、人性化參考資料：1、人工智能（上、下冊），陸汝鈐科學出版社2、高級人工智能，史忠植科學出版社3、智能主體及其應用，史忠植科學出版社4、ArtificialIntelligenceANewSynthesis,N.J.Nilsson,機械工業出版社MorganKaufmann第一章引言第一節基本概念一、智能 智能是個體有目的的行為、合理的思維，以及有效地適應環境的綜合能力。通俗地講，智能是個體認識客觀事物、客觀世界和運用知識解決問題的能力。 人類個體的智能是一種綜合性能力。具體地講，可包括：1）感知與認識事物、客觀世界與自我的能力；2）通過學習取得經驗、積累知識的能力；第一章引言第一節基本概念一、智能 人類個體的智能是一種綜合性能力。具體地講，可包括：3）理解知識、運用知識和運用經驗分析問題和解決問題的能力；4）聯想、推理、判斷、決策的能力；5）運用語言進行抽象、概括的能力；6）發現、發明、創造、創新的能力；第一章引言第一節基本概念一、智能 人類個體的智能是一種綜合性能力。具體地講，可包括：7）實時地、迅速地、合理地應付復雜環境的能力；8）預測、洞察事物發展變化的能力；等。注：智能是相對的、發展的。離開特定時間說智能是困難的、沒有意義的。東南大學遠程教育人工智能第02講主講教師：翟玉慶第一章引言第一節基本概念二、人工智能 人工智能是相對人的自然智能而言，即用人工的方法和技術，研制智能機器或智能系統來模仿、延伸和擴展人的智能，實現智能行為和“機器思維”解決需要人類專家才能處理的問題。 人工智能是人工制品(artifact)中所涉及的智能行為。其中，智能行為包括：感知(perception)、推理(Reasoning)、學習(learning)、通信(communicating)和復雜環境下的動作行為(acting)。第一章引言第一節基本概念三、人工智能目標 人工智能目標是實現智能行為和“機器思維”，解決需要人類專家才能處理的問題。1、研究像人一樣工作的機器，甚至比人做得更好2、能夠理解機器、人或動物的智能行為

第一章引言第一節基本概念四、智能革命 智能革命是指人的自然智能通過人工智能的模仿和擴展，實現社會生產的自動化和智能化，促進知識密集型經濟的發展。第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況一、萌芽階階段1、Aristotle(公公元前384-322)在《工具具論》中提提出形式邏邏輯（三段段論）2、Bacon(1561-1626)在《新新工具》中中提出歸納納法，提出出“知識就就是力量””3、Leibnitz(1646-1716)研制四則則計算器，，提出“通通用符號””和“推理理計算”概概念，使形形式邏輯符符號化，從從而能對人人的思維進進行運算和和推理，奠奠定了數理理邏輯的基基礎第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況一、萌芽階階段4、Boole(1815-1864)創立布布爾代數，，在《思維維法則》中中首次用符符號語言描描述思維活活動的基本本推理規則則5、Godel(1906-1978)提出不不完備性定定理，指出出人的思維維形式化和和機械化的的某些極限限6、Turing(1912-1954)提出出理想計算算模型—圖圖靈機，創創立自動機機理論，提提出“圖靈靈試驗”，，用以判斷斷“Canamachinethink?”第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況一、萌芽階階段7、Mauchly和Eckert等研研制成功ENIAC電子數字字計算機，，為人工智智能研究奠奠定物質基基礎8、VonNeumann提出馮??諾依曼計計算機模型型9、McCulloch和Pitts建立神經經網絡數學學模型，通通過模擬人人腦實現智智能，開創創人工神經經網絡研究究。Kleene將將其抽象為為有限自動動機理論10、Wiener創立控制制論，Shannon創立信信息論第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況二、人工智智能的誕生生1、導因現實世界中中相當多的的問題求解解是復雜的的，常無算算法可循，，即使有計計算方法，，也是NP問題。為為此，人們們可采用啟啟發式知識識進行問題題求解，把把復雜的問問題大大簡簡化，可在在浩瀚的搜搜索空間中中迅速找到到解答。這這是運用專專門領域的的經驗知識識。經常會會取得有關關問題的滿滿意解，而而非數學上上的最優解解。這就是是啟發式搜搜索。第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況二、人工智智能的誕生生2、提出1956年年，由McCarthy、Minskey、Shannon、Newell等提出出。東南大學遠遠程教育人工智智能能第03講主講教師：：翟玉慶第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況三、人工智智能的發展展1、50年年代以博弈、游游戲為對象象進行研究究1）Samuel研研制成功具具有自學能能力的啟發發式博弈程程序2）Newell研研制了啟發發式程序LogicTheorist。對《《數學原理理》中38條定理進進行了證明明，開創了了利用計算算機研究思思維活動規規律的工作作3）Chomsky提出語言言文法，開開創了形式式語言研究究第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況三、人工智智能的發展展1、50年年代4）McCarthy建立LISP，，不僅可以以處理數值值，而且可可更方便地地處理符號號，為人工工智能研究究提供了重重要工具第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況三、人工智智能的發展展2、60年年代前期以搜索索問題、通通用問題求求解研究為為主1）Newell發發表問題求求解程序，，使啟發式式程序有更更大的普遍遍性2）Feigenbaum研研制成功DENDRAL化學學專家系統統，使人工工智能研究究從著重算算法轉向知知識表示的的研究，也也是人工智智能研究走走向實用化化的標志第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況三、人工智智能的發展展2、60年年代3）Robinson提出歸結原原理4）Quilian提出語義義網絡的知知識表示法法5）IJCAI成立立第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況三、人工智智能的發展展3、70年年代前期以自然然語言理解解、知識表表示研究為為主1）Winograd發表自然語語言理解系系統SHRDLU2）Colmerauer創創建PROLOG語語言3）Schank提提出概念從從屬理論4）Minskey提出框架架知識表示示法5）Feigenbaum提提出知識工工程第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況三、人工智智能的發展展4、80年年代專家系統廣廣泛應用，，出現了專專家系統開開發工具，，開始興起起人工智能能產業1）日本提提出五代機機計劃2）中國提提出863計劃-863-306第一章引引言第二節人人工智能的的發展概況況三、人工智智能的發展展5、90年年代-現在在1）人工神神經網絡的的復興2）基于知知識的系統統CYC4）分布式式人工智能能與多Agent系系統robots,Softbot,集集成自治系系統5）知識科科學東南大學遠遠程教育人工智智能能第04講主講教師：：翟玉慶第一章引引言第三節人人工智能的的研究方法法人工智能經經過發展，，形成了許許多學派。。不同學派派的研究方方法、學術術觀點、研研究重點有有所不同。。這里主要要介紹認知知學派、邏邏輯學派、、行為主義義學派和連連接主義學學派。一、認知學學派(以Simon,Minskey和Newell等為為代表)1、基本思思想從人的思維維活動出發發，利用計計算機進行行宏觀功能能模擬?；谖锢矸栂到y假假設，將任任何信息加加工系統看看成是一個個具體的物物理系統。。第一章引引言第三節人人工智能的的研究方法法一、認知學學派2、基本觀觀點物理系統表表現智能行行為的充要要條件是該該系統是一一個物理符符號系統。。3、主要工工作1）Newell的LogicTheorist，模模擬人證明明數學定理理的思維過過程2）GPS，模擬人人的解題過過程(擬定定初步解題題計劃利用公理理、定理和和規則，按按規則實施施解題過程程不斷進進行“目的的—手段““分析，修修訂解題計計劃。第一章引引言第三節人人工智能的的研究方法法一、認知學學派3、主要工工作3）物理符符號系統假假設符號是模式式。物理符符號系統的的基本任務務和功能是是辨認相同同的符號和和區別不同同的符號。。第一章引引言第三節人人工智能的的研究方法法二、邏輯學學派（以以McCarthy和Nilsson等為代表表)1、基本思思想用邏輯來研研究人工智智能，用形形式化的方方法（統一一的邏輯框框架）描述述客觀世界界。2、基本觀觀點1）智能機機器必須有有關于自身身環境的知知識2）通用智智能機器要要能陳述性性地表達關關于自身環環境的大部部分知識3）通用智智能機器表表示陳述性性知識的語語言至少要要有一階邏邏輯的能力力第一章引引言第三節人人工智能的的研究方法法二、邏輯學學派3、主要工工作1）概念化化知識表示示2）模型論論語義東南大學遠遠程教育人工智智能能第05講主講教師：：翟玉慶第一章引引言第三節人人工智能的的研究方法法二、邏輯學學派3、主要工工作1）概念化化知識表示示2）模型論論語義3）演繹推推理4）非單調調邏輯用于于常識推理理第一章引引言第三節人人工智能的的研究方法法三、行為主主義學派(以Brooks為代表)1、基本思思想以復雜的現現實世界為為背景，讓讓人工智能能理論先經經受解決實實際問題的的考驗，并并在這種考考驗中成長長。智能只只是在與環環境的交互互作用中表表現出來。。2、基本觀觀點1）到現場場去2）物理實實現3）初級智智能4）行行為產生智智能第一章引引言第三節人人工智能的的研究方法法三、行為主主義學派3、主要工工作1）無需知知識表示的的智能2）無需推推理的智能能3）機器蟲蟲第一章引引言第三節人人工智智能的研研究方法法四、連接接主義學學派1、基本本思想從腦的神神經系統統結構出出發來研研究腦的的功能，，研究大大量簡單單的神經經元的集集團信息息處理能能力及其其動態行行為，模模擬和實實現人的的認識過過程中的的感知覺覺過程、、形象思思維、分分布式記記憶和自自學習自自組織過過程。2、基本本觀點1）神經經網絡以以分布式式方式存存儲信息息2）神經經網絡以以并行方方式處理理信息3）神經經網絡具具有自組組織、自自學習能能力第一章引引言第三節人人工智智能的研研究方法法四、連接接主義學學派3、主要要工作人工神經經網絡東南大學學遠程教教育人工工智智能能第06講講主講教師師：翟玉玉慶第一章引引言第四節人人工智智能的主主要研究究內容一、博弈弈跳棋、國國際象棋棋、五子子棋二、機器器定理證證明LogicTheorist王浩：利利用一階階謂詞邏邏輯吳文?。海簠欠椒ǚㄈ?、自動動程序設設計四、通用用問題求求解GPS東南大學學遠程教教育人工工智智能能第07講講主講教師師：翟玉玉慶第一章引引言第四節人人工智智能的主主要研究究內容五、感知知1、視覺覺2、語音音六、自然然語言理理解與生生成計算語言言學七、自動動推理1、推理理從一個或或幾個已已知的判判斷（前前提）邏邏輯地推推論出一一個新的的判斷（（結論））的思維維形式。。第一章引引言第四節人人工智智能的主主要研究究內容七、自動動推理1、推理理注：利用用以往的的知識通通過推理理可得到到新的結結論。2、主要要工作1）機器器定理證證明2）歸結結原理：：推理規規則簡單單。在邏邏輯上是是完備的的，是PROLOG的的計算模模型3）非單單調推理理：閉世世假說（（CWA）、默默認推理理、限定定推理第一章引引言第四節人人工智智能的主主要研究究內容七、自動動推理2、主要要工作4）定性性推理：：把物理理系統或或物理過過程細分分為子系系統或子子過程，，對于每每個子系系統或子子過程及及它們之之間的相相互作用用或影響響均建立立起結構構描述，，通過局局部因果果性的傳傳播和行行為合成成，獲得得實際物物理系統統的行為為描述和和功能描描述東南大學學遠程教教育人工工智智能能第08講講主講教師師：翟玉玉慶第一章引引言第四節人人工智智能的主主要研究究內容七、自動動推理2、主要要工作5）不確確定性推推理：不不確定性性來自人人類的主主觀認識識與客觀觀實際之之間存在在的差異異。事物物發生的的隨機性性，人類類知識的的不完全全、不可可靠、不不精確和和不一致致，自然然語言中中存在的的模糊性性和歧義義性均反反映了這這種差異異，均會會帶來不不確定性性。有代表性性的不確確定性理理論和推推理方法法有：概概率論，，Bayes理論論，證據據理論(Dempster和Shafer)，模模糊集理理論等。。第一章引引言第四節人人工智智能的主主要研究究內容八、機器器學習知識、知知識表示示及運用用知識的的推理算算法是人人工智能能的核心心，而機機器學習習則是關關鍵問題題。1、學習習學習是獲獲取知識識、積累累經驗、、改進性性能、發發現規律律、適應應環境的的過程。。其基本本機制是是設法將將在一種種情形下下成功的的表現行行為轉移移到另一一類似的的新情形形中去。。2、學習種類類1）無知識的的學習：神經經元模擬和基基于決策論方方法的自適應應和自組織系系統。第一章引引言第四節人工工智能的主要要研究內容八、機器學習習2、學習種類類2）歸納學習習：AQ算法、ID3算法等等。3）分析學習習（實例學習習）：基于解解釋的學習、、知識塊（Chunking）學習習。4）類比學習習5）發現學習習：根據實驗驗數據或模型型重新發現定定律的方法。。第一章引引言第四節人工工智能的主要要研究內容八、機器學習習2、學習種類類6）遺傳學習習：自然選擇擇、變異。7）連接學習習：神經網絡絡學習。8）數據庫知知識發現：主主要發現分類類規則、特征征規劃、關聯聯規則、差異異規則、演化化規則、異常常規則等。其方法有統計計方法、機器器學習、神經經網絡、數據據倉庫等。東南大學遠程程教育人工智智能第09講主講教師：翟翟玉慶第一章引引言第四節人工工智能的主要要研究內容九、分布式人人工智能（DistributedAI）第一屆DAI會議是是在1980年。1、基本概念念DAI是研究究在邏輯上或或物理上分散散的智能動作作者如何協調調其智能行為為（知識、技技能和規劃）），求解單目目標和多目標標問題，為設設計和建立大大型復雜的智智能系統或計計算機支持協協同工作(CSCW)提供有效途徑徑。第一章引引言第四節人工工智能的主要要研究內容九、分布式人人工智能（DistributedAI）第一屆DAI會議是是在1980年。2、主要內容容1）分布式問問題求解(DPS)2）多Agent系系統(MAS)Agent是是自主的，可可能是預先存存在的，并且且是異構的，，是一開放的的系統。第一章引引言第四節人工工智能的主要要研究內容十、人工思維維模型真實世界柔性信息處理理集體智能開放式自主系系統第一章引引言第四節人工工智能的主要要研究內容十一、知識系系統知識工程已成成為人工智能能應用最顯著著的特點。知識系統主要要研究內容：：1、專家系統統知識庫+推理理機2、知識庫系系統將知識以一定定的結構存入入，進行知識識管理，實現現知識共享3、智能決策策系統4、知識科學學第一章引引言討論題：1、你相信人人是機器嗎？？請說出理由由。2、如果你是是圖靈測試的的測試者，你你會如何設計計題目？東南大學遠程程教育人工智智能第10講主講教師：翟翟玉慶第二章知知識與知識表表示第一節引言言一、知識知識是信息經經過加工整理理、解釋、挑挑選和改造而而成的。二、知識類型型1、事實性知知識一般采用直接接表示形式。。注：1）若事事實性知識是是批量的、有有規律的，則則往往以表格格、圖冊，甚甚至數據庫等等形式出現；；2）某些事實實性知識表現現為規則的形形式（盡管有有時事實和規規則分開處理理）第二章知知識與知識表表示第一節引言言二、知識類型型2、過程性知知識描述做某事的的過程，使人人或計算機照照此去做。3、行為性知知識不直接給出事事實本身，只只給出它在某某方面的行為為。注：從某種意意義上說，行行為性知識是是描述事物的的內涵，而非非外延。4、實例性知知識只給出一些實實例，關于事事物的知識就就隱藏在這些些實例中。第二章知知識與知識表表示第一節引言言二、知識類型型4、實例性知知識注：實例性知知識和事實性性知識的主要要區別是：人人們感興趣的的一般不是這這些實例本身身，而是在大大批實例后面面隱藏的規律律性知識。5、類比性知知識既不給出外延延，也不給出出內涵，只給給出它與其它它事物的某些些相似之處。。第二章知知識與知識表表示第一節引言言二、知識類型型5、類比性知知識注：類比性知知識一般不能能完整地刻劃劃事物，有時時會以偏概全全，但它可以以啟發人們在在不同領域的的知識間架起起橋梁，利用用一個領域的的知識去解決決另一個領域域的問題。6、元知識關于知識的知知識。注：元知識經經常以控制知知識的形式出出現。東南大學遠程程教育人工智智能第11講主講教師：翟翟玉慶第二章知知識與知識表表示第一節引言言三、知識表示示原則1、表示知識識的范圍是否否廣泛？注：邏輯是一一種廣譜的知知識表示工具具。2、是否適合合于推理？注：人工智能能主要對適合合推理的知識識表示感興趣趣。3、是否適合合于計算機處處理？4、是否有高高效的算法？？5、能否表示示不精確知識識？注：自然界的的信息具有先先天的模糊性性和不精確性性。第二章知知識與知識表表示第一節引言言三、知識表示示原則6、能否模塊塊化，以便于于知識分層？？7、知識和元元知識能否用用統一的形式式表示？8、是否適合合于加入啟發發式信息？控制知識（元元知識）信息息—啟發式信信息9、過程性表表示還是說明明性表示？說明性表示：：只給出事物物本身的屬性性及事物之間間的相互關系系，對問題的的解答就隱含含在這些知識識之中。第二章知知識與知識表表示第一節引言言三、知識表示示原則9、過程性表表示還是說明明性表示？過程性表示：：給出解決一一個問題的具具體過程。注：說明性表表示涉及細節節少，抽象程程度高，可靠靠性較好，修修改方便，但但執行效率較較低。10、表示方方式是否自然然？第二章知知識與知識表表示第一節引言言四、常見的知知識表示形式式1、演繹系統統2、產生式系系統3、框架結構構4、語義網絡絡5、過程性知知識表示6、面向對象象知識表示第二章知知識與知識表表示第二節演繹繹系統一、謂詞演算算1、命題陳陳述2、謂詞帶帶有參數數的命題注：1）謂詞詞比命題有更更強的表達能能力，可將知知識單元細分分；2）謂詞可代代表變化著的的情況，謂詞詞的真假值可可因參數而異異；3）可利用謂謂詞在不同的的知識之間建建立聯系，使使用同名參數數。第二章知知識與知識表表示第二節演繹繹系統一、謂詞演算算3、謂詞解釋釋人人為地指派給給謂詞的含義義注：1）由于于解釋的不同同，謂詞的真真假值也就不不同；2）對于復雜雜的謂詞公式式，研究其不不同的解釋具具有更大的重重要性；3）對一個個謂詞公式式可給出多多種甚至無無窮多種不不同的解釋釋。第二章知知識與知知識表示第二節演演繹系統一、謂詞演演算3、謂詞解解釋人人為地地指派給謂謂詞的含義義注：4）每每種解釋由由下列基本本部分組成成：A）一組基基本域Di,i=1…nB）每個常常量均是某某個Di中中的一個元元素C）每個變變量均在某某個Di中取值D）每個m目函數均均是一個映映射Di1Di2...DimDim+1（對于jk,可以以有Dij=Dik)第二章知知識與知知識表示第二節演演繹系統一、謂詞演演算3、謂詞解解釋人人為地地指派給謂謂詞的含義義注：4）每每種解釋由由下列基本本部分組成成：E）每個m目謂謂詞均是一一個映射Di1Di2...Dim（T，F）（T代表真真，F代表表假)5）若一個個謂詞公式式在所有解解釋下均為為真，則稱稱此公式為為永真公式式。第二章知知識與知知識表示第二節演演繹系統一、謂詞演演算3、謂詞解解釋人人為地地指派給謂謂詞的含義義注：5）利用謂謂詞演算進進行邏輯推推理的核心心任務就是是判斷一個個謂詞公式式是否永真真。但判斷斷一個謂詞詞公式的永永真性比較較困難，甚甚至有人證證明，根本本不存在這這樣的算法法。東南大學遠遠程教育人工智智能能第12講主講教師：：翟玉慶第二章知知識與知知識表示第二節演演繹系統一、謂詞演演算4、謂詞演演算謂謂詞及及謂詞之間間關系的研研究1）符號集集真值常量：：T、F聯結符號：：、、、、、、運算符：=量詞：、、常量：函數數常量、謂謂詞常量變量：函數數變量、謂謂詞變量注：對于變變量，可使使用量詞。。第二章知知識與知知識表示第二節演演繹系統一、謂詞演演算4、謂詞演演算謂謂詞及及謂詞之間間關系的研研究2）項A）常量和和變量是項項B）若t1,t2,..,tn是項，，則fn(t1,t2,…,tn)和和Fn(t1,t2,…,tn)也也是項。3）原子公公式和合式式公式P16第二章知知識與知知識表示第二節演演繹系統一、謂詞演演算5、主要的的謂詞演算算命題演算一階謂詞演演算二階謂詞演演算其中，最重重要的是一一階謂詞演演算。第二章知知識與知知識表示第二節演演繹系統二、自然演演繹系統給定一個有有限的或遞遞歸的公理理集，及一一個有限推推理規則集集，構成一一個自然演演繹系統。。注：1）若若在某個確確定的范圍圍內，任何何永真公式式均可由一一個演繹系系統推導出出，則稱此此演繹系統統對于該范范圍來說是是完備的。。2）對于一一階謂詞演演算，存在在著完備的的演繹系統統，對于二二階謂詞演演算，不存存在著完備備的演繹系系統。第二章知知識與知知識表示第二節演演繹系統二、自然演演繹系統注：3）在在實際應用用中，僅推推演永真式式是不夠的的，任何有有意義的知知識推理系系統均需處處理非永真真公式，它它的謂詞被被指派以某某種解釋，，即語義。。我們應該該使用含有有語義的演演繹系統。。第二章知知識與知知識表示第二節演演繹系統三、與或句句演繹系統統1、與或句句只有與符號號()、、或符號()、謂謂詞(也稱稱原子)和和前有非符符號的謂詞詞(也稱負負原子，正正負原子統統稱句節)以及看不不見的全稱稱量詞的合合式公式稱稱為與或句句。2、與或句句的生成步步驟1）化成前前束范式，，使所有量量詞均在合合式公式的的最前面，，且每個量量詞的轄域域均是整個個公式。2）消去存存在量詞，，只剩下全全稱量詞。。第二章知知識與知知識表示第二節演演繹系統三、與或句句演繹系統統3、置換規規則左部只能有有一個句節節，右部可可以是任意意的與或句句。注：與或句句演繹系統統可以用于于求證某個個目標推理理，也可以以進行反向向推理。當當用作反向向推理時，，比較實用用。第二章知知識與知知識表示第二節演演繹系統四、子句演演繹系統1、子句只有或符號號和非符號號的合式謂謂詞公式稱稱為子句，，用或符號號連接多個個句節而成成。2、子句演演繹方法消解法—Robinson3、消解法法基本思想想把已知條件件表示成一一組子句，，把求證目目標先表示示成子句，，后在前面面加非符號號，把加了了非符號的的目標子句句和條件子子句組合，，若通過消消解推出空空子句，則則目標得以以證明。第二章知知識與知知識表示第三節產產生式系統統一、基本概概念1、產生式式在自然界的的各種知識識單元之間間存在著大大量的因果果關系。這這是前提和和結論之間間的關系，，可用產生生式（或稱稱規則）來來表示。產生式（規規則）：前前提和結論論之間的關關系式。表示形式：：前提結論2、事實無需前提條條件的產生生式，可用用于表示已已知的事實實。表表示形式：：事實實第二章知知識與知知識表示第三節產產生式系統統一、基本概概念3、產生式式系統將一組產生生式放在一一起，讓它它們互相配配合、協調調作用，一一個產生式式生成的結結論可供另另一個產生生式作為前前提使用。。以這種方方式求得問問題的解決決的系統，，稱為產生生式系統。。第二章知知識與知知識表示第三節產產生式系統統二、基本特特征1、產生式式系統構成成a)一組規規則(即產產生式本身身)每個規則分分為左部(LHS)和右部(RHS)。。一般說來，，左部表示示情形，即即什么條件件發生時此此產生式應應該被調用用。右部表表示動作，，即此產生生式被調用用后所做的的事情。在核實左部部情形時，，通常采用用匹配的方方法，即查查看當前數數據基中是是否存在規規則左部所所指示的情情形。若存存在，則認認為匹配成成功，否則則認為匹配配不成功。。第二章知知識與知知識表示第三節產產生式系統統二、基本特特征1、產生式式系統構成成a)一組規規則(即產產生式本身身)匹配成功時時，執行右右部規定的的動作。這這種動作一一般是對數數據基中的的數據作某某種處理。。第二章知知識與知知識表示第三節產產生式系統統二、基本特特征1、產生式式系統構成成b)數據基基每個產生式式系統均有有一個數據據基，其中中存放的數數據既是構構成產生式式的基本元元素，又是是產生式作作用的對象象。注：數據基基不同于數數據庫。數數據基中的的數據是廣廣義的，可可以是常量量、變量、、多元組、、謂詞、表表結構、圖圖象等等。。其意義往往往指一個個事實或斷斷言，可看看成一個知知識元。第二章知知識與知知識表示第三節產產生式系統統二、基本特特征1、產生式式系統構成成c)一個解解釋程序負責整個產產生式系統統的運行，，包括規則則左部和數數據基的匹匹配、從匹匹配成功的的規則（可可能不止一一個）中選選出一個加加以執行、、解釋執行行規則右部部的動作，，并掌握時時機結束產產生式系統統的運行等等等。注：其中每每一步均可可有不同的的含義。第二章知知識與知知識表示第三節產產生式系統統二、基本特特征2、產生式式系統特點點a)相對固固定的格式式任何產生式式均由LHS和RHS組成，，左部匹配配，右部動動作。匹配提供的的信息只有有兩種：成成功或失敗敗。匹配過程中中不允許產產生副作用用。規則匹匹配失敗時時，對數據據基無影響響。匹配一般無無遞歸，無無復雜的計計算。右部部的動作一一般是最基基本的，無無復雜的控控制。第二章知知識與知知識表示第三節產產生式系統統二、基本特特征2、產生式式系統特點點b)知識的的模塊化在每個具體體的產生式式系統所適適用的專門門領域知識識被分成許許多知識元元，存于數數據基中。。而每個規規則指明了了有關知識識元之間的的關系及其其使用方法法。規則本身也也可看成是是知識元，，這種知識識元不同于于通常數據據基中存放放的知識元元，因為它它是指示如如何使用數數據基中存存放的知識識元，因此此，也稱為為元知識，，即關于知知識的知識識。由此可可見，元知知識也是模模塊化的。。第二二章章知知識識與與知知識識表表示示第三三節節產產生生式式系系統統二、、基基本本特特征征2、、產產生生式式系系統統特特點點b)知知識識的的模模塊塊化化此外外，，還還有有如如何何使使用用這這些些規規則則的的知知識識，，包包括括規規則則匹匹配配的的次次序序、、匹匹配配沖沖突突的的解解決決等等解解釋釋系系統統中中所所包包含含的的功功能能。。這這種種有有關關元元知知識識的的知知識識稱稱為為高高階階元元知知識識。。它它們們也也可可模模塊塊化化并并寫寫成成規規則則的的形形式式。。不不過過，，只只有有少少數數系系統統能能做做到到，，而而大大部部分分系系統統是是將將高高階階元元知知識識不不明明確確地地寫寫成成規規則則的的形形式式，，不不以以任任何何明明確確的的形形式式顯顯示示出出來來，，規規則則使使用用方方法法隱隱含含在在系系統統本本身身的的定定義義中中。。這這是是模模塊塊化化不不徹徹底底的的表表現現，，可可擴擴展展性性差差。。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統二、基本本特征2、產生生式系統統特點b)知識識的模塊塊化注：知識識的模塊塊化使得得知識基基（包括括數據基基和規則則基）的的補充和和修改變變得非常常容易。。但要注注意任何何修改和和擴充必必須保持持知識基基的無矛矛盾性和和一致性性。這種種一致性性檢驗最最好由系系統自動動執行，，至少檢檢驗到一一定程度度。因為為從理論論上，在在某些情情形下徹徹底的一一致性檢檢驗是不不現實的的。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統二、基本本特征2、產生生式系統統特點c)相互互影響的的間接性性產生式系系統一般般是“數數據驅動動”，看看不見控控制流。。一個產生生式的調調用對其其它產生生式的影影響不是是直接傳傳送過去去，而是是通過修修改數據據基來間間接實現現（當其其它產生生式的左左部與數數據基匹匹配時，，發現數數據基內內容已變變，從而而，各產產生式執執行效果果也就跟跟著發生生變化））。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統二、基本本特征2、產生生式系統統特點c)相互互影響的的間接性性注：這個個特點有有利于知知識模塊塊性，但但使產生生式系統統的效率率受到影影響。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統二、基本本特征2、產生生式系統統特點d)機器器可讀性性包括機器器識別產產生式、、語法檢檢查和某某種程度度上的語語義檢查查。語法檢查查包括無無矛盾性性檢驗和和冗余檢檢查。語義檢查查涉及知知識的具具體領域域，如通通常數據據庫中的的一致性性檢驗。?？勺x性的的另一含含義是對對產生式式作出解解釋，是是對產生生式系統統為解決決某一問問題所給給答案的的解釋，，即，對對推理過過程作出出解釋。。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統二、基本本特征2、產生生式系統統特點注：產生生式系統統對某些些領域的的應用是是很有效效的，如如醫療診診斷，而而對另一一些領域域不那么么適用，，如數學學。其關關鍵在于于知識能能否模塊塊化。東南大學學遠程教教育人工工智智能能第13講講主講教師師：翟玉玉慶第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統三、產生生式的知知識元形形式1、常量量字符串串是知識元元的最簡簡單形式式。匹配有精精確匹配配、不完完全匹配配(只要要求LHS中的的知識元元是當前前數據基基中某個個知識元元的子串串即可)。匹配成功功后，RHS的的動作是是把數據據基內該該知識元元中所含含的子串串換成在在RHS中出現現的子串串。注：這種種產生式式系統稱稱為置換換系統。。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統三、產生生式的知知識元形形式2、變量量若產生式式的左部部均只有有一個符符號，則則這些符符號也稱稱為變量量。注：引進進變量的的一個效效果是把把命題化化為謂詞詞，引進進變量后后，可構構造由謂謂詞構成成的產生生式系統統，它的的表達能能力要強強得多。。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統三、產生生式的知知識元形形式3、元組組在許多專專家系統統中，經經常以（（對象,屬性,值）的的三元組組形式作作為產生生式系統統的知識識元。4、樹和和圖第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統三、產生生式的知知識元形形式注：1)知識元元可涉及及復雜的的計算，，如exist(x,D)2)一般般地，變變量的作作用域僅僅限于它它所在的的產生式式。若在在匹配過過程中，，某規則則中的一一個變量量被約束束為某個個值，則則同一規規則中所所有同名名變量必必須約束束為同一一個值，，但對其其它規則則中的同同名變量量無任何何影響。。同時，，不論是是規則匹匹配失敗敗或成功功地結束束，被約約束的變變量均要要恢復原原狀，即即只起一一種形式式參數的的作用。。但是也也有例外外，如在在許多語語法置換換系統中中，同一一字符串串中的幾幾個同名名變量可可被置換換為不同同的子串串。另一一例外是是作用域域的放大大。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統四、推理理方向1、最基基本推理理方式a)向前前推理：：數據驅驅動推理理。b)向后推理理：目標標驅動推推理。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統四、推理理方向2、向前前推理基基本原理理每個產生生式的左左部有一一組條件件，右部部有一組組動作。。每當數數據基的的當前狀狀態符合合某一產產生式左左部的所所有條件件時，相相應產生生式被激激發，并并執行其其右部的的動作。。這些動動作一般般要修改改數據基基的內容容，動作作執行完完畢，數數據基的的狀態可可能已經經發生改改變。此此時，再再找一個個產生式式，…，，如此循循環反復復。S1S2S3執行產生式Pa執行產生式Pb…...第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統四、推理理方向2、向前前推理基基本原理理注：1)在大部部分向前前推理的的產生式式系統中中，每個個條件用用一個謂謂詞來表表示，產產生式的的左部是是一串謂謂詞，產產生式的的右部也也是一串串謂詞。。產生式式的左部部與當前前數據基基匹配成成功的含含義是：：對產生生式左部部所有謂謂詞中出出現的變變量可以以實行一一種統一一的置換換，使得得置換后后的謂詞詞均是當當前數據據基中某某個謂詞詞的樣品品。執行行產生式式右部動動作的含含義是：：把左部部匹配成成功時實實行的那那個變量量置換傳傳播到右右部來，，使右部部謂詞中中出現的的變量按按同一方方式實行行置換。。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統四、推理理方向2、向前前推理基基本原理理注：2)向前推推理可形形成一片片森林。。3)對于于產生式式的激發發還應加加一個條條件：當當執行一一個產生生式右部部的動作作不能改改變數據據基的狀狀態時，，即使產產生式左左部能與與數據基基匹配，，也不應應當激發發該產生生式。即即，當產產生式的的右部不不能為數數據基增增添新的的謂詞時時，就不不應激發發此產生生式，否否則會產產生許多多無用的的空轉，，可能使使產生式式系統的的運行不不能停止止。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統四、推理理方向2、向前前推理基基本原理理注：4)在一般般情況下下，運行行產生式式系統應應有一個個目標。。每執行行一次向向前推理理，就要要將當前前數據基基狀態與與目標狀狀態比較較一下，，若已達達到目標標，則停停止運行行。5)有時時，無目目標的向向前推理理也是需需要的。。這往往往是為了了推出所所需要的的全部結結果。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統四、推理理方向3、向后后推理a)基本原理理設目標狀狀態為S1,則則首先查查看數據據基的當當前狀態態是否已已是S1。若是是，則不不必做任任何工作作，問題題已解決決，否則則，查看看有無這這樣的規規則R1，可把把狀態S2轉換換為S1。若有有，則查查看當前前數據基基的狀態態是否是是S2，，若是，，則只要要執行R1，即即可達到到狀態S1，問問題也可可解決。。若當前前數據基基的狀態態不是S2，則則進一步步查看有有無這樣樣的規則則R2，，可把狀狀態S3轉換為為S2，，若有，，則查看看當前數數據基的的狀態是是否是S3,……，如此此反復，，得到一一條向后后推理鏈鏈。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統四、推理理方向3、向后后推理a)基本原理理S1S3S2…...執行產生式R1執行產生式R2東南大學學遠程教教育人工工智智能能第14講講主講教師師：翟玉玉慶第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統四、推理理方向3、向后后推理b)實現現方式對于這類類產生式式系統，，推理目目標也可可取一個個謂詞的的形態，，稱為目目標謂詞詞。推理步驟驟是：以以目標謂謂詞為樹樹根，首首先查看看當前數數據基中中是否有有這樣的的謂詞存存在，它它們與目目標謂詞詞存在最廣通代代。若有n個這樣樣的謂詞詞，則從從樹根生生出n枝枝“或枝枝”，每每枝或叉叉的終點點是上述述數據基基謂詞經經過最廣廣通代之之后的一一個樣品品；然后后，再查查看有無無這樣的的規則，，它們的的右部謂謂詞與目目標謂詞詞之間存存在最廣廣通代，，若有m個這樣的的規則，，第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統四、推理理方向3、向后后推理b)實現現方式(推理步步驟)：：則從樹樹根再生生出m枝“或或叉”，，每枝或或叉的終終點是上上述規則則的右部部謂詞經經過最廣廣通代之之后的樣樣品。若若和某個個右部謂謂詞相對對應的左左部有k個謂詞詞，則從從相應或或叉的終終點又生生出k枝枝“與叉叉”，每每枝與叉叉的終點點對應于于一個左左部謂詞詞，其中中的所有有變元均均已按照照右部謂謂詞所作作的最廣廣通代作作了相應應的置換換。在上述過過程中，，或叉的的起點稱稱為或結結點，其其終點稱稱為與結結點；與與叉的起起點稱為為與結點點，其終終點稱為為或結點點。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統四、推理理方向3、向后后推理b)實現現方式(推理步步驟)：：由上可可知：或或結點和和與結點點互為因因果。按按此辦法法不斷進進行下去去，可使使與叉和和或叉，，與結點點和或結結點循環環輪回，，生成一一棵樹，，稱為與與或樹。。它可以以是有窮窮的，也也可是無無窮的。。若從一個個或結點點生出的的所有或或叉中，，有一枝枝或叉的的終點是是當前數數據基中中某個謂謂詞的一一個樣品品，則稱稱此或結結點成功功，它的的子與結結點(即即上述謂謂詞樣品品)自然然也成功功，并且且是與或或樹的一一個葉結結點。若若從一個個或結點點不能生生出任何何或叉，，則稱此此或結點點失敗，，它也與與或樹的的一個葉葉結點。。第二章知知識識與知識識表示第三節產產生式式系統四、推理理方向3、向后后推理b)實現現方式(推理步步驟)：：若一個個或結點點的所有有子與結結點皆失失敗，則則該父或或結點也也失敗。。若一個個與結點點成功，，則它的的父或結結點也成成功。若若一個父父與結點點的所有有子或結結點皆成成功，則則該父與與結點也也成功。。若由于某某些葉結結點的成成功，使使得根結結點(它它一定是是或節點點)成功功，則整整個推理理成功。。若到某某個時刻刻，由于于某些葉葉結點的的失敗而而使得推推理不再再能進行行，則整整個推理理失敗，，否則，，與或樹樹有可能能無窮地地生長下下去。第二章章知知識識與知知識表表示第三節節產產生式式系統統四、推推理方方向3、向向后推推理c)最最廣通通代定定義定義1[通通代]若若有一一組謂謂詞W={1,2,…,n}，又又有一一個代代換，使使1=2=……=n，則則稱為謂謂詞組組W的通通代。。定義2[廣廣通代代]若若1和和2均是是謂詞詞組W的通通代，，另有有一個個代換換3，使使得：：[W1]3=W2，，則則稱通通代1較較通代代2為廣廣。定義3[最最廣通通代]設設是是謂詞詞組W的一一個通通代,若對對任意意其它它通代代，，均均比廣，，則稱稱為為W的的一個個最廣廣通代代。注：最最廣通通代可可不唯唯一。。第二章章知知識識與知知識表表示第三節節產產生式式系統統五、框框架問問題1、框框架問問題一般，，每個個謂詞詞只有有已知知其真真假和和還未未知道道其真真假的的區別別，不不會原原先是是真的的，后后來變變假了了，或或反過過來，，原先先是假假的，，后來來變真真了。。即，，真的的假不不了，，假的的真不不了。。但對于于一些些系統統，謂謂詞的的真假假值會會在推推理過過程中中發生生變化化，且且數據據基的的狀態態每次次只改改變一一些。。而其其余部部分則則沒有有變化化。這這就是是框架架問題題。注：具具有框框架問問題的的系統統主要要是用用于描描述客客觀世世界中中狀態態變遷遷的系系統。。第二章章知知識識與知知識表表示第三節節產產生式式系統統五、框框架問問題2、處處理方方法a)直直接指指明法法在每個個產生生式中中直接接指明明增加加哪些些謂詞詞，刪刪去哪哪些謂謂詞。。b)引引入狀狀態參參數法法在每個個謂詞詞中增增加一一個狀狀態參參數，，以使使得一一個謂謂詞在在不同同狀態態可取取不同同值。。注：具具有不不同狀狀態參參數的的同一一謂詞詞是不不同的的謂詞詞樣品品，從從而完完全可可有不不同的的值。。c)謂謂詞函函數化化(高高階邏邏輯法法)所用的的謂詞詞全部部寫成成函數數的形形式，，這樣樣謂詞詞樣品品就是是項。。第二章章知知識識與知知識表表示第三節節產產生式式系統統六、非非確定定性匹匹配不要求求產生生式的的左部部能與與數據據基中中的數數據完完全匹匹配，，往往往只需需要部部分的的匹配配(主主要是是由于于已有有的信信息不不是十十完備備)，，就可可推出出某些些結論論性的的信息息。注：可可采用用權、、可信信度來來表示示和確確定事事實與與規則則的匹匹配程程序第二章章知知識識與知知識表表示第三節節產產生式式系統統七、匹匹配沖沖突的的解決決1、匹匹配沖沖突在向前前推理理時，，有n個產產生式式(n>1)的左部部均能能與當當前數數據基基中的的數據據匹配配成功功，或或有m組不不同數數據(m>1)均能能和同同一產產生式式的左左部匹匹配成成功，，或兩兩種情情況的的組合合。在向后后推理理時，，有n個產產生式式(n>1)的的右部部均能能和同同一子子目標標匹配配成功功，或或有m組不不同數數據(m>1)均能能和同同一子子目標標匹配配成功功，或或有l個子子目標標(l>1)均均能找找到相相應的的數據據或產產生式式右部部并匹匹配成成功，，或三三種情情況的的復合合。這就形形成了了匹配配沖突突。第二章章知知識識與知知識表表示第三節節產產生式式系統統七、匹匹配沖沖突的的解決決1、匹匹配沖沖突注：產產生式式系統統中的的解釋釋執行行系統統必須須具有有某種種選擇擇功能能，以以便排排除上上面列列舉的的二義義性。。這是是在設設計產產生式式系統統時應應該考考慮的的一個個策略略問題題，這這就是是解決決匹配配沖突突的策策略。。2、解解決沖沖突的的策略略a)按事先先排好好的固固定順順序b)按按通用用性和和針對對性排排序c)按按數據據的新新鮮性性排序序d)按按子目目標的的新鮮鮮性排排序e)按按使用用產生生式和和數據據的公公平性性排序序f)按按匹配配程度度排序序東南大大學遠遠程教教育人工工智智能能第15講主講教教師：：翟玉玉慶第二章章知知識識與知知識表表示第四節節框框架結結構一、事事物的的屬性性1、屬屬性用于描描述事事物特特性的的項注：1)掌掌握了了事物物的屬屬性，，就有有關于于事物物的知知識2)屬屬性一一般具具有屬屬性名名和相相應值值3)屬屬性是是描述述事物物的最最小元元素2、屬屬性表表將同一一事物物的各各方面面屬性性列成成一張張表，，構成成該事事物的的屬性性表注：1)屬屬性表表是屬屬性的的集合合，用用于描描述事事物的的整體體特性性2)屬屬性表表中的的屬性性之間間可存存在依依賴關關系第二章章知知識識與知知識表表示第四節節框框架結結構一、事事物的的屬性性3、屬屬性框框架對于具具有同同樣一一些屬屬性的的事物物,可可將這這些屬屬性確確定為為屬性性框架架注：1)只只要在在此框框架內內對諸諸屬性性賦以以不同同的值值,就就可得得到對對同一一類事事物不不同個個體的的描述述2)屬屬性框框架與與數據據庫中中關系系表的的定義義非常常相似似，但但屬性性框架架中的的某些些屬性性可被被看作作事物物而擁擁有自自己的的屬性性表，，從而而可形形成層層次式式的嵌嵌套結結構3)在在對事事物進進行推推理的的過程程中，，事物物的屬屬性有有時也也要一一起參參加推推理，，推理理可包包含對對有關關屬性性的運運算，，運算算結果果組成成推理理結果果的一一部分分第二章章知知識識與知知識表表示第四節節框框架結結構一、事事物的的屬性性3、屬屬性框框架對于具具有同同樣一一些屬屬性的的事物物,可可將這這些屬屬性確確定為為屬性性框架架注：4)屬屬性框框架內內的屬屬性之之間可可存在在橫向向關系系和縱縱向關關系，，且縱縱向關關系更更能深深刻地地反映映客觀觀世界界中各各事物物之間間的關關系5)在在事物物子類類的屬屬性和和事物物母類類的屬屬性之之間存存在一一種繼繼承和和發展展的關關系。。繼承承可以以是直直接繼繼承，，也可可是經經過計計算以以新的的值繼繼承；；可以以是全全盤繼繼承，，也可可是有有選擇擇的繼繼承6)將將事物物及其其屬性性分類類-分分層加加以描描述的的方法法是框框架理理論的的基礎礎第二章章知知識識與知知識表表示第四節節框框架結結構二、框框架1、概概念用于表表示事事物各各方面面的屬屬性、、事物物之間間的類類屬關關系及及事物物的特特征和和變異異等的的概念念2、基基本思思想使用““套套套”——事物物狀態態、屬屬性、、發展展過程程和相相互關關系的的規律律第二章章知知識識與知知識表表示第四節節框框架結結構二、框框架3、框框架的的主要要特征征a)有有一個個框架架名（（可帶帶有參參數））b)有有一組組屬性性，每每個屬屬性稱稱為一一個槽槽，里里面可可存放放屬性性值c)每每個屬屬性對對值有有要求求，不不同屬屬性的的類型型可不不同d)有有些屬屬性值值可為為子框框架調調用（（可帶帶參數數）e)有有些屬屬性值值是預預先確確定，，有些些屬性性值需需在生生成實實例時時代入入f)有有些屬屬性值值在代代入時時需滿滿足一一定條條件，，有時時，在在不同同屬性性的屬屬性值值之間間還有有一些些條件件需要要滿足足第二章章知知識識與知知識表表示第四節節框框架結結構二、框框架4、框框架系系統應應具備備的功功能a)描描述通過工工具建建立和和管理理（查查閱、、修改改、推推理、、…））對