产生式法知识表示与问题求解ppt课件

1智能控制技术上海大学机电工程与自动化学院杜鑫 1智能控制技术上海大学机电工程与自动化学院智能控制技术上海大学机电工程与自动化学院自动化系仪自教研室22.2 知识的表示知识表示知识表示法法2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 一阶谓词知识表示法一阶谓词知识表示法一阶谓词知识表示法一阶谓词知识表示法2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法22.2 知识的表示知识表示法知识的表示知识表示法2.2.1 一阶谓词知识表示法一阶谓词知识表示法自动化系仪自教研室3产生式表示法又称为产生式规则表示法。有心理学家认为，人脑对知识的存储就是产生式形式。产生式最早由P.Post于1943年提出，用于构造Post机计算模型；1972 A.Newell和H.A.Simon在研究人人类类的的认认识识模模型型中提出了 Rule-Based 产生式系统方法以及规则表示模式。目前，产生式表示法已经成为人工智能中应用最多的一种知识表示法，许多成功的专家系统都用它来表示知识。2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法3产生式表示法又称为产生式规则表示法。有心理学家认为，人脑对产生式表示法又称为产生式规则表示法。有心理学家认为，人脑对自动化系仪自教研室42.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.12.2.2.12.2.2.12.2.2.1 产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的基本方法基本方法基本方法基本方法2.2.2.22.2.2.22.2.2.22.2.2.2 产生式系统的组成产生式系统的组成产生式系统的组成产生式系统的组成2.2.2.32.2.2.32.2.2.32.2.2.3 产生式系统的推理方式产生式系统的推理方式产生式系统的推理方式产生式系统的推理方式2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统应用举例产生式系统应用举例产生式系统应用举例产生式系统应用举例2.2.2.52.2.2.52.2.2.52.2.2.5 产生式表示法的特点产生式表示法的特点产生式表示法的特点产生式表示法的特点42.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.1 产生式表示知识产生式表示知识自动化系仪自教研室52.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.12.2.2.12.2.2.12.2.2.1 产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的基本方法基本方法基本方法基本方法vv事实的表示事实的表示事实的表示事实的表示vv规则的表示规则的表示规则的表示规则的表示vv产生式与蕴含式的区别产生式与蕴含式的区别产生式与蕴含式的区别产生式与蕴含式的区别vv产生式与条件语句的区别产生式与条件语句的区别产生式与条件语句的区别产生式与条件语句的区别52.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.1 产生式表示知识产生式表示知识自动化系仪自教研室62.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.12.2.2.12.2.2.12.2.2.1 产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的基本方法基本方法基本方法基本方法vv事实的表示事实的表示事实的表示事实的表示-事实的定义事实的定义 事实是断言一个语言变量的值或断言多个语言变量之间关系事实是断言一个语言变量的值或断言多个语言变量之间关系的陈述句的陈述句 “雪是白的雪是白的”其中其中“雪雪”是是语言变量语言变量，“白的白的”是是语言变量的值语言变量的值 “王峰热爱祖国王峰热爱祖国”“王峰王峰”和和“祖国祖国”是是语言变量语言变量,“,“热爱热爱”是是语言变量之间的关系语言变量之间的关系 例如：例如：语言变量的值或语言变量之间的关系可以是数字、词等语言变量的值或语言变量之间的关系可以是数字、词等62.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.1 产生式表示知识产生式表示知识自动化系仪自教研室7F确定性事实确定性事实知识的表示。一般使用知识的表示。一般使用三元组三元组表示：表示：（对象，（对象，属性属性，值），值），或者或者 （关系关系，对象，对象1 1，对象，对象2 2）例如：例如：事实事实“老李年龄是老李年龄是4545岁岁。”可以表示为：可以表示为：(Li(Li，AgeAge，45)45)事实事实“老李、老张是朋友老李、老张是朋友。”可以表示为：可以表示为：(FriendFriend，LiLi，Zhang)Zhang)2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.12.2.2.12.2.2.12.2.2.1 产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的基本方法基本方法基本方法基本方法vv事实的表示事实的表示事实的表示事实的表示-事实的表示事实的表示7确定性事实知识的表示。一般使用三元组表示：例如：确定性事实知识的表示。一般使用三元组表示：例如：2.2.2自动化系仪自教研室8F不确定性事实不确定性事实知识的表示。一般使用知识的表示。一般使用四元组四元组表示：表示：（对象，（对象，属性属性，值，值，可信度可信度）或者或者 （关系关系，对象，对象1 1，对象，对象2 2，可信度可信度）例如：例如：n事实事实“老李年龄很可能是老李年龄很可能是4545岁岁。”可以表示为：可以表示为：(Li(Li，AgeAge，4545，0.80.8)n事实事实“老李、老张不大可能是朋友老李、老张不大可能是朋友。”可以表示为：可以表示为：(FriendFriend，LiLi，ZhangZhang，0.10.1)2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.12.2.2.12.2.2.12.2.2.1 产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的基本方法基本方法基本方法基本方法vv事实的表示事实的表示事实的表示事实的表示-事实的表示事实的表示8不确定性事实知识的表示。一般使用四元组表示：例如：不确定性事实知识的表示。一般使用四元组表示：例如：2.2.自动化系仪自教研室92.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.12.2.2.12.2.2.12.2.2.1 产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的基本方法基本方法基本方法基本方法vv规则规则规则规则的表示的表示的表示的表示P P是产生式的前提，是产生式的前提，也称为前件，它给出了该产生式可否也称为前件，它给出了该产生式可否使用的先决条件，由事实的逻辑组合来构成；使用的先决条件，由事实的逻辑组合来构成；-描述事物之间的描述事物之间的因果因果关系关系-规则的产生式表示形式常称为产生式规则规则的产生式表示形式常称为产生式规则规则的作用规则的作用产生式规则的基本形式产生式规则的基本形式 PQ 或者或者 IF P THEN QQ Q是一组结论或操作，是一组结论或操作，也称为产生式的后件，它指出当前也称为产生式的后件，它指出当前题题P P满足时，应该推出的结论或应该执行的动作满足时，应该推出的结论或应该执行的动作92.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.1 产生式表示知识产生式表示知识自动化系仪自教研室102.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.12.2.2.12.2.2.12.2.2.1 产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的基本方法基本方法基本方法基本方法vv规则规则规则规则的表示的表示的表示的表示产生式的含义产生式的含义 如果前提如果前提P满足，则可推出结论满足，则可推出结论Q或执行或执行Q所规定的操作所规定的操作产生式规则的例子产生式规则的例子 r6:IF 动物有犬齿动物有犬齿 AND 有爪有爪 AND 眼盯前方眼盯前方 THEN 该动物是食肉动物该动物是食肉动物 其中，其中，r6是该产生式的编号；是该产生式的编号；“动物有犬齿动物有犬齿 AND 有爪有爪 AND 眼盯前眼盯前方方”是产生式的前提是产生式的前提P；“该动物是食肉动物该动物是食肉动物”是产生式的结论是产生式的结论Q。102.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.1 产生式表示知产生式表示知自动化系仪自教研室112.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.12.2.2.12.2.2.12.2.2.1 产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的基本方法基本方法基本方法基本方法vv与蕴涵式的主要区别与蕴涵式的主要区别与蕴涵式的主要区别与蕴涵式的主要区别蕴涵式表示的知识只能是精确的，产生式表示的知识可以是不确定的原因是蕴涵式是一个逻辑表达式，其逻辑值只有真和假蕴含式的匹配一定要求是精确的，而产生式的匹配可以是不确定的原因是产生式的前提条件和结论都可以是不确定的，因此其匹配也可以是不确定的112.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.1 产生式表示知产生式表示知自动化系仪自教研室122.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.12.2.2.12.2.2.12.2.2.1 产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的基本方法基本方法基本方法基本方法vv与蕴涵式的主要区别与蕴涵式的主要区别与蕴涵式的主要区别与蕴涵式的主要区别例如，在专家系统例如，在专家系统MYCINMYCIN中有如下产生式：中有如下产生式：IF IF 本生物的染色斑是革兰氏阴性，本生物的染色斑是革兰氏阴性，本微生物的形状呈杆状，本微生物的形状呈杆状，病人是中间宿主病人是中间宿主 THEN THEN 该微生物是绿脓杆菌，置信度为该微生物是绿脓杆菌，置信度为0.60.6这在谓词中的逻辑蕴含式是不能表示的这在谓词中的逻辑蕴含式是不能表示的！它表示，当前题中列出的各个条件都满足时，结论它表示，当前题中列出的各个条件都满足时，结论“该微生物是绿脓杆菌该微生物是绿脓杆菌”可以相信的程度是可以相信的程度是0.60.6。122.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.1 产生式表示知产生式表示知自动化系仪自教研室132.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.12.2.2.12.2.2.12.2.2.1 产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的产生式表示知识的基本方法基本方法基本方法基本方法vv与与与与(计算机程序语言计算机程序语言计算机程序语言计算机程序语言)条件语句的主要区别条件语句的主要区别条件语句的主要区别条件语句的主要区别前件结构不同-产生式的前件可以是一个复杂的的结构-传统程序设计语言中的左部仅仅是一个布尔表达式控制流程不同-产生式系统中满足前提条件的规则被激活后，不一定被立即 执行，能否执行将取决于冲突消解策略能否执行将取决于冲突消解策略-传统程序设计语言中是严格地从一个条件语句向其下一个条件语句传递132.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.1 产生式表示知产生式表示知自动化系仪自教研室14推理机综合数据库规则库产生式系统的基本结构产生式系统的基本结构2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.22.2.2.22.2.2.22.2.2.2 产生式系统的组成产生式系统的组成产生式系统的组成产生式系统的组成把把一组产生式放在一起一组产生式放在一起，让它们互相配合，协同作用，让它们互相配合，协同作用，一个产生式的结论可以供给另个产生式作为前提使用，以一个产生式的结论可以供给另个产生式作为前提使用，以这种方式求得问题的解决，这样的系统称为这种方式求得问题的解决，这样的系统称为产生式系统产生式系统14推理机综合数据库规则库产生式系统的基本结构推理机综合数据库规则库产生式系统的基本结构2.2.2 产产自动化系仪自教研室152.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.22.2.2.22.2.2.22.2.2.2 产生式系统的组成产生式系统的组成产生式系统的组成产生式系统的组成综合数据库综合数据库DB(Data Base)推理过程中，当规则库中某推理过程中，当规则库中某条规则的前提可以和综合数据条规则的前提可以和综合数据库的已知事实匹配时，该规则库的已知事实匹配时，该规则被激活被激活输入的事实输入的事实 中间结论中间结论 最终结论最终结论问题的初始状态问题的初始状态用于推理过程的规则匹配用于推理过程的规则匹配存放求解问题的各种当前信息存放求解问题的各种当前信息推理机综合数据库规则库产生式系统的基本结构产生式系统的基本结构152.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.2 产生式系统的产生式系统的自动化系仪自教研室162.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.22.2.2.22.2.2.22.2.2.2 产生式系统的组成产生式系统的组成产生式系统的组成产生式系统的组成规则库规则库RB(Rule Base)也称知识库也称知识库KB(Knowledge Base),用于存放与求解问题用于存放与求解问题有关的所有规则的集合有关的所有规则的集合推理机综合数据库规则库产生式系统的基本结构产生式系统的基本结构作用：作用：是产生式系统问题求解是产生式系统问题求解的基础的基础要求：要求：知识的完整性、一致性、知识的完整性、一致性、准确性、灵活性和知识组织的准确性、灵活性和知识组织的合理性合理性162.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.2 产生式系统的产生式系统的自动化系仪自教研室172.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.22.2.2.22.2.2.22.2.2.2 产生式系统的组成产生式系统的组成产生式系统的组成产生式系统的组成推理机推理机(Inference Engine)推理机综合数据库规则库产生式系统的基本结构产生式系统的基本结构选择匹配选择匹配冲突消解冲突消解执行操作执行操作终止推理终止推理路径解释路径解释172.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.2 产生式系统的产生式系统的自动化系仪自教研室18n正向推理2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.32.2.2.32.2.2.32.2.2.3 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的推理策略推理策略推理策略推理策略也也称称为为数数据据驱驱动动方方式式，它它是是从从初初始始状状态态出出发发，朝朝着着目目标标状态前进状态前进，正向使用规则的一种推理方法。，正向使用规则的一种推理方法。所所谓谓正正向向使使用用规规则则，是是指指以以问问题题的的初初始始状状态态作作为为初初始始综综合合数数据据库库，仅仅当当综综合合数数据据库库中中的的事事实实满满足足某某条条规规则则的的前前提时，该规则才被使用提时，该规则才被使用优点是简单明了且能求出所有解优点是简单明了且能求出所有解缺缺点点是是执执行行效效率率较较低低，原原因因是是它它驱驱动动了了一一些些与与问问题题无无关关的规则，具有一定的盲目性。的规则，具有一定的盲目性。18正向推理正向推理2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.3 产生产生自动化系仪自教研室19推理机的一次正向推理过程 从规则库中取一个条规则，将其前提同当前动态数据库中的事实/数据进行模式匹配匹配成功否把该规则的结论放入当前动态数据库：或执行规则所规定的动作NY2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.32.2.2.32.2.2.32.2.2.3 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的推理策略推理策略推理策略推理策略n正向推理 19推理机的一次正向推理过程推理机的一次正向推理过程 从规则库中取一个条规则，将其前从规则库中取一个条规则，将其前自动化系仪自教研室20优优点点是是不不寻寻找找无无用用数数据据，不不使使用用与与问问题题无无关关的的规规则则。因因此此，对对那些目标明确的问题，使用反向推理方式是一种最佳选择。那些目标明确的问题，使用反向推理方式是一种最佳选择。2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.32.2.2.32.2.2.32.2.2.3 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的推理策略推理策略推理策略推理策略也也称称为为目目标标驱驱动动方方式式，它它是是从从目目标标（作作为为假假设设）状状态态出出发发，朝着初始状态前进，反向使用规则的一种推理方法。朝着初始状态前进，反向使用规则的一种推理方法。所谓逆向使用规则，是指以问题的目标状态作为初始综合数据所谓逆向使用规则，是指以问题的目标状态作为初始综合数据库，仅当综合数据库中的事实满足某条规则的后件时，该规则库，仅当综合数据库中的事实满足某条规则的后件时，该规则才被使用。才被使用。n反向推理20优点是不寻找无用数据，不使用与问题无关的规则。因此，对那优点是不寻找无用数据，不使用与问题无关的规则。因此，对那自动化系仪自教研室21例例-动物识别系统动物识别系统这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等7 7种动种动物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：R R1 1:IF IF 该该 动动 物物 有有 毛毛 THEN THEN 该动物是哺乳动物该动物是哺乳动物R R2 2:IF IF 该该 动动 物物 有有 奶奶 THEN THEN 该动物是哺乳动物该动物是哺乳动物R R3 3:IF IF 该该 动动 物物 有有 羽羽 毛毛 THEN THEN 该动物是鸟该动物是鸟R R4 4:IF IF 该该动动物物会会飞飞 ANDAND会会下下蛋蛋 THEN THEN 该该动动物物是是鸟鸟R R5 5:IF IF 该该 动动 物物 吃吃 肉肉 THEN THEN 该动物是食肉动物该动物是食肉动物R R6 6:IF :IF 该动物有犬齿该动物有犬齿 ANDAND有爪有爪AND AND 眼盯前方眼盯前方 THEN THEN 该动物食肉动物该动物食肉动物2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例21例例-动物识别系统这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿动物识别系统这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿自动化系仪自教研室22R R7 7:IF :IF 该动物是哺乳动物该动物是哺乳动物 ANDAND有蹄有蹄 THEN THEN 该动物是有蹄类动物该动物是有蹄类动物R R8 8:IF :IF 该动物是哺乳动物该动物是哺乳动物 AND AND 是嚼反刍动物是嚼反刍动物 THEN THEN 该动物是动物有蹄类动物该动物是动物有蹄类动物R R9 9:IF :IF 该动物是哺乳动物该动物是哺乳动物 AND AND 是食肉动物是食肉动物 AND AND 是黄褐色是黄褐色 AND AND 身上有暗斑点身上有暗斑点 THEN THEN 该动物是金钱豹该动物是金钱豹 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法例例-动物识别系统动物识别系统2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例例例-动物识别系统动物识别系统这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等7 7种动种动物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：22R7:IF 该动物是哺乳动物该动物是哺乳动物 AND自动化系仪自教研室23R R1010:IF :IF 该动物是哺乳动物该动物是哺乳动物 AND AND 是食肉动物是食肉动物 AND AND 是黄褐色是黄褐色 AND AND 身上有黑色条纹身上有黑色条纹 THEN THEN 该动物是虎该动物是虎R R1111:IF :IF 该动物是有蹄类动物该动物是有蹄类动物 AND AND 有长脖子有长脖子 AND AND 有长腿有长腿 AND AND 身上有暗斑点身上有暗斑点 THEN THEN 该动物是长颈鹿该动物是长颈鹿2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法例例-动物识别系统动物识别系统2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等7 7种动种动物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：23R10:IF 该动物是哺乳动物该动物是哺乳动物 AND 自动化系仪自教研室24R R1212:IF :IF 该动物是有蹄类动物该动物是有蹄类动物 AND AND 身上有黑色条纹身上有黑色条纹 THEN THEN 该动物是斑马该动物是斑马R R1313:IF :IF 该动物是鸟该动物是鸟 AND AND 有长脖子有长脖子 AND AND 有长腿有长腿 AND AND 不会飞不会飞 AND AND 有黑白二色有黑白二色 THEN THEN 该动物是驼鸟该动物是驼鸟 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例例例-动物识别系统动物识别系统这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等7 7种动种动物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：24R12:IF 该动物是有蹄类动物该动物是有蹄类动物 AND 自动化系仪自教研室252.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例例例-动物识别系统动物识别系统这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等7 7种动种动物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：R R1414:IF :IF 该动物是鸟该动物是鸟 AND AND 会游泳会游泳 AND AND 不会飞不会飞 AND AND 有黑白二色有黑白二色 THEN THEN 该动物是该动物是企鹅企鹅R R1515:IF :IF 该动物是鸟该动物是鸟 AND AND 善飞善飞 THEN THEN 该动物是信天翁该动物是信天翁252.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.4 产生式系统的产生式系统的自动化系仪自教研室262.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例例例-动物识别系统动物识别系统这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等7 7种动种动物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：说明：说明：上述规则仅是一种直接表示方式，用三元组表示上述规则仅是一种直接表示方式，用三元组表示R15如下：如下：R15：IF（动物，类别，鸟）（动物，类别，鸟）AND（动物，本领，善飞）（动物，本领，善飞）THEN（动物，名称，信天翁）（动物，名称，信天翁）262.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.4 产生式系统的产生式系统的自动化系仪自教研室272.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例例例-动物识别系统动物识别系统这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等7 7种动种动物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：该系统是用来识别该系统是用来识别7 7种动物的种动物的,但它并没有简单地设计但它并没有简单地设计7 7条规则条规则,而而是设计了是设计了1515条条.272.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.4 产生式系统的产生式系统的自动化系仪自教研室282.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例例例-动物识别系统动物识别系统这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等7 7种动种动物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：当已知的事实不完全时当已知的事实不完全时,虽不能推出最终结论虽不能推出最终结论,但可以得到分但可以得到分类结果类结果当需要增加对其它动物当需要增加对其它动物(如牛马等如牛马等)的识别时的识别时,规则中只需增规则中只需增加关于这些动物个性方面的知识加关于这些动物个性方面的知识,如如R R9 9-R-R1515那样那样,而对而对R R1 1-R-R1010可可直接利用直接利用,这样增加的规则就不会太多这样增加的规则就不会太多282.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.4 产生式系统的产生式系统的自动化系仪自教研室292.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例例例-动物识别系统动物识别系统这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等这是一个用以识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、驼鸟、信天翁等7 7种动种动物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：物的产生式系统。为了实现对这些动物的识别，该系统建立了如下规则库：现给定初始条件，即初始综合数据库包含有如下事实：现给定初始条件，即初始综合数据库包含有如下事实：该动物有该动物有暗斑点暗斑点，有，有长脖子长脖子，有，有长腿长腿，有，有奶奶，有，有蹄蹄 求该动物是那种动物？求该动物是那种动物？292.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.4 产生式系统的产生式系统的自动化系仪自教研室302.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例例例-动物识别系统动物识别系统长颈鹿长颈鹿斑马斑马长脖子长脖子长腿长腿暗斑点暗斑点有蹄类有蹄类黑条纹黑条纹有蹄有蹄哺乳动物哺乳动物嚼反刍动物嚼反刍动物有毛有毛r2r7r8r11r12有奶有奶r1动物识别的动物识别的推理网络推理网络图图(部分部分)2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法302.2.2.4 产生式系统的应用举例例产生式系统的应用举例例-动物识别系统长颈动物识别系统长颈自动化系仪自教研室31例例-动物识别系统动物识别系统图中最上层的结点称为图中最上层的结点称为“假设假设”或或“结论结论”中间结点称为中间结点称为“中间假设中间假设”；终结点（；终结点（叶结点叶结点）称为）称为“证据证据”或或“事事实实”每个每个“结论结论”都是本问题的一个目标，所有都是本问题的一个目标，所有“假设假设”构成了本问题的构成了本问题的目标集合目标集合2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例31例例-动物识别系统动物识别系统2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.自动化系仪自教研室32例例-动物识别系统动物识别系统推理机的工作过程详解推理机的工作过程详解2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例(1)先从规则库中取出第一条规则先从规则库中取出第一条规则r1，检查其前提是否可与综合数据库中的已，检查其前提是否可与综合数据库中的已知事实相匹配。知事实相匹配。r1的前提是的前提是“有毛发有毛发”，但事实库中无此事实，故匹配失败。，但事实库中无此事实，故匹配失败。然后取然后取r2，该前提可与已知事实，该前提可与已知事实“有奶有奶”相匹配，相匹配，r2被执行被执行，并将其结论，并将其结论“该该动物是哺乳动物动物是哺乳动物”作为新的事实加入到综合数据库中。此时，作为新的事实加入到综合数据库中。此时，综合数据库的内综合数据库的内容变为容变为：动物有暗斑，有长脖子，有长腿，有奶，有蹄，是哺乳动物动物有暗斑，有长脖子，有长腿，有奶，有蹄，是哺乳动物32例例-动物识别系统推理机的工作过程详解动物识别系统推理机的工作过程详解2.2.2 产生式知产生式知自动化系仪自教研室33例例-动物识别系统动物识别系统推理机的工作过程详解推理机的工作过程详解2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例(2)再从规则库中取再从规则库中取r3，r4，r5，r6进行匹配，均失败。接着取进行匹配，均失败。接着取r7，该前提与已，该前提与已知事实知事实“是哺乳动物是哺乳动物”相匹配，相匹配，r7被执行被执行，并将其结论，并将其结论“该动物是有蹄类动物该动物是有蹄类动物”作为新的事实加入到综合数据库中。此时，作为新的事实加入到综合数据库中。此时，综合数据库的内容变为综合数据库的内容变为：动物有暗斑，有长脖子，有长腿，有奶，有蹄，是哺乳动物，是有蹄类动物动物有暗斑，有长脖子，有长腿，有奶，有蹄，是哺乳动物，是有蹄类动物33例例-动物识别系统推理机的工作过程详解动物识别系统推理机的工作过程详解2.2.2 产生式知产生式知自动化系仪自教研室34例例-动物识别系统动物识别系统推理机的工作过程详解推理机的工作过程详解2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例(3)此后，此后，r8，r9，r10均匹配失败。接着取均匹配失败。接着取r11，该前提，该前提“该动物是有蹄类动物该动物是有蹄类动物 AND 有有长脖子长脖子 AND 有长腿有长腿 AND 身上有暗斑身上有暗斑”与已知事实相匹配，与已知事实相匹配，r11被执行被执行，并推出，并推出“该该动物是长颈鹿动物是长颈鹿”。由于由于“长颈鹿长颈鹿”已是目标集合中的一个结论已是目标集合中的一个结论，即已推出最终结果，故问题求解过程结束。即已推出最终结果，故问题求解过程结束。34例例-动物识别系统推理机的工作过程详解动物识别系统推理机的工作过程详解2.2.2 产生式知产生式知自动化系仪自教研室35n现改变初始条件，即初始综合数据库包含有如下事现改变初始条件，即初始综合数据库包含有如下事实：实：f1：某动物有毛发。f2：吃肉。f3：黄褐色。f4：有黑色条纹。n求通过产生式系统得到的目标结果，即该动物是什么？该系统的运行结果为：该动物是该系统的运行结果为：该动物是老虎老虎例题例题-动物识别系统动物识别系统2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例35现改变初始条件，即初始综合数据库包含有如下事实：例题现改变初始条件，即初始综合数据库包含有如下事实：例题-动动自动化系仪自教研室36动物分类动物分类-推出老虎的正向推理树推出老虎的正向推理树 食肉动物哺乳动物有毛发吃肉黄褐色有黑色条纹老虎例例-动物识别系统动物识别系统2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例36动物分类动物分类-推出老虎的正向推理树推出老虎的正向推理树 食肉动物哺乳动物有毛发吃食肉动物哺乳动物有毛发吃自动化系仪自教研室37动物分类动物分类-推出老虎的反向推理树推出老虎的反向推理树 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法例例-动物识别系统动物识别系统2.2.2.42.2.2.42.2.2.42.2.2.4 产生式系统的产生式系统的产生式系统的产生式系统的应用举例应用举例应用举例应用举例37动物分类动物分类-推出老虎的反向推理树推出老虎的反向推理树 2.2.2 产生式知识表产生式知识表自动化系仪自教研室382.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.52.2.2.52.2.2.52.2.2.5 产生式产生式产生式产生式表示法的特点（表示法的特点（表示法的特点（表示法的特点（优点优点优点优点）清晰性：格式固定、形式简单。模块性：知识单元（规则）独立，知识库与推理机分离，知识库维护方便。自然性：表达因果关系自然，符合思维习惯。表示能力强：不仅能表示确定性知识，而且能表示不确定性知识产生式表示法已经成为人工智能中应用最多的一种知识表示法，许多成功的专家系统都用它来表示知识。382.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.5 产生式表示法产生式表示法自动化系仪自教研室39n基于产生式规则的二维不规则零件的排料算法 徐彦欣-小型微型计算机系统,1998- 一个基于产生式系统的花稿轮廓识别方法 汪向前，朱桂林-计算机辅助设计与图形学学报,一种基于产生式规则的造林专家系统的设计与实现 丁全龙，吴保国-农业网络信息,2006- n基于产生式规则轧制力传感器故障诊断系统 葛芦生，龚幼民-工业仪表与自动化装置,2001- 扩展产生式规则的网络故障诊断专家系统 刘培奇，李增智，赵银亮-西安交通大学学报,2004- 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.52.2.2.52.2.2.52.2.2.5 产生式产生式产生式产生式表示法的特点表示法的特点表示法的特点表示法的特点39基于产生式规则的二维不规则零件的排料算法一个基于产生式系基于产生式规则的二维不规则零件的排料算法一个基于产生式系自动化系仪自教研室402.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.52.2.2.52.2.2.52.2.2.5 产生式产生式产生式产生式表示法的特点表示法的特点表示法的特点表示法的特点R传感器对象知识库(KB)控制规则集(CRS)特征识别与信息处理(FR&IP)推理机构(IE)SIUKYGUe专家控制器(EC)KB存放工业过程控制的领域知识，DB和LA组成 CRS是对受控过程的各种控制模式和经验的归纳和总结 FRIP实现对信息的提取与加工，为决策和学习提供依据 工业专家控制器工业专家控制器402.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.5 产生式表示法产生式表示法自动化系仪自教研室412.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.52.2.2.52.2.2.52.2.2.5 产生式产生式产生式产生式表示法的特点（表示法的特点（表示法的特点（表示法的特点（缺点缺点缺点缺点）效率较低：各规则之间的联系必须以综合数据库为媒介。并且，其求解过程是一种反复进行的“匹配冲突消解执行”过程。这样的执行方式将导致执行的低效率。不便于表示结构性知识：由于产生式表示中的知识具有一致格式，且规则之间不能相互调用，因此那种具有结构关系或层次关系的知识则很难以自然的方式来表示。412.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法2.2.2.5 产生式表示法产生式表示法自动化系仪自教研室42 一个老农携带一只狼、一头羊羔和一筐白菜，要从南岸过河到北岸。岸边有一条小船，只有老农自己能划船，而且除了老农以外，每次只能再带一样东西过河。在整个渡河过程中，无论什么情况，若老农不在场时，则不允许狼和羊羔单独相处，否则羊羔会遭殃；羊羔也不得与白菜放在一起，否则羊羔会吃白菜。请问，老农如何才能把它们全部安全摆渡到北岸？2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法思考题-用产生式表示“农夫过河”42 一个老农携带一只狼、一头羊羔和一筐白菜，要从南岸过河到一个老农携带一只狼、一头羊羔和一筐白菜，要从南岸过河到自动化系仪自教研室43 0表示南岸 1表示北岸初态（0，0，0，0）目态（1，1，1，1）F（famer，wolf，sheep，cabbage）1.if(0,0,0,0)then(1,0,1,0)2.if(1,0,1,0)then(0,0,1,0)3.if(0,0,1,0)then(1,0,1,1)4.if(1,0,1,1)then(0,0,0,1)5.if(0,0,0,1)then(1,1,0,1)6.if(1,1,0,1)then(1,1,1,1)思考题-用产生式表示“农夫过河”2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法产生式知识表示法43 0表示南岸表示南岸 1表示北岸思考题表示北岸思考题-用产生式表示用产生式表示“农夫过河农夫过河