人工智能讲稿课件

人工智能讲稿人工智能讲稿ppt课件课件1 1、舟遥遥以轻飏，风飘飘而吹衣。、舟遥遥以轻飏，风飘飘而吹衣。、舟遥遥以轻飏，风飘飘而吹衣。、舟遥遥以轻飏，风飘飘而吹衣。2 2、秋菊有佳色，裛露掇其英。、秋菊有佳色，裛露掇其英。、秋菊有佳色，裛露掇其英。、秋菊有佳色，裛露掇其英。3 3、日月掷人去，有志不获骋。、日月掷人去，有志不获骋。、日月掷人去，有志不获骋。、日月掷人去，有志不获骋。4 4、未言心相醉，不再接杯酒。、未言心相醉，不再接杯酒。、未言心相醉，不再接杯酒。、未言心相醉，不再接杯酒。5 5、黄发垂髫，并怡然自乐。、黄发垂髫，并怡然自乐。、黄发垂髫，并怡然自乐。、黄发垂髫，并怡然自乐。人工智能讲稿ppt课件1、舟遥遥以轻飏，风飘飘而吹衣。人工智1 人工智能及其应用人工智能及其应用 赵冬梅华北电力大学电气工程学院华北电力大学电气工程学院电力系统智能技术与仿真研究所电力系统智能技术与仿真研究所 人工智能及其应用 华北21.1 1.1 人工智能及其发展人工智能及其发展n人人工工智智能能是是计计算算机机科科学学、控控制制论论、信信息息论论、神神经经生生理理学学、语言学等多种学科互相渗透而发展起来的一门学科语言学等多种学科互相渗透而发展起来的一门学科。n人人工工智智能能智智能能是是研研究究、设设计计和和应应用用智智能能机机器器或或智智能能系系统统，来模拟人类智能活动的能力、以延伸人类智能的科学。来模拟人类智能活动的能力、以延伸人类智能的科学。n人类的能力人类的能力：1 1）认识、理解外部环境的能力认识、理解外部环境的能力 2 2）提提出出概概念念、建建立立方方法法，进进行行演演绎绎和和归归纳纳推推理理、作作出出决策的能力；决策的能力；3 3）学习能力；）学习能力；4 4）自适应能力）自适应能力第一章第一章 绪绪 论论1.1 人工智能及其发展人工智能是计算机科学、控制论、信息32、人工智能的发展史n孕育期(1956年以前)n形成期(1956年-1970年)n成长期（知识期）(1970年-80年代初)n发展期(80年代初以后)2、人工智能的发展史孕育期(1956年以前)42、人工智能的发展史孕育期孕育期（1956年以前）：思想基础思想基础1）人类追求用工具代替人的脑力劳动；2）世界上第一台机械式加法器研制成功，成为用工具代替人的部分脑力劳动的真正开端；3）1915年西班牙研制的能下国际象棋残局的机器，揭开人类用机器进行推理的新篇章。2、人工智能的发展史孕育期（1956年以前）：思想基础1）人52、人工智能的发展史、人工智能的发展史-孕育期（孕育期（1956年前）年前）n 理理 论论 基基 础础 1）19世纪数学家(英)G.Bool建立的布尔代数-提出用符号符号描述思维活动的基本法则，基本法则，为数理逻辑数理逻辑打下了基础 2）二十世纪中期1937年(英)数学家财A.M.Turing提出了自动机理论(图灵机),建立了理想计算机模型，有许多智能机器智能机器的思想 3）1948年美数学家N.Wiener创立了控制论控制论 4）1948年美数学家C.E.Shannon创立了信息论信息论5）同期美籍奥地利生物学Badenlofe建立了系统论系统论2、人工智能的发展史-孕育期（1956年前）62、人工智能的发展史-孕育期（孕育期（1956年前）年前）n 物物 质质 基基 础础 1）1946年美数学家莫克利发明了世界上第一台通用电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Calculator)2）1943年美神经生物学家梦卡洛克研制创建了神经细胞模型开创了微观微观 AI AI 研究工作为ANN研究奠定了基础。物质基础物质基础使的用机器代替部分脑力劳动有进一步实现的可能2、人工智能的发展史-孕育期（1956年前）71、AIAI学科诞生的标志：1956年夏在美国Dartmouth大学召开的讨论会，讨论：用机器模拟人类智能行为的各种特征、方法等方面的问题，会后在美国形成了三个以AI为目标的研究组织。（1）卡纳奇工科大学-蓝德公司协作组（2）IBM公司研究组（3）MIT研究组。2、人工智能的发展史、人工智能的发展史形成期（形成期（1956-1970年）年）2、形成期见成立了学术组织：（1）1969年国际人工智能联合会（IJCAI）（2）1970年创办“Artificial Intelligence”(双月刊）及人工智能联合会会议录1、AI学科诞生的标志：1956年夏在美国Dartmouth81）形成人工智能学科体系）形成人工智能学科体系2）知识工程兴起：知识表示）知识工程兴起：知识表示 知识获取知识获取3）从实验室走向实际应用：如专家系统、智能机器人最引人注目）从实验室走向实际应用：如专家系统、智能机器人最引人注目2、人工智能的发展史、人工智能的发展史成长期成长期（1970年年-80年代初）年代初）（1 1）经典书籍出版：）经典书籍出版：N.J.N.J.尼尔逊色尼尔逊色人工智能原理人工智能原理 费根鲍姆费根鲍姆人工智能手册人工智能手册 （2 2）一批学术团体成立：美人工智能学会）一批学术团体成立：美人工智能学会 AAAI,AAAI,英国英国 AISBAISB 中国人工智能学会中国人工智能学会 CAAICAAI（3 3）AI AI 杂志文集：日本杂志文集：日本“AIAI”,英国英国 机器智能机器智能(Machine(Machine Intelligence),Intelligence),美美 认知科学（认知科学（Congnitive Science)Congnitive Science)中国人工智能学会中国人工智能学会 CAAICAAI1）形成人工智能学科体系2、人工智能的发展史成长期（1992、人工智能的发展史、人工智能的发展史发展期（发展期（80年代初以后）年代初以后）n日本1982年开始“第五代计算机研制计划”即：“知识信息处理计算机系统知识信息处理计算机系统KIPS”KIPS”n目的：使逻辑推理达到数值计算那么快！n意义：“第五代计算机研制”推进人工智推进人工智能得到迅速发展！能得到迅速发展！2、人工智能的发展史发展期（80年代初以后）日本1982年102、人工智能的发展史、人工智能的发展史发展期（发展期（80年代初以后）年代初以后）n部分成果部分成果：1、1984年完成了串行推理机PSI和操作系统SIMPOS 2、1988年完成了并行推理机Multi-PSI和操作系统PIMOS！n80年代末期年代末期ANN飞速发展给飞速发展给AI发展注入新血液：发展注入新血液：1、80年代Hopfield模型及B-P反向传播模型的提出使ANN兴起了一个热潮1987年美国召开了第一次ANN国际会议，1988年日本称为神经计算机六年，提出研制第六代计算机计划2、人工智能的发展史发展期（80年代初以后）部分成果：1、11第二节第二节 人工智能的学科范畴人工智能的学科范畴一、研究目标一、研究目标 AIAI是一门研究：是一门研究：如何使机器具有智能，如何设计智能 机器的学科，即使机器具有象人那样的（1）感知能力（2）思维能力（3）行为能力（4）学习、记忆能力）学习、记忆能力第二节 人工智能的学科范畴一、研究目标（1）感知能力12四种能力：感知能力感知能力听、看、闻思维能力思维能力将感知到的东西通过思维上升为将感知到的东西通过思维上升为理性，最后作出结论（判断），理性，最后作出结论（判断），即让机器具有分析、综合、计算、即让机器具有分析、综合、计算、推理、联想、判断、规划、决策推理、联想、判断、规划、决策的能力的能力行为能力行为能力将作出的结论付之于行将作出的结论付之于行动，即去说、写、画，动，即去说、写、画，进行操作、处理等进行操作、处理等。学习、记忆能力学习、记忆能力获取、处理、运用知识获取、处理、运用知识四种能力：思维能力行为能力13AIAI近期目标近期目标：第二节第二节 人工智能的学科范畴人工智能的学科范畴研究用机器的软、硬件来模拟人类上述能力的用仿生学的观点和方法研究AIAI远期目标远期目标：基本理论基本技术基本方法脑模型模拟智能AI近期目标：第二节 人工智能的学科范畴研究用机器的软14二、人工智能的具体研究领域二、人工智能的具体研究领域1 1、模式识别：、模式识别：目的：研究如何使机器认识图形、语言，即如何给计算机配置感觉目的：研究如何使机器认识图形、语言，即如何给计算机配置感觉器官，以便由计算机直接接受外界的各种信息，涉及机器输入问题。器官，以便由计算机直接接受外界的各种信息，涉及机器输入问题。现状现状：用电话摄像机、送话器、扫描仪等传感器把外界的信息（语音、图、文字）转成电信号序列给计算机，计算机进一步对这些电信号序列进行处理，再处理。第二节第二节 人工智能的学科范畴人工智能的学科范畴目前研究在两个方面进行：（1）图形识别图形识别：研究各种图形的分类（文字、符号、图象、照片），已能识别印刷体和手写体，识别指纹、白血球、癌细胞（2）语音识别语音识别：研究各种语音信号的区别二、人工智能的具体研究领域1、模式识别：现状：用电15二、人工智能的具体研究领域二、人工智能的具体研究领域2 2、智能机器人：、智能机器人：目的目的（1 1）代替人从事精密仪器搬运、有限环境和危险环境工作（原代替人从事精密仪器搬运、有限环境和危险环境工作（原子能、海底开发、宇宙开发、化学、核电），提高工作效率和质量子能、海底开发、宇宙开发、化学、核电），提高工作效率和质量 （2 2）为）为AIAI研究提供试验场所。研究提供试验场所。第二节第二节 人工智能的学科范畴人工智能的学科范畴 机器人的发展：机器人的发展：（1 1）程序控制机器人（第一代机器人）程序控制机器人（第一代机器人）（2 2）自适应机器人（第二代机器人）自适应机器人（第二代机器人）（3 3）智能机器人（第三代机器人）智能机器人（第三代机器人）二、人工智能的具体研究领域2、智能机器人：第二节 人工智能的16第二节第二节 人工智能的学科范畴人工智能的学科范畴二、人工智能的具体研究领域二、人工智能的具体研究领域3、专家系统（专家系统（ES）：用人类专家的水平解决领域中难以用精确的数学模型表示的困难问题的计算机软件。4、自然语言理解自然语言理解：让机器理解自然语言，以实现人和计算机之间自然语言的直接通讯，从而推动计算机更广范的应用。60年代以前偏重于语法研究70年代后期注意了语义分析，研究自然语言理解程序交替运用语法、语义和推理规则第二节 人工智能的学科范畴二、人工智能的具体研究领域3、专家17二、人工智能的具体研究领域二、人工智能的具体研究领域5 5、自动程序设计、自动程序设计 目的：让计算机根据原始条件和要求，自动生成计算机程序。目的：让计算机根据原始条件和要求，自动生成计算机程序。任务：（任务：（1 1）自动编程）自动编程 （2 2）验证程序）验证程序 第二节第二节 人工智能的学科范畴人工智能的学科范畴6 6、数据库的智能检索、数据库的智能检索智能检索要求：（智能检索要求：（1 1）理解自然语言）理解自然语言 （2 2）不仅存储专门知识，还要存储一般知识）不仅存储专门知识，还要存储一般知识 （3 3）具有一定的推理能力）具有一定的推理能力 （4 4）有较强的知识获取能力，能方便地删除、查找、自学习）有较强的知识获取能力，能方便地删除、查找、自学习二、人工智能的具体研究领域5、自动程序设计第二节 人工智能的18#1第二节第二节 人工智能的学科范畴人工智能的学科范畴二、人工智能的具体研究领域二、人工智能的具体研究领域7、博弈：斗智、对策：#1第二节 人工智能的学科范畴二、人工智能的具体研究领域719本课程主要内容本课程主要内容1、人工智能基本原理2、人工智能中的知识表示技术3、人工智能中的搜索策略4、专家系统介绍5、人工智能中的推理技术6、人工智能在电力系统中的应用介绍参考书：参考书：专家系统及其在电力系统中的应用杨以涵等 水利电力出版社 人工智能原理与方法王永庆 西安交通大学出版社 人工智能与专家系统尹朝庆 尹皓编著 中国水利水电出版社本课程主要内容1、人工智能基本原理2、人工智能中的知识表示技20第二章第二章 人工智能基本原理人工智能基本原理第一节第一节 问题求解与问题表示问题求解与问题表示一、问题表示的三要素一、问题表示的三要素 所谓问题表示就是把所要解决的问题用一个恰当的方式来表示与所谓问题表示就是把所要解决的问题用一个恰当的方式来表示与描述。一切问题有三个要素构成：问题的状态、操作（或称算符、走描述。一切问题有三个要素构成：问题的状态、操作（或称算符、走步）、目标步）、目标状态：初始状态、当前状态及可能出现的状态。操作：使问题从一个状态转换成另一个状态。目标：问题求解需达到的最终状态。第二章 人工智能基本原理第一节 问题求解与问题表示一、问题21第二章第二章 人工智能基本原理人工智能基本原理第一节第一节 问题求解与问题表示问题求解与问题表示问题表示要确定三件事：1、确定状态描述的方式，特别是初始状态的描述；2、确定操作的集合及它们对状态的作用；3、确定目标状态以及目标状态描述的特性。问题求解过程就是要找出一组操作序列，使问题从初始问题求解过程就是要找出一组操作序列，使问题从初始状态最终达到目标状态。状态最终达到目标状态。第二章 人工智能基本原理第一节 问题求解与问题表示问题表示22第二章第二章 人工智能基本原理人工智能基本原理第一节第一节 问题求解与问题表示问题求解与问题表示二、状态空间法二、状态空间法1、图的概念与术语图的概念与术语nrnhnpninqnjnsnl1nl2nl3图，图，父辈结点与后继结点父辈结点与后继结点路径，路径，树树第二章 人工智能基本原理第一节 问题求解与问题表示二、状态232、状态空间表示、状态空间表示 一个问题求解系统，问题的状态可由图中的结点代表，它的所有可能的状态就成结点的集合，构成了状态空间，或称状态图。状态空间图中：有向弧线代表操作，反应状态间的转移关系；有向弧线代表操作，反应状态间的转移关系；节点代表问题的状态节点代表问题的状态。问题求解的过程相当于在状态图上从根节点（起始节点）寻找一条路径路径最终达到目标节点（叶节点）第一节第一节 问题求解与问题表示问题求解与问题表示2、状态空间表示 一个问题求解系统，问题的状态可由24三、实例简介三、实例简介2813674512836745八八数数码码难难题题推销推销员旅员旅行问行问题题ABEDC三、实例简介2813674512836745八数码难题推销员25281367452813674528136745281367452813674528136745281367452813674528136745281367452813674528136726（A）（AB）（AC）（AD）（AE）（ACD）（ACDE）（ACDEB）（ACDEBA）（A）（AB）（AC）（AD）（AE）（ACD）（ACDE）27第二节第二节 搜索策略搜索策略搜索搜索：人工智能研究的是那些没有成熟方法可循的问题领人工智能研究的是那些没有成熟方法可循的问题领域，必须通过逐步的探索求得问题的解，这种探索的过程域，必须通过逐步的探索求得问题的解，这种探索的过程称为搜索。称为搜索。在状态图中就是搜索一条解的路径。在状态图中就是搜索一条解的路径。npns1ns2ns3nsm扩展节点扩展节点第二节 搜索策略搜索：人工智能研究的是那些没有成熟方法可循28第二节第二节 搜索策略搜索策略搜索策略：搜索策略：指在搜索过程中如何选择扩展节点的次序问题。指在搜索过程中如何选择扩展节点的次序问题。回溯策略回溯策略图搜索策略：图搜索策略：盲目的图搜索盲目的图搜索启发式搜索启发式搜索第二节 搜索策略搜索策略：指在搜索过程中如何选择扩展节点的29第二节第二节 搜索策略搜索策略盲目的图搜索策略盲目的图搜索策略1 1、宽度优先搜索：从根节点开始，按层进行搜索，、宽度优先搜索：从根节点开始，按层进行搜索，即按层扩展节点。即按层扩展节点。（A）（AB）（AC）（AD）（AE）第1层第2层第3层特点：完备的搜索。但有时搜索过程会很长特点：完备的搜索。但有时搜索过程会很长第二节 搜索策略盲目的图搜索策略1、宽度优先搜索：从根节点30第二节第二节 搜索策略搜索策略盲目的图搜索策略：盲目的、无信息引导的搜索盲目的图搜索策略：盲目的、无信息引导的搜索2 2、深度优先搜索：从根节点开始，首先扩展最新产生的、深度优先搜索：从根节点开始，首先扩展最新产生的 节点，即沿着搜索树的深度方向发展，节点，即沿着搜索树的深度方向发展，直到没有后继节点再返回。直到没有后继节点再返回。017特点：特点：不完备的搜索。有时会陷入不完备的搜索。有时会陷入“死胡同死胡同”，可进行，可进行“界界”的的限制限制23456891011第二节 搜索策略盲目的图搜索策略：盲目的、无信息引导的搜索31第二节第二节 搜索策略搜索策略启发式的图搜索策略：有信息引导的搜索启发式的图搜索策略：有信息引导的搜索启发信息：特定问题领域的信息能有效引导搜索，使搜索简化。启发信息：特定问题领域的信息能有效引导搜索，使搜索简化。启发信息的作用：启发信息的作用：1、用它来决定下一步先扩展哪一个节点，不是盲目、随意地扩展用它来决定下一步先扩展哪一个节点，不是盲目、随意地扩展2、扩展节点时，用它来决定选哪一个或哪几个操作，即有选择性地扩展扩展节点时，用它来决定选哪一个或哪几个操作，即有选择性地扩展节点。不是所有的操作都选择。节点。不是所有的操作都选择。3、用它来决定哪些节点在搜索树上应舍弃，即确定哪些路径是无望的用它来决定哪些节点在搜索树上应舍弃，即确定哪些路径是无望的第二节 搜索策略启发式的图搜索策略：有信息引导的搜索启发信32例如：“八数码难题”：n设计估价函数：f(n)=d(n)+w(n)作为启发信息。nd(n):表示从初始结点到第n个中间结点已花的代价。nw(n)表示从第n个中间结点到目标结点花的代价。n如果设d(n)反映搜索层次或深度，n当w(n)=0，f(n)=d(n)，即同一层代价相同，就全部要扩展，挨个判断是否为目标宽度优先搜索 当d(n)=0，极好地反映被解问题的特性，使搜索完全向目标结点进行深度优先搜索。讨论讨论例如：“八数码难题”：设计估价函数：f(n)=d(n)+w(3328136745281367452813674528136745281367452813674528136745281367456555546428136745281367452813674528136734推销推销员旅员旅行问行问题题ABEDC城市间的距离为：AB=7,AC=6,AD=10,AE=13，BC=7,BD=10,BE=10，CD=5,CE=9,DE=6设计启发搜索函数求最小推销路径推销员旅行问题ABEDC城市间的距离为：35不同搜索策略搜索效率的衡量指标不同搜索策略搜索效率的衡量指标n1、外显率(P):反映搜索过程中，从初始结点向目标结点进行时搜索区域的宽度。n定义：P=L/T L:从初始结点到达目标的路径长度 T:整个搜索过程中所生成的结点总数（不包括初始结点）不同搜索策略搜索效率的衡量指标1、外显率(P):反映搜索过程36不同搜索策略搜索效率的衡量指标不同搜索策略搜索效率的衡量指标n2、有效分枝因数(B):表示每个有效结点平均生成的子结点数目。n定义：B+B2+B3+BL=T L:从初始结点到达目标的路径长度 T:整个搜索过程中所生成的结点总数（不包括初始结点）不同搜索策略搜索效率的衡量指标2、有效分枝因数(B):表示每37思考题n用“八数码难题”比较宽度优先搜索和深度优先搜索的搜索成效！思考题用“八数码难题”比较宽度优先搜索和深度优先搜索的搜索成38第三节 问题归约n所谓“归约”就是“约简”“化简”的意思！n问题归约就是把一个初始问题经过一系列变换归约为若干较易解决的子问题的集合。n问题归约的描述1、问题的描述：三元表（S,F,G）2、操作：使问题转换、归约、化简为几个子问题的集合。3、本原问题：已经有解答的一类问题第三节 问题归约所谓“归约”就是“约简”“化简”的意思！问39二、实例二、实例梵塔问题AABBCC问题可用三个数的表表示（I，j，k）I，j，k依次表示圆盘C,B,A放在柱子I，j，k上123123问题描述为：（1，1，1）（3，3，3）二、实例梵塔问题AABBCC问题可用三个数的表表示（I，40AABBCC（1）将将圆盘圆盘A，B从柱子从柱子1移至柱子移至柱子2，即有，即有123123（1，1，1）（1，2，2）二、实例二、实例梵塔问题梵塔问题（2）将将圆盘圆盘C从柱子从柱子1移至柱子移至柱子3，即有，即有（1，2，2）（3，2，2）（3）将）将圆盘圆盘A，B从柱子从柱子2移至柱子移至柱子3，即有，即有（3，2，2）（3，3，3）双圆盘难题双圆盘难题双圆盘难题双圆盘难题AABBCC（1）将圆盘A，B从柱子1移至柱子2，即有12341梵塔问题归约为本原问题（1，1，1）（3，3，3）（1，2，2）（3，2，2）（1，1，1）（1，2，2）（3，2，2）（3，3，3）（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）梵塔问题归约为本原问题（1，1，1）（3，3，3）（1，42三、问题归约的与三、问题归约的与/或图表示或图表示n1、与/或图表示：节点代表问题，由三要素标注，弧线代表归约操作符。IM1M2M3t1t2t3t4t52、终叶节点、可解与不可解节点：3、解图：三、问题归约的与/或图表示1、与/或图表示：节点代表问题，由43第三章第三章 专家系统基本原理与结构专家系统基本原理与结构第一节第一节 专家系统的基本概念专家系统的基本概念什么是专家系统什么是专家系统?（ES，Expert System)专家系统的基本思想是让计算机能够存储某一领域的专家系统的基本思想是让计算机能够存储某一领域的专门知识并能象专家那样有效地利用这些知识去解决该领专门知识并能象专家那样有效地利用这些知识去解决该领域的复杂问题域的复杂问题!专家系统的特点专家系统的特点?具有：具有：1 1、启发性：、启发性：2 2、透明性：、透明性：3 3、灵活性：、灵活性：1 1）ESES是一个计算机软件是一个计算机软件2 2）是一个模拟人类专家求解特定领域问题（不万能）是一个模拟人类专家求解特定领域问题（不万能）3 3）是用）是用AIAI原理和技术（知识表示，推理方法和策略）原理和技术（知识表示，推理方法和策略）编的软件编的软件第三章 专家系统基本原理与结构第一节 专家系统的基本概念什44第三章第三章 专家系统基本原理与结构专家系统基本原理与结构专家系统的组成：专家系统的组成：知识库知识库数据库数据库 人人 机机 接接 口口知识获取知识获取咨询解释咨询解释推理机推理机专家专家用户用户知识库知识库:存放领域专门知识，存放领域专门知识，知识以适当的知识表达式和结构知识以适当的知识表达式和结构存入知识库。具有存储、检索、存入知识库。具有存储、检索、修改等功能修改等功能。数据库：数据库：存放所解问题的原始数据（事实）和推理中得到的各种中间信息存放所解问题的原始数据（事实）和推理中得到的各种中间信息。为方便问题求解，表示形式尽量和知识库的表示相容。为方便问题求解，表示形式尽量和知识库的表示相容。第三章 专家系统基本原理与结构专家系统的组成：知识库数据库 45第三章第三章 专家系统基本原理与结构专家系统基本原理与结构专家系统的组成：专家系统的组成：知识库知识库数据库数据库 人人 机机 接接 口口知识获取知识获取咨询解释咨询解释推理机推理机专家专家用户用户推推理理机机：是是一一组组程程序序，用用来来控控制制和和协协调调整整个个专专家家系系统统的的工工作作。根根据据数数据据库库中中的的信信息息和和知知识识库库中中的的知知识识，按按一一定定的的推推理理策策略略去去解解决决所所研研究究的的问问题题。同同时时具具有有向向知知识识库库中中添添加加新新知知识识和和删删除除旧旧知知识识的功能。的功能。知识获取知识获取：是学习功能，为知识库的建立、修改已有知识，是学习功能，为知识库的建立、修改已有知识，扩充新知识提供手段，直接影响系统的生命力。扩充新知识提供手段，直接影响系统的生命力。第三章 专家系统基本原理与结构专家系统的组成：知识库数据库 46第三章第三章 专家系统基本原理与结构专家系统基本原理与结构专家系统的组成：专家系统的组成：知识库知识库数据库数据库 人人 机机 接接 口口知识获取知识获取咨询解释咨询解释推理机推理机专家专家用户用户咨询解释咨询解释:负责对推理负责对推理出的结果作出必要的出的结果作出必要的解释，以便向用户说解释，以便向用户说明推理过程。明推理过程。人机接口：人机接口：负责把用户熟悉的信息表示手段（如表格、图形、负责把用户熟悉的信息表示手段（如表格、图形、自然语言），转换成专家系统内部表示形式；将专家系统输出自然语言），转换成专家系统内部表示形式；将专家系统输出的信息转换成用户理解的形式显示给用户。的信息转换成用户理解的形式显示给用户。第三章 专家系统基本原理与结构专家系统的组成：知识库数据库 47第三章第三章 专家系统基本原理与结构专家系统基本原理与结构第二节第二节 专家系统的理想结构专家系统的理想结构理想的专家系统是一个面向领域的语言处理系统规规 划划记事簿记事簿结结 果果事实事实规则规则执行执行程序程序调度调度程序程序一致性处一致性处理程序理程序解释解释程序程序语言处语言处理程序理程序黑板第三章 专家系统基本原理与结构第二节 专家系统的理想结构理想48第三章第三章 专家系统基本原理与结构专家系统基本原理与结构第三节第三节 专家系统与传统程序的区别专家系统与传统程序的区别传统的程序设计方法可表示为：传统的程序设计方法可表示为：数据数据 +算法算法 =程序程序专家系统程序设计方法可表示为：专家系统程序设计方法可表示为：知识知识 +推理推理 =程序程序比较项目比较项目传统程序传统程序专家系统专家系统领域知识的表达数学模型和算法规则等知识表示问题求解数字仿真逻辑推理、判断处理的信息数字信息字符信息知识及知识处理混在一起明确分开影响可信度的因素模型和算法的精度事实和规则的可信度增加知识的方式改程序模块，增减困难修改知识库，容易解释能力差好第三章 专家系统基本原理与结构第三节 专家系统与传统程序的区49n人类的智能活动过程是一个获得并运用知人类的智能活动过程是一个获得并运用知识的过程，知识是智能的基础。识的过程，知识是智能的基础。第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示n基本概念基本概念：什么是知识？知识有哪些特性？什么是知识？知识有哪些特性？n数据与信息：数据与信息：信息需要用一定的形式表示出来信息需要用一定的形式表示出来才能被记载和传递，用一组符号及其组合表示的才能被记载和传递，用一组符号及其组合表示的信息成为数据！，数据是对客观事物的数量、属信息成为数据！，数据是对客观事物的数量、属性、位置及其相互关系的抽象表示。数据是信息性、位置及其相互关系的抽象表示。数据是信息的载体和表示。的载体和表示。第一节第一节 概概 述述人类的智能活动过程是一个获得并运用知识的过程，知识是智能的基50第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示n什么是知识？什么是知识？把有关信息联系在一起所形成把有关信息联系在一起所形成的信息结构称为的信息结构称为知识知识，它是对客观世界的，它是对客观世界的认识与经验。认识与经验。n知识有哪些特性？知识有哪些特性？（1）相对正确性）相对正确性（2）不确定性）不确定性（3）可表示性和可利用性）可表示性和可利用性第一节第一节 概概 述述第四章 人工智能中的知识表示什么是知识？把有关信息联系在一51第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示n知识的分类：知识的分类：（1 1）叙述型知识叙述型知识：表示问题的状态、概念、条件、常识的：表示问题的状态、概念、条件、常识的知识。放在数据库中。知识。放在数据库中。（2 2）过程性知识过程性知识：表示问题求解过程中用到的操作、演算：表示问题求解过程中用到的操作、演算和行动的知识。放在知识库和行动的知识。放在知识库中。（3 3）控制性知识控制性知识：表示问题求解过程中决定决定选用哪种：表示问题求解过程中决定决定选用哪种操作、演算和行动的判断或决策知识。放在推理机中。操作、演算和行动的判断或决策知识。放在推理机中。第一节第一节 概概 述述第四章 人工智能中的知识表示知识的分类：（1）叙述型知识：表52第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示第一节第一节 概概 述述n知识表示的重要性知识表示的重要性n知识表示技术知识表示技术：研究在计算机上如何用最合适的形研究在计算机上如何用最合适的形式，对问题求解过程中所需的各种知识进行表示并组式，对问题求解过程中所需的各种知识进行表示并组织的技术。是一个实际问题的抽象化、形式化问题。织的技术。是一个实际问题的抽象化、形式化问题。n衡量知识表示的好坏标准：衡量知识表示的好坏标准：有效性、方便性、简明性有效性、方便性、简明性第四章 人工智能中的知识表示第一节 概 述知识表示的重要性知53第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示1、产生式知识表示法2、谓词逻辑知识表示法3、框架知识表示法4、语义网络知识表示法5、状态空间知识表示法6、与/或图知识表示法7、特性表知识表示法8、面向对象知识表示法9、人工神经网络知识表示法10、Petri网知识表示法第一节第一节 概概 述述n人工智能中知识表示方法人工智能中知识表示方法:知识表示最后反映在计算机内部都是某种数据结构，如数知识表示最后反映在计算机内部都是某种数据结构，如数组、字符串、二值逻辑等等！组、字符串、二值逻辑等等！第四章 人工智能中的知识表示1、产生式知识表示法2、谓词逻辑54第二节第二节 产生式表示法产生式表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示一、产生式知识表示法一、产生式知识表示法（Production Rule)Production Rule)产生式表示法（前提-结论对，规则表示法）一般形式：If Conditions(前提条件）Then Conclusions(结论）If （101 red and 102 red)Then（L stop)例如：101102L“条件条件”“”“结论结论”可用英文字符可用英文字符串、数字、二值串、数字、二值逻辑等逻辑等第二节 产生式表示法第四章 人工智能中的知识表示一、产生式55第二节第二节 产生式表示法产生式表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示二、产生式系统的基本结构二、产生式系统的基本结构用产生式方法表示知识的专家系统称为产生式系统！它一般由用产生式方法表示知识的专家系统称为产生式系统！它一般由三个部分组成三个部分组成（三要素）：（三要素）：（1 1）总数据库总数据库：数据结构中心。：数据结构中心。（2）产生式规则集产生式规则集：存放过程型知识，以规则的形式存放。：存放过程型知识，以规则的形式存放。（3）控制系统控制系统：负责选择规则的决策系统，对应控制型知识。：负责选择规则的决策系统，对应控制型知识。产生式系统的控制策略实质是个搜索过程，要对一系列规则进产生式系统的控制策略实质是个搜索过程，要对一系列规则进行探索，直到发现某一规则满足数据库终止条件为止。行探索，直到发现某一规则满足数据库终止条件为止。第二节 产生式表示法第四章 人工智能中的知识表示二、产生式56第二节第二节 产生式表示法产生式表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示二、产生式系统的基本结构二、产生式系统的基本结构控控 制制 系系 统统规规 则则 库库综合数据库综合数据库第二节 产生式表示法第四章 人工智能中的知识表示二、产生式57第二节第二节 产生式表示法产生式表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示二、产生式系统的基本结构二、产生式系统的基本结构（2 2）产生式规则集产生式规则集：例如：例如：“八数码难八数码难题题”如果采用空格牌移动规则时，移动的如果采用空格牌移动规则时，移动的规则可表示如下：规则可表示如下：用用O(ij)O(ij)表示空牌位置，表示空牌位置，i i表示空格所在行，表示空格所在行，j j表示空格所在列。表示空格所在列。空格走步空格走步知识表示知识表示左走条件：If j-11 Then O(ij)可左移上走条件：If i-11 Then O(ij)可上移右走条件：If j+13 Then O(ij)可右移下走条件：If i+13 Then O(ij)可下移28136745第二节 产生式表示法第四章 人工智能中的知识表示二、产生式58第二节第二节 产生式表示法产生式表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示二、产生式系统的基本结构二、产生式系统的基本结构（3 3）控制系统控制系统：产生式系统的问题求解过程的步骤如下：产生式系统的问题求解过程的步骤如下：1 1）将数据库初始化；将数据库初始化；2 2）当存在某有用的规则前提能与数据库中的事实相匹配，则继续下一步，当存在某有用的规则前提能与数据库中的事实相匹配，则继续下一步，否则转否则转5 5）；）；3 3）使用规则，更新数据，并将所用过的规则作上标记。使用规则，更新数据，并将所用过的规则作上标记。4 4）判断数据库中是否有目标解，如是，则终止求解，否则转判断数据库中是否有目标解，如是，则终止求解，否则转2 2）5 5）要求更多的关于问题的信息，充实数据库，并转要求更多的关于问题的信息，充实数据库，并转2 2）；如不能提供所）；如不能提供所要信息，则求解失败。要信息，则求解失败。产生式系统特点：清晰性、模块性、灵活性、解释性产生式系统特点：清晰性、模块性、灵活性、解释性第二节 产生式表示法第四章 人工智能中的知识表示二、产生式59第三节第三节 框架表示法框架表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示一、框架表示法是明斯基在研究计算机视觉问题时提出的一、框架表示法是明斯基在研究计算机视觉问题时提出的二、框架表示法一般形式二、框架表示法一般形式框架名框架名槽名槽名1 1(11(值值111111，值，值112)112)(12(值值121121，值，值122)122)槽名槽名2 2(21(值值211211，值，值212)212)(22(值值221221，值，值222)222).槽名槽名n n(n1(值值n11n11，值值n12)n12)(n2(值值n21n21，值值n22)n22).槽、侧面名、值可以是任槽、侧面名、值可以是任意有限个数意有限个数侧面是对槽的进一步说明侧面是对槽的进一步说明槽中的信息类型可是数值、槽中的信息类型可是数值、文字、二值逻辑等，也可是文字、二值逻辑等，也可是一个子框架。一个子框架。第三节 框架表示法第四章 人工智能中的知识表示一、框架表示60第三节第三节 框架表示法框架表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示二、框架表示法一般形式二、框架表示法一般形式框架名框架名槽名槽名1 1(11(值值111111，值，值112)112)(12(值值121121，值，值122)122)槽名槽名2 2(21(值值211211，值，值212)212)(22(值值221221，值，值222)222).槽名槽名n n(n1(值值n11n11，值值n12)n12)(n2(值值n21n21，值值n22)n22).-框架表示法是个分层次的框架表示法是个分层次的结构结构-相关框架的继承与嵌套组相关框架的继承与嵌套组成一个框架系统成一个框架系统-可表示出某种行为、概念、可表示出某种行为、概念、观点及事务间的因果关系。观点及事务间的因果关系。第三节 框架表示法第四章 人工智能中的知识表示二、框架表示61第三节第三节 框架表示法框架表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示框框架架表表示示法法举举例例一个电厂的框架一个电厂的框架框架框架1 1 名称名称 *火电厂火电厂 类别类别 火电厂火电厂 所属所属 *电力系统电力系统 额定参数额定参数 容量容量 *MWMW 电压等级电压等级 *KV,*KV,*KVKV,*KV,*KV 设备概况设备概况 锅炉数锅炉数 *汽机数汽机数 *发电机数发电机数 *主变数主变数 *状态状态 （运行（运行/扩建扩建/停役）停役）第三节 框架表示法第四章 人工智能中的知识表示框架表示法举62第三节第三节 框架表示法框架表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示框框架架表表示示法法举举例例一个电厂的框架一个电厂的框架框架框架2 2 名称名称 220kv220kv母线母线 类别类别 电气电气 所属所属 *火电厂火电厂 额定参数额定参数 断路器型号断路器型号 *MWMW 接线形式接线形式 *冷却方式冷却方式 *电压电压 *保护保护 差动保护，母联过流保护。差动保护，母联过流保护。领域领域 正母正母/副母副母/旁路旁路 状态状态 运行运行/停役停役/部分检修部分检修 方式方式 双母并联双母并联/双母分段双母分段/单母单母/双母带旁路双母带旁路第三节 框架表示法第四章 人工智能中的知识表示框架表示法举63第三节第三节 框架表示法框架表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示框框架架表表示示法法举举例例一个电厂的框架一个电厂的框架框架框架3 3 名称名称 220kv220kv正母线正母线 类别类别 电气电气 所属所属 母线母线 联络设备联络设备 线路线路 *MWMW 主变主变 *其他其他 额定电流额定电流 *KA/*KA *KA/*KA 运行状态运行状态 运行运行/充电充电/停运检修停运检修 第三节 框架表示法第四章 人工智能中的知识表示框架表示法举64第三节第三节 框架表示法框架表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示框架表示法的特点框架表示法的特点:1 1、框架表示法描述范围广、存储信息较多，槽、侧面及值、框架表示法描述范围广、存储信息较多，槽、侧面及值均是用来描述各种具体属性及其信息，而不是关系；均是用来描述各种具体属性及其信息，而不是关系；2 2、是一个有层次的结构，上下层有一定的关系、是一个有层次的结构，上下层有一定的关系 下层（叫子层）框架包含有上层的特性，下层特性由于有下层（叫子层）框架包含有上层的特性，下层特性由于有具体个性，比上层要优先，表示法具有模块性；具体个性，比上层要优先，表示法具有模块性；3 3、相互关联的框架可连接起来组成框架系统或框架网络、相互关联的框架可连接起来组成框架系统或框架网络第三节 框架表示法第四章 人工智能中的知识表示框架表示法的65第四节第四节 谓词表示法谓词表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示谓词表示的一般形式谓词表示的一般形式：P（x1,x2,xixn)P-P-称为谓词，用来刻划个体的性质或关系称为谓词，用来刻划个体的性质或关系 x-x-称为个体变量（又称变元），表示独立存在的事物，称为个体变量（又称变元），表示独立存在的事物，可以是一个抽象的概念，也可是一个具体的事物。它的变可以是一个抽象的概念，也可是一个具体的事物。它的变化范围称为个体域，可以是有限的，也可是无限的。化范围称为个体域，可以是有限的，也可是无限的。谓词的元数谓词的元数：个体变元的数目称为谓词的元数。：个体变元的数目称为谓词的元数。谓词的阶数谓词的阶数：与一个个体变元相联的谓词称为一阶谓词，：与一个个体变元相联的谓词称为一阶谓词，与多个个体变元相联的谓词称为多阶谓词。与多个个体变元相联的谓词称为多阶谓词。个体间的次序不可随意调换。个体间的次序不可随意调换。第四节 谓词表示法第四章 人工智能中的知识表示谓词表示的一66第四节第四节 谓词表示法谓词表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示谓词公式：用简单谓词、联结词、量词按一定规则组谓词公式：用简单谓词、联结词、量词按一定规则组成公式，叫谓词公式。成公式，叫谓词公式。联结词：否定联结词联结词：否定联结词 合取联结词合取联结词 析取联结词析取联结词 条件联结词条件联结词 双条件联结词双条件联结词 量词：量词：全称量词全称量词：对所有的对所有的 存在量词存在量词：存在存在 第四节 谓词表示法第四章 人工智能中的知识表示谓词公式：用67第四节第四节 谓词表示法谓词表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示三、一阶谓词的知识表示：三、一阶谓词的知识表示：1、用谓词表示事实：此时的个体变元要用确定值、用谓词表示事实：此时的个体变元要用确定值2、用谓词表示状态：问题的状态可用语句来描述，而、用谓词表示状态：问题的状态可用语句来描述，而语句可用谓词来表示。语句可用谓词来表示。3、用谓词表示操作：操作由两个部分组成（条件和动作）、用谓词表示操作：操作由两个部分组成（条件和动作）第四节 谓词表示法第四章 人工智能中的知识表示三、一阶谓词68第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示例如：例如：表示变电所中负荷的供电状态，如图所示：在母线带电，断路器、表示变电所中负荷的供电状态，如图所示：在母线带电，断路器、刀闸刀闸1 1、2 2均处于合位时，负荷才能供电，用谓词公式表示如下：均处于合位时，负荷才能供电，用谓词公式表示如下：LINK(LINK(Breaker,Switch1Breaker,Switch1)LINK(LINK(Switch1,BusSwitch1,Bus)LINK(LINK(Switch2,BreakerSwitch2,Breaker)LIVE(LIVE(BusBus)CLOSE(CLOSE(BreakerBreaker)CLOSE(CLOSE(Switch1Switch1)CLOSE(CLOSE(Switch2Switch2)busbusSwitch1Switch1BreakerBreakerSwitch2Switch2操作的条件：操作的条件：LINK(LINK(Breaker,Switch1Breaker,Switch1)LINK(LINK(Switch1,BusSwitch1,Bus)OPEN(OPEN(BreakerBreaker)CLOSE(CLOSE(Switch1Switch1)操作后应删去：操作后应删去：CLOSE(CLOSE(Switch1Switch1)增加：增加：OPEN(OPEN(Switch1Switch1)操作：OPEN(OPEN(Switch1Switch1)第四章 人工智能中的知识表示例如：表示变电所中负荷的供电状态69第四节第四节 谓词表示法谓词表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示四、谓词逻辑表示法的特点四、谓词逻辑表示法的特点严格性严格性：可保证其演绎推理的正确性，可较精确地表达知识：可保证其演绎推理的正确性，可较精确地表达知识通用性通用性：拥有通用的逻辑演算的方法和推理规则：拥有通用的逻辑演算的方法和推理规则自然性自然性：接近于自然语言的形式语言：接近于自然语言的形式语言模块性模块性：一个谓词可独立地插入知识库、数据库：一个谓词可独立地插入知识库、数据库缺点：无法表达不确定性及模糊性知识，推理效率低缺点：无法表达不确定性及模糊性知识，推理效率低第四节 谓词表示法第四章 人工智能中的知识表示四、谓词逻辑70第五节第五节 其它表示法其它表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示一、一、语义网络表示法语义网络表示法：是以网络格式表示人类知识构造的一种形式：是以网络格式表示人类知识构造的一种形式 是一种基于广义图的表示方法是一种基于广义图的表示方法 语义网络是通过概念及其语义关系表达知识的一种语义网络是通过概念及其语义关系表达知识的一种网络图网络图节点节点：表示所研究领域中的物体、概念、特性值：表示所研究领域中的物体、概念、特性值弧弧 ：表示它们之间的关系表示它们之间的关系指针指针：说明这种关系（如隶属、性能）的语句：说明这种关系（如隶属、性能）的语句网网络络图图第五节 其它表示法第四章 人工智能中的知识表示一、语义网络71第五节第五节 其它表示法其它表示法第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示二、二、特性表表示法特性表表示法：是一种用特征及值组成的表格形式表达所研究：是一种用特征及值组成的表格形式表达所研究问题的对象的性质、状态的知识表示方法，是框架的一种特例。问题的对象的性质、状态的知识表示方法，是框架的一种特例。特征特征姓名姓名性别性别出生出生 值值不同研究的问题有不同的特征项，简单、直观。不同研究的问题有不同的特征项，简单、直观。第五节 其它表示法第四章 人工智能中的知识表示二、特性表表72第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示n面向对象知识表示法面向对象技术:包括面向对象程序设计方法学,面向对象数据库,面向对象操作系统,面向对象软件开发环境,面向对象硬件支持.第四章 人工智能中的知识表示面向对象知识表示法面向对象技术:73第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示n面向对象基本概念面向对象基本概念1、对象：从广义讲，任何事物 从问题求解角度讲，是与问题领域有关的事物 从对象的实现机制讲，是一台机器，它有一个名字，一组数据，一组操作，不同对象之间的相互作用通过传消息实现。其中：数据：表示对象的状态 操作：一类用于对数据的操作，改变对象的状态 二类用于产生输出结果 对象是一个具有局部状态和一个操作集合的实体，且数据与操作是不可分的。第四章 人工智能中的知识表示面向对象基本概念74第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示2、类：是一种抽象机制，它是对一组相似对象的抽象3、封装：把一切属于对象的信息和操作局限于对象内，在外面 不可见。属于信息隐藏技术4、继承：在由超类、子类以及具体具体对象所形成的层次结构 中，父类所具有的数据和操作，可被子类继承面向对象的基本特征：模块性、继承性、封装性、多态性、易维护性、便于增量设计第四章 人工智能中的知识表示2、类：是一种抽象机制，它是对一75第四章第四章 人工智能中的知识表示人工智能中的知识表示n表示知识方法表示知识方法结构形式结构形式：Class :Structure Method Restraint END 第四章 人工智能中的知识表示表示知识方法76面向对象方法在电力系统中的应用面向对象方法在电力系统中的应用77第六章第六章 推理技术推理技术n推理技术:是指利用表达与问题有关的知识的符号在计算机中进行机器思维，求解问题，实现推理的智能操作的各种方法。n分为：精确推理和不精确推理二类。第六章 推理技术推理技术:是指利用表达与问题有关的知识的符78第一节第一节 精确推理精确推理n精确推理包括：正向推理、反向推理和混合推理一、正向推理一、正向推理由原始数据出发，按照一定的策略，运用知识库中的由原始数据出发，按照一定的策略，运用知识库中的专家知识推断出结论。专家知识推断出结论。若用产生式表示法表示知识，则正向推理就是从问题若用产生式表示法表示知识，则正向推理就是从问题的前提（事实）出发，根据选定的搜索策略选择知识库中的前提（事实）出发，根据选定的搜索策略选择知识库中的规则，将事实与规则的前提去匹配，不断得到新的事实，的规则，将事实与规则的前提去匹配，不断得到新的事实，直到找到目标或规则用完为止。直到找到目标或规则用完为止。属数据驱动策略属数据驱动策略第一节 精确推理精确推理包括：正向推理、反向推理和混合推理79正向推理-简单、易实现、目的性不强数据库知识库12345前提前提1 1前提前提2 2前提前提3 3前提前提4 4前提前提5 5结论结论1 1结论结论2 2结论结论3 3结论