人工智能导论 0022014

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,人工智能导论,-,刘珊,*,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,人工智能导论 0022014,产生式,产生式通常用于表示事实、规则以及它们的不确定性度量，适合于表示事实性知识和规则性知识。,事实,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。,规则,领域知识,2.6,产生式表示,2024/9/21,2,四元组表示：,（对象，属性，值，置信度）,或者：,（关系，对象,1,，对象,2,，置信度）,例：老李年龄很可能是,40,岁,: (,Li,，,age,，,40,，,),老李和老王不大可能是朋友,: (,friend,，,Li,，,Wang,，,0.1),产生式表示,1.,确定性事实性知识的产生式表示,2.,不确定性事实性知识的产生式表示,三元组表示：,（对象，属性，值）,或者：,（关系，对象,1,，对象,2,）,例： 老李年龄是,40,岁： （,Li,，,age,，,40,）,老李和老王是朋友：（,friend,，,Li,，,Wang,）,2.6,产生式表示,2024/9/21,3,产生式表示,3.,确定性规则知识的产生式表示,4.,不确定性规则知识的产生式表示,基本形式：,IF,P,THEN,Q,或者,：,P,Q,例如：,r,4,：,IF,动物会,飞,AND,会,下蛋,THEN,该动物是鸟,基本形式：,IF,P,THEN,Q,（,置信度）,或者：,P,Q,（置信度,）,例如：,IF,发烧,THEN,感冒 （）,2.6,产生式表示,2024/9/21,4,产生式与蕴含式,区别,1,除逻辑蕴含外，产生式还包括各种操作、规则、变换、算子、函数等。,区别,2,蕴含式只能表示精确知识，而产生式不仅可以表示精确的知识，还可以表示不精确知识。,蕴含式的匹配总要求是精确的。产生式匹配可以是精确的，也可以是不精确的，只要按某种算法求出的相似度落在预先指定的范围内就认为是可匹配的。,2.6,产生式表示,2024/9/21,5,产生式的形式描述及语义,巴科斯范式,BNF,:= , : = |, : = |, : = ANDAND,)|,OROR,), : = (,),符号,“,:,=”,表示,“,定义为,”,；,符号,“,|,”,表示,“,或者是,”,；,符号,“, ,”,表示,“,可缺省,”,。,2.6,产生式表示,2024/9/21,6,产生式系统的基本结构,控,制,规则库,推理机,综合数据库,2.6,产生式表示,2024/9/21,7,产生式系统的组成,综合数据库,它含有与具体任务有关的信息随着应用情况的不同，这些数据库可能简单，或许复杂。,规则库,用于对数据库进行操作运算。每条规则由左部鉴别规则的适用性或先决条件以及右部描述规则应用时所完成的动作。,控制、推理机,确定应该采用哪一条适用规则，当数据库的终止条件满足时，停止计算。,2.6,产生式表示,2024/9/21,8,控制和推理机的工作,从规则库中选择与综合数据库中的已知事实进行匹配。,匹配成功的规则可能不止一条，进行,冲突消解,。,执行某一规则时，如果其右部是一个或多个结论，则把这些结论加入到综合数据库中：如果其右部是一个或多个操作，则执行这些操作。,对于不确定性知识，在执行每一条规则时还要按一定的算法计算结论的不确定性。,检查综合数据库中是否包含了最终结论，决定是否停止系统的运行。,2.6,产生式表示,2024/9/21,9,简单的动物识别,例：设有以下两条规则,r3,：,IF,动物有羽毛,THEN,动物是鸟,r15,：,IF,动物是鸟,AND,动物善飞,THEN,动物是信天翁,其中，,r3,和,r15,是上述两条规则在动物识别系统中的规则编号。,假设已知有以下事实：动物有羽毛，动物善飞，求满足以上事实的动物是何种动物？,2.6,产生式表示,2024/9/21,10,动物识别系统,例：,识别,虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、鸵鸟、企鹅、信天翁,的产生式系统,2.6,产生式表示,2024/9/21,11,规则库,r,1,：,IF,该动物有毛发,THEN,该动物是哺乳动物,r,2,：,IF,该动物胎生,THEN,该动物是哺乳动物,r,3,：,IF,该动物有羽毛,THEN,该动物是,鸟,r,4,：,IF,该动物会飞,AND,会下蛋,THEN,该动物是,鸟,r,5,：,IF,该动物吃肉,THEN,该动物是,食肉动物,r,6,：,IF,该动物有犬齿,AND,有爪,AND,眼盯前方,THEN,该动物是,食肉动物,r,7,：,IF,该动物是哺乳动物,AND,有蹄,THEN,该动物是,有蹄类动物,r,8,：,IF,该动物是哺乳动物,AND,是反刍动物,THEN,该动物是,有蹄类动物,2.6,产生式表示,2024/9/21,12,r,9,：,IF,该动物是哺乳动物,AND,是食肉动物,AND,是黄褐色,AND,身上有暗斑点,THEN,该动物是,金钱豹,r,10,：,IF,该动物是哺乳动物,AND,是食肉动物,AND,是黄褐色,AND,身上有黑色条纹,THEN,该动物是,虎,r,11,：,IF,该动物是有蹄类动物,AND,有长脖子,AND,有长腿,AND,身上有暗斑点,THEN,该动物是,长颈鹿,r,12,：,IF,该动物有蹄类动物,AND,身上有黑色条纹,THEN,该动物是,斑马,r,13,：,IF,该动物是鸟,AND,有长脖子,AND,有长腿,AND,不会飞,AND,有黑白二色,THEN,该动物是,鸵鸟,r,14,：,IF,该动物是鸟,AND,会游泳,AND,不会飞,AND,有黑白二色,THEN,该动物是,企鹅,r,15,：,IF,该动物是鸟,AND,善飞,THEN,该动物是,信天翁,规则库,2.6,产生式表示,2024/9/21,13,动物识别系统,已知该动物身上有：,暗斑点，长脖子，长腿，胎生，蹄,，判断它是什么动物。,解：该已知事实存放在综合数据库中，根据规则库进行推理：,（,1,）从规则库中取出,r1,，检查其前提是否可与综合数据库中的已知事实匹配。匹配失败，则,r1,不能被用于推理。,然后取,r2,进行同样的工作。匹配成功，则,r2,被执行。,综合数据库更新为：该动物身上有：,暗斑点，长脖子，长腿，胎生，蹄，哺乳动物,2.6,产生式表示,2024/9/21,14,动物识别系统,（,2,）分别用,r3,，,r4,，,r5,，,r6,综合数据库中的已知事实进行匹配，均不成功。,r7,匹配成功，执行,r7,（,3,）,r,11,匹配成功，推出 “该动物是长颈鹿”。,综合数据库更新为：,该动物身上有：,暗斑点，长脖子，长腿，胎生，蹄，哺乳动物，有蹄类动物,2.6,产生式表示,2024/9/21,15,动物识别系统,2.6,产生式表示,2024/9/21,16,产生式表示的特点,主要优点,自然性：与人类的判断性知识基本一致。,模块性,有效性：可以表示多种知识,主要缺点,效率较低,不便于表示结构性知识,2.6,产生式表示,2024/9/21,17,适合产生式,表示的知识,（,1,）领域知识间关系不密切，不存在结构关系。,（,2,）领域问题的求解过程可被表示为一系列相对独立的操作，且每个操作可被表示为一条或多条产生式规则。,（,3,）经验性及不确定性的知识，且相关领域中对这些知识没有严格、统一的理论。,2.6,产生式表示,2024/9/21,18,第二章 知识表示方法,2.1,知识和知识表示,2.2,状态空间表示,2.3,问题归约表示,2.4,谓词逻辑表示,2.5,语义网络表示,2.6,产生式表示,2.7,框架表示,2.8,面向对象表示,2024/9/21,19,定义,框架,一种描述所论对象（事物、事件或概念）属性的数据结构。,一个框架由若干个被称为“槽”的结构组成，每一个槽又可根据实际情况划分为若干个“侧面”。,一个槽用于描述所论对象某一方面的属性。,一个侧面用于描述相应属性的一个方面。,槽和侧面所具有的属性值分别被称为槽值和侧面值。,2.7,框架表示,2024/9/21,20,框架的,BNF,描述,: : = ,: : =,框架名,: : = ,，,: : =,约束,，,: : = | ,（,，,）,: : = | ,: : = | ,: : = | | | | ,: : = ,，,: : = ,: : = | ,: : = | | | | ,: : = | | | ,: : = | ,，,: : = ,2.7,框架表示,2024/9/21,21,Frame,槽名,1,：,侧面名,11,侧面值,111,，,，侧面值,11,P,1,侧面名,1,m,侧面值,1,m,1,，,，侧面值,1,mPm,槽名,n,：,侧面名,n,1,侧面值,n,11,，,，侧面值,n,1,P,1,侧面名,nm,侧面值,nm,1,，,，侧面值,nmPm,一般结构,2.7,框架表示,2024/9/21,22,“,缺省,”,值：,当缺少有关事物的信息，同时又无直接反面证据时，就假设按惯例或者一般情况下的填充值。,“,如果需要,”,值：,过程信息。,“,如果加入,”,值：,应该做什么的信息。,框架的一般结构,Slot,（槽）,VALUE,（值侧面）,DEFAULT,（缺省值侧面）,IF-NEEDED,（如果需要值侧面）,IF-ADDED,（如果加入值侧面）,2.7,框架表示,2024/9/21,23,实例,例：,一个描述硕士生有关情况的框架,Frame ,Name,：,Unit,（,Last-name,，,First-name,）,Sex,：,Area,（,male,，,female,）,Default,：,male,Age,：,Unit,（,Years,）,Major,：,Unit,（,Major,）,Field,：,Unit,（,Field,）,Advisor,：,Unit,（,Last-name,，,First-name,）,Project,：,Area,（,National,，,Provincial,，,Other,）,Default,：,National,Paper,：,Area,（,SCI,，,EI,，,Core,，,General,）,Default,：,Core,Address,：,Telephone,：,Home Unit,（,Number,）,Mobile Unit,（,Number,）,2.7,框架表示,2024/9/21,24,实例框架,硕士生,-1,框架：,Frame ,ISA,：, /,是一个,Name,：,Yang Ye,Sex,：,female,Major,：,Computer,Field,：,Web-Intelligence /,方向,Web,智能,Advisor,：,Lin Hai /,导师 林海,Project,：,Provincial,/,项目 省部级,2.7,框架表示,2024/9/21,25,框架表示,学生框架,Frame ,Name,：,Unit,（,Last-name,，,First-name,）,Sex,：,Area,（,male,，,female,）,Default,：,male /,缺省,Age,：,Unit,（,Years,）,If-Needed,：,Ask-Age /,询问赋值,Address,：,Telephone,：,Home Unit,（,Number,）,Mobile Unit,（,Number,）,If-Needed,：,Ask-Telephone /,询问赋值,2.7,框架表示,2024/9/21,26,定义,实例框架,当人们把观察或认识到的具体细节填入一个框架后得到的该框架的一个具体实例。,框架系统,把一组有关的框架连结起来可形成一个框架系统。,框架系统推理,由框架之间的协调来完成,2.7,框架表示,2024/9/21,27,框架表示,硕士生框架,Frame ,AKO,：, /,预定义槽名,Major,：,Unit,（,Major,）,/,专业,If-Needed,：,Ask- Major /,询问赋值,If-Added,：,Check-Major /,后继处理,Field,：,Unit,（,Direction-Name,）,/,方向,If- Needed,：,Ask Field /,询问赋值,Advisor,：,Unit,（,Last-name,，,First-name,）,/,导师,If- Needed,：,Ask -Visor /,询问赋值,Project,：,Area,（,National,，,Provincial,，,Other,）,/,项目,Default,：,National /,缺省,Paper,：,Area,（,SCI,，,EI,，,Core,，,General,）,/,论文,Default,：,Core /,缺省,2.7,框架表示,2024/9/21,28,框架系统的基本结构,框架系统的基本结构通过诸框架之间的横向或纵向联系来实现。,框架之间的横向联系,一个框架的槽值或侧面值可以是另外一个框架的名字,框架之间的纵向联系,用框架表示具有演绎关系的知识结构时，下层框架与上层框架之间所具有的一种继承关系,具有横向联系及纵向联系的一组框架称为,框架网络,2.7,框架表示,2024/9/21,29,框架网络,Student,Collegian,Master,Doctor,Master-1,Master-2,S-Address,ISA,ISA,AKO,Address,AKO,AKO,2.7,框架表示,2024/9/21,30,框架的继承,特性的继承通过,ISA,、,AKO,链来实现。,继承技术，通常由框架中设置的,3,个侧面：,Default,、,If- Needed,、,If-Added,所提供的缺省推理功能来组合实现,如果该槽提供有,Default,侧面值，就继承该默认值作为查询结果返回。,如果该槽提供有,If-Needed,侧面供继承，则执行,If-Needed,操作，去产生一个值作为查询结果。,如果对某个事物的某一属性进行了赋值或修改操作，则系统会自动沿,ISA,和,AKO,链追溯到具有相应的类或超类框架，去执行,If-Added,操作，作相应的后继处理。,2.7,框架表示,2024/9/21,31,If-Needed,与,If-Added,的区别,主要,区别在于激活时机和操作目的不同。,If- Needed,操作是在系统试图查询某个事物框架中未记载的属性值时激活，并根据查询需求，被动地即时产生所需要的属性值；,If-Added,操作是在系统对某个事务框架的属性作赋值或修改工作后激活，目的在于通过这些后继处理，主动做好配套操作，以消除可能存在的不一致。,2.7,框架表示,2024/9/21,32,继承实例,硕士生,-2,框架：,Frame ,ISA,：,Name,：,Liu Qing,Age,：,22,Major,：,Computer,Advisor,：,Lin Hai,Paper,：,EI,硕士生框架,Frame ,AKO,：,Major,：,Unit,（,Major,）,If-Needed,：,Ask- Major,If-Added,：,Check-Major,Field,：,Unit,（,Direction-Name,）,If- Needed,：,Ask Field,Advisor,：,Unit,（,Last-name,，,First-name,）,If- Needed,：,Ask -Visor,Project,：,Area,（,National,，,Provincial,，,Other,）,Default,：,National,Paper,：,Area,（,SCI,，,EI,，,Core,，,General,）,Default,：,Core,学生框架,2.7,框架表示,2024/9/21,33,框架表示,机器人纠纷问题的框架描述,2.7,框架表示,2024/9/21,34,框架的推理,框架没有固定的推理机理,框架系统的推理和语义网络一样遵循,匹配,和,继承,原则。,框架的,匹配,实际上是通过对相应槽的槽名和槽值逐个进行比较，并利用,继承,关系来实现的。,2.7,框架表示,2024/9/21,35,推理实例,例：假设前面讨论的学生框架系统已建立在知识库中，若要求从知识库中找出一个满足如下条件的硕士生：,male,，,Age25,，,Major,：,Computer,，,Project,：,National,解：,1,、用框架表示这些条件，可得到初始问题框架,Frame,：,Master-x,Name,：,Sex: male,Age,：,Years 25,Major,：,Computer,Project,：,National,2,、用此框架和知识库中的框架匹配,2.7,框架表示,2024/9/21,36,框架表示的特点,优点,结构性,深层性,继承性,自然性,缺点,缺乏框架的形式理论,缺乏过程性知识表示,难以保证清晰些,2.7,框架表示,2024/9/21,37,框架的程序语言实现,FRL,（,Frame Representation Language,）,PROLOG,例：,“,教师,”,框架用,PROLOG,表示,框架名,:,类属,:,工作范围,:(,教学，科研,),缺省,:,教学,性别,:(,男，女,),学历,:(,中师，高师,),类型,:(,，,，,),frame(name(,教师,),，,kind-of(),，,work(scope(“,教学,”,，,“,科研,”),，,default(,教学,),，,sex(,男,，,女,),，,reco-of-f-s(,中师,，,高师,),，,type(“”,，“,”,，“,”).,2.7,框架表示,2024/9/21,38,剧本表示,剧本是框架的一种特殊形式，用一组槽来描述某些时间的发生序列。,剧本的组成,(1),开场条件：给出在剧本中描述的事件发生的前提条件。,(2),角色（支撑物）：用来表示在剧本所描述的事件中可能出现的有关人物的一些槽。,(3),道具（线索）：用来表示在剧本所描述的事件中可能出现的有关物体的一些槽。,(4),场景（场次）：描述事件发生的真实顺序，可以由多个场景组成，每个场景又可以是其它的剧本。,(5),结果（结局）：给出在剧本所描述的事件发生以后通常所产生的结果。,2.7,框架表示,2024/9/21,39,餐厅剧本,（,1,）开场条件,（,a,）顾客饿了，需要进餐厅,（,b,）顾客有足够的钱,（,2,）角色,顾客、服务员、厨师、老板,（,3,）道具,食品、桌子、菜单、钱,（,4,）场景,场景,1,进入餐厅,（,a,）顾客走入餐厅,（,b,）寻找桌子,（,c,）在桌子旁坐下,场景,2,点菜,（,a,）服务员给顾客菜单,（,b,）顾客点菜,（,c,）顾客把菜单还给服务员,（,d,）顾客等待服务员送菜,场景,3,等待,（,a,）服务员把顾客所点的菜告诉厨师,（,b,）厨师做菜,场景,4,吃菜,（,a,）厨师把做好的菜给服务员,（,b,）服务员给顾客送菜,（,c,）顾客吃菜,场景,5,离开,（,a,）服务员拿来账单,（,b,）顾客付钱给服务员,（,c,）顾客离开餐厅,（,5,）结果,（,a,）顾客吃了饭，不饿了,（,b,）顾客花了钱,（,c,）老板挣了钱,（,d,）餐厅食品少了,2.7,框架表示,2024/9/21,40,第二章 知识表示方法,2.1,知识和知识表示,2.2,状态空间表示,2.3,问题归约表示,2.4,谓词逻辑表示,2.5,语义网络表示,2.6,产生式表示,2.7,框架表示,2.8,面向对象表示,2024/9/21,41,面向对象技术,核心概念：对象和类,类的定义说明所辖对象的共同特征（属性、状态等）和行为。,类可用,5,元组表示如下：,类：,=,（,ID , INH, DT, OI, IF,）,其中，,ID,、,DT,同对象的含义；,INH,是类的继承描述；,OI,是操作集；,IF,是对外接口。,对象可以泛指一切事物，类则是一类对象的抽象模型。,对象的静态描述可用如下,4,元组表示：,对象：,=,（,ID , DT , OP , FC,）,其中，,ID,是对象的名字；,DT,是对象的数据；,OP,是对象的操作；,FC,是对象的对外接口。,2.8,面向对象表示,2024/9/21,42,面向对象技术,消息,对象间相互请求或相互协作的途径，是要求某个对象执行其中某个功能操作的规格说明。,方法,对对象实施各种操作的描述，亦即消息的具体实现。,2.8,面向对象表示,2024/9/21,43,面向对象表示,以,C+,为例，类的一般形式如下：,class : ,private:,public:,2.8,面向对象表示,2024/9/21,44,面向对象表示与框架表示,区别,框架表示旨在支持知识的陈述性表示；面向对象表示注重信息和信息处理的封装及程序设计的模块化；,对象是作用者，而框架是被作用者；,对象包含程序层，可以通过执行自己的动作实现推理；而框架不包含程序，需要通过单独的推理机制进行推理。,2.8,面向对象表示,2024/9/21,45,小结,产生式表示,框架表示,剧本表示,面向对象表示,2024/9/21,46,谢谢观赏,