【人工智能_】人工智能2.ppt
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1、人工智能Artificial Intelligence,主讲:相明 西安交通大学电信学院计算机系 E_mail:,2.1 概述,什么是知识: 1. 数据与信息 数据是信息的载体和表示;信息是数据的语义。 2. 知识 一般来说,把有关信息关联在一起所形成的信息结构称为知识。 雪为白色的(事实) 如果头痛且流涕,则可能患了感冒(规则),第二章知识工程,知识的特性,1. 相对正确性 知识是经验的总结,有一定的适用条件。 2. 不确定性 随机性 模糊性 引起知识不确定性的原因有: 随机性:如果头痛且流涕,则可能患了感冒 模糊性:高个子适合于打篮球。 不完全性:对事物认识上的不完全、不准确导致知识的不确
2、定性。 经验性:经验性知识本身就具有不确定性。 专家系统中大部分知识都具有不确定性。 3. 可表示性与可利用性,知识的分类,按作用范围: 常识性知识:人们普遍知道的知识,即所谓常识。 领域性知识:具体应用领域中的专业性知识。 按作用及表示: 事实性知识:用于描述领域内有关概念、事物的属性及状态(即对事实的描述:雪是白色的) 规则:反应事物之间的因果关系 按确定性: 确定性知识:是指可指出其真值为真或假的知识,它是精确性的知识。 不确定性知识:是指具有 “不确定”特性的知识,它是对不精确、不完全、及模糊性知识的总称。 按结构及表现形式:逻辑性知识:逻辑推理过程中用到的知识,包括经验性的知识。谓词
3、表示法、产生式表示法。形象性知识:通过事物的形象建立起来的知识。,2.2知识表示方法,知识表示:就是对知识的一种描述,一种计算机可以接受的用于描述知识的数据结构。 知识的两大类表示方法: 符号表示法:主要用来表示逻辑性知识。(包括本章讨论的各种方法) 连接机制表示法:是用神经网络表示知识的一种方法。 常用的知识表示法: 一阶谓词逻辑表示法,产生式表示法,框架表示法,语义网络表示法,脚本表示法,过程表示法,Petri网表示法,面向对象表示法。 不同领域的知识各有不同特点,每一种知识表示方法各有优缺点。选择知识表示方法,应从以下几个方面考虑: 充分表示领域知识 有利于对知识的利用 便于对知识的组织
4、、维护和管理 便于理解与实现,2.2.1 经典逻辑表示法,谓词逻辑是一种形式语言,也是到目前为止能够表达人类思维活动规律的一种最精确的语言。它与自然语言比较接近,又可方便地存储到计算机中并被计算机做精确处理。所以它成为最早应用于人工智能中表示知识的一种语言。,命题逻辑,定义2.1:命题是具有真假意义的语句。 在命题逻辑中命题通常用大写英文字母表示。 命题逻辑无法把客观事物的结构及逻辑特征反映出来,也不能把不同事物间的共同特征表述出来。 例如: P”老李是小李的父亲”。 看不出老李和小李的关系。 P”李白是诗人”,Q”杜甫也是诗人”。 无法形式地表示出二者的共同特点(都是诗人)。 P=“每个人都
5、是要死的”。 Q=“孔子是人”。 R=“孔子是要死的”。 写成命题形式:PQR(R是P, Q的逻辑结论),谓词逻辑,1. 一个谓词分为谓词名与个体两个部分。 谓词名刻画个体的性质、状态或个体间的关系。 个体表示独立存在的事物或者概念。 例如: Teacher(zhang),Greater(5,3) 谓词的一般形式 P (x1, x2,xn) 其中,P是谓词名,x1, x2,xn是个体。谓词名通常用大写的英文字母表示,个体通常用小写的英文字母表示。,2. 个体可以是常量、变元或者函数。 例如: Less(x,5),x是一个变元。 Teacher(father(wang),其中father(wan
6、g)是一个函数。 3.谓词的语义由人指定。 例如: S(x),可以表示x是一个人;也可以表示x是一朵花,4. 连接词 非:;析取:;合取:;蕴含:; 等价: ; 谓词逻辑真值表,5. 谓词公式 (well formed formulas) 定义: 按下述规则得到的合式公式: (1)单个谓词是合式公式,称为原子公式; (2)若A是合式公式,则 也是合式公式; (3)若A,B是合式公式,则 都是合式公式; (4)若A是合式公式,x是任一个体变元,则 都是合式公式; 运用有限步上述规则得到的公式是合式公式。,一些重要的等价式,一些重要的永真蕴含式,推理规则,上述等价式和永真蕴含式可以作为推理规则。此
7、外,谓词逻辑中还有如下一些推理规则: P规则:在推理的任何步骤都可以引入前提。 T规则:推理时,如果前面步骤中有一个或者多个公式永真蕴含公式S,则可把S引入推理过程中。 CP规则:如果能从R和前提集合中推出S来,则可从前提集合推出RS。 反证法:,当且仅当 。即Q为P的逻辑结论,当且仅当 是不可满足的。 定理: Q为P1,P2,Pn的逻辑结论,当且仅当是不可满足的。 5. 逻辑推理:等价式、永真蕴涵式、上述推理规则,基于谓词逻辑的知识表示,谓词逻辑适合于表示事物的状态、属性、概念等事实性的知识,也可以用来表示事物间确定的因果关系,即规则。 事实:用谓词公式的与/或形表示,例如: A B C,
8、AB C 规则:用蕴涵式表示,例如: 如果X,则Y X Y 用谓词公式表示知识时,需要首先定义谓词,指出每个谓词的确切语义,然后再用连接词把有关的谓词连接起来,形成一个谓词公式表达一个完整的意义。,刘欢比他父亲有名。 高扬是计算机系的学生,但他不喜欢编程。 人人爱劳动。 定义如下谓词: Famous(x,y):x比y有名。 Computer(x): x是计算机系的学生 Like(x,y): x喜欢y Love(x,y): x爱y Man(x): x是人。 然后用谓词公式表示: Famous(liuhuan,father(liuhuan) Computer(gaoyang) Like(gaoya
9、ng, programming) ( Man(x) Love(x,labour) ),基于谓词逻辑的推理,谓词演算 判断一个公式是否永真 自然演绎系统 一组公理,一组规则,从一个公式推导另一个公式 与或句演绎系统 公式中只有非、与、或,没有其它连接词和量词。对于反向推理比较实用 子句演绎系统 子句中只有非和或符号,运用消解法试图推出矛盾。,优点: 自然性 接近自然语言的形式语言,用它表示的知识比较容易理解。 精确性 谓词逻辑是二值逻辑,表示精确知识,可保证演绎推理结论的精确性。 严密性 严格的形式定义及推理规则。 容易实现 容易转换为计算机的内部形式,易于在计算机上实现。 缺点: 不能表示不确
10、定性的知识、启发性知识、元知识。 组合爆炸 效率低,一阶谓词逻辑表示法的特点,2.2.2 产生式表示法,美国数学家E.Post在1943年首先提出“产生式”这一术语。 他设计的产生式系统,称为Post系统。其目的是构造一种形式化的计算工具,并证明它具有和图灵机同样的计算能力。目前它已经成为人工智能中应用最多的一种知识表示方法。很多成功的专家系统都是用它来表示知识。例如费根保姆等人研制的分析化学分子结构的专家系统DENDRAL;肖特里菲等人研制的诊断传染性疾病的专家系统MYCIN等等。产生式形式上很简单,但在一定意义上模仿了人类思考的过程。,产生式的基本形式,1:事实的表示 三元组:老王年龄已4
11、0 表示为 (wang,age,40) 老王与老张是朋友:(friendship, wang,zhang) 四元组:表示不确定性的知识 (friendship, wang, zhang,0.8) 谓词逻辑: 2、规则的表示 基本形式: PQ 或者 IfPThenQ 其中,P是前提,用于指出该产生式是否可用的条件。Q是结论或者操作,用于指出当前提P满足时,应该得出的结论或者应该执行的操作。 例如:下雨甲未打伞甲被淋湿,产生式与谓词逻辑蕴含式的区别,蕴含式只能表示精确知识;而产生式不仅可以表示精确知识,还可以表示不精确知识。 例如:在专家系统MYCIN中的一条知识, If本微生物的染色斑是革兰氏阴
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