人工智能導論第三章知識與推第1頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容3.1推理概述3.2知識及其表示3.3知識表示方法3.3.1一階謂詞邏輯表示法3.3.2產(chǎn)生式表示法3.3.3其他知識表示法3.4經(jīng)典邏輯推理的邏輯基礎3.5歸結演繹推理3.6不確定性推理的基本問題3.7基于概率的不確定性推理3.7.1概率論基礎3.7.2可信度方法3.7.3主觀貝葉斯方法3.8基于證據(jù)理論的不確定性推理第2頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章：知識與推理模擬和實現(xiàn)人類的推理能力，是人工智能中的一個重要研究內(nèi)容，是符號式人工智能中的主要內(nèi)容之一。知識表示和推理機制是兩個關鍵問題。1)在確定知識表達方法后，就可以把知識表示出來并存儲到計算機中。2)然后,利用知識進行推理以求得問題的解.利用知識進行推理是知識利用的基礎。各種人工智能應用領域如專家系統(tǒng)、智能機器人、模式識別、自然語言理解等都是利用知識進行廣義問題求解的智能系統(tǒng).第3頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1推理概述模擬和實現(xiàn)人類的推理能力，是人工智能中的一個重要研究內(nèi)容，是符號式人工智能中的主要內(nèi)容之一。知識表示和推理機制是兩個關鍵問題。1)在確定知識表達方法后，就可以把知識表示出來并存儲到計算機中。2)然后,利用知識進行推理以求得問題的解.利用知識進行推理是知識利用的基礎。各種人工智能應用領域如專家系統(tǒng)、智能機器人、模式識別、自然語言理解等都是利用知識進行廣義問題求解的智能系統(tǒng).第4頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1推理概述3.1.1推理的概念與類型推理是人類求解問題的主要思維方法，是按照某種策略從已有事實和知識推出結論的過程。推理是由程序實現(xiàn)的，稱為推理機。人類的智能活動有多種思維方式，人工智能作為對人類智能的模擬，相應地也有多種推理方式：按推理邏輯基礎：演繹推理、歸納推理、默認推理按知識及結論的確定程度：確定性推理和不確定性推理按推理過程的單調(diào)性：單調(diào)推理和非單調(diào)推理按推理中啟發(fā)性知識的使用：啟發(fā)式推理和非啟發(fā)式推理第5頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月1.演繹推理、歸納推理、默認推理(1).演繹推理：演繹推理是從全稱判斷推出特稱判斷或單稱判斷的過程，即從一般到個別的推理。最常用的形式是三段論法。例如：

1）所有的推理系統(tǒng)都是智能系統(tǒng)；

2）專家系統(tǒng)是推理系統(tǒng)；

3）所以，專家系統(tǒng)是智能系統(tǒng)。(2).歸納推理:是從足夠多的事例中歸納出一般性結論的推理過程，是一種從個別到一般的推理過程。(3).默認推理：默認推理又稱缺省推理，它是在知識不完全的情況下假設某些條件已經(jīng)具備所進行的推理。第6頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月2、確定性推理、不確定性推理

如果按推理時所用的知識的確定性來分，推理可分為確定性推理與不確定性推理。（1）確定性推理（精確推理）。如果在推理中所用的知識都是精確的，即可以把知識表示成必然的因果關系，然后進行邏輯推理，推理的結論或者為真，或者為假，這種推理就稱為確定性推理。（如歸結反演、基于規(guī)則的演繹系統(tǒng)等）（2）不確定性推理(不精確推理)。在人類知識中，有相當一部分屬于人們的主觀判斷，是不精確的和含糊的。由這些知識歸納出來的推理規(guī)則往往是不確定的。基于這種不確定的推理規(guī)則進行推理，形成的結論也是不確定的，這種推理稱為不確定推理。

(在專家系統(tǒng)中主要使用的方法)。第7頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3、單調(diào)推理、非單調(diào)推理如果按推理過程中推出的結論是否單調(diào)增加，或者說推出的結論是否越來越接近最終目標來劃分，推理又可分為單調(diào)推理與非單調(diào)推理。（1）單調(diào)推理。是指在推理過程中隨著推理的向前推進及新知識的加入，推出的結論呈單調(diào)增加的趨勢，并且越來越接近最終目標。(演繹推理是單調(diào)推理。)（2）非單調(diào)推理。是指在推理過程中隨著推理的向前推進及新知識的加入，不僅沒有加強已推出的結論，反而要否定它，使得推理退回到前面的某一步，重新開始。(一般是在知識不完全的情況下進行的)第8頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月4、啟發(fā)式推理、非啟發(fā)式推理

如果按推理中是否運用與問題有關的啟發(fā)性知識，推理可分為啟發(fā)式推理和非啟發(fā)式推理。（1）啟發(fā)式推理：如果在推理過程中，運用與問題有關的啟發(fā)性知識，如解決問題的策略、技巧及經(jīng)驗等，以加快推理過程，提高搜索效率，這種推理過程稱為啟發(fā)式推理。如A、A*等算法。（2）非啟發(fā)式推理。如果在推理過程中，不運用啟發(fā)性知識，只按照一般的控制邏輯進行推理，這種推理過程稱為非啟發(fā)式推理。(推理效率較低，容易出現(xiàn)“組合爆炸”問題。)第9頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1推理概述3.1.2推理控制策略推理控制策略分為推理策略和搜索策略。推理策略最要解決主要是指推理方向的選擇、沖突解決策略等。推理時所用的搜索策略主要解決知識的搜索和目標求解。一般推理的控制策略與知識表達方法有關。第10頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月1、推理方向用于確定推理的驅動方式。分為：正向推理(由已知事實出發(fā))、反向推理(以某個假設目標作為出發(fā)點)正反向混合推理(正向推理和反向推理相結合).系統(tǒng)組成:知識庫（KB）+初始事實和中間結果的數(shù)據(jù)庫（DB）+推理機第11頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月2、沖突解決策略

在推理過程中，系統(tǒng)要不斷地用數(shù)據(jù)庫中的事實與知識庫中的規(guī)則進行匹配，當有一個以上規(guī)則的條件部分和當前數(shù)據(jù)庫相匹配時，就需要有一種策略來決定首先使用哪一條規(guī)則，這就是沖突解決策略。沖突解決策略實際上就是確定規(guī)則的啟用順序。沖突解決的基本思想：按有利于提高推理效率的原則，對可用知識進行排序，常用的排序方法：（1）專一性排序(條件部分更具體的規(guī)則)（2）規(guī)則排序(規(guī)則編排順序)（3）數(shù)據(jù)排序(所有條件按優(yōu)先級次序編排起來)（4）就近排序(最近使用的規(guī)則優(yōu)先)（5）上下文限制(在某種上下文條件下)（6）按匹配度排序(計算這兩個模式的相似程度)（7）按條件個數(shù)排序(條件少的優(yōu)先)第12頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3、搜索策略推理時要反復用到知識庫中的規(guī)則，而知識庫中的規(guī)則又很多，這樣就存在著如何在知識庫中尋找可用規(guī)則的問題(代價小,解好).可以采用各種搜索策略有效地控制規(guī)則的選取.第13頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2知識及其表示3.2.1知識知識是人類智能的基礎.人類的智能活動過程主要是一個獲取知識并運用知識的過程.人工智能問題的求解是以知識為基礎的.知識的獲取、知識的表示和運用知識進行推理是人工智能學科要研究的三個主要問題。

第14頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.1知識知識的特性1.相對正確性世界上沒有任何永遠正確的知識，而是相對的。如1+1=2（在十進制體系，二進制？），又如，“在同一平面上，兩條永不相交的直線叫平行線”（如果不是同一平面？）2.不確定性知識是有關信息關聯(lián)在一起形成的信息結構，信息與關聯(lián)是構成知識的兩大要素。如觀察眼前課桌的顏色，有的認為是米黃色，有的認為是桔黃色，實際上說明觀察中帶有某種程度的不確定性。不確定的表現(xiàn)：不完備性、隨機性及模糊性不完備性：人們對客觀事物認識不夠全面或不夠準確，在解決問題是不具備解決該問題所需要的全部知識。（如醫(yī)生看病）隨機性：在隨機事件的知識上，知識所描述的對象可能發(fā)生也可能不發(fā)生。模糊性：客觀事物不具有明確的性質或狀態(tài)，知識的邊界不明確。第15頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.1知識知識的特性3.可表示性：知識是可用形式化的方法表示的，如語言、文字、圖形、公式等來表示，正是由于這一特性，才使知識能夠數(shù)據(jù)化，才能用計算機存儲、傳播和利用知識。4.可利用性：知識可以用來解決現(xiàn)實世界中的各種問題。5、矛盾性或相容性矛盾性：同一知識集中的不同知識之間相互對立或不一致，從這些知識出發(fā)。會推出不一致結論。相容性：同一個知識集中的所有知識間互相不矛盾。第16頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.1知識知識的分類按知識的作用范圍來劃分：常識性知識（如夏天熱，冬天冷；萬物生長靠太陽）領域性知識（1個字節(jié)由8個位構成、1個扇區(qū)有512個字節(jié)的數(shù)據(jù)）。按知識的作用及表示來劃分：事實性知識（常以“…是…”出現(xiàn)，如雪是白色的、鳥有翅膀）規(guī)則性知識（常以“如果…則…”,如果春天來了，則小燕子馬上就要飛回來了。計算機專家系統(tǒng)中常用規(guī)則性知識，是由專家提供的專門性經(jīng)驗知識）控制性知識（是指有關問題的求解步驟、技巧性知識）元知識（是指有關知識的知識，是知識庫中的高層知識，包括怎樣使用規(guī)則、解釋規(guī)則、校驗規(guī)則、解釋程序結構等知識）。第17頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.1知識知識的分類按知識的確定性來劃分：確定知識（指邏輯值為真或假的知識，是精確性的知識）不確定知識（邏輯值不能完全確定的知識，其邏輯值由一個概率值確定）。按知識的結構及表現(xiàn)形式劃分：邏輯性知識（反映人類邏輯思維過程的知識，一般都具有因果關系及難以精確描述的特點）形象性知識（通過形象思維所獲得的知識，例如，牛是什么模樣？如果用文字來描述，可能很難讓沒見過牛的人獲得關于牛的知識，但是通過照片或真牛，就可以獲得形象性知識）。按知識的層次劃分：表層知識深層知識第18頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2知識的表示知識的表示是指知識在計算機中的描述，是一種數(shù)據(jù)結構與控制結構的統(tǒng)一體，既考慮知識的存儲又考慮知識的使用。知識表示的目的不僅僅是為了把知識用數(shù)據(jù)結構的形式存儲在計算機中，更重要的是能夠方便且正確地運用和管理知識。合理的知識表示可以使推理更容易高效。知識表示方法可以從以下方面考慮：表示能力可利用性可組織性與可維護性可實現(xiàn)性自然性與可理解性第19頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3知識的表示方法在知識表示方法中，包含了多種具體的方法：

一階謂詞邏輯表示法 產(chǎn)生式表示法 框架表示法 語義網(wǎng)絡表示法 面向對象表示法 狀態(tài)空間表示法、問題歸約法 腳本表示法

Petri網(wǎng)表示法、過程表示法第20頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1一階謂詞邏輯表示法謂詞邏輯是一種重要的知識表示方法，是一種形式語言，其根本目的在于把數(shù)學中的邏輯論證符號化，是到目前為止能夠表達人類思維活動規(guī)律的一種最精確的形式語言。與人類的自然語言比較接近，又可方便地存儲到計算機中去，并被計算機做精確處理。它用邏輯方法研究推理的規(guī)律，即條件與結論之間地蘊涵關系。是一種最早應用于人工智能中的表示方法。人工智能語言PROLOG是以一階謂語邏輯為基礎的程序設計語言，它是建造智能系統(tǒng)的有力工具第21頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1一階謂詞邏輯表示法命題：能判斷真假（不是既真又假）的陳述句。命題是簡單陳述句描述事實、事物的狀態(tài)、關系等性質。是對客觀事物為真還是為假的判斷例如：1．

1+1=22．

雪是黑色的。3．

北京是中國的首都。4．

到冥王星去渡假。判斷方法：判斷一個句子是否是命題，有先要看它是否是陳述句，而后看它的真值是否唯一。以上的例子都是陳述句，第4句的真值現(xiàn)在是假，隨著人類科學的發(fā)展，有可能變成真，但不管怎樣，真值是唯一的。因此，以上4個例子都是命題。反例：1．

快點走吧！2．

到那去？3．

x+y>10命題不能反應客觀事物的結構及邏輯特征，也不能描述不同事物間的共性，具有較大的局限性。P:“張三是李四的老師”；僅用字母P看不出張三和李四之間的師生關系1、基本概念第22頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月命題表示公式（1）將陳述句轉化成命題公式。如：設“下雨”為p，“騎車上班”為q，，1．“只要不下雨，我騎自行車上班”。～p

是q的充分條件， 因而，可得命題公式：～p→q2．“只有不下雨，我才騎自行車上班”。～p

是q的必要條件， 因而，可得命題公式：q→～p第23頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月命題表示公式（2）例如：1．

“如果我進城我就去看你，除非我很累。” 設：p，我進城，q，去看你，r，我很累。 則有命題公式：～r→(p→q)。2．“應屆高中生，得過數(shù)學或物理競賽的一等獎， 保送上北京大學。” 設：p，應屆高中生，q，保送上北京大學上學，

r，是得過數(shù)學一等獎。t，是得過物理一等獎。 則有命題公式公式：p

∧(r∨t)→

q。

第24頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1一階謂詞邏輯表示法謂詞：由謂詞名和個體組成，用于表示事物或概念的性質、狀態(tài)，以及事物或概念之間的相互關系個體：表示獨立存在的事物或抽象的概念。謂詞名：個體的某種性質、狀態(tài)，或個體之間的某種關系，其語義根據(jù)需要由人為確定。設P為謂詞名，x1,x2,…xn為n個個體，謂詞的一般形式為：P(x1,x2,…xn)n為謂詞的元數(shù)，n=1為一元謂詞。個體可以是常量也可以是變量和函數(shù)，個體常量，個體變量和函數(shù)統(tǒng)稱為項。個體的取值范圍稱為個體域。一階謂詞：一個謂詞的個體都是常量、變量或函數(shù)二階謂詞：謂詞中的個體包含一個一階謂詞。三階謂詞：謂詞中的個體包含一個二階謂詞。1、基本概念第25頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1一階謂詞邏輯表示法本課程只考慮一階謂詞。一階謂詞舉例：“李白是詩人”可表示為：poet(LiBai)

poet稱為謂詞，用以刻畫“是詩人”；LiBai稱為個體謂詞，Teacher(zhang),語義：張是老師謂詞，Great(5,3),語義：5>3謂詞，Less(x,5),語義：x<5,x是變量謂詞，Teacher(Father(wang)),語義：王的父親是老師，F(xiàn)ather(wang)是一個函數(shù)。謂詞和函數(shù)的區(qū)別：謂詞具有邏輯值“真”或“假”，而函數(shù)則是某個個體到另一個個體（按數(shù)學上的概念是自變量到因變量）之間的映射。1、基本概念第26頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1一階謂詞邏輯表示法連接詞與量詞連接詞用于連接多個命題或謂詞，一表示復雜的語義，包括：非～：用于否定它后面的命題或謂詞析取∨：被他連接的兩個命題或謂詞具有或的邏輯關系合取∧：被他連接的兩個命題或謂詞具有與的邏輯關系蘊含：PQ表示如果P則Q的語義雙條件：表示P當且僅當Q的語義量詞用于對謂詞中個體作出量的規(guī)定，包括：全稱量詞：x,表示對于個體域中所有（任意）的個體x存在量詞：x,表示在個體域中存在個體x1、基本概念第27頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1一階謂詞邏輯表示法連接詞真值表：1、基本概念PQ～PP∨QP∧QPQPQTTFTTTTTFFTFFFFTTTFTFFFTFFTT第28頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1一階謂詞邏輯表示法一階謂詞舉例：設謂詞P(x)表示x是正數(shù)，F(xiàn)(x,y)表示x與y是朋友，則：(1)xP(x)表示個體域中的所有個體都是正數(shù)。(2)xyF(x,y)表示對于個體域中的任何個體x，都存在個體y，x與y是朋友。(3)xyF(x,y)表示個體域中存在個體x，他與任何個體y都是朋友。(4)xyF(x,y)表示個體域中存在個體x與個體y，他們都是朋友。(5)xyF(x,y)表示對于個體域中的任何兩個個體x與y，他們都是朋友。1、基本概念第29頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1一階謂詞邏輯表示法量詞是為刻畫謂詞與個體間的關系而引入。例如試用量詞、謂詞表示下列命題：①所有大學生都熱愛祖國；②每個自然數(shù)都是實數(shù)；③一些大學生有遠大理想；④有的自然數(shù)是素數(shù).1、基本概念解

令S(x)：x是大學生，L(x)：x熱愛祖國，N(x)：x是自然數(shù)，R(x)：x是實數(shù)，I(x)：x有遠大理想，P(x)：x是素數(shù).則例中各命題分別表示為：①(x)(S(x)→L(x))

②(x)(N(x)→R(x))③(x)(S(x)→I(x))

④(x)(N(x)→P(x))第30頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1一階謂詞邏輯表示法謂詞演算中，由單個謂詞構成的不含任何連接詞的公式，叫做原子謂詞公式。謂詞公式：按如下方式定義的公式成為謂詞的合式公式，簡稱謂詞公式：原子謂詞公式（單個謂詞）是合式公式。若A是合式公式，則～A也是合式公式。若A、B都是合式公式，則A∨B、A∧B、PQ、PQ也都是合式公式

。若A是合式公式，x是任一個體變元，則

xA、xA也都是合式公式。一般來說，謂詞公式是用連接詞和量詞將謂詞連接起來所構成的公式。如果將其中的謂詞換成命題，則構成命題公式，這是謂詞公式的一種特殊情況（命題公式中不存在量詞）連接詞由高到低優(yōu)先級：～，∧，∨，，1、基本概念第31頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1一階謂詞邏輯表示法量詞轄域：位于量詞后面的單個謂詞或用括號括起來的合式公式。約束變量：轄域內(nèi)與量詞變量同名的變量。自由變量：轄域內(nèi)不受約束的變量。例：x(P(x,y)Q(x,y))∨R(x,y)其中(P(x,y)Q(x,y))是x的轄域，轄域內(nèi)的變元x是受x約束的變元，而R(x,y)中的x及公式中所有的y是自由變元。謂詞公式中，變量的名字是無關緊要的，可以把一個名字換成另一個名字。但對量詞轄域內(nèi)的約束變量更名時，必須把同名的約束變量都換成統(tǒng)一名字，且不能與自由變量同名。1、基本概念第32頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月人類的一條知識一般可以由具有完整意義的一句話或幾句話表示出來，而這些知識要用謂詞邏輯表示出來，一般是一個謂詞公式（用謂詞聯(lián)接符號將一些謂詞聯(lián)接起來所形成的公式）。謂詞即可表示事實性知識，也可表示過程性知識：事實性知識：通常用否定、析取或合取連接起來的謂詞公式表示。過程性知識：通常用蘊含是表示。將知識表示為謂詞公式后，可以應用于推理，也可應用于問題求解3.3.1一階謂詞邏輯表示法2、知識的表示方法第33頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月用謂詞表示知識的步驟：定義謂詞及個體，確定每個謂詞及個體的確切含義。根據(jù)所要表達的事物或概念，為每個謂詞中的變元賦以特定的值。根據(jù)所要表達的知識的語義，用適當?shù)穆?lián)接符號將各個謂詞聯(lián)接起來，形成謂詞公式。優(yōu)點：自然性（是一種接近于自然語言的形式語言）精確性（謂詞公式的邏輯值只有真和假兩種結果）靈活：把知識表示和處理知識的程序有效分開。易實現(xiàn)（比較容易地轉換成計算機內(nèi)部表示形式，易于模塊化，便于對知識的增加、刪除和修改缺點：知識表示能力差：不能表示不確定知識知識庫管理困難：缺乏知識組織規(guī)則存在組合爆炸：難以表示啟發(fā)性知識，只能盲目使用推理系統(tǒng)效率低3.3.1一階謂詞邏輯表示法2、知識的表示方法第34頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月例題1.設有下列事實性知識：張輝是一名計算機系的學生，但他不喜歡編程序。李曉鵬比他父親長得高。請用謂詞公式表示這些知識。解按照表示知識的步驟，用謂詞公式表示上述知識。首先定義謂詞如下：

COMPUTER(x):x是計算機系的學生。LIKE(x,y):x喜歡y。HIGHER(x,y):x比y長得高。這是涉及到的個體有張輝（zhangh）,編程序(programming)李曉鵬（lixp）,以及函數(shù)father(lixp)表示李曉鵬的父親。第二步：將這些個體代入謂詞中，得到COMPUTER(zhangh),～LIKE(zhangh,programming),HIGHER(lixp,father(lixp))第三步：根據(jù)語義，用邏輯聯(lián)接詞將它們聯(lián)接起來，就得到了表示上述知識的謂詞公式。COMPUTER(zhangh)∧～LIKE(zhangh,programming)HIGHER(lixp,father(lixp))3.3.1一階謂詞邏輯表示法第35頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月例題2.機器人搬弄積木塊問題表示：設在一個房間里，有一個機器人ROBOT,一個壁櫥ALCOVE,一個積木塊BOX,兩個桌子A和B。開始時，機器人ROBOT在壁櫥ALCOVE的旁邊，且兩手空的，桌子A上放著積木塊BOX,桌子B上是空的。機器人ROBOT將把積木塊BOX從桌子A上轉移到桌子B上。如何用一階謂詞邏輯來表示這一問題呢？3.3.1一階謂詞邏輯表示法第36頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月解:(1)本問題涉及的常量定義為

機器人:ROBOT;積木塊:BOX;壁櫥:ALCOVE;桌子:A;桌子:B(2)謂詞定義如下:

TABLE(x)表示x是桌子EMPTYHANDED(x)表示x雙手是空的AT(x,y)表示x在y的旁邊HOLDS(y,w)表示y拿著wON(w,x)表示w在x的上面EMPTYTABLE(x)表示桌子x上是空的(3)根據(jù)問題的描述,將問題的初始狀態(tài)和目標狀態(tài)分別用謂詞公式表示

問題的初始狀態(tài):AT(ROBOT,ALCOVE)∧EMPTYHANDED(ROBOT)∧ON(BOX,A)∧TABLE(A)∧TABLE(B)∧EMPTYTABLE(B)

問題的目標狀態(tài):AT(ROBOT,ALCOVE)∧EMPTYHANDED(ROBOT)∧ON(BOX,B)∧TABLE(A)∧TABLE(B)∧EMPTYTABLE(A)例2解題過程第37頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)在將問題表示出來之后,如何求解問題。對此問題的求解，實際上就是要尋找一組機器人可執(zhí)行的操作，利用這組操作實現(xiàn)初始狀態(tài)到目標狀態(tài)的轉變。機器人可執(zhí)行的操作，實際上也可以分為先決條件和動作兩部分。先決條件用謂詞公式表示，而動作可通過動作前后的狀態(tài)變化表示出來。即只要指出執(zhí)行動作后，應從動作前的狀態(tài)表中刪除和增加什么謂詞公式就描述了相應的動作。本例中，機器人ROBOT將積木塊BOX從桌子 A移到桌子B所要執(zhí)行的操作有如下三個：

GOTO(x,y):從x處走到y(tǒng)處。PICK-UP(x):在x處拿起盒子。SET-DOWN:在x處放下盒子。這三個操作可分別用條件和動作表示如下：GOTO(x,y)條件：AT(ROBOT,x)動作：刪除AT(ROBOT,x)增加AT(ROBOT,y)例2解題過程第38頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月PICK-UP(x)條件：ON(BOX,x)∧TABLE(x)∧AT(ROBOT,x)∧EMPTYHANDED(ROBOT)動作：刪除ON(BOX,x)∧EMPTYHANDED(ROBOT)增加HOLDS(ROBOT,BOX)SET-DOWN(x)條件：TABLE(x)∧AT(ROBOT,x)∧HOLDS(ROBOT,BOX)動作：刪除HOLDS(ROBOT,BOX)增加ON(BOX,x)∧EMPTYHANDED(ROBOT)機器人在執(zhí)行每一操作之前，總先檢查所需的先決條件是否滿足。只有先決條件得到滿足之后，才執(zhí)行相應的動作，如機器人拿起桌A上的BOX這一操作，先決條件是

ON(BOX,A)∧AT(ROBOT,A)∧EMPTYHANDED(ROBOT)對先決條件成立與否的驗證可用歸結法來完成。上述的表示結果實質是用謂詞公式表示問題的狀態(tài)與操作符，問題的求解方法為，利用第二章的搜索方法搜索上述狀態(tài)空間，獲得機器人行動規(guī)劃。例2解題過程第39頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.2產(chǎn)生式表示法1943年美國數(shù)學家POST提出。1972年,A.NEWELL和SIMON在研究人類的認知模型中開發(fā)了基于規(guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)。產(chǎn)生式表示法已成為人工智能中應用最多的一種知識表示方法,許多成功的專家系統(tǒng)都用它來表示知識。第40頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月可表示的知識種類：產(chǎn)生式表示法是一種比較好的表示法,容易用來描述事實、規(guī)則以及它們的不確定性度量。目前應用較為廣泛。適用于表示事實性知識和規(guī)則性知識。而且可用來表示具有確定性的規(guī)則性知識、具有不確定性的規(guī)則性知識、具有確定性的事實性知識和具有不確定性的事實性知識。3.3.2產(chǎn)生式表示法第41頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式的基本形式表示具有因果關系的知識，其基本形式為：

P→Q

或者IFPTHENQP是產(chǎn)生式的前提，用于指出該產(chǎn)生式是否可用的條件。Q是一組結論或操作，用于指出前提P所指示的條件被滿足時，應該得出的結論或應該執(zhí)行的操作。3.3.2產(chǎn)生式表示法第42頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式與謂詞邏輯中蘊含式的區(qū)別1.蘊含式只是產(chǎn)生式的一種特殊情況。

(前者只能表示精確性知識，其邏輯值要么“真”，要么“假”，后者還可表示不精確知識。）2.在產(chǎn)生式表示的智能系統(tǒng)中，決定一條知識是否可用的方法，可以是精確匹配，也可是通過相似度確定匹配范圍，但在謂詞邏輯中總是精確匹配。3.蘊含式是一個謂詞公式，它有真值，而產(chǎn)生式則沒有真值。3.3.2產(chǎn)生式表示法第43頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月知識的表示方法1.確定性規(guī)則知識的產(chǎn)生式表示

P→Q或IFPTHENQ

2.不確定性規(guī)則知識的產(chǎn)生式表示

P→Q(置信度)或IFPTHENQ(置信度)3.3.2產(chǎn)生式表示法第44頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.確定性事實性知識的產(chǎn)生式表示事實性知識可看成是斷言一個語言變量的值或是多個語言變量間的關系的陳述句。語言變量的值或語言變量間的關系可以是一個詞，不一定是數(shù)字。例如，雪是白色的，其中雪是語言變量，其值是白色的；約翰喜歡瑪麗，其中，約翰、瑪麗是兩個語言變量，兩者的關系值是喜歡。

一般使用三元組表示:（對象、屬性、值）或(關系，對象1,對象2)例：老李年齡是40歲(LI,AGE,40)老李、老張是朋友（FRIEND,LI,ZHANG）知識的表示方法3.3.2產(chǎn)生式表示法第45頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月4.不確定性事實性知識的產(chǎn)生式表示一般用四元組來表示：(對象、屬性、值，可信度值)或（關系，對象1,對象2,可信度值）例如：老李的年齡很可能是40歲(LI,AGE,40,0.8)老李、老張是朋友的可能性不大(FRIEND,LI,ZHANG,0.1)知識的表示方法智能信息處理與儀器研究室3.3.2產(chǎn)生式表示法第46頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成把一組產(chǎn)生式放在一起，讓它們相互配合，協(xié)同作用，一個產(chǎn)生式生成的結論可以供另一個產(chǎn)生式作為已知事實使用，以求得問題的解。一般有三個基本部分組成：規(guī)則庫、綜合數(shù)據(jù)庫和推理機。推理機規(guī)則庫綜合數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結構3.3.2產(chǎn)生式表示法第47頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成①規(guī)則庫：用于描述某領域內(nèi)知識的產(chǎn)生式集合，是某領域知識（規(guī)則）的存儲器，其中的規(guī)則是以產(chǎn)生式形式表示的。規(guī)則庫中包含著將問題初始狀態(tài)轉換成目標狀態(tài)的那些變換規(guī)則。規(guī)則庫是專家系統(tǒng)的核心，也是一般產(chǎn)生式系統(tǒng)賴以進行問題求解的基礎。其中知識的完整性和一致性、知識表達的準確性和靈活性以及知識組織的合理性，都將對產(chǎn)生式系統(tǒng)的性能和運行效率產(chǎn)生直②綜合數(shù)據(jù)庫：內(nèi)容是動態(tài)變化的，又稱事實庫，用于存放輸入的事實，外部數(shù)據(jù)庫輸入的事實以及中間結果（事實）和最后結果的工作區(qū)。③推理機：是一個或一組程序，用來控制和協(xié)調(diào)規(guī)則庫與綜合數(shù)據(jù)庫的運行，包含了推理方式和控制策略。3.3.2產(chǎn)生式表示法第48頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理方式正向推理反向推理雙向推理3.3.2產(chǎn)生式表示法第49頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)的正向推理正向推理：從已知事實出發(fā),通過規(guī)則庫求得結論。又稱為數(shù)據(jù)驅動方式或自底向上的方式。推理過程是：①規(guī)則庫中的規(guī)則與綜合數(shù)據(jù)庫中的事實進行匹配，得到匹配的規(guī)則集合。②使用沖突解決算法，從匹配規(guī)則集合中選擇一條規(guī)則作為啟用規(guī)則。③執(zhí)行啟用規(guī)則的后件。將該啟用規(guī)則的后件送入綜合數(shù)據(jù)庫或對綜合數(shù)據(jù)庫進行必要的修改。重復這個過程直至達到目標。缺點是：在推理過程中，可能會得出一些與目標無直接關系的事實，造成計算空間和時間的浪費。3.3.2產(chǎn)生式表示法第50頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)的反向推理反向推理：從目標（作為假設）出發(fā),反向使用規(guī)則求得已知事實。又稱為目標驅動方式或自頂向下的方式。推理過程是：①規(guī)則庫中的規(guī)則后件與目標事實進行匹配，得到匹配的規(guī)則集合。②使用沖突解決算法，從匹配規(guī)則集合中選擇一條規(guī)則作為啟用規(guī)則③將啟用規(guī)則的前件作為子目標。重復這個過程直至各子目標均為已知事實，則反向推理的過程就算成功結束。如果目標明確，使用反向推理方式的效率是比較高的，常為人們所采用。3.3.2產(chǎn)生式表示法第51頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)的雙向推理雙向推理是一種既自頂向下、又自底向上的推理。推理從兩個方向同時進行，直至某個中間界面上兩方向結果相符便成功結束。這種方式較正向推理或反向推理所形成的推理網(wǎng)絡來得小，從而推理效率更高。3.3.2產(chǎn)生式表示法第52頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式表示法的特點清晰性。產(chǎn)生式表示格式固定、形式簡單，規(guī)則間相互獨立，知識庫建立容易，處理簡單。模塊性。知識庫（包括推理機和綜合數(shù)據(jù)庫）與推理機是分離的，這種結構給知識庫的修改帶來方便，無需修改程序，對系統(tǒng)的推理路徑也容易做出解釋。因此產(chǎn)生式表示法常作為建造專家系統(tǒng)首選的知識表示方法。自然性。產(chǎn)生式表示法用“如果…，則…”的形式表示知識，符合人類的思維習慣，是人們常用的一種表達因果關系的知識表示形式，既直觀自然，又便于推理。另外，產(chǎn)生式既可以表示確定性知識又可以表示不確定性知識，更符合人們?nèi)粘Ｓ龅降膯栴}類型。3.3.2產(chǎn)生式表示法第53頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.3語義網(wǎng)絡表示法1968年奎廉（J.R.Quillian）在研究人類聯(lián)想記憶時提出的心理學模型（語義網(wǎng)絡）。認為，記憶是由概念間的聯(lián)系實現(xiàn)的。隨后在他設計的可教式語言理解器TLC中將這種心理學模型用知識表示。1972年，SIMON首先將語義網(wǎng)絡表示法用于自然語言理解系統(tǒng)。用語義網(wǎng)絡表示知識的系統(tǒng)主要有：1．澳克研制的自然語言理解系統(tǒng)2．麥托普拉斯的自然語言理解系統(tǒng)3．西蒙的自然語言理解系統(tǒng)4．卡鮑昆爾的回答地理問題的教學系統(tǒng)5．海斯的描寫概念的系統(tǒng)第54頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月語義網(wǎng)絡的概念及結構語義網(wǎng)絡是通過概念及其語義關系來表示知識的一種網(wǎng)絡圖，是一個帶標注的有向圖。其中，有向圖的各節(jié)點用來表示各種概念、事物、屬性、情況、動作、狀態(tài)等，節(jié)點上的標注用來區(qū)分各節(jié)點所表示的不同對象，每個節(jié)點可以帶有若干個屬性，以表征其所代表的對象的特性；弧是有方向的、有標注的，方向用來體現(xiàn)節(jié)點間的主次關系，而其上的標注則表示被連接的兩個節(jié)點間的某種語義聯(lián)系或語義關系。

一個簡單的語義網(wǎng)絡由一個三元組表示：(節(jié)點1,弧，節(jié)點2)ABR這種有向圖稱為基本網(wǎng)元，A和B代表節(jié)點R表示AB之間的某種語義聯(lián)系。第55頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月語義網(wǎng)絡的概念及結構把多個基本網(wǎng)元用相應的語義聯(lián)系關聯(lián)在一起時，就形成一個語義網(wǎng)絡。在語義網(wǎng)絡中，節(jié)點還可是一個語義子網(wǎng)絡，語義網(wǎng)絡實質上是一種多層次的嵌套結構。ABCDEFGR1R2R3R4R6R5R7R8第56頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月與謂詞邏輯表示法

產(chǎn)生式表示法的關系從謂詞邏輯表示法來看：一個基本網(wǎng)元相當于一組一階二元謂詞。三元組（節(jié)點1,弧，節(jié)點2）可寫成P(個體1,個體2),其中，個體1、個體2分別對應節(jié)點1、節(jié)點2,而弧及其上標注的節(jié)點1與節(jié)點2的關系由謂詞P來體現(xiàn)。產(chǎn)生式表示法是以一條產(chǎn)生式規(guī)則作為知識的單位，各條產(chǎn)生式規(guī)則之間沒有直接的聯(lián)系。而語義網(wǎng)絡則不同，它不僅將基本網(wǎng)元視做一種知識的單位，而且各個基本網(wǎng)元之間以是相互聯(lián)系的。人腦的記憶便是由存儲大量的這種基本網(wǎng)元來實現(xiàn)的。第57頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月語義網(wǎng)絡表示知識的方法事實性知識的表示方法雪白色的顏色山雞雞是一種雪的語義網(wǎng)絡山雞的語義網(wǎng)絡山雞雞飛禽動物生活在山間AKOAKOAKO紅冠食谷類產(chǎn)卵會飛有生命有繁殖能力能吃食能運動雞的語義網(wǎng)絡概念的屬性具有繼承的特性，即下層概念可以繼承上層概念的屬性。這種繼承屬性在后面介紹的框架表示法和面向對象表示法中都會涉及到。第58頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月語義網(wǎng)絡表示知識的方法規(guī)則性知識的表示方法語義網(wǎng)絡也可以用來表示規(guī)則性知識。例如：“如果A,那么B”是一條表示A和B之間因果關系的規(guī)則性知識，如果規(guī)定語義關系RAB的含義就是“如果…，那么…”，則上述知識可表示成這樣規(guī)則性知識與事實性知識的語義網(wǎng)絡表示是相同的，區(qū)別僅是弧上的標注不同。RABAB第59頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月語義網(wǎng)絡表示知識的步驟①確定問題中的所有對象以及各對象的屬性。②確定所討論對象間的關系。③語義網(wǎng)絡中，如果節(jié)點間的聯(lián)系是ISA/AKO,則下層節(jié)點對上層節(jié)點的屬性具有繼承性。整理同一層節(jié)點的共同屬性,并抽出這些屬性，加入上層節(jié)點中，以免造成屬性信息的冗余。④將各對象作為語義網(wǎng)絡的一個節(jié)點，而各對象間的關系作為網(wǎng)絡中各節(jié)點問的弧，連接形成語義網(wǎng)絡。節(jié)點可代表一個事物或一個具體概念，也可代表某種情況、事件或某一動作。當節(jié)點表示某種事件或某一動作時，可以從該節(jié)點引出一組向外的弧，用于指出事件的因果或動作的主體及客體。第60頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月語義網(wǎng)絡中常用的語義聯(lián)系語義聯(lián)系反映了節(jié)點間的語義關系。常用的語義聯(lián)系有：①ISA/AKO聯(lián)系

用來表示事物間抽象概念上的類屬關系。體現(xiàn)一種具體與抽象的層次分類。上、下層節(jié)點間具有屬性繼承性。②Part-of聯(lián)系用來表示某一事物的部分與整體間的關系，或者說表示一種包含關系。這種聯(lián)系不具有繼承性。張寧學生ISA蘋果樹果樹AKO兩只手人體Part-of第61頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月語義網(wǎng)絡中常用的語義聯(lián)系③IS聯(lián)系用于表示一個節(jié)點是另一節(jié)的屬性。例如：“老張是40歲”，“小劉很漂亮”老張40歲IS小劉漂亮IS④Composed-of聯(lián)系用于表示“構成”關系，是一種一對多聯(lián)系，它所聯(lián)系的節(jié)點間不具有屬性繼承性。例如，“整數(shù)由正整數(shù)、負整數(shù)及零組成”可表示成整數(shù)與正整數(shù)零負整數(shù)Composed-of第62頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月語義網(wǎng)絡中常用的語義聯(lián)系⑦If-then聯(lián)系

用于表示規(guī)則性知識。指出兩個節(jié)點間的因果關系。例如：如果A,那么B⑤Have聯(lián)系表示屬性或事物的“占有”關系，節(jié)點間的屬性不具有繼承性。例如：張三有一支鋼筆張三一支鋼筆Have⑥Located聯(lián)系

用來表示事物間的位置關系，節(jié)點間的屬性不具有繼承性。例如：加油站位于桃園路加油站桃園路LocatedABIf-then第63頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月語義網(wǎng)絡表示下的推理過程不同的知識表示方法其相應的推理機理也不是不同的。語義網(wǎng)絡表示下的推理方法沒有邏輯表示法和產(chǎn)生式表示法的推理方法間明。用語義網(wǎng)絡表示的問題求解系統(tǒng)由兩部分構成：一是由語義網(wǎng)絡構成的知識庫，其中存放了許多已知事實的語義網(wǎng)絡；一是用于求解問題的解釋程序-即推理機。

語義網(wǎng)絡的推理方法一般有兩種：①匹配推理②繼承推理第64頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月匹配推理(1)根據(jù)提出的待求解問題，構造一個局部網(wǎng)絡或網(wǎng)絡片段.其中有的節(jié)點或弧的標注是空的，表示有待求解的問題,稱做未知處。(2)根據(jù)這個局部網(wǎng)絡或網(wǎng)絡片段到知識庫中尋找可匹配的語義網(wǎng)絡,以便求得問題的解答。當然，這種匹配不一定是完全的匹配，而是某種近似匹配，具有不確定性。因此需考慮匹配的程度，以解決不確定性匹配問題。(3)問題的局部語義網(wǎng)絡與知識庫中的某語義網(wǎng)絡片段相匹配時，則與未知處相匹配的事實就是問題的解。第65頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月繼承推理在語義網(wǎng)絡上，具有類屬關系的概念間其屬性具有繼承性。繼承推理比較符合人類的思維過程，一般有值繼承和過程繼承兩種。

值繼承也叫屬性繼承，一般適用于語義聯(lián)系ISA和AKO等之間的語義推理。在這些語義聯(lián)系下的推理是一種直接繼承。如，青磚是一種磚，而磚的形狀是長方體，由此可以推斷，青磚的形狀也是長方體。青磚在形狀這個屬性的值就是從磚的形狀繼承下來。第66頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月繼承推理

過程繼承也叫方法繼承，是表示語義網(wǎng)絡中下層節(jié)點的某些屬性值并不是從上層節(jié)點直接繼承下來的，而是通過計算才能得到，但它的計算方法卻是從上層節(jié)點繼承下來的。所繼承的是有關某屬性值的計算過程或計算方法。如空心磚是一種磚，空心磚的“形狀”之值可以從磚的“形狀”直接繼承，但是空心磚的“重量”屬性卻不能從磚的“重量”屬性直接繼承，它繼承的只是計算磚的重量的過程-長×寬×高×比重此外，也可將語義網(wǎng)絡引入邏輯含義，表示出～、∧、∨等關系，可使用歸結推理法在語義網(wǎng)絡中進行推理。有人將語義網(wǎng)絡上的節(jié)點看成有限自動機，為尋求幾個概念間的聯(lián)系，啟動相應的自動機，如存在會合點便可求得解答。

語義網(wǎng)絡是一種重要的知識表達方法。第67頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月語義網(wǎng)絡表示法的特點①結構性。語義網(wǎng)絡表示法是一種結構化的知識表示方法。它能將事物的屬性以及事物間的各種語義聯(lián)系顯式地表示出來.下層概念節(jié)點可以繼承、補充、變羿上層概念的屬性,從而實現(xiàn)信息的共享。②自然性。語義網(wǎng)絡實際上是一個帶有標識的有向圖，可直觀地把事物的屬性及事物間的語義聯(lián)系表達出來，便于理解，自然語言與語義網(wǎng)絡之間的轉換也比較容易實現(xiàn)。③聯(lián)想性。語義網(wǎng)絡最初是作為人類聯(lián)想記憶模型提出來的,其表示方法著重強調(diào)事物間的語義聯(lián)系，由此可把各節(jié)點間的聯(lián)系以明確簡潔的方式表現(xiàn)出來，通過這些聯(lián)系很容易找到與某一節(jié)點有關的信息。便于以聯(lián)想的方式實現(xiàn)對系統(tǒng)的檢索，使之具有心理學中關于聯(lián)想的特點，這種自索引能力能有效地避免搜索時遇到的組合爆炸問題。

④非嚴格性。語義網(wǎng)絡的缺點是沒有公認的形式表示體系或者說表示沒有嚴格性。能過語義網(wǎng)絡實現(xiàn)匹配的推理，不能保證其結果的正確性。第68頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月例5用語義網(wǎng)絡表示下列命題：(1)樹和草都是植物(2)樹和草是有根、有葉的(3)水草是草，且長在水中(4)果樹是樹，且會結果(5)蘋果樹是果樹中的一種，它結蘋果。解：按照前述的知識表示步驟來進行解題分析：(1)問題涉及的對象有植物、樹、草、水草、果樹、蘋果樹共6種。各對象的屬性如下：樹和草的屬性：有根、有葉；水草的屬性：長在水中；果樹的屬性：會結果；蘋果樹的屬性：結蘋果。(2)樹和草與植物間的關系是AKO;水草和草之間的關系是AKO;果樹與樹之間的關系是AKO;蘋果樹與和果樹間的關系是AKO。(3)根據(jù)信息繼承性原則，各上層節(jié)點的屬性下層也都具有，在下層都不再標出，以避免信息重復。植物樹果樹蘋果樹草水草AKOAKOAKOAKOAKO有根有葉有根有葉會結果結蘋果長在水中第69頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月例6用語義網(wǎng)絡表示下列知識：獵狗是一種狗，而狗是一種動物。狗除了動物的有生命、能吃食物、有繁殖能力、能運動外，還有以下特點：身上有毛、有尾巴、四條腿；獵狗的特點是吃肉、奔跑速度快、能狩獵、個頭大；而獅子狗也是一種狗，它的特點是吃飼料、身體小、奔跑速度慢、不咬人、供觀賞。解：(1)本知識涉及的對象有4個：獵狗、獅子狗、狗、動物。獵狗和狗都是一種狗，除了它們本身的屬性外，具有狗的一般特性：身上有毛、有尾巴、四條腿。而狗是一種動物，動物所具有的屬性它也具有。(2)獵狗與狗之間是一種類屬關系，狗與動物之間也是一種類屬關系，它們都可以用AKO表示。(3)整理各對象節(jié)點之間的屬性，使上層節(jié)點所具有的屬性不再下層節(jié)點中重復標出。有四條腿動物狗獵狗獅子狗能吃食物能運動有生命有繁殖能力AKOAKOAKO身上有毛有尾巴吃肉跑得快能狩獵個頭大供觀賞不咬人個頭小第70頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月例7用語義網(wǎng)絡表示下列事實：上海交通大學一所具有百年歷史的綜合性大學，她位于上海市商業(yè)繁華的徐匯區(qū)華山路。張文義同志今年38歲，男性，中等身材，就職于上海交通大學。解：(1)本事實涉及的對象包括：上海交通大學、上海市徐匯區(qū)華山路、張文義。各對象的屬性如下。張文義：38歲、男性、中等身材；上海交通大學：百年歷史、綜合性大學；上海市徐匯區(qū)華山路：商業(yè)繁華。(2)各對象間的關系：張文義和上海交通大學間的關系是“工作于”；上海交通大學和上海市徐匯區(qū)華山路間的關系是“位于”。若用WORKAT表示工作于，而用LOCATED表示位于，則可以得到本事實的語義網(wǎng)絡為：張文義上海交通大學上海市徐匯區(qū)華山路男性中等身材38歲綜合大學百年歷史WORKATLOCATED商業(yè)繁華第71頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月例8語義網(wǎng)絡匹配推理舉例。山西大學是一個學校，位于太原市，建立時間是1902年。這一事實的語義網(wǎng)絡如圖所示。假若我們將要求解的問題是：山西大學位于哪個城市？如何利用語義網(wǎng)絡進行推理求解呢？解：太原市山西大學學校1902年位于是一所建立于首先將待求解的問題表示成一個局部的語義網(wǎng)絡如圖所示：？山西大學學校位于是一所然后到語義網(wǎng)絡系統(tǒng)的知識庫中去匹配就會發(fā)現(xiàn)，與待求問題局部網(wǎng)絡未知處相匹配的事實是“太原市”。所以，這個問題的解就是太原市。第72頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.4框架表示法是以框架理論為基礎發(fā)展起來的一種適應性強、概括性高、結構化良好、推理方式靈活、且能把陳述性知識與過程性知識結合的知識表示方法。框架理論：1975年，MINSKY在論文“AFRAMEWORKFORREPRESENTINGKNOWLEDGE”中提出了框架理論。它所針對的是人們在理解事物情景或某一故事時的心理學模型，論述了人們理解問題的一種思想方法。第73頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月框架理論的基本觀點人腦中已存儲有大量事物的典型情景，也就是人們對這些事物的一種認識，這些典型情景是以一個稱做框架的基本知識結構存儲在記憶中的，當人們面臨新的情景時，就從記憶中選擇（粗匹配）一個合適的框架，這個框架是以前記憶的一個知識空框，而其具體內(nèi)容要依新的情景而改變，通過對這個空框的細節(jié)進行加工、修改和補充，形成對新的事物情景的認識，而這種認識的新框架又可記憶于人腦之中，以豐富人們的知識。

框架理論將框架視為知識的單位，將一組有關的框架聯(lián)結起來便形成框架系統(tǒng)。系統(tǒng)中的不同框架可以有共同節(jié)點，系統(tǒng)的行為由系統(tǒng)內(nèi)框架的變化來表現(xiàn)。推理過程是由框架間的協(xié)調(diào)來完成的。第74頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月框架的定義及組成框架是一種描述所論對象屬性的數(shù)據(jù)結構。所論的對象可以是一個事物、一個事件或者一個概念。一個框架由若干個“槽”組成，每個“槽”又可劃分為若干個“側面”。一個槽用于描述所論及對象的某一方面的屬性，一個側面用于描述相應屬性的一個方面。槽和側面所具有的屬性值分別稱為槽值和側面值。槽值可以是邏輯型或數(shù)字型的，具體的值可以是程序、條件、默認值或是一個子框架。第75頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月框架的定義及組成一般表示格式如下：框架名<槽名1><側面11><值111>…<值11k1>

… <側面1n1><值1n11>…<值1n1kn1><槽名2><側面12><值121>…<值12l1>

… <側面1n2><值1n21>…<值1n2ln2>第76頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月框架的定義及組成例如，描寫“計算機主機”概念。框架名：<計算機主機>主機品牌：聯(lián)想1+1生產(chǎn)廠商：北京聯(lián)想集團公司CPU:品牌：INTEL型號：P4/2.4主板：品牌：QDI型號：ATXVA5內(nèi)存：品牌：現(xiàn)代型號：DDR容量：256MB硬盤：品牌：SEAGATE型號：ST320423A容量：20G第77頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月用框架表示知識的步驟框架是一種描述所論對象屬性并反映相關各對象間的各種關系的數(shù)據(jù)結構，并且可以視作知識的單位。一般表示步驟如下：(1)分析待表達知識中的對象及其屬性，對框架中的槽進行合理設置。(2)對各對象間的各種聯(lián)系進行考察。使用一些常用的名稱或根據(jù)具體需要定義一些表達聯(lián)系的槽名，來描述上下層框架間的聯(lián)系。常用的槽名有：ISA槽（具有繼承性）、AKO槽（具有繼承性）、INSTANCE槽（用來表示AKO的逆關系，具有繼承性）、PART-OF槽（不具有繼承性）。(3)對各層對象的“槽”及“側面”進行合理的組織安排，避免信息描述的重復。（象ISA槽\AKO槽\INSTANCE槽所聯(lián)系的上下層框架間具有繼承性）。第78頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月框架表示下的推理方法框架表示下的推理方法與語義網(wǎng)絡表示下的推理方法類似，即遵循匹配和繼承的原則，與語義網(wǎng)絡類似，框架表示的問題求解系統(tǒng)由兩部分構成：一是由框架及其相互關聯(lián)構成的知識庫。一是用于求解問題的解釋程序-即推理機。前者的作用是提供求解問題所需的知識；后者則是針對用戶提出的具體問題，運用知識庫中的相關知識，通過推理對問題進行求解。求解問題的匹配推理步驟如下：第79頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月框架表示下的推理方法(1)把待求問題用一個框架表示出來，其中有的槽是空的，表示待求解的問題，稱做未知處。(2)與知識庫中已有的框架進行匹配。(3)使用一種評價方法對預選框架進行評價，以便決定是否接受它。(4)若可接受，則與問題框架的未知處相匹配的事實就是問題的解。在這里需要指出的是，由于框架間存在繼承關系，一個框架所描述的某些屬性及值可能是從它的上層框架那里繼承過來的，因此兩個框架的比較要牽扯到它們的上層和上上層框架等，增加了匹配的復雜性。第80頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月框架表示法的特點結構性。善于表達結構性的知識，是一種結構化的知識表示方法.繼承性。在框架網(wǎng)絡中，下層框架可以繼承上層框架的槽值，也可以進行修改、補充，形成對新事物的認識。自然性。體現(xiàn)了人們在觀察事物時的思維活動。不足之處：不善于表達過程性的知識，因此經(jīng)常與產(chǎn)生式表示法結合起來使用，以取得互補的效果。第81頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月例9優(yōu)質商品框架.框架名:<優(yōu)質商品>商品名稱:生產(chǎn)廠家:獲獎情況:獲獎等級: 頒獎部門:獲獎時間:單位(年,月,日)在這個框架中,”<>”中是框架名,有三個槽,槽名分別是”商品名稱”、“生產(chǎn)廠家”和“獲獎情況”。其中“獲獎情況”槽又包括三個側面，側面名分別是“獲獎等級”、“頒獎部門”和“獲獎時間”。對于“獲獎時間”這一側面，用“單位”指出了一個填值時的標準限制，要求所填時間必須按年、月、日的順序填寫。把具體情況填進槽或側面后就得到一個實例框架第82頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月例10教室框架.框架名:<教室>墻數(shù):窗數(shù):門數(shù): 座位數(shù):前墻:<墻框架> 后墻:<墻框架> 左墻:<墻框架>

右墻:<墻框架>門：<門框架> 窗：<窗框架>黑板：<黑板框架>天花板：<天花板框架>地板：<地板框架>講臺：<講臺框架>第83頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月例11教師框架.框架名:<教師>姓名:單位（姓、名）年齡：單位（歲）:性別:范圍（男，女） 缺省:男職稱:范圍（教授，副教授，講師，助教） 缺省:<講師> 部門:單位（系，教研室）

住址：<住址框架> 窗：<窗框架>工資：<工資框架>參加工作時間：單位（年，月）第84頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月例12下面是一則關于地震的報道，用框架表示：今天，一次強度為里氏8.5級的強烈地震襲擊了下斯洛文尼亞地區(qū)，造成25人死亡和5億美元的財產(chǎn)損失。下斯洛文尼亞地區(qū)主席說：多年來，靠近薩迪壕金斯斷層的重災區(qū)一直是一個危險地區(qū)。這是本地區(qū)發(fā)生的第3號地震。框架名：<地震3> 地點：LOWSLABOVIA時間：今天 傷亡人數(shù)：25 財產(chǎn)損失：500000000 震級：8.5 斷層:薩迪壕金斯該框架也可以發(fā)展成框架系統(tǒng)，以描述更復雜、更廣泛的事件。框架名：<地震>ISA:<自然災害>地點：時間：傷亡人數(shù)：財產(chǎn)損失：…框架名：<洪水>ISA:<自然災害>地點：時間：傷亡人數(shù)：財產(chǎn)損失：…框架名：<颶風>ISA:<自然災害>地點：時間：傷亡人數(shù)：財產(chǎn)損失：…框架名：<自然災害>INSTANCE:<地震>,<洪水>,<颶風>地點：時間：

…第85頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月上述四個框架組成的“自然災害”框架系統(tǒng)可以表示為下圖：自然災害洪水颶風地震ISAISAISA地點時間傷亡人數(shù)財產(chǎn)損失震級斷層第86頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4經(jīng)典邏輯推理的邏輯基礎人工智能對人類智能的模擬實質上是模擬人類思維過程，因此邏輯學的研究成果成為人工智能中可以利用的重要工具之一。目前多數(shù)基于邏輯學的智能系統(tǒng)使用經(jīng)典邏輯中的一階謂詞及其擴張形式。一階謂詞邏輯知識表示的推理方法包括：自然演繹推理歸結演繹推理一階謂詞邏輯中的推理規(guī)則是推理方法的基礎第87頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.1推理規(guī)則一、謂詞公式的永真性和可滿足性二、謂詞公式的等價性與永真蘊含第88頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月1．謂詞公式的解釋（P81）定義3-4

設D為謂詞公式P的個體域，若對P中的個體常量、函數(shù)和謂詞按照如下規(guī)定賦值：（1）為每個個體常量指派D中的一個元素；（2）為每個n元函數(shù)指派一個從Dn到D的映射，其中

Dn={(x1,x2,…,xn)|x1,x2,…,xn

D}（3）為每個n元謂詞指派一個從Dn到{F,T}的映射；則稱這些指派為公式P在D上的一個解釋。例子：設個體域D={1,2}，求公式A=(x)(P(x)→Q(f(x),b))在D上的某一個解釋，并指出在此解釋下公式A的真值。個體常量：b函數(shù)：f(x)謂詞：P、Q（1）個體常量：b∈(1，2)（2）函數(shù)：f(1)、f(2)∈(1，2)（3）謂詞：P(1)、P(2)∈(T，F(xiàn))Q(1,1)、Q(1,2)、Q(2,1)、Q(2,2)∈(T，F(xiàn))其中的一個解釋：b=1,f(1)=1,f(2)=2,P(1)=F,P(2)=T,Q(1,1)=F,Q(2,1)=TX=1時，P(1)=F,Q(1,1)=F此時A為TX=2時，P(2)=T,Q(2,1)=T此時A為T3.4.1推理規(guī)則一、謂詞公式的永真性和可滿足性第89頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月2．謂詞公式的永真性定義3-5

如果謂詞公式P，對非空個體域D上的任何一個解釋都取得真值T，則稱P在D上是永真的；如果P在每個非空（任意）個體域上均永真，則稱P永真。定義3-7

如果謂詞公式P對于個體域D上的所有解釋都取得假值F，則稱P在D上是永假的；如果P在每個非空個體域上均永假，則稱P永假。永假又被稱為不可滿足性或不相容性。若解釋的個數(shù)無限時，公式的永真或永假很難判斷3.4.1推理規(guī)則一、謂詞公式的永真性和可滿足性第90頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3．謂詞公式的可滿足性

定義3-6

對于謂詞公式P，如果至少存在一個解釋使得公式P在此解釋下的真值為T，則稱公式P是可滿足的。謂詞公式的可滿足性又稱為相容性。按照定義3-6，對謂詞公式P，如果不存在任何解釋，使得P的取值為T，則稱公式P是不可滿足的。所以，謂詞公式P永假與不可滿足是等價的。若P永假，則也可稱P是不可滿足的，或不相容的。

3.4.1推理規(guī)則一、謂詞公式的永真性和可滿足性第91頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月定義3-8

設P與Q是兩個謂詞公式，D是它們共同的個體域。若對D上的任何一個解釋，P與Q的取值都相同，則公式P和Q在域D上是等價的。如果D是任意個體域，則稱P和Q是等價的，記作PQ。

P83常用的等價式

P∨QQ∨P

～（P∨Q）～P∧～QP∨～PT

……PQTTTFFTFF可以從命題邏輯真值表得證～P∧～Q

FFFT～QFTFT～PFFTT～（P∨Q）FFFTP∨QTTTF3.4.1推理規(guī)則二、謂詞公式的等價性與永真蘊含第92頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月定義3-9

對于謂詞公式P和Q，如果P→Q永真，則稱P永真蘊含Q，且稱Q為P的邏輯結論，稱P為Q的前提，記作P=>Q。

P83常用的永真蘊含式化減式：P∧Q=>P,P∧Q=>Q附加式：P=>P∨Q析取三段論：～P,(P∨Q)=>Q假言推理：P,P→Q=>Q全稱固化：(x)(P(x)=>P(y),y是個體域上的任一個體……PQP∧QP∨QTTTTTFFTFTFTFFFF永真蘊含可以從命題邏輯真值表得證PQP→QTTTTFFFTTFFT3.4.1推理規(guī)則二、謂詞公式的等價性與永真蘊含第93頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月謂詞邏輯中，除了等價關系、永真蘊涵等規(guī)則外，還有如下一些推理規(guī)則：（1）P規(guī)則：在推理的任何步驟上都可引入前提。（2）T規(guī)則：推理時，如果前面步驟中有一個或多個永真蘊含公式S，則可把S引入推理過程中。（3）CP規(guī)則：如果能從R和前提集合中推出S來，則可從前提集合推出R→S來。（4）反證法：P=>Q，當且僅當P∧～QF，即Q為P的邏輯結論，當且僅當P∧～Q是不可滿足的。推廣之，可得如下定理。

定理3.1Q為P1，P2，…，Pn的邏輯結論，當且僅當

(P1∧P2∧…∧Pn)∧～Q是不可滿足的。3.4.1推理規(guī)則二、謂詞公式的等價性與永真蘊含第94頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月一階謂詞邏輯中常用的等價式：3.4.1推理規(guī)則二、謂詞公式的等價性與永真蘊含第95頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月一階謂詞邏輯中常用的永真蘊含式：3.4.1推理規(guī)則二、謂詞公式的等價性與永真蘊含第96頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.2范式范式是謂詞公式的標準形式，根據(jù)量詞在公式中出現(xiàn)的情況可將謂詞公式的范式分為兩種：前束范式和Skolem范式。任一謂詞公式均可化為等價的前束范式或Skolem范式。定義3-10：設F為一謂詞公式，如果其中的所有量詞均非否定地出現(xiàn)在公式的最前面，而它們的轄域為整個公式，則稱F為前束范式，一般地，前束范式可寫為：其中：是一個由全稱量詞或存在量詞組成的量詞串，稱為前綴。是一個不含任何量詞的謂詞公式稱為母式。第97頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.2范式定義3-11：如果前束范式中所有的存在量詞都在全稱量詞之前，則稱這種形式的謂詞公式為Skolem范式。例：前束范式：Skolem范式：第98頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.3置換與合一在不同謂詞公式中，會出現(xiàn)謂詞名相同，但其個體不同的情況，使得推理過程中不能直接進行匹配。置換的目的是將某些變元用另外的變元、常量或函數(shù)替代，使其不在公式中出現(xiàn)。尋找項對變元的置換，是謂詞一致的過程叫合一。最一般的合一：對變元約束最少的合一第99頁，課件共150頁，創(chuàng)作于2023年2月定義3-12：置換是形如{t1/x1,t2/x2,…,tn/xn}的一個有限集。其中xi是變量（互不相同的變元），ti是不同于xi的項（常量，變量，函數(shù)），且xixj（ij），i，j=1,2,…,n。ti/xi表示用ti代換xi。要求ti與xi不能相同，且xi不能循環(huán)地出現(xiàn)在另一個ti中。不含