人工智能导论课件第2章 人工智能程序设计语言

第2章人工智能程序设计语言

2.1概述

2.2知识工程经典语言PROLOG

2.3机器学习流行语言Python

2.1概述2.1.1函数型语言

典型的函数型语言如LISP语言。LISP程序由一组函数组成，程序的执行过程就是一系列的函数调用和求值过程。2.1.2逻辑型语言

典型的如PROLOG语言，在PROLOG程序中一般不需告诉计算机“怎么做”，而只需告诉它“做什么”。因此，PROLOG亦属陈述性语言。2.1.3面向对象语言

由于面向对象程序设计的类、对象、继承等概念，与人工智能特别是知识表示和知识库产生了天然的联系。因而，面向对象程序设计语言也就成为一种人工智能程序设计语言，流行的如C++、Java语言。2.1.4计算型语言

就是面向数值计算的程序设计语言。典型的计算型语言如MATLAB。计算型语言属于过程性语言，长于描述算法，而且本身又自带算法库，所以是机器学习的常用编程语言。2.1.5混合型语言1.函数型与逻辑型相结合的语言

典型的如LOGLISP、FUNLOG、POPLOG等。2.函数型与面向对象相结合的语言

典型的如Flavors、LOOPS、CommonLoops等。3.逻辑型与面向对象相结合的语言

典型的如SPOOL、Orient、VisualProlog等。4.计算型与面向对象相结合的语言

典型的如Python。2.2知识工程经典语言PROLOG2.2.1PROLOG的语句

1.

事实（fact）

格式

谓词名

(

项表

).

功能

一般表示对象的性质或关系。举例：student(john).

like(mary,music).abc.repeat.2.

规则

（rule）

格式

谓词名

(

项表

):-

谓词名

(

项表

){,

谓词名

(

项表

)}.

功能

一般表示对象间的因果关系、蕴含关系或对应关系。

举例：bird(X):-animal(X),has(X,feather).grandfather(X,Y):-father(X,Z),father(Z,Y).

run:-start,step1(X),step2(X),end.3.

问题（question）

格式

?-

谓词名

(

项表

){,

谓词名

(

项表

)}.

功能表示用户的询问，它就是程序运行的目标。举例：?-student(john).?-like(mary,X).

2.2.2PROLOG的程序PROLOG程序一般由一组事实、规则和问题组成。

举例：likes(bell,sports).likes(mary,music).likes(mary,sports).likes(jane,smith).friend(john,X):-likes(X,reading),likes(X,music).friend(john,X):-likes(X,sports),likes(X,music).?-friend(john,Y).

2.2.3PROLOG程序的运行机理(1)自由变量与约束变量(2)匹配合一

两个谓词可匹配合一，是指两个谓词的名相同，参量项的个数相同，参量类型对应相同，并且对应参量项还满足下列条件之一：

①如果两个都是常量，则必须完全相同。

②如果两个都是约束变量，则两个约束值必须相同。

③如果其中一个是常量，一个是约束变量，则约束值与常量必须相同。

④至少有一个是自由变量。

例如：下面的两个谓词pre1(″ob1″,″ob2″,Z).pre1(″ob1″,X,Y).

只有当变量X被约束为“ob2”，且Y、Z的约束值相同或者至少有一个是自由变量时，它们才是匹配合一的。(3)回溯

所谓回溯，就是在程序运行期间，当某一个子目标不能满足（即谓词匹配失败）时，控制就返回到前一个已经满足的子目标（如果存在的话），并撤消其有关变量的约束值，然后再使其重新满足。下面介绍PROLOG程序的运行过程。仍以上面的程序为例。likes(bell,sports).likes(mary,music).likes(mary,sports).likes(jane,smith).friend(john,X):-likes(X,reading),likes(X,music).friend(john,X):-likes(X,sports),likes(X,music).?-friend(john,Y).设所给的询问是?-friend(john,Y).(john和谁是朋友?)则求解目标为friend(john,Y).图2-1PROLOG程序运行机理图解示例（■教材的微课视频中有TurboPROLOG简介）

2.3机器学习流行语言Python2.3.1Python语言的特点和优势Python语言是新西兰的GuidovanRossum于1990年创建，现在由一个志愿者团队开发和维护。Python是一个解释型面向对象程序设计语言，也是一种跨平台脚本语言，其程序代码可以在Windows、Linux、MacOSX等各类操作系统上运行。Python支持网络编程，支持矢量编程，尤其是带有丰富的程序库，诸如开源机器学习算法库scikit-learn，用于自然语言处理的NLTK库，统计数据可视化库seaborn，可用于高效训练图像处理的神经网络单元的Theano库，科学计算的核心库SciPY、NumPY、matplotlib、pandas以及GPU并行库等，使得编程方便快捷，程序运行效率高，功能强大。特别是Python可以使用开源深度学习框架TensorFlow方便地编制深度学习程序。

2.3.2Python程序举例

例程1求两个整数的最大公约数程序。#这是一个求两个整数的最大公约数的Python程序i1=eval(input(“输入第一个整数：”))i2=eval(input(“输入第二个整数：”))

c=1

#设置一个临时计算器c，以存放当前能够整除所给两个整数的那个最大数d=2#设d为除数，置初值为2

whiled<=i1andd<=i2:

ifi1%d==0andi2%d==0:#判别d是否能整除i1和i2

c=d#用d更新c（if语句结束）d+=1#给d加1，继续循环gcd=c#循环结束后，将c赋予gcd作为两整数的最大公约数

#输出最终结果

ifgcd==1:

print(i1,“和”,i2,“互质”)

else:

print(i1,“和”,i2,“的最大公约数是”,gcd)

例程2圆类及实例。

fromFiguresimportCircle#从程序文件Figures.py中导入（圆）类Circle

defmain():#定义主函数maincircle1=Circle(1)#生成一个半径默认为1的类Circle的实例对象（圆）circle1a1=circle1.getArea()#向circle1发消息请求其面积并将返回结果赋给a1circle2=Circle(2)#生成一个半径为2的类Circle的实例对象（圆）circle2a2=circle2.getArea()circle3=Circle(3)a3=circle3.getArea()circle4=Circle(4)

a4=circle4.getArea()circle5=Circle(5)