03第三章 产生式系统

第三章产生式系统 产生式系统概述产生式系统工作原理产生式系统控制策略产生式系统与图搜索产生式系统评价 产生式系统 ProductionSystem 美国数学家Post1943年提出 产生式 Production 前件 后件产生式系统的组成 产生式规则库 知识库 动态数据库 工作存储器 综合数据库 推理机 控制器 规则解释器 AI系统中最普遍被采用的系统结构形式 3 1产生式系统概述 产生式 产生式系统的基本结构 控制系统 规则库 动态数据库 医疗产生式系统 控制系统 规则库IF发烧then感冒IF发烧and头痛then感冒IF头痛and嗓子痛then感冒IF发烧and胸闷then肺炎 动态数据库发烧头痛胸闷 产生式规则的逻辑推理模式是假言推理和三段论推理 产生式规则推理逻辑 3 2产生式系统的工作原理 工作周期 匹配 选择 执行三个阶段组成 模式匹配 规则库 冲突消解 推理控制 冲突集 规则触发 规则执行 动态数据库 冲突消解策略 按匹配成功次序选择 优先选择最先匹配成功的规则 按优先权选择 优先选择优先权最高的规则 按详细程度选择 优先选择前提部分描述最详细的规则 按执行次序选择 优先选择最近执行的规则 按新事实选择 优先选择与数据库中最新事实有关的规则 按是否使用过选择 优先选择没有使用过的规则 3 3产生式系统控制策略 搜索策略 不可撤回策略 回朔策略冲突消解策略 推理方式 正向推理 反向推理 正反向混合 正向推理 规则的一般形式 P1 P2 P2 P3正向推理 正向使用规则的推理过程 从初始状态 初始事实 数据 到目标状态 目标条件 的状态图搜索过程 又称数据驱动 自底向上 前向 正向连推理 正向推理算法 无信息 启发式正向推理举例 动物分类 正向推理 正向推理算法一 无信息搜索 Step1 将初始事实置入动态数据库 Step2 用动态数据库中的事实匹配 测试目标条件 若满足 则推理成功 结束 Step3 用规则库中各规则的前提匹配动态数据库中事实 将匹配成功的规则组成冲突规则集 Step4 若冲突规则为空 则运行失败 退出 Step5 将冲突规则集中各规则的结论加入动态数据库 或者执行其动作 ToStep2 正向推理算法一 启发式搜索 Step1 将初始事实置入动态数据库 Step2 用动态数据库中的事实匹配 测试目标条件 若满足 则推理成功 结束 Step3 用规则库中各规则的前提匹配动态数据库中事实 将匹配成功的规则组成冲突规则集 Step4 若冲突规则为空 则运行失败 退出 Step5 用某种冲突消解策略 选出一条规则 Step6 将所选规则的结论加入动态数据库 或者执行其动作 ToStep2 反向推理 规则的一般形式 P1 P2 P2 P3反向推理 反向使用规则的推理过程 从目标状态 目标条件 到初始状态 初始事实 数据 的与或图解搜索过程 又称目标驱动 自顶向下 后向 反向连推理 反向推理算法 无信息 启发式反向推理举例 动物分类 反向推理 反向推理算法 Step1 将初始事实置入动态数据库 目标条件置入目标链 Step2 若目标链为空 则推理成功 结束 Step3 取出目标链中第一个目标 用动态数据库中的事实与其匹配 若匹配成功 ToStep2 Step4 用规则集中的各规则的结论同目标匹配 成功则将第一个匹配成功且未用过的规则的前提作为新目标 取代父目标加入到目标链 ToStep3 Step5 若目标是初始目标 则推理失败 退出 Step6 将该目标的父目标移回目标链 取代该目标及其兄弟目标 ToStep3 4产生式系统举例 动物分类问题 动物分类产生式系统 R1 有奶 哺乳动物 R2 毛发 哺乳动物 R3 羽毛 鸟 R4 会飞 生蛋 鸟 R5 哺乳动物 有爪 有犬齿 目盯前方 食肉动物 R6 哺乳动物 食肉 食肉动物 R7 哺乳动物 有蹄 有蹄动物 R8 有蹄动物 反刍食物 偶蹄动物 R9 食肉动物 黄色褐 黑色条纹 老虎 R10 食肉动物 黄褐色 黑色斑点 金钱豹 R11 有蹄动物 长腿 长脖子 黄色褐 有暗斑点 长颈鹿 R12 有蹄动物 长腿 白色 黑色条纹 斑马 R13 鸟 不会飞 长腿 长脖子 黑白色 鸵鸟 R14 鸟 不会飞 会游泳 黑白色 企鹅 R15 鸟 善飞 不怕风浪 海鸥 初始事实 f1 有毛f2 食肉f3 黄褐色f4 有黑色条纹目标条件 该动物是什么 动物分类正向推理树 老虎 食肉动物 哺乳动物 有毛发 食肉 黄褐色 有黑色条纹 R2 R6 R9 动物分类反向推理树 老虎 食肉动物 哺乳动物 有毛发 食肉 黄褐色 有黑色条纹 R2 R6 R9 有奶 目盯前方 有犬齿 有爪 R5 产生式系统推导过程举例 规则库1 IF衣服是湿的AND天气晴朗THEN在户外晾晒衣服2 IF衣服是湿的AND外面在下雨THEN用干衣机烘干衣服3 IF衣服是脏的AND有15件以上的脏衣服THEN洗衣服4 IF洗衣服THEN衣服是湿的 动态数据库衣服是脏的有20件脏衣服天气晴朗 目标条件在户外晾晒衣服 1 正向推理 分步进行 并给出动态数据库的当前状态2 反向推理 图示法 动态数据库衣服是脏的有20件脏衣服天气晴朗洗衣服 规则库1 IF衣服是湿的AND天气晴朗THEN在户外晾晒衣服2 IF衣服是湿的AND外面在下雨THEN用干衣机烘干衣服3 IF衣服是脏的AND有15件以上的脏衣服THEN洗衣服4 IF洗衣服THEN衣服是湿的 步骤1 和规则3进行匹配 动态数据库衣服是脏的有20件脏衣服天气晴朗洗衣服衣服是湿的 规则库1 IF衣服是湿的AND天气晴朗THEN在户外晾晒衣服2 IF衣服是湿的AND外面在下雨THEN用干衣机烘干衣服3 IF衣服是脏的AND有15件以上的脏衣服THEN洗衣服4 IF洗衣服THEN衣服是湿的 步骤2 和规则4进行匹配 规则库1 IF衣服是湿的AND天气晴朗THEN在户外晾晒衣服2 IF衣服是湿的AND外面在下雨THEN用干衣机烘干衣服3 IF衣服是脏的AND有15件以上的脏衣服THEN洗衣服4 IF洗衣服THEN衣服是湿的 动态数据库衣服是脏的有20件脏衣服天气晴朗洗衣服衣服是湿的在户外晾晒衣服 步骤3 和规则1进行匹配 在户外晾晒衣服 衣服是湿的 天气晴朗 洗衣服 衣服是脏的 有15件以上的脏衣服 反向推理树 为什么要采用产生式系统 1 用产生式系统结构求解问题的过程和人类求解问题时的思维过程很相象 因而可以用它来模拟人类求解问题时的思维过程 2 可以把产生式系统作为人工智能系统的基本结构单元或基本模式看待 就好像是积木世界中的积木块一样 因而研究产生式系统的基本问题就具有一般意义 产生式系统优点 模块性 产生式规则是规则库中最基本的知识单元 各规则之间只能通过综合数据库发生联系 不能相互调用 增加了规则的模块性 有利于对知识的增加 删除和修改 有效性 产生式表示法既可以表示确定性知识 又可以表示不确定性知识 既有利于表示启发性知识 又有利于表示过程性知识 自然性 产生式表示法用 If then 的形式表示知识 这种表示形式与人类的判断性知识基本一致 直观 自然 便于推理 模拟性 人们在研究人工智能问题时 发现产生式系统可以较好模拟人类推理的思维过程 产生式系统缺点 求解效率低 反复的 匹配 冲突消除 执行 过程 效率较低 不能表示结构性的知识 产生式表示的知识有一定的格式 且规则之间不能直接调用 因此那些具有结构关系或层次关系的知识不易用它表示出来 用正向推理求解规划问题 需增加功能 如求解数码问题 增设CLOSED表 纪录动态数据库状态的变化 若要回朔 需保存相应的可用规则集 要进行树搜索 需增设OPEN表 增设规则使用记数器 产生式系统与图搜索 产生式系统图搜索初始事实数据初始节点目标条件目标节点产生式规则操作集动态数据库节点 状态 问题 控制策略搜索策略 结论 问题求解是目的 图搜索是方法 产生式系统是形式 计算机程序系统的结构形式 问题求解 图搜索 产生式系统之间的相互关系 问题求解是目的图搜索是方法产生式系统是形式 计算机程序系统的结构形式 总结与练习 1人工智能概述AI的概念 目标 发展 学派 研究 应用2知识的表示知识的概念 属性 分类 表示 麦卡赛问题 语义网络 框架表示 结构性知识表示方法推理方式 继承和匹配3产生式系统概念 工作原理 控制策略 具体事例 作业 2010 11 22提交 人工智能的概念和目标是什么 什么是图灵实验 有哪些AI学派 或研究途径 及各自特点是什么 什么是知识和知识的表示 什么是语义网络和框架理论 主要特点是什么 语义网络中成员关系 Member 和实例关系 ISA 区别是什么 产生式系统的三个基本组成部分是什么 正向推理和反向推理的各自特点是什么 请设计用于电梯控制的产生式系统 设有3部电梯 1 20楼运行 随时可知道每部电梯的位置和状态 目标 1平均等待时间短 2最长等待时间短 3节能高效4其他 课堂练习 1人工智能的近期目标是 1 远期目标是 2 2知识编码成某种数据结构的过程称为 3 3人们称 4 AI之父 5 知识工程之父 4人工智能中著名的 6 它是从 7 主义的观点 评价机器是否具有智能 人工智能中存在着不同的学术观点 8 认为人类智能的基本单元是神经元 9 认为人类智能的基本元素是符号 而 10 认为智能主要表现为对外界环境的感知和适应 5以联想记忆为基础人们提出了 11 知识表示方法 6知识库或规则库 推理机 动态数据库被称为 12 思考题 1 下列选项错误的是 研究人工智能成为当前信息化社会的迫切需求 智能化是自动化发展的必要趋势 人工智能的研究方法 结构模拟 功能模拟和行为模拟 人工智能的实质是人造的智能2 下列哪个应用领域不属于人工智能应用 A 人工神经网络B 自动控制C 自然语言学习D 专家系统3 盲人看不到一切物体 他们可以通过辨别人的声音识别人 这是智能的 方面 A 行为能力B 感知能力C 思维能力D 学习能力4 现在的科技十分发达 警察破案大多数是通过指纹系统来辨认真凶 这是运用人工智能技术应用的 A 自然语言系