第4章 知识表示

1、人工智能人工智能第四章第四章 知识表示知识表示1n本章的内容与目标本章的内容与目标q了解知识与知识表示的概念了解知识与知识表示的概念q掌握产生式知识表示，并利用产生式规则进行推理掌握产生式知识表示，并利用产生式规则进行推理q能够运用语义网络进行知识表示能够运用语义网络进行知识表示q能够运用框架进行知识表示能够运用框架进行知识表示q介绍其他几种知识表示方法介绍其他几种知识表示方法21、概述、概述31、概述、概述n智能体的一般结构智能体的一般结构q传感器：感知外部环境传感器：感知外部环境q执行器：根据指令控制智能体的行为执行器：根据指令控制智能体的行为q学习元件：知识的获取学习元件：知识的获取q知

2、识库：知识的形式化描述知识库：知识的形式化描述q推理决策元件：根据环境与知识做出决策推理决策元件：根据环境与知识做出决策 n类人思考与认知模型类人思考与认知模型q生物学生物学q心理学心理学q计算机科学计算机科学451、概述、概述n知识的概念：知识的概念：qFeigenbaum:知识是经过消减、塑造、解释和转换知识是经过消减、塑造、解释和转换的信息的信息qBernstein:知识是由特定领域的描述、关系和过程知识是由特定领域的描述、关系和过程组成的组成的qHayes-roth:知识是事实、信念和启发式规则知识是事实、信念和启发式规则q知识库观点知识库观点:知识是人类对于客观世界的认识的表知识是人

3、类对于客观世界的认识的表达，是以某种结构化的方式表示的概念、事件和过达，是以某种结构化的方式表示的概念、事件和过程程61、概述、概述n知识的相对正确性知识的相对正确性q环境环境q时间时间q条件条件q目标目标qn人类不断发现新知识，替代旧知识，推动历史人类不断发现新知识，替代旧知识，推动历史的前进的前进71、概述、概述n令人困扰的知识令人困扰的知识q节俭是美德节俭是美德q见义勇为见义勇为q81、概述、概述n知识的分类知识的分类q根据根据内容内容分类：分类：n原理性知识：对客观事实、原理的认识的知识原理性知识：对客观事实、原理的认识的知识 n方法性知识：如何利用客观规律去解决问题的知识方法性知识：

4、如何利用客观规律去解决问题的知识q根据根据形式形式分类分类n显式知识：能够直接表达和处理的知识显式知识：能够直接表达和处理的知识n隐式知识：不能够直接表达和处理的知识隐式知识：不能够直接表达和处理的知识q根据根据性质性质分类分类n理论性知识：理论性知识：n经验性知识：经验性知识：91、概述、概述n知识的分类知识的分类q根据根据表达的内容表达的内容分类分类n事实性知识：描述一般性的事实事实性知识：描述一般性的事实 大多数知识都属于事实性知识大多数知识都属于事实性知识n过程性知识：描述完成某一件事的过程步骤过程性知识：描述完成某一件事的过程步骤 如：某药品的疗程和用法如：某药品的疗程和用法 游泳游

5、泳 n元知识：有关知识的知识。元知识：有关知识的知识。 如：如：HELP文档文档101、概述、概述n构成系统知识集合所必需的基本知识元素构成系统知识集合所必需的基本知识元素q事实事实：基本知识单元：基本知识单元分类、属性、关系、各种事实等等分类、属性、关系、各种事实等等q规则规则：有关行动、动作的具有因果关系的知识：有关行动、动作的具有因果关系的知识q控制控制：多个行动同时激活时，需要排列其优先顺序：多个行动同时激活时，需要排列其优先顺序q元知识元知识：对规则的解释、说明、校验等知识，有时：对规则的解释、说明、校验等知识，有时与控制重叠与控制重叠111、概述、概述n知识表示知识表示q知识表示是

6、研究用计算机表示知识的可行性、有效知识表示是研究用计算机表示知识的可行性、有效性的一般方法。性的一般方法。q它既是一种数据结构，又是一种处理机制它既是一种数据结构，又是一种处理机制 知识表示知识表示 = 知识的数据结构知识的数据结构 + 知识的处理机制知识的处理机制q知识表示的方法知识表示的方法n谓词逻辑谓词逻辑 n产生式规则产生式规则n语义网络语义网络n框架框架 121、概述、概述n知识表示方法的选取知识表示方法的选取q表达充分性表达充分性，具备确切表达有关领域中各种知识的，具备确切表达有关领域中各种知识的能力；能力；q推理有效性推理有效性，能够与高效率的推理机制密切结合，能够与高效率的推理

7、机制密切结合，支持系统的控制策略；支持系统的控制策略；q知识和元知识的一致知识和元知识的一致，知识和元知识是不同层次的，知识和元知识是不同层次的知识，使用统一的表示方法可以简化知识处理；知识，使用统一的表示方法可以简化知识处理； q操作维护性操作维护性，便于知识更新和知识库的维护；，便于知识更新和知识库的维护；q理解透明性理解透明性，便于人类理解，易读、易懂，便于知，便于人类理解，易读、易懂，便于知识的获取。识的获取。131、概述、概述n知识表示方法的分类知识表示方法的分类q谓词逻辑表示谓词逻辑表示q优点优点n结构清晰，有效地分离了知识和处理知识的程序；结构清晰，有效地分离了知识和处理知识的程

8、序；n一阶谓词逻辑具有完备的逻辑推理算法；一阶谓词逻辑具有完备的逻辑推理算法；n可以保证知识库中新旧知识在逻辑上的一致性和演绎所得可以保证知识库中新旧知识在逻辑上的一致性和演绎所得结论的正确性；结论的正确性；n不依赖于任何具体领域，通用性好不依赖于任何具体领域，通用性好q缺点缺点n难以表达不确定性知识和启发性知识难以表达不确定性知识和启发性知识 n推理方法在事实较多时易于出现组合爆炸，推理方法在事实较多时易于出现组合爆炸，n推理过程冗长、效率低。推理过程冗长、效率低。 141、概述、概述q产生式表示产生式表示：用：用“if then”表示知识间的因果关表示知识间的因果关系系q优点优点n自然性好

9、，自然性好，“Ifthen”的形式与人类的判断性知识基本的形式与人类的判断性知识基本一致，便于推理一致，便于推理;n便于引入各种启发式知识便于引入各种启发式知识n格式固定，形式简单，规则间相互独立，便于统一处理，格式固定，形式简单，规则间相互独立，便于统一处理，模块性好。模块性好。q缺点缺点n推理效率低下推理效率低下 n难以表现规则间的关系，难以表现结构和层次关系难以表现规则间的关系，难以表现结构和层次关系151、概述、概述q语义网络表示语义网络表示：利用节点和带标记的边构成有向图：利用节点和带标记的边构成有向图描述事件、概念、状况、动作及客体之间的关系。描述事件、概念、状况、动作及客体之间的

10、关系。 q优点优点n直观地表现了各节点之间的联系直观地表现了各节点之间的联系n体现了人类思维的联想过程，便于将自然语言转换成语义体现了人类思维的联想过程，便于将自然语言转换成语义网络网络n具有广泛的表示范围和强大的表示能力具有广泛的表示范围和强大的表示能力n一种结构化的知识表示法一种结构化的知识表示法 q缺点缺点n推理规则不明了，不能充分保证结论的严格性和有效性推理规则不明了，不能充分保证结论的严格性和有效性n一旦节点个数太多，网络结构复杂，推理就难以进行一旦节点个数太多，网络结构复杂，推理就难以进行n不便于表达判断性知识不便于表达判断性知识161、概述、概述q框架表示法框架表示法：一种描述固

11、定情况的数据结构，便于：一种描述固定情况的数据结构，便于表示知识的内部结构以及知识间的关系表示知识的内部结构以及知识间的关系 q优点优点n与人类的思维和问题求解过程相似与人类的思维和问题求解过程相似n表达能力强，层次结构丰富，能够有效的组织知识表达能力强，层次结构丰富，能够有效的组织知识n可以利用过去获得的知识对未来的情况进行预测，因此可可以利用过去获得的知识对未来的情况进行预测，因此可以通过框架来认识某一类事物以通过框架来认识某一类事物q缺点缺点n难以保证问题求解的可行性和推理过程的严密性难以保证问题求解的可行性和推理过程的严密性n许多实际情况与原型存在较大的差异，适应能力不强许多实际情况与

12、原型存在较大的差异，适应能力不强n各子框架的数据结构如果不一致，会造成推理的困难。各子框架的数据结构如果不一致，会造成推理的困难。171、概述、概述n知识表示观知识表示观q知识表示与推理机分离知识表示与推理机分离q知识表示与推理一体知识表示与推理一体n当前的发展方向当前的发展方向q混合知识表示混合知识表示q面向对象的知识表示面向对象的知识表示182、产生式表示、产生式表示192、产生式表示、产生式表示n产生式表示的起源产生式表示的起源q1943，美国数学家，美国数学家 Post 构造了形式化的计算工具构造了形式化的计算工具q1955，美国语言学家，美国语言学家乔姆斯基乔姆斯基 Chomsky创

13、立了转创立了转换生成语法换生成语法q1960，美国计算机科学家，美国计算机科学家巴克斯巴克斯 Backus提出了提出了巴巴克斯范式，描述克斯范式，描述ALGOL 60的语法规则，的语法规则，1977年获年获图灵奖图灵奖q1972年，纽厄尔和西蒙在研究人类的认知模型中开年，纽厄尔和西蒙在研究人类的认知模型中开发了基于规则的产生式系统。发了基于规则的产生式系统。1975年获图灵奖，人年获图灵奖，人工智能符号主义学派创始人工智能符号主义学派创始人 202、产生式表示、产生式表示n产生式产生式(condition-action规则规则)的基本形式的基本形式qPQ 或者或者 IF P THEN Q； P

14、：前件前件condition，是产生式的前提，它给出了该产生式可，是产生式的前提，它给出了该产生式可否使用的先决条件，由事实的逻辑组合来构成否使用的先决条件，由事实的逻辑组合来构成 Q：后件后件action，是一组结论或操作，它指出当，是一组结论或操作，它指出当前提前提P满足时，满足时，应该推出的结论或应该执行的动作应该推出的结论或应该执行的动作n产生式的含义产生式的含义q如果前提如果前提P满足，则可推出结论满足，则可推出结论Q或执行或执行Q所规定的操作所规定的操作n事实事实+规则规则212、产生式表示、产生式表示n事实：事实：q第一类：给一个语言变量赋值第一类：给一个语言变量赋值如：香蕉是黄

15、色的，如：香蕉是黄色的， 老李年龄老李年龄35岁岁 张韶涵是一个歌手张韶涵是一个歌手q表示表示 三元组；三元组；(对象，属性，值对象，属性，值)香蕉是黄色的香蕉是黄色的 (banana，color，yellow)老李年龄老李年龄35岁岁 (Li，age，35)张韶涵是一个歌手张韶涵是一个歌手 (Angela Chang ，job，Singer)222、产生式表示、产生式表示q第二类：描述多个语言变量之间的关系第二类：描述多个语言变量之间的关系n如：小莉是小刘的女朋友如：小莉是小刘的女朋友 王老师是张三的导师王老师是张三的导师 天青色等烟雨天青色等烟雨 q表示表示 三元组；三元组； (关系，对象

16、关系，对象1，对象，对象2)小莉是小刘的女朋友小莉是小刘的女朋友 (girlfriend，Li，Liu)王老师是张三的导师王老师是张三的导师 (tutor，Mr Wang，Zhangsan)天青色等烟雨天青色等烟雨 (wait for，azure，misty rain)232、产生式表示、产生式表示q存在不确定条件的表示存在不确定条件的表示四元组：四元组： (对象，属性，值，可信度对象，属性，值，可信度(0-1之间的数之间的数)硬币有硬币有50%的可能为正面向上的可能为正面向上 (coin，up，obverse，0.5)全班全班2/3的同学爱听周杰伦的歌的同学爱听周杰伦的歌(student，l

17、ike Jay Chou songs，true，0.667)产生式表示有产生式表示有70%的可能会考的可能会考(CA，test，true，0.7)242、产生式表示、产生式表示n规则规则q表示事实间的因果关系表示事实间的因果关系q以以if then的形式描述的形式描述q一般形式为：前件一般形式为：前件后件后件q前件通常为一些事实的合取或者析取前件通常为一些事实的合取或者析取q后件可以是后件可以是结论结论，也可以是，也可以是动作动作q一个产生式规则的结论可以作为另一个产生式规则一个产生式规则的结论可以作为另一个产生式规则的前提的前提252、产生式表示、产生式表示n例例qIf 天下雪了天下雪了 t

18、hen穿棉袄穿棉袄qIf 骄傲被现实大海冷冷拍下骄傲被现实大海冷冷拍下 then 懂得要多努力才懂得要多努力才能走到远方能走到远方qIf 水电解水电解 then (生成氢气生成氢气生成氧气生成氧气)qIf (想考研想考研学习好学习好毕业生毕业生) then 考研成功考研成功qIf (动物有犬齿动物有犬齿 有爪有爪 眼盯前方眼盯前方) then 食肉动食肉动物物qIf (有有流感症状流感症状 (去过去过甲流甲流疫区疫区接触过甲流患接触过甲流患者者) ) then 甲流，可信度甲流，可信度 x262、产生式表示、产生式表示n以产生式规则求解问题的系统称作产生式系统以产生式规则求解问题的系统称作产生

19、式系统n产生式系统的结构产生式系统的结构272、产生式表示、产生式表示q知识库知识库n数据库：存放事实数据库：存放事实q已知事实已知事实q中间结果中间结果q推理结果推理结果n规则库：存放产生式规则规则库：存放产生式规则q包含从初始状态到目标状态的所有变换规则包含从初始状态到目标状态的所有变换规则q完整性、一致性、准确性、合理性、灵活性完整性、一致性、准确性、合理性、灵活性n匹配规则：当数据库中的事实与规则库中的产生式规则的匹配规则：当数据库中的事实与规则库中的产生式规则的前件相匹配时，该规则被激活，其结论成为中间结果加入前件相匹配时，该规则被激活，其结论成为中间结果加入数据库数据库282、产生

20、式表示、产生式表示q推理机：推理机：n问题求解的实现部件问题求解的实现部件n控制整个产生式系统的运行控制整个产生式系统的运行n决定推理路线决定推理路线n控制协同规则库与数据库控制协同规则库与数据库q推理机的工作推理机的工作n规则匹配规则匹配n冲突消解冲突消解n执行后件执行后件n终止条件终止条件292、产生式表示、产生式表示q规则匹配：按一定策略从规则库选择规则与数据库规则匹配：按一定策略从规则库选择规则与数据库中的事实进行匹配中的事实进行匹配n匹配成功：此条规则被激活，加入被激活候选集（冲突集）匹配成功：此条规则被激活，加入被激活候选集（冲突集） 事实：牛；事实：牛； 规则：规则： if 牛牛

21、 then 吃草吃草 n匹配失败：输入与前件矛盾，此条规则被放弃匹配失败：输入与前件矛盾，此条规则被放弃 事实：牛；事实：牛； 规则：规则： if 马马 then 吃草吃草n匹配无结果：规则前件与事实无关，则该条规则加入待测匹配无结果：规则前件与事实无关，则该条规则加入待测式规则集式规则集 事实：牛；事实：牛； 规则：规则： if 有蹄有蹄 then 吃草吃草302、产生式表示、产生式表示q冲突消解：当匹配成功的规则多于一条时，需要根冲突消解：当匹配成功的规则多于一条时，需要根据一定的策略进行选择据一定的策略进行选择n事实：牛；事实：牛； n规则规则1： if 牛牛 then 吃草吃草n规则规

22、则2： if 牛牛 then 有蹄有蹄n冲突消解策略：依次执行冲突消解策略：依次执行2条规则条规则312、产生式表示、产生式表示q有时多条规则间会存在相互冲突有时多条规则间会存在相互冲突n事实：地震，室内，教师，有未成年人事实：地震，室内，教师，有未成年人n规则：规则： R1: if 地震地震室内室内then 跑出室外跑出室外 R2: if 地震地震室内室内 教师教师 then 组织学生跑出室外组织学生跑出室外 R3: if 地震地震室内室内有未成年人有未成年人 then 保护未成年人保护未成年人n冲突消解策略为：冲突消解策略为： R3 R2 R1322、产生式表示、产生式表示q执行后件：如果

23、后件不是问题的目标，则解释并执执行后件：如果后件不是问题的目标，则解释并执行规则后件的动作行规则后件的动作n如果后件是一个或者多个结论，则将其加入数据库中如果后件是一个或者多个结论，则将其加入数据库中事实：牛；事实：牛； 规则：规则： if 牛牛 then 有蹄有蹄 执行结果：将执行结果：将“有蹄有蹄”加入数据库中加入数据库中n如果后件是一个或多个行动，则按照一定策略执行如果后件是一个或多个行动，则按照一定策略执行事实：地震，睡午觉事实：地震，睡午觉规则：规则：if 地震地震睡午觉睡午觉 then 跑跑穿衣服穿衣服q终止条件终止条件n如果后件是问题的目标，则结束，输出求解路径如果后件是问题的目

24、标，则结束，输出求解路径 332、产生式表示、产生式表示n产生式系统的推理产生式系统的推理q正向推理正向推理n从已知事实出发，与规则库中的规则匹配的方式从已知事实出发，与规则库中的规则匹配的方式n自底向上，也称为自底向上，也称为数据驱动数据驱动方式方式q反向推理反向推理n从目标出发，反向使用规则，直到找到已知事实从目标出发，反向使用规则，直到找到已知事实n自顶向下，也称为自顶向下，也称为目标驱动目标驱动方式方式q双向推理双向推理n正向推理与反向推理同时使用，直到在某一中间结果重合正向推理与反向推理同时使用，直到在某一中间结果重合342、产生式表示、产生式表示n正向推理的步骤正向推理的步骤步步1

25、 将初始事实置入动态数据库；将初始事实置入动态数据库；步步2 用动态数据库中的事实，匹配目标条件，若目标用动态数据库中的事实，匹配目标条件，若目标条件满足，则推理成功，结束。条件满足，则推理成功，结束。 步步3 用待测试规则集中各规则的用待测试规则集中各规则的前件前件匹配动态数据库匹配动态数据库中的中的事实事实，将匹配成功的规则组成冲突集；，将匹配成功的规则组成冲突集；步步4 若冲突集为空，则运行失败，退出。若冲突集为空，则运行失败，退出。步步5 对冲突集做冲突消解，对选择执行的各规则，将对冲突集做冲突消解，对选择执行的各规则，将其结论加入动态数据库，或执行其动作，转步其结论加入动态数据库，或

26、执行其动作，转步2。35362、产生式表示、产生式表示n例：植物分类问题的产生式系统描述及其求解例：植物分类问题的产生式系统描述及其求解q设由下列植物识别规则组成一个规则库，推理机采用正向推设由下列植物识别规则组成一个规则库，推理机采用正向推理算法，建立一个产生式系统。理算法，建立一个产生式系统。q规则规则R1: if 它种子的胚有两个子叶它种子的胚有两个子叶它的叶脉为网状它的叶脉为网状 then 它是双子叶植物它是双子叶植物R2: if 它种子的胚有一个子叶它种子的胚有一个子叶 then 它是单子叶植物它是单子叶植物R3: if 它的叶脉平行它的叶脉平行 then 它是单子叶植物它是单子叶植

27、物R4: if (它是双子叶植物它是双子叶植物 它的花托呈杯形它的花托呈杯形) (它是双子叶植它是双子叶植 物物 它的花为两性它的花为两性它的花瓣有它的花瓣有5枚枚) then 它是蔷薇科植物它是蔷薇科植物372、产生式表示、产生式表示R5: if 它是蔷薇科植物它是蔷薇科植物它的果实为核果它的果实为核果 then 它是李亚科它是李亚科植物植物R6: if 它是蔷薇科植物它是蔷薇科植物它的果实为梨果它的果实为梨果 then 它是苹果亚它是苹果亚科植物科植物R7: if 它是李亚科植物它是李亚科植物它的果皮有毛它的果皮有毛 then 它是桃它是桃R8: if 它是李亚科植物它是李亚科植物它的果皮

28、光滑它的果皮光滑 then 它是李它是李R9: if 它的果实为扁圆形它的果实为扁圆形它的果实外有纵沟它的果实外有纵沟 then 它是桃它是桃R10: if 它是苹果亚科植物它是苹果亚科植物它的果实里无石细胞它的果实里无石细胞 then 它是它是苹果苹果R11: if 它是苹果亚科植物它是苹果亚科植物它的果实里有石细胞它的果实里有石细胞 then 它是它是梨梨R12: if 它的果肉为乳黄色它的果肉为乳黄色它的果肉质脆它的果肉质脆 then 它是苹果它是苹果382、产生式表示、产生式表示q初始事实：初始事实：n它的果肉为乳黄色它的果肉为乳黄色n它的果实里无石细胞它的果实里无石细胞n它的果实为梨

29、果它的果实为梨果n它的果实无毛它的果实无毛n它的花托呈杯形它的花托呈杯形n它种子的胚有两个子叶它种子的胚有两个子叶q目标条件：该植物是什么目标条件：该植物是什么q设动态数据库、冲突集、待测试规则集均为空设动态数据库、冲突集、待测试规则集均为空392、产生式表示、产生式表示n推理过程推理过程q初始事实写入动态数据库初始事实写入动态数据库 果肉为乳黄色，果实里无石细胞，果实为梨果，果实无毛，果肉为乳黄色，果实里无石细胞，果实为梨果，果实无毛， 花托呈杯形，种子的胚有两个子叶花托呈杯形，种子的胚有两个子叶第一次循环第一次循环q用动态数据库的事实匹配目标条件，目标条件不成立用动态数据库的事实匹配目标条

30、件，目标条件不成立q用规则库中的规则逐一与数据库匹配用规则库中的规则逐一与数据库匹配R1: if 它种子的胚有两个子叶它种子的胚有两个子叶它的叶脉为网状它的叶脉为网状 then 它是双子叶植物它是双子叶植物 “种子的胚有两个子叶种子的胚有两个子叶”匹配成功，冲突集为匹配成功，冲突集为R1R2: if 它种子的胚有一个子叶它种子的胚有一个子叶 then 它是单子叶植物它是单子叶植物 匹配失败，该条规则放弃匹配失败，该条规则放弃R3: if 它的叶脉平行它的叶脉平行 then 它是单子叶植物它是单子叶植物 匹配无结果，该条规则加入待测试规则集，待测试规则集匹配无结果，该条规则加入待测试规则集，待测

31、试规则集R3 402、产生式表示、产生式表示事实：事实：果肉为乳黄色，果实里无石细胞，果实为梨果，果实无毛，果肉为乳黄色，果实里无石细胞，果实为梨果，果实无毛， 花托呈杯形，种子的胚有两个子叶花托呈杯形，种子的胚有两个子叶R4:if (它是双子叶植物它是双子叶植物 它的花托呈杯形它的花托呈杯形) (它是双子叶植它是双子叶植 物物 它的花为两性它的花为两性它的花瓣有它的花瓣有5枚枚) then 它是蔷薇科植物它是蔷薇科植物 “双子叶植物双子叶植物”目前的动态数据库无法匹配，匹配无结果，该目前的动态数据库无法匹配，匹配无结果，该条规则加入待测试规则集，待测试规则集条规则加入待测试规则集，待测试规则

32、集R3, R4R5: if 它是蔷薇科植物它是蔷薇科植物它的果实为核果它的果实为核果 then 它是李亚科植物它是李亚科植物 “果实为梨果果实为梨果” 匹配失败，该条规则放弃匹配失败，该条规则放弃R6: if 它是蔷薇科植物它是蔷薇科植物它的果实为梨果它的果实为梨果 then 它是苹果亚科植物它是苹果亚科植物 “蔷薇科植物蔷薇科植物”目前的动态数据库无法匹配，匹配无结果，该目前的动态数据库无法匹配，匹配无结果，该条规则加入待测试规则集，待测试规则集条规则加入待测试规则集，待测试规则集R3, R4 , R6412、产生式表示 事实：事实：果肉为乳黄色，果实里无石细胞，果实为梨果，果实无毛，果肉为

33、乳黄色，果实里无石细胞，果实为梨果，果实无毛， 花托呈杯形，种子的胚有两个子叶花托呈杯形，种子的胚有两个子叶R7: if 它是李亚科植物它是李亚科植物它的果皮有毛它的果皮有毛 then 它是桃它是桃 “果实有毛果实有毛”匹配失败，该条规则放弃匹配失败，该条规则放弃R8: if 它是李亚科植物它是李亚科植物它的果皮光滑它的果皮光滑 then 它是李它是李 匹配无结果，待测试规则集匹配无结果，待测试规则集R3, R4 , R6, R8R9: if 它的果实为扁圆形它的果实为扁圆形它的果实外有纵沟它的果实外有纵沟 then 它是桃它是桃 匹配无结果，待测试规则集匹配无结果，待测试规则集R3, R4

34、, R6, R8, R9R10: if 它是苹果亚科植物它是苹果亚科植物它的果实里无石细胞它的果实里无石细胞 then 它是苹果它是苹果 匹配无结果，待测试规则集匹配无结果，待测试规则集R3, R4 , R6, R8, R9, R10422、产生式表示、产生式表示 事实：事实：果肉为乳黄色，果实里无石细胞，果实为梨果，果实无毛，果肉为乳黄色，果实里无石细胞，果实为梨果，果实无毛， 花托呈花托呈杯形，种子的胚有两个子叶杯形，种子的胚有两个子叶R11: if 它是苹果亚科植物它是苹果亚科植物它的果实里有石细胞它的果实里有石细胞 then 它是梨它是梨 “果实有石细胞果实有石细胞“ 匹配失败，该条规

35、则放弃匹配失败，该条规则放弃R12: if 它的果肉为乳黄色它的果肉为乳黄色它的果肉质脆它的果肉质脆 then 它是苹果它是苹果 匹配无结果，待测试规则集匹配无结果，待测试规则集R3, R4 , R6, R8, R9, R10, R12q冲突消解冲突消解 冲突集冲突集R1无冲突，则将后件加入动态数据库无冲突，则将后件加入动态数据库 果肉为乳黄色，果实里无石细胞，果实为梨果，果实无毛，果肉为乳黄色，果实里无石细胞，果实为梨果，果实无毛， 花托呈杯形，种子的胚有两个子叶，花托呈杯形，种子的胚有两个子叶，双子叶植物双子叶植物43第二次循环第二次循环44第三次循环第三次循环45第四次循环第四次循环46

36、第五次循环第五次循环n用动态数据库的事实匹配目标条件，目标条件满足，用动态数据库的事实匹配目标条件，目标条件满足，结束循环结束循环n结果为苹果结果为苹果47所以，所以，正向推理正向推理是一种是一种自底向上自底向上的推理方法的推理方法482、产生式表示、产生式表示n例：冲突消解例：冲突消解q同一事实与多条规则匹配成功时，进行冲突消解同一事实与多条规则匹配成功时，进行冲突消解n事实：地震，室内，教师，有未成年人事实：地震，室内，教师，有未成年人n规则：规则： R1: if 地震地震室内室内then 跑出室外跑出室外 R2: if 地震地震室内室内 教师教师 then 组织学生跑出室外组织学生跑出室

37、外 R3: if 地震地震室内室内有未成年人有未成年人 then 保护未成年人保护未成年人n匹配过程匹配过程 R1: 匹配成功，冲突集为匹配成功，冲突集为 R1 R2: 匹配成功，冲突集为匹配成功，冲突集为 R1, R2 R3: 匹配成功，冲突集为匹配成功，冲突集为 R1, R2, R3n冲突消解，冲突消解，执行执行R3492、产生式表示、产生式表示不进行冲突消解会引起的错误不进行冲突消解会引起的错误R1: 匹配成功，不考虑冲突消解，执行后件匹配成功，不考虑冲突消解，执行后件“跑出教室跑出教室”， 数据库数据库 地震，地震，室外室外，教师，有未成年人，教师，有未成年人R2、 R3全部匹配失败全

38、部匹配失败q不同事实与规则匹配成功时，需要进行冲突消解吗？不同事实与规则匹配成功时，需要进行冲突消解吗？n事实：地震，教师，夏天事实：地震，教师，夏天n规则：规则：R1: if 地震地震 then 跑跑 R2: if 教师教师 then 上课上课 R3: if 夏天夏天 then 穿短袖穿短袖n冲突集冲突集 R1, R2, R3n冲突消解，执行冲突消解，执行R1 , R3 502、产生式表示、产生式表示n正向推理总结正向推理总结q用规则库中各规则的前件匹配动态数据库中的事实用规则库中各规则的前件匹配动态数据库中的事实q是一种自底向上的推理方法是一种自底向上的推理方法q将匹配成功的规则组成冲突集

39、，进行冲突消解将匹配成功的规则组成冲突集，进行冲突消解n反向推理：从目标出发，反向使用规则，直到反向推理：从目标出发，反向使用规则，直到找到已知事实找到已知事实512、产生式表示、产生式表示n反向推理步骤反向推理步骤: 步步1 将初始事实置入动态数据库，将目标条件置入目标集；将初始事实置入动态数据库，将目标条件置入目标集； 步步2 若目标集为空，则推理成功，结束。若目标集为空，则推理成功，结束。 步步3 取目标集中第一个目标，用动态数据库中的事实同其匹配，取目标集中第一个目标，用动态数据库中的事实同其匹配，若匹配成功，删除该目标，转步若匹配成功，删除该目标，转步2； 步步4 用规则集中的各规则

40、的后件同该目标匹配，若匹配成功，用规则集中的各规则的后件同该目标匹配，若匹配成功，则将第一个匹配成功且未用过的规则的前件作为新的目标，并则将第一个匹配成功且未用过的规则的前件作为新的目标，并取代原来的父目标而加入目标集，转步取代原来的父目标而加入目标集，转步3； 步步5 若该目标是初始目标，则推理失败，退出。若该目标是初始目标，则推理失败，退出。 步步6 将该目标的父目标移回目标集，取代该目标及其兄弟目标，将该目标的父目标移回目标集，取代该目标及其兄弟目标，转步转步3。52532、产生式表示、产生式表示n恋爱规则产生式系统恋爱规则产生式系统q设由下列恋爱规则组成一个规则库，推理机采用逆向推理算

41、设由下列恋爱规则组成一个规则库，推理机采用逆向推理算法，建立一个产生式系统。法，建立一个产生式系统。q恋爱的各阶段恋爱的各阶段n认识认识n交往交往n赢得好感赢得好感n确立恋爱关系确立恋爱关系n建立长期关系建立长期关系q共存共存 q反依赖反依赖q独立独立q共生共生542、产生式表示、产生式表示q规则规则R1: if 请人介绍请人介绍 then 认识认识R2: if 参加聚会参加聚会 then 认识认识R3: if 搭讪搭讪 then 认识认识R4: if 设计邂逅设计邂逅 then 认识认识R5: if 认识认识一起自习一起自习 then 交往交往R6: if 认识认识送花送花 then 交往交

42、往R7: if 认识认识约会约会 then 交往交往R8: if 交往交往(有责任心有责任心 踏实可靠踏实可靠) then 赢得好感赢得好感552、产生式表示、产生式表示R9: if 交往交往(温柔善良温柔善良 善解人意善解人意) then 赢得好感赢得好感R10: if 交往交往勤奋努力勤奋努力 then 赢得好感赢得好感R11: if 交往交往阳光活泼阳光活泼 then 赢得好感赢得好感R12: if 赢得好感赢得好感暗示暗示 then 确立恋爱关系确立恋爱关系R13: if 赢得好感赢得好感明示明示 then 确立恋爱关系确立恋爱关系R14: if 赢得好感赢得好感牵手牵手 then 确

43、立恋爱关系确立恋爱关系R15: if 恋爱关系恋爱关系 体贴容让体贴容让不百依百顺不百依百顺 then 建立长期建立长期关系关系562、产生式表示、产生式表示q初始事实：初始事实：n设计邂逅设计邂逅n送花送花n有责任心有责任心n勤奋努力勤奋努力n明确表示明确表示n体贴容让体贴容让n不百依百顺不百依百顺q目标条件：建立长期关系目标条件：建立长期关系q设动态数据库、目标集、待测试规则集均为空设动态数据库、目标集、待测试规则集均为空57第一次循环第一次循环58第二次循环第二次循环q取目标集的第一条目标取目标集的第一条目标体贴容让体贴容让，用动态数据库中，用动态数据库中的事实与之匹配，的事实与之匹配，

44、q删除该目标，转步删除该目标，转步2，检查目标集是否为空，检查目标集是否为空59第三次循环第三次循环q取目标集的第一条目标取目标集的第一条目标不百依百顺不百依百顺，用动态数据库，用动态数据库中的事实与之匹配，中的事实与之匹配，q删除该目标，转步删除该目标，转步260第四次循环第四次循环R12: if 赢得好感赢得好感暗示暗示 then 确立恋爱关系确立恋爱关系R13: if 赢得好感赢得好感明示明示 then 确立恋爱关系确立恋爱关系R14: if 赢得好感赢得好感牵手牵手 then 确立恋爱关系确立恋爱关系R12: 暗示，赢得好感暗示，赢得好感 替换父目标替换父目标 恋爱关系恋爱关系61第五

45、次循环第五次循环q取第一条目标取第一条目标暗示暗示，与动态数据库中的事实匹配，匹配不成功，与动态数据库中的事实匹配，匹配不成功q用规则库中的规则后件与该目标匹配，无规则的后件能够匹配用规则库中的规则后件与该目标匹配，无规则的后件能够匹配q检查该目标是否为原始目标，不是，则继续执行推理检查该目标是否为原始目标，不是，则继续执行推理q将当前目标的父目标移回目标集，取代该目标及其兄弟目标，转将当前目标的父目标移回目标集，取代该目标及其兄弟目标，转3R12: if 赢得好感赢得好感暗示暗示 then 确立恋爱关系确立恋爱关系62第六次循环第六次循环R12: if 赢得好感赢得好感暗示暗示 then 确

46、立恋爱关系确立恋爱关系R13: if 赢得好感赢得好感明示明示 then 确立恋爱关系确立恋爱关系R14: if 赢得好感赢得好感牵手牵手 then 确立恋爱关系确立恋爱关系R13: 明示，赢得好感明示，赢得好感 替换父目标替换父目标 恋爱关系恋爱关系63第七次循环第七次循环q取目标集的第一条目标取目标集的第一条目标明示明示，用动态数据库中的事，用动态数据库中的事实与之匹配，实与之匹配，q删除该目标，转步删除该目标，转步264第八次循环第八次循环R8: if 交往交往(有责任心有责任心 踏实可靠踏实可靠) then 赢得好感赢得好感R9: if 交往交往(温柔善良温柔善良 善解人意善解人意)

47、then 赢得好感赢得好感R10: if 交往交往勤奋努力勤奋努力 then 赢得好感赢得好感R11: if 交往交往阳光活泼阳光活泼 then 赢得好感赢得好感R8: 有责任心有责任心 踏实可靠踏实可靠 ，交往，交往 替换父目标替换父目标 赢得好感赢得好感65第九次循环第九次循环q取目标集的第一条目标取目标集的第一条目标有责任心有责任心踏实可靠踏实可靠，用动，用动态数据库中的事实与之匹配，匹配成功态数据库中的事实与之匹配，匹配成功q删除该目标，转步删除该目标，转步266第十次循环第十次循环R5: if 认识认识一起自习一起自习 then 交往交往R6: if 认识认识送花送花 then 交往

48、交往R7: if 认识认识约会约会 then 交往交往R5: 一起自习，认识一起自习，认识 替换父目标替换父目标 交往交往67第十一次循环第十一次循环n取第一条目标取第一条目标一起自习一起自习，与动态数据库中的事实匹配，匹配不成功，与动态数据库中的事实匹配，匹配不成功n用规则库中的规则后件与该目标匹配，无规则的后件能够匹配用规则库中的规则后件与该目标匹配，无规则的后件能够匹配n检查该目标是否为原始目标，不是，则继续执行推理检查该目标是否为原始目标，不是，则继续执行推理n将当前目标的父目标移回目标集，取代该目标及其兄弟目标，转将当前目标的父目标移回目标集，取代该目标及其兄弟目标，转3R5: if

49、 认识认识一起自习一起自习 then 交往交往68第十二次循环第十二次循环R5: if 认识认识一起自习一起自习 then 交往交往R6: if 认识认识送花送花 then 交往交往R7: if 认识认识约会约会 then 交往交往R6: 送花，认识送花，认识 替换父目标替换父目标 交往交往69第十三次循环第十三次循环q取目标集的第一条目标取目标集的第一条目标送花送花，用动态数据库中的事，用动态数据库中的事实与之匹配，匹配成功实与之匹配，匹配成功q删除该目标，转步删除该目标，转步270第十四次循环第十四次循环R1: if 请人介绍请人介绍 then 认识认识 R2: if 参加聚会参加聚会 t

50、hen 认识认识R3: if 搭讪搭讪 then 认识认识 R4: if 设计邂逅设计邂逅 then 认识认识R1、R2、R3、R4都能匹配成功，逐一用前件替换都能匹配成功，逐一用前件替换认识认识，再与动态数据库中的事实匹配，与规则后件匹配，再与动态数据库中的事实匹配，与规则后件匹配， R1、R2、R3都不可匹配，再将都不可匹配，再将认识认识移回移回 71第十七次循环第十七次循环q取目标集的第一条目标取目标集的第一条目标设计邂逅设计邂逅，用动态数据库中，用动态数据库中的事实与之匹配，匹配成功的事实与之匹配，匹配成功q删除该目标，转步删除该目标，转步272第十八次循环第十八次循环q检查目标集，目

51、标集为空，推理成功检查目标集，目标集为空，推理成功反向推理的最终规则链为：反向推理的最终规则链为：R15R13 R8 R6 R473所以，所以，反向推理反向推理是一种是一种自顶向下自顶向下的推理方法的推理方法742、产生式表示、产生式表示n正向推理与反向推理的比较正向推理与反向推理的比较q推理方向推理方向n正向推理是从事实到结论的自底向上的推理正向推理是从事实到结论的自底向上的推理n反向推理是从目标到事实的自顶向下的推理反向推理是从目标到事实的自顶向下的推理q规则匹配以及匹配成功后的执行方式规则匹配以及匹配成功后的执行方式n正向推理是用事实匹配规则的前件，匹配成功则执行后件，将正向推理是用事实

52、匹配规则的前件，匹配成功则执行后件，将后件的结论加入动态数据库后件的结论加入动态数据库n反向推理是用目标匹配规则的后件，匹配成功则将规则前件作反向推理是用目标匹配规则的后件，匹配成功则将规则前件作为新的目标加入目标集，替换其父目标为新的目标加入目标集，替换其父目标q冲突消解冲突消解n正向推理需要进行冲突消解正向推理需要进行冲突消解n反向推理不需要冲突消解反向推理不需要冲突消解752、产生式表示、产生式表示q动态数据库动态数据库n正向推理不断向动态数据库中添加中间结果；正向推理不断向动态数据库中添加中间结果；n反向推理动态数据库内容不变反向推理动态数据库内容不变q目标集目标集n正向推理的目标集就

53、是初始目标，且推理过程中目标集内容不正向推理的目标集就是初始目标，且推理过程中目标集内容不变变n反向推理中不断用子目标替代父目标反向推理中不断用子目标替代父目标q终止条件终止条件n正向推理：动态数据库中的事实能够与目标匹配正向推理：动态数据库中的事实能够与目标匹配n反向推理：目标集中的所有目标都匹配成功，即目标集为空反向推理：目标集中的所有目标都匹配成功，即目标集为空762、产生式表示、产生式表示n双向推理双向推理q正向推理与反向推理同时使用，直到在某一中间结果重合正向推理与反向推理同时使用，直到在某一中间结果重合772、产生式表示、产生式表示n双向推理双向推理q进程进程1和进程和进程2分别执

54、行正向推理和反向推理分别执行正向推理和反向推理q动态数据库动态数据库n进程进程1 正向推理向动态数据库添加事实正向推理向动态数据库添加事实n进程进程2 反向推理使用动态数据库进行匹配反向推理使用动态数据库进行匹配q终止条件终止条件n进程进程2 中的目标集为空，则推理成功中的目标集为空，则推理成功782、产生式表示、产生式表示n产生式与蕴涵式的异同产生式与蕴涵式的异同q共同点共同点n都表示由条件推出结论都表示由条件推出结论q不同点不同点n蕴涵式是一个逻辑表达式，其逻辑值只有真和假，不能表蕴涵式是一个逻辑表达式，其逻辑值只有真和假，不能表达不确定的知识。谓词逻辑中蕴涵式的匹配必须是达不确定的知识。

55、谓词逻辑中蕴涵式的匹配必须是精确精确的。的。n产生式表示的知识可以是产生式表示的知识可以是不确定不确定的，产生式的匹配可以是的，产生式的匹配可以是不确定的不确定的792、产生式表示、产生式表示n产生式与条件语句的主要区别产生式与条件语句的主要区别 q前件结构不同前件结构不同 传统程序设计语言中条件语句的左部仅仅是一个布尔表达式传统程序设计语言中条件语句的左部仅仅是一个布尔表达式产生式的前件可以是一个复杂的结构产生式的前件可以是一个复杂的结构q控制流程不同控制流程不同 程序设计语言中条件一旦被激活，就严格地从一个前提向其程序设计语言中条件一旦被激活，就严格地从一个前提向其结论传递。结论传递。 产

56、生式系统中满足前提条件的规则被激活后，不一定被立即产生式系统中满足前提条件的规则被激活后，不一定被立即执行，能否执行将取决于推理机的冲突消解策略执行，能否执行将取决于推理机的冲突消解策略802、产生式表示、产生式表示n优点优点n自然性好，自然性好，“Ifthen”的形式与人类的判断性知识基本的形式与人类的判断性知识基本一致，便于推理一致，便于推理;n便于引入各种启发式知识便于引入各种启发式知识n格式固定，形式简单，规则间相互独立，便于统一处理，格式固定，形式简单，规则间相互独立，便于统一处理，模块性好。模块性好。n缺点缺点n推理效率低下推理效率低下 n难以表现规则间的关系，难以表现结构和层次关

57、系难以表现规则间的关系，难以表现结构和层次关系81专家系统基础专家系统基础n专家系统专家系统(Expert System,ES)(Expert System,ES)就是能像人类专家就是能像人类专家一样解决困难、复杂的实际问题的计算机系统。一样解决困难、复杂的实际问题的计算机系统。 n专家系统的四个要素专家系统的四个要素： (1) (1) 应用于某专门领域。应用于某专门领域。 (2) (2) 拥有专家级知识。拥有专家级知识。 (3) (3) 能模拟专家的思维和推理。能模拟专家的思维和推理。 (4) (4) 能达到专家级水平。能达到专家级水平。82专家系统基础专家系统基础n专家系统是靠知识和推理来

58、解决问题专家系统是靠知识和推理来解决问题( (不像传统软不像传统软件系统使用固定的算法来解决问题件系统使用固定的算法来解决问题), ), 所以所以, , 专家专家系统是基于知识的智能问题求解系统系统是基于知识的智能问题求解系统n专家系统则强调知识与推理的分离专家系统则强调知识与推理的分离, ,因而系统具有因而系统具有很好的灵活性和可扩充性。很好的灵活性和可扩充性。n专家系统一般具有解释功能专家系统一般具有解释功能, , 即在运行过程中一即在运行过程中一方面能回答用户提出的问题方面能回答用户提出的问题, ,另一方面还能对最后另一方面还能对最后的输出的输出( (结论结论) )或处理问题的过程作出解

59、释或处理问题的过程作出解释n有些专家系统还具有有些专家系统还具有“学习学习”能力能力, , 即不断对自即不断对自己的知识进行扩充、完善和提炼己的知识进行扩充、完善和提炼83专家系统基础专家系统基础n系统结构系统结构q知识库：知识库：q推理机：推理机：q动态数据库：动态数据库：q人机界面：人机界面：q解释模块：解释模块：q知识库管理模块：知识库管理模块：84实验实验n利用产生式规则构建一个简单的专家系统利用产生式规则构建一个简单的专家系统q题目自拟（手机选择、电脑选择、玉石选择题目自拟（手机选择、电脑选择、玉石选择 ）q要求：要求：1、确定推理方法（正向还是反向），并根据问题设计实现一个简、确定

60、推理方法（正向还是反向），并根据问题设计实现一个简单的不通用推理机（匹配、冲突消解）单的不通用推理机（匹配、冲突消解）2、规则库要求至少包含、规则库要求至少包含15条规则条规则3、初始事实可以任意给定，输入初始事实后能够得到推理结果、初始事实可以任意给定，输入初始事实后能够得到推理结果4、设计人机界面，解释模块提供查询规则的功能、设计人机界面，解释模块提供查询规则的功能5、可以不考虑知识库管理模块、可以不考虑知识库管理模块6、提交实验报告，实验名称为：、提交实验报告，实验名称为：基于回溯推理的小型专家系统基于回溯推理的小型专家系统7、报告中要有推理树、报告中要有推理树853、语义网络、语义网络