人工智能基础与应用PPT完整全套教学课件

绪论第1章全套课件第1章绪论本章概述人工智能是在计算机科学、控制论、信息论、神经心理学、哲学、语言学等多学科研究的基础上发展起来的综合性很强的交叉学科，是一门新思想、新观念、新理论、新技术不断出现的新兴学科，也是正在迅速发展的前沿学科。本章将首先介绍人工智能的概念以及发展简史，然后介绍当前人工智能的发展现状以及将来的发展趋势，最后简要描述本课程的基本内容，使读者对人工智能广阔的研究及应用领域有总体的了解。1.1人工智能的概念ONTENTSC主要内容1.2人工智能发展简史1.3人工智能的研究与应用领域1.4人工智能发展现状和趋势1.5本章小结第1章绪论第1章绪论人工智能的概念人工智能(ArtificialIntelligence，AI)的目标是用机器实现人类的部分智能。目前还不可能对智能给出一个精确的、可被公认的定义，这就导致了对于智能的多种说法。目前，根据对人脑已有的认识，结合智能的外在表现，从不同的角度、不同的侧面，用不同的方法对智能进行研究，人们提出了几种不同的观点。其中影响较大的观点有思维理论、知识阈值理论及进化理论等。第1章绪论人工智能所谓人工智能就是用人工的方法在机器(计算机)上实现的智能；或者说是人类智能在机器上的模拟，因此又可称之为机器智能。通俗地说，人工智能就是要研究如何使机器具有能听、会说、能看、会写、能思维、会学习，能适应环境变化、能解决各种面临的实际问题等功能的一门学科。图灵测试1950年图灵发表了题为《计算机与智能(ComputingMachineryandIntelligence)》的论文，他在这篇论文中指出不要问机器是否能思维，而是要看它能否通过如下测试：分别让人与机器位于两个房间里，二者之间可以通话，但彼此都看不到对方，如果通过对话，人的一方不能分辨对方是人还是机器，那么就可以认为对方的那台机器达到了人类智能的水平。为了进行这个测试，图灵还设计了一个很有趣且智能性很强的对话内容，称为“图灵的梦想”。1.1人工智能的概念ONTENTSC主要内容1.2人工智能发展简史1.3人工智能的研究与应用领域1.4人工智能发展现状和趋势1.5本章小结第1章绪论第1章绪论人工智能的发展简史人工智能发展的三个阶段孕育阶段：这个阶段主要是指1956年以前。自古以来，人们就一直试图用各种机器来代替人的部分脑力劳动，以提高人们征服自然的能力。形成阶段：这个阶段主要是指1956-1969年。1956年夏季，在美国达特茅斯大学召开了一次学术研讨会，讨论关于机器智能的问题。会上经麦卡锡提议正式采用了“人工智能”这一术语。发展阶段：这个阶段主要是指1970年以后。进入20世纪70年代，许多国家都开展了人工智能的研究，涌现了大量的研究成果。第1章绪论人工智能的发展简史人工智能的学派符号主义：符号主义认为，只要在机器上是正确的，现实世界就是正确的。说得更通俗一点，指名对了，指物自然正确。连接主义：连接主义认为大脑是一切智能的基础，主要关注于大脑神经元及其连接机制，试图发现大脑的结构及其处理信息的机制、揭示人类智能的本质机理，进而在机器上实现相应的模拟。行为主义：行为主义假设智能取决于感知和行动，不需要知识、表示和推理，只需要将智能行为表现出来就好，即只要能实现指物功能就可以认为具有智能了。1.1人工智能的概念ONTENTSC主要内容1.2人工智能发展简史1.3人工智能的研究与应用领域1.4人工智能发展现状和趋势1.5本章小结第1章绪论第1章绪论人工智能的研究与应用领域在人工智能中，这样的领域包括自然语言处理、自动定理证明、自动程序设计、智能检索智能调度、机器学习、机器人学、专家系统、智能控制、模式识别、视觉系统、神经网络、agent、计算智能、问题求解、人工生命、人工智能方法和程序设计语言等。在过去50多年中，已经建立了一些具有人工智能的计算机系统，例如，能够求解微分方程的，下棋的，设计分析集成电路的，合成人类自然语言的，检索情报的，诊断疾病以及控制太空飞行器、地面移动机器人和水下机器人的具有不同程度人工智能的计算机系统。第1章绪论人工智能的研究与应用领域问题求解与博弈人工智能的第一个大成就是发展了能够求解难题的下棋(如国际象棋)程序(已在1.2.3节有详细介绍)。在下棋程序中应用的某些技术，如向前看几步，并把困难的问题分成一些比较容易的子问题，发展成为搜索和问题消解(归约)这样的人工智能基本技术。人工智能的研究与应用领域逻辑推理与定理证明对数学中臆测的定理寻找一个证明或反证，确实称得上是一项智能任务。为此不仅需要有根据假设进行演绎的能力，而且需要某些直觉技巧。但是至少在当前，人工智能在数学推理中的表现显得并不尽如人意。这种推理对人工系统具有很大的挑战性，因为它不仅仅涉及处理数字，还需要一套认知能力，包括学习基本公理以及以正确的顺序进行推理、计划和做事的能力。第1章绪论人工智能的研究与应用领域计算智能计算智能(computationalintelligence)涉及神经计算、模糊计算、进化计算、粒群计算、自然计算、免疫计算和人工生命等研究领域。人工智能的研究与应用领域分布式人工智能与Agent分布式人工智能(DistributedAI，DAI)是分布式计算与人工智能结合的结果。DAI系统以鲁棒性作为控制系统质量的标准，并具有互操作性，即不同的异构系统在快速变化的环境中具有交换信息和协同工作的能力。第1章绪论人工智能的研究与应用领域自动程序设计自动程序设计能够以各种不同的目的描述来编写计算机程序。对自动程序设计的研究不仅可以促进半自动软件开发系统的发展，而且也使通过修正自身数码进行学习的人工智能系统得到发展。程序理论方面的有关研究工作对人工智能的所有研究工作都是很重要的。人工智能的研究与应用领域专家系统一般地，专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部具有大量专家水平的某个领域知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。随着人工智能整体水平的提高，专家系统也获得发展。正在开发的新一代专家系统有分布式专家系统和协同式专家系统等。在新一代专家系统中，不但采用基于规则的方法，而且釆用基于框架的技术和基于模型的原理。第1章绪论人工智能的研究与应用领域机器学习学习是人类智能的主要标志和获得知识的基本手段。机器学习(自动获取新的事实及新的推理算法)是使计算机具有智能的根本途径。此外，机器学习还有助于发现人类学习的机理并揭示人脑的奥秘。人工智能的研究与应用领域大数据与深度学习大数据是人工智能的基础，人工智能的决策依赖于大数据的分析。大数据时代改变了基于数理统计的传统数据科学，促进了数学分析方法的创新，从机器学习和多层神经网络演化而来的深度学习是当前数据处理与分析的研究前沿。大数据与深度学习技术一方面可以解放劳动力，另一方面还可以促进生产力的发展和经济的进步。未来那些简单性重复性和操作性单一的工种毫无疑问会被人工智能和大数据的时代淘汰。第1章绪论人工智能的研究与应用领域自然语言理解语言处理也是人工智能的早期研究领域之一，并引起进一步的重视。已经编写出能够从内部数据库回答问题的程序，这些程序通过阅读文本材料和建立内部数据库，能够把句子从一种语言翻译为另一种语言，执行给出的指令和获取知识等。有些程序甚至能够在一定程度上翻译从话筒输入的口头指令。人工智能的研究与应用领域机器人学人工智能研究中日益受到重视的另一个分支是机器人学。一些并不复杂的动作控制问题，如移动式机器人的机械动作控制问题，表面上看并不需要很多智能。然而人类几乎下意识就能完成的这些任务，要是由机器人来实现就要求机器人具备在求解需要较多智能的问题时所用到的能力。第1章绪论人工智能的研究与应用领域模式识别计算机硬件的迅速发展，计算机应用领域的不断开拓，急切要求计算机能更有效地感知诸如声音、文字、图像、温度、震动等人类赖以发展自身改造环境所运用的信息资料。模式识别是一个不断发展的新学科，它的理论基础和研究范围也在不断发展。随着生物医学对人类大脑的初步认识，模拟人脑构造的计算机实验即人工神经网络方法已经成功地用于手写字符的识别、汽车牌照的识别、指纹识别、语音识别等方面。第1章绪论人工智能的研究与应用领域机器视觉机器视觉或计算机视觉已从模式识别的一个研究领域发展为一门独立的学科。在视觉方面，已经给计算机系统装上电视输入装置以便能“看见”周围的东西。在人工智能中研究的感知过程通常包含一组操作。机器视觉的前沿研究领域包括实时并行处理、主动式定性视觉、动态和时变视觉、三维景物的建模与识别实时图像压缩传输和复原、多光谱和彩色图像的处理与解释等。第1章绪论人工智能的研究与应用领域神经网络研究结果已经证明，用神经网络处理直觉和形象思维信息具有比传统处理方式好得多的效果。神经网络的发展有着非常广阔的科学背景，是众多学科研究的综合成果。神经生理学家、心理学家与计算机科学家的共同研究得出的结论是：人脑是一个功能特别强大、结构异常复杂的信息处理系统，其基础是神经元及其互联关系。因此，对人脑神经元和人工神经网络的研究可能创造出新一代人工智能机——神经计算机。第1章绪论人工智能的研究与应用领域智能控制人工智能的发展促进自动控制向智能控制发展。智能控制是一类无需(或需要尽可能少的)人的干预就能够独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制。或者说，智能控制是驱动智能机器自主地实现其目标的过程。人工智能的研究与应用领域智能调度与指挥确定最佳调度或组合的问题是人们感兴趣的又一类问题。一个古典的问题就是推销员旅行问题(TravelingSalesmanProblem，TSP)。许多问题具有这类相同的特性。人工智能学家们曾经研究过若干组合问题的求解方法。有关问题域的知识再次成为比较有效的求解方法的关键。智能组合调度与指挥方法已被应用于汽车运输调度、列车的编组与指挥、空中交通管制以及军事指挥等系统。第1章绪论人工智能的研究与应用领域智能检索随着科学技术的迅速发展，出现了“知识爆炸”的情况。对国内外种类繁多和数量巨大的科技文献之检索远非人力和传统检索系统所能胜任。研究智能检索系统已成为科技持续快速发展的重要保证。数据库系统是储存某学科大量事实的计算机软件系统，它们可以回答用户提出的有关该学科的各种问题。数据库系统的设计也是计算机科学的一个活跃的分支。为了有效地表示、存储和检索大量事实，已经发展了许多技术。第1章绪论人工智能的研究与应用领域系统语言与工具除了直接瞄准实现智能的研究工作外，开发新的方法也往往是人工智能研究的一个重要方面。人工智能对计算机界的某些最大贡献已经以派生的形式表现出来。计算机系统的一些概念，如分时系统、编目处理系统和交互调试系统等，已经在人工智能研究中得到发展。一些能够简化演绎、机器人操作和认识模型的专用程序设计和系统常常是新思想的丰富源泉。1.1人工智能的概念ONTENTSC主要内容1.2人工智能发展简史1.3人工智能的研究与应用领域1.4人工智能发展现状和趋势1.5本章小结第1章绪论第1章绪论人工智能发展现状和趋势人工智能的三大流派虽然取得了很大进展，但各自也面临巨大挑战。简单地说，人工智能的三大流派假设之所以能够成立的前提是指名、指物、指心功能等价。然而概念的指名、指物与指心功能在生活中并不等价，单独实现概念的一个功能并不能保证具有智能。人工智能研究离真正实现信息处理机制类脑、认知能力全面类人的智能系统还有很长的路要走。1.1人工智能的概念ONTENTSC主要内容1.2人工智能发展简史1.3人工智能的研究与应用领域1.4人工智能发展现状和趋势1.5本章小结第1章绪论第1章绪论本章小结本章第主要介绍了人工智能的基础知识。首先，介绍了人工智能的基本概念。接下来，叙述了人工智能的发展简史。之后，介绍了人工智能研究及应用领域。最后，简要说明了人工智能发展遇到的问题以及将来的发展趋势。THANKS感谢各位知识与知识表示第2章六月23第2章知识与知识表示引言人类的智能活动主要是获得并运用知识。知识是智能的基础。为了使计算机具有智能，能模拟人类的智能行为，就必须使它具有知识。但人类的知识需要适当的模式表示出来，才能存储到计算机中并能够被运用。因此，知识的表示成为人工智能领域中一个十分重要的研究课题。知识图谱技术是人工智能技术的组成部分，其强大的语义处理和互联组织能力，为智能化信息应用提供了基础。知识图谱以结构化的形式描述客观世界中的概念、实体间的复杂关系，将互联网的信息转换成更接近人类认知世界的形式，为人类提供了一种更好的组织、管理和理解互联网海量信息的能力。本章将首先介绍知识的概念、特征与知识表示的概念；然后介绍谓词逻辑、产生式、状态空间、框架等当前人工智能中应用比较广泛的知识表示方法；最后介绍知识图谱的相关概念以及在现实生活中应用，为后面介绍推理方法、搜索专家系统等奠定理论基础。2.1知识与知识表示的内涵ONTENTSC内容大纲2.2知识表示方法2.3知识图谱及应用2.4本章小结第2章知识与知识表示2.1知识与知识表示的内涵ONTENTSC内容大纲2.2知识表示方法2.3知识图谱及应用2.4本章小结第2章知识与知识表示第2章知识与知识表示知识与知识表示的内涵知识的概念所谓知识，就是反映各种事物的信息进入人们大脑，对神经细胞产生作用后留下的痕迹。知识是由信息形成的。知识是人们在长期的生活及社会实践中、在科学研究及实验中积累起来的对客观世界的认识与经验。知识是符合文明方向的、人类对物质世界以及精神世界探索的结果总和。人们把实践中获得的信息进行智能性加工后关联在一起，就形成了知识。知识是人们在长期的生活及社会实践中、在科学研究及实验中积累起来的对客观世界的认识与经验。知识是符合文明方向的、人类对物质世界以及精神世界探索的结果总和。人们把实践中获得的信息进行智能性加工后关联在一起，就形成了知识。第2章知识与知识表示知识与知识表示的内涵知识的特征知识是人们对客观世界认识的结晶，并且受到长期实践的检验。因此，在一定的条件及环境下，知识是正确的。这里，“一定的条件及环境”是必不可少的，它是知识正确性的前提。相对正确性由随机性引起的不确定性由模糊性引起的不确定性。由经验引起的不确定性。由不完全性引起的不确定性。不确定性知识的可表示性是指知识可以用适当形式表示出来，如用语言、文字、图形、神经网络等，这样才能被存储、传播。知识的可利用性是指知识可以被利用。我们每个人天天都在利用自己掌握的知识来解决各种问题。可表示性与可利用性第2章知识与知识表示知识与知识表示的内涵知识表示的概念知识表示(knowledgerepresentation)就是将人类知识形式化或者模型化。知识表示的目的是能够让计算机存贮和运用人类的知识。现有的知识表示方法大都是在进行某项具体研究时提出来的，有一定的针对性和局限性，目前已经提出了许多知识表示方法。2.1知识与知识表示ONTENTSC内容大纲2.2知识表示方法2.3知识图谱及应用2.4本章小结第2章知识与知识表示第2章知识与知识表示知识表示方法一阶谓词逻辑表示法命题命题(proposition)是一个非真即假的陈述句。若命题的意义为真，称它的真值为真，记作T(Ture)；若命题的意义为假，称它的真值为假，记作F(False)。一个命题不能同时既为真又为假，但可以在一种条件下为真，在另一种条件下为假。谓词谓词(predicate)逻辑是基于命题中谓词分析的一种逻辑。一个谓词可分为谓词名与个体两个部分。谓词名用于刻画个体的性质、状态或个体间的关系。个体是命题的主语，表示独立存在的事务或概念。第2章知识与知识表示知识表示方法一阶谓词逻辑表示法连接词┐：称为“否定”(Negation)或者“非”。它表示否定位于它后面的命题。∧：称为“合取”(Conjunction)。它表示它连接的两个命题具有“与”关系。∨：称“析取”(Disjunction)。它表示被它连接的两个命题具有“或”关系。→：称为“蕴涵”(Implication)或者“条件”(Condition)。P→Q表示“P蕴涵Q”，即表示“如果P，则Q”。其中，P称为条件的前件，Q称为条件的后件。⟷：称为“等价”(Equivalence)或“双条件”(Bicondition)。P⟷Q表示“P当且仅当Q”。量词全称量词(universalquantifier)"(∀x)"：表示“对个体域中的所有(或任一个)个体x”。存在量词(existentialquantifier)"(∃x)"：表示“在个体域中存在个体x”。当全称量词和存在量词出现在同一个命题中时，这时量词的次序将影响命题的意思。第2章知识与知识表示知识表示方法一阶谓词逻辑表示法谓词公式定义2-2可按下述规则得到谓词公式：单个谓词是谓词公式，称为原子谓词公式。若A是谓词公式，则┐A也是谓词公式。若A、B都是谓词公式，则A∧B、A∨B、A→B、A⟷B也都是谓词公式。若A是谓词公式，则(∀x)A、(∃x)A也都是谓词公式。应用以上规则生成的公式也是谓词公式。谓词公式的概念：由谓词符号、常量符号、变量符号、函数符号以及括号、逗号等按一定语法规则组成的字符串表达式。在谓词公式中，连接词的优先级别从高到低排列后如下：¬∧∨⟶⟷量词的辖域位于量词后面的单个谓词或者用括号括起来的谓词公式称为量词的辖域，辖域内与量词中同名的变量称为约束变量，不受约束的变量称为自由变量。第2章知识与知识表示知识表示方法一阶谓词逻辑表示法谓词公式的性质定义2-3如果谓词公式P对个体域D上的任何一个解释都取得真值T，则称P在D上是永真的；如果P在每个非空个体域上均永真，则称P永真。定义2-4如果谓词公式P对个体域D上的任何一个解释都取得真值F，则称P在D上是永假的；如果P在每个非空个体域上均永假，则称P永假。可见，为了判定某个公式永真，必须对每个个体域上的所有解释逐个判定。当解释的个数为无限时，公式的永真性就很难判定了。定义2-5对于谓词公式P，如果至少存在一个解释使得公式P在此解释下的真值为T，则称公式P是可满足的，否则，则称公式P是不可满足的。谓词公式的等价性定义2-6设P与Q是两个谓词公式，D是它们共同的个体域，若对D上的任何一个解释，P与Q都有相同的真值，则称公式P和Q在D上是等价的。如果D是任意个体域，则称P和Q是等价的，记作P⟺Q。第2章知识与知识表示知识表示方法一阶谓词逻辑表示法主要等价式1)交换律

P∨Q⟺Q∨P P∧Q⟺Q∧P2)结合律 (P∨Q)∨R⟺P∨(Q∨R) (P∧Q)∧R⟺P∧(Q∧R)3)分配律

P∨(Q∧R)⟺(P∨Q)∧(P∨R) P∧(Q∨R)⟺(P∧Q∨(P∧R)4)德摩根律(DeMorgen)

¬(P∨Q)⟺¬P∧¬Q ¬(P∧Q)⟺¬P∨¬Q5)双重否定律(对合律)

¬¬P⟺P6)吸收律

P∨(P∧Q)⟺P P∧(P∨Q)⟺P7)补余律(否定律) P∨¬P⟺T P∧¬P⟺F8)连接词化归律 P⟶Q⟺¬P∨Q9)逆否律

P⟶Q⟺¬Q⟶¬P10)量词转换律 ¬(∃x)P⟺(∀x)(¬P) ¬(∀x)P⟺(∃x)(¬P)11)量词分配律 (∀x)(P∧Q)⟺(∀x)P∧(∀x)Q (∃x)(P∨Q)⟺(∃x)P∨(∃x)Q第2章知识与知识表示知识表示方法一阶谓词逻辑表示法谓词公式的永真蕴涵定义2-7对于谓词公式P与Q，如果P→Q永真，则称公式P永真蕴涵Q，记作P⟹Q，且称Q为P的逻辑结论，P为Q的前提。1)假言推理P,P⟶Q⟹Q即由P为真及P→Q为真，可推出Q为真。2)拒取式推理¬Q,P⟶Q⟹¬P即由Q为假及P→Q为真，可推出P为假。3)假言三段论P⟶Q,Q⟶R⟹P⟶R即由P→Q，Q→R为真，可推出P→R为真。4)全称固化(∀x)P(x)⟹P(y)其中，y是个体域中的任一个体，利用此永真蕴涵式可消去公式中的全称量词。5)存在固化(∃x)P(x)⟹P(y)其中，y是个体域中某一个可使P(y)为真的个体。利用此永真蕴涵式可消去公式中的存在量词。6)反证法P⟹Q，当且仅当P∧¬Q⇔F，即Q为P的逻辑结论，当且仅当P∧¬Q是不可满足的。定理Q为的逻辑结论，当且仅当是不可满足的。该定理是归结反演的理论依据。第2章知识与知识表示知识表示方法一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑知识表示方法谓词公式表示知识的一般步骤为：步骤1：定义谓词及个体，确定每个谓词及个体的确切定义。步骤2：根据要表达的事物或概念，为谓词中的变量赋予特定的值。步骤3：根据语义用适当的连接符号将各个谓词连接起来，形成谓词公式。一阶谓词逻辑表示法的特点优点自然性；精确性；严密性；容易实现局限性不能表示不确定的知识；组合爆炸；效率低第2章知识与知识表示知识表示方法产生式表示法产生式产生式又称为规则或产生式规则，通常用于表示事实、规则以及它们的不确定性度量，适合于表示事实性知识和规则性知识。(1)确定性规则知识的产生式表示IFPTHENQ或者P→Q(2)不确定性规则知识的产生式表示IFPTHENQ(置信度)或者P→Q(置信度)(3)确定性事实性知识的产生式表示(对象，属性，值)或者(关系，对象1，对象2)(4)不确定性事实性知识的产生式表示(对象，属性，值，置信度)或者(关系，对象1，对象2，置信度)第2章知识与知识表示知识表示方法产生式表示法产生式系统一个产生式系统由规则库、控制系统(推理机)、综合数据库三部分组成(1)规则库用于描述相应领域内知识的产生式集合称为规则库。(2)综合数据库综合数据库又称为事实库、上下文、黑板等。它是一个用于存放问题求解过程中各种当前信息的数据结构。(3)控制系统控制系统又称为推理机。它由一组程序组成，负责整个产生式系统的运行，实现对问题的求解。产生式系统的基本结构关系第2章知识与知识表示知识表示方法产生式表示法产生式表示法的特点一个产生式系统由规则库、控制系统(推理机)、综合数据库三部分组成主要优点①自然性;②模块性;③有效性;④清晰性主要缺点①效率不高;②不能表达具体结构的知识产生式表示法适合表示的知识①由许多相对独立的知识元组成的领域知识，彼此间关系不密切,不存在结构关系，如化学反应方面的知识。②具有经验性及不确定性的知识，而且相关领域中对这些知识没有严格、统一的理论，如医疗诊断、故障诊断等方面的知识。③领域问题的求解过程可被表示为一系列相对独立的操作，而且每个操作可被表示为一条或多条产生式规则。第2章知识与知识表示知识表示方法状态空间表示法状态空间表示状态空间(statespace)是利用状态变量和操作符号表示系统或问题的有关知识的符号体系。状态空间可以用一个四元组表示：(S,O,S0,G)其中，S是状态集合，S中每一元素表示一个状态，状态是某种结构的符号或数据。O是操作算子的集合，利用算子可将一个状态转换为另一个状态。S0是问题的初始状态的集合，是S的非空子集，即S0⊂S。G是问题的目的状态的集合，是S的非空子集，即G⊂S。G可以是若干具体状态，也可以是满足某些性质的路径信息描述。第2章知识与知识表示知识表示方法状态空间表示法状态空间的图描述状态空间可用有向图来描述，图的节点表示问题的状态，图的弧表示状态之间的关系。初始状态对于实际问题的已知信息，是图中的根节点。在问题的状态空间描述中，寻找从一种状态转换为另一种状态的某个操作算子序列等价于在一个图中寻找某一路径。状态空间有向图八数码状态空间图(部分)第2章知识与知识表示知识表示方法框架知识表示法框架的一般结构框架(frame)是一种描述所论对象(一个事物、事件或概念)属性的数据结构。一个框架由若干个被称为“槽”(slot)的结构组成，每一个槽又可根据实际情况划分为若干个“侧面”(facet)。一个槽用于描述所论对象某一方面的属性。一个侧面用于描述相应属性的一个方面。槽和侧面所具有的属性值分别被称为槽值和侧面值。在一个用框架表示知识的系统中一般都含有多个框架，一个框架一般都含有多个不同槽、不同侧面，分别用不同的框架名、槽名及侧面名表示。无论是对框架、槽或侧面，都可以为其附加上一些说明性的信息，一般是一些约束条件，用于指出什么样的值才能填入到槽和侧面中去。结构性继承性自然性框架表示法的特点2.1知识与知识表示ONTENTSC内容大纲2.2知识表示方法2.3知识图谱及应用2.4本章小结第2章知识与知识表示第2章知识与知识表示知识图谱及应用知识图谱概述知识图谱(KnowledgeGraph)以结构化的形式描述客观世界中概念、实体及其之间的关系，将互联网的信息表达成更接近人类认知世界的形式，提供了一种更好地组织、管理和理解互联网海量信息的能力。知识图谱技术是指知识图谱建立和应用的技术，是融合认知计算、知识表示与推理、信息检索与抽取、自然语言处理与语义Web、数据挖掘与机器学习等交叉研究，属人工智能重要研究领域知识工程的研究范畴。当前知识图谱中包含的主要几种节点有：①实体：指的是具有可区别性且独立存在的某种事物。如某一个人、某一座城市、某一种植物、某一件商品等等。世界万物具有事物组成，此指实体。实体是知识图谱的最基本元素，不同的实体间存在不同的关系；②概念：具有同种特性的实体构成的集合，如国家、民族、书籍、电脑等，概念主要指集合、类别、对象类型、事物的种类，例如人物、地理等；③属性：用于区分概念的特征，不同概念具有不同的属性，不同的属性值类型对应于不同类型属性的边。如果属性值对应的是概念或实体，则属性描述两个实体间的关系，称为对象属性；如果属性值是具体的数值，则称为数据属性。第2章知识与知识表示知识图谱及应用知识图谱应用示例在语义搜索和推荐方面，知识图谱的引入能够有效利用其良好定义的结构形式，以有向图的方式提供满足用户需求的结构化语义内容。利用知识图谱来提供个性化推荐、场景化的推荐、任务型的推荐。在金融行业中，知识图谱比较典型的应用就是风控反欺诈。进行信息的不一致性检查;组团欺诈检查;静态的异常检测;动态的异常检测;客户关系管理辅助信贷审核和投研分析公安情报分析2.1知识与知识表示ONTENTSC内容大纲2.2知识表示方法2.3知识图谱及应用2.4本章小结第2章知识与知识表示本章小结本章首先介绍了知识的概念与特征。知识主要具有相对正确性、不确定性、可表示性与可利用性等特性。造成知识具有不确定性的原因主要有随机性、模糊性、经验性、认识不完全性。介绍了四种知识表示方法：一阶谓词逻辑表示法具有自然、精确、严密、容易实现等优点，但有无法表示不确定的知识、组合爆炸、效率低等缺点。产生式通常用于表示事实、规则以及它们的不确定性度量，产生式可以表示确定性规则，也可以表示各种操作、规则、变换、算子、函数等；可以表示确定性知识，也可以表示不确定性知识。状态空间是利用状态变量和操作符号表示系统或者问题的有关知识的符号体系，状态空间的一个解是一个有限的操作算子序列，它使初始状态转换为目标状态。框架是一种描述所论对象(一个事物、事件或概念)属性的数据结构，一个框架由若干个被称为“槽”的结构组成，每一个槽又可根据实际情况划分为若干个“侧面”，一个槽用于描述所论对象某一方面的属性，一个侧面用于描述相应属性的一个方面。介绍了知识图谱概述以及应用示例。第2章知识与知识表示THANKS感谢各位自动推理与专家系统第3章第3章自动推理与专家系统引言为使计算机具有智能，仅仅使计算机拥有知识是不够的，还必须使它具有思维能力，即能运用知识求解问题。推理是求解问题的一种重要方法。因此，推理方法成为人工智能的一个重要研究课题。目前，人们已经对推理方法进行了比较多的研究，提出了多种可在计算机上实现的推理方法。另外，经历了人工智能初期阶段的研究失败，研究者们逐渐认识到知识的重要性。一个专家之所以能够很好地解决本领域的问题，就是因为他具有本领域的专门知识。本章主要介绍了自动推理的基本知识，包括确定性推理和不确定性推理。此外，还介绍了专家系统的内涵、结构、设计与实现以及应用与发展。最后，通过对动物识别专家系统和勘探专家(PROSPECTOR)系统案例说明进一步阐述专家系统的实现方法和应用范围。3.1确定性推理ONTENTSC内容大纲3.2不确定性推理3.3专家系统的内涵3.4专家系统的结构3.6专家系统的应用与发展3.5专家系统设计与实现第3章自动推理与专家系统3.7小结与思考3.1确定性推理ONTENTSC内容大纲3.2不确定性推理3.3专家系统的内涵3.4专家系统的结构3.6专家系统的应用与发展3.5专家系统设计与实现第3章自动推理与专家系统3.7小结与思考第3章自动推理与专家系统确定性推理推理的基本概念人们在对各种事物进行分析、综合并最后做出决策时，通常是从已知的事实出发，通过运用已掌握的知识，找出其中蕴涵的事实，或归纳出新的事实。这一过程通常称为推理，即从初始证据出发，按某种策略不断运用知识库中的已知知识，逐步推出结论的过程称为推理。推理的定义推理方式及其分类从推出结论的途径来划分从推理时所用知识的确定性来划分从推理过程中推出的结论是否越来越接近最终目标来划分演绎推理归纳推理默认推理确定性推理不确定性推理单调推理非单调推理从推理中是否运用与推理有关的启发性知识来划分启发式推理非启发式推理第3章自动推理与专家系统自然演绎推理定义从一组已知为真的事实出发，直接运用经典逻辑的推理规则推出结论的过程称为自然演绎推理。其中，基本的推理是P规则、T规则假言推理、拒取式推理等。P规则：(前提引入)在推导的任何步骤上，都可以引入前提。T规则：(结论引用)在推导任何步骤上所得结论都可以作为后继证明的前提。假言推理(肯定前件(P))的一般形式是P，P→Q⇒Q它表示：由P→Q及P为真，可推出Q为真确定性推理第3章自动推理与专家系统自然演绎推理定义例如，由“如果x是金属，则x能导电”及“铜是金属”可推出“铜能导电”的结论。拒取式推理(否定后件(Q))的般形式是P→Q，¬Q⇒¬P它表示：由P→Q为真及Q为假，可推出P为假。例如，由“如果下雨，则地上就湿”及“地上不湿”可推出“没有下雨”的结论。这里，应该注意避免如下两类错误：一种是肯定后件(Q)的错误，另一种是否定前件(P)的错误。确定性推理第3章自动推理与专家系统自然演绎推理例3.1设已知如下事实:①凡是容易的课程小王(Wang)都喜欢。②C班的课程都是容易的。③ds是C班的一门课程。求证：小王喜欢ds这门课程。证明：首先定义谓词：EASY(x)：x是容易的；LIKE(x,y)：x喜欢y；C(x)：x是C班的一门课程。确定性推理例题第3章自动推理与专家系统自然演绎推理把上述已知事实及待求证的问题用谓词公式表示出来：(∀x)(EASY(x)→LIKE(Wang,x))凡是容易的课程小王都是喜欢的；(∀x)(C(x)→EASY(x))C班的课程都是容易的；C(ds)ds是C班的课程；LIKE(Wang,ds)小王喜欢的ds这门课程,这是待求证的问题。应用推理规则进行推理：因为：(∀x)(EASY(x)→LIKE(Wang,x))，所以由全称固化得：EASY(z)→LIKE(Wang,z)因为：(∀x)(C(x)→EASY(x))，所以由全称固化得：C(y)→EASY(y)确定性推理第3章自动推理与专家系统自然演绎推理由P规则及假言推理得：C(ds)，C(y)→EASY(y)⟹EASY(ds)EASY(ds)，EASY(z)→LIKE(Wang,z)由T规则及假言推理得：LIKE(Wang,ds)即小王喜欢ds这门课程。确定性推理第3章自动推理与专家系统谓词公式化为子句集的方法定义原子(atom)谓词公式是一个不能再分解的命题。原子谓词公式及其否定，统称为文字(literal)。

P称为正文字，¬P称为负文字。P与¬P为互补文字。任何文字的析取式称为子句(clause)。任何文字本身也是子句。由子句构成的集合称为子句集。不包含任何文字的子句称为空子句，表示为NIL。例3.2将下列谓词公式化为子句集：(∀x)((∀y)P(x,y)→¬(∀y)(Q(x,y)→R(x,y)))

解：(1)消去谓词公式中的“→”和“→”符号

确定性推理例题第3章自动推理与专家系统谓词公式化为子句集的方法

确定性推理第3章自动推理与专家系统谓词公式化为子句集的方法

确定性推理第3章自动推理与专家系统谓词公式化为子句集的方法例题(4)消去存在量词消去存在量词分两种情况：一种情况是存在量词不出现在全称量词的辖域内。此时只要用一个新的个体常量替换受该存在量词约束的变元，就可以消去存在量词。因为如原谓词公式为真，则总能够找到一个个体常量，替换后仍然使谓词公式为真。这里的个体常量就是不含变量的Skolem函数。另一种情况是存在量词出现在一个或者多个全称量词的辖域内。此时要用Skolem函数替换受该存在量词约束的变元，从而消去存在量词。这里认为所存在的y依赖于x值，它们的依赖关系由Skolem函数所定义。确定性推理第3章自动推理与专家系统谓词公式化为子句集的方法

确定性推理第3章自动推理与专家系统谓词公式化为子句集的方法

确定性推理第3章自动推理与专家系统谓词公式化为子句集的方法

确定性推理第3章自动推理与专家系统谓词公式化为子句集的方法

确定性推理第3章自动推理与专家系统鲁滨逊归结原理定义鲁滨逊归结原理(Robinsonresolutionprinciple)又称为消解原理，是鲁滨逊提出的一种证明子句集不可满足性，从而实现定理证明的一种理论及方法。它是机器定理证明的基础。由谓词公式转化为子句集的过程可以看出，在子句集中子句之间是合取关系，其中只要有一个子句不可满足，则子句集就不可满足。由于空子句是不可满足的，所以，若一个子句集中包含空子句，则这个子句集定是不可满足的。鲁滨逊归结原理就是基于这个思想提出来的。其基本方法是：检查子句集S中是否包含空子句，若包含，则S不可满足；若不包含，就在子句集中选择合适的子句进行归结，一旦通过归结得到空子句，就说明子句集S是不可满足的。确定性推理第3章自动推理与专家系统鲁宾孙归结原理确定性推理

第3章自动推理与专家系统鲁宾孙归结原理确定性推理

第3章自动推理与专家系统鲁宾孙归结原理确定性推理

第3章自动推理与专家系统鲁宾孙归结原理确定性推理

3.1确定性推理ONTENTSC内容大纲3.2不确定性推理3.3专家系统的内涵3.4专家系统的结构3.6专家系统的应用与发展3.5专家系统设计与实现第3章自动推理与专家系统3.7小结与思考第3章自动推理与专家系统事实的表示定义不确定性推理事实A为真的可信度用CF(A)表示，取值范围为[-1,1]，当CF(A)=1时，表示A肯定为真；当CF(A)=-1时，表示A为真的可信度为-1，也就是A肯定为假。CF(A)>0表示A以一定的可信度为真；CF(A)<0表示A以一定的可信度(-CF(A))为假，或者说A为真的可信度为CF(A)，由于此时CF(A)为负，实际上A为假；CF(A)=0表示对A一无所知。在实际使用时，一般会给出一个绝对值比较小的区间，只要在这个区间就表示对A一无所知，这个区间的CF(A)值一般取[-0.2,0.2]。例如：我们假设天气只分为晴天与阴天(雨天等乌云密布的天气均包括在阴天内)CF(阴天)=0.7，表示阴天的可信度为0.7。

CF(阴天)=-0.7，表示阴天的可信度为-0.7，也就是晴天的可信度为0.7。第3章自动推理与专家系统规则的表示定义具有可信度的规则表示为如下形式：

IFATHENBCF(B,A)其中，A是规则的前提；B是规则的结论；CF(B,A)是规则的可信度，又称规则的强度，表示当前提A为真时，结论B为真的可信度。同样，规则的可信度CF(B,A)取值范围也是[-1，1]，取值大于0表示规则的前提和结论是正相关的，取值小于0表示规则的前提和结论是负相关的，即前提越是成立则结论越不成立。一条规则的可信度可以理解为当前提肯定为真时，结论为真的可信度。例如：IF阴天THEN下雨0.7表示：如果阴天，则下雨的可信度为0.7。IF晴天THEN下雨-0.7表示：如果晴天，则下雨的可信度为-0.7，即如果晴天，则不下雨的可信度为0.7。不确定性推理若规则的可信度CF(B,A)=0，则表示规则的前提和结论之间没有任何相关性。第3章自动推理与专家系统逻辑运算定义规则前提可以是复合条件，复合条件可以通过逻辑运算表示。常用的逻辑运算有与(and)、或(or)、非(not)三种。例如：IF阴天and湿度大THEN下雨0.6表示：如果阴天且湿度大，则下雨的可信度为0.6。在可信度方法中，具有可信度的逻辑运算规则如下：①表示“AandB”的可信度，等于CF(A)和CF(B)中小的一个。

CF(AandB)=min{CF(A),CF(B)}②表示“AorB”的可信度，等于CF(A)和CF(B)中大的一个。CF(AorB)=max{CF(A),CF(B)}③表示“notA”的可信度等于A的可信度的负值。CF(notA)=-CF(A)不确定性推理第3章自动推理与专家系统规则运算定义由于只有当规则的前提为真时，才有可能推出规则的结论，而前提为真意味着CF(A)必须大于0；CF(A)<0的规则，意味着规则的前提不成立，不能从该规则推导出任何与结论B有关的信息。所以在可信度的规则运算中，通过max{0,CF(A)}筛选出前提为真的规则，并通过规则前提的可信度CF(A)与规则的可信度CF(B,A)相乘的方式得到规则的结论B的可信度CF(B)。如果一条规则的前提不是真，即CF(A)<0，则通过该规则得到CF(B)=0，表示该规则得不出任何与结论B有关的信息。例如，已知：IF阴天THEN下雨0.7CF(阴天)=0.5

则：CF(下雨)=0.5×0.7=0.35，即从该规则得到下雨的可信度为0.35不确定性推理第3章自动推理与专家系统规则合成定义例如，有以下两条规则：IF阴天THEN下雨0.8IF湿度大THEN下雨0.5

且已知：CF(阴天)=0.5CF(湿度大)=0.4

从第一条规则，可以得到：CF(下雨)=0.5×0.8=0.4

从第二条规则，可以得到：CF(下雨)=0.4×0.5=0.2

那么究竟CF(下雨)应该是多少呢？这就是规则合成问题。不确定性推理第3章自动推理与专家系统规则合成定义在可信度方法中，规则的合成计算如下：设：从规则1得到CF1(B)，从规则2得到CF2(B)，则合成后有：①当CF1(B)、CF2(B)均大于0时，CF(B)=CF1(B)+CF2(B)－CF1(B)×CF2(B)②当CF1(B)、CF2(B)均小于0时，CF(B)=CF1(B)+CF2(B)+CF1(B)×CF2(B)③其他CF(B)=CF1(B)+CF2(B)

这样，上面的例子合成后的结果为：CF(下雨)=0.4+0.2-0.4×0.2=0.52不确定性推理3.1确定性推理ONTENTSC内容大纲3.2不确定性推理3.3专家系统的内涵3.4专家系统的结构3.6专家系统的应用与发展3.5专家系统设计与实现第3章自动推理与专家系统3.7小结与思考第3章自动推理与专家系统专家系统的内涵专家系统是基于知识的系统，它在某种特定的领域中运用领域专家多年积累的经验和专业知识，求解只有专家才能解决的困难问题。专家系统作为一种计算机系统，继承了计算机快速、准确的特点，在某些方面比人类专家更可靠、更灵活，可以不受时间、地域及人为因素的影响。专家系统的奠基人斯坦福大学的费根鲍姆教授，把专家系统定义为“专家系统是一种智能的计算机程序它运用知识和推理来解决只有专家才能解决的复杂问题”。也就是说，专家系统是一种模拟专家决策能力的计算机系统。基本概念3.1确定性推理ONTENTSC内容大纲3.2不确定性推理3.3专家系统的内涵3.4专家系统的结构3.6专家系统的应用与发展3.5专家系统设计与实现第3章自动推理与专家系统3.7小结与思考第3章自动推理与专家系统专家系统的结构基本结构基本结构专家系统的结构是指专家系统的各个组成部分及其组织形式。一般都包括以下6个部分：知识库推理机数据库知识获取机构解释机构人机界面专家系统的一般结构第3章自动推理与专家系统专家系统的结构基本工作过程基本工作过程用户通过人机界面回答系统的提问，推理机将用户输入的信息与知识库中的知识进行推理，不断地由已知的前提推出未知的结论即中间结果，并将中间结果放到综合数据库中，最后将得出的最终结论呈现给用户。在专家系统运行过程中，会不断地通过人机接口与用户进行交互，向用户提问，并为用户做出解释。知识库和推理机是专家系统的核心部分，其中知识库存储解决某领域问题的专家级水平的知识，推理机根据环境从知识库中选择相应的专家知识，按一定的推理方法和控制策略进行推理，直至得出相应的结论。第3章自动推理与专家系统专家系统的结构主要组成部分知识库中的知识来源于知识获取机构，同时为推理机提供求解问题所需要的知识。专家知识是指特定问题域方面的知识。知识库推理机是实现机器推理的程序，它模拟领域专家的思维过程，控制并执行对问题的求解。推理机数据库也称为综合数据库、动态数据库、黑板，用于存放用户提供的原始信息、问题描述、中间推理结果、控制信息和最终结果等。数据库六大主要部分第3章自动推理与专家系统专家系统的结构主要组成部分知识获取机构负责根据需要建立、修改与删除知识以及一切必要的操作，维护知识库的一致性、完整性等。知识获取机构为了提供一个友好的交互环境，专家系统都提供一个人机接口，作为最终用户、领域专家、知识工程师与专家系统的交互界面。人机接口解释机构专门负责回答用户提出的问题，向用户解释专家系统的行为和结果，使用户了解推理过程及其所运用的知识和数据。解释机构六大主要部分3.1确定性推理ONTENTSC内容大纲3.2不确定性推理3.3专家系统的内涵3.4专家系统的结构3.6专家系统的应用与发展3.5专家系统设计与实现第3章自动推理与专家系统3.7小结与思考第3章自动推理与专家系统专家系统的设计与实现骨架系统定义骨架系统是由己有的成功的专家系统演化而来的。它抽出了原系统中具体的领域知识，而保留了原系统的体系结构和功能，再把领域专用的界面改为通用界面。在骨架系统中，知识表示模式、推理机制都是确定的。利用骨架系统作为开发工具，只要将新的领域知识用骨架系统规定的模式表示出来并装入到知识库中就可以了。在专家系统的建造中发挥了重要作用的骨架系统主要有EMYCIN，KAS和EXPERT等。第3章自动推理与专家系统专家系统的设计与实现EMYCIN系统结构

EMYCIN系统是由MYCIN系统抽去原有的医学领域知识，保留骨架而形成的系统。它采用产生式规则表达知识、目标驱动的反向推理控制策略，特别适合开发领域咨询、诊断型专家系统。解释程序。知识编辑程序及类英语的简化会话语言。知识库管理和维护手段。跟踪和调试功能。知识库EMYCIN系统的应用第3章自动推理与专家系统专家系统的设计与实现KAS系统结构

KAS系统是由PROSPECTOR系统抽去原有的地质勘探知识而形成的。当把某个领域知识用KAS所要求的形式表示出来并输入到知识库中后，它就成为一个可用PROSPECTOR的推理机构来求解问题的专家系统。

KAS系统提供了如下一些辅助工具用来开发和测试规则和语义网络。知识编辑系统推理解释系统用户回答系统英语分析器KAS系统的应用第3章自动推理与专家系统专家系统的设计与实现EXPERT系统结构

EXPERT系统是由美国Rutgers大学的威斯(Weiss)和库里斯科基(Kulikowski)等人在已成功开发的专家系统及工具如CASNET系统(青光眼诊断系统)等的基础上于1981年设计完成的一个骨架系统，适用于开发诊断和分类型专家系统。EXPERT系统的应用第3章自动推理与专家系统专家系统的设计与实现通用型知识表达语言定义通用型知识表达语言并不严格地倾向特定的领域和范例系统，所以能够处理许多不同领域和类型的问题。目前这类通用语言有很多，如OPS5，ROSIE，HEARSAYIII，RLL，ART等。例如OPS5，它是美国卡内基梅隆大学开发的一种通用知识表达语言，其特点是将通用的表达和控制结合起来。它提供了专家系统所需的基本机制，并不偏向于某此特定的问题求解策略和知识表达结构。OPS5允许程序设计者使用符号表示并表达符号之间的关系，但并不事先定义符号和关系的含义。这些含义完全由程序设计者所写的产生式规则确定。

OPS5由产生式规则库、推理机及数据库三部分组成。规则的一般形式为:P(规则号)〈前提〉→(结论)第3章自动推理与专家系统专家系统的设计与实现专家系统开发环境定义专家系统开发环境又称为专家系统开发工具包，它可为专家系统的开发提供多种方便的构件，如知识获取的辅助工具、适用各种不同知识结构的知识表示模式、各种不同的不确定推理机制、知识库管理系统以及各种不同的辅助工具、调试工具等。目前，国内外已有的专家系统开发环境有AGE，KEE等。

例如AGE，它是斯坦福大学研制的一个专家系统开发环境。它是一种典型的模块组合式开发工具。AGE为用户提供了一个通用的专家系统结构框架，并将该框架分解为许多在功能和结构上较为独立的组件部件。这些组件已预先编制成标准模块存在系统中。第3章自动推理与专家系统专家系统的设计与实现专家系统程序设计语言PROLOG和LISPPROLOG语言是以一种以逻辑推理为基础的程序设计语言。已经广泛应用于许多人工智能领域，包括定理证明、专家系统、自然语言理解等。自从LISP创立以来，LISP在美国一直居于人工智能语言的主导地位。由于它易于表达，许多早期专家系统外壳是用LISP建立的。但是，传统的计算机不能高效地执行。

为了克服LISP、PROLOG运行速度慢、可移植性差、解决复杂问题能力差等问题，1984年美国航空航天局约翰逊空间中心推出CLIPS(CLanguageIntergratedProductionSystem)，它是一个基于Rate算法的前向推理语言，用标准C语言编写，具有较高移植性、扩展性，知识表达能力强和成本低等特点。CLIPS3.1确定性推理ONTENTSC内容大纲3.2不确定性推理3.3专家系统的内涵3.4专家系统的结构3.6专家系统的应用与发展3.5专家系统设计与实现第3章自动推理与专家系统3.7小结与思考第3章自动推理与专家系统专家系统的应用和发展基本结构动物识别专家系统是一个比较流行的专家系统试验模型，用以识别金钱豹、虎、长颈鹿、斑马企鹅、鸵鸟、信天翁7种动物。知识表示

动物识别专家系统用产生式规则来表示知识，其知识库中共有15条规则。

规则1：IF动物有毛发THEN动物是哺乳动物

规则2：IF动物能产奶THEN动物是哺乳动物

规则3：IF动物有羽毛THEN动物是鸟

规则4：IF动物会飞AND会产蛋THEN动物是鸟

规则5：IF动物吃肉THEN动物是肉食动物

规则6：IF动物有犬齿AND有爪AND眼盯前方THEN动物是食肉动物

规则7：IF动物是哺乳动物AND有蹄THEN动物是有蹄类动物动物识别专家系统第3章自动推理与专家系统专家系统的应用和发展规则8：IF动物是哺乳动物AND反刍THEN动物是有蹄类动物规则9：IF动物是哺乳动物AND食肉AND是黄褐色的AND有暗斑点THEN动物是金钱豹规则10：IF动物是黄褐色的AND动物是哺乳动物AND食肉AND有黑条纹THEN动物是老虎规则11：IF动物有暗斑点AND有长腿AND有长脖子AND有蹄THEN动物是长颈鹿规则12：IF动物有黑条纹AND有蹄THEN动物是斑马规则13：IF动物有长腿AND有长脖子AND是黑色的AND是鸟AND不会飞THEN动物是鸵鸟规则14：IF动物是鸟AND不会飞AND会游泳AND是黑色的THEN动物是企鹅动物识别专家系统第3章自动推理与专家系统专家系统的应用和发展规则15：IF动物是鸟AND会飞THEN动物是信天翁综合数据库数据库

数据库为事实库，主要存放问题求解的相关信息，包括原始事实、中间结果和最终结论，中间结果又可以作为下一步推理的事实。事实上，综合数据库是计算机中开辟的一块存储空间。推理机

动物识别专家系统采用正向推理，并且精确推理。动物识别专家系统第3章自动推理与专家系统专家系统的应用和发展推理步骤如下：

step1：用户首先初始化综合数据库。

step2：推理机检查规则库中是否有规则的前提条件可与综合数据库中已知事实相匹配，若有，则把匹配成功的规则的结论部分作为新的事实放入综合数据库。

step3：检查综合数据库中是否包含待解决问题的解，若是，说明问题求解成功；否则用更新后的综合数据库中的所有事实重新进行匹配，重复上述过程，直到推理结束。解释机构回答系统如何推出最终结论，解释功能的实现与推理机密切相关。动物识别专家系统的解释机构对推理进行实时跟踪。在推理过程中，每匹配成功一条规则，解释机构就记下该规则的序号，推理结束后，则把问题求解所使用的规则按次序记录下来，得到整个推理路径。动物识别专家系统第3章自动推理与专家系统专家系统的应用和发展

PROSPECTOR是一种地质勘探专家系统，该系统能根据岩石标本及地质勘探数据对矿产资源进行估计和预测，提供勘探方面的咨询。系统功能：勘探结果评价系统对获得的有限地质矿藏信息进行分析和评价，预测成矿的可能性，并指导用户下一步应采集哪些对判别矿藏有用的信息。区域资源评价系统采用脱机方式处理某一范围区域的地质数据，给出区域内资源的分布情况。钻井井位选择已知某一区域含有某种矿藏后，根据地质图和井位选择模型，帮助工作人员选择最佳钻井位置，以避免不必要的浪费。PROSPECTOR系统基本概念PROSPECTOR系统的总体结构第3章自动推理与专家系统专家系统的应用和发展PROSPECTOR系统系统结构PROSPECTOR系统的总体结构箭头表示信息流动的方向，该系统通常由知识库、英语分析器、问答系统、解释系统、匹配器、传送器等10个部分构成。第3章自动推理与专家系统专家系统的应用和发展PROSPECTOR系统基本结构知识表示PROSPECTOR系统的知识用语义网络和规则表示。知识库由三级网络组成，即分类学网络、分块语义网络和推理网络，分别用来描述概念、陈述和推理规则。推理机制PROSPECTOR系统的不精确推理是建立在概率论的基础上，采用主观贝叶斯方法。采用多种推理方式，称为混合主动式推理，即正反向混合推理与接纳用户自愿提供信息相结合的推理方式。解释系统PROSPECTOR系统的解释系统可以为用户提供几种不同类型的解释。解释系统可随时检查推理网络中某个语义空间的后验概率，还可以向用户显示推断某结论所使用的规则，或者检查某一数据对推理网络中任一特定空间概率的影响。3.1确定性推理ONTENTSC内容大纲3.2不确定性推理3.3专家系统的内涵3.4专家系统的结构3.6专家系统的应用与发展3.5专家系统设计与实现第3章自动推理与专家系统3.7小结与思考本章小结第3章自动推理与专家系统本章主要介绍了自动推理基本知识与专家系统的内涵、结构、设计实现以及应用与发展。正因为现实中人们掌握的经验知识及获取的条件信息多是不完全、不精确的，具有不确定性，所以就要求专家系统中的知识表示和处理以及推理方法必须能处理这种不确定性。当前，不确定性问题仍是专家系统研究的重点，知识不确定性及条件不确定性的表示，不确定性的合成、不确定性传递算法等问题，都需在推理机制的设计实现中完成思考？1专家系统由哪几个部分组成？基本工作过程是怎样的？2专家系统中“解释”功能的作用是什么？34说明推理机在专家系统中的地位。专家系统还有哪些新的应用？请简述5思考专家系统在当今人工智能领域的技术意义。第3章自动推理与专家系统THANKS感谢各位搜索算法与智能计算第4章第4章搜索算法与智能计算引言在求解一个问题时，涉及两个方面：一是该问题的表示，如果一个问题找不到一个合适的表示方法，就谈不上对它求解；二是选择一种相对合适的求解方法。在人工智能中，问题求解的基本方法有搜索法、归约法、归结法、推理法及产生式等。由于绝大多数需要用人工智能方法求解的问题，缺乏直接求解的方法，因此，搜索不失为一种求解问题的一般方法。此外，受自然界和生物界规律的启发，人们根据其原理模仿设计了许多求解问题的算法，并广泛应用于组合优化、机器学习、智能控制、模式识别、规划设计、网络安全等领域。本章一方面介绍搜索算法中常用的搜索策略，另一方面介绍智能计算，包括遗传算法、粒子群优化算法、蚁群算法及其应用。4.1搜索算法ONTENTSC内容大纲4.2遗传算法4.3蚁群算法4.4粒子群优化算法4.5小结第4章搜索算法与智能计算4.1搜索算法ONTENTSC内容大纲4.2遗传算法4.3蚁群算法4.4粒子群优化算法4.5小结第4章搜索算法与智能计算第4章搜索算法与智能计算搜索算法盲目搜索策略搜索策略在人工智能中属问题求解的一种方法，在早期，它一直是人工智能研究与应用中的核心问题。它通常是先将应用中的问题转换为某个可供搜索的空间，称为“搜索空间”，然后采用一定的方法称为“策略”，在该空间内寻找一条路径，称为“搜索路径”或称为“求解”，最终得到一条路径并有一个终点称为“解”。在问题求解中，问题由初始条件、目标和操作集合这三个部分组成。因此，搜索策略方法即是以状态空间法为知识表示方法，以搜索算法思想作引导从而获得知识的一种方法。这是一种演绎推理方法。在该方法的讨论中主要是研究搜索算法思想，包括盲目搜索策略、启发式搜索策略和博弈搜索策略等内容。盲目搜索策略在状态空间中一般的初始状态仅为一个状态称为根状态，以此为起点搜索所生成的是一棵有向树，称为搜索树。如果在搜索过程中没有利用任何与问题有关的知识或者启发信息，则称之为盲目搜索。深度优先搜索和宽度优先搜索是常用的两种盲目搜索方法。第4章搜索算法与智能计算搜索算法盲目搜索策略深度优先搜索：是优先扩展深度最深的节点。在搜索策略图中，初始节点的深度定义为0，其他节点的深度定义为其父节点的深度加1。深度优先搜索每次选择一个深度最深的节点进行扩展，如果有相同深度的多个节点，则按照事先的约定从中选择一个。如果该节点没有子节点，则选择一个除了该节点以外的深度最深的节点进行扩展。依次进行下去，直到找到问题的解结束；或者再也没有节点可扩展结束，这种情况下表示没有找到问题的解。搜索从0出发，沿一个方向，一直扩展下去，如状态1，2，3，…，直到达到一定的深度(这里假定为3层)。如果未找到目的状态或无法再扩展时，便回溯到另一条路径(状态4)继续搜索；若还未找到目的状态或无法再扩展时，再回溯到另一条路径(状态5，6)搜索；依此类推。第8章电子商务与信息安全搜索算法盲目搜索策略深度优先搜索的特点体现在如下几个方面：无论问题的内容和性质以及求解要求如何不同，它们的程序结构都是相同的，不相同的仅仅是存储结点数据结构和产生规则以及输出要求。有递归以及非递归两种设计方法。一般地，当搜索深度较小、问题递归方式比较明显时，用递归方法设计好，它可以使得程序结构更简捷易懂。当搜索深度较大时，当数据量较大时，由于系统堆栈容量的限制，递归容易产生溢出，用非递归方法设计比较好。广义和狭义两种理解。广义的理解是，只要最新产生的结点(即深度最大的结点)先进行扩展的方法，就称为深度优先搜索方法。在这种理解情况下，深度优先搜索算法有全部保留和不全部保留产生的结点的两种情况。而狭义的理解是，仅仅只保留全部产生结点的算法。本书取前一种广义的理解。不保留全部结点的算法属于一般的回溯算法范畴。保留全部结点的算法，实际上是在数据库中产生一个结点之间的搜索树，因此也属于图搜索算法的范畴。不保留全部结点的深度优先搜索法，由于把扩展望的结点从数据库中弹出删除，这样，一般在数据库中存储的结点数就是深度值，因此它占用的空间较少从输出结果可看出，深度优先搜索找到的第一个解并不一定是最优解。第4章搜索算法与智能计算搜索算法盲目搜索策略宽度优先搜索：与深度优先策略刚好相反，宽度优先搜索策略是优先搜索深度浅的节点，即每次选择深度最浅的节点进行扩展，如果有深度相同的节点，则按照事先约定从深度最浅的几个节点中选择一个。与深度优先搜索的“竖”着搜不同，宽度优先搜索体现的是“横”着搜。由0生成状态1，2，然后扩展状态1，生成状态3，4，5，接着扩展状态2，生成状态6，7，8，该层扩展完后，再进入下一层，对状态3进行扩展，如此一层一层地扩展下去，直到搜索到目的状态(如果目的状态存在)。第8章电子商务与信息安全搜索算法盲目搜索策略宽度优先搜索法的显著特点体现在如下几个方面：在产生新的子结点时，深度越小的结点越先得到扩展，即先产生它的子结点。为使算法便于实现，存放结点的数据库一般用队列的结构。无论问题性质如何不同，利用宽度优先搜索法解题的基本算法是相同的，但数据库中每一结点内容，产生式规则，根据不同的问题，有不同的内容和结构，就是同一问题也可以有不同的表示方法。当结点到根结点的费用(有的书称为耗散值)和结点的深度成正比时，特别是当每一结点到根结点的费用等于深度时，用宽度优先法得到的解是最优解，但如果不成正比，则得到的解不一定是最优解。