人工智能课件:第16讲-总结.pptx
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- 人工智能 课件 16 总结
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1、AI课程总结周雄辉第一章 人工智能概述主要内容 人工智能概念 人工智能的发展历史及学派 人工智能的应用领域第二章 确定性知识系统的表示与推理主要内容 谓词逻辑表示法 产生式系统的推理 语义网络表示法 自然演绎推理6谓词逻辑表示的经典例子谓词逻辑表示的经典例子机器人移盒子机器人移盒子 (1/5)abc例例 机器人移盒子机器人移盒子解:解:分别定义描述状态和动作的谓词分别定义描述状态和动作的谓词描述状态的谓词:描述状态的谓词: TABLE( x):x是桌子是桌子 EMPTY( y ):y手中是空的手中是空的 AT( y, z ):y在在z处处 HOLDS( y, w ):y拿着拿着w ON(w,
2、x):w在在x桌面上桌面上变元的个体域:变元的个体域: x的个体域是的个体域是a, b y的个体域是的个体域是robot z的个体域是的个体域是a, b, c w的个体域是的个体域是box7问题的初始状态:问题的初始状态: AT( robot, c ) EMPTY( robot ) ON( box, a ) TABLE( a ) TABLE( b ) 问题的目标状态:问题的目标状态: AT( robot, c ) EMPTY( robot ) ON( box, b ) TABLE( a ) TABLE( b ) 机器人行动的目标是把问题的初始状态转换为目标状态,而要实现问题状机器人行动的目标是
3、把问题的初始状态转换为目标状态,而要实现问题状态的转换需要完成一系列的操作。态的转换需要完成一系列的操作。描述操作的谓词描述操作的谓词 条件部分:条件部分:用来说明执行该操作必须具备的先决条件,用谓词公式来表示。用来说明执行该操作必须具备的先决条件,用谓词公式来表示。 动作部分:动作部分:给出了该操作对问题状态的改变情况,通过在执行该操作前的给出了该操作对问题状态的改变情况,通过在执行该操作前的问题状态中删去和增加相应的谓词来实现。问题状态中删去和增加相应的谓词来实现。 这些操作包括:这些操作包括: Goto( x, y ):从:从x处走到处走到y处。处。 Pickup( x ):在:在x处拿
4、起盒子。处拿起盒子。 Setdown( y ):在:在x处放下盒子。处放下盒子。谓词逻辑谓词逻辑表示的经典例子表示的经典例子机器人移盒子机器人移盒子 (2/5)8各操作的条件和动作:各操作的条件和动作: Goto( x,y ) 条件:条件:AT( robot,x) 动作:删除表:动作:删除表:AT( robot,x ) 添加表:添加表:AT( robot,y ) Pickup( x ) 条件:条件:ON( box,x ),TABLE( x ),AT( robot,x ),EMPTY( robot ) 动作:删除表:动作:删除表:EMPTY( robot ),ON( box,x ) 添加表:添加
5、表:HOLDS( robot,box ) Setdown( x ) 条件:条件:AT( robot,x ),TABLE( x ),HOLDS( robot,box ) 动作:删除表:动作:删除表:HOLDS( robot,box ) 添加表:添加表:EMPTY( robot ),ON( box,x )各操作的执行方法:各操作的执行方法: 机器人每执行一操作前,都要检查该操作的先决条件是否可以满足。如果机器人每执行一操作前,都要检查该操作的先决条件是否可以满足。如果满足,就执行相应的操作;否则再检查下一个操作。满足,就执行相应的操作;否则再检查下一个操作。谓词逻辑谓词逻辑表示的经典例子表示的经典
6、例子机器人移盒子机器人移盒子 (3/5)9这个机器人行动规划问题的求解过程如下:这个机器人行动规划问题的求解过程如下: 状态状态1(初始状态初始状态) AT( robot, c ) 开始开始 EMPTY( robot ) = ON( box, a ) TABLE( a ) TABLE( b ) 状态状态2 AT( robot, a ) Goto( c, a) EMPTY( robot ) = ON( box, a ) TABLE( a ) TABLE( b ) 状态状态3 AT( robot, a ) Pickup( a ) HOLDS( robot, box ) = TABLE( a ) T
7、ABLE( b ) 谓词逻辑谓词逻辑表示的经典例子表示的经典例子机器人移盒子机器人移盒子 (4/5)10 状态状态4 AT( robot, b ) Goto( a, b ) HOLDS( robot, box ) = TABLE( a ) TABLE( b ) 状态状态5 AT( robot, b) Setdown( b ) EMPTY( robot ) = ON( box, b) TABLE( a ) TABLE( b ) 状态状态6(目标状态目标状态) AT( robot, c ) Goto( b, c ) EMPTY( robot ) = ON( box, b ) TABLE( a )
8、TABLE( b )谓词逻辑谓词逻辑表示的经典例子表示的经典例子机器人移盒子机器人移盒子 (5/5)11产生式系统简例产生式系统简例基于规则的动物识别系统基于规则的动物识别系统(1/4) 例例 一一个用于动物识别的产生式系统个用于动物识别的产生式系统 该系统可以识别老虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、信天翁这该系统可以识别老虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、信天翁这6种动物。种动物。其规则库包含如下其规则库包含如下15条规则:条规则: r1 IF 动物有毛发动物有毛发 THEN 动物是哺乳动物动物是哺乳动物 r2 IF 动物有奶动物有奶 THEN 动物是哺乳动物动物是哺乳动物 r3 IF 动物有羽
9、毛动物有羽毛 THEN 动物是鸟动物是鸟 r4 IF 动物会飞动物会飞 AND 动物会下蛋动物会下蛋 THEN 动物是鸟动物是鸟 r5 IF 动物吃肉动物吃肉 THEN 动物是食肉动物动物是食肉动物 r6 IF 动物有犬齿动物有犬齿 AND 动物有爪动物有爪 AND 该物眼盯前方该物眼盯前方 THEN 动物是食肉动物动物是食肉动物 r7 IF 动物是哺乳动物动物是哺乳动物 AND 动物有蹄动物有蹄 THEN 动物是有蹄类动物动物是有蹄类动物 r8 IF 动物是哺乳动物动物是哺乳动物 AND 动物是嚼反刍动物动物是嚼反刍动物 THEN 动物是有蹄类动物动物是有蹄类动物 r9 IF 动物是哺乳动物
10、动物是哺乳动物 AND 动物是食肉动物动物是食肉动物 AND 动物是黄褐色动物是黄褐色 AND 动物身上有暗斑点动物身上有暗斑点 THEN 动物是金钱豹动物是金钱豹12产生式系统简例产生式系统简例基于规则的动物识别系统基于规则的动物识别系统(2/4)r10 IF 动物是哺乳动物动物是哺乳动物 AND 动物是食肉动物动物是食肉动物 AND 动物是黄褐色动物是黄褐色 AND 动物身上有黑色条纹动物身上有黑色条纹 THEN 动物是虎动物是虎r11 IF 动物是有蹄类动物动物是有蹄类动物 AND 动物有长脖子动物有长脖子 AND 动物有长腿动物有长腿 AND 动物身上有暗斑点动物身上有暗斑点 THEN
11、 动物是长颈鹿动物是长颈鹿r12 IF 动物是有蹄类动物动物是有蹄类动物 AND 动物身上有黑色条纹动物身上有黑色条纹 THEN 动物是斑马动物是斑马r13 IF 动物是鸟动物是鸟 AND 动物有长脖子动物有长脖子 AND 动物有长腿动物有长腿 AND 动物不会飞动物不会飞 AND 动物有黑白二色动物有黑白二色 THEN 动物是鸵鸟动物是鸵鸟r14 IF 动物是鸟动物是鸟 AND 动物会游泳动物会游泳 AND 动物不会飞动物不会飞 AND 动物有黑白二色动物有黑白二色 THEN 动物是企鹅动物是企鹅r15 IF 动物是鸟动物是鸟 AND 动物善飞动物善飞 THEN 动物是信天翁动物是信天翁 其
12、中,其中,ri(i=1,2,.,15)是规则的编号是规则的编号 初始综合数据库包含的事实有:初始综合数据库包含的事实有: 动物有暗斑点,动物有暗斑点,动物动物有长脖子,有长脖子,动物动物有长腿,有长腿,动物动物有奶,有奶,动物动物有蹄有蹄 该例子的部分推理网络如下:该例子的部分推理网络如下:13产生式系统简例产生式系统简例基于规则的动物识别系统基于规则的动物识别系统(3/4)r2r8r11r12r1图中最上层的结点称为图中最上层的结点称为“假设假设”或或“结论结论”中间结点称为中间结点称为“中间假设中间假设”;终结点称为终结点称为“证据证据”或或“事实事实”;每个每个“结论结论”都是本问题的一
13、个目标,所有都是本问题的一个目标,所有“假设假设”构成了本问题的目标集构成了本问题的目标集合合动物是长颈鹿动物是长颈鹿动物有暗斑点动物有暗斑点动物有长脖子动物有长脖子 动物有蹄动物有蹄动物是有蹄类动物动物是有蹄类动物动物是斑马动物是斑马动物是嚼反刍动物动物是嚼反刍动物 动物是哺乳动物动物是哺乳动物 动物有奶动物有奶动物有毛发动物有毛发 动物有长腿动物有长腿动物有黑条纹动物有黑条纹r714产生式系统简例产生式系统简例基于规则的动物识别系统基于规则的动物识别系统(4/4)系统的推理过程系统的推理过程 (1) 先从规则库中取出第一条规则先从规则库中取出第一条规则r1,检查其前提是否可与综合数据库中的
14、已,检查其前提是否可与综合数据库中的已知事实相匹配。知事实相匹配。 r1的前提是的前提是“动物有毛发动物有毛发”,但事实库中无此事实,故匹配失败。,但事实库中无此事实,故匹配失败。然后取然后取r2,该前提可与已知事实,该前提可与已知事实“动物有奶动物有奶”相匹配,相匹配,r2被执行,并将其结论被执行,并将其结论“动物是哺乳动物动物是哺乳动物”作为新的事实加入到综合数据库中。此时,综合数据库的内作为新的事实加入到综合数据库中。此时,综合数据库的内容为:容为: 动物有暗斑,动物有长脖子,动物有长腿,动物有奶,动物有蹄动物有暗斑,动物有长脖子,动物有长腿,动物有奶,动物有蹄 动物是哺乳动物动物是哺乳
15、动物 (2) 再从规则库中取再从规则库中取r3,r4,r5,r6进行匹配,均失败。接着取进行匹配,均失败。接着取r7,该前提与已,该前提与已知事实知事实“动物是哺乳动物动物是哺乳动物”相匹配,相匹配,r7被执行,并将其结论被执行,并将其结论“动物是有蹄类动物动物是有蹄类动物” 作为新的事实加入到综合数据库中。此时,综合数据库的内容变为:作为新的事实加入到综合数据库中。此时,综合数据库的内容变为: 动物有暗斑,动物有长脖子,动物有长腿,动物有奶,动物有蹄动物有暗斑,动物有长脖子,动物有长腿,动物有奶,动物有蹄 动物是哺乳动物,动物是有蹄类动物动物是哺乳动物,动物是有蹄类动物 (3) 此后,此后,
16、r8,r9,r10均匹配失败。接着取均匹配失败。接着取r11,该前提,该前提 “动物是有蹄类动物动物是有蹄类动物 AND 动物有长脖子动物有长脖子 AND 动物有长腿动物有长腿 AND 动物身上有暗斑动物身上有暗斑” 与已知事实相与已知事实相匹配,匹配,r11被执行,并推出被执行,并推出“动物是长颈鹿动物是长颈鹿”。由于。由于“长颈鹿长颈鹿”已是目标集合中已是目标集合中的一个具体动物,即已推出最终结果,故问题求解过程结束。的一个具体动物,即已推出最终结果,故问题求解过程结束。15语义网络语义网络 语义网络是一种用实体及其语义关系来表达知识的有向图。语义网络是一种用实体及其语义关系来表达知识的有
17、向图。 结点:结点:代表代表实体实体,表示事物、概念、情况、属性、状态、事件、动作等,表示事物、概念、情况、属性、状态、事件、动作等 弧:弧:代表代表语义关系语义关系,表示所连两个实体之间的语义联系,必须带有标识,表示所连两个实体之间的语义联系,必须带有标识语义基元语义基元 语义网络中最基本的语义单元称为语义基元,可用三元组表示为:语义网络中最基本的语义单元称为语义基元,可用三元组表示为: (结点(结点1,弧,结点,弧,结点2)基本网元基本网元 指一个语义基元对应的有向图,是语义网络中最基本的结构单元指一个语义基元对应的有向图,是语义网络中最基本的结构单元 例如:例如:语义基元(语义基元(A,
18、 R, B)所对应的基)所对应的基本网元,如图本网元,如图2-3所示。所示。 例例2.6 用语义基元表示用语义基元表示“鸵鸟是一种鸟鸵鸟是一种鸟”这一事实。这一事实。 解:解:如图如图2-4所示。所示。说明:说明:弧的方向不可随意调换。弧的方向不可随意调换。ABR图图2-4鸵鸟鸵鸟鸟鸟是一种是一种图图2-3自然演绎推理 (1) 假言推理 P, PQ Q (2) 拒取式 Q, PQ P (3) 假言三段论 PQ, QR PR第三章 搜索策略主要内容 搜索问题的表示法 盲目搜索:广度优先,深度优先 启发式搜索:解树的代价的计算第四章 计算智能主要内容 进化计算(遗传算法)21计算种群中各个个体的适
19、应度,并进行评价计算种群中各个个体的适应度,并进行评价满足终止条件吗?满足终止条件吗?终止终止选择交叉交叉变异变异Y图图4-18 基本遗传算法的算法流程图基本遗传算法的算法流程图编码和生成初始种群编码和生成初始种群N选择选择 其算法流程如其算法流程如图图4-18所示。所示。 遗传算法的基本结构22 常用的遗传编码算法有霍兰德二进制码、格雷码(常用的遗传编码算法有霍兰德二进制码、格雷码(Gray Code)、实数编码)、实数编码和字符编码等。和字符编码等。(1)二进制编码(二进制编码(Binary encoding) 二进制编码是将原问题的结构变换为染色体的位串结构。在二进制编码中,二进制编码是
20、将原问题的结构变换为染色体的位串结构。在二进制编码中,首先要确定二进制字符串的长度首先要确定二进制字符串的长度l,该长度与变量的定义域和所求问题的计算,该长度与变量的定义域和所求问题的计算精度有关。精度有关。 例例5.5 假设变量假设变量x的定义域为的定义域为5,10,要求的计算精度为,要求的计算精度为10-5,则需要将,则需要将5,10至少分为至少分为600000个等长小区间,每个小区间用一个二进制串表示。于是,个等长小区间,每个小区间用一个二进制串表示。于是,串长至少等于串长至少等于20,原因是:,原因是: 524288=219600000220=1048576这样,对应于区间这样,对应于
21、区间5,10内满足精度要求的每个值内满足精度要求的每个值x,都可用一个,都可用一个20位编码的位编码的二进制串二进制串来表示。来表示。 二进制编码存在的主要缺点二进制编码存在的主要缺点是汉明(是汉明(Hamming)悬崖。)悬崖。 例如,例如,7和和8的二进制数分别为的二进制数分别为0111和和1000,当算法从,当算法从7改进到改进到8时,就必须时,就必须改变所有的位。改变所有的位。 遗传编码(1/3)23 适应度函数是一个用于对个体的适应性进行度量的函数。通常,一适应度函数是一个用于对个体的适应性进行度量的函数。通常,一个个体的适应度值越大,它被遗传到下一代种群中的概率也就越大。个个体的适
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