人工智能课件-2[1].3-产生式表示法.ppt
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- 人工智能 课件 产生 表示
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1、人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院12.3 2.3 产生式表示法产生式表示法第第2 2章章 知识表示知识表示 2.1 2.1 概概 述述2.2 2.2 谓词逻辑表示法谓词逻辑表示法 人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院2 产生式系统产生式系统(Production System): : 19431943年年, ,由珀斯特由珀斯特( (Post)Post)提出,他用这种规则对符提出,他用这种规则对符号串作替换运算。号串作替换运算。 1965 1965年美国的纽威尔和西蒙利用这种原理建立了认年美国的纽威尔和西蒙利用这种原理建立了认知模型。同年,斯坦福大学设
2、计第一个专家系统知模型。同年,斯坦福大学设计第一个专家系统DENDRALDENDRAL时,就采用产生式系统的结构。时,就采用产生式系统的结构。 产生式系统是目前已建立的专家系统中知识表示的产生式系统是目前已建立的专家系统中知识表示的主要手段之一主要手段之一, ,如如MYCINMYCIN、CLIPS/JESSCLIPS/JESS系统等。系统等。 在产生式系统中,把推理和行为的过程用产生式规在产生式系统中,把推理和行为的过程用产生式规则表示,所以则表示,所以又称基于规则的系统。又称基于规则的系统。 2.3 2.3 产生式表示法产生式表示法人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院3
3、一般地,一个规则由一般地,一个规则由前项前项和和后项后项两部分组成。两部分组成。前项前项表示前提条件,各个条件由逻辑连接词(合取、表示前提条件,各个条件由逻辑连接词(合取、析取等)组成各种不同的组合。析取等)组成各种不同的组合。后项后项表示当前提条表示当前提条件为真时,应采取的行为或所得的结论。产生式系件为真时,应采取的行为或所得的结论。产生式系统中每条规则是一个统中每条规则是一个“条件条件结论结论”或或“前提前提结结论论”的产生式,起简单形式为:的产生式,起简单形式为: IFIF前提前提THENTHEN结论结论 IF IF条件条件THENTHEN动作动作2.3.1 2.3.1 规则的表示规则
4、的表示人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院4为了严格地描述产生式,下面用为了严格地描述产生式,下面用巴科斯范式巴科斯范式给给出它的形式描述和语义:出它的形式描述和语义: = =| =| = And And (And And ) | | Or Or (Or Or ) =(,)人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院51. 产生式规则产生式规则v通常用于表示事物间的通常用于表示事物间的因果关系因果关系;v【基本形式基本形式】IF P then Q 或或 P Q,其中,其中P表示规则的表示规则的条件条件(或称(或称前提前提);); 谓词谓词、多元组、常量、变量、关
5、系运算、多元组、常量、变量、关系运算Q表示规则激活时应该执行的表示规则激活时应该执行的动作动作(或得到(或得到的的结论结论);); 激活激活规则条件规则条件P满足;满足;v【规则分类规则分类】前提前提-结论型结论型条件条件-动作型动作型 人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院61. 产生式规则产生式规则v前提前提-结论型规则结论型规则(P Q)例如,关于动物世界的产生式系统中有规则例如,关于动物世界的产生式系统中有规则 IF 动物是哺乳动物,且吃肉;动物是哺乳动物,且吃肉; Then 这种动物是食肉动物。这种动物是食肉动物。或形式化为:或形式化为: Mammal(x) Eat
6、(x,Meat)Carnivore(x) (Mammal,?x) (Eat,?x,Meat) (Carnivore,?x) P谓词、多元组、关系表达式和真值函数的谓词、多元组、关系表达式和真值函数的任意任意 组合;组合; 不要求遵从一阶谓词演算的表示形式不要求遵从一阶谓词演算的表示形式 变量变量视为隐含地受全称量词视为隐含地受全称量词 约束;约束;Q结论结论 任意数据结构,如向量、数组、表格等。任意数据结构,如向量、数组、表格等。HCHHCHHHC|52人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院71. 产生式规则产生式规则v条件条件-动作型规则动作型规则(P Q)P谓词、多元组、
7、关系表达式和真值函数的任谓词、多元组、关系表达式和真值函数的任意意 组合;组合; 不要求遵从一阶谓词演算的表示形式不要求遵从一阶谓词演算的表示形式 变量变量可视为隐含地受全称量词可视为隐含地受全称量词 约束;约束;Q动作动作,任意操作函数,任意操作函数 操作操作综合数据库综合数据库; 屏幕、图像、文件操作;屏幕、图像、文件操作; 执行各种预定的计算功能;执行各种预定的计算功能;例如:例如: x-1 1 null(y) x:=0人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院81. 产生式规则v前提-结论型规则(P Q)v条件-动作型规则(P Q))(),()(xCarnivoreMea
8、txEatxMammal0:)() 11(xynullx左部(前件左部(前件)右部(后件右部(后件)谓词谓词关系表达式关系表达式真值函数真值函数人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院91 1确定性和不确定性规则知识的产生式表示确定性和不确定性规则知识的产生式表示 确定性规则确定性规则知识可用前面介绍的产生式的简单形式表示即知识可用前面介绍的产生式的简单形式表示即可。可。 不确定性规则不确定性规则知识对基本形式作一定的扩充,用如下形式知识对基本形式作一定的扩充,用如下形式表示表示 PQ PQ (可信度)可信度) 或者或者 IF P THEN Q IF P THEN Q (可信度
9、)可信度) 其中,其中,P P是产生式的前提或条件,用于指出该产生式是否是是产生式的前提或条件,用于指出该产生式是否是可用的条件;可用的条件;Q Q是一组结论或动作,用于指出该产生式的前提条是一组结论或动作,用于指出该产生式的前提条件件P P被满足时,应该得出的结论或因该执行的操作。这一表示形被满足时,应该得出的结论或因该执行的操作。这一表示形式主要在不确定推理中当已知事实与前提中的条件不能精确定式主要在不确定推理中当已知事实与前提中的条件不能精确定匹配时,只要按照匹配时,只要按照“可信度可信度”的要求达到一定的相似度,就认的要求达到一定的相似度,就认为已知事实与前提条件匹配,再按照一定的算法
10、将这种可能性为已知事实与前提条件匹配,再按照一定的算法将这种可能性(或不确定性)传递到结论。(或不确定性)传递到结论。2.3.2 2.3.2 事实的表示事实的表示 人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院102 2确定性和不确定性事实性知识的产生式表示确定性和不确定性事实性知识的产生式表示 确定性事实性知识一般使用三元组确定性事实性知识一般使用三元组 (对象,属性,值)或(对象,属性,值)或 (关系,对象(关系,对象1 1,对象,对象2 2)来表示,其中对象就是语言变量,这种表示的机器来表示,其中对象就是语言变量,这种表示的机器内部实现就是一个表。如事实内部实现就是一个表。如事
11、实“老李年龄是老李年龄是3535岁岁”,便可以表示成便可以表示成 (LeeLee, Age Age, 35 35)其中,其中,LeeLee是事实性知识涉及的对象,是事实性知识涉及的对象,AgeAge是该对象是该对象的属性,而的属性,而3535岁是该对象属性的值。而老李、老张岁是该对象属性的值。而老李、老张是朋友,可表示成是朋友,可表示成 (FriendFriend, Lee Lee, Zhang Zhang )人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院11而有些事实性知识带有而有些事实性知识带有不确定性和模糊性不确定性和模糊性,若考虑不,若考虑不确定性,这种知识就可以用四元组的形
12、式表示如下确定性,这种知识就可以用四元组的形式表示如下 (对象,属性,值,不确定度量值)或(对象,属性,值,不确定度量值)或 (关系,对象(关系,对象1 1,对象,对象2 2,不确定度量值),不确定度量值)如不确定性事实性知识如不确定性事实性知识 “ “老李年龄可能是老李年龄可能是3535岁岁”,这,这里老李是里老李是3535岁的可能性取岁的可能性取90%90%,便可以表示成,便可以表示成 (LeeLee, Age Age, 35 35,0.90.9)而老李、老张是朋友的可能性不大,这里老李、老张而老李、老张是朋友的可能性不大,这里老李、老张是朋友的可能性取是朋友的可能性取20%20%,可表示
13、成,可表示成(FriendFriend, Lee Lee, Zhang Zhang,0.2 0.2 )人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院122.3.3 2.3.3 产生式系统的组成部分产生式系统的组成部分产生式系统一般由三个基本部分组成:规则库、综产生式系统一般由三个基本部分组成:规则库、综合数据库和推理机。它们之间的关系如图所示合数据库和推理机。它们之间的关系如图所示。 推理机推理机规则库规则库综合数据库综合数据库产生式系统的基本结构产生式系统的基本结构 人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院13 用于描述某领域内知识的产生式集合,是某领用于描述某领域
14、内知识的产生式集合,是某领域知识域知识( (规则规则) )的存储器,其中的规则是以产生式形的存储器,其中的规则是以产生式形式表示的。规则库中包含着将问题从初始状态转换式表示的。规则库中包含着将问题从初始状态转换成目标状态成目标状态( (或解状态或解状态) )的那些变换规则。的那些变换规则。 规则库是专家系统的核心,也是一般产生式系规则库是专家系统的核心,也是一般产生式系统赖以进行问题求解的基础,其中知识的完整性和统赖以进行问题求解的基础,其中知识的完整性和一致性、知识表达的准确性和灵活性以及知识组织一致性、知识表达的准确性和灵活性以及知识组织的合理性,都将对产生式系统的性能和运行效率产的合理性
15、,都将对产生式系统的性能和运行效率产生直接的影响。生直接的影响。1.1.规则库规则库: :人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院14 综合数据库又称为事实库,用于存放输入的综合数据库又称为事实库,用于存放输入的事实、从外部数据库输入的事实以及中间结果事实、从外部数据库输入的事实以及中间结果( (事实事实) )和最后结果的工作区。当规则库中的某条和最后结果的工作区。当规则库中的某条产生式的前提可与综合数据库中的某些已知事实产生式的前提可与综合数据库中的某些已知事实匹配时,该产生式就被激活,并把用它推出的结匹配时,该产生式就被激活,并把用它推出的结论放入综合数据库中,作为后面推理
16、的已知事实。论放入综合数据库中,作为后面推理的已知事实。 显然,综合数据库的内容是在不断变化的,显然,综合数据库的内容是在不断变化的,是动态的。是动态的。2.2.综合数据库综合数据库: :人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院15 推理机是一个或一组程序,用来控制和协调规则推理机是一个或一组程序,用来控制和协调规则库与综合数据库的运行,包含了推理方式和控制策略。库与综合数据库的运行,包含了推理方式和控制策略。控制策略的作用就是确定选用什么规则或如何应用规控制策略的作用就是确定选用什么规则或如何应用规则。则。 通常从选择规则到执行操作分通常从选择规则到执行操作分3 3步完成:匹
17、配、步完成:匹配、冲突解决和操作。冲突解决和操作。3.3.推理机推理机: : (1) (1) 匹配:匹配:匹配就是将当前综合数据库中的事匹配就是将当前综合数据库中的事实与规则中的条件进行比较,如果相匹配,则这一实与规则中的条件进行比较,如果相匹配,则这一规则称为规则称为匹配规则匹配规则。人工智能人工智能2022-5-20中国矿业大学计算机学院16 (2) (2) 冲突解决冲突解决:冲突解决的策略有很多种:冲突解决的策略有很多种 , , 其其中专一性排序、规则排序、规模排序和就近排序是比中专一性排序、规则排序、规模排序和就近排序是比较常见的冲突解决策略。较常见的冲突解决策略。 (3) (3) 操
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