《人工智能》知识表示方法-ppt课件.ppt
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- 人工智能 知识 表示 方法 ppt 课件
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1、Artificial Intelligence (AI)人工智能人工智能第二章:知识表示方法第二章:知识表示方法预备知识预备知识v人类的智能活动过程主要是一个获得并运用知识人类的智能活动过程主要是一个获得并运用知识的过程的过程v按照符号主义的观点,按照符号主义的观点,知识是一切智能行为的基知识是一切智能行为的基础础,要使计算机具有智能,首先必须使它拥有知,要使计算机具有智能,首先必须使它拥有知识识知识表示方法知识的概念知识的概念知识是人们在改造客观世界的知识是人们在改造客观世界的实践中积累起来的实践中积累起来的认识认识和和经验经验认识:认识:包括对事物现象、本质、属性、状态、联系等包括对事物现
2、象、本质、属性、状态、联系等的认识的认识经验:经验:包括包括解决问题的微观方法和宏观方法解决问题的微观方法和宏观方法p微观方法:微观方法:如步骤、操作、规则、过程、技巧等如步骤、操作、规则、过程、技巧等p宏观方法:宏观方法:如战略、战术、计谋、策略等如战略、战术、计谋、策略等eg:“if 大雁向南飞,大雁向南飞,then 冬天就要来临了。冬天就要来临了。”这样一条知识就是这样一条知识就是人们经过长期的观察,将人们经过长期的观察,将“大雁向南飞大雁向南飞”与与“冬天来临冬天来临”这两条信息这两条信息关联在一起。关联在一起。“雪是白色的雪是白色的”反映雪与颜色的一种关系。反映雪与颜色的一种关系。知
3、识的概念知识的概念 数据:数据:是信息的载体,本身无确切含义。如:是信息的载体,本身无确切含义。如:水的温度是水的温度是100,木头的长度是,木头的长度是2米,大楼的高度是米,大楼的高度是100层层 信息:信息:是数据的关联,赋予数据特定的含义,仅可理解为描是数据的关联,赋予数据特定的含义,仅可理解为描述性知识。数据是没有联系的,孤立的,述性知识。数据是没有联系的,孤立的,只有当数据用来描只有当数据用来描述一个客观事物和客观事物的关系,形成有逻辑的数据流,述一个客观事物和客观事物的关系,形成有逻辑的数据流,他们才能被称为信息他们才能被称为信息。 知识:知识:可以是对可以是对信息的关联信息的关联
4、,也可以是,也可以是对已有知识的再认识对已有知识的再认识。如:西安如:西安7月月1日气温为日气温为30度,度,12月月1日气温为日气温为3度。当对这类度。当对这类信息进行归纳和对比就会发现西安每年信息进行归纳和对比就会发现西安每年7月气温比较高,月气温比较高,12月气温比较低。于是有价值的信息沉淀并结构化后就形成了月气温比较低。于是有价值的信息沉淀并结构化后就形成了知识。知识。知识的划分知识的划分按知识的性质:按知识的性质:概念、命题、公理、定理、规则和方法概念、命题、公理、定理、规则和方法按知识的作用域:按知识的作用域:常识性知识,领域性知识常识性知识,领域性知识按知识的等级:按知识的等级:
5、p零级知识:零级知识:事实性知识。用于描述事物的概念、定义、属性等;事实性知识。用于描述事物的概念、定义、属性等; 或用于描述问题的状态、环境、条件等。或用于描述问题的状态、环境、条件等。p一级知识:一级知识:过程性知识。用于问题求解过程的操作、演算和行过程性知识。用于问题求解过程的操作、演算和行为的知识。为的知识。表示方式:产生式、谓词、语义网络等。表示方式:产生式、谓词、语义网络等。p二级知识:二级知识:控制性知识,元知识或超知识。是关于如何使用过控制性知识,元知识或超知识。是关于如何使用过程性知识的知识。程性知识的知识。例如:推理策略、搜索策略、不确定性的传例如:推理策略、搜索策略、不确
6、定性的传播策略。播策略。 知识的划分知识的划分按知识的层次:按知识的层次:p表层知识:表层知识:描述客观事物的现象的知识。例如:感性、事实性描述客观事物的现象的知识。例如:感性、事实性知识知识p深层知识:深层知识:描述客观事物本质、内涵等的知识。例如:理论知描述客观事物本质、内涵等的知识。例如:理论知识识按知识的确定性:按知识的确定性:p确定性知识:确定性知识:可以说明其真值为真或为假的知识可以说明其真值为真或为假的知识p不确定性知识:不确定性知识:包括不精确、模糊、不完备知识包括不精确、模糊、不完备知识l不精确:不精确:知识本身有真假,但由于认识水平限制却不能肯定知知识本身有真假,但由于认识
7、水平限制却不能肯定知识的真假。识的真假。表示:用可信度、概率等描述表示:用可信度、概率等描述l模糊:模糊:知识本身的边界就是不清楚的。知识本身的边界就是不清楚的。例如:大,小等。表示:例如:大,小等。表示:用可能性、隶属度来描述用可能性、隶属度来描述l不完备:不完备:解决问题时不具备解决该问题的全部知识。解决问题时不具备解决该问题的全部知识。例如:医例如:医生看病生看病知识的划分知识的划分按人类的思维及认识方法:按人类的思维及认识方法:p逻辑性知识:逻辑性知识:是反映人类逻辑思维过程的知识,一般具有因果是反映人类逻辑思维过程的知识,一般具有因果关系或难以精确描述的特点,是人类的经验性知识和直观
8、感觉;关系或难以精确描述的特点,是人类的经验性知识和直观感觉;如:人的为人处事的经验与风格如:人的为人处事的经验与风格p形象性知识:形象性知识:通过事物的形象建立起来的知识。通过事物的形象建立起来的知识。如如: :什么是人?什么是人?按知识的获取方式:按知识的获取方式:p显性知识:显性知识:指可通过文字、语言、图形、声音等形式编码记录指可通过文字、语言、图形、声音等形式编码记录和传播的知识;和传播的知识;如:教材、音视频光盘。如:教材、音视频光盘。p隐性知识:隐性知识:指人们长期实践中积累获得的知识,不易用显性知指人们长期实践中积累获得的知识,不易用显性知识表达的知识。识表达的知识。如:每个人
9、都有不同的审美观。如:每个人都有不同的审美观。人工智能系统中的知识人工智能系统中的知识v 一个智能程序高水平的运行需要有关的一个智能程序高水平的运行需要有关的事实知识、规则知事实知识、规则知识、控制知识和元知识。识、控制知识和元知识。v 事实知识:事实知识:是有关问题环境的一些事物的知识,常以是有关问题环境的一些事物的知识,常以“是是”的形式出现。的形式出现。 如事物的分类、属性、事物间关系、科学事实、客观事实等如事物的分类、属性、事物间关系、科学事实、客观事实等 事实是静态的为人们共享的可公开获得的公认的知识,事实是静态的为人们共享的可公开获得的公认的知识,在知在知识库中属低层的知识。识库中
10、属低层的知识。 如:雪是白色的、鸟有翅膀、张三李四是好朋友、这辆车是如:雪是白色的、鸟有翅膀、张三李四是好朋友、这辆车是张三的张三的v 规则知识:规则知识:是有关问题中与事物的行动、动作相联系的因是有关问题中与事物的行动、动作相联系的因果关系知识,是动态的,常以果关系知识,是动态的,常以“如果如果那么那么” 形式出现。形式出现。人工智能系统中的知识人工智能系统中的知识v 控制知识:控制知识:是有关问题的求解步骤、技巧的知识,告诉人是有关问题的求解步骤、技巧的知识,告诉人们怎么做一件事,也包括当有多个动作同时被激活时应选们怎么做一件事,也包括当有多个动作同时被激活时应选哪一个动作来执行的知识。哪
11、一个动作来执行的知识。控制知识常与程序结合在一起控制知识常与程序结合在一起出现,如一个问题求解的算法可以看做是一种知识表示。出现,如一个问题求解的算法可以看做是一种知识表示。v 元知识:元知识:是有关知识的知识,是是有关知识的知识,是知识库中的高层知识知识库中的高层知识。 包括怎样使用规则、解释规则、校验规则、解释程序结构等包括怎样使用规则、解释规则、校验规则、解释程序结构等知识。知识。 元知识与控制知识是有重迭的元知识与控制知识是有重迭的,对一个大的程序来说,以元,对一个大的程序来说,以元知识或说元规则形式体现控制知识更为方便,因为知识或说元规则形式体现控制知识更为方便,因为元知识存元知识存
12、于知识库中,而控制知识常与程序结合在一起出现,从而不于知识库中,而控制知识常与程序结合在一起出现,从而不容易修改容易修改。 知识表示知识表示v 知识表示:知识表示:是研究用机器表示知识的可行性、有效性的一是研究用机器表示知识的可行性、有效性的一般方法,是一种般方法,是一种数据结构数据结构与与控制结构控制结构的统一体,既考虑知的统一体,既考虑知识的识的存储存储又考虑知识的又考虑知识的使用使用。v 知识表示的要求:知识表示的要求:p 表示能力:表示能力:能否能否正确正确、有效有效地表示问题。包括:表示范围的广泛地表示问题。包括:表示范围的广泛性、领域知识表示的高效性、对非确定性知识表示的支持程度。
13、性、领域知识表示的高效性、对非确定性知识表示的支持程度。p 可利用性:可利用性:可利用这些知识可利用这些知识进行有效推理进行有效推理。包括:对推理的适应。包括:对推理的适应性,对高效算法的支持程度。性,对高效算法的支持程度。p 可实现性:可实现性:要便于计算机直接对其进行处理要便于计算机直接对其进行处理 p 可组织性:可组织性:可以按某种方式把知识组织成可以按某种方式把知识组织成某种知识结构某种知识结构p 可维护性:可维护性:便于对知识的增、删、改等操作便于对知识的增、删、改等操作p 自然性:自然性:符合人们的日常习惯符合人们的日常习惯p 可理解性:可理解性:知识应易读、易懂、易获取等知识应易
14、读、易懂、易获取等 内容提要1.1.状态空间法状态空间法2.2.问题归约法问题归约法3.3.谓词逻辑法谓词逻辑法4.4.语义网络法语义网络法5.5.其他方法其他方法内容提要1.1.状态空间法状态空间法2.2.问题归约法问题归约法3.3.谓词逻辑法谓词逻辑法4.4.语义网络法语义网络法5.5.其他方法其他方法状态空间法v人工智能虽然有多个研究领域,而且每个研究领人工智能虽然有多个研究领域,而且每个研究领域又各有自己的规律和特点,都可抽象为一个域又各有自己的规律和特点,都可抽象为一个“问题求解问题求解”的过程。问题求解过程实际上是一的过程。问题求解过程实际上是一个个搜索搜索过程。过程。v 问题求解
15、技术主要是两个方面:问题求解技术主要是两个方面: 问题的表示问题的表示 求解的方法求解的方法v 状态空间法状态空间法(State Space Representation):):状态空间法就是用来表示问题及其搜索过程的一种方法。它是状态空间法就是用来表示问题及其搜索过程的一种方法。它是人工智能中最基本的形式化方法,用人工智能中最基本的形式化方法,用“状态(状态(state)”和和“算算符(符(operator)”来表示问题。来表示问题。状态空间法v 状态空间法的三要素状态空间法的三要素p(1) 状态(状态(state):):描述某类不同事物间的差别而引入的一描述某类不同事物间的差别而引入的一组
16、最少变量组最少变量 q0,q1,qn的有序集合,是表示问题解法中的有序集合,是表示问题解法中每一步问题状况的数据结构。有序集合中每个元素每一步问题状况的数据结构。有序集合中每个元素qi(i= 0,1,.,n)为集合的分量,称为)为集合的分量,称为状态变量状态变量。给定每个分量的一。给定每个分量的一组值就得到一个具体的状态。组值就得到一个具体的状态。p (2) 算符(算符(operator):):使问题从一种状态变化为另一种状使问题从一种状态变化为另一种状态的手段称为操作符或算符。态的手段称为操作符或算符。p (3) 状态空间方法:状态空间方法:是一个表示该问题是一个表示该问题全部可能状态及其关
17、全部可能状态及其关系的图系的图,它包含三种说明的集合,即三元状态(,它包含三种说明的集合,即三元状态(S,F,G)。)。S:所有可能的问题初始状态集合;:所有可能的问题初始状态集合;F:操作符集合;:操作符集合;G:目:目标状态集合。标状态集合。状态空间法v 状态空间法举例:状态空间法举例:下棋、迷宫及各种游戏。下棋、迷宫及各种游戏。十五数码难题十五数码难题(15 puzzle)(15 puzzle):由由1515个编有个编有1 1至至1515并放在并放在4 44 4方格棋盘上的可走动的棋子组成。方格棋盘上的可走动的棋子组成。1194151312758613210141234567891011
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