人工智能清华大学课件

第1章绪论定义2人工智能（学科人工智能（学科）是计算机科学中涉及研—究、设计和应用智能机器的一个分支。

它的近期主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相矢理论和技术。

定义3人工智能（能力入工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有尖的智能行为，如判断、推理、证明、识别•感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活劫°第2章知识表不方法重点掌握用状态空间法、问题归约法、谓词逻辑法、语义网络法、框架表示法来描述问题‘解决问题；2・1状态空间法许多问题求解方法是釆用试探搜索方法的。

也就是说，这些方法是通过在某个可能的解空间内寻找一个解来求解问题的。

这种基于解答空间的问题表示和求解方法就是状态空间法它是以状态和算符(operator)为基础来表示和求鯉问题的。

状态空间法三要点⑴状态(state):表示问题解法中每」步问题状况的数据结构；(2)算符(operator):把问题从一种状态变换为另一种状态的手段; _________________________ (3)状态空间方法：基于解答空间的问题表示和求解方法，它是以状态和算符为基础来表示和求解问题的。

例2：（分油问题）有ABC三个不带刻度的瓶子，分别能装8kg, 5kg和3kg油。

如果A 瓶装满油，B和C是空瓶，怎样操作三个瓶，使A中的油平分两份？（假设分油过程中不耗油）解：第一步：定义问题状态的描述形式：设SMb©表示B瓶和C瓶中的油量的状态。

其中：b表示B瓶中的油量。

C表示C瓶中的油量。

初始状态集:S= { ( (M) ) }目标状态油例：设有3个传教士和3个野人来到河边，打算乘一只船从右岸渡到左岸去。

该船的负载能力为两人。

在任何时候，如果野人人数超过传教士人数'那么野人就会把传教士吃掉。

他们怎样才能用这条船安全地把所有人都渡过河去？解：第一步：定义问题状态的描述形式：设S,=(M,C,B)表示传教士和野人在河右岸的状态。

其中：M表不传教士在右岸的人数。

C表不野人在右岸的人数。

B用来表示船是不是在右岸。

(B=l表示在右岸，B=0表示在左岸)°初始状态集：S二｛(331)｝目标状态集：G=｛( (MM))｝第二步：定义算符。

算符R(i, j)表示划船将i个传教士和j个野人送到左岸的操作。

算符L(i, j)表示划船从左岸将i个传教士和j 个野人带回右的操作。

由于过河的船每次最多载两个人，所以i+j<2o 这样定义的算符集F中只可能有如下10 人Ave个鼻付°F: R(l,0), R⑵0), R(I,1), R(0U), R(0,2)L(2,0), L(1,I), L( (M)」(0,2)第三步：求解过程。

由上述状态空间图，可见从初始状态(331) 到目标状态((MM))的任何一条通路都是问题的一个解。

其中：{R(1,I )」()，R(0,2K L(O,1), R(2M L(IJ), R(2,0), L(04K R(0,2\ L(I,O), R(1」)}是算符最少的解之一。

问题归约法的概念已知问题的描述，通过一系列变换把此问题最终变为一个子问题集合；这些子问题的解可以直接得到，从而解决了初始问题。

该方法也就是从目标(要解决的问题)出发逆向推理，建立子问题以及子问题的子问题，直至最后把初始问题归约为一个平凡的本原问题集合。

这就是问题归约问题归约法的组成部分t) 一个初始问题描述；(2)一套把问题变换为子问题的操作Ave ■付，(3)—套本原问题描述。

2.3谓词逻辑法一阶谓词逻辑表示法适于表示确定性的知识。

它具有自然性、精确性、严密性及易实现等特点°2.3谓词逻辑法用一阶谓词逻辑法表示知识的步骤如下：（1）定义谓词及个体，确定每个谓词及个体的确切含义。

（2）根据所要表达的事物或概念，为每个谓词中的变元赋以特定的值°（3）根据所要表达的知识的语义，用适当的连接符号将各个谓词连接起来'形虚追询公式。

例1:设有下列事实性知识：张晓辉是一名计算机系的学生，但他不喜欢编程序。

李晓鹏比他父亲长得高。

请用谓词公式表示这些知识。

_0)定义谓词及个体。

二Coinputer(x):x是计算机系的学生©Like(x,y):x 喜欢y。

Higher(x,y):x 比y 长得高。

二里涉及的个体有：张晓辉(zhangxh),编程序(programming),李晓鹏(lixp),以及函数father(lixp)表示李晓鹏的父素°例2：设有下列语句，请用相应的谓词公式把它们表示出来：(1)(2)(3)(4)(5)的人既喜欢梅花又喜欢菊花。

(6)他每天下午都去打篮球。

解：(1)人人爱劳动。

定义谓词如下：Man (X): X 是人0 Love (X, y): x 爱(Vx) (Man (x) - ► Love (x,劳动))I(X)：X是整数。

GZ (X): X大于等于零。

(Vx) (N(x)f (GZ(x) Al (X))) (3)西安市的夏天既干燥又炎热。

定义谓词:MAN(x)： X 是人。

LIKE(x,y): X 喜欢读*(Vx)(MAN(x)ALIKE(x,《SANGUOYANY1》)T LIKE(M《SHUIHU》))(5)有的人喜欢梅花，有的人喜欢菊花，有的人既喜欢梅花又喜欢菊花。

定义谓词：MAN(x):x 是人。

LIKE(x,y): X 喜欢y。

Meihua 表示梅花，Juhua 表示菊花，(3x)(MAN(x) A IJKK(x, Meihua))A (3y)(MAN(y) A LIKE(y, Juhua))A (3z)(MAN(z) A(LIK 玖无，Meihua) ATJKE(z A Tuhua)))(6)他每天下午都去打篮球。

定义谓词及个体：设TIME(x):x是下午。

PLAY(x,y):x 去打y, Liming 表示李明，Basketball表示足球，贝【」：(Vx) TlME(x)A PLAY(Limmg,Basketball)2.4语义网络法语义网络是1968年JRQuillia n在研究人类联想记忆时提出的心理学模型。

2.4语义网络法语义网络的概念语义网络是通过概念及其语义尖系来表示知识的一种结构化网络图，它由节点和弧线或链线组成，节点用来表示各种概念、事物、属性、情况、动作、状态等，每个节点可以带有若干个属性，以表征其所代表的对象的特性。

弧线用于表示节点间的矢系，其上的标注则表示被连接的两个节点间的某种语义联系或语义尖系。

2.4语义网络法语义网络表示知识的方法及步骤(a)确定问题中的所有对象以及各对象的属性。

(b)确定所讨论对象间的尖系。

(C)语义网络中，如果节点间的联系是ISA/AKO,则下层节点对上层节点的属性具有继承性。

整理同一层节点的共同属性，并抽出这些属性'加入上层书fdt中.KKh 诰ifeB件信宜flcnn会.例1、用一个语义网络表示下列命题。

(1) (2) (3) (4)(5)有根有叶的； 水草是草且长在水中；果树是树，且会结果；苹果树是果树 树和草都是植物；树和分析：问题涉及的对象有：植物、树、草、水草、果树、苹果树各对象的属性分别为：树和草的属性：有根、有叶；水草的属性：长在水中；果树的属性：会结果；苹果树的属性：结苹果。

AKOAKO壬黠AKD AKOI果树L会结果I水草I—长在水中例：用语义网络表示下列知识：猎狗是一种狗，而狗是一种动物。

狗除了动物的有生命、能吃食物.有繁殖能力、能运动外，还有以下特点：身上有毛.有尾巴.四条腿；猎狗的特点是吃肉、奔跑速度快、能狩猎、个头大；而狮子狗也是一种狗，它的特点是吃饲料、身体小、奔跑速度慢、不咬人、供观赏。

解题分析（1）本知识涉及的对象有4个：猎狗、狮子狗、狗、动物. 猎狗和狮子狗都是一种狗，除了它们木身的属性外，具有狗的一般特性：身上有毛、有尾巴、四条腿•而狗是一种动物，动物所具有的属性它也具有。

（2）猎狗与狗之间是一种类属尖系，狗和动物之间也是一种类属尖系，它们都可以用AKO表示。

（3）整理各对象节点之间的属性，使上层节点所具有的属f生不在下层节点中标出。

（4）将各对象作为一个节点，而它们之间的尖系作为弧，得到如下图所示的语义网络。

身上有毛厂 7 ?-\KO吃肉猎站匕莘饗有四条腿 AKFrame地廉框架名：V地震1>时间"：地皆：震级：伤亡人数：财产损失：3月h云南玉专家经验专家经验值大约损失：_FI_溪地区值：£4级：010万元if-准确值：needed :NIL ASK（电谨62332931）第3章搜索推理技术从问题表示到问题的解决，有一个求解的过程。

而实现求解的过程，釆用的基本方法包括搜索和推理。

和搜索相对应的知识表示法一般有两种：状态空间法:(S,F,G)与或图表示法：基于一种分解与变换的思想，利用树状结构对复杂问题进行表示，。