智能系统及其应用人工智能技术什么是人
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解释功能是专家系统区别于其他软件系统的重要特征，常见的 解释方式有：(1) What解释方法，其实是将所有可能的疑问存入系统，需 要时调出；（2）How解释方法：用于回答用户如何得出结论，其实就是 提交求解过程产生的各种中间结果；（3）Why方法：用于回答用户为什 么做出某种决策，其实现策略是自低向上搜索目标树，直到找出问题的 起源。
在人工智能课程的教学中， “渡河问题” 常常被作为例子来讲解知识表示的形式和 问题的求解过程。
“渡河问题”求解过程如图，图中左边是对老农、狐狸、羊羔、白菜“渡河”过程 的直观演示，右边则具体给出了“渡河”过程中每一步的状态。用n、s分别代表河的 南岸和北岸，当前状态的括号中记录了四者的位置。例如，状态（n，s，n，s）表示 老农和羊羔在北岸、狐狸和白菜在南岸时的状态。
后件”形式 ● 综合数据库：用于存放系统运行过程中所需要的原始数据和产生
的所有信息。 ● 推理机：根据综合数据库当前的状态，利用知识库中的知识进行
推理。它主要有2个任务：推理和控制搜索过程。 ● 知识获取程序：这个部件负责建立、修改和扩充知识库，并对知
识库中的知识进行一致性、完整性进行维护。
● 解释程序：解释程序用于对求解过程作出说明，并回答用户提 出的问题。
❖ 八数码游戏：1-8数字(棋子)/9个方格(棋盘 格)/1个空格
❖ 可用如下形式的规则来表示数字通过空格进行 移动： <a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9>→<b1,b2,b3,b4 ,b5,b6,b7,b8,b9>
❖ 共24条规则=4角*2+4边*3+1中间*4 ❖ 搜索顺序举例：
三、专家系统 1. 定义：专家系统是某一特定的知识领域内，以人类专家水平去解决该领域中困难 问题的计算机程序。 专家系统是当前AI应用中最成功的一个领域。 2. 特征： ● 具有专家水平的专门知识：可存储一个或多个专家的知识和经验。
● 能进行有效的推理
● 具有获取知识的能力
● 具有灵活性：可通过符号处理进行各种方式的推理，也可对不确定数据进行推 理。
反向推理
正向推理
目标驱动
数据驱动
从可能的解答出发，向后推理验证 解答
从一组数据出发向前推导结论
由询问关于目标状态的一个问题而 启动
从一个事件启动
可解释其推理过程
不能解释其推理过程
由顶向下推理
由底向上推理
典型系统：PROLOG
典型系统：cLIPS,OPS
正反向推理策略的简要比较
例1：搜索技术
八数码游戏
二、产生式系统 产生式系统作为人类心理活动中信息加工过程研究的基础，并用它来建立人类问题 求解行为的模型。产生式系统已经发展成为人工智能系统中最典型的一种基本结构， 是专家系统及其他人工智能应用系统最自然的知识表示及推理的基本模型。
典型的产生式系统由三个部分组成： (1) 规则库（知识库）——包含产生式的规则集合； 规则形式为： 前件 -> 后件 IF 条件 THEN 动作或结论 如： IF 天正在下雨 THEN 司机要小学驾驶 (2) 工作存储器（综合数据库）——记载问题求解 的初始状态、已知事实、推理的中间结果及最 后结论； 其内容是动态变化的。可通过简单的表、数组、 带索引的文件结构、关系数据库等来实现。 (3) 控制器——它控制系统的运行和推理过程，包 括：①规则扫描的起点和顺序安排；②规则前 件与工作存储器中事实的模式匹配；③工作存 储器的状态更新；④多条规则被触发时的冲突 消解；⑤推理终止条件的判定等。
(1)优先移动行数小的棋子(数字)
(2)同一行中优先移动列数大的棋子
❖ 约束规则：不使离开既定位置的数字数增加
八数码游戏的搜索树
既定位置=终态
Begin
152
4
3
678
152 43
678
*1
2
453
678
*1 5 2 43 678
152
473
Biblioteka Baidu
6
8
*
12 453 678
12 453 678
*
15 432 678
❖ 目标测试
新向量是否是目标状态(也是向量形式)
❖ 路径耗散函数
每次移动代价为1
例2：渡河问题
老农携带一只狐狸、一头羊羔和一筐白菜，要从南岸过河到北岸。岸边有一条小船， 只有老农自己能划船，而且除了老农以外，每次只能再带一样东西过河。在整个渡河 过程中，无论什么情况，若老农不在场，则不允许狐狸和羊羔单独相处，羊羔也不得 与白菜放在一起。请问，老农如何才能把它们全部安全摆渡到北岸？
● 具有透明性：能以可以理解的方式解释推理过程。
● 具有交互性：人机接口
● 具有一定的复杂性和难度
3. 专家系统与常规程序的区别
● 常规程序=数据结构+算法
专家系统=知识+推理
● 常规程序将知识组织成数据级和程序级；而专家系统将知识组织 成数据级、知识库级和控制级。
● 常规程序一般是通过查找或计算获取问题的解，本质上是数值计 算；而专家系统是通过推理获取问题的解或证明某个假设，本质上是符 号处理。
产生式规则系统的控制策略：控制策略是如何在规则中进行搜索的策略，又称推理策 略，一般分为：
(１) 正向推理(数据驱动)：也称为正向链接，方法是首先检查规则前提是否成立，若 前提成立，则执行该规则的动作部分。
(２) 逆向推理(目标驱动控制) ：也称为逆向链接，适用于规则的动作部分是某一结 论的规则。方法是对要证实的假设，选择一条结论与该假设相符合的规则，然后 检查该规则的前提是否成立
● 常规程序处理的数据多数是精确的；而专家系统处理的数据大多 数是不精确的、模糊的。
● 常规程序一般不需要具备解释功能；而专家系统一般具有解释机 构，它可以对自己的行为作出解释。
● 常规程序与专家系统具有不同的软件体系结构。
4. 专家系统的基本结构
专家系统的基本结构由五部分组成： ● 知识库；用于存放问题求解所需要的知识，规则采用“前件->
产生式系统的工作周期由模式匹配（合一）、选择（冲突消除）、执行（动作）3个 阶段组成， 其执行过程是：
（１）DATA 初始数据库 （２）untill DATA 满足结束条件，do
（３） begin （４） 在规则集合中，选择一条可应用于DATA的规则Ｒ （５） DATA R应用到DATA得到的结果 （６） end
152 438 67
*1 2 3 45 678
End
123
4
5
678
412 53
678
412
5
3
678
*1
5
432
678
152
438
6
7
412 653
78
*
135
4
2
678
八数码问题形式化
❖ 初始状态
初始状态向量—规定向量中各分量对应 的位置，各位置上的初始数字
❖ 后继函数
移动规则—按照某条规则移动数字，将 得到的新向量
在人工智能课程的教学中， “渡河问题” 常常被作为例子来讲解知识表示的形式和 问题的求解过程。
“渡河问题”求解过程如图，图中左边是对老农、狐狸、羊羔、白菜“渡河”过程 的直观演示，右边则具体给出了“渡河”过程中每一步的状态。用n、s分别代表河的 南岸和北岸，当前状态的括号中记录了四者的位置。例如，状态（n，s，n，s）表示 老农和羊羔在北岸、狐狸和白菜在南岸时的状态。
后件”形式 ● 综合数据库：用于存放系统运行过程中所需要的原始数据和产生
的所有信息。 ● 推理机：根据综合数据库当前的状态，利用知识库中的知识进行
推理。它主要有2个任务：推理和控制搜索过程。 ● 知识获取程序：这个部件负责建立、修改和扩充知识库，并对知
识库中的知识进行一致性、完整性进行维护。
● 解释程序：解释程序用于对求解过程作出说明，并回答用户提 出的问题。
❖ 八数码游戏：1-8数字(棋子)/9个方格(棋盘 格)/1个空格
❖ 可用如下形式的规则来表示数字通过空格进行 移动： <a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9>→<b1,b2,b3,b4 ,b5,b6,b7,b8,b9>
❖ 共24条规则=4角*2+4边*3+1中间*4 ❖ 搜索顺序举例：
三、专家系统 1. 定义：专家系统是某一特定的知识领域内，以人类专家水平去解决该领域中困难 问题的计算机程序。 专家系统是当前AI应用中最成功的一个领域。 2. 特征： ● 具有专家水平的专门知识：可存储一个或多个专家的知识和经验。
● 能进行有效的推理
● 具有获取知识的能力
● 具有灵活性：可通过符号处理进行各种方式的推理，也可对不确定数据进行推 理。
反向推理
正向推理
目标驱动
数据驱动
从可能的解答出发，向后推理验证 解答
从一组数据出发向前推导结论
由询问关于目标状态的一个问题而 启动
从一个事件启动
可解释其推理过程
不能解释其推理过程
由顶向下推理
由底向上推理
典型系统：PROLOG
典型系统：cLIPS,OPS
正反向推理策略的简要比较
例1：搜索技术
八数码游戏
二、产生式系统 产生式系统作为人类心理活动中信息加工过程研究的基础，并用它来建立人类问题 求解行为的模型。产生式系统已经发展成为人工智能系统中最典型的一种基本结构， 是专家系统及其他人工智能应用系统最自然的知识表示及推理的基本模型。
典型的产生式系统由三个部分组成： (1) 规则库（知识库）——包含产生式的规则集合； 规则形式为： 前件 -> 后件 IF 条件 THEN 动作或结论 如： IF 天正在下雨 THEN 司机要小学驾驶 (2) 工作存储器（综合数据库）——记载问题求解 的初始状态、已知事实、推理的中间结果及最 后结论； 其内容是动态变化的。可通过简单的表、数组、 带索引的文件结构、关系数据库等来实现。 (3) 控制器——它控制系统的运行和推理过程，包 括：①规则扫描的起点和顺序安排；②规则前 件与工作存储器中事实的模式匹配；③工作存 储器的状态更新；④多条规则被触发时的冲突 消解；⑤推理终止条件的判定等。
(1)优先移动行数小的棋子(数字)
(2)同一行中优先移动列数大的棋子
❖ 约束规则：不使离开既定位置的数字数增加
八数码游戏的搜索树
既定位置=终态
Begin
152
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3
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Biblioteka Baidu
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12 453 678
12 453 678
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15 432 678
❖ 目标测试
新向量是否是目标状态(也是向量形式)
❖ 路径耗散函数
每次移动代价为1
例2：渡河问题
老农携带一只狐狸、一头羊羔和一筐白菜，要从南岸过河到北岸。岸边有一条小船， 只有老农自己能划船，而且除了老农以外，每次只能再带一样东西过河。在整个渡河 过程中，无论什么情况，若老农不在场，则不允许狐狸和羊羔单独相处，羊羔也不得 与白菜放在一起。请问，老农如何才能把它们全部安全摆渡到北岸？
● 具有透明性：能以可以理解的方式解释推理过程。
● 具有交互性：人机接口
● 具有一定的复杂性和难度
3. 专家系统与常规程序的区别
● 常规程序=数据结构+算法
专家系统=知识+推理
● 常规程序将知识组织成数据级和程序级；而专家系统将知识组织 成数据级、知识库级和控制级。
● 常规程序一般是通过查找或计算获取问题的解，本质上是数值计 算；而专家系统是通过推理获取问题的解或证明某个假设，本质上是符 号处理。
产生式规则系统的控制策略：控制策略是如何在规则中进行搜索的策略，又称推理策 略，一般分为：
(１) 正向推理(数据驱动)：也称为正向链接，方法是首先检查规则前提是否成立，若 前提成立，则执行该规则的动作部分。
(２) 逆向推理(目标驱动控制) ：也称为逆向链接，适用于规则的动作部分是某一结 论的规则。方法是对要证实的假设，选择一条结论与该假设相符合的规则，然后 检查该规则的前提是否成立
● 常规程序处理的数据多数是精确的；而专家系统处理的数据大多 数是不精确的、模糊的。
● 常规程序一般不需要具备解释功能；而专家系统一般具有解释机 构，它可以对自己的行为作出解释。
● 常规程序与专家系统具有不同的软件体系结构。
4. 专家系统的基本结构
专家系统的基本结构由五部分组成： ● 知识库；用于存放问题求解所需要的知识，规则采用“前件->
产生式系统的工作周期由模式匹配（合一）、选择（冲突消除）、执行（动作）3个 阶段组成， 其执行过程是：
（１）DATA 初始数据库 （２）untill DATA 满足结束条件，do
（３） begin （４） 在规则集合中，选择一条可应用于DATA的规则Ｒ （５） DATA R应用到DATA得到的结果 （６） end
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八数码问题形式化
❖ 初始状态
初始状态向量—规定向量中各分量对应 的位置，各位置上的初始数字
❖ 后继函数
移动规则—按照某条规则移动数字，将 得到的新向量