人工智能课件

人 工 智 能(2)
18.04.2020
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第二章 知识表达技术
课程的基本内容与要求
知识的概念与含义，知识类型和知识模型的变换； 重点介绍几种常用的知识表达法——状态空间表示法、与 /或图表 示法、产生式系统、知识的逻辑表达方法、语义网络、框架表达法、 特征表表达法和面向对象的表达法。
掌握知识表达的基本概念，学会划分知识的 类型和理解知识模型变 换在解决人工智能问题的过程中的作用与意义；
状态空间(State Space)是利用状态变量和操作符号，表示系统或问题 的有关知识的符号体系，状态空间是一个 四元组（ S，O，S0，G）： S—状态集合 ;O—操作算子集合 ;S0—初始状态 ,S0? S;G—目的 状 态,G? S,(G可若干具体状态，也可满足某些性质的路径信息描 述)
从S0结点到G结点的路径被称为求解路径。
状态空间一解 是一有限操作算子序列，它使初始状态转换为目标状态：
O1
O2
O3
Ok
S0???? S1???? S2???? ……???? G
其中O1，…，Ok即为状态空间的一个解(解往往不是唯一的)
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第二章 知识表达技术
2．3 状态空间表达
【例2．2】八数码问题的状态空间
在一3×3方格盘，放 1到8八个数码，另一格为空。
>因同态问题无解，蕴含着其原始问题也无解
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2．3 状态空间表达
Q=[q 状 态 用 来 表 示 系 统 状 态 , 事 实 等 叙 述 型 知 识 的 一 组 变 量 或 数 组 1,q2,…qn]t
操作是用来表示引起状态变化的过程型知识的一组关系或函数 F:{f1,f2,…fm}
学会如何将一个具体的问题，用所介绍的知识表达方法来表示；
初步体会在各种知识表达方法中，其知识机构是如何随知识的运用 而变化的。
1. 1-5节（学时） 2. 7节（学时） 3. 6，8-10节（学时）
重点：5节 重点：7节 重点：8节
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第二章 知识表达技术
2．1 知识的概念与含义
初始状态
2n
第一次分割
(a)原始问题 18.04.2020
(b)同构问题
2 ，0 0 ，0
(c)同态问题 7
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2．2 知识表达技术
【例2．1】方格棋盘分割问题
原始问题 :2n×2n方格盘，去掉对顶角上两方格，问能否将它分割为若干 1×2长方块？
直接求解 :考察 (2**(2n))**2 种可能分割方案，且随着 n增大，会“组合爆 炸”
智能行为——知识 ——对知识的获取、表达、搜索、分析、解答等智能 能力
人的智能的核心也在于“知识”
感性知识与理性知识，经验知识与理论知识 智能表现在：
? 知识的获取能力
? 知识的处理能力 ? 知识的运用能力
知识：是人们对自然现象的认识和从中总结出来的规律、经验
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2．2 知识表达技术
知识类型
叙述型知识—— 有关系统状态、环境和条件，问题的概念、 定义和事实的知识。 过程型知识—— 有关系统状态变化、问题求解过程的操作、 演算和行动的知识。 控制型知识—— 有关如何选择相应的操作、演算和行动的比 较、判断、管理和决策的知识。
例：对于从北京到上海，是乘飞机还是坐火车的问题。
? 叙述型知识：北京、上海、飞机、火车、时间、费用。 ? 过程型知识：乘飞机、坐火车。 ? 控制型知识：乘飞机较快、较贵；坐火车较慢、较便宜。
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2．2 知识表达技术
知识模型变换
同构： 问题的解答等价于原始问题的解答
同构问题:方格相间着色 ,无论n为何值，对顶角上两方格同色，去掉后白格 与黑格的数目间差值为 2——>最后剩的必是同色两方格—— >因同构问 题无解，果等价的原始问题无解。
同态问题： 同态变换——序对 <小黑格数，小白格数 >。 初始状态：<2n2,2n2-2>，
目标状态：<0,0>。
分割操作：每操作，分割出一长方块，割去一白格和一黑格，使状态变量 都减去1。经过2n2-2次操作后，状态变为 <2,0>，不可能达到 <0,0>——
兼用“分解”和“变换”方法—— “与/或”树
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2．4 与/或图表达法
【例2．3】猴子和香蕉问题
设机器人“猴子”位于a处，目的物“香蕉”挂在 c处上方，猴子想 吃香蕉，但高度不够，拿不着。在b处有可移动的台子，若猴子站在台 子上，就可以拿到香蕉。
空格四周上下左右数码可移到空格。一布局：
231
5
8
467
八数码任何一种摆法就是一个 状态 ，所有的摆法
为状态集S，构成了一个状态空间，其大小为9！
相应操作算子是数码移动，其操作算子共有 4（方
向）× 8（数码） =32个。可 简化 为4个： Up，Left， Down，Right
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2．1 知识的概念与含义
Байду номын сангаас
知识模式 K = F+R+C
K表示知识项(Knowledge items)
F表示事实(Facts)——人类对客观世界、客观事物 的状态、属性、特征的描述，以及对事物之间关系 的描述 R表示规则(Rules)——能表达在前提与结论之间的 因果关系的一种形式 C表示 概念 (Concepts)——事实的含义规则语义说 明等
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2．4 与/或图表达法
超图 树图 与/或树
在求解问题时的两种思维方法：
分解：将复杂大问题分解为一组简单小问题
若所有子问题都解决了，则总问题也解决了，这 是“与”的逻辑关系——“与”树
变换：将较难问题变换为较易等价/等效问题
若一难问题可以等价变换为几个容易问题，则任 何一个容易问题解决了，也就解决了原有难问题， 这是“或”的逻辑关系——“或”树
同态： 可使问题更加简化，易于求解
原始问题
同构/同态变换
难求解
原始解答
同构变换
(明确)
同构问题
同态变换
(简化)
同态问题
便于求解 易求解
等价
同构解答
蕴含
同态解答
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第二章 知识表达技术
2．2 知识表达技术
【例 2．1】方格棋盘分割问题
原始问题:2n×2n方格盘，去掉对顶角上两方格，问能否将它分割为 若干2n1×2长方块？