人工智能第二章 人工智能的数学基础

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三、模糊集与隶属函数
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第2章 人工智能的数学基础
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第2章 人工智能的数学基础
一种确定隶属度的简单方法
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第2章 人工智能的数学基础
四、模糊集的表示方法
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第2章 人工智能的数学基础
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第2章 人工智能的数学基础
五、模糊集的运算
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元、函数,称他为一阶谓词。如果xi本身又是一个一 阶谓词,称为二阶谓词。 个体变元的取值范围称为个体域(有限,无限)。 个体常量、变元、函数统称为“项”。
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第2章 人工智能的数学基础
谓词与函数
谓词与函数表面上很相似,容易混淆,其实这 是两个完全不同的概念。谓词的真值是“真” 或“假”,而函数的值是个体域中的某个个 体,函数无真值可言,它只是在个体域中从 一个个体到另一个个体的映射。
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第2章 人工智能的数学基础
在一次试验中,若事件包含的某一个样本点出现,就称这 一事件发生了。显然,由全体样本点构成的集合(即样本
空间)所表示的事件是一个必然要发生的事件,称为必然 事件;由空集所表示的事件,即不包含任何样本点的事件, 在任何一次试验中都不会发生,称为不可能事件。必然
事件记为D ,不可能事件记为 φ。当然,由单个样本点构 成的集合也是一个事件,称为基本事件。
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事件之间的关系
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三、事件的概率
表示事件发生可能性大小的数,称为事件的概率。若A表示某一事件,
它的概率记作P(A)。
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第2章 人工智Fra Baidu bibliotek的数学基础
三、谓词公式
1、连接词
无论是命题逻辑还是谓词逻辑,均可用下列连接词把一些简单命题连接 起来构成一个复合命题,以表示一个比较复杂的含义。
(1)连接词
﹁:否定、非,其作用是否定位于它后面的命题。当命题P为真时,﹁P为 假;当P为假时,一P为真。
∧:合取,与,它表示被它连接的两个命题具有“与”关系。
(1)“老张是教师” Teacher(zhang) 其中“ Teacher”是谓词名,“zhang”是个体。 “ Teacher”刻画了“zhang”的职业是教师这一特 征。
(2)5>3 Greater(5,3) ( Greater——谓词名,(5,3)——个体) “Greater”
刻画了5与3之间的“大于”关系。
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3、谓词公式
谓词逻辑的合法表达式也称为合式公式。合式公式是有原子公式、连词 和量词组成,其递归定义如下:
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第2章 人工智能的数学基础
4、谓词公式的解释
在命题逻辑中,对命题公式中各个命题变元的一次真值指派称为命 题公式的一个解释。一旦解释确定后,根据各连接词的定义就可 求出命题公式的真值(T 或F)。
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第2章 人工智能的数学基础
四、全概率公式与Bayes公式
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2.3 模糊理论
一、模糊性
模糊性:是指客观事物在性态及类属方面的不分明性,其根源 是在类似事物间存在一系列过渡状态,它们互相渗透,互相贯 通,使得彼此之间没有明显的分界线。
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6、谓词公式的等价性与永真蕴含
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2.2 概率论
概率论是研究随机现象中数量规律的一门 学科。
由于随机现象是现实世界中广泛存在的一 种现象,而且反映了事物的一种不确定性, 即随机性,因而对它的研究就为人们提供 了一种表示和处理这种不确定性的有力工 具。
通常可以用大写字母A、B等表示命题。命题逻辑的这种表 示方法有较大的局限性,它无法把它所描述的客观事物的结 构及逻辑特征反映出来,也不能把不同事物间的共同特征表 述出来。
例如,对于“老李是小李的父亲”这一命题,若用英文字母 表示,例如用字母P,则无论如何也看不出老李与小李的父 子关系。又如,对于“李白是诗人”、“杜甫也是诗人”这 两个命题,用命题逻辑表示时,也无法把两者的共同特征 (都是诗人)形式地表示出来。由于这些原因,在命题逻辑 的基础上发展起来了谓词逻辑。
在谓词逻辑中,由于公式中可能有个体常量、个体变元以及函数, 因此不能像命题公式那样直接通过真值指派给出解释,必须首先 考虑个体常量和函数在个体域中的取值,然后才能针对常量与函 数的具体取值为谓词分别指派真值。由于存在多种组合情况,所 以一个谓词公式的解释可能有很多个。对于每一个解释,谓词公 式都可求出一个真值(T 或F)。 下面首先给出解释的定义,然后用例子说明如何构造一个解释以 及如何根据解释求出谓词公式的真值。
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六、模糊度
模糊度是模糊集的模糊程度的一种度量 。
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七、模糊关系及其合成
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一、命题
命题:是具有真假意义的语句。代表人们进行思维时的一种 判断,或肯定(真T),或否定(假F),只有两种情况。
例:永真(在任何条件下都为真) 人总会死的(原子命题) 有条件 1+1=10 是在二进制条件下成立(原子命题) (原子命题:意义单一的命题。)
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二、样本空间与随机事件
1、样本空间
在对随机现象进行观察或试验时,每一次试验的结果是无法准确 预言的,但是它可能会出现什么样的结果一般都可以知道。例如 在抛掷硬币的试验中,虽然在抛掷之前不能预言抛掷后是哪一面 向上,但可知道它不是正面向上就反面向上。在上面关于袋中取 球的试验中,情况也是这样,虽然在球取出之前不能预言取出的 球是什么颜色,但可知道它一定是红、黄、绿这三种颜色中的某 一种。 在概率论中,把试验中每一个可能出现的结果称为试验的一个样 本点,由样本点的全体构成的集合称为样本空间。 今后我们用d 表示样本点,用D 表示样本空间。
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第2章 人工智能的数学基础
个体可以为常量、变元、函数。
例如:(1)x是教师 Teacher(x)
(Teacher——谓词名,x——个体(变元)) (2)5>3 Greater(5,3)
( Greater——谓词名,(5,3)——个体(常量)) (3)小张的父亲是教师 Teacher(Father(zhang)) (Teacher——谓词名,Father(zhang)——函数
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第2章 人工智能的数学基础
二、谓词
一个谓词可分为谓词名+个体两部分。
谓词名用于刻画个体的性质、状态或个体间的关系。 个体表示某个独立存在的事物或某个抽象的概念。
谓词的一般形式:P(x1,x2,...,xn) 谓词名用大写字母,个体用小写字母。
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例如:
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第2章 人工智能的数学基础
一、随机现象
在千姿百态的现实世界中存在着各种各样的自然现象和社会现象,其 中有一类这样的现象:在相同条件下做同一个试验时,得到的结果可 能相同,也可能不相同,而且在试验之前无法预言一定会出现哪一个 结果,具有偶然性。例如,抛掷一枚硬币时,其结果可能是正面向上, 也可能是反面向上,究竟哪一面向上,只有在硬币落地后方可知道, 在抛掷之前难以准确预言。再如,假设在一个口袋中装入红、黄、绿 色的圆球各三个,且它们具有相同的大小和重量,现在让一个小朋友 闭上眼睛从中随意地取出一个,则他取出的球可能是红色的,也可能 是绿色或黄色的,这在他取出之前也难以准确地确定。如果把取出的 球仍放回袋子中,然后让他再取一次,则这次取出的球可能与上一次 相同,也可能不相同。重复多次地进行这个试验,其结果都是这样。 像这样在相同条件下重复进行某种试验时,试验结果不一定完全相同 且不可预知的现象称为随机现象。 在随机现象中,试验结果呈现出的不确定性称为随机性。
第2章 人工智能的数学基础
本章主要讲三个方面的数学知识: 逻辑理论、概率论、模糊理论
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第2章 人工智能的数学基础 2.1 命题逻辑与谓词逻辑
➢逻辑:是人们思维活动规律的反映和抽象。 ➢人工智能中用到的逻辑可概括地划分为两大类。 一类是经典命题逻辑和一阶谓词逻辑,其特点是任何一个 命题的真值或者为“真”,或者为“假”,二者必居其一。 因为它只有两个真值,因此又称为二值逻辑。 另一类是泛指除此外的那些逻辑,主要包括三值逻辑、多 值逻辑、模糊逻辑、模态逻辑及时态逻辑等。
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第2章 人工智能的数学基础
例:
(1)在抛掷硬币的试验中,若用d1 表示正面向上,用d2表示反面向 上,则该试验的样本空间为: D={d1,d2}
(2)假设某篮球教练为了检查队员投篮的命中率,让队员一次次连 续地投篮,则可能出现的结果是: 第一次投篮就命中,记为d1 第二次投篮才命中,记为d2 第n 次投篮才命中,记为dn 则该试验的样本空间为 D={d1,d2,… ,dn,… } 由这些例子可以看出,样本空间中的样本点可以是有限个,也可以 是无限个。在每次随机试验中,这些样本点有且仅有一个出现。
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第2章 人工智能的数学基础
2、随机事件
在实际应用中,人们不仅关心某个样本点所代表的可能结果是否 会出现,有时更关心由某些样本点构成的集合所代表的事物是否 会出现。如在例2中,人们可能会关心队员能否在不超过三次的 情况下投中球篮。此时,所关心的事物是由样本点dl,d2,d3成 构成的集合。 我们把要考察的由一些样本点构成的集合称为随机事件,简称为 事件。事件通常用大写英文字母A , B ,… 表示。例如,若用A 表示“投篮次数不超过三次就投中”这一事件,则A = { dl , d2, d3 }
例如,我们通常说“某人个子高”,“某某人个子较高” 等,但是,究竟多高才算“高”,多高才算“较高”, 却是不明确的,在“高”与“较高”之间不存在明确的 分界线,因而它们都是模糊的,具有模糊性。
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第2章 人工智能的数学基础
二、 集合与特征函数
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第2章 人工智能的数学基础
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第2章 人工智能的数学基础
∨:析取,或,它表示被它连接的两个命题具有“或”关系。
→:称为“条件”或者“蕴含”,P→Q,如果P则 Q,P是条件的前件,Q是 条件的后件。
:双条件,P Q,如果P则Q,如果Q则P,P当且仅当Q。
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第2章 人工智能的数学基础
5种联结词及其功能表
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第2章 人工智能的数学基础
2、量词
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第2章 人工智能的数学基础
命题逻辑与谓词逻辑是最先应用于人工智能的两种逻 辑,对于知识的形式化表示,特别是定理的自动证明 发挥了重要作用,在人工智能的发展史中占有重要地 位。
命题逻辑与谓词逻辑的关系
谓词逻辑是在命题逻辑基础上发展起来的,命题逻 辑可看作是谓词逻辑的一种特殊形式。
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第2章 人工智能的数学基础
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第2章 人工智能的数学基础
➢ 在用谓词表示客观事物时,谓词的语义 是由使用者根据需要人为地定义的。
➢ 当谓词中的变元都用特定的个体取代时, 谓词就具有一个确定的真值:T 或F。
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第2章 人工智能的数学基础
谓词中包含的个体数目称为谓词的元数。 如:P(x)——一元谓词
P(x,y)——二元谓词 P(x1,x2,...,xn) ——n元谓词 在P(x1,x2,...,xn)中,若xi(i=1,..,n)都是个体常量、变
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第2章 人工智能的数学基础
设D为谓词公式P的个体域,若对P中的个体常量、函数和谓词 按如下规定赋值:
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第2章 人工智能的数学基础
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第2章 人工智能的数学基础
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第2章 人工智能的数学基础
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第2章 人工智能的数学基础
5、谓词公式的永真性、可满足性、不可满足性
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