(最新)人工智能系统的基本结构
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• 在产生式系统中，待描述系统的知识被分为两部分：
– 事实：表示已知事实，如事物、事件及其之间关系，也可 以看作是无前提条件的产生式。
– 产生式规则：前提和结论之间的关系式，表示推理过程和 行为。
2.1.1 产生式系统的基本结构
三个基本部分：综合数据库（事实库）、规则库（规则集）、控制 器（规则解释）。
• 冲突解决，选择可调用的规则。
– 从匹配满足的规则集中选择一条规则。
• 执行规则，并在满足结束条件时终止产生式系统的运行。
– 如果规则的后件wenku.baidu.com结论，把该结论加入综合数据库； – 如果规则的后件是动作，执行该动作；
4、产生式系统的特点： – 数据、知识和控制相互独立。 – 知识具有相对固定的格式：均由左、右两部分组成。 – 知识无序性与模块化：知识的补充和修改非常容易。 – 控制系统与问题无关。
– S0是初始问题，即要求解的问题； – P是本原问题集，其中的每一个问题是自然成立的，不需证明的； – O是操作算子集，一个操作算子可把一个问题化成若干个子问题。
• 该方法由问题出发，运用操作算子产生一些子问题，对子问题再运用操作 算子产生子问题的子问题，一直进行到产生的问题均为本原问题，则问题 得解。问题归约的最终目的是产生本原问题。
• 一个合理的走步序列是问题的一个解。
• 1．综合数据库：选择一种数据结构表示将牌布局。
• 本例选用二维数组来表示布局较直观，其数组元素用
{S表ij}示，其中 1 i, j 3, S且ij 互{不0,1相,等,8。} • 这样每个具体取值矩阵就代表了一个棋局状态。显然，
该问题有
个状态。
C91 C81 C71 C61 C51 C41 C31 C21 C11 9! 362880
• 规则1: （空格左移一格）
if
j0 2
then
S S , S 0; i0j0
i0 ( j0 1 ) i0 ( j0 1 )
• 规则2: （空格上移一格）
if
i0 2
2.2.1 状态空间法
• 状态空间可用三元组（S，O，G）来描述
– S是状态集合。状态是表示某种事实的符号或数据。问题的状态可以用任何类型的 数据结构描述。起始状态S0是S的一个非空子集，描述问题的初始状态。
– G是目标状态。 G是S的一个非空子集，它可以是一个或多个要达到的状态，也可 以是对某些状态性质的描述。
1、综合数据库是产生式系统使用的主要数据结构，存储有关问题状 态、性质等事实（叙述型知识），包括推理过程中形成的中间结 论，对应问题的表示信息。
2、规则库是产生式规则的集合，存储有关问题的状态转移、性质 变化等规则（过程型知识），规则形式: if 条件 then 行动 if 前提 then 结论
如果某规则的前件能够被事实库中的事实满足，则该规则被激活。
2.2 问题的表示
• 用产生式系统求解问题，就是把一个问题的描述转化成产生式系统的三个部 分。其中问题的表示（即综合数据库和规则集的描述）对问题的求解有很大 的影响。 – 状态空间法。所求问题的已知事实及中间结论，称为状态。状态的集合及 状态间的转移规则构成问题的表示。基于这种表示的问题求解称为状态空 间法。求解过程是，通过对可能的状态空间的搜索求得一个解。 （PRODUCTION过程） – 问题归约法。待求问题分解为一些较为简单的子问题，且子问题也可以分 解，所以可得到若干子问题。包含问题、子问题的集合与问题分解的规则 一起构成问题的表示。基于这种表示的问题求解称为问题归约法。求解过 程是，通过对各个子问题解答的搜索求得原问题的解答。 （SPLIT过程）
• 2. 规则集：移动一块将牌（即走一步）就使状态 发生一次转变。有四种走法：空格左移、空格上 移、空格右移、空格下移。
记数组第 i 行第 j 列的元素为 Sij ,1 i, j 3
空格所在的行、列分别记为 i0 , ，j0 则 Si0 j0 0
则空格左移一格、空格上移一格、空格右移一 格、空格下移一格可用如下4条规则来描述：
2.1.2 产生式系统的基本过程
基本算法如下 ： 过程PRODUCTION
1．DATA 初始数据库 2．Until DATA 满足结束条件(匹配）之前, do:
{ 3．从规则集中选一条可应用于DATA的规则R（选择） 4．综合数据库 R 应用到 DATA 得到结果 （执行） }
上述过程是 “匹配、选择、执行”的循环过程。
人工智能系统的基本结构
• 产生式系统（Production System），也称作基于规则的系统， 是人工智能系统中最典型、最普遍的 结构。
第二章 人工智能系统结构
• 2.1 产生式系统概述 • 2.2 问题的表示 • 2.3 控制策略分类 • 2.4 产生式系统的类型
2.1 产生式系统概述
• 产生式，也称作规则，或产生式规则，用于描述各种 知识单元间广泛存在的因果关系，即前提和结论之间 的关系。
3、控制器是规则的解释程序或执行程序，它规定选择一条可用规 则的原则和规则使用的方式 (推理方向)，并根据综合数据库的 信息，控制求解问题的过程（控制策略,推理引擎）。通常从选 择规则到执行操作分三步： • 匹配。
– 判断规则的前件是否成立? – 可能有多条规则的前件能够与综合数据库中的事实匹配!
– O是规则集合。集合中的每个元素称作操作算子，将一个状态转化为另一个状态。
• 问题求解：从S0出发，经过一系列操作变换达到G，S0 O1 S1 O2 S即2 状态Ok空G
间搜索问题。状态空间的一个解是一个有限的规则序列，
即为O状1, 态,空O间k
的一个解，解不一定唯一。
2.2.2 问题归约法
• 问题归约法也可用一个三元组（S0，O，P）来描述
• 问题归约法是比状态空间法更一般的问题求解方法，如果在归约法中，每 运用一次操作算子，只产生一个子问题，则就是状态空间法。
2.2.3 产生式系统举例
28 3 164
7
5
123
8
4
765
图2-1 八数码游戏
• 问题描述：给定一种初始布局（初始状态）和一个目标的布 局（目标状态），问如何移动将牌，实现从初始状态到目标 状态的转变。
– 事实：表示已知事实，如事物、事件及其之间关系，也可 以看作是无前提条件的产生式。
– 产生式规则：前提和结论之间的关系式，表示推理过程和 行为。
2.1.1 产生式系统的基本结构
三个基本部分：综合数据库（事实库）、规则库（规则集）、控制 器（规则解释）。
• 冲突解决，选择可调用的规则。
– 从匹配满足的规则集中选择一条规则。
• 执行规则，并在满足结束条件时终止产生式系统的运行。
– 如果规则的后件wenku.baidu.com结论，把该结论加入综合数据库； – 如果规则的后件是动作，执行该动作；
4、产生式系统的特点： – 数据、知识和控制相互独立。 – 知识具有相对固定的格式：均由左、右两部分组成。 – 知识无序性与模块化：知识的补充和修改非常容易。 – 控制系统与问题无关。
– S0是初始问题，即要求解的问题； – P是本原问题集，其中的每一个问题是自然成立的，不需证明的； – O是操作算子集，一个操作算子可把一个问题化成若干个子问题。
• 该方法由问题出发，运用操作算子产生一些子问题，对子问题再运用操作 算子产生子问题的子问题，一直进行到产生的问题均为本原问题，则问题 得解。问题归约的最终目的是产生本原问题。
• 一个合理的走步序列是问题的一个解。
• 1．综合数据库：选择一种数据结构表示将牌布局。
• 本例选用二维数组来表示布局较直观，其数组元素用
{S表ij}示，其中 1 i, j 3, S且ij 互{不0,1相,等,8。} • 这样每个具体取值矩阵就代表了一个棋局状态。显然，
该问题有
个状态。
C91 C81 C71 C61 C51 C41 C31 C21 C11 9! 362880
• 规则1: （空格左移一格）
if
j0 2
then
S S , S 0; i0j0
i0 ( j0 1 ) i0 ( j0 1 )
• 规则2: （空格上移一格）
if
i0 2
2.2.1 状态空间法
• 状态空间可用三元组（S，O，G）来描述
– S是状态集合。状态是表示某种事实的符号或数据。问题的状态可以用任何类型的 数据结构描述。起始状态S0是S的一个非空子集，描述问题的初始状态。
– G是目标状态。 G是S的一个非空子集，它可以是一个或多个要达到的状态，也可 以是对某些状态性质的描述。
1、综合数据库是产生式系统使用的主要数据结构，存储有关问题状 态、性质等事实（叙述型知识），包括推理过程中形成的中间结 论，对应问题的表示信息。
2、规则库是产生式规则的集合，存储有关问题的状态转移、性质 变化等规则（过程型知识），规则形式: if 条件 then 行动 if 前提 then 结论
如果某规则的前件能够被事实库中的事实满足，则该规则被激活。
2.2 问题的表示
• 用产生式系统求解问题，就是把一个问题的描述转化成产生式系统的三个部 分。其中问题的表示（即综合数据库和规则集的描述）对问题的求解有很大 的影响。 – 状态空间法。所求问题的已知事实及中间结论，称为状态。状态的集合及 状态间的转移规则构成问题的表示。基于这种表示的问题求解称为状态空 间法。求解过程是，通过对可能的状态空间的搜索求得一个解。 （PRODUCTION过程） – 问题归约法。待求问题分解为一些较为简单的子问题，且子问题也可以分 解，所以可得到若干子问题。包含问题、子问题的集合与问题分解的规则 一起构成问题的表示。基于这种表示的问题求解称为问题归约法。求解过 程是，通过对各个子问题解答的搜索求得原问题的解答。 （SPLIT过程）
• 2. 规则集：移动一块将牌（即走一步）就使状态 发生一次转变。有四种走法：空格左移、空格上 移、空格右移、空格下移。
记数组第 i 行第 j 列的元素为 Sij ,1 i, j 3
空格所在的行、列分别记为 i0 , ，j0 则 Si0 j0 0
则空格左移一格、空格上移一格、空格右移一 格、空格下移一格可用如下4条规则来描述：
2.1.2 产生式系统的基本过程
基本算法如下 ： 过程PRODUCTION
1．DATA 初始数据库 2．Until DATA 满足结束条件(匹配）之前, do:
{ 3．从规则集中选一条可应用于DATA的规则R（选择） 4．综合数据库 R 应用到 DATA 得到结果 （执行） }
上述过程是 “匹配、选择、执行”的循环过程。
人工智能系统的基本结构
• 产生式系统（Production System），也称作基于规则的系统， 是人工智能系统中最典型、最普遍的 结构。
第二章 人工智能系统结构
• 2.1 产生式系统概述 • 2.2 问题的表示 • 2.3 控制策略分类 • 2.4 产生式系统的类型
2.1 产生式系统概述
• 产生式，也称作规则，或产生式规则，用于描述各种 知识单元间广泛存在的因果关系，即前提和结论之间 的关系。
3、控制器是规则的解释程序或执行程序，它规定选择一条可用规 则的原则和规则使用的方式 (推理方向)，并根据综合数据库的 信息，控制求解问题的过程（控制策略,推理引擎）。通常从选 择规则到执行操作分三步： • 匹配。
– 判断规则的前件是否成立? – 可能有多条规则的前件能够与综合数据库中的事实匹配!
– O是规则集合。集合中的每个元素称作操作算子，将一个状态转化为另一个状态。
• 问题求解：从S0出发，经过一系列操作变换达到G，S0 O1 S1 O2 S即2 状态Ok空G
间搜索问题。状态空间的一个解是一个有限的规则序列，
即为O状1, 态,空O间k
的一个解，解不一定唯一。
2.2.2 问题归约法
• 问题归约法也可用一个三元组（S0，O，P）来描述
• 问题归约法是比状态空间法更一般的问题求解方法，如果在归约法中，每 运用一次操作算子，只产生一个子问题，则就是状态空间法。
2.2.3 产生式系统举例
28 3 164
7
5
123
8
4
765
图2-1 八数码游戏
• 问题描述：给定一种初始布局（初始状态）和一个目标的布 局（目标状态），问如何移动将牌，实现从初始状态到目标 状态的转变。