人工智能之產(chǎn)生式系統(tǒng) .ppt

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1、知識(shí)表示知識(shí)是一切智能行為的基礎(chǔ)，也是軟件智能化的重要研究對(duì)象。要使軟件具有智能，就必須使它具有知識(shí)，而要使軟件具有知識(shí)，首先必須解決知識(shí)的表示問(wèn)題。所謂知識(shí)表示實(shí)際上就是對(duì)知識(shí)的一種描述，即用一些約定的符號(hào)把知識(shí)編碼成一組計(jì)算機(jī)可以接受的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。所謂知識(shí)表示過(guò)程就是把知識(shí)編碼成某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，同一知識(shí)可以有多種不同的表示形式，而不同表示形式所產(chǎn)生的效果又可能不一樣。7/22/20211常用的知識(shí)表示方法非結(jié)構(gòu)化方法邏輯表示法QA3,STRIPS,DART,MOMO產(chǎn)生式系統(tǒng)DENDRAL，M

2、YCIN結(jié)構(gòu)化方法框架語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)過(guò)程式知識(shí)表示法7/22/20212第二章產(chǎn)生式系統(tǒng)2.1產(chǎn)生式系統(tǒng)概述一、產(chǎn)生式系統(tǒng)的定義產(chǎn)生式系統(tǒng)是人工智能系統(tǒng)中常用的一種程序結(jié)構(gòu)，是一種知識(shí)表示系統(tǒng)。通常由以下三部分組成：綜合數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生式規(guī)則集控制系統(tǒng)7/22/20213綜合數(shù)據(jù)庫(kù)：存放問(wèn)題的狀態(tài)描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Note:綜合數(shù)據(jù)庫(kù)不是常規(guī)意義的數(shù)據(jù)庫(kù)，是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一般數(shù)據(jù)庫(kù)所存數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，通常只有數(shù)值與字符串；綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)可以很復(fù)雜，其中狀態(tài)描述可以為常規(guī)的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如表、數(shù)組、字符串、集合、矩陣、樹(shù)

3、、圖等等。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)是動(dòng)態(tài)變化的。一、產(chǎn)生式系統(tǒng)的定義7/22/20214產(chǎn)生式規(guī)則形式：IF?前提條件?THEN?操作?當(dāng)規(guī)則的前提條件被某一狀態(tài)描述滿(mǎn)足時(shí)，就對(duì)該狀態(tài)施行規(guī)則所指出的操作。一、產(chǎn)生式系統(tǒng)的定義7/22/20215控制系統(tǒng)：（1）選擇規(guī)則：對(duì)同一個(gè)狀態(tài)的多個(gè)可用規(guī)則排序。（2）檢驗(yàn)狀態(tài)描述是否滿(mǎn)足終止條件。如果滿(mǎn)足終止條件，則終止產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行，并用使用過(guò)的規(guī)則序列構(gòu)造出問(wèn)題的解。一、產(chǎn)生式系統(tǒng)的定義7/22/20216二、產(chǎn)生式系統(tǒng)的例八數(shù)碼難題由8個(gè)標(biāo)有1－8的棋子和一個(gè)3×3的棋盤(pán)組

4、成。把8個(gè)棋子放在棋盤(pán)里，形成一個(gè)初始狀態(tài)，然后移動(dòng)棋子，想辦法達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)狀態(tài)。在移動(dòng)棋子時(shí)，只能把棋子移進(jìn)相鄰的空格中。圖2.1八數(shù)碼難題的初始狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)28316475123847657/22/20217八數(shù)碼難題的產(chǎn)生式系統(tǒng)表示綜合數(shù)據(jù)庫(kù)：以狀態(tài)為節(jié)點(diǎn)的有向圖。狀態(tài)描述：3×3矩陣產(chǎn)生式規(guī)則：IF<空格不在最左邊>Then<左移空格>；IF<空格不在最上邊>Then<上移空格>；IF<空格不在最右邊>Then<右移空格>；IF<空格不在最下邊>Then<下移空格>。控制系統(tǒng)：選擇規(guī)則:按左、上、

5、右、下的順序移動(dòng)空格。終止條件：匹配成功。7/22/20218三、產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過(guò)程ProcedurePRODUCTIONDATA←初始狀態(tài)描述untilDATA滿(mǎn)足終止條件，do：begin在規(guī)則集合中，選出一條可用于DATA的規(guī)則RDATA←把R應(yīng)用于DATA所得的結(jié)果End7/22/20219步驟4是不確定的，只要求選出一條可用的規(guī)則R，至于這條規(guī)則如何選取，卻沒(méi)有具體說(shuō)明。選取規(guī)則所依據(jù)的原則稱(chēng)為控制策略。多數(shù)人工智能系統(tǒng)控制策略的信息并不足以在第4步選出最合用的規(guī)則，因此，控制策略便成了一個(gè)搜索過(guò)

6、程。高效的系統(tǒng)需要被求解問(wèn)題足夠的知識(shí)，以便在步驟4選出一條最合用的規(guī)則。第三章，第四章三、產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過(guò)程7/22/202110產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)一、模塊性強(qiáng)。綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則集和控制系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，程序的修改更加容易。二、各產(chǎn)生式規(guī)則相互獨(dú)立，不能互相調(diào)用，增加一些或刪去一些產(chǎn)生式規(guī)則都十分方便。三、產(chǎn)生式規(guī)則的形式與人們推理所用的邏輯形式十分接近，人們具有的知識(shí)轉(zhuǎn)換成產(chǎn)生式規(guī)則很容易，產(chǎn)生式規(guī)則也容易被人們讀懂。DENDRAL和MYCIN都采用了產(chǎn)生式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。7/22/2021112.2控制策略產(chǎn)生

7、式系統(tǒng)的控制策略分為兩類(lèi)：不可撤回的控制策略試探性控制策略：回溯方式和圖搜索方式7/22/202112一、不可撤回的控制策略（瞎子爬山法）基本思想采用不可撤回控制方式的解題過(guò)程類(lèi)似于盲人爬山過(guò)程，是利用關(guān)于每一個(gè)狀態(tài)的局部知識(shí)構(gòu)造全局性解的過(guò)程。在盲人爬山過(guò)程中，無(wú)論爬到哪一點(diǎn)，他總沿著坡度最陡的方向向上爬，這是局部性的知識(shí)，盡管他事先對(duì)爬山路線(xiàn)并不了解，但只要按照這個(gè)原則向上爬，就一定能爬到某一山頂，于是確定了一條從山腳到山頂?shù)呐郎铰肪€(xiàn)，也可以說(shuō)構(gòu)造出一個(gè)具有某種意義下全局性的解。7/22/202113一、

8、不可撤回的控制策略爬山函數(shù)：定義在整個(gè)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)上的實(shí)數(shù)值函數(shù)，目標(biāo)狀態(tài)有最大的函數(shù)值。目標(biāo)：爬到山頂?？刂撇呗裕簯?yīng)用爬山函數(shù)選一規(guī)則，使得所選下一狀態(tài)的爬山函數(shù)值不減少且最大（有兩個(gè)相同的最大值時(shí)任選一個(gè)；若無(wú)這樣的規(guī)則，則終止爬山過(guò)程）。7/22/202114設(shè)爬山函數(shù)CF(S)：不在目標(biāo)位的數(shù)碼個(gè)數(shù)的負(fù)值。初始狀態(tài)S0目標(biāo)狀態(tài)SgCF(S0)＝-4CF(Sg)＝0狀態(tài)描述S：3階方陣4條產(chǎn)生式