【正文】 2022/2/9 1 人 工 智 能 (2) 2022/2/9 2 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 課程的基本內(nèi)容與要求 知識(shí)的概念與含義 ， 知識(shí)類(lèi)型和知識(shí)模型的變換； 重點(diǎn)介紹幾種常用的知識(shí)表達(dá)法 —— 狀態(tài)空間表示法 、 與 /或圖表示法 、 產(chǎn)生式系統(tǒng) 、 知識(shí)的邏輯表達(dá)方法 、 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 、 框架表達(dá)法 、特征表表達(dá)法和面向?qū)ο蟮谋磉_(dá)法 。 掌握 知識(shí)表達(dá) 的基本概念 ， 學(xué)會(huì)劃分知識(shí)的 類(lèi)型 和理解 知識(shí)模型變換 在解決人工智能問(wèn)題的過(guò)程中的作用與意義； 學(xué)會(huì)如何 將一個(gè)具體的問(wèn)題 ， 用所介紹的知識(shí)表達(dá)方法來(lái)表示 ； 初步體會(huì)在各種知識(shí)表達(dá)方法中 ， 其知識(shí)機(jī)構(gòu)是如何隨知識(shí)的運(yùn)用而變化的 。 1. 15節(jié) （ 學(xué)時(shí) ） 重點(diǎn)： 5節(jié) 2. 7節(jié) （ 學(xué)時(shí) ） 重點(diǎn)： 7節(jié) 3. 6， 810節(jié) （ 學(xué)時(shí) ） 重點(diǎn)： 8節(jié) 2022/2/9 3 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 1 知識(shí)的概念與含義 智能行為 ——知識(shí) ——對(duì)知識(shí)的獲取 、 表達(dá) 、 搜索 、 分析 、 解答等智能能力 人的智能的核心也在于 “ 知識(shí) ” 感性知識(shí) 與 理性知識(shí) ， 經(jīng)驗(yàn)知識(shí) 與 理論知識(shí) 智能表現(xiàn)在： ? 知識(shí)的 獲取能力 ? 知識(shí)的 處理能力 ? 知識(shí)的 運(yùn)用能力 知識(shí)： 是人們對(duì)自然現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和從中總結(jié)出來(lái)的規(guī)律 、 經(jīng)驗(yàn) 2022/2/9 4 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 1 知識(shí)的概念與含義 知識(shí)模式 K = F+R+C K表示 知識(shí)項(xiàng) (Knowledge items) F表示 事實(shí) (Facts)——人類(lèi)對(duì)客觀世界 、 客觀事物的狀態(tài) 、 屬性 、 特征的描述 ， 以及對(duì)事物之間關(guān)系的描述 R表示 規(guī)則 (Rules)——能表達(dá)在前提與結(jié)論之間的因果關(guān)系的一種形式 C表示 概念 (Concepts)——事實(shí)的含義規(guī)則語(yǔ)義說(shuō)明等 2022/2/9 5 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 2 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 知識(shí)類(lèi)型 敘述型知識(shí) ——有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài) 、 環(huán)境和條件 ， 問(wèn)題的概念 、定義和事實(shí)的知識(shí) 。 過(guò)程型知識(shí) ——有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)變化 、 問(wèn)題求解過(guò)程的操作 、演算和行動(dòng)的知識(shí) 。 控制型知識(shí) ——有 關(guān)如何選擇相應(yīng)的操作 、 演算和行動(dòng)的比較 、 判斷 、 管理和決策的知識(shí) 。 例： 對(duì)于從北京到上海 ， 是乘飛機(jī)還是坐火車(chē)的問(wèn)題 。 ? 敘述型知識(shí)：北京 、 上海 、 飛機(jī) 、 火車(chē) 、 時(shí)間 、 費(fèi)用 。 ? 過(guò)程型知識(shí)：乘飛機(jī) 、 坐火車(chē) 。 ? 控制型知識(shí)：乘飛機(jī)較快 、 較貴； 坐火車(chē)較慢 、 較便宜 。 2022/2/9 6 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 2 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 知識(shí)模型變換 同構(gòu)： 問(wèn)題的解答等價(jià)于原始問(wèn)題的解答 同態(tài)： 可使問(wèn)題更加簡(jiǎn)化 ， 易于求解 同構(gòu) /同態(tài)變換 同構(gòu)變換(明 確)同態(tài)變換(簡(jiǎn) 化)難求解便于求解等價(jià)易求解蘊(yùn)含原始問(wèn)題同構(gòu)問(wèn)題同態(tài)問(wèn)題原始解答同構(gòu)解答同態(tài)解答2022/2/9 7 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 2 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 【 例 2． 1】 方格棋盤(pán)分割問(wèn)題 原始問(wèn)題 :2n 2n方格盤(pán) ， 去掉對(duì)頂角上兩方格 ， 問(wèn)能否將它分割為若干 1 2長(zhǎng)方塊 ？ (a ) 原始問(wèn)題2n2n(b ) 同構(gòu)問(wèn)題 (c ) 同態(tài)問(wèn)題初始狀態(tài)第一次分割2 ， 00 ， 02022/2/9 8 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 2 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 【 例 2． 1】 方格棋盤(pán)分割問(wèn)題 原始問(wèn)題 :2n 2n方格盤(pán) ， 去掉對(duì)頂角上兩方格 ， 問(wèn)能否將它分割為若干1 2長(zhǎng)方塊 ？ 直接求解 :考察 (2**(2n))**2種可能分割方案 ， 且隨著 n增大 ， 會(huì) “ 組合爆炸 ” 同構(gòu)問(wèn)題 :方格相間著色 ,無(wú)論 n為何值 ， 對(duì)頂角上兩方格同色 ， 去掉后白格與黑格的數(shù)目間差值為 2——最后剩的必是同色兩方格 ——因 同構(gòu)問(wèn)題無(wú)解 ， 果 等價(jià)的原始問(wèn)題無(wú)解 。 同態(tài)問(wèn)題： 同態(tài)變換 ——序?qū)?小黑格數(shù) ， 小白格數(shù) 。 初始狀態(tài)： 2n2,2n22， 目標(biāo)狀態(tài)： 0,0。 分割操作：每操作 ， 分割出一長(zhǎng)方塊 ， 割去一白格和一黑格 ， 使?fàn)顟B(tài)變量都減去 1。 經(jīng)過(guò) 2n22次操作后 ， 狀態(tài)變?yōu)?2,0， 不可能達(dá)到 0,0——因同態(tài)問(wèn)題無(wú)解 ， 蘊(yùn)含著其原始問(wèn)題也無(wú)解 2022/2/9 9 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 3 狀態(tài)空間表達(dá) 狀態(tài) 用來(lái)表示系統(tǒng)狀態(tài) ,事實(shí)等敘述型知識(shí)的一組變量或數(shù)組 Q=[q1,q2,… qn]t 操作 是用來(lái)表示引起狀態(tài)變化的過(guò)程型知識(shí)的一組關(guān)系或函數(shù) F:{f1,f2,… fm} 狀態(tài)空間 (State Space)是利用狀態(tài)變量和操作符號(hào) ， 表示系統(tǒng)或問(wèn)題的有關(guān)知識(shí)的符號(hào)體系 ， 狀態(tài)空間是一個(gè) 四元組 （ S， O， S0， G） ： S—狀態(tài)集合 。O—操作算子集合 。S0—初始狀態(tài) ,S0?S。G—目的狀 態(tài) ,G?S,(G可若干具體狀態(tài) ， 也可滿(mǎn)足某些性質(zhì)的路徑信息描述 ) 從 S0結(jié)點(diǎn)到 G結(jié)點(diǎn)的路徑被稱(chēng)為 求解路徑 。 狀態(tài)空間一解 是一有限操作算子序列 ， 它使初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)狀態(tài)： O1 O2 O3 Ok S0???? S1???? S2???? …… ???? G 其中 O1， … ， Ok即為狀態(tài)空間的一個(gè)解 (解往往不是唯一的 ) 2022/2/9 10 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 3 狀態(tài)空間表達(dá) 【 例 2． 2】 八數(shù)碼問(wèn)題的狀態(tài)空間 在一 3 3方格盤(pán) ， 放 1到 8八個(gè)數(shù)碼 ， 另一格為空 ?？崭袼闹苌舷伦笥覕?shù)碼可移到空格 。 一布局： 2 3 1 5 8 4 6 7 八數(shù)碼任何一種擺法就是一個(gè) 狀態(tài) ， 所有的擺法為狀態(tài)集 S， 構(gòu)成了一個(gè) 狀態(tài)空間 ， 其大小為 9！ 相應(yīng) 操作算 子是數(shù)碼移動(dòng) ， 其操作算子共有 4（ 方向 ） 8（ 數(shù)碼 ） =32個(gè) 。 可 簡(jiǎn)化 為 4個(gè)： Up， Left，Down， Right 2022/2/9 11 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 4 與 /或圖表達(dá)法 超圖 樹(shù)圖 與 /或樹(shù) 在求解問(wèn)題時(shí)的兩種思維方法： 分解： 將復(fù)雜大問(wèn)題分解為一組簡(jiǎn)單小問(wèn)題 若所有子問(wèn)題都解決了 ， 則總問(wèn)題也解決了 ， 這是 “ 與 ” 的邏輯關(guān)系 ——“與 ” 樹(shù) 變換： 將較難問(wèn)題變換為較易等價(jià) /等效問(wèn)題 若一難問(wèn)題可以等價(jià)變換為幾個(gè)容易問(wèn)題 ， 則任何一個(gè)容易問(wèn)題解決了 ， 也就解決了原有難問(wèn)題 ，這是 “ 或 ” 的邏輯關(guān)系 ——“或 ” 樹(shù) 兼用 “ 分解 ” 和 “ 變換 ” 方法 ——“與 /或 ” 樹(shù) 2022/2/9 12 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 4 與 /或圖表達(dá)法 【 例 2． 3】 猴子和香蕉問(wèn)題 設(shè)機(jī)器人 “ 猴子 ” 位于 a處 ， 目的物 “ 香蕉 ” 掛在 c處上方 ， 猴子想吃香蕉 ， 但高度不夠 ， 拿不著 。 在 b處有可移動(dòng)的臺(tái)子 ， 若猴子站在臺(tái)子上 ， 就可以拿到香蕉 。 問(wèn)題是制定機(jī)器人的行動(dòng)計(jì)劃 ， 使猴子能拿到香蕉 。 香蕉 a猴子 c b臺(tái)子 2022/2/9 13 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 4 與 /或圖表達(dá)法 【 例 2． 3】 猴子和香蕉問(wèn)題 狀態(tài)空間法 :四元數(shù)組描述： S=(w,x,y,z) 其中： w：猴子所處水平位置 x：臺(tái)子所在水平位置 y：猴子是否在臺(tái)子上 （ y=1:在 。y=0:不在 ） z：猴子是否能拿到香蕉 （ z=1:拿到 。z=0:沒(méi)拿到 ） 可能出現(xiàn)的 狀態(tài) 如下： S0=(a,b,0,0) S1=(b,b,0,0) S2=(c,c,0,0) S3=(c,c,1,0) S4=(c,c,1,1) 其中 S0為 初始狀態(tài) ， S4為 目標(biāo)狀態(tài) 2022/2/9 14 第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 2． 4 與 /或圖表達(dá)法 【 例 2． 3】 猴子和香蕉問(wèn)題 允許的操作集為： F={f1,f2,f3,f4} 其中： f1(u)為猴子走到 u處 (w,x,0,z)?(u,x,0,z) f2(v)為猴子推臺(tái)子到 v處 (x,x,0,0)?(v,v,0,0) f3為猴子爬上臺(tái)子 (x,x,0,z)?(x,x,1,z) f4為猴子拿到香蕉 (c,c,1,0)?(c,c,1,1) 比較 目標(biāo)狀態(tài) （ S4） 與初始狀態(tài) （ S0） 的 差異 ， 來(lái) 選擇主操作 。 由于 S0與 S4中的四個(gè)狀態(tài)量都有差異 ， 相應(yīng)的操作為 f1,f2,f3和 f4， 都可選為主操作 。 因此 ， 可將原問(wèn)題變換為四個(gè)新問(wèn)題 ， 而新問(wèn)題又可分為幾個(gè)子問(wèn)題及子子問(wèn)