【正文】 決策支持系統(tǒng)系統(tǒng)工程專業(yè)本科學(xué)員必修課第四章 智能決策支持系統(tǒng)和智能技術(shù)的決策支持216。人工智能基本原理本章內(nèi)容216。智能決策支持系統(tǒng)概述216。專家系統(tǒng)與智能決策支持系統(tǒng)216。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的決策支持216。遺傳算法的決策支持216。機(jī)器學(xué)習(xí)的決策支持 智能決策支持系統(tǒng)概述 智能決策支持系統(tǒng)概念 智能決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)252。 1981年， Bonczek提出了 DSS三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中有 “知識(shí)系統(tǒng) ”，使得不少學(xué)者將 DSS劃為人工智能的范疇，研究知識(shí)表示與知識(shí)推理，這樣， DSS與人工智能的專家系統(tǒng)的界限變得模糊了。252。 1980年， Spraque提出 DSS的三部件結(jié)構(gòu)，是傳統(tǒng) DSS結(jié)構(gòu)的典型代表。252。 IDSS實(shí)際上就是在 DSS基礎(chǔ)上增加了 知識(shí)部件 。 智能決策支持系統(tǒng)概念知識(shí)部件知識(shí)庫(kù)知識(shí)管理系統(tǒng)推理機(jī) 智能決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（ 1）專家系統(tǒng)（ 2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ 3）遺傳算法（ 4）機(jī)器學(xué)習(xí)（ 5）自然語(yǔ)言理解（ 1） IDSS的基本結(jié)構(gòu)形式問(wèn)題綜合與交互系統(tǒng)模型庫(kù)管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)人工智能技術(shù)專家系統(tǒng) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法 機(jī)器學(xué)習(xí)自然語(yǔ)言理解模型庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù)（ 2） IDSS的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖問(wèn)題綜合與交互系統(tǒng)模型庫(kù)管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)推理機(jī)模型庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)用戶 人工智能基本原理 邏輯推理 知識(shí)表示與知識(shí)推理 搜索技術(shù) 邏輯推理（ 1）概念：概念反映事物的特有屬性和屬性的取值。（ 3）推理：從一個(gè)或多個(gè)判斷推出一個(gè)新判斷的過(guò)程。（ 2）判斷：對(duì)概念的肯定或否定； 是研究人的思維形式及其規(guī)律的科學(xué)，主要用于形成 概念 ，作出 判斷 ，進(jìn)行 推理 。2 推理的種類演繹推理歸納推理類比推理假言推理三段論推理數(shù)學(xué)歸納法假言易位推理枚舉歸納推理（ 1）假言推理： “如果 p， 那么 q”為真，同時(shí) “p”為真，則推出 “q”為真。 p→q ， p┝ q （ 2）三段論推理： “如果 p， 那么 q”為真，同時(shí) “如果 q，那么 r”為真，則推出 “如果 p， 那么 r”為真。 p→q ， q → r ┝ p →r（ 3） 假言易位推理： “如果 p， 那么 q”為真，同時(shí) “非 q”為真，則推出 “非 p”為真。 p→q ，～ q ┝ ～ p演繹推理（ 1）數(shù)學(xué)歸納法： A包含 B B2， …… A真B1真， Bn→ Bn＋ 1歸納推理（ 2）枚舉歸納推理：由所見(jiàn)的某一類事物的部分分子具有某種屬性，而且沒(méi)有遇到相反的情況，于是得出這一類事物都具有這種屬性的一般性結(jié)論。 S1是 P， S2 是 P…… Sn是 P， S1… Sn是 S類中的部分分子，而且沒(méi)有遇到相反的事例 所以， S類事物都是 P類比推理：A事物有 a、 b、 c、 d屬性， B事物有 a、 b、 c屬性（ 或 a， 、 b， 、 c， 相似屬性）所以， B事物也可能有 d 屬性（或 d， 相似屬性） 由兩個(gè)（或兩類）事物在某些屬性上相同，進(jìn)而推斷它們?cè)诹硪粋€(gè)屬性也可能相同的推理。（ 1）演繹推理的結(jié)論沒(méi)有超出已知的知識(shí)范圍，而歸納推理和類比推理的結(jié)論超出了已知的知識(shí)范圍；（ 2）演繹推理中由于前提和結(jié)論有必然聯(lián)系，只要前提為真，結(jié)論一定為真。歸納推理和類比推理中前提和結(jié)論，不能保證有必然聯(lián)系，具有或然性。這樣的結(jié)論未必是可靠的，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的驗(yàn)證和證明。 知識(shí)、知識(shí)表示 知識(shí)是加工了的、深思熟慮過(guò)的、經(jīng)過(guò)推理了的、已經(jīng)達(dá)成共識(shí)的關(guān)于實(shí)體的狀態(tài)以及實(shí)體之間的聯(lián)系的一系列事實(shí)，可以用來(lái)指導(dǎo)行動(dòng)，是理解自然規(guī)律并根據(jù)自然規(guī)律預(yù)測(cè)實(shí)際系統(tǒng)行為的能力。F知識(shí)的概念知識(shí)的概念 ： 是以各種不同方式把多個(gè)信息關(guān)聯(lián)在一起的信息結(jié)構(gòu)。是人們對(duì)客觀事物及其規(guī)律的認(rèn)識(shí)，知識(shí)還包括人們利用客觀規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的方法和策略等。描述性知識(shí) ：表示對(duì)象及概念的特征及其相互關(guān)系的知識(shí)，及問(wèn)題求解狀況的知識(shí)，也稱為事實(shí)性知識(shí)。判斷性知識(shí) ：表示與領(lǐng)域有關(guān)的問(wèn)題求解知識(shí)，如推理規(guī)則等，也稱啟發(fā)性知識(shí)。過(guò)程性知識(shí) ：表示問(wèn)題求解的控制策略，即如何應(yīng)用判斷性知識(shí)進(jìn)行推理的知識(shí)。F計(jì)算機(jī)所處理的知識(shí)，按其作用可大致分為三類：F知識(shí)按其作用的層次可分為兩類：對(duì)象級(jí)知識(shí) ：直接描述有關(guān)領(lǐng)域?qū)ο蟮闹R(shí)元級(jí)知識(shí) ：描述對(duì)象級(jí)知識(shí)的知識(shí) 知識(shí)、知識(shí)表示 知識(shí)、知識(shí)表示F知識(shí)表示： 知識(shí)表示是對(duì)知識(shí)的一種描述，或者說(shuō)是一組約定，是一種計(jì)算機(jī)可以接受的、用于描述知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)知識(shí)進(jìn)行表示就是把知識(shí)表示成便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和利用的某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。F知識(shí)表示的要求1）表示能力：能夠?qū)?wèn)題求解所需的知識(shí)正確有 效地表達(dá)出來(lái)；2）可理解性：所表達(dá)的知識(shí)簡(jiǎn)單、易于理解；3）可訪問(wèn)性：能夠有效地利用所表達(dá)的知識(shí)；4）可擴(kuò)充性：能夠方便地對(duì)知識(shí)進(jìn)行擴(kuò)充。 知識(shí)、知識(shí)表示知識(shí)表示的方法知識(shí)表示的方法謂詞邏輯產(chǎn)生式規(guī)則語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)框架劇本 謂詞邏輯的合法表達(dá)式也稱合式公式。它由原子公式、連接詞和量詞組成。252。原子公式：由謂詞、括號(hào)和括號(hào)中的項(xiàng)組成原子公式：由謂詞、括號(hào)和括號(hào)中的項(xiàng)組成辦公地點(diǎn)關(guān)系劉凌 401陳東華 402張明亮 418辦公地點(diǎn)（劉凌、 401）辦公地點(diǎn)（陳東華、 402）辦公地點(diǎn)（張明亮、 418）1 一階謂詞邏輯蘭色（盒子）顏色（盒子、蘭色）值（顏色、盒子、蘭色）盒子是蘭色的252。原子公式：由謂詞、括號(hào)和括號(hào)中的項(xiàng)組成原子公式：由謂詞、括號(hào)和括號(hào)中的項(xiàng)組成 謂詞邏輯的合法表達(dá)式也稱合式公式。它由原子公式、連接詞和量詞組成。1 一階謂詞邏輯252。連接詞：用來(lái)組合原子公式以形成較復(fù)雜的合式公式。∧— 合?。?P∧Q ，當(dāng) P、 Q皆為真時(shí)，才為真，否則為假；類似 “ AND”∨— 析?。?P∨Q ，當(dāng) P、 Q皆為假時(shí)，則為假，否則為真；類似 “ OR”222。— 蘊(yùn)涵： P=Q, 只有 P為真， Q為假時(shí)，蘊(yùn)涵式為假，否則為真； ~ — 否定： ~P，當(dāng) P為假時(shí)，才為真，否則為假。1 一階謂詞邏輯P Q P=QT T TT F FF T TF F T1 一階謂詞邏輯252。量詞： ?、 ? ，分別為全稱量詞和存在量詞。例子： “ 張某送給屋里的每個(gè)人一件禮物 ”（ ? y） { [ IN(y , ROOM) ∧ HUMAN( y ) ] = (?x) [GIVE(ZHANG , x , y) ∧ PRESENT(x)]}1 一階謂詞邏輯2 產(chǎn)生式規(guī)則 產(chǎn)生式 (Production)一詞，首先是由美國(guó)數(shù)學(xué)家波斯特（ ） 提出來(lái)的。波斯特根據(jù)替換規(guī)則提出了一種稱為波斯特機(jī)的計(jì)算模型，模型中的每一條規(guī)則當(dāng)時(shí)被稱為一個(gè)產(chǎn)生式。后來(lái)，這一術(shù)語(yǔ)幾經(jīng)修改擴(kuò)充，被用到許多領(lǐng)域。例如，形式語(yǔ)言中的文法規(guī)則就稱為產(chǎn)生式。 產(chǎn)生式也稱為產(chǎn)生式規(guī)則，或簡(jiǎn)稱規(guī)則。2 產(chǎn)生式規(guī)則產(chǎn)生式規(guī)則的一般形式為： 前件 → 后件 其中，前件就是前提，后件是結(jié)論或動(dòng)作，前件和后件可以是由邏輯運(yùn)算符 AND、 OR、 NOT組成的表達(dá)式。2 產(chǎn)生式規(guī)則產(chǎn)生式規(guī)則知識(shí)一般表示為： if A then B 產(chǎn)生式規(guī)則的語(yǔ)義 ： 如果前提滿足，則可得結(jié)論或者執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，即后件由前件來(lái)觸發(fā)。所以，前件是規(guī)則的執(zhí)行條件，后件是規(guī)則體。 例如，下面就是幾個(gè)產(chǎn)生式規(guī)則：(1)如果銀行存款利率下調(diào)，那么股票價(jià)格上漲；(2)如果爐溫超過(guò)上限，則立即關(guān)閉風(fēng)門(mén)；(3)如果鍵盤(pán)突然失靈且屏幕上出現(xiàn)怪字符，則是病毒發(fā)作； 一條產(chǎn)生式規(guī)則就是一條知識(shí)。用產(chǎn)生式可以實(shí)現(xiàn)推理和操作， 產(chǎn)生式規(guī)則是知識(shí)表示形式 。產(chǎn)生式規(guī)則知識(shí)有 正向 和 逆向 兩種推理方式 。（ 1）正向推理v 逐條搜索規(guī)則庫(kù)，對(duì)每一條規(guī)則的前提條件都檢查事實(shí)庫(kù)中是否存在；v 對(duì)前提條件中各子項(xiàng)，若事實(shí)庫(kù)中不是全部都存在，放棄該條規(guī)則；v 若在事實(shí)庫(kù)中全部存在，則執(zhí)行該條規(guī)則，并結(jié)論放入到事實(shí)庫(kù)中；v 反復(fù)執(zhí)行上述過(guò)程，直至推出目標(biāo)，并存放入事實(shí)庫(kù)中。 算法 ：例如：在產(chǎn)生式規(guī)則庫(kù)中有 3條規(guī)則，在事實(shí)庫(kù)中存在 B、 C、 E3個(gè)事實(shí)，且它們均為真。希望通過(guò)正向推理，證明目標(biāo) G為真。 B、 C、 E A BG C DA EDVV產(chǎn)生式規(guī)則庫(kù) 事實(shí)庫(kù)推理過(guò)程：（ 1）正向推理（ 2）逆向推理v從目標(biāo)開(kāi)始，尋找以此目標(biāo)為結(jié)論的規(guī)則，并對(duì)該規(guī)則的前提進(jìn)行判斷；v若該規(guī)則的前提中某個(gè)子項(xiàng)是另一規(guī)則的結(jié)論，再找此結(jié)論的規(guī)則；v重復(fù)上述過(guò)程，直到對(duì)某個(gè)規(guī)則的前提能夠進(jìn)行判斷；v按此規(guī)則前提的判斷得出結(jié)論的判斷，由此回溯到上一個(gè)規(guī)則的推理，一直回溯到目標(biāo)的判斷。 算法 ： B、 C、 E A BG C DA EDVV產(chǎn)生式規(guī)則庫(kù) 事實(shí)庫(kù)推理過(guò)程：GBACD E（ 2）逆向推理252。 從概念結(jié)點(diǎn)間問(wèn)它們之間的關(guān)系252。 通過(guò)概念和關(guān)系問(wèn)其他結(jié)點(diǎn) 由 1968年在研究人類聯(lián)想記憶時(shí)提出的一種心理學(xué)模型。3 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)基本思想：v 用結(jié)點(diǎn)表示概念，用弧線表示概念之間的關(guān)系，將領(lǐng)域知識(shí)表示成一種結(jié)構(gòu)圖形式；v 在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中，尋找概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，主要通過(guò)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的形式推理來(lái)回答兩類問(wèn)題：3 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn) 代表實(shí)體，表示各種事物、概念、情況、屬性、狀態(tài)、事件、動(dòng)作等；語(yǔ)義單元 是由有向圖表示的三元組 (結(jié)點(diǎn) 1,弧 ,結(jié)點(diǎn) 2)結(jié)點(diǎn) 1 結(jié)點(diǎn) 2語(yǔ)義關(guān)系弧 是有方向和標(biāo)注的，方向體現(xiàn)了結(jié)點(diǎn)所代表的實(shí)體的主次關(guān)系，即結(jié)點(diǎn) 1為主，結(jié)點(diǎn) 2為輔；標(biāo)注 表示所連接的兩個(gè)實(shí)體之間的語(yǔ)義聯(lián)系。試用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示命題 “某學(xué)校小學(xué)生坐車去春游 ”。動(dòng)作方式某學(xué)校 小學(xué)生 動(dòng)作目的 春游坐車屬于3 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)基本的語(yǔ)義關(guān)系(1)Isa和 Partof型關(guān)系Isa：表示一個(gè)事物是另一個(gè)事物的實(shí)例，表示具體與抽象關(guān)系，此關(guān)系的一個(gè)最主要的特點(diǎn)是屬性的繼承關(guān)系。靈長(zhǎng)類 動(dòng)物IsaIsa型語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)3 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)輪胎 汽車PartofPartof型語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)(1)Isa和 Partof型關(guān)系Partof ：表示一個(gè)事物是另一個(gè)事物的一部分，是部分與整體的關(guān)系?；镜恼Z(yǔ)義關(guān)系3 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)Is ：表示一個(gè)結(jié)點(diǎn)是另一個(gè)結(jié)點(diǎn)的屬性中國(guó)的陸地面積 960萬(wàn)平方公里IsIs型語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)(1)Isa和 Partof型關(guān)系基本的語(yǔ)義關(guān)系3 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)(2)屬性 (類屬 )關(guān)系Have ：表示一個(gè)結(jié)點(diǎn)具有另一個(gè)結(jié)點(diǎn)所描述的屬性Have屬性關(guān)系語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)鳥(niǎo) 翅膀Have基本的語(yǔ)義關(guān)系3 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)(2)屬性 (類屬 )關(guān)系A(chǔ)Kindof ：表示一個(gè)事物是另一個(gè)事物的一種類型，表示隸屬關(guān)系。AKO屬性關(guān)系語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)鴨嘴獸 哺乳動(dòng)物AKindof基本的語(yǔ)義關(guān)系3 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)(2)屬性 (類屬 )關(guān)系Can ：表示一個(gè)結(jié)點(diǎn)能做另一個(gè)結(jié)點(diǎn)的事情。Can屬性關(guān)系語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)草魚(yú) 水草eat基本的語(yǔ)義關(guān)系3 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)(3)其他關(guān)系時(shí)間關(guān)系 ：指不