【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 ?人工智能基本原理 本章內(nèi)容 ?智能決策支持系統(tǒng)概述 ?專家系統(tǒng)與智能決策支持系統(tǒng) ?神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的決策支持 ?遺傳算法的決策支持 ?機器學(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) ? 1981年， Bonczek提出了 DSS三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中有“ 知識系統(tǒng) ” ，使得不少學(xué)者將 DSS劃為人工智能的范疇，研究知識表示與知識推理，這樣， DSS與人工智能的專家系統(tǒng)的界限變得模糊了。 ? 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。 ? IDSS實際上就是在 DSS基礎(chǔ)上增加了 知識部件 。 智能決策支持系統(tǒng)概念 知識部件 知識庫 知識管理系統(tǒng) 推理機 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）機器學(xué)習(xí) （ 5）自然語言理解 （ 1） IDSS的基本結(jié)構(gòu)形式 問題綜合與交互系統(tǒng) 模型庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 人工智能技術(shù) 專家系統(tǒng) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算法 機器學(xué)習(xí) 自然語言理解 模型庫 數(shù)據(jù)庫 （ 2） IDSS的簡化結(jié)構(gòu)圖 問題綜合與交互系統(tǒng) 模型庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 知識庫管理系統(tǒng) 推理機 模型庫 數(shù)據(jù)庫 知識庫 用戶 人工智能基本原理 邏輯推理 知識表示與知識推理 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：從一個或多個判斷推出一個新判斷的過程。 （ 2）判斷：對概念的肯定或否定； 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 “ 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 “ 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 “ 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：由所見的某一類事物的部分分子具有某種屬性，而且沒有遇到相反的情況，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（或兩類）事物在某些屬性上相同，進而推斷它們在另一個屬性也可能相同的推理。 （ 1）演繹推理的結(jié)論沒有超出已知的知識范圍，而歸納推理和類比推理的結(jié)論超出了已知的知識范圍； （ 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)過嚴格的驗證和證明。 知識、知識表示 知識是加工了的、深思熟慮過的、經(jīng)過推理了的、已經(jīng)達成共識的關(guān)于實體的狀態(tài)以及實體之間的聯(lián)系的一系列事實，可以用來指導(dǎo)行動，是理解自然規(guī)律并根據(jù)自然規(guī)律預(yù)測實際系統(tǒng)行為的能力。 ?知識的概念 ： 是以各種不同方式把多個信息關(guān)聯(lián)在一起的信息結(jié)構(gòu)。是人們對客觀事物及其規(guī)律的認識，知識還包括人們利用客觀規(guī)律解決實際問題的方法和策略等。 描述性知識 ：表示對象及概念的特征及其相互關(guān)系的知識，及問題求解狀況的知識，也稱為事實性知識。 判斷性知識 ：表示與領(lǐng)域有關(guān)的問題求解知識，如推理規(guī)則等，也稱啟發(fā)性知識。 過程性知識 ：表示問題求解的控制策略，即如何應(yīng)用判斷性知識進行推理的知識。 ?計算機所處理的知識，按其作用可大致分為三類： ?知識按其作用的層次可分為兩類： 對象級知識 ：直接描述有關(guān)領(lǐng)域?qū)ο蟮闹R 元級知識 ：描述對象級知識的知識 知識、知識表示 知識、知識表示 ?知識表示： 知識表示是對知識的一種描述，或者說是一組約定，是一種計算機可以接受的、用于描述知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對知識進行表示就是把知識表示成便于計算機存儲和利用的某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 ?知識表示的要求 1）表示能力：能夠?qū)栴}求解所需的知識正確有 效地表達出來； 2）可理解性：所表達的知識簡單、易于理解； 3）可訪問性：能夠有效地利用所表達的知識； 4）可擴充性：能夠方便地對知識進行擴充。 知識、知識表示 知識表示的方法 謂詞邏輯 產(chǎn)生式規(guī)則 語義網(wǎng)絡(luò) 框架 劇本 謂詞邏輯的合法表達式也稱合式公式。它由原子公式、連接詞和量詞組成。 ?原子公式：由謂詞、括號和括號中的項組成 辦公地點關(guān)系 劉凌 401 陳東華 402 張明亮 418 辦公地點（劉凌、 401） 辦公地點（陳東華、 402） 辦公地點（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 ?原子公式：由謂詞、括號和括號中的項組成 謂詞邏輯的合法表達式也稱合式公式。它由原子公式、連接詞和量詞組成。 1 一階謂詞邏輯 ?連接詞：用來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，才為真，否則為假；類似“ AND” ∨ — 析取： P∨Q ，當(dāng) P、 Q皆為假時，則為假，否則為真；類似“ OR” ?— 蘊涵： P=Q, 只有 P為真， Q為假時，蘊涵式為假，否則為真； ~ — 否定： ~P，當(dāng) P為假時，才為真，否則為假。 1 一階謂詞邏輯 P Q P=Q T T T T F F F T T F F T 1 一階謂詞邏輯 ?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 ， 首先是由美國數(shù)學(xué)家波斯特 （ ） 提出來的 。 波斯特根據(jù)替換規(guī)則提出了一種稱為波斯特機的計算模型 ，模型中的每一條規(guī)則當(dāng)時被稱為一個產(chǎn)生式 。 后來 ， 這一術(shù)語幾經(jīng)修改擴充 ， 被用到許多領(lǐng)域 。例如 ， 形式語言中的文法規(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)論或動作，前件和后件可以是由邏輯運算符 AND、 OR、 NOT組成的表達式。 2 產(chǎn)生式規(guī)則 產(chǎn)生式規(guī)則知識一般表示為： if A then B 產(chǎn)生式規(guī)則的語義 ： 如果前提滿足，則可得結(jié)論或者執(zhí)行相應(yīng)的動作，即后件由前件來觸發(fā)。所以，前件是規(guī)則的執(zhí)行條件，后件是規(guī)則體。 例如 ， 下面就是幾個產(chǎn)生式規(guī)則： (1)如果銀行存款利率下調(diào) ， 那么股票價格上漲； (2)如果爐溫超過上限 ， 則立即關(guān)閉風(fēng)門； (3)如果鍵盤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 。 用產(chǎn)生式可以實現(xiàn)推理和操作 ， 產(chǎn)生式規(guī)則是知識表示形式 。 產(chǎn)生式規(guī)則知識有 正向 和 逆向 兩種推理方式 。 （ 1）正向推理 ? 逐條搜索規(guī)則庫，對每一條規(guī)則的前提條件都檢查事實庫中是否存在； ? 對前提條件中各子項，若事實庫中不是全部都存在，放棄該條規(guī)則； ? 若在事實庫中全部存在，則執(zhí)行該條規(guī)則，并結(jié)論放入到事實庫中； ? 反復(fù)執(zhí)行上述過程，直至推出目標，并存放入事實庫中。 算法 ： 例如：在產(chǎn)生式規(guī)則庫中有 3條規(guī)則，在事實庫中存在 B、 C、 E 3個事實，且它們均為真。希望通過正向推理，證明目標 G為真。 B、 C、 E A BG C DA ED V V 產(chǎn)生式規(guī)則庫 事實庫 推理過程： （ 1）正向推理 （ 2）逆向推理 ?從目標開始，尋找以此目標為結(jié)論的規(guī)則，并對該規(guī)則的前提進行判斷； ?若該規(guī)則的前提中某個子項是另一規(guī)則的結(jié)論，再找此結(jié)論的規(guī)則； ?重復(fù)上述過程，直到對某個規(guī)則的前提能夠進行判斷； ?按此規(guī)則前提的判斷得出結(jié)論的判斷，由此回溯到上一個規(guī)則的推理，一直回溯到目標的判斷。 算法 ： B、 C、 E A BG C DA ED V V 產(chǎn)生式規(guī)則庫 事實庫 推理過程： G B A C D E （ 2）逆向推理 ? 從概念結(jié)點間問它們之間的關(guān)系 ? 通過概念和關(guān)系問其他結(jié)點 由 1968年在研究人類聯(lián)想記憶時提出的一種心理學(xué)模型。 3 語義網(wǎng)絡(luò) 基本思想： ? 用結(jié)點表示概念，用弧線表示概念之間的關(guān)系，將領(lǐng)域知識表示成一種結(jié)構(gòu)圖形式； ? 在語義網(wǎng)絡(luò)中，尋找概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，主要通過語義網(wǎng)絡(luò)的形式推理來回答兩類問題： 3 語義網(wǎng)絡(luò) 結(jié)點 代表實體，表示各種事物、概念、情況、屬性、狀態(tài)、事件、動作等； 語義單元 是由有向圖表示的三元組 (結(jié)點 1,弧 ,結(jié)點 2) 結(jié)點 1 結(jié)點 2 語義關(guān)系 弧 是有方向和標注的，方向體現(xiàn)了結(jié)點所代表的實體的主次關(guān)系，即結(jié)點 1為主，結(jié)點 2為輔； 標注 表示所連接的兩個實體之間的語義聯(lián)系。 試用語義網(wǎng)絡(luò)表示命題 “ 某學(xué)校小學(xué)生坐車去春 游 ” 。 動作方式 某學(xué)校 小學(xué)生 動作目的 春游 坐車 屬于 3 語義網(wǎng)絡(luò) 基本的語義關(guān)系 (1)Isa和 Partof型關(guān)系 Isa：表示一個事物是另一個事物的實例，表示具體與抽象關(guān)系，此關(guān)系的一個最主要的特點是屬性的繼承關(guān)系。 靈長類 動物 Isa Isa型語義網(wǎng)絡(luò) 3 語義網(wǎng)絡(luò) 輪胎 汽車 Partof Partof型語義網(wǎng)絡(luò) (1)Isa和 Partof型關(guān)系 Partof ：表示一個事物是另一個事物的一部分，是部分與整體的關(guān)系。 基本的語義關(guān)系 3 語義網(wǎng)絡(luò) Is ：表示一個結(jié)點是另一個結(jié)點的屬性 中國的陸地面積 960萬平方公里 Is Is型語義網(wǎng)絡(luò) (1)Isa和 Partof型關(guān)系 基本的語義關(guān)系 3 語義網(wǎng)絡(luò) (2)屬性 (類屬 )關(guān)系 Have ：表示一個結(jié)點具有另一個結(jié)點所描述的屬性 Have屬性關(guān)系語義網(wǎng)絡(luò) 鳥 翅膀 Have 基本的語義關(guān)系 3 語義網(wǎng)絡(luò) (2)屬性 (類屬 )關(guān)系 AKindof ：表示一個事物是另一個事物的一種類型，表示隸屬關(guān)系。 AKO屬性關(guān)系語義網(wǎng)絡(luò) 鴨嘴獸 哺乳動物 AKindof 基本的語義關(guān)系 3 語義網(wǎng)絡(luò) (2)屬性 (類屬 )關(guān)系 Can ：表示一個結(jié)點能做另一個結(jié)點的事情。 Can屬性關(guān)系語義網(wǎng)絡(luò) 草魚 水草 eat 基本的語義關(guān)系 3 語義網(wǎng)絡(luò) (3)其他關(guān)系 時間關(guān)系 ：指不同事物在其發(fā)生時間方面的先后關(guān)系。 Before： 表示一個事物在一個事物之前發(fā)生； After： 表示一個事物在一個事物之后發(fā)生； 位置關(guān)系 ：指不同事物在位置方面的關(guān)系。 Locatedon Locatedat Locatedunder Locatedinside Locatedoutside 3 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的推理 語義的推理過程主