【文章內(nèi)容簡介】 YCIN中有如下產(chǎn)生式 IF 本生物的染色斑是革蘭氏陰性， 本微生物的形狀呈桿狀， 病人是中間宿主 THEN 該微生物是綠膿桿菌，l 在產(chǎn)生式表示中，決定一個(gè)產(chǎn)生式是否可用是檢查已知事實(shí)與前提中所規(guī)定的條件相匹配來實(shí)現(xiàn)的，并且匹配可以精確，也可不精確；而謂詞邏輯中的蘊(yùn)含式，其匹配則要求一定是精確的。 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)把用產(chǎn)生式知識表示方法構(gòu)造的智能系統(tǒng)稱為產(chǎn)生式系統(tǒng)。一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括：綜合數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫和控制系統(tǒng)三個(gè)主要部分。其關(guān)系如圖所示。1. 綜合數(shù)據(jù)庫綜合數(shù)據(jù)庫也稱事實(shí)庫，是一個(gè)用來存放與求解問題有關(guān)的各種當(dāng)前信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如，問題的初始狀態(tài)、輸入的事實(shí)、推理得到的中間結(jié)論及最終結(jié)構(gòu)等。 2. 規(guī)則庫規(guī)則庫是一個(gè)用來存放與求解問題有關(guān)的所有規(guī)則的集合。它包含了將問題從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換成目標(biāo)狀態(tài)所需要的所有變換規(guī)則。在推理過程中，當(dāng)規(guī)則庫中某條規(guī)則的前提可以和綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實(shí)相匹配時(shí)，該規(guī)則被激活，由它推出的結(jié)論將被作為新的事實(shí)放入綜合數(shù)據(jù)庫，成為后面推理的已知事實(shí)。 3. 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)也稱推理機(jī)構(gòu)，它由一組程序組成，用來控制整個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行，決定問題求解過程的推理線路，實(shí)現(xiàn)對問題的求解。其主要工作如下：① 按一定策略從規(guī)則庫中選擇規(guī)則與綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實(shí)進(jìn)行匹配。若匹配成功，該規(guī)則被激活；否則，匹配失敗，該規(guī)則不可用于當(dāng)前推理。② 當(dāng)匹配成功的規(guī)則多于一條時(shí)，推理機(jī)構(gòu)應(yīng)該能夠按照某種策略從中選出一條規(guī)則去執(zhí)行；③ 對要執(zhí)行的規(guī)則，如果該規(guī)則的后件不是問題的目標(biāo)，則當(dāng)其為一個(gè)或多個(gè)結(jié)論時(shí)，把這些結(jié)論加入到綜合數(shù)據(jù)庫中；當(dāng)其為一個(gè)或多個(gè)操作時(shí)，執(zhí)行這些操作；④ 對要執(zhí)行的規(guī)則，如果該規(guī)則的后件滿足問題的結(jié)束條件，則停止推理；⑤ 在問題求解過程中，記住應(yīng)用過的規(guī)則序列，以便最終能夠給出問題的解路徑。[示例]一個(gè)用于識別老虎、金錢豹、斑馬、長頸鹿、企鵝、信天翁這6種動(dòng)物的產(chǎn)生式系統(tǒng)。其規(guī)則庫包含15條規(guī)則： IF 該動(dòng)物有毛發(fā) THEN 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 IF 該動(dòng)物有奶 THEN 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 IF 該動(dòng)物有羽毛 THEN 該動(dòng)物是鳥 IF 該動(dòng)物會(huì)飛 AND 會(huì)下蛋 THEN 該動(dòng)物是鳥 IF 該動(dòng)物吃肉 THEN 該動(dòng)物是肉食動(dòng)物 IF 該動(dòng)物有犬齒 AND有爪 AND 眼盯前方 THEN 該動(dòng)物是肉食動(dòng)物 IF該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 有蹄 THEN 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 IF該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 有嚼反芻動(dòng)物 THEN該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 IF該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是肉食動(dòng)物 AND 是黃褐色 AND 身上有暗斑點(diǎn) THEN 該動(dòng)物是金錢豹 IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND是肉食動(dòng)物 AND 是黃褐色 AND 身上有黑色條紋THEN 該動(dòng)物是虎 IF該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 AND 有長脖子 AND 有長腿 AND 身上有暗斑點(diǎn) THEN 該動(dòng)物是長頸鹿 IF該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 AND身上有黑色條紋 THEN 該動(dòng)物是斑馬 IF該動(dòng)物是鳥 AND有長脖子 AND 有長腿 AND 不會(huì)飛場THEN 該動(dòng)物是駝鳥 IF 該動(dòng)物是鳥 AND 會(huì)游泳 AND 不會(huì)飛 AND 有黑白二色 THEN 該動(dòng)物是個(gè)鵝 IF該動(dòng)物是鳥 AND 善飛 THEN 該動(dòng)物是信天翁其綜合數(shù)據(jù)庫中存放如下事實(shí)：動(dòng)物有暗斑，有長脖，有長腿，有奶，有蹄推理過程為：（1）先從規(guī)則庫中取出第一條規(guī)則，檢查其前提是否與綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實(shí)相匹配。的前提是“有毛發(fā)”，但事實(shí)庫中沒有這一事實(shí)，故匹配失敗。然后取，該前提提可與事實(shí)庫中的已知事實(shí)“有奶”本匹配，被執(zhí)行，并將其結(jié)論“該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物”作為新的事實(shí)加到綜合數(shù)據(jù)庫中。此時(shí)，綜合數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容變?yōu)椋? 動(dòng)物有暗斑，有長脖，有長腿，有奶，有蹄，是哺乳動(dòng)物（2）再從規(guī)則庫中取進(jìn)行匹配，結(jié)果均失敗。接著取匹配，并將其結(jié)論加綜合數(shù)據(jù)庫中，此時(shí)，綜合數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容變?yōu)椋? 動(dòng)物有暗斑，有長脖，有長腿，有奶，有蹄，是哺乳動(dòng)物，是有蹄類動(dòng)物（3）同上方法知匹配，并推出“該動(dòng)物是長頸鹿”。由于“長頸鹿”已是目標(biāo)集中的一個(gè)結(jié)論，故障問題求解到此結(jié)束。注：上述規(guī)則庫中的規(guī)則是一種直接表示方式，也可用三元組來表示前提中的事實(shí)和后件中的假設(shè)。如上例中可表示為： IF （動(dòng)物，類別，鳥） AND （動(dòng)物，本領(lǐng)，善飛） THEN （動(dòng)物，名稱，信天翁） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程 產(chǎn)生式系統(tǒng)求解問題的過程是一個(gè)反復(fù)從規(guī)則庫中選用合適的規(guī)則并執(zhí)行規(guī)則的過程。在此過程中，規(guī)則的選用策略將直接影響到問題的求解。問題的求解效率取決于搜索策略和產(chǎn)生式系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)。① 初始化綜合數(shù)據(jù)庫，把欲解決問題的已知事實(shí)送入綜合數(shù)據(jù)庫中；② 檢查規(guī)則庫中是否存在尚未使用過的規(guī)則，若有則執(zhí)行③；否則轉(zhuǎn)⑦；③ 檢查規(guī)則庫的未使用規(guī)則中是否存在有其前提可與綜合數(shù)據(jù)庫中已知事實(shí)相匹配的規(guī)則，若有則從中選擇一個(gè)；否則轉(zhuǎn)⑥；④ 執(zhí)行當(dāng)前選中規(guī)則，并對該規(guī)則作上標(biāo)記，把執(zhí)行該規(guī)則后所得到的結(jié)論作為新的事實(shí)放入綜合數(shù)據(jù)庫；如果該規(guī)則的結(jié)論是一些操作，則執(zhí)行這些操作；⑤ 檢查綜合數(shù)據(jù)庫中是否包含了該問題的解，若已包含，則說明已求出解，問題求解過程結(jié)束；否則轉(zhuǎn)②；⑥ 當(dāng)規(guī)則庫中還有未使用的規(guī)則，但均不能與綜合數(shù)據(jù)庫中的已有事實(shí)相匹配時(shí)，要求用戶進(jìn)一步提供關(guān)于該問題的已知事實(shí)，若能提供，則轉(zhuǎn)②；否則，說明該問題無解，終止問題求解過程；⑦ 若知識庫中不再有未使用的規(guī)則，也說明該問題無解，終止問題求解過程。 產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略在產(chǎn)生式問題求解過程中，當(dāng)有多條規(guī)則可用時(shí)，如何從中選擇一條作用于當(dāng)前綜合數(shù)據(jù)庫，是一個(gè)控制策略問題（也稱沖突消解問題）。產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略總體上可分兩類：不可撤回方式和試探性方式(回溯方式、圖搜索方式)。 不可撤回方式是一直往前走方式。試探性方式：回溯方式是一種碰壁回頭方式。抹去過去所引起失敗的試探路徑。圖搜索方式是一種用圖或樹把全部求解過程記錄下來的方式。記住已試探過的所有路徑。 產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型 1. 按推理方向分類（1）正向推理產(chǎn)生式系統(tǒng) 正向推理也稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式，它是從初始狀態(tài)出發(fā)，朝著目標(biāo)狀態(tài)前進(jìn)，正向使用規(guī)則的一種推理方法。所謂正向使用規(guī)則，是指以問題的初始狀態(tài)作為初始綜合數(shù)據(jù)庫，僅當(dāng)綜合數(shù)據(jù)庫中的事實(shí)滿足某條件規(guī)則的前提時(shí)，該規(guī)則才被使用。優(yōu)點(diǎn)：簡單明了且能求出所有解缺點(diǎn)：執(zhí)行效率低（2）逆向推理產(chǎn)生式系統(tǒng) 逆向推理也稱目標(biāo)驅(qū)動(dòng)方式，它是從目標(biāo)狀態(tài)出發(fā)，朝著初始狀態(tài)前進(jìn)，逆向使用規(guī)則的一種推理方法。所謂逆向使用規(guī)則，是指以問題的目標(biāo)狀態(tài)作為初始綜合數(shù)據(jù)庫，僅當(dāng)綜合數(shù)據(jù)庫中的事實(shí)滿足某條件規(guī)則的后件時(shí)，該規(guī)則才被使用。優(yōu)點(diǎn)：不尋找無用數(shù)據(jù)，不使用與問題無關(guān)的規(guī)則。（3）雙向推理產(chǎn)生式系統(tǒng)雙向推理是把正向推理和逆向推理結(jié)合起來使用的一種推理方式。采用這種方式需要把問題的初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)合并在一起構(gòu)成綜合數(shù)據(jù)庫。 2. 按規(guī)則庫的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)分類（1）可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng)如果一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)對規(guī)則的使用次序是無關(guān)的，則稱該產(chǎn)生式系統(tǒng)為可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng)。所謂可交換性是指這些規(guī)則可以任意交換次序而不影響對問題的求解。設(shè)DB是綜合數(shù)據(jù)庫，RB是規(guī)則庫，（）是第次使用規(guī)則后得到的新的綜合數(shù)據(jù)庫，是一個(gè)可作用于的規(guī)則集合。所謂產(chǎn)生式系統(tǒng)是可交換的，是指其RB和每一個(gè)都具有如下性質(zhì)：① 對任一規(guī)則，它作用于得到新的綜合數(shù)據(jù)庫，仍然是的可用規(guī)則集；② 如果滿足目標(biāo)條件，則用RS中的任一規(guī)則作用于，得到的仍然滿足目標(biāo)條件；③ 若對使用某一規(guī)則序列得到一個(gè)新的綜合數(shù)據(jù)庫，則當(dāng)改變這些規(guī)則的使用次序后，仍然可得到。從上述性質(zhì)知，其綜合數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容是遞增的。即對任何規(guī)則序列，作用于DB后所得到的綜合數(shù)據(jù)庫之間有如下關(guān)系： [示例] 設(shè)給定一個(gè)整數(shù)集合，可通過把集合中任意一對元素的乘積作為新元素添加到集合中的辦法來擴(kuò)大該整數(shù)集，要求通過若干次操作后能生成所需的整數(shù)集合{a,b,c,}。規(guī)則庫中包含的規(guī)則有： IF { a,b,c } THEN IF { a,b,c } THEN IF { a,b,c } THEN 顯然，用產(chǎn)生式求解這個(gè)問題時(shí)，綜合數(shù)據(jù)庫DB可用集合來表示，其初始狀態(tài)為{ a,b,c }，目標(biāo)狀態(tài)為{a,b,c,}。無論先用哪條規(guī)則，都可由初始狀態(tài)達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)?？山粨Q的產(chǎn)生式系統(tǒng)的可交換性，使得其求解過程只需要搜索其中的任意一條路徑，就能達(dá)到目標(biāo)，而不必進(jìn)行回溯。因此，該系統(tǒng)求解過程可采用不可撤回的控制方式。它無需記錄可用規(guī)則的作用序列，可節(jié)省求解問題的時(shí)間，提高求解問題的效率。（2）可分解的產(chǎn)生式系統(tǒng)該法是把一個(gè)較大或較復(fù)雜的問題分解成若干個(gè)較小或較簡單的問題，然后通過對這些較小或較簡單問題的求解來得到整個(gè)問題的解。可分解的產(chǎn)生式系統(tǒng)是把一個(gè)整體問題分解成若干子問題，然后再通過對這些子問題的求解來得到整個(gè)問題解的一種產(chǎn)生式系統(tǒng)。[示例] 設(shè)綜合數(shù)據(jù)庫的初始狀態(tài)為{C，B，Z}，目標(biāo)狀態(tài)為{M，M，…，M}，規(guī)則庫中有如下重寫規(guī)則： 解決該問題時(shí)，可先把初始綜合數(shù)據(jù)庫分為三個(gè)子庫，然后對這三個(gè)子庫分別應(yīng)用規(guī)則庫中的相應(yīng)規(guī)則進(jìn)行求解。其求解過程如圖所示。（3）可恢復(fù)的產(chǎn)生式系統(tǒng)可恢復(fù)的產(chǎn)生式系統(tǒng)是指那種采用回溯控制方式的產(chǎn)生式系統(tǒng)。其求解問題的方法是：當(dāng)執(zhí)行某條規(guī)則后，如果發(fā)現(xiàn)所得到的新的綜合數(shù)據(jù)庫不可能求出問題的解，就立即撤消由該規(guī)則所產(chǎn)生的結(jié)果，使綜合數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到先前的狀態(tài)，然后再另選別的繼續(xù)求解。它既可向綜合數(shù)據(jù)庫中添加新的內(nèi)容，又可從綜合數(shù)據(jù)庫中刪除或修改老的內(nèi)容。這種可解方法，更符合人們的一般習(xí)慣。 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：自然性、模塊性、有效性、一致性。缺點(diǎn)：效率低、不能表示結(jié)構(gòu)性知識 語義網(wǎng)絡(luò)表示法語義網(wǎng)絡(luò)是奎廉（）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，他認(rèn)為記憶是由概念間的聯(lián)系實(shí)現(xiàn)的。隨后，奎廉又把它用作知識表示。1972年，西蒙在他的自然語言理解系統(tǒng)中也采用了語義網(wǎng)絡(luò)表示法。1975年，享德里克（）又對全稱量詞的表示提出了語義網(wǎng)絡(luò)分區(qū)技術(shù)。目前，語義網(wǎng)絡(luò)已成為AI中應(yīng)用較多的一種知識表示方法。 語義網(wǎng)絡(luò)的基本概念1. 什么是語義網(wǎng)絡(luò)？語義網(wǎng)絡(luò)是一種用實(shí)體及語義關(guān)系來表達(dá)知識的有向圖。其中，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；弧代表語義關(guān)系，表示它所連接的兩個(gè)實(shí)體之間的語義聯(lián)系。在語義網(wǎng)絡(luò)中，