【正文】 actions(X).，由于商品每天都在流動(dòng)，商店的平面圖經(jīng)常變化。一個(gè)典型的平面路徑如圖所示，在這個(gè)圖中，點(diǎn)代表機(jī)器人的工作站，線表示點(diǎn)與點(diǎn)之間適于巡邏的通道。在機(jī)器人的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)中，將通過(guò)一組事實(shí)表示圖的路徑，例如：joined_to(a, b)。joined_to(b, c)。joined_to(b, d)。joined_to(d, c)。joined_to(c, e) 。機(jī)器人必須能夠判斷連接兩個(gè)點(diǎn)的路線，例如，它應(yīng)該識(shí)別出 這個(gè)序列代表從e到b的一條路線。請(qǐng)寫(xiě)出一個(gè)程序，用來(lái)證明或者反證某一個(gè)給定序列是兩個(gè)給定點(diǎn)之間的路線。：理解問(wèn)題已知一個(gè)序列和一對(duì)點(diǎn)，要求證明（或反證）這個(gè)序列是這兩個(gè)點(diǎn)之間一條可能的路線?？梢钥闯?，這是一個(gè)證明型問(wèn)題：即證明給出的序列是給定的兩點(diǎn)之間的一條路線。那么什么是路線？結(jié)合圖2，我們來(lái)看幾個(gè)有用的例子。（1）b d c這個(gè)序列是a和c兩點(diǎn)之間的路線嗎？顯然不是，因?yàn)樗钠鹗键c(diǎn)不對(duì)。（2）d c e這個(gè)序列是d和b兩點(diǎn)之間的路線嗎？當(dāng)然不是：它的終止點(diǎn)不對(duì)。（3）a b e是a和e之間的路線嗎？不是，因?yàn)樵谄矫鎴D上，b和e兩個(gè)點(diǎn)之間不是直接相連的?？梢?jiàn)，對(duì)于一個(gè)給定的點(diǎn)序列，要使它成為某對(duì)特定的點(diǎn)之間的路線，需要滿足以下三個(gè)條件：序列應(yīng)該從點(diǎn)對(duì)的第一點(diǎn)開(kāi)始。序列應(yīng)該以點(diǎn)對(duì)的第二點(diǎn)結(jié)束。序列應(yīng)該是連通的（連通序列）——也就是說(shuō)，序列中任意兩個(gè)連續(xù)的點(diǎn)在平面圖中應(yīng)該是相連的。對(duì)于給定的一個(gè)序列和一對(duì)端點(diǎn)，如果這三個(gè)條件都滿足，那么可以確信這個(gè)序列是這兩個(gè)點(diǎn)之間的路線。這三個(gè)條件是證明該假設(shè)的充分條件，同時(shí)也是必要條件。設(shè)計(jì)方案在Prolog中可以用一個(gè)表來(lái)表示一個(gè)點(diǎn)序列，例如，序列 可以表示為[e, c, d, b]；一對(duì)端點(diǎn)也可以用一個(gè)表表示。因此，route_between([e, c, d, b], [e, b])可以表示egcgdgb是e、b兩點(diǎn)之間的路線。將是我們所關(guān)心的關(guān)系的一個(gè)實(shí)例。目標(biāo)是什么？我們可以寫(xiě)成route_between(X, [Y, Z])，這里序列X和一對(duì)端點(diǎn)[Y, Z]是給定的，我們關(guān)心的是目標(biāo)能否取得成功。為了給route_between寫(xiě)出一條規(guī)則，我們只需要將上面寫(xiě)下的三個(gè)條件轉(zhuǎn)換成Prolog就可以了，如下所示：route_between(X, [Y, Z]): begins_with(X, Y),ends_with(X, Z),is_connected(X).如果能夠?qū)懗鯾egins_with、ends_with和is_connected這三個(gè)謂詞的檢驗(yàn)定義，我們應(yīng)該能夠輸入詢問(wèn)，如 route_between([a, d, e,c, b], [a, b])，并得到一個(gè)是還是否的回答。執(zhí)行方案(1) begins_with該關(guān)系的一個(gè)實(shí)例就是begins_with([b, a, d], b)。顯然，這個(gè)關(guān)系要成立，端點(diǎn)與表頭必須是完全相同的。用規(guī)則表示就是begins_with([X|Y], X)。可以用一些詢問(wèn)進(jìn)行試驗(yàn)，例如begins_with([b, a, d,], b)等。(2) ends_withends_with([b, a, d], d)就是該關(guān)系的一個(gè)實(shí)例。與begins_with相比，這個(gè)關(guān)系就不是那么容易定義了，因?yàn)楸淼淖詈笠粋€(gè)元素看起來(lái)并不像第一個(gè)元素那樣特別。不過(guò)，你可以想出一個(gè)表，使得它與表[b, a, d]相關(guān)，又是從它的最后一個(gè)元素開(kāi)始的嗎？將原表倒置一下，變成[d, a, b]如何？所以我們可以這樣描述ends_with：表X以點(diǎn)Y結(jié)束，如果X的逆序從點(diǎn)Y開(kāi)始。表的倒置，即求一個(gè)表的逆序表是關(guān)于表的一個(gè)最常見(jiàn)的問(wèn)題，這里我們不做具體討論，其完整程序如圖4所示?，F(xiàn)在，我們就可以用reverse關(guān)系和剛才已經(jīng)定義好的begins_with關(guān)系，將上面的描述用Prolog表示成：ends_with(X, Y): reverse(X, Z),begins_with(Z, Y).可以用一些合適的詢問(wèn)來(lái)試驗(yàn)一下。domainss_list=symbol*predicatesappend(s_list,s_list,s_list)reverse(s_list,s_list)clausesappend([],L,L).append([H|T],L2,[H|Tn]):append(T,L2,Tn).reverse([],[]).reverse([H|T],L):reverse(T,L1),append(L1,[H],L).(3) is_connected給這個(gè)關(guān)系舉出幾個(gè)例子并不困難，例如，通過(guò)圖3我們可以看出，表[c, d, b, a]是一個(gè)連通序列，而[b, d, c, e, a]不是。用一般序列的表示方法，即[X|Y]來(lái)表示可以嗎？為了使得[X|Y]是一個(gè)連通序列，對(duì)于X有什么要求呢？顯然，X必須與序列中下一個(gè)出現(xiàn)的點(diǎn)在平面圖中是直接相連的；因此要把這個(gè)“下一個(gè)”點(diǎn)展開(kāi)。所以我們應(yīng)該用[X1,X2|Y]來(lái)表示一般序列，而不是[X|Y]；如果X1與X2相連，并且[X2|Y]是一個(gè)連通序列，那么這就是一個(gè)連通的序列。（注意這里的第二個(gè)條件，為什么只問(wèn)Y是否連通是不夠的呢？）因此，我們寫(xiě)出如下規(guī)則is_connected([X1,X2|Y]):linked_to(X1, X2),is_connected([X2|Y]).這里我們已經(jīng)特意用linked_to替代joined_to了，為什么呢？舉例來(lái)說(shuō)，前面給出的joined_to事實(shí)聲明a是連到b的，但是沒(méi)有事實(shí)對(duì)應(yīng)于b連到a。所以需要使用關(guān)系linked_to，以使Prolog能夠做出明顯的推論。我們用下面兩條規(guī)則來(lái)定義：linked_to(X, Y):joined_to(X, Y).linked_to(X, Y):joined_to(Y, X).然而，我們還沒(méi)有完成is_connected的定義。上面的規(guī)則是遞歸的，所以我們需要一個(gè)特殊的、非遞歸的情況。[X1,X2|Y]這個(gè)模式是包含兩個(gè)或兩個(gè)以上成員的表，一個(gè)只有一個(gè)點(diǎn)的表當(dāng)然是“連通的”，所以我們加上is_connected([X])，這個(gè)語(yǔ)句提供了一個(gè)“直接的答案”?，F(xiàn)在程序已經(jīng)完成了，接下來(lái)就是檢驗(yàn)我們的計(jì)算機(jī)現(xiàn)在確實(shí)能夠解決機(jī)器人巡邏問(wèn)題了，用一些詢問(wèn)，如route_between([d, b,c, e], [d, e])試驗(yàn)一下。機(jī)器人巡邏問(wèn)題的完整程序如圖5所示，該程序在Turbo Prolog 。domains /*領(lǐng)域段，說(shuō)明程序要用到的數(shù)據(jù)類型*/s_list=symbol*predicates /*謂詞段，說(shuō)明程序要用到的謂詞名和參數(shù)*/append(s_list,s_list,s_list)reverse(s_list,s_list)joined_to(symbol,symbol)linked_to(symbol,symbol)begins_with(s_list,symbol)ends_with(s_list,symbol)is_connected(s_list)route_between(s_list,s_list)clauses /*子句段，說(shuō)明程序要用到的事實(shí)和規(guī)則*/append([],L,L).append([H|T],L2,[H|Tn]):append(T,L2,Tn).reverse([],[]).reverse([H|T],L):reverse(T,L1),append(L1,[H],L).joined_to(a,b).joined_to(b,a).joined_to(b,c).joined_to(c,b).joined_to(b,d).joined_to(d,b).joined_to(d,c).joined_to(c,d).joined_to(c,e).joined_to(e,c).linked_to(X,Y):joined_to(X,Y).linked_to(X,Y):joined_to(Y,X).begins_with([X|_],X).ends_with(X, Y):reverse(X,Z),begins_with(Z,Y).is_connected([_]).is_connected([X1,X2|Y]):linked_to(X1,X2),is_connected([X2|Y]).route_between(X, [Y,Z]):begins_with(X,Y),ends_with(X,Z),is_connected(X).第七章 專家系統(tǒng)：（1）專家系統(tǒng)的定義 費(fèi)根鮑姆（E．A．Feigenbaum）：“專家系統(tǒng)是一種智能的計(jì)算機(jī)程序，它運(yùn)用知識(shí)和推理步驟來(lái)解決只有專家才能解決的復(fù)雜問(wèn)題” 專家系統(tǒng)是基于知識(shí)的系統(tǒng)，用于在某種特定的領(lǐng)域中運(yùn)用領(lǐng)域?qū)＜叶嗄攴e累的經(jīng)驗(yàn)和專門(mén)知識(shí)，求解需要專家才能解決的困難問(wèn)題 保存和大面積推廣各種專家的寶貴知識(shí) 博采眾長(zhǎng) 比人類專家更可靠，更靈活 （2）專家系統(tǒng)的特點(diǎn) ①具有專家水平的專門(mén)知識(shí) 專家系統(tǒng)中的知識(shí)按其在問(wèn)題求解中的作用可分為三個(gè)層次：數(shù)據(jù)級(jí)、知識(shí)庫(kù)級(jí)和控制級(jí) 數(shù)據(jù)級(jí)知識(shí)（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)）：具體問(wèn)題所提供的初始事實(shí)及在問(wèn)題求解過(guò)程中所產(chǎn)生的中間結(jié)論、最終結(jié)論 數(shù)據(jù)級(jí)知識(shí)通常存放于數(shù)據(jù)庫(kù)中 知識(shí)庫(kù)級(jí)知識(shí)：專家的知識(shí)，這一類知識(shí)是構(gòu)成專家系統(tǒng)的基礎(chǔ) 一個(gè)系統(tǒng)性能高低取決于這種知識(shí)質(zhì)量和數(shù)量 控制級(jí)知識(shí)（元知識(shí)）：關(guān)于如何運(yùn)用前兩種知識(shí)的知識(shí) 在問(wèn)題求解中的搜索策略、推理方法 ②能進(jìn)行有效的推理 推理機(jī)構(gòu)——能根據(jù)用戶提供的已知事實(shí)，通過(guò)運(yùn)用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，進(jìn)行有效的推理，以實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的求解。專家系統(tǒng)的核心是知識(shí)庫(kù)和推理機(jī) ③具有啟發(fā)性 除能利用大量專業(yè)知識(shí)外，還必須利用經(jīng)驗(yàn)判斷知識(shí)來(lái)對(duì)求解問(wèn)題作出多個(gè)假設(shè)（依據(jù)某些條件選定一個(gè)假設(shè)，使推理繼續(xù)進(jìn)行）④ 能根據(jù)不確定（不精確）的知識(shí)進(jìn)行推理 綜合利用模糊的信息和知識(shí)進(jìn)行推理，得出結(jié)論 ⑤具有靈活性 知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)相互獨(dú)立，使系統(tǒng)易于擴(kuò)充，具有較大的靈活性 ⑥具有透明性 一般有解釋機(jī)構(gòu)，所以具有較好的透明性 解釋機(jī)構(gòu)向用戶解釋推理過(guò)程，回答“Why？”、“How？”等問(wèn)題 ⑦具有交互性 一般都為交互式系統(tǒng)，具有較好的人機(jī)界面 一方面它需要與領(lǐng)域?qū)＜一蛑R(shí)工程師進(jìn)行對(duì)話以獲取知識(shí)；另一方面它也需要不斷地從用戶處獲得所需的已知事實(shí)并回答詢問(wèn)。：專家系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 人機(jī)接口、推理機(jī)、知識(shí)庫(kù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)、解釋機(jī)構(gòu) 知識(shí)庫(kù)：主要用來(lái)存放領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑膶ｉT(mén)知識(shí) (1) 知識(shí)表達(dá)方法的選擇（最多的三種表示方法是產(chǎn)生式規(guī)則、框架和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)） ① 充分表示領(lǐng)域知識(shí) ② 能充分、有效地進(jìn)行推理 ③ 便于對(duì)知識(shí)的組織、維護(hù)與管理 ④ 便于理解與實(shí)現(xiàn) (2) 知識(shí)庫(kù)管理冗余和矛盾一致性和完整性安全性推理機(jī) 模擬領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過(guò)程，控制并執(zhí)行對(duì)問(wèn)題的求解 能根據(jù)當(dāng)前已知的事實(shí)，利用知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，按一定的推理方法和控制策略進(jìn)行推理，直到得出相應(yīng)的結(jié)論為止 推理機(jī)包括推理方法和控制策略兩部分 推理方法有精確推理和不精確推理（已在推理章節(jié)介紹） 控制策略主要指推理方向控制及推理規(guī)則選擇策略 推理有正向推理、反向推理和正反向混合推理 推理策略一般還與搜索策略有關(guān)（已在推理章節(jié)介紹） 推理機(jī)性能/構(gòu)造與知識(shí)的表示方法有關(guān)，但與知識(shí)的內(nèi)容無(wú)關(guān)224。保證推理機(jī)與知識(shí)庫(kù)的獨(dú)立性，提高靈活性 知識(shí)獲取機(jī)構(gòu) “瓶頸”，是建造和設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的關(guān)鍵 基本任務(wù)是為專家系統(tǒng)獲取知識(shí)，建立起健全、完善、有效的知識(shí)庫(kù)，以滿足求解領(lǐng)域問(wèn)題的需要 要對(duì)知識(shí)進(jìn)行一致性、完整性檢測(cè)人機(jī)接口 專家系統(tǒng)與領(lǐng)域?qū)＜?、知識(shí)工程師、一般用戶間進(jìn)行交互的界面，由一組程序及相應(yīng)的硬件組成，用于完成輸入輸出工作 更新、完善、擴(kuò)充知識(shí)庫(kù)；推理過(guò)程中人機(jī)交互；結(jié)束時(shí)顯示結(jié)果 內(nèi)部表示形式與外部表示形式的轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)庫(kù) 又稱“黑板”、“綜合數(shù)據(jù)庫(kù)”或“動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)”，主要用于存放用戶提供的初始事實(shí)、問(wèn)題描述及系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中得到的中間結(jié)果、最終結(jié)果等信息 數(shù)據(jù)庫(kù)是推理機(jī)不可缺少的工作場(chǎng)地，同時(shí)由于它可記錄推理過(guò)程中的各種有關(guān)信息，又為解釋機(jī)構(gòu)提供了回答用戶咨詢的依據(jù)（需相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序） 解釋機(jī)構(gòu)：回答用戶提出的問(wèn)題，解釋系統(tǒng)的推理過(guò)程，使系統(tǒng)對(duì)用戶透明：(1) 傳統(tǒng)程序是依據(jù)某一確定的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)求解某一確定的問(wèn)題，而專家系統(tǒng)是依據(jù)知識(shí)和推理來(lái)求解問(wèn)題，這是專家系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序的最大區(qū)別。 傳統(tǒng)程序 = 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) + 算法 專家系統(tǒng) = 知識(shí) + 推理 (2) 傳統(tǒng)程序把關(guān)于問(wèn)題求解的知識(shí)隱含于程序中，而專家系統(tǒng)則將知識(shí)與運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程即推理機(jī)分離。（使專家系統(tǒng)具有更大的靈活性，使系統(tǒng)易于修改） (3) 從處理對(duì)象來(lái)看，傳統(tǒng)程序主要是面向數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，而專家系統(tǒng)則面向符號(hào)處理。傳統(tǒng)程序處理的數(shù)據(jù)多是精確的，對(duì)數(shù)據(jù)的檢索是基于模式的布爾匹配，而專家系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)和知識(shí)大多是不精確的、模糊的，知識(shí)的模式匹配也多是不精確的。(4) 傳統(tǒng)程序一般不具有解釋功能，而專家系統(tǒng)一般具有解釋機(jī)構(gòu)，可對(duì)自己的行為作出解釋。 (5) 傳統(tǒng)程序因?yàn)槭歉鶕?jù)算法來(lái)求解問(wèn)題，所以每次都能產(chǎn)生正確的答案，而專家系統(tǒng)則像人類專家那樣工作，通常產(chǎn)生正確的答案，但有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的答案（這也是專家系統(tǒng)存在的問(wèn)題之一）。專家系統(tǒng)有能力從錯(cuò)誤中吸取教訓(xùn)，改進(jìn)對(duì)某一工作的問(wèn)題求解能