人工智能复习

第一章1．人工智能的定义（能力）人工智能的研究目标2．人工智能的起源与发展过程；典型人物、事件3．人工智能的主要学派及观点5．人工智能所研究的范围与应用领域5.人工智能的基本技术人工智能的定义（能力）：人工智能—ArtificialIntelligence(AI)，一般解释：人工智能就是用人工的方法在机器（计算机）上实现的智能，或称机器智能、计算机智能。近期目标：实现机器智能——理论和技术基础远期目标：制造智能机器——发展方向孕育期（1956年前）形成期（1956－1970年）暗淡期（1966－1974年）知识应用期（1970－1988年）集成发展期（1986年至今）1956年前亚里斯多（三段论至今仍然是演绎推理基本出发点）德莱布尼茨（把形式逻辑符号化，奠定了数理逻辑的基础）图灵（人工智能之父）莫克（1946年研制成功了世界上第一台通用电子数字计算机ENIAC）麦克洛奇和皮兹（第一个神经网络模型(MP模型)）维纳（控制论创始人）1956-1970：AI诞生于一次历史性的聚会—达特茅斯会议（首次使用了“人工智能”这一术语。这是人类历史上第一次人工智能研讨会）1966-1974：1970-1988：专家系统1986-人工智能学会1981秦元勋当选第一任理事长吴文俊院士的关于几何定理证明的“吴氏方法”最为突出。人工智能的主要学派及观点：符号主义又称：逻辑主义、心理学派或计算机学派原理：物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性原理起源：源于数理逻辑/逻辑推理学派代表：纽厄尔、西蒙和尼尔逊等连接主义又称：仿生学派或生理学派原理：神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法。起源：源于仿生学，特别是人脑模型的研究。学派代表：麦克洛奇、皮茨、霍普菲尔德、鲁梅尔哈特等。行为主义又称：进化主义或控制论学派原理：控制论及感知—动作型控制系统起源：源于控制论学派代表作：布鲁克斯的六足行走机器人，一个基于感知-动作模式的模拟昆虫行为的控制系统。人工智能所研究的范围与应用领域：智能感知：1、模式识别2、自然语言理解智能推理：1、问题求解2逻辑推理与定理证明3、专家系统4、自动程序设计智能学习：1、机器学习2、神经网络3、计算智能与进化计算智能行动：1、机器人学2、智能控制3、智能检索4、智能调度与指挥5、分布式人工智能与Agent6、数据挖掘与知识发现7、人工生命8、机器视觉人工智能的基本技术：①推理技术②搜索技术③知识表示与知识库技术④归纳技术⑤联想技术第二章1.概念：知识及形式化描述、同构变换、同态变换2.知识、信息和数据的区别3.知识表示法应用（一阶谓词、产生式、框架、语义网络）4.产生式系统的基本结构5.语义网络中的语义联系（实例、泛化、聚集、属性、推论）6.推理过程中填槽的方式1.概念：知识及形式化描述、同构变换、同态变换知识表示就是把知识用计算机可接受的符号并以某种形式描述出来，而不同的结构形式又形成了不同的表示方法。一般来说，把有关信息关联在一起所形成的信息结构称为知识。知识表示=数据结构+处理机制知识的形式化表示：K=F+R+C其中：K表示知识项(知识项目)F表示事实，人类对客观世界、客观事物的状态、属性、特征的描述，以及对事物之间关系的描述；R表示规则，能表达在前提与结论之间的因果关系的一种形式；C表示概念(观念)，事实的含义规则、语义说明等。同构变换可使问题更明确，便于求解，同构问题的解答等价于原始问题的解答。同态变换可使问题更加简化，易于求解。原始问题有解，则同态问题有解，同态问题无解，则原始问题无解，它们之间是蕴含关系。2.知识、信息和数据的区别数据是记录信息的符号，是信息的载体和表示；信息是对数据的解释，是数据在不同场合下的具体含义。只有将有关的信息关联到一起才能使用，才称之为知识。3.知识表示法应用（一阶谓词、产生式、框架、语义网络）一阶谓词逻辑是谓词逻辑中最直观的一种逻辑，它以谓词形式来表达动作的主体、客体（可以有多个）PPT30置换是指用有序对的集合s={t1/v1，t2/v2，…，tn/vn}表示，其中vi是变量，ti是异于vi的项；vi≠vj，i≠j，j∈1，2，…，nti/vi表示将表达式中所有的变量vi都用项ti代替，ti可以是变量、常量或函数。PPT36设S={F1，F2，…，Fn}是一个原子谓词集合，如果存在一个置换θ，可使F1θ=F2θ=…=Fnθ，则称S是可合一的，θ为S的一个合一转换。PPT37一个产生式系统包含事实库（工作区）、规则集（产生式规则库）和控制器（进行规则解释，也称为推理机）三部分。语义网络可以表示事实性的知识，也可表示有关事实性知识之间的复杂联系。PPT73框架是一种组织和表示知识的数据结构。PPT95第三章1、状态空间搜索概述状态空间的图描述，搜索，正向逆向搜索，影响搜索方向的因素2、盲目的图搜索策略图搜索、搜索树、回溯法、广度优先法、深度优先法、3、启发式图搜索策略启发信息与估价函数、A搜索算法、OPEN表、CLOSED表4、与/或图（树）搜索策略搜索算法、解树及代价、希望树、博弈树搜索、极大极小分析法、α—β剪枝5、遗传算法的基本思想1、状态空间搜索概述状态空间的图描述，搜索，正向逆向搜索，影响搜索方向的因素状态空间搜索是问题求解的主要方法之一。状态空间可用有向图来描述（见图），其结点表示状态，结点间的弧表示允许使用的操作算子搜索就是从初始节点出发，沿着与之相连的边试探地前进，寻找目标节点的过程(也可以反向进行)。当目标节点找到后，路径也就找到了。搜索可按两个方向进行：(1)从初始状态出发的正向搜索，也称为数据驱动；(2)从目的状态出发的逆向搜索，也称为目标驱动。搜索方向（１）开始状态与目标状态中，哪个状态多？往往从小的状态集出发朝大的状态集搜索，这样求解要容易一些。（２）哪个方向的分枝因素小？所谓分枝因素是指从一结点出发可直接到达目标的平均结点数。一般地，都是朝着分枝因素低的方向进行搜索。2、盲目的图搜索策略图搜索、搜索树、回溯法、广度优先法、深度优先法用计算机来实现状态图的搜索，有两种最基本的搜索方式：树式搜索和线式搜索。线式搜索的基本方式又可分为不回溯的和可回溯的两种。不回溯的线式搜索：对每一个节点始终都仅生成一个子节点(如果有子节点的话)。可回溯的线式搜索：对每一个节点都仅扩展一条边，但当不能再扩展时，则退回一个节点，然后再扩展另一条边(如果有的话)。如果搜索是以接近起始节点的程度依次扩展节点，那么这种搜索就称为广度优先搜索深度优先搜索法在搜索树的每一层始终先只扩展一个子节点，不断向纵深前进，直到不能再前进（到达叶子节点或受到深度限制）时，才从当前节点返回到上一级节点，沿另一方向前进。3、启发式图搜索策略启发信息与估价函数、A搜索算法、OPEN表、CLOSED表启发式搜索要用到问题自身的某些特性信息，以指导搜索朝着最有希望的方向前进。启发式搜索通常由两部分组成：启发方法和使用该方法搜索状态空间的算法。启发信息按其用途可分为下列3种：(1)用于决定要扩展的下一个节点，以免像在宽度优先或深度优先搜索中那样盲目地扩展。(2)在扩展一个节点的过程中，用于决定要生成哪一个或哪几个后继节点，以免盲目地同时生成所有可能的节点。(3)用于决定某些应该从搜索树中抛弃或修剪的节点。启发信息按运用的方法可分为三种：(1)陈述性启发信息，一般被用于更准确、更精炼地描述状态，使问题的状态空间缩小，如待求问题的特定状况等属于此类信息。(2)过程性启发信息，一般被用于构造操作算子，使操作算子少而精，如一些规律性知识等属于此类信息。(3)控制性启发信息，它是关于表示控制策略方面的知识，包括协调整个问题求解过程中所使用的各种处理方法、搜索策略、控制结构等有关的知识。估价函数的任务就是估计待搜索结点的“有希望”程度，并依此给它们（在open表）排定次序。估价函数f(n)定义为从初始结点经过n结点到达目的结点的路径的最小代价估计值，其一般形式是：f(n)=g(n)+h(n)其中：g(n)是从初始结点到n结点的实际代价，h(n)是从n结点到目的结点的最佳路径的估计代价。A搜索算法总是选择最有希望的节点作为下一个要扩展的节点。估价函数f的确定：一个节点的希望越大，其f值就越小。被选为扩展的节点（走f值最小的路）。扩展的节点是估价函数最小的节点。采用一个称为OPEN表的动态数据结构，来专门登记当前待考查的节点。一个称为CLOSED表的动态数据结构来专门记录考查过的节点。4、与/或图（树）搜索策略搜索算法、解树及代价、希望树、博弈树搜索、极大极小分析法、α—β剪枝模拟问题归约方法的相关结构是一个与或图。与或图中的节点之一起始节点对应于原始问题描述。图中那些对应于本原问题的节点叫做终叶节点。与或树的一般搜索过程：(1)把原始问题作为初始结点S0，并把它作为当前结点。(2)应用分解或等价变换算符对当前结点进行扩展。(3)为每个子结点设置指向父结点的指针。(4)选择合适的子结点作为当前结点，反复执行第(2)步和第(3)步，在此期间要多次调用可解结点标示过程和不可解结点标示过程，直到初始结点被标示为可解结点或不可解结点为止。可解结点及有关连线组成的子图（子树）称该与或图的解图或解树。解树的代价就是树根的代价。树根的代价是从树叶开始自下而上逐层计算而求得的。解树的根对应的是初始节点S0。这些节点及其先辈节点(包括初始节点S0)所构成的与或树有可能成为最优解树的一部分，因此称它为“希望树”描述博弈过程的与或树称为博弈树。极大极小分析法(MAX/MIN搜索法)的基本思想：(1)设博弈的双方中一方为A，另一方为B。然后为其中的一方(例如A，此时A为MAX方)寻找一个最优行动方案。(2)为了找到当前的最优行动方案，需要对各个可能的方案所产生的后果进行比较。考虑每一方案实施后对方可能采取的所有行动，并计算可能的得分。(3)为计算得分，需要根据问题的特性信息定义一个估价函数，用来估算当前博弈树端节点的得分。此时估算出来的得分称为静态估值。α—β剪枝技术的基本思想是，边生成博弈树边计算评估各节点的倒推值，并且根据评估出的倒推值范围，及时停止扩展那些已无必要再扩展的子节点，即相当于剪去了博弈树上的一些分枝，从而节约了机器开销，提高了搜索效率。α值和β值的定义：(1)或结点(MAX方)的α值等于它的当前子结点中的最大倒推值；(2)与结点(MIN方)的β值等于它的当前子结点中的最小倒推值。PPT96由上面的例子可归纳出α—β剪枝技术的一般规则：(1)任何“与”节点x的β值如果不能升高其父节点的α值，则对节点x以下的分枝可以停止搜索，并使x的倒推值为β。这种剪枝称为α剪枝。(2)任何“或”节点x的α值如果不能降低其父节点的β值，则对节点x以下的分枝可停止搜索，并使x的倒推值为α。这种剪枝称为β剪枝。5、遗传算法的基本思想第四章1.推理的概念、类型，推理的控制策略、正反向推理2.归结反演系统——归结原理、归结反演、应用归结反演求取问题的答案的过程归结原理相关概念、置换、合一3基于规则的演绎推理（正向、反向和双向的演绎推理过程描述）1、推理的概念、类型，推理的控制策略、正反向推理从初始事实出发，不断运用知识库中的已知知识，逐步推出结论的过程就是推理。类型逻辑基础：演绎推理：三段论（大前提、小前提、结论）归纳推理：数学归纳法默认(缺省)推理知识的确定性：确定性推理（精确推理）不确定性推理（不精确推理）过程的单调性：单调推理非单调推理搜索策略、冲突解决策略正向推理（事实驱动推理）是由已知事实出发向结论方向的推理。反向推理（目标驱动推理）以某个假设目标作为出发点的一种推理。正反向混合推理的一般过程是：先根据初始事实进行正向推理以帮助提出假设，再用反向推理进一步寻找支持假设的证据，反复这个过程，直到得出结论为止。2、归结反演系统——归结原理、归结反演、应用归结反演求取问题的答案的过程谓词公式化为子句集将谓词公式化为子句集的步骤如下：(1