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华南理工大学《高级人工智能》复习资料第1部分绪论1-1.什么是人工智能？试从学科和能力两方面加以说明。人工智能是用计算机来表示和执行人类的智能活动，人工智能（学科）：是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。其近期的主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智力功能，并开发相关理论和技术。人工智能（能力）：是智能机器所执行的通常与人类智能有关的智能行为，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、通信、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。1-2.在人工智能的发展过程中，有哪些思想和思潮起了重要作用？数理逻辑，关于计算的新思想控制论思想专家系统，机器学习，计算智能，人工神经网络等和行为主义的研究1-3.为什么能够用机器（计算机）模仿人的智能？人类智能是一个非常复杂的行为，至今仍未能被完全解释。但人的一些初级认知过程目前计算机也能按类似的原理工作。再有，可以将人看是一个智能信息处理系统。作为信息处理系统又叫符号操作系统或物理符号系统。所谓符号就是模式。任一模式，只要它能与其他模式相区别，就是一个符号。一个完善的符号系统应具有下列6种基本功能：（1）输入符号；（2）输出符号；（3）存储符号；（4）复制符号；（5）建立符号结构：通过找出各符号间的关系，在符号系统中形成符号结构；（6）条件性迁移：根据已有符号，继续完成活动过程。假设：任何一个系统，如果它能够表现出智能，那么它就必定能够执行上述6种功能；反之，任何系统如果具有这6种功能，那么它就能够表现出智能，这种智能指的是人类所具有的那种智能。把这个假设称为物理符号系统的假设。物理符号系统的假设伴随3个推论，推论1：既然人具有智能，那么他（她）就一定是个物理符号系统。推论2：既然计算机是一个物理符号系统，它就一定能够表现出智能。推论3：既然人是一个物理符号系统，计算机也是一个物理符号系统，那么就能够用计算机来模拟人的活动。1-4.人工智能的主要研究和应用领域是什么？其中，哪些是新的研究热点？研究领域：问题求解，逻辑推理与定理证明，自然语言理解，自动程序设计，专家系统，机器学习，神经网络，机器人学，模式识别，机器视觉，智能控制，智能检索，智能调度与指挥，分布式人工智能与Agent，计算智能与进化计算，数据挖掘与知识发现，人工生命，系统与语言工具。研究热点：专家系统，机器学习，神经网络，机器人学，模式识别，分布式人工智能与Agent，数据挖掘与知识发现。1-5.人工智能的发展对人类有哪些方面的影响？试结合自己了解的情况和理解，从经济、社会和文化等方面加以说明？1-6.试评述人工智能的未来发展。第2部分知识表示2-1.什么是知识？知识的要素有哪些？知识的表示方法有哪些？Feigenbaum：知识是经过削减、塑造、解释和转换的信息。简单地说，知识是经过加工的信息。Bernstein：知识是由特定领域的描述、关系和过程组成的。Hayes-Roth：知识是事实、信念和启发式规则。从知识库的观点看，知识是某领域中所涉及的各有关方面的一种符号表示。知识要素：事实，规则，控制，元知识知识表示方法：一阶逻辑表示法，产生式知识表示法，框架表示法，语义网络表示法，面向对象表示法2-2.状态空间法、问题归约法、谓词逻辑法和语义网络法的要点是什么？它们有何本质上的联系及异同点?（ppt无）状态空间法：基于解答空间的问题表示和求解方法，它是以状态和算符为基础来表示和求解问题的。一般用状态空间法来表示下述方法：从某个初始状态开始，每次加一个操作符，递增地建立起操作符的试验序列，直到达到目标状态为止。（ppt无）问题规约法：已知问题的描述，通过一系列变换把此问题最终变为一个子问题集合；这些子问题的解可以直接得到，从而解决了初始问题。问题规约的实质：从目标（要解决的问题）出发逆向推理，建立子问题以及子问题的子问题，直至最后把初始问题规约为一个平凡的本原问题集合。谓词逻辑法：采用谓词合式公式和一阶谓词演算把要解决的问题变为一个有待证明的问题，然后采用消解定理和消解反演来证明一个新语句是从已知的正确语句导出的，从而证明这个新语句也是正确的。语义网络法：是一种结构化表示方法，它由节点和弧线或链组成。节点用于表示物体、概念和状态，弧线用于表示节点间的关系。语义网络的解答是一个经过推理和匹配而得到的具有明确结果的新的语义网络。语义网络可用于表示多元关系，扩展后可以表示更复杂的问题。2-3.如何用谓词公式表示知识?（见课本例题）用谓词公式既可表示事物的状态、属性和概念等事实性的知识，也可表示事物间具有因果关系的规则性知识。用谓词公式表示知识的一般步骤1.定义谓词及个体，确定每个谓词及个体的确切含义。2.根据所要表达的事物或概念，为每个谓词中的变元赋以特定的值。3.根据所要表达的知识的语义，用适当的连接符将各个谓词连接起来形成谓词公式。第3部分经典逻辑推理3-1.什么是推理？推理的任务、分类。推理是按某种策略由已知判断推出另一判断的思维过程推理的基本任务是从一种判断推出另一种判断分类：演绎推理：从全称判断推导出特称判断或单称判断的过程归结推理：从足够多的事例中归纳出一般性结论的推理过程，是一种从个别到一般的推理默认推理：又称缺省推理，它是在知识不完全的情况下假设某些条件已经具备所进行的推理3-2.什么是置换？什么是合一？什么是归结？置换：在谓词逻辑中，有些推理规则可应用于一定的合式公式和合式公式集，以产生新的合式公式。一个重要的推理规则是假元推理，这就是由合式公式1W和21WW产生合式公式2W的运算。另一个推理规则是全称化推理，它是由合式公式)()(xWx产生合式公式)(AW，其中A为任意常量符号。同时应用假元推理和全称化推理，例如，可由合式公式)]()()[(21xWxWx和)(1AW生成合式公式)(2AW。这就是寻找的A对x的置换，使)(1AW与)(1xW一致。合一：寻找项对变量的置换，以使两表达式一致，叫做合一。如果一个置换s作用于表达式集}{iE的每个元素，则用siE}{来表示置换例的集，称表达式集}{iE是合一的。如果存在一个置换s使得：...321sssEEE那么称此s为}{iE的合一者，因为s的作用是使集合}{iE成为单一形式。归结：在谓词公式，某些推理规则以及置换合一等概念的基础上，能够进一步研究消解原理，有些专家把它叫做归结原理。3-3.把谓词公式化为子句集有哪些步骤?请结合例子说明之3-4.把谓词公式变换成子句形式：～(x)｛P(x)→｛（y）［p(y)→p(f(x,y))］∧(y)［Q(x,y)→P(y)］｝｝～(x)｛P(x)→｛（y）［p(y)→p(f(x,y))］∧(y)［Q(x,y)→P(y)］｝｝（1）消去蕴涵符号（只应用∨和～符号，以～A∨B替换A→B）～(x)｛～P(x)∨｛（y）［～p(y)∨p(f(x,y))］∧(y)［～Q(x,y)∨P(y)］｝｝（2）减少否定符号的辖域（每个否定符号～最多只用到一个谓词符号上，并反复应用狄·摩根定律）(x)｛～｛～P(x)∨｛（y）［～p(y)∨p(f(x,y))］∧(y)［～Q(x,y)∨P(y)］｝｝｝(x)｛P(x)∧｛～｛（y）［～p(y)∨p(f(x,y))］∧(y)［～Q(x,y)∨P(y)］｝｝｝(x)｛P(x)∧｛｛～（y）［～p(y)∨p(f(x,y))］∨｛～(y)［～Q(x,y)∨P(y)］｝｝｝(x)｛P(x)∧｛（y）［p(y)∧～p(f(x,y))］∨(y)［Q(x,y)∧～P(y)］｝｝（3）对变量标准化（对哑元（虚构变量）改名，以保证每个量词有其自己唯一的哑元）(x)｛P(x)∧｛（y）［p(y)∧～p(f(x,y))］∨(ω)［Q(x,ω)∧～P(ω)］｝｝（4）消去存在量词（以Skolem函数代替存在量词内的约束变量，然后消去存在量词）P(A)∧｛［p(B)∧～p(f(A,B))］∨［Q(A,C)∧～P(C)］｝（5）化为前束形：（把所有全称量词移到公式的左边，并使每个量词的辖域包括这个量词后面公式的整个部分）（6）把母式化为合取范式（任何母式都可写成由一些谓词公式和(或)谓词公式的否定的析取的有限集组成的合取）P(A)∧｛［p(B)∨Q(A,C)］∧［p(B)∨～P(C)］∧［～p(f(A,B))∨Q(A,C)］∧［～p(f(A,B))∨～P(C)］｝P(A)∧［p(B)∨Q(A,C)］∧［p(B)∨～P(C)］∧［～p(f(A,B))∨Q(A,C)］∧［～p(f(A,B))∨～P(C)］（7）消去全称量词（所有余下的量词均被全称量词量化了。消去前缀，即消去明显出现的全称量词）（8）消去连词符号∧（用{A,B}代替(A∧B)，消去符号∧。最后得到一个有限集，其中每个公式是文字的析取）P(A)p(B)∨Q(A,C)p(B)∨～P(C)～p(f(A,B))∨Q(A,C)～p(f(A,B))∨～P(C)（9）更换变量名称（可以更换变量符号的名称，使一个变量符号不出现在一个以上的子句中）P(x1)p(y1)∨Q(x2,ω1)p(y2)∨～P(ω2)～p(f(x3,y3))∨Q(x3,ω3)～p(f(x4,y4))∨～P(ω4)3-5.简述用归结法证明定理的过程（消解反演求解过程）。请结合例子说明之。给出一个公式集S和目标公式L，通过反证或反演来求证目标公式L，其证明步骤如下：（1）否定L，得到~L；（2）把~L添加到S中去；（3）把新产生的集合{~L，S}化成子句集F；（4）（以前）应用消解原理，力图推导出一个表示矛盾的空子句（现在ppt）反复归结子句集F中的子句，若出现了空子句，则停止归结，此时就证明了L永真3-6.如何通过消解反演求取问题的答案?请结合例子说明之。从反演树求取对某个问题的答案，其过程如下：（1）把由目标公式的否定产生的每个子句添加到目标公式否定之否定的子句中去；（2）按照反演树，执行和以前相同的消解，直至在根部得到某个子句为止；（3）用根部的子句作为一个回答语句。实质：把一棵根部有NIL的反演树变换为根部带有回答语句的一棵证明树。3-7.与/或形规则演绎系统有哪几种推理方式?各自的特点如何？说明推理过程。请结合例子说明之。与/或形演绎推理推理方式：正向演绎、逆向演绎、双向演绎；正向演绎：从已知事实出发，正向地使用蕴含式(F规则)进行演绎推理，直至得到某个目标公式的一个终止条件为止。事实表达式的与/或变换：1消去公式中的“”；2把“”移到紧靠谓词的位置上；3重新命名变元名；4引入Skolem函数消去存在量词；5消去全称量词，且使各主要合取式中的变元不同名把领域知识的表示形式变成规定形式的步骤：1消去公式中的“”；2把“”移到紧靠谓词的位置上；3引入Skolem函数消去存在量词；4消去全称量词5恢复蕴含式推理过程：1用与/或树把已知事实表示出来2用F规则的左部和与/或树的叶节点进行匹配，并将匹配成功的F规则加入到与/或树中3重复第(2)步，直到产生一个含有以目标节点作为终止节点的解图为止逆向演绎推理：从待证明的问题(目标)出发，通过逆向地使用蕴含式(B规则)进行演绎推理，直到得到包含已知事实的终止条件为止变换过程与正向演绎推理中的已知事实的变换相似。先消去全称量词，方法是用存在量词约束的变元的Skolem函数消去全称量词约束的相应变元，然后在消去存在量词推理过程：1用与/或树把目标公式表示出来2用B规则的右部和与/或树的叶节点进行匹配，并将匹配成功的B规则加入到与/或树中3重复进行第(2)步，直到产生某个终止在事实节点上的一致解图为止与/或形双向演绎推理：由表示目标及表示已知事实的两个与/或树结构组成，这些与/或树分别由正向演绎的F规则及逆向演绎的B规则进行操作，并且仍然限制F规则为单文字的左部，B规则为单文字的右部。第4部分不确定推理4-1.研究不确定性推理有何意义?有哪几种不确定性?现实世界中遇到的问题和事物间的关系往往比较复杂，客观事物存在的随机性、模糊性、不完全性和不精确性，往往导致人们认识上一定程度的不确