人工智能课件整理

第一章人工智能（AI）概述智能是知识与智力的总和，知识是一切智能行为的基础，智力是获取知识并应用知识求解问题的能力智能的特征：1、感知能力2、记忆（存储由感知器官感知到的外部信息以及思维所产生的知识）与思维（对记忆的信息进行处理）能力：（1）逻辑思维（抽象思维）（2）形象思维（直感思维）（3）顿悟思维（灵感思维）3、学习能力4、行为能力（表达能力）人工智能：用人工的方法在机器（计算机）上实现的智能；或者说是人们使机器具有类似于人的智能。人工智能研究的基本内容：1、知识表示，知识表示：将人类知识形式化或者模型化；知识表示方法：符号表示法（用各种包含具体含义的符号，以各种不同的方式和顺序组合起来表示知识的一类方法。例如，一阶谓词逻辑、产生式等）、连接机制表示法（把各种物理对象以不同的方式及顺序连接起来，并在其间互相传递及加工各种包含具体意义的信息，以此来表示相关的概念及知识。例如，神经网络等）2、机器感知3、机器思维4、机器学习5、机器行为人工智能的主要研究领域：1、自动定理证明，实质：由前提P得到结论Q的永真性2、博弈3、模式识别（研究对象描述和分类方法的学科。分析和识别的模式可以是信号、图象或者普通数据）：文字识别（邮政编码、车牌识别、汉字识别），人脸识别（反恐、商业），物体识别（导弹、机器人）4、专家系统5、机器人6、机器识别7、自然语言理解8、自动程序设计9、智能信息检索10、数据挖掘与知识发现11、组合优化问题12、人工神经网络13、分布式人工智能14、智能管理与智能决策……第二章知识表示知识：在长期的生活及社会实践中、在科学研究及实验中积累起来的对客观世界的认识与经验，把有关信息关联在一起所形成的信息结构，反映了客观世界中事物之间的关系，不同事物或者相同事物间的不同关系形成了不同的知识知识的特性：1、相对正确性（一定的条件及环境）2、不确定性（引起原因：随机性、模糊性、经验、不完全性）3、可表示性（知识可以用适当形式表示出来，如用语言、文字、图形、神经网络等）与可利用性（知识可以被利用）知识的分类：1、按知识的作用范围：常识性知识（通用性知识），领域性知识（专业性知识）（如：一个字节由8个位构成）2、按知识的作用及表示：事实性知识（如：糖是甜的），过程性知识（如：乘火车），控制性知识（如：乘飞机较快，较贵）3、按知识的结构及表现形式：逻辑性知识，形象性知识（如：什么是树？）4、按知识的确定性：确定性知识，不确定性知识（给出知识，判断是以上哪种知识）知识表示：将人类知识形式化或者模型化一阶谓词逻辑表示法：命题：一个非真即假的陈述句命题逻辑：研究命题及命题之间关系的符号逻辑系统谓词的一般形式：P(x1,x2,…,xn)个体x1,x2,…,xn：某个独立存在的事物或者某个抽象的概念；谓词名P：刻画个体的性质、状态或个体间的关系（1）个体是常量：一个或者一组指定的个体例：“老张是一个教师”：一元谓词Teacher(Zhang)；“53”：二元谓词Greater(5,3)“Smith作为一个工程师为IBM工作”：三元谓词Works(Smith,IBM,engineer)（2）个体是变元（变量）：没有指定的一个或者一组个体例：“x5”：Less(x,5)（3）个体是函数：一个个体到另一个个体的映射例：“小李的父亲是教师”：Teacher(father(Li))（4）个体是谓词例：“Smith作为一个工程师为IBM工作”：二阶谓词Works(Engineer(Smith),IBM)谓词公式：1、连接词（连词）（1）﹁：“否定”或“非”eg：“机器人不在2号房间”：﹁Inroom(robot,r2)（2）∨：“析取”——或eg：“李明打篮球或踢足球”：Plays(Liming,basketball)∨Plays(Liming,football)（3）∧：“合取”——与eg：“我喜欢音乐和绘画”：Like(I,music)∧Like(I,painting)（4）→：“蕴含”或“条件”(condition)eg：“如果刘华跑得最快，那么他取得冠军。”：RUNS(Liuhua，faster)→WINS(Liuhua，champion)（5）：“等价”或“双条件”QP：“P当且仅当Q”谓词逻辑真值表2、量词：（1）全称量词（universalquantifier）（x）：“对个体域中的所有（或任一个）个体x”例：“所有的机器人都是灰色的”：(x)[ROBOT(x)→COLOR(x，GRAY)]（考试类型就是由汉字翻译成英文，或由英文译成汉字）（2）存在量词（existentialquantifier）（x）：“在个体域中存在个体x”例：“1号房间有个物体”：（x）INROOM（x，r1）举例：(x)(y)F(x,y)表示对于个体域中的任何个体x都存在个体y，x与y是朋友；(x)(y)F(x,y)表示在个体域中存在个体x，与个体域中的任何个体y都是朋友；(x)(y)F(x,y)表示在个体域中存在个体x与个体y，x与y是朋友；(x)(y)F(x,y)表示对于个体域中的任何两个个体x和y，x与y都是朋友（谓词公式和量词具体考试是体现在后面的大题中的应用）练习题：用谓词公式表示下列语句1）有的人喜欢梅花，有的人喜欢菊花，有的人既喜欢梅花又喜欢菊花。表示：定义谓词：like(x,y)为x喜欢y；flower1：梅花；flower2：菊花；))2,()1,()(())2,()(())1,()((flowerxlikesflowerxlikesxflowerxlikesxflowerxlikesx2）他每天下午都去踢足球表示：定义谓词：plays(z,y,x)为z在x时间踢y；x：下午；)),,()((xfootballheplaysx3）所有人都有饭吃表示：定义谓词：have(x,y)为x有y；x：人)),(),()((ricexeatricexhavex4）喜欢玩篮球的人必喜欢玩排球)](,())(,()[(volleyballplayxlikebasketballplayxlikex5）要想出国留学，必须通过外语考试表示：定义谓词：pass(x,y)为x通过y；study(x,y)为x到y学习；x：人；（English）为英语考试))],(())(,()[(abroadxstudyEnglishexamxpassx谓词公式的性质：1、对于每一个解释，谓词公式都可求出一个真值（T或F）2、谓词公式的永真性、可满足性、不可满足性（对于谓词公式P，如果至少存在一个解释使得P在此解释下的真值为T，则称P是可满足的，否则，则称P是不可满足的）3、谓词公式的等价性主要的等价式：（1）交换律PQQPPQQP（2）结合律)()(RQPRQP)()(RQPRQP（3）分配律)()()(RPQPRQP)()()(RPQPRQP（4）德摩根律QPQP)(QPQP)(（5）双重否定律PP（6）吸收律PQPP)(PQPP)(（7）补余律TPPFPP（8）连接词化归律QPQP)()(PQQPQP)()(QPQPQP（9）逆否律PQQP（10）量词转换律))(()(PxPx))(()(PxPx（11）量词分配律QxPxQPx)()())((QxPxQPx)()())((4、谓词公式的永真蕴含一些重要的永真蕴含式（1）化简式PQPQQP（2）附加式QPPQPQ（3）假言推理QQPP,（4）拒取式推理PQPQ,（5）假言三段论RPRQQP,（6）析取三段论QQPP,（7）二难推理RRQRPQP,,（8）全称固化)()()(yPxPx（9）存在固化)()()(yPxPx（公式要牢记，大题中都会应用到）谓词逻辑的其他推理规则：①P规则：在推理的任何步骤上都可引入前提②T规则：在推理过程中，如果前面步骤中有一个或多个公式永真蕴含公式S，则可把S引入推理过程中（主要用在后面的大题中）一阶谓词逻辑知识表示方法：谓词公式表示知识的步骤：（1）定义谓词及个体（2）变元赋值（3）用连接词连接各个谓词，形成谓词公式（大题中用来定义谓词的方法，掌握步骤，才会定义谓词，不作具体考试内容，主要大题中用到）产生式：1、确定性规则知识的产生式表示基本形式：IFPTHENQ或者PQ2、不确定性规则知识的产生式表示基本形式：IFPTHENQ（置信度）或者PQ（置信度）3、确定性事实性知识的产生式表示三元组表示：（对象，属性，值）或者：（关系，对象1，对象2）例：老李年龄是40岁：（Li，age，40）李和老王是朋友：（friend，Li，Wang）4、不确定性事实性知识的产生式表示四元组表示：（对象，属性，值，置信度）或者：（关系，对象1，对象2，置信度）例：老李年龄很可能是40岁：（Li，age，40，0.8）老李和老王不大可能是朋友：（friend，Li，Wang，0.1）（掌握）语义网络是一种采用网络形式表示人类知识的方法，一个语义网络是一个带标识的有向图。在语义网络知识表示中，结点一般划分为实例结点和类结点两种类型。结点之间带有标识的有向弧表示结点之间的语义联系，是语义网络组织知识的关键。1、以个体为中心组织知识的语义联系（1）实例联系：类结点与所属实例结点之间的联系ISA，如：（2）泛化联系：AKO（3）聚集联系：某一个体与其组成成分之间的联系，part-of如：两只手是人体的一部分（4）属性联系：个体、属性及其取值之间的联系2、以谓词或关系为中心组织知识的语义联系：3元谓词give(x,y,z):z是x给y的如：x：John，y：Mary，z：warandpeace1.合取（与）give(John,Mary,warandpeace)∧read(Mary,warandpeace)2.析取（或）JohnisaprogrammerorMaryisalawyer.3.否定(“﹁ISA、﹁AKO、﹁part-of”或非）give(John,Mary,warandpeace)∧read(Mary,warandpeace)4.蕴含“如果车库起火，那么用CO2或沙来灭火。”变元和量词在语义网络中的表示方法：存在量词直接用ISA弧表示，全称量词用分块方法表示。如，命题:Thedogbitthepostman.（注意：题中是否有量词关系，若有，就要注意该方法）命题:Everydoghasbittenapostman.G是断言，分别指向分块S1，注意有向弧上写有FROM，另外指向分块中所示的全称量词的变元或个体，有向弧上有全称量词的符号；分块S1用虚线框围起来命题(3)：Everydoghasbitteneverypostman.例：描述桌子的语义网络练习题：（1）知更鸟是一种鸟；鸵鸟是一种鸟；鸟是会飞的；鸵鸟不会飞；CLYDE是一只知更鸟；CLYDE从春天到秋天占一个巢（2）猪和羊都是动物；猪和羊都是偶蹄动物和哺乳动物；野猪是猪，但生长在森林中；山羊是羊，且头上长着角；绵羊是一种羊，它能生产羊毛（3）孙老师从2月至7月给计算机应用专业讲“网络技术”课程（4）王丽萍是天发电脑公司的经理，她35岁，住在南内环街68号（应用题，画语义网络图）第三章确定性推理方法推理：从已知事实（证据）出发，通过运用相关知识逐步退出结论或者证明某个假设成立或者不成立的思维过程。推理方式及其分类：1、演绎推理、归纳推理、默认推理（1）演绎推理：一般到个别；三段论式（三段论法）【大前提，小前提，结论】（2）归纳推理：个别到一般；分为完全归纳推理（必然性推理），不完全归纳推理（非必然性推理）（3）默认推理（缺省推理）：只是不完全的情况下假设某些条件已经具备所进行的推理2、确定性推理、不确定性推理（1）确定性推理：推理时所