推理技術(shù)產(chǎn)生式系統(tǒng)

推理技術(shù)產(chǎn)生式系統(tǒng)第1頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)(ProductionSystem):美國數(shù)學(xué)家Post1943年提出.產(chǎn)生式(Production):前件-->后件產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成:產(chǎn)生式規(guī)則庫(知識庫)動態(tài)數(shù)據(jù)庫(工作存儲器,綜合數(shù)據(jù)庫)推理機(jī)(控制器,規(guī)則解釋器)AI系統(tǒng)中最普遍被采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式.4.1產(chǎn)生式系統(tǒng)概述產(chǎn)生式第2頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)規(guī)則庫動態(tài)數(shù)據(jù)庫第3頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月醫(yī)療產(chǎn)生式系統(tǒng)控制系統(tǒng)規(guī)則庫IF發(fā)燒then感冒IF發(fā)燒and頭痛then感冒IF頭痛and嗓子痛then感冒IF發(fā)燒and胸悶then肺炎……動態(tài)數(shù)據(jù)庫發(fā)燒頭痛胸悶第4頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月

產(chǎn)生式規(guī)則的邏輯推理模式是假言推理和三段論推理B（結(jié)論）A→B(大前提)A（小前提）產(chǎn)生式規(guī)則證據(jù)事實(shí)產(chǎn)生式規(guī)則推理邏輯第5頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2產(chǎn)生式系統(tǒng)的工作原理工作周期:匹配,選擇,執(zhí)行三個(gè)階段組成模式匹配規(guī)則庫沖突消解推理控制沖突集規(guī)則觸發(fā)規(guī)則執(zhí)行動態(tài)數(shù)據(jù)庫第6頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月沖突消解策略按匹配成功次序選擇:優(yōu)先選擇最先匹配成功的規(guī)則.按優(yōu)先權(quán)選擇:優(yōu)先選擇優(yōu)先權(quán)最高的規(guī)則.按詳細(xì)程度選擇:優(yōu)先選擇前提部分描述最詳細(xì)的規(guī)則.按執(zhí)行次序選擇:優(yōu)先選擇最近執(zhí)行的規(guī)則.按新事實(shí)選擇:優(yōu)先選擇與數(shù)據(jù)庫中最新事實(shí)有關(guān)的規(guī)則.按是否使用過選擇:優(yōu)先選擇沒有使用過的規(guī)則.第7頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月4.3產(chǎn)生式系統(tǒng)控制策略搜索策略:不可撤回策略,回朔策略沖突消解策略：推理方式:正向推理,反向推理,正反向混合第8頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月正向推理規(guī)則的一般形式:P1-->P2;P2-->P3正向推理:正向使用規(guī)則的推理過程.

從初始狀態(tài)(初始事實(shí)/數(shù)據(jù))到目標(biāo)狀態(tài)(目標(biāo)條件)的狀態(tài)圖搜索過程.又稱數(shù)據(jù)驅(qū)動,自底向上,前向,正向連推理.正向推理算法:無信息,啟發(fā)式正向推理舉例:動物分類正向推理第9頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月正向推理算法一(無信息搜索)Step1:將初始事實(shí)置入動態(tài)數(shù)據(jù)庫;Step2:用動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的事實(shí)匹配/測試目標(biāo)條件,若滿足, 則推理成功,結(jié)束.Step3:用規(guī)則庫中各規(guī)則的前提匹配動態(tài)數(shù)據(jù)庫中事實(shí),將 匹配成功的規(guī)則組成沖突規(guī)則集;Step4:若沖突規(guī)則為空,則運(yùn)行失敗,退出.Step5:將沖突規(guī)則集中各規(guī)則的結(jié)論加入動態(tài)數(shù)據(jù)庫,或者 執(zhí)行其動作,ToStep2;第10頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月正向推理算法一(啟發(fā)式搜索)Step1:將初始事實(shí)置入動態(tài)數(shù)據(jù)庫;Step2:用動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的事實(shí)匹配/測試目標(biāo)條件,若滿足, 則推理成功,結(jié)束.Step3:用規(guī)則庫中各規(guī)則的前提匹配動態(tài)數(shù)據(jù)庫中事實(shí),將 匹配成功的規(guī)則組成沖突規(guī)則集;Step4:若沖突規(guī)則為空,則運(yùn)行失敗,退出.Step5:用某種沖突消解策略,選出一條規(guī)則;Step6:將所選規(guī)則的結(jié)論加入動態(tài)數(shù)據(jù)庫,或者執(zhí)行其動作, ToStep2;第11頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月反向推理規(guī)則的一般形式:P1-->P2;P2-->P3反向推理:反向使用規(guī)則的推理過程.

從目標(biāo)狀態(tài)(目標(biāo)條件)到初始狀態(tài)(初始事實(shí)/數(shù)據(jù))的與或圖解搜索過程.又稱目標(biāo)驅(qū)動,自頂向下,后向,反向連推理.反向推理算法:無信息,啟發(fā)式反向推理舉例:動物分類反向推理第12頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月反向推理算法Step1:將初始事實(shí)置入動態(tài)數(shù)據(jù)庫,目標(biāo)條件置入目標(biāo)鏈;Step2:若目標(biāo)鏈為空,則推理成功,結(jié)束.Step3:取出目標(biāo)鏈中第一個(gè)目標(biāo),用動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的事實(shí)與 其匹配,若匹配成功,ToStep2;Step4:用規(guī)則集中的各規(guī)則的結(jié)論同目標(biāo)匹配,成功則將第 一個(gè)匹配成功且未用過的規(guī)則的前提作為新目標(biāo),取 代父目標(biāo)加入到目標(biāo)鏈,ToStep3;Step5:若目標(biāo)是初始目標(biāo),則推理失敗,退出.Step6:將該目標(biāo)的父目標(biāo)移回目標(biāo)鏈,取代該目標(biāo)及其兄弟目標(biāo),ToStep3;第13頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)舉例——?jiǎng)游锓诸悊栴}第14頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月動物分類產(chǎn)生式系統(tǒng)R1:有奶-->哺乳動物;R2:毛發(fā)-->哺乳動物;R3:羽毛-->鳥;R4:會飛,生蛋-->鳥;R5:哺乳動物,有爪,有犬齒,目盯前方-->食肉動物;R6:哺乳動物,食肉-->食肉動物;R7:哺乳動物,有蹄-->有蹄動物;R8:有蹄動物,反芻食物-->偶蹄動物;R9:食肉動物,黃色褐,黑色條紋-->老虎;R10:食肉動物,黃褐色,黑色斑點(diǎn)-->金錢豹;R11:有蹄動物,長腿,長脖子,黃色褐,有暗斑點(diǎn)-->長頸鹿;R12:有蹄動物,長腿,白色,黑色條紋-->斑馬;R13:鳥,不會飛,長腿,長脖子,黑白色-->鴕鳥;R14:鳥,不會飛,會游泳,黑白色-->企鵝;R15:鳥,善飛,不怕風(fēng)浪-->海鷗;初始事實(shí):f1:有毛f2:食肉f3:黃褐色f4:有黑色條紋目標(biāo)條件:該動物是什么?第15頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月動物分類正向推理樹老虎食肉動物哺乳動物有毛發(fā)食肉黃褐色有黑色條紋R2R6R9第16頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月動物分類反向推理樹老虎食肉動物哺乳動物有毛發(fā)食肉黃褐色有黑色條紋R2R6R9有奶目盯前方有犬齒有爪R5第17頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)推導(dǎo)過程舉例規(guī)則庫1.IF衣服是濕的AND天氣晴朗THEN在戶外晾曬衣服2.IF衣服是濕的AND外面在下雨THEN用干衣機(jī)烘干衣服3.IF衣服是臟的AND有15件以上的臟衣服THEN洗衣服4.IF洗衣服THEN衣服是濕的動態(tài)數(shù)據(jù)庫衣服是臟的有20件臟衣服天氣晴朗目標(biāo)條件在戶外晾曬衣服1.正向推理，分步進(jìn)行，并給出動態(tài)數(shù)據(jù)庫的當(dāng)前狀態(tài)2.反向推理（圖示法）第18頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月動態(tài)數(shù)據(jù)庫衣服是臟的有20件臟衣服天氣晴朗洗衣服規(guī)則庫1.IF衣服是濕的AND天氣晴朗THEN在戶外晾曬衣服2.IF衣服是濕的AND外面在下雨THEN用干衣機(jī)烘干衣服3.IF衣服是臟的AND有15件以上的臟衣服THEN洗衣服4.IF洗衣服THEN衣服是濕的步驟1:和規(guī)則3進(jìn)行匹配第19頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月動態(tài)數(shù)據(jù)庫衣服是臟的有20件臟衣服天氣晴朗洗衣服衣服是濕的規(guī)則庫1.IF衣服是濕的AND天氣晴朗THEN在戶外晾曬衣服2.IF衣服是濕的AND外面在下雨THEN用干衣機(jī)烘干衣服3.IF衣服是臟的AND有15件以上的臟衣服THEN洗衣服4.IF洗衣服THEN衣服是濕的步驟2:和規(guī)則4進(jìn)行匹配第20頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月規(guī)則庫1.IF衣服是濕的AND天氣晴朗THEN在戶外晾曬衣服2.IF衣服是濕的AND外面在下雨THEN用干衣機(jī)烘干衣服3.IF衣服是臟的AND有15件以上的臟衣服THEN洗衣服4.IF洗衣服THEN衣服是濕的動態(tài)數(shù)據(jù)庫衣服是臟的有20件臟衣服天氣晴朗洗衣服衣服是濕的在戶外晾曬衣服步驟3:和規(guī)則1進(jìn)行匹配第21頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月在戶外晾曬衣服衣服是濕的天氣晴朗洗衣服衣服是臟的有15件以上的臟衣服反向推理樹第22頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月為什么要采用產(chǎn)生式系統(tǒng)（1）用產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)求解問題的過程和人類求解問題時(shí)的思維過程很相象，因而可以用它來模擬人類求解問題時(shí)的思維過程。（2）可以把產(chǎn)生式系統(tǒng)作為人工智能系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)單元或基本模式看待，就好像是積木世界中的積木塊一樣，因而研究產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本問題就具有一般意義。第23頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)模塊性:

產(chǎn)生式規(guī)則是規(guī)則庫中最基本的知識單元，各規(guī)則之間只能通過綜合數(shù)據(jù)庫發(fā)生聯(lián)系，不能相互調(diào)用，增加了規(guī)則的模塊性，有利于對知識的增加、刪除和修改。有效性:

產(chǎn)生式表示法既可以表示確定性知識，又可以表示不確定性知識，既有利于表示啟發(fā)性知識，又有利于表示過程性知識。自然性:產(chǎn)生式表示法用“If…then…”的形式表示知識，這種表示形式與人類的判斷性知識基本一致，直觀、自然，便于推理。模擬性:

人們在研究人工智能問題時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生式系統(tǒng)可以較好模擬人類推理的思維過程。

第24頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)缺點(diǎn)求解效率低:

反復(fù)的“匹配－沖突消除－執(zhí)行”過程,效率較低。

不能表示結(jié)構(gòu)性的知識:產(chǎn)生式表示的知識有一定的格式，且規(guī)則之間不能直接調(diào)用，因此那些具有結(jié)構(gòu)關(guān)系或?qū)哟侮P(guān)系的知識不易用它表示出來。第25頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月用正向推理求解規(guī)劃問題需增加功能(如求解數(shù)碼問題）增設(shè)CLOSED表,紀(jì)錄動態(tài)數(shù)據(jù)庫狀態(tài)的變化.若要回朔,需保存相應(yīng)的可用規(guī)則集.要進(jìn)行樹搜索,需增設(shè)OPEN表.增設(shè)規(guī)則使用記數(shù)器.第26頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式系統(tǒng)與圖搜索產(chǎn)生式系統(tǒng) 圖搜索初始事實(shí)數(shù)據(jù) 初始節(jié)點(diǎn)目標(biāo)條件 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生式規(guī)則 操作集動態(tài)數(shù)據(jù)庫 節(jié)點(diǎn)(狀態(tài)/問題)控制策略 搜索策略結(jié)論:問題求解是目的,圖搜索是方法,產(chǎn)生式系統(tǒng)是形式-----計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式第27頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)與練習(xí)1人工智能概述

AI的概念、目標(biāo)、發(fā)展、學(xué)派、研究、應(yīng)用

2知識的表示知識的概念、屬性、分類、表示（麥卡賽問題）語義網(wǎng)絡(luò)、框架表示：結(jié)構(gòu)性知識表示方法推理方式：繼承和匹配3產(chǎn)生式系統(tǒng)概念、工作原理、控制策略、具體事例第28頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)習(xí)人工智能的概念和目標(biāo)是什么？什么是圖靈實(shí)驗(yàn)？有哪些AI學(xué)派（或研究途徑）及各自特點(diǎn)是什么？什么是知識和知識的表示？什么是語義網(wǎng)絡(luò)和框架理論？主要特點(diǎn)是什么？語義網(wǎng)絡(luò)中成員關(guān)系（Member）和實(shí)例關(guān)系（ISA）區(qū)別是什么？產(chǎn)生式系統(tǒng)的三個(gè)基本組成部分是什么?正向推理和反向推理的各自特點(diǎn)是什么？請?jiān)O(shè)計(jì)用于電梯控制的產(chǎn)生式系統(tǒng)？（設(shè)有3部電梯，1-20樓運(yùn)行，隨時(shí)可知道每部電梯的位置和狀態(tài)）目標(biāo)：1平均等待時(shí)間短；2最長等待時(shí)間短；3節(jié)能高效4其他

第29頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)請?jiān)O(shè)計(jì)用于電梯控制的產(chǎn)生式系統(tǒng)？（設(shè)有3部電梯，1-20樓運(yùn)行，隨時(shí)可知道每部電梯的位置和狀態(tài)）假設(shè)所有請求都是隨機(jī)的（符合均勻分布）目標(biāo)：1平均等待時(shí)間短；2最長等待時(shí)間短；3節(jié)能高效4其他

第30頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生式舉例A,B-->C;AVB-->C如果銀行存款利率下調(diào),那么股票價(jià)格上漲.如果爐溫超過上限,則立即關(guān)閉風(fēng)門.如果鍵盤突然失靈,且屏幕上出現(xiàn)怪字符,則是病毒發(fā)作.S-->NP+VP;NP-->Det+N;VP->VP+ADV返回第31頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月正向推理圖示返回以知規(guī)則1(q1)規(guī)則2(q2)規(guī)則3推出P1------>P2------->P3------->q3第32頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月反向推理圖示返回事實(shí)規(guī)則1假定規(guī)則2假定規(guī)則3假定P1<------P2<-------P3<-------目標(biāo)q3結(jié)論q3第33頁，課件共35頁，創(chuàng)作于2023年2月課堂練習(xí)1人工智能的近期目標(biāo)是（1），遠(yuǎn)期目標(biāo)是（2）？2知識編碼成某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過程稱為(3)3人們稱（4）AI