《人工智能》課程教案

第一章緒論

教學(xué)內(nèi)容：本章首先介紹人工智能的定義、發(fā)展概況及相關(guān)學(xué)派和他們的認(rèn)知觀，接著

討論人工智能的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，最后簡(jiǎn)介本書(shū)的主要內(nèi)容和編排。

教學(xué)重點(diǎn):1.從不同科學(xué)或?qū)W科出發(fā)對(duì)人工智能進(jìn)行的定義；

2.介紹人工智能的起源與發(fā)展過(guò)程；

3.討論人工智能與人類(lèi)智能的關(guān)系；

4.簡(jiǎn)介目前人工智能的主要學(xué)派；

5.簡(jiǎn)介人工智能所研究的范圍與應(yīng)用領(lǐng)域。

教學(xué)難點(diǎn)：1.怎么樣理解人工智能；

2.人工智能作為一門(mén)學(xué)科有什么意義；

3.人工智能的主要學(xué)派與其爭(zhēng)論焦點(diǎn)；

教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的多媒體素

材來(lái)表示抽象概念。

教學(xué)要求：重點(diǎn)掌握人工智能的幾種定義，掌握目前人工智

能的三個(gè)主要學(xué)派及對(duì)人工智能的理解，一般了解人工智能

的主要研究范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。

1.1人工智能的定義與發(fā)展

教學(xué)內(nèi)容：本小節(jié)主要介紹目前對(duì)人工智能的幾種定義，并對(duì)人工智能的起源和發(fā)展

進(jìn)行了總結(jié)和分析。

教學(xué)重點(diǎn)：幾種人工智能的定義和人工智能發(fā)展的幾個(gè)重要時(shí)期。

教學(xué)難點(diǎn)：理解人工智能的定義與本質(zhì)。

教學(xué)方法：課堂講授為主。

教學(xué)要求：從學(xué)科和能力的角度深刻理解人工智能的定義,

初步了解人工智能的起源及其發(fā)展過(guò)程。

1.1.1人工智能的定義

定義1智能機(jī)器

能夠在各類(lèi)環(huán)境中臼主:地或交互地執(zhí)行各種擬人任務(wù)(anthropomorphictasks)的機(jī)器。

定義2人工智能(學(xué)科)

人工智能(學(xué)科)是計(jì)算機(jī)科學(xué)中涉及研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用智能機(jī)器的一個(gè)分支。它的近期

主要目標(biāo)在于研究用機(jī)器來(lái)模仿和執(zhí)行人腦的某些智力功能，并開(kāi)發(fā)相關(guān)理論和技術(shù)。

定義3人工智能(能力)

人工智能(能力)是智能機(jī)器所執(zhí)行的通常與人類(lèi)智能有關(guān)的智能行為，如判斷、推理、

證明、識(shí)別、感知、理解、通信、設(shè)計(jì)、思考、規(guī)劃、學(xué)習(xí)和問(wèn)題求解等思維活動(dòng)。

為了讓讀者對(duì)人工智能的定義進(jìn)行討論，以便更深刻地理解人工智能，下面綜述其它幾

種關(guān)于人工智能的定義。

定義4人工智能是一種使計(jì)算機(jī)能夠思維，使機(jī)器具有智力的激動(dòng)人心的新嘗試

(Haugeland,1985)o

定義5人工智能是那些與人的思維、決策、問(wèn)題求解和學(xué)習(xí)等有關(guān)活動(dòng)的自動(dòng)化

(Bellman,1978)o

定義6人工智能是用計(jì)算模型研究智力行為(Charniak和McDermoll,1985)。

定義7人工智能是研究那些使理解、推理和行為成為可能的計(jì)算(Winston,1992)。

定義8人工智能是一種能夠執(zhí)行需要人的智能的創(chuàng)造性機(jī)器的技術(shù)(Kurzweil,1990).

定義9人工智能研究如何使計(jì)算機(jī)做事讓人過(guò)得更好(Rick和Knight,1991)。

定義10人工智能是一門(mén)通過(guò)計(jì)算過(guò)程力組理解和模仿智能行為的學(xué)科

(Schalkoff,1990)o

定義11人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)中與智能行為的自動(dòng)化有關(guān)的一個(gè)分支(Luger和

Stubblefield,1993).

其中，定義4和定義5涉及擬入思維；定義6和定義7與理

性思維有關(guān)；定義8和定義9涉及姒人行為；定義10和定

義11與擬人理性行為有關(guān)。

1.1.2人工智能的起源與發(fā)展

人工智能的發(fā)展是以硬件與軟件為基礎(chǔ)的，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程。特別是20世紀(jì)30

年代和40年代的智能界，發(fā)現(xiàn)了兩件重要的事情：數(shù)理邏輯和關(guān)于計(jì)算的新思想。以維納

(Wiener).弗雷治、羅素等為代表對(duì)發(fā)展數(shù)理邏輯學(xué)科的貢獻(xiàn)及丘奇(Church)、圖靈和其它

一些人關(guān)于計(jì)算本質(zhì)的思想，為人工智能的形成產(chǎn)生了重要影響。

1956年夏季，人類(lèi)歷史上第一次人工智能研討會(huì)在美國(guó)的達(dá)特茅斯(Dartmouth)大學(xué)舉

行，標(biāo)志著人工智能學(xué)科的誕生。

1969年召開(kāi)了第一屆國(guó)際人工智能聯(lián)合會(huì)議(InlemationalJointConferenceonALIJCAI),

此后每?jī)赡暾匍_(kāi)一次。

1970年《人工智能》國(guó)際雜志(InlemaiionalJournalofAI)創(chuàng)刊。這些對(duì)開(kāi)展人工智能?chē)?guó)

際學(xué)術(shù)活動(dòng)和交流、促進(jìn)人工智能的研究和發(fā)展起到積極作用。

提問(wèn)：為什

20世紀(jì)70?80年代，知識(shí)工程的提出與專(zhuān)家系統(tǒng)的成功應(yīng)用，確定

么人工智能

了知識(shí)在人工智能中的地位。

在1956年才

近十多年來(lái)，機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等和行為主義的研

正式誕生？

究深入開(kāi)展，形成高潮。同時(shí)，不同人工智能學(xué)派間的爭(zhēng)論也非常熱烈。

這些都推動(dòng)人工智能研究的進(jìn)一步發(fā)展。

1.2人類(lèi)智能與人工智能

教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)主要討論人類(lèi)智能與人工智能的關(guān)系問(wèn)題。

教學(xué)重點(diǎn)：智能信息處理系統(tǒng)，人類(lèi)智能與人工智能的關(guān)系。

教學(xué)難點(diǎn)：智能信息處理系統(tǒng)的假設(shè)。

教學(xué)方法：課堂講授為主。

教學(xué)要求：了解人類(lèi)認(rèn)知活動(dòng)與計(jì)算機(jī)的比較關(guān)系，基本了

解智能信息處理系統(tǒng)。

1.2.1智能處理信息系統(tǒng)的假設(shè)

1.符號(hào)處理系統(tǒng)的六種基本功能

信息處理系統(tǒng)又叫符號(hào)操作系統(tǒng)(SymbolOperationSystem)或物理符號(hào)系統(tǒng)(Physical

SymbolSystem)o所謂符號(hào)就是模式(paltern)。

一個(gè)完善的符號(hào)系統(tǒng)應(yīng)具有下列6種基本功能：

⑴輸入符號(hào)(input)；

(2)輸出符號(hào)(output);

⑶存儲(chǔ)符號(hào)(store);

(4)復(fù)制符號(hào)(copy);

(5)建立符號(hào)結(jié)構(gòu)：通過(guò)找出各符號(hào)間的關(guān)系，右符號(hào)系統(tǒng)中形成符號(hào)結(jié)構(gòu)：

⑹條件性遷移(condidonaltransfer):根據(jù)已有符號(hào)，維續(xù)完成活動(dòng)過(guò)程。

2.可以把人看成一個(gè)智能信息處理系統(tǒng)

如果一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)具有上述全部6種功能，能夠完成這個(gè)全過(guò)程，那么它就是一個(gè)

完整的物理符號(hào)系統(tǒng)。人具有上述6種功能;現(xiàn)代計(jì)算機(jī)也具備物理符號(hào)系統(tǒng)的這6種功能。

3.理符號(hào)系統(tǒng)的假設(shè)

任何一個(gè)系統(tǒng)，如果它能表現(xiàn)出智能，那么它就必定能夠執(zhí)行上述6種功能。反之，任

何系統(tǒng)如果具有這6種功能，那么它就能夠表現(xiàn)出智能；這種智能指的是人類(lèi)所具有的那種

智能。把這個(gè)假設(shè)稱(chēng)為物理符號(hào)系統(tǒng)的假設(shè)。

4.物理符號(hào)系統(tǒng)3個(gè)推論

推論一既然人具有智能，那么他(她)就一定是個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)。

人之所以能夠表現(xiàn)出智能，就是基于他的信息處理過(guò)程。

推論二既然計(jì)算機(jī)是一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)，它就一定能夠表現(xiàn)出智能。這是人工智能的

基本條件。

推論三既然人是一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)也是一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)，那么就能夠用

計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的活動(dòng)。

4.人類(lèi)的認(rèn)知行為具有不同的層次

認(rèn)知生理學(xué)研究認(rèn)知行為的生理過(guò)程，主要研究人的神經(jīng)系統(tǒng)(神經(jīng)元、中樞神經(jīng)系

統(tǒng)和大腦)的活動(dòng)，是認(rèn)知科學(xué)研究的底層。

認(rèn)知心理學(xué)研究認(rèn)知行為的心理活動(dòng)，主要研究人的思維策略，是認(rèn)知科學(xué)研究的

頂層。

認(rèn)知信息學(xué)研究人的認(rèn)知行為在人體內(nèi)的初級(jí)信息處理，主要研究人的認(rèn)知行為如

何通過(guò)初級(jí)信息自然處理，由生理活動(dòng)變?yōu)樾睦砘顒?dòng)及其逆過(guò)程，即由心理活動(dòng)變?yōu)樯?/p>

行為。這是認(rèn)知活動(dòng)的中間層，承上啟下。

認(rèn)知工程學(xué)研究認(rèn)知行為的信息加工處理，主要研究如何通過(guò)以計(jì)算機(jī)為中心的人

工信息處理系統(tǒng)，對(duì)人的各種認(rèn)知行為(如知覺(jué)、思維、記憶、語(yǔ)言、學(xué)習(xí)、理解、推理、

識(shí)別等)進(jìn)行信息處理。這是研究認(rèn)知科學(xué)和認(rèn)知行為的工具，應(yīng)成為現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)和現(xiàn)

代認(rèn)知生理學(xué)的重要研究手段。

1.2.2人類(lèi)智能的計(jì)算機(jī)模擬

1.機(jī)器智能可以模擬人類(lèi)智能

物理符號(hào)系統(tǒng)假設(shè)的推論一告訴人們，人有智能，所以他是一個(gè)物理符號(hào)系統(tǒng)；推論三

指出，可以編寫(xiě)出計(jì)算機(jī)程序去模擬人類(lèi)的思維活動(dòng)。這就是說(shuō)，人和計(jì)算機(jī)這兩個(gè)物理符

號(hào)系統(tǒng)所使用的物理符號(hào)是相同的，因而計(jì)算機(jī)可以模擬人類(lèi)的智能活動(dòng)過(guò)程。

2.智能計(jì)算機(jī)的功能

如下棋、證明定理、翻譯語(yǔ)言文字和解決難題等。神經(jīng)計(jì)算機(jī)(neuralcomputer)能夠以

類(lèi)似人類(lèi)的方式進(jìn)行“思考”，它力圖重建人腦的形象。一些國(guó)家對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研究也已

起步，希望通過(guò)對(duì)量子計(jì)算(quantumcomputing)的研究，產(chǎn)生量子計(jì)算機(jī)。

1.3人工智能的學(xué)跟

教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)主要介紹人工智能的幾個(gè)主要學(xué)派及認(rèn)知觀。

教學(xué)重點(diǎn)：符號(hào)主義(Symbolicism),聯(lián)結(jié)主義(Connectionism),行為主義(Actionism)。

教學(xué)難點(diǎn)：各學(xué)派的對(duì)人工智能的不同觀點(diǎn)。

教學(xué)方法：課堂講授為主。

教學(xué)要求：了解各派別之間的關(guān)系及對(duì)人工智能發(fā)展歷史的看法。

1.人工智能三大學(xué)派

?符號(hào)主義(Symbolicism),又稱(chēng)為邏輯主義(Logicism)、心理學(xué)派(Psychlogism)或計(jì)算

機(jī)學(xué)派(Computerism),其原理主要為物理符號(hào)系統(tǒng)(即符號(hào)操作系統(tǒng))假設(shè)和有限合理性原

理。

?聯(lián)結(jié)主義(Conncctionism),又稱(chēng)為仿生學(xué)派(Bionicsism)或生理學(xué)派(Physiologism),

其原理主要為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)間的連接機(jī)制與學(xué)習(xí)算法。

?行為主義(Actionism),又稱(chēng)進(jìn)化主義(Evolutionism)或控制論學(xué)派(Cyberncticsism),

其原理為控制論及感知一動(dòng)作型控制系統(tǒng)。

2.三大學(xué)派對(duì)人工智能發(fā)展歷史的不同看法

符號(hào)主義認(rèn)為人工智能源于數(shù)理邏輯。符號(hào)主義仍然是人工智能的主流派。這個(gè)學(xué)派

的代表有紐厄爾、肖、西蒙和尼爾遜(Nilsson)等。

聯(lián)結(jié)主義認(rèn)為人工智能源于仿生學(xué)，特別是人腦模型的研究。

行為主義認(rèn)為人工智能源于控制論。這一學(xué)派的代表作首

推布魯克斯(Brooks)的六足行走機(jī)器人，它被看做新一代的

“控制論動(dòng)物”，是一個(gè)基于感知一動(dòng)作模式的模擬昆蟲(chóng)行

為的控制系統(tǒng)。

1.4人工智能的研窕與應(yīng)用領(lǐng)域

教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)主要討論人工智能的研究與應(yīng)用領(lǐng)域。

教學(xué)重點(diǎn)：人工智能的一些主要研究與應(yīng)用領(lǐng)域。

教學(xué)難點(diǎn)：處理好各領(lǐng)域間的交叉關(guān)系。

教學(xué)方法：課堂講授為主。

教學(xué)要求：初步了解人工智能的研究與應(yīng)用領(lǐng)域。

1.4.1訶題求解

人工智能的第一個(gè)大成就是發(fā)展了能夠求斛難題的下棋（如

國(guó)際象棋）程序，它包含問(wèn)題的表示、分斛、拽奈與歸約等。

1.4.2逐輯推理與定理證明

邏輯推理是人工智能研究中最持久的子領(lǐng)域之一，特別重要的是要找到一些方法，只把

注意力集中在一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)中的有關(guān)事實(shí)上，留意可信的證明，并在出現(xiàn)新信息時(shí)適時(shí)修

正這些證明。

定理證明的研窕在人工智能方法的發(fā)展中曾較產(chǎn)生過(guò)重要

的影喻。例如，采用謂詞透科語(yǔ)言的演年過(guò)程的形式化有助

于更清楚地理斛推理的某些子命題。許多非形式的工作，包

括醫(yī)疔診斷和信息檢索都可以和定理證明問(wèn)題一樣加以形

式化。因此，發(fā)人工智能方法的研究中定理證明是一個(gè)極其

重要的論題。

我國(guó)人工智能大師吳文俊院士提出并實(shí)現(xiàn)了幾何定理機(jī)森

證明的方施，破國(guó)際上豕認(rèn)為“吳氏方法”,是定理證明的

又一標(biāo)志性成果0

1.4.34然語(yǔ)言理解

語(yǔ)言處理也是人工智能的早期研窕領(lǐng)域之一，并引起了進(jìn)一步的重視。語(yǔ)言的生成和理

解是一個(gè)極為復(fù)雜的編碼和解碼問(wèn)題。

一個(gè)能理解4然語(yǔ)言信息的計(jì)算機(jī)條線看起來(lái)就像一個(gè)人

一樣需要有上下文知詼以及根據(jù)這些上下文知識(shí)和信息用

信息發(fā)生器進(jìn)行推理的過(guò)程。理解口頭的和書(shū)寫(xiě)語(yǔ)言的計(jì)算

機(jī)條院所取得的某些進(jìn)展，其基礎(chǔ)就是有關(guān)表示上下文知出

轉(zhuǎn)構(gòu)的某些人工智能思想以及根據(jù)這些知識(shí)進(jìn)行推理的某

些技術(shù)。

1.4.4自動(dòng)程序設(shè)計(jì)

對(duì)自動(dòng)程序設(shè)計(jì)的研究不僅可以促進(jìn)半自動(dòng)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的發(fā)展，而目.也使通過(guò)修正

自身數(shù)碼進(jìn)行學(xué)習(xí)（即修正它們的性能）的人工智能系統(tǒng)得到發(fā)展。程序理論方面的有關(guān)研究

工作對(duì)人工智能的所有研究工作都是很重要的。

4動(dòng)程序設(shè)計(jì)研究的重大貢故之一是作為問(wèn)題求解集睢的

調(diào)整概念。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)程序設(shè)計(jì)或機(jī)器人控制訶題，先產(chǎn)

生一個(gè)不賽事的有錯(cuò)誤的解，然后再修改它（使它正確工作）,

這種做法一般要比堅(jiān)持要求第一個(gè)群就完全沒(méi)有缺陷的做

法有效得多。

1.4.5專(zhuān)家樂(lè)統(tǒng)

一般地說(shuō)，專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部具有大量專(zhuān)家水平的某個(gè)領(lǐng)域

知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法來(lái)解決該領(lǐng)域的問(wèn)題。

發(fā)展專(zhuān)家余統(tǒng)的關(guān)鍵是表達(dá)和適用專(zhuān)家知短，即來(lái)4人類(lèi)專(zhuān)

象的并已被證明對(duì)解決有關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的典型問(wèn)題是有用的事

實(shí)和過(guò)程。

1.4.6機(jī)器學(xué)習(xí)

學(xué)習(xí)是人類(lèi)智能的主要標(biāo)志和荻得知短的基本手段；機(jī)款學(xué)

習(xí)（4動(dòng)獲取新的事實(shí)及新的推理算成）是使計(jì)算機(jī)具有智能

的根本速控；機(jī)器學(xué)習(xí)還有助于發(fā)現(xiàn)人類(lèi)學(xué)習(xí)的機(jī)理和揭示

人腦的真秘。學(xué)2是一個(gè)有特定目的的知板獲取過(guò)程，其內(nèi)

部表現(xiàn)為新知識(shí)結(jié)構(gòu)的不斷建立和修女，而外部表現(xiàn)為性能

的友耳。

1.4.7神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理直覺(jué)和形象思維信息具有比傳統(tǒng)處理方式好得多的效果。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已在模式識(shí)別、圖象處理、組合優(yōu)化、自動(dòng)控制、信息處理、機(jī)器人學(xué)和人工

智能的其它領(lǐng)域獲得日益廣泛的應(yīng)用。

1.4.8機(jī)器人學(xué)

人工智能研究口益受到重視的另一個(gè)分支是機(jī)器人學(xué)，其中包括對(duì)操作機(jī)器人裝置程

序的研究。這個(gè)領(lǐng)域所研究的問(wèn)題，從機(jī)器人手憎的最佳移動(dòng)到實(shí)現(xiàn)機(jī)器人目標(biāo)的動(dòng)作序列

的規(guī)劃方法，無(wú)所不包。目前已經(jīng)建立了一些比較復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)。

機(jī)器人和機(jī)器人學(xué)的研究促進(jìn)了許多人工智能思想的發(fā)展。

智能機(jī)器人的研究和應(yīng)用體現(xiàn)出廣泛的學(xué)科交叉，陟及眾多

的課題，機(jī)器人已在各領(lǐng)域獲得越來(lái)越普遍的應(yīng)用。

1.4.9模式板別

人工智能所研究的模灰以別是抽用計(jì)算機(jī)代稱(chēng)人類(lèi)或率助

人類(lèi)感知模式，是對(duì)人類(lèi)意知外界功能的模擬，研究的是計(jì)

算機(jī)康式竊別余然，也就是使一個(gè)計(jì)算機(jī)條統(tǒng)具有模擬人類(lèi)

通過(guò)感畬接受外界信息、識(shí)別和理解周SI環(huán)境的感知能力。

1.4.10機(jī)器視競(jìng)

實(shí)驗(yàn)表明，人類(lèi)接受外界信息的80%以上來(lái)自視覺(jué)，視覺(jué)對(duì)人類(lèi)是非常重要的。

機(jī)器視覺(jué)或計(jì)算機(jī)視覺(jué)已從模式識(shí)別的一個(gè)研究領(lǐng)域發(fā)展為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科;在視覺(jué)方

面，已經(jīng)給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)裝上電視輸入裝置以便能夠“看見(jiàn)”周?chē)臇|西。

機(jī)器視覺(jué)的前沿研究領(lǐng)域包括實(shí)時(shí)并行處理、主動(dòng)式定性視覺(jué)、動(dòng)態(tài)和時(shí)變視覺(jué)、三維

景物的建模與識(shí)別、實(shí)時(shí)圖像壓縮傳輸和復(fù)原、多光譜和彩色圖像的處理與解釋等。

1.4.11智能裝制

人工智能的發(fā)展促進(jìn)自動(dòng)控制向智能控制發(fā)展。智能控制是一類(lèi)無(wú)需（或需要盡可能少

的）人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制。

智能搔制是同時(shí)具有以知例表示的非教學(xué)廣義世界模型和

教學(xué)公式模型表示的混合捏制過(guò)程，也往往是含有復(fù)雜性、

不完全性、模糊性或不確定性以及不存在已知算法的非教學(xué)

過(guò)程，并以知識(shí)進(jìn)行推理，以啟發(fā)來(lái)引導(dǎo)求斛過(guò)程。

1.4.12智能檢奈

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了“知識(shí)爆炸”的情況，研究智能檢索系統(tǒng)已成為科技

持續(xù)快速發(fā)展的重要保證，

智能信急檢親余統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們將面臨以下幾個(gè)問(wèn)題。譽(yù)先,

建立一個(gè)能夠理解以4然語(yǔ)守陳述的詢(xún)?cè)X余統(tǒng)本身就存在

不少問(wèn)題。其次，即使能夠通過(guò)規(guī)定某些機(jī)春能緲理解的形

式化詢(xún)問(wèn)語(yǔ)句來(lái)回避語(yǔ)言理解問(wèn)題，但仍然存在一個(gè)如何極

據(jù)存儲(chǔ)的事實(shí)演午出答案的問(wèn)題。第三,理解詢(xún)問(wèn)和演隼答

案所需要的知板都可能超出該學(xué)科領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫(kù)所表示的知

識(shí)。

1.4.13智能陰度與指揮

確定最佳調(diào)度或組合的問(wèn)題是人們感興趣的乂一類(lèi)問(wèn)題，求解這類(lèi)問(wèn)題的程序會(huì)產(chǎn)生

一種組合爆炸的可能性，這時(shí)，即使是大型計(jì)算機(jī)的容量也會(huì)被用光。

人工智能學(xué)家們瞥經(jīng)研究過(guò)若干組合問(wèn)題的求解方法。他們

的勢(shì)力集中在使“時(shí)間■問(wèn)題大小”曲線的變化盡可能緩慢地

增長(zhǎng)，即使是於須按指數(shù)方式增長(zhǎng)。有關(guān)問(wèn)題城的知物再次

成為比較有效的求解方法的關(guān)鍵。為處理組合問(wèn)題而發(fā)展起

來(lái)的許多方法對(duì)其它姐合上不卷產(chǎn)童的問(wèn)題也是有用的。

1.4.14分布式人工智能與Agent

分布式人工智能(DistributedAI,DAI)是分布式計(jì)算與人工智能結(jié)合的結(jié)果。DAI系統(tǒng)以

魯棒性作為控制系統(tǒng)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，并具有互操作性，即不同的異構(gòu)系統(tǒng)在快速變化的環(huán)境中

具有交換信息和協(xié)同工作的能力。分布式人工智能的研究目標(biāo)是要?jiǎng)?chuàng)建一種能夠描述自然系

統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)的精確概念模型。

多agent系統(tǒng)(MultiagentSystem,MAS)更能體現(xiàn)人類(lèi)的社

會(huì)智能，具有更大的靈活性和適應(yīng)性，更適合開(kāi)放和動(dòng)志的

世界環(huán)境，因而福?受重視，巴成為人工智能以至計(jì)算機(jī)科學(xué)

和控制科學(xué)與工程的研究熱點(diǎn)。

1.4.15計(jì)算智能與進(jìn)化計(jì)算

計(jì)算智能(Computing【ntelligence)涉及神經(jīng)計(jì)算、模糊計(jì)算、進(jìn)化計(jì)算等研究領(lǐng)域,

進(jìn)化計(jì)算(EvolutionaryComputation)是指一類(lèi)以達(dá)東丈進(jìn)

化價(jià)為依據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)、放制和優(yōu)化人工系統(tǒng)的技術(shù)和方法的總

稱(chēng)，它包括遺傳算法(GeneticAlgorithms).進(jìn)化兼唱

(EvolutionaryStrategies)和進(jìn)化規(guī)劃(Evolutionary

Programming)?

1.4.16數(shù)據(jù)托爆與知識(shí)發(fā)現(xiàn)

知識(shí)獲取是知識(shí)信息處理的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

數(shù)據(jù)挖掘是通過(guò)綜合運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、粗糙集、模糊數(shù)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和專(zhuān)家系統(tǒng)等多種學(xué)習(xí)

手段和方法，從大量的數(shù)據(jù)中提煉出抽象的知識(shí)，從而揭示出蘊(yùn)涵在這些數(shù)據(jù)背后的客觀世

界的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)規(guī)律.實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自動(dòng)獲取。

數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)已獲廣泛應(yīng)用。

1.4.17人工生命

人工生命(ArtificialLife,ALife)旨在用計(jì)算機(jī)和精密機(jī)械等人工媒介生成或構(gòu)造出能夠

表現(xiàn)自然生命系統(tǒng)行為特征的仿真系統(tǒng)或模型系統(tǒng)。自然生命系統(tǒng)行為具有自組織、自復(fù)制、

自修復(fù)等特征以及形成這些特征的混沌動(dòng)力學(xué)、進(jìn)化和環(huán)境適應(yīng)。

人工生命所研究的人造系統(tǒng)能夠演示具有自然生命系統(tǒng)特征的行為，在“生命之所能”

(lifeasitcouldbe)的廣闊范圍內(nèi)深入研究“生命之所知"(lifeasweknowit)的實(shí)質(zhì)。

人工生命學(xué)科的研究?jī)?nèi)容包括生.命現(xiàn)象的仿生系統(tǒng)'人工建模與仿真、進(jìn)化動(dòng)力學(xué)、人

工生命的計(jì)算理論、進(jìn)化與學(xué)習(xí)綜合系統(tǒng)以及人工生命的應(yīng)用等。

1.4J8系線與語(yǔ)言工具

除了直接解準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)智能的研究工作外，開(kāi)發(fā)新的方法也往往

是人工智能研究的一個(gè)重要方面。人工智能對(duì)計(jì)算機(jī)界的某

些景大貢故巳經(jīng)以派生的形式表現(xiàn)出來(lái)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一些

概念，如分時(shí)余統(tǒng)、編日處理系統(tǒng)和交互調(diào)成系統(tǒng)等，巳經(jīng)

在人工智能研究中得到發(fā)筱。.

1.5本書(shū)概要

本書(shū)包括下列內(nèi)容：

1.簡(jiǎn)述人工智能的起源與發(fā)展，討論人工智能的定義、人工智能與計(jì)算機(jī)的關(guān)系以及人

工智能的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，

2.比較概括地論述知識(shí)表示的各種主要方法，包括狀態(tài)空間法、問(wèn)題歸約法、謂詞邏輯

法、結(jié)構(gòu)化表示法（語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法、框架）、劇本和過(guò)程等。

3.討論常用搜索原理，如盲目搜索、啟發(fā)式搜索和消解原理等：并研究?些比較高級(jí)的

推理求解技術(shù)，如規(guī)則演繹系統(tǒng)、專(zhuān)家系統(tǒng)、系統(tǒng)組織技術(shù)、不確定性推理和非單調(diào)推理等。

4.介紹近期發(fā)展起來(lái)的已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)的人工智能技術(shù)

和方盅,即分布式人工智能與agent、計(jì)算智能（合神經(jīng)計(jì)算、

透科計(jì)算與進(jìn)化計(jì)算人數(shù)據(jù)挖掘與知板發(fā)現(xiàn)、人工生命等。

5、比較詳細(xì)地分析人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域，涉及專(zhuān)家余

統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、自動(dòng)規(guī)劃未統(tǒng)和4然語(yǔ)言理解等。

6、敘述近年來(lái)人工智能研究中出現(xiàn)的爭(zhēng)論，猥里人工智能的

發(fā)展。

1.6辯論會(huì)

主題：人工智能能否超過(guò)人類(lèi)智能？

正方觀點(diǎn)：人工智能不會(huì)超過(guò)人類(lèi)智能。

反方觀點(diǎn)：人工智能能夠超過(guò)人類(lèi)智能。

第二章知識(shí)表示方法

教學(xué)內(nèi)容：本章討論知識(shí)表示的各種方法，是人工智能課程三大內(nèi)容(知識(shí)表示、知識(shí)

推理、知識(shí)應(yīng)用)之一，也是學(xué)習(xí)人工智能其他內(nèi)容的基礎(chǔ)。

教學(xué)重點(diǎn)：狀態(tài)空間法、問(wèn)題歸約法、謂詞邏輯法、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法。

教學(xué)難點(diǎn)：狀態(tài)描述與狀態(tài)空間圖示、問(wèn)題歸約機(jī)制、置換與合一。

教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主，同時(shí)結(jié)合《離散數(shù)學(xué)》等已學(xué)的

內(nèi)容實(shí)時(shí)提問(wèn)、收集學(xué)生學(xué)習(xí)情況，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的

多媒體素材來(lái)表示抽象概念。

教學(xué)要求：重點(diǎn)掌握用狀態(tài)空間法、問(wèn)題歸約法、謂詞演算

法、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法來(lái)描述問(wèn)題；解決問(wèn)題；掌握幾種主要方法

之間的差別；并對(duì)其它幾種表示方法有一般了解。

2.1狀態(tài)空同法

教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)是通過(guò)狀態(tài)空間法來(lái)求解問(wèn)題，它是以狀態(tài)和算符(operator)為基礎(chǔ)來(lái)

表示和求解問(wèn)題的。

教學(xué)重點(diǎn)：?jiǎn)栴}的狀態(tài)描述，操作符。

教學(xué)難點(diǎn)：選擇一個(gè)好的狀態(tài)描述與狀態(tài)空間表示方案。

教學(xué)方法：以課堂教學(xué)為主；充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的多媒體

素材來(lái)闡述抽象概念。

教學(xué)要求：重點(diǎn)掌握對(duì)某個(gè)問(wèn)題的狀態(tài)空間描述，學(xué)會(huì)組織

狀態(tài)空間圖，用搜索圖來(lái)求解問(wèn)題。

2.1.1問(wèn)題狀忠出述

1.狀態(tài)(State)的基本概念

狀態(tài)(state)是為描述某類(lèi)不同事物間的差別而引入的一組最少變量q。，ql,…，qn的有

序集合，其矢■形式如下：

Q=[qo,qi,….qJT(2.1)

式中每個(gè)元素qi(i=O,L…，n)為集合的分量，稱(chēng)為狀態(tài)變量。給定每個(gè)分量的一組值就得到

一個(gè)具體的狀態(tài)，如

Qk=[qOk,qlk,…,qnk]T(2.2)

算符：使問(wèn)題從一種狀態(tài)變化為另一種狀態(tài)的手段稱(chēng)為操作符或算符。操作符可為走

步、過(guò)程、規(guī)則、數(shù)學(xué)算子、運(yùn)算符號(hào)或邏輯符號(hào)等。

問(wèn)題的狀態(tài)空間(statespace)是一個(gè)表示該問(wèn)題全部可能狀態(tài)及其關(guān)系的圖，它包含三

種說(shuō)明的集合，即所有可能的問(wèn)題初始狀態(tài)集合S、操作符集合F以及目標(biāo)狀態(tài)集合G.因

此，可把狀態(tài)空間記為三元狀態(tài)⑸F,G)o

2.狀態(tài)空間的表示法

對(duì)一個(gè)問(wèn)題的狀態(tài)描述，必須確定3件事：

(1)該狀態(tài)描述方式，特別是初始狀態(tài)描述;

(2)操作符集合及其對(duì)狀態(tài)描述的作用；

(3)目標(biāo)狀態(tài)描述的特性。

2.1.2狀態(tài)圖示樂(lè)

圖的基本概念

圖由節(jié)點(diǎn)(不一定是有限的節(jié)點(diǎn))的集合構(gòu)成。一對(duì)節(jié)點(diǎn)用弧線連接起來(lái)，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)指

向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這種圖叫做有向圖(directedgraph)?

某個(gè)節(jié)點(diǎn)序列(nil,ni2「?,nik)當(dāng)j=2,3,…，k時(shí)，如果對(duì)于每一個(gè)ni,卜1都有一個(gè)后繼節(jié)點(diǎn)

nij存在，那么就把這個(gè)節(jié)點(diǎn)序列叫做從節(jié)點(diǎn)nil至節(jié)點(diǎn)nik的長(zhǎng)度為k的路徑。

代價(jià)(cost)是給各弧線指定數(shù)值以表示加在相應(yīng)算符上的代價(jià)。

圖的顯式說(shuō)明是指各節(jié)點(diǎn)及其具有代價(jià)的弧線由一張表明確給出。

圖的隱式說(shuō)明是指各節(jié)點(diǎn)及其具有代價(jià)的弧線不能由一張表明確給出。

2.13狀態(tài)變間表示舉例

1.產(chǎn)生式系統(tǒng)

一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)由下列3部分組成：

一個(gè)總數(shù)據(jù)庫(kù)(globaldatabase),它含有與具體任務(wù)有關(guān)的信息。

一套規(guī)則，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作運(yùn)算。每條規(guī)則由左右兩部分組成，左部鑒別規(guī)則的適

用性或先決條件，右部描述規(guī)則應(yīng)用時(shí)所完成的動(dòng)作。應(yīng)用規(guī)則來(lái)改變數(shù)據(jù)庫(kù)。

一個(gè)控制策略，它確定應(yīng)該采用哪一條適用規(guī)則，而且當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的終止條件滿足時(shí)，就

停止計(jì)算。

2.狀態(tài)空間表示舉例

猴子與香蕉的問(wèn)題

狀態(tài)空間表示用四元組(W,x,y,z)其中：W一猴子的水平位置；X—當(dāng)猴子在箱子頂

上時(shí)取x=l；否則取x=0；Y一箱子的水平位置；Z—當(dāng)猴子摘到香蕉時(shí)取2=1；否則取2=0。

算符

(1)goto(U)猴子走到水平位置U；

(2)pushbox(V)猴子把箱子推到水平位置V；

(3)climbbox猴子爬上箱頂；

(4)grasp猴子摘到香蕉。

求解過(guò)程令初始狀態(tài)為(a,0,b,0)。這時(shí)，goto(U)是唯一適用的操作，并導(dǎo)致下一狀態(tài)(U,0,

b,0)?，F(xiàn)在有3個(gè)適用的操作，即goto(U),pushbox(V)和climbbox(若U=b)。把所有適用的操作繼

續(xù)應(yīng)用于每個(gè)狀態(tài)，我們就能夠得到狀態(tài)空間圖，如圖所示。從圖不難看出，把該初始狀態(tài)變換

為目標(biāo)狀態(tài)的操作序列為：

{goto(b),pushbox(c),climbbox,grasp)

2.2問(wèn)題歸約法

教學(xué)內(nèi)容：知識(shí)表示的歸約法，即已知問(wèn)題的描述，通過(guò)一系列變換把此問(wèn)題最終變?yōu)?/p>

一個(gè)子問(wèn)題集合；這些子問(wèn)題的解可以直接得到，從而解決了初始問(wèn)題的方法。

教學(xué)重點(diǎn)：?jiǎn)栴}歸約的基本思想，問(wèn)題描述，問(wèn)題變換的操作符，與或圖表示。

教學(xué)難點(diǎn)：如何把初始問(wèn)題變換為子問(wèn)題，與或圖表示方法。

教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的相關(guān)多媒

體素材來(lái)表示抽象概念。

教學(xué)要求：通過(guò)梵塔難題重點(diǎn)掌握問(wèn)題歸約法的機(jī)理和問(wèn)題

歸約描述方法。學(xué)會(huì)用與或圖表示歸約問(wèn)題。

2.2.1問(wèn)題歸約指述

1.問(wèn)題歸約法的概念

已知問(wèn)題的描述，通過(guò)一系列變換把此問(wèn)題最終變?yōu)橐粋€(gè)子問(wèn)題集合；這些子問(wèn)題的解

可以直接得到，從而解決了初始問(wèn)題。

該方法也就是從目標(biāo)(要解決的問(wèn)題)出發(fā)逆向推理，建立子問(wèn)題以及子問(wèn)題的子,可題,

直至最后把初始問(wèn)題歸約為一個(gè)平凡的本原問(wèn)題集合。這就是問(wèn)題歸約的實(shí)質(zhì)。

2.問(wèn)題歸約法的組成部分

(1)一個(gè)初始問(wèn)題指述；

(2)一套把問(wèn)題變換為子問(wèn)題的操作符；

(3)一套本原問(wèn)題措述。

3.示例：梵塔難題

問(wèn)題有3個(gè)柱子(1,2,3)和3個(gè)不同尺寸的圓盤(pán)(A,B,C)。在每個(gè)圓盤(pán)的中心有個(gè)孔，所

以圓盤(pán)可以堆疊在柱子上。最初，全部3個(gè)圓盤(pán)都堆在柱子1上：最大的圓盤(pán)C在底弟，最

小的圓盤(pán)A在頂部。要求把所有圓盤(pán)都移到柱子3上，每次只許移動(dòng)一個(gè)，而且只能先搬動(dòng)

柱子頂部的圓盤(pán)，還不許把尺寸較大的圓盤(pán)堆放在尺寸較小的圓盤(pán)上。

歸約過(guò)程

(1)移動(dòng)圓盤(pán)A和B至柱子2的雙圓盤(pán)難題；講述：梵塔問(wèn)題的來(lái)源。

(2)移動(dòng)圓盤(pán)C至柱子3的單圓盤(pán)難題：提問(wèn)：一圓盤(pán)問(wèn)題要走幾

(3)移動(dòng)圓盤(pán)A和B至柱子3的雙圓盤(pán)難題。步？?jī)蓤A盤(pán)問(wèn)題要走幾

由上可以看出簡(jiǎn)化了難題每一個(gè)都比原始難題容易，所以步？三個(gè)、四個(gè)...等？

問(wèn)題都會(huì)變成易解的本原問(wèn)題。_____/

4.歸約描述

問(wèn)題歸約方法是應(yīng)用算符來(lái)把問(wèn)題描述變換為子問(wèn)題描述。

可以用狀態(tài)空間表示的三元組合(S、F、G)來(lái)規(guī)定與描述問(wèn)題；對(duì)于梵塔問(wèn)題，子問(wèn)題

[(111)=>(122)],[(122)=>(322)]以及[(322)=>(333)]規(guī)定了最后解答路徑將要通過(guò)的

腳踏石狀態(tài)(122)和(322)。

問(wèn)題歸約方法可以應(yīng)用狀忠，算符和?標(biāo)這些表示法來(lái)拈述

問(wèn)題，這并不意味著問(wèn)題歸妁法和狀忐變同法是一樣的。

2.2.2與或圖表示

i.與或圖的概念

用一個(gè)類(lèi)似圖的結(jié)構(gòu)來(lái)表示把問(wèn)題歸約為后繼問(wèn)題的替換集合，畫(huà)出歸約問(wèn)題圖。

例如，設(shè)想問(wèn)題A需要由求解問(wèn)題B、C和D來(lái)決定，那么可以用一個(gè)與圖來(lái)表示；同

樣，一個(gè)問(wèn)題A或者由求解問(wèn)題B、或者由求解問(wèn)題C來(lái)決定，則可以用一個(gè)或圖來(lái)表示。

2,與或圖的有關(guān)術(shù)語(yǔ)

父節(jié)點(diǎn)是一個(gè)初始問(wèn)題或是可分解為子問(wèn)題的問(wèn)題節(jié)點(diǎn)；

子節(jié)點(diǎn)是一個(gè)初始問(wèn)題或是子問(wèn)題分解的子問(wèn)題節(jié)點(diǎn)：

或節(jié)點(diǎn)只要解決某個(gè)問(wèn)題就可解決其父輩問(wèn)題的節(jié)點(diǎn)集舉例：對(duì)于一個(gè)與或圖。

合；提問(wèn)：指出圖中的父節(jié)點(diǎn)、

與節(jié)點(diǎn)只有解決所有子問(wèn)題，才能解決其父輩問(wèn)題的節(jié)子節(jié)點(diǎn)、或節(jié)點(diǎn)、與節(jié)點(diǎn)、

點(diǎn)集合；弧線和終葉節(jié)點(diǎn)。

弧線是父輩節(jié)點(diǎn)指向子節(jié)點(diǎn)的圓弧連線；_________N

終葉節(jié)點(diǎn)是對(duì)應(yīng)于原問(wèn)題的本原節(jié)點(diǎn)。

3.與或圖的有關(guān)定義

可解節(jié)點(diǎn)與或圖中一個(gè)可解節(jié)點(diǎn)的一般定義可以歸納如下：

(1)終葉節(jié)點(diǎn)是可解節(jié)點(diǎn)(因?yàn)樗鼈兣c本原問(wèn)題相關(guān)連)。

(2)如果某個(gè)非終葉芍點(diǎn)含有或后繼節(jié)點(diǎn)，那么只有當(dāng)其后繼節(jié)點(diǎn)至少有一個(gè)是可解的

時(shí)，此非終葉節(jié)點(diǎn)才是可解的。

(3)如果某個(gè)非終葉節(jié)點(diǎn)含有與后繼節(jié)點(diǎn)，那么只要當(dāng)其后繼節(jié)點(diǎn)全部為可解時(shí)，此非終葉

節(jié)點(diǎn)才是可解的。

不可解節(jié)點(diǎn)不可解節(jié)點(diǎn)的一般定義歸納于下：

(1)沒(méi)有后裔的非終葉節(jié)點(diǎn)為不可解節(jié)點(diǎn)。

(2)如果某個(gè)非終葉節(jié)點(diǎn)含有或后繼節(jié)點(diǎn)，那么只有當(dāng)其全部后裔為不可解時(shí)，此非終

葉節(jié)點(diǎn)才是不可解的。

(3)如果某個(gè)非終葉節(jié)點(diǎn)含有與后繼節(jié)點(diǎn)，那么只要當(dāng)其后裔至少有一個(gè)為不可解時(shí),

此非終葉節(jié)點(diǎn)才是不可解為。

4.與或圖構(gòu)圖規(guī)則

(1)與或圖中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)要解決的單一問(wèn)題或問(wèn)題集合。圖中所含起始節(jié)點(diǎn)對(duì)

應(yīng)于原始問(wèn)題。

(2)對(duì)應(yīng)于本原問(wèn)題的節(jié)點(diǎn)，叫做終葉節(jié)點(diǎn)，它沒(méi)有后裔。

(3)對(duì)于把算符應(yīng)用于問(wèn)題A的每種可能情況，都把問(wèn)題變換為一個(gè)子問(wèn)題集合；有向

弧線自A指向后繼節(jié)點(diǎn)，表示所求得的子問(wèn)題集合。

(4)一般對(duì)于代表兩個(gè)或兩個(gè)以上子問(wèn)題集合的每個(gè)節(jié)點(diǎn),

有向弧線從此節(jié)點(diǎn)指向此子訶題集合中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)。

(5)在特殊情況下，當(dāng)只有一個(gè)算件可應(yīng)用于訶題A,而且

這個(gè)算符產(chǎn)生具有一個(gè)以上子問(wèn)題的某個(gè)集合對(duì)，由上述規(guī)

則3和規(guī)則4所產(chǎn)生的圖可以得到簡(jiǎn)化。

2.3謂詞迷科法

教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)主要講述問(wèn)題的謂詞邏輯表示的基本方法。

教學(xué)重點(diǎn)：謂詞邏輯、謂詞公式、謂詞演算、置換與合一。

教學(xué)難點(diǎn)：如何選擇謂詞，問(wèn)題的謂詞邏輯表示及運(yùn)算。

教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的示例程序。

教學(xué)要求：重點(diǎn)掌握謂詞邏輯表示的語(yǔ)言與方法，掌握謂詞

公式的性質(zhì)及謂詞演算，學(xué)會(huì)謂詞公式的置換與合一，運(yùn)用

謂詞推理來(lái)解決問(wèn)題。

2.3.1謂詞演算

1.語(yǔ)法和語(yǔ)義

謂詞邏輯的基本組成部分是謂詞符號(hào)、變量符號(hào)、函數(shù)符號(hào)和常量符號(hào)，并用圓括弧、

方括弧、花括弧和逗號(hào)隔開(kāi)，以表示論域內(nèi)的關(guān)系。

原子公式是由若干謂詞符號(hào)和項(xiàng)組成，只有當(dāng)其對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句在定義域內(nèi)為真時(shí)，才具

有值T（真）；而當(dāng)其對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句在定義域內(nèi)為假時(shí)，該原子公式才具有值F（假）。

2.連詞和量詞

連詞有人（與）、V（或），全稱(chēng)量詞（x）,存在量詞（x）o

原子公式是謂詞演算的基本積木塊，運(yùn)用連詞能夠組合多個(gè)原子公式以構(gòu)成比較復(fù)雜

的合適公式。

3.幾個(gè)有關(guān)定義

用連詞人把幾個(gè)公式連接起來(lái)而構(gòu)成的公式叫做合取，而此合取式的每個(gè)組成部分叫

做合取項(xiàng)。一些合適公式所構(gòu)成的任一合取也是一個(gè)合適公式。

用連詞V把幾個(gè)公式連接起來(lái)所構(gòu)成的公式叫做析取，而此析取式的每一組成部分叫

做析取項(xiàng)。由一些合適公式所構(gòu)成的任一析取也是一個(gè)合適公式。

用連詞=＞連接兩個(gè)公式所構(gòu)成的公式叫做蘊(yùn)涵。蘊(yùn)涵的左式叫做前項(xiàng)，右式叫做后項(xiàng)。

如果前項(xiàng)和后項(xiàng)都是合適公式，那么蘊(yùn)涵也是合適公式。

前面具有符號(hào)?的公式叫做否定。一個(gè)合適公式的否定也是合適公式。

量化一個(gè)合適公式中的某個(gè)變量所得到的表達(dá)式也是合適

公式。如果一個(gè)合適公式中某個(gè)支量是^過(guò)量化的，就把這

個(gè)變量叫做約束變量，否則就叫它為自由變量。在合適公式

中，感興起的主要是所有變量都是受約束的。這樣的合適公

式叫做句子。

2.3.2謂詞公式

i.謂詞合適公式的定義

在謂詞演算中合適公式的遞歸定義如下：

(D原子謂詞公式是合適公式。

(2)若A為合適公式，則?A也是一個(gè)合適公式。

(3)若A和B都是合適公式，則(A/\B),(AVB),(A=>B)和(A--B)也都是合適公式。

(4)若A是合適公式,x為A中的自由變?cè)?，則(乂認(rèn)和(x)A都是合適公式。

(5)只有按上述規(guī)則⑴至(4)求得的那些公式，才是合適公式。

2.合適公式的性質(zhì)

(1)否定之否定

?(?P)等價(jià)于P

(2)PVQ等價(jià)于?P=>Q

(3)狄?摩根定律

?(PVQ)等價(jià)于?PA?Q

?(P八Q)等價(jià)于?PV?Q

(4)分配律

PA(QVR)等價(jià)于(PAQ)V(PAR)

PV(QAR)等價(jià)于(PVQ)A(PVR)

(5)交換律

PAQ等價(jià)于QAP

PVQ等價(jià)于QVP

(6)結(jié)合律

(PAQ)AR等價(jià)于PA(QAR)

(PVQ)VR等價(jià)于PV(QVR)

(7)逆否律

P=>Q等價(jià)于?Q=>?P

此外，還可建立下列等價(jià)關(guān)系：

(8)?(3x)P(x)等價(jià)于(Vx)[?P(x)]

?(\/x)P(x)等價(jià)于(mx)[?P(x)]

(9)(Vx)[P(x)AQ(x)]等價(jià)于

(Vx)P(x)A(Vx)Q(xJ

(Vx)[P(x)VQ(x)]等價(jià)于

證明：否定之否定，，

(Vx)P(x)V(Vx)Q(x)

(?P)等價(jià)于P。

(10)(、x)P(x)等價(jià)于(Vy)P(y)_______________勿

(mx)P(x)等價(jià)于(my)P(y)

2.3.3JL換與合一

1.置換

假元推理，就是由合適公式W1和W1=>W2產(chǎn)生合適公式W2的運(yùn)算。

全稱(chēng)化推理，是由合適公式(x)W(x)產(chǎn)生合適公式W(A),其中A為任意常量符號(hào)。

一個(gè)表達(dá)式的置換就是在該表達(dá)式中用置換項(xiàng)置換變量。

一般說(shuō)來(lái)，置換是可結(jié)合的，但置換是不可交換的。

2.合一

尋找項(xiàng)對(duì)變量的置換.以使兩表達(dá)式一致，叫做合一(unificalion)。如果一個(gè)置換s作用

于表達(dá)式集｛Ei｝的每個(gè)元素，則用｛Ei｝s來(lái)表示置換例的集。稱(chēng)表達(dá)式集｛Ei｝是可合

一的。如果存在一個(gè)置換s使得：Els=E2s=E3sh??那么稱(chēng)此s為｛臼｝的合一者，因?yàn)閟的

作用是使集合｛Ei｝成為單一形式。

2.4語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法

教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)主要講述知識(shí)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法。

教學(xué)重點(diǎn)：語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示的詞法、結(jié)構(gòu)、過(guò)程、語(yǔ)義。

教學(xué)難點(diǎn)：如何選擇節(jié)點(diǎn)和弧線來(lái)構(gòu)成語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。

教學(xué)方法：課堂教學(xué)。

教學(xué)要求：重點(diǎn)掌握語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，掌握二元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表

示方法，了解語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。

2.4.1二元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的表示

1.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的基本概念

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是知識(shí)的一種結(jié)構(gòu)化圖解表示，它由節(jié)點(diǎn)和弧線或鏈線組成。節(jié)點(diǎn)用于表示實(shí)

體、概念和情況等，弧線用于表示節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系。

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示由下列4個(gè)相關(guān)部分組成：

(1)詞法部分決定表示詞匯表中允許有哪些符號(hào)，它涉及各個(gè)節(jié)點(diǎn)和弧線。

(2)結(jié)構(gòu)部分?jǐn)⑹龇?hào)排列的約束條件，指定各弧線連接的節(jié)點(diǎn)對(duì)。

(3)過(guò)程部分說(shuō)明訪問(wèn)過(guò)程，這些過(guò)程能用來(lái)建立和修正描述，以及回答相關(guān)問(wèn)題。

(4)語(yǔ)義部分確定與描述相關(guān)的(聯(lián)想)意義的方法即確定有關(guān)節(jié)點(diǎn)的排列及其占有物

和對(duì)應(yīng)弧線。

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)具有下列特點(diǎn)：

(1)能把實(shí)體的結(jié)構(gòu)、屬性與實(shí)體間的因果關(guān)系顯式地和簡(jiǎn)明地表達(dá)出來(lái)，與實(shí)體相關(guān)

的事實(shí)、特征和關(guān)系可以通過(guò)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)弧線推導(dǎo)出來(lái).

(2)由于與概念相關(guān)的屬性和聯(lián)系被組織在一個(gè)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中，因而使概念易于受訪和

學(xué)習(xí)。

(3)表現(xiàn)問(wèn)題更加直觀，更易于理解，適于知識(shí)工程師與領(lǐng)域?qū)＜覝贤ā?/p>

2.(4)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的語(yǔ)義解釋依賴(lài)于該結(jié)構(gòu)的推理過(guò)程而沒(méi)有結(jié)構(gòu)的約定，因而得

到的推理不能保證像謂詞邏輯法那樣有效。

3.(5)節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系可能是線狀、樹(shù)狀或網(wǎng)狀的，甚至是遞歸狀的結(jié)構(gòu)，使相應(yīng)的知

識(shí)存儲(chǔ)和檢索可能需要比較復(fù)雜的過(guò)程。

4.二元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的表示

用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)和一條弧線可以表示一個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)，對(duì)于表示占有關(guān)系的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，是通

過(guò)允許節(jié)點(diǎn)既可以表示一個(gè)物體或一組物體，也可以表示情況和動(dòng)作。每一情況節(jié)點(diǎn)可以有

一組向外的弧(事例弧)，稱(chēng)為事例框，用以說(shuō)明與該事例有關(guān)的各種變量。

在選擇節(jié)點(diǎn)時(shí)，首先要弄清節(jié)點(diǎn)是用于表示基本的物體或概念的，或是用于多種目的的。否

則，如果語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)只被用來(lái)表示一個(gè)特定的物體或概念，那么當(dāng)有更多的實(shí)例時(shí)就需要更多的語(yǔ)

義網(wǎng)絡(luò)。

選擇語(yǔ)義基元就是試圖用一組基元來(lái)表示知識(shí)。這些基元描述基本知識(shí)，并以圖解表示

的形式相互聯(lián)系。

2.4.2多元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的表示

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)之間以鏈相連。從本質(zhì)上講，接點(diǎn)之間的連接是二元關(guān)系。

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，只能表示二元關(guān)系，如果所要表示的事實(shí)是多元關(guān)系，則把這個(gè)多元關(guān)

系轉(zhuǎn)化成一組二元關(guān)系的組合，或二元關(guān)系的合取。具體來(lái)說(shuō)，多元關(guān)系R(X1,X2,…,Xn)總可

以轉(zhuǎn)換成RI(Xil,X12)AR2(X21,X22)A-ARn(Xnl,Xn2)o要在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換需

要引入附加節(jié)點(diǎn)。

2.4.3連詞和量化的裊示

可以用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示謂詞邏輯法中的各種連詞及量化。

1.合取

2.多元關(guān)系可以被轉(zhuǎn)換成一組二元關(guān)系的合取，從而可以用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的形式表示出

來(lái)。

3.析取

4.在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中，為與合取關(guān)系相區(qū)別，在析取關(guān)系的連接上加注析取界限，并標(biāo)記

DISo

5.否定

采用?ISA和?PARTOF關(guān)系或標(biāo)注NEG界限來(lái)表示否定。

6.蘊(yùn)涵

在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中可用標(biāo)注ANTE和CONSE界限來(lái)表示蘊(yùn)涵關(guān)系。

7.量化

存在量化在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中可直接用ISA鏈來(lái)表示。而全稱(chēng)最化就要用分割方法來(lái)表示。

2.5其他方法

教學(xué)內(nèi)容：簡(jiǎn)介知識(shí)表示的其他三種表示方法，即框架表示法、劇本表示法和過(guò)程表示

法，聞述了三種表示法的原理和應(yīng)用范圍。

教學(xué)重點(diǎn)：各方法的基本原理及基本結(jié)構(gòu)。

教學(xué)難點(diǎn)：各方法的推理過(guò)程。

教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主。適當(dāng)提問(wèn)，加深學(xué)生對(duì)概念的理

解。

教學(xué)要求：初步了解三種方法的基本原理。

2.5.1罐舞

L框架的構(gòu)成

框架通常由描述事物的各個(gè)方面的槽組成，每個(gè)槽可以擁有若干個(gè)側(cè)面，而每個(gè)側(cè)面又

可以擁有若干個(gè)值。一個(gè)框架的一般結(jié)構(gòu)如下：

〈框架名）

〈槽1〉〈側(cè)面11）〈值111〉…

〈側(cè)面⑵〈值121）…

???

〈槽2〉〈側(cè)面2D〈值2⑴…

〈槽n〉《側(cè)面nD〈值nil）…

???

〈側(cè)面nm）〈值nmD…

較簡(jiǎn)單的情景是用框架來(lái)表示諸如人和房子等事物。例如，一個(gè)人可以用其職業(yè)、身高

和體重等項(xiàng)描述，因而可以用這些項(xiàng)目組成框架的槽。當(dāng)描述?個(gè)具體的人時(shí)，再用這些項(xiàng)

目的具體值填入到相應(yīng)的槽中。表2.2給出的是描述John的框架。

表2.2簡(jiǎn)單框架示例

JOHN

Isa:PERSON

Profession:PROGRAMMER

Height:1.8m

Weight:79kg

框架是一種通用的知識(shí)表達(dá)形式，對(duì)于如何運(yùn)用框架系統(tǒng)還沒(méi)有一種統(tǒng)一的形式，常常

由各種問(wèn)題的不同需要來(lái)決定。

2.框架的推理

(I)如前所述，框架是一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。因此語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)推理中的匹配和特性繼

承在框架系統(tǒng)中也可以實(shí)行。除此以外，由于框架用于描述具有固定格式的事物、動(dòng)作和事

件，因此可以在新的情況下，推論出未被觀察到的事實(shí)。框架用以下幾種途徑來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)這

一點(diǎn)：

(2)框架包含它所描述的情況或物體的多方面的信息。

(3)框架包含物體必須具有的屬性。在填充框架的各個(gè)槽時(shí)，要用到這些屬性。

(4)框架描述它們所代表的概念的典型事例。

用一個(gè)框架來(lái)具體體現(xiàn)一個(gè)特定情況的過(guò)程，經(jīng)常不是很順利的。但當(dāng)這個(gè)過(guò)程碰到障

礙時(shí)，經(jīng)常不必放棄原來(lái)的努力去從頭開(kāi)始，而是有很多辦法可想的：

(1)選擇和當(dāng)前情況相對(duì)應(yīng)的當(dāng)前的框架片斷，并把這個(gè)框架片斷和候補(bǔ)框架相匹配。

選擇最佳匹配。

(2)盡管當(dāng)前的框架和要描述的情況之間有不相匹配的地方，但是仍然可以繼續(xù)應(yīng)用這

個(gè)框架。

(3)查詢(xún)程?hào)|之間專(zhuān)門(mén)保存的錢(qián)，以提出應(yīng)朝哪個(gè)方向進(jìn)行

試探的爽權(quán)。

(4)沿著框架系統(tǒng)挑列的層次偌構(gòu)向上移動(dòng)(即從狗根務(wù)一

哺乳動(dòng)物框架一動(dòng)物框架)，直到找到一個(gè)足夠通用，并不與

已有事實(shí)矛盾的板架。

2.5.2劇本

劇本是框架的一種特殊形式，它用一組槽來(lái)描述某些事件的發(fā)生序列，就像劇本中的事

件序列一樣，故稱(chēng)為“劇本”或腳本。

一個(gè)劇本一般由以下各部分組成：

(1)開(kāi)場(chǎng)條件給出在劇本中描述的事件發(fā)生的前提條件。

(2)角色用來(lái)表示在劇本所描述的事件中可能出現(xiàn)的有關(guān)人物的一些槽。

(3)道具這是用來(lái)表示在劇本所描述的事件中可能出現(xiàn)的有關(guān)物體的一些槽。

(4)場(chǎng)景描述事件發(fā)生的真實(shí)順序，可以由多個(gè)場(chǎng)景組成，每個(gè)場(chǎng)景又可以是其它

的劇本。

(5)結(jié)果給出在劇本所描述的事件發(fā)生以后通常所產(chǎn)生的結(jié)果。

例子：以餐廳劇本為例說(shuō)明劇本各個(gè)部分的組成。

根據(jù)劇本的重要性，可以有二種準(zhǔn)備劇本的方法。

(1)對(duì)于不屬于事件核心部分的劇本，只需設(shè)置指向該劇本的指針即可，以便當(dāng)它成為

核心時(shí)啟用。

(2)對(duì)于符合事件核心部分的劇本，則應(yīng)使用在當(dāng)前事件中涉及到的具體對(duì)象和人物去

填寫(xiě)劇本的槽。劇本的前提、道具、角色和事件等常能起到啟用劇本的指示器的作用。

一旦劇本被啟用，則可以應(yīng)用它來(lái)進(jìn)行推理。其中錄重要的

是運(yùn)用劇本可以預(yù)測(cè)沒(méi)有明顯提及的事件的發(fā)生。

劇本站構(gòu)，比起修架這樣的一些通用轉(zhuǎn)構(gòu)來(lái)，要呆板得多,

知盟表達(dá)的范崗也很幸，因此不適用于表達(dá)各種知鍍，但對(duì)

于表達(dá)預(yù)先構(gòu)思好的特定知如理斛故事情節(jié)等，是非帶

有效的。

2.5.3過(guò)程

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、框架和劇本等知識(shí)表示方法，均是對(duì)知識(shí)和事實(shí)的一種靜止的表達(dá)方法，是

知識(shí)的?種顯式表達(dá)形式，而對(duì)于如何使用這些知識(shí)，則通過(guò)控制策略來(lái)決定。

和知識(shí)的陳述式疑示相對(duì)度的是知規(guī)的過(guò)程式表示。所謂過(guò)

程式表示就是將有關(guān)某一訶題領(lǐng)域的知識(shí)，連同如何使用這

些知板的方法，均障式地表達(dá)為一個(gè)求斛問(wèn)題的過(guò)程。它所

給出的是事物的一些家見(jiàn)規(guī)律，表達(dá)的是如何求解問(wèn)題。知

識(shí)的描述形式就是程序，所有信息均隱含在程序之中。從程

序求解問(wèn)題的效率上來(lái)說(shuō)，過(guò)程式表達(dá)要比陳述太表達(dá)志得

多。但因其知鎮(zhèn)均障舍在程序中，因而難于添加新知識(shí)和療

充功能，適用范圈較率。

2.6小結(jié)

知識(shí)表示方法很多，本章介紹了其中的7種，有圖示法和公式法，結(jié)構(gòu)化方法，陳述式

表示和過(guò)程式表示等。

狀態(tài)空間法是一種基F解答空間的問(wèn)題表示和求解方法，它是以狀態(tài)和操作符為基礎(chǔ)

的。在利用狀態(tài)空間圖表示時(shí)，從某個(gè)初始狀態(tài)開(kāi)始，每次加一個(gè)操作符，遞增地建立起操

作符的試驗(yàn)序列，直到達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)為止。由于狀態(tài)空間法需要擴(kuò)展過(guò)多的節(jié)點(diǎn)，容易出現(xiàn)

“組合爆炸”，因而只適用于表示比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題。

問(wèn)題歸約法從目標(biāo)（要解決的問(wèn)題）出發(fā)，逆向推理，通過(guò)?系列變換把初始問(wèn)題變換為

子問(wèn)題集合和子子問(wèn)題集合，直至最后歸約為一個(gè)平凡的本原問(wèn)題集合。這些本原問(wèn)題的解

可以直接得到從而解決了初始問(wèn)題，用與或圖來(lái)有效地說(shuō)明問(wèn)題歸約法的求解途徑。問(wèn)題歸

約法能夠比狀態(tài)空間法更有效地表示問(wèn)題。狀態(tài)空間法是問(wèn)題歸約法的一種特例。在問(wèn)題歸

約法的與或圖中，包含有與節(jié)點(diǎn)和或節(jié)點(diǎn)，而在狀態(tài)空間法中只含有或節(jié)點(diǎn)。

謂詞邏輯法采用謂詞合適公式和一階謂詞演算把要解決的問(wèn)題變?yōu)橐粋€(gè)有待證明的問(wèn)

題，然后采用消解定理和消解反演來(lái)證明一個(gè)新語(yǔ)句是從已知的正確語(yǔ)句導(dǎo)出的，從而證明

這個(gè)新語(yǔ)句也是正確的。渭詞邏輯是一種形式語(yǔ)言，能夠把數(shù)學(xué)中的邏輯論證符號(hào)化。謂詞

邏輯法常與其它表示方法混合使用，靈活方便，可以表示比較復(fù)雜的問(wèn)題。

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是一種結(jié)構(gòu)化表示方法，它由節(jié)點(diǎn)和弧線或鏈線組成。節(jié)點(diǎn)用于表示物體、概

念和狀態(tài)，弧線用于表示節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的解答是一個(gè)經(jīng)過(guò)推理和匹配而得到的具

有明確結(jié)果的新的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)可用于表示多元關(guān)系，擴(kuò)展后可以表示更復(fù)雜的問(wèn)

題。

框架是一種結(jié)構(gòu)化表示方法?？蚣芡ǔＳ芍付ㄊ挛锔鱾€(gè)方面的槽組成，每個(gè)槽擁有若干

個(gè)側(cè)面，而每個(gè)側(cè)面又可擁有若干個(gè)值。大多數(shù)實(shí)用系統(tǒng)必須同時(shí)使用許多框架，并可把它

們聯(lián)成一個(gè)框架系統(tǒng)?？蚣鼙硎疽勋@廣泛應(yīng)用，然而并非所有問(wèn)題都可以用框架表示。

劇本是框架的一種特殊形式，它使用一組槽來(lái)描述事件的發(fā)生序列。劇本表示特別適用

于描述順序性動(dòng)作或事件.但使用不如框架靈活，因此應(yīng)用范圍也不如框架那么廣泛。

過(guò)程是一種知識(shí)的過(guò)程式表示，它將某一有關(guān)問(wèn)題領(lǐng)域知識(shí)同這些使用方法一起，隱式

地表示為一個(gè)問(wèn)題求解過(guò)程。過(guò)程表示用程序來(lái)描述問(wèn)題，具有很高的問(wèn)題求解效率。由于

知識(shí)隱含在程序中難以操作，所以適用范圍較窄。

在表示和求解比較復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，采用單一的知識(shí)表示方法是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。往往必須采用多

種方法混合表示。例如，綜合采用框架、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、謂詞邏輯的過(guò)程表示方法（兩種以上），可

使所研究的問(wèn)題獲得更有效的解決。

此外，在選擇知識(shí)表示方法時(shí)，還要考慮所使用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言所提供的功能和特點(diǎn)，以便

能夠更好地描述這些表示