人工智能

第1部分緒論

1-1.什么是人工智能？試從學(xué)科和能力兩方面加以說(shuō)明。

答：從學(xué)科方面定義：人工智能是計(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。它的近期目標(biāo)在于研究用機(jī)器來(lái)模擬和執(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)

從能力方面定義：人工智能是智能機(jī)器所執(zhí)行的通常與人類智能有關(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)。

1-2.在人工智能的發(fā)展過(guò)程中，有哪些思想和思潮起了重要作用？

答：

1）數(shù)理邏輯和關(guān)于計(jì)算本質(zhì)的新思想，提供了形式推理概念與即將發(fā)明的計(jì)算機(jī)之間

的聯(lián)系；

2）1956年第一次人工智能研討會(huì)召開(kāi)，標(biāo)志著人工智能學(xué)科的誕生；

3）控制論思想把神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理與信息理論、控制理論、邏輯以及計(jì)算聯(lián)系起來(lái),

影響了許多早期人工智能工作者，并成為他們的指導(dǎo)思想；

4）計(jì)算機(jī)的發(fā)明與發(fā)展；

5）專家系統(tǒng)與知識(shí)工程；

6）機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和行為主義研究，推動(dòng)人工智能研究的近一步

發(fā)展。

1-3.為什么能夠用機(jī)器（計(jì)算機(jī)）模仿人的智能？

答：物理符號(hào)系統(tǒng)的假設(shè)：任何一個(gè)系統(tǒng)，如果它能夠表現(xiàn)出智能，那么它就必定能執(zhí)

行輸入符號(hào)、輸出符號(hào)、存儲(chǔ)符號(hào)、復(fù)制符號(hào)、建立符號(hào)結(jié)構(gòu)、條件遷移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（人類所具有的智能）。

物理符號(hào)系統(tǒng)的假設(shè)伴隨有3個(gè)推論。

推論一：既然人具有智能，那么他（她）就一定是各物理符號(hào)系統(tǒng)；

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；

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)，那么我們就能夠

用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的活動(dòng)。

1-4.人工智能的主要研究?jī)?nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域是什么？其中，哪些是新的研究熱點(diǎn)？

答：研究和應(yīng)用領(lǐng)域：?jiǎn)栴}求解（下棋程序），邏輯推理與定理證明（四色定理證明），

自然語(yǔ)言理解，自動(dòng)程序設(shè)計(jì)，專家系統(tǒng)，機(jī)器學(xué)習(xí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器人學(xué)（星際探索

機(jī)器人），模式識(shí)別（手寫(xiě)識(shí)別，汽車牌照識(shí)別，指紋識(shí)別），機(jī)器視覺(jué)（機(jī)器裝配，衛(wèi)

星圖像處理），智能控制，智能檢索，智能調(diào)度與指揮（汽車運(yùn)輸高度，列車編組指揮），

系統(tǒng)與語(yǔ)言工具。

新的研究熱點(diǎn)：概率圖模型（隱馬爾可夫模型、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)），統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論（SLT）

&支持向量機(jī)（SVM）,數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)（超市市場(chǎng)商品數(shù)據(jù)分析），人工生命。

1-5.人工智能的發(fā)展對(duì)人類有哪些方面的影響？試結(jié)合自己了解的情況和理解，從經(jīng)濟(jì)、

社會(huì)和文化等方面加以說(shuō)明？

答：1、人工智能對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響。人工智能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，己為人類創(chuàng)

造出可觀的經(jīng)濟(jì)效益，專家系統(tǒng)就是一個(gè)例子。隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)價(jià)格的繼

續(xù)下降，人工智能技術(shù)必將得到更大的推廣，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2、人工智能對(duì)社會(huì)的影響。勞務(wù)就業(yè)問(wèn)題；社會(huì)結(jié)構(gòu)變化；思維方式與觀

念的變化；心理上的威脅；技術(shù)失控的危險(xiǎn).

3、人工智能對(duì)文化的影響。改善人類知識(shí)；改善人類語(yǔ)言；改善文化生活;

1-6.試評(píng)述人工智能的未來(lái)發(fā)展。

答：人工智能的未來(lái)發(fā)展主要可以概括為更新的理論框架，更好的技術(shù)集成,

更成熟的應(yīng)用方法。

而在具體的應(yīng)用方面，我認(rèn)為主要有以下兩個(gè)發(fā)展方向：

1、計(jì)算機(jī)能直接而人類大腦實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流。借助以上技術(shù)，人類可以用

思維控制自己想看到的，想聽(tīng)到的，使媒體技術(shù)中的感官媒體更真實(shí)化，,對(duì)虛

擬的事物不僅可以看見(jiàn)聽(tīng)見(jiàn)，更可以摸得，閏得著。同時(shí)電腦可以進(jìn)一步輔

助人類做出一定的判斷，儲(chǔ)存大量信息，甚至可以以身體為媒介，執(zhí)行電腦

程序，是人類更快的學(xué)會(huì)各種技巧，掌握更多知識(shí)。同時(shí)，提高了生物驗(yàn)證

的渠道，比如利用DNA染色體作為密碼的載體，相信是很難偽造的。

2、電腦擁有機(jī)器思維：機(jī)器學(xué)會(huì)人類的思維方式，幫助人更好的思考問(wèn)題。

第2部分知識(shí)表示

2-1.什么是知識(shí)？知識(shí)的要素有哪些？知識(shí)的表示方法有哪些？

答：知識(shí)是經(jīng)過(guò)消減、塑造、解釋和轉(zhuǎn)換的信息。簡(jiǎn)單地說(shuō)，知識(shí)是經(jīng)過(guò)加工的信息。

知識(shí)是由特定領(lǐng)域的描述、關(guān)系和過(guò)程組成的。

知識(shí)是事實(shí)、信念和啟發(fā)式規(guī)則。從知識(shí)庫(kù)的觀點(diǎn)看，知識(shí)是某領(lǐng)域中所涉及的各

有關(guān)方面的一種符號(hào)表示。

知識(shí)的要素：事實(shí)、規(guī)則、控制和元知識(shí)。

知識(shí)的表示方法有：狀態(tài)空間法、問(wèn)題歸納法、謂詞邏輯法、語(yǔ)義網(wǎng)路法和框架表

示法

2-2.謂詞邏輯法、產(chǎn)生式表示法、框架表示法和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法的要點(diǎn)是什么？它們有何

本質(zhì)上的聯(lián)系及異同點(diǎn)？

答：謂語(yǔ)邏輯法是采用謂詞合式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

狀態(tài)空間法是基于解答空間的問(wèn)題表示和求解方法，是以狀態(tài)和操作符為基礎(chǔ)的。

問(wèn)題歸約法是從目標(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)題的子問(wèn)

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。

謂語(yǔ)邏輯法是采用謂詞合式公式和?階謂詞演算把要解決的問(wèn)題變?yōu)?個(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

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法是用“節(jié)點(diǎn)”代替概念，用節(jié)點(diǎn)間的“連接弧”代替概念之間的關(guān)系。

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法的優(yōu)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)性、聯(lián)想性、自然性。

2-3.如何用謂詞邏輯法表示知識(shí)？(見(jiàn)課本例題)

例題：

所有學(xué)生都穿彩色制服。

任何整數(shù)或者為正數(shù)或者為負(fù)數(shù)。

自然數(shù)都是大于零的整數(shù)。

解：首先定義謂詞如下：

Student(x):x是學(xué)生

Uniform(x,y):x穿y

N(x)：x是自然數(shù)

l(x):x是整數(shù)

P(x):x是正數(shù)

Q(x):x是負(fù)數(shù)

L(x):x大于零

用謂詞公式分別表示如下：

(Vx)(Student(x)->Uniform(x,color))

(Vx)(l(x)->P(x)VQ(x))

(Vx)(N(x)->L(x)AI(x))

2-4.什么是產(chǎn)生式規(guī)則？產(chǎn)生式系統(tǒng)由哪些部分組成？說(shuō)明各部分的功能。

答：產(chǎn)生式規(guī)則：

1.確定性和不確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示

確定性規(guī)則知識(shí)表示方法用產(chǎn)生式的基本形式P3QIFPTHENQ

不確定性規(guī)則知識(shí)表示方法用PfQ(可信度)或者IFPTHENQ(可信度)

2.確定性和不確定性事實(shí)性知識(shí)的產(chǎn)生式表示

確定性事實(shí)性知識(shí)表示方法一般用三元組(對(duì)象，屬性，值)或(關(guān)系，對(duì)象1,

對(duì)象2)來(lái)表示

不確定性事實(shí)性知識(shí)表示方法?般用四元組(對(duì)象，屬性，值，不確定度量值)或

(關(guān)系，對(duì)象L對(duì)象2,不確定度量值)

產(chǎn)生式系統(tǒng)組成：

產(chǎn)生式系統(tǒng)通常由規(guī)則庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和推理機(jī)三個(gè)基本部分組成。

規(guī)則庫(kù)用于描述某領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)的產(chǎn)生式集合，其中規(guī)則是以產(chǎn)生式表示，庫(kù)中包含著

將問(wèn)題從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換成解狀態(tài)的變換規(guī)則。規(guī)則庫(kù)是專家系統(tǒng)的核心。

數(shù)據(jù)庫(kù)又稱為事實(shí)庫(kù)，用來(lái)存放輸入事實(shí)、外部數(shù)據(jù)庫(kù)輸入的事實(shí)以及中間結(jié)果和最

后結(jié)果，數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容是動(dòng)態(tài)變化的。

推理機(jī)又稱控制系統(tǒng)，由一組程序組成，用來(lái)控制協(xié)調(diào)規(guī)則庫(kù)與數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行，包含

推理方式與控制策略?？刂撇呗宰饔檬谴_定選用什么規(guī)劃或如何運(yùn)用規(guī)則。從選擇規(guī)

則到執(zhí)行操作要分三步完成：匹配、沖突解決和操作

2-5.說(shuō)明產(chǎn)生式系統(tǒng)推理機(jī)的推理方式及推理過(guò)程。

答：產(chǎn)生式系統(tǒng)推理機(jī)的推理方式有正向推理、反向推理和雙向推理三種

正向推理是從已知事實(shí)出發(fā)，通過(guò)規(guī)則求得結(jié)論，也稱數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式或自底向上的方

式，過(guò)程如下：

1.規(guī)則集中的規(guī)則與數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)進(jìn)行匹配，得到匹配的規(guī)則集合。

2.使用沖突解決算法，從匹配規(guī)則集合中選擇一條規(guī)則作為啟用規(guī)則。

3.執(zhí)行啟用規(guī)則的后件，將該啟用規(guī)則的后件送入數(shù)據(jù)庫(kù)。

重復(fù)這個(gè)過(guò)程直至達(dá)到目標(biāo)。

反向推理是從目標(biāo)（作為假設(shè)）出發(fā)，反向使用規(guī)則，求得已知事實(shí)，也稱目標(biāo)驅(qū)動(dòng)

方式或稱自頂向下的方式，過(guò)程如下：

1.規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則后件與目標(biāo)事實(shí)進(jìn)行匹配，得到匹配的規(guī)則集合。

2.使用解決算法，從匹配規(guī)則集合中選擇一條規(guī)則作為啟用規(guī)則。

3.將啟用規(guī)則的前件作為子目標(biāo)。

重復(fù)這個(gè)過(guò)程直至各子目標(biāo)均為已知事實(shí)成功結(jié)束。

雙向推理是一種既自頂向下、又自底向上的推理方式，推理從兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行，直至

某個(gè)中間界面上兩方向結(jié)果相符便成功結(jié)束。

2-6.如何用框架表示法表示知識(shí)？如何用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法表示知識(shí)？（見(jiàn)課本例題）

框架表示法表示知識(shí)舉例：描述“教師”的框架

框架名：〈教師〉

類屬：〈知識(shí)分子〉

工作：范圍（教學(xué)，科研）

默認(rèn)：教學(xué)

性別：（男，女）

學(xué)歷：（中專，大專）

類別：（〈小學(xué)教師〉，〈中學(xué)教師〉，〈大學(xué)教師＞）

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法表示知識(shí)舉例：

3-1.什么是推理？推理的任務(wù)是什么？可分為哪兒類（按推理的邏輯基礎(chǔ)劃分、所利用

的知識(shí)劃分、推出的結(jié)論的單調(diào)性劃分）？

答：推理：按某種策略由已知判斷推出另一判斷的思維過(guò)程

推理的任務(wù)：從一種判斷推出另一種判斷

按判斷推出的途徑（邏輯基礎(chǔ)）來(lái)劃分：演繹推理、歸結(jié)推理、默認(rèn)推理

按所利用的知識(shí)劃分：確定性推理、不確定性推理

按推出的結(jié)論的單調(diào)性劃分：?jiǎn)握{(diào)推理、非單調(diào)推理

3-2.什么是置換？什么是合一？什么是歸結(jié)？

答：

置換是形如宿〃2/%，…/〃/七｝的有限集合。其中乙出，…/〃是項(xiàng),

與々，…，4是變?cè)?/七表示用勺替換再，不允許，與W

相同，也不允許變?cè)煅h(huán)出現(xiàn)在另一個(gè)匕中。

合一：設(shè)有公式集尸=｛々，5，…,工｝,若存在一個(gè)代換4,

使得F^=F2A=-=FnA

則稱2為公式加F的一個(gè)合一，

且稱打，入,…，工是可合一的。

歸結(jié)：設(shè)G與是子句集中的任意兩個(gè)子句，

如果G中的文字4與c2中的文字L?互補(bǔ)，

那么從G和中分別消去4和乙，

并將二個(gè)子句中余下的部分析取，構(gòu)成一個(gè)新子句C12，

則稱這一過(guò)程為歸結(jié)，稱a?為G和：的歸結(jié)式，

稱G和。2為的親本子句。

3-3.什么是子句？句謂詞公式化為子句集有哪些步驟？

答：任何文字的析取式稱為子句。

謂訶公式化為子句集共有9個(gè)步驟

1)消去蘊(yùn)涵符號(hào)；2)減少否定符號(hào)的轄域；3)對(duì)變量標(biāo)準(zhǔn)化；4)消去

存在量詞5)化為前束形6)把母式化為合取范式7)消去全稱量詞

8)消去連詞符號(hào)一

9)更換變量名苻

3-4.掌握把謂詞公式化為子句集的方法。如把下列句子變換成子句形式：

2-3把下歹恂子鯉成子句形式；《見(jiàn)課件》，

?(Vx)(P(x)f{(Vy)[p(y)-*-p(f(x,y))]A(Vy)[Q(x,y)-*P(y)]>}?

答：，

①消去蘊(yùn)涵符號(hào)。

?(Vx)(?P(x)V((Vy)[^p(y)Vp(f(x,y))]A(Vy)[^Q(x,y)VP(y)]}}?

②移動(dòng)否定擅“

Ox){P(x)A?{(辦)[?p(y)Vp(f(x,y))]A(Vy)[-Q(x,y)VP(y)]}*

Gx){P(x)>{(h)"(y)八?p(f(x,y))]VVy)[Q(x,y)八?P(y)]”

③變量標(biāo)準(zhǔn)化”

(3x){P(x)A{(3y)[p(y)A-p(f(x,y))]V(3z)[Q(x,z)八?P(z)]}}-

④量詞左移“

(3x)(3y)(3z)P(x)A{[p(y)A-p(f(x,y))]V[Q(x,z)A-P(z)]上

⑤消除存在量詞(skolem化)〃

P(a)A{[p(b)A-p(f(a,b))]V[Q(a,c)人?P(c)]}「

⑥化為合取范式"

P(a)A{[p(b)A^p(f(a,b))VQ(a,c)]A[p(b)A^p(f(a,b))V?P(c)]}/

⑦表示為子句集“

P(a*

p(b)A^p(f(a,b))VQ(a,c)^

p(b)八?p(f(a,b))V?P(c)"

3-5.簡(jiǎn)述用歸結(jié)法證明定理的過(guò)程(消解反演求解過(guò)程)。(見(jiàn)課本例題)P941720

答：歸結(jié)法證明定理的過(guò)程：

1)否定結(jié)論G,得到「G；

2)將前提條件A!AA2A...AAn和化為子句集S；

3)應(yīng)用歸結(jié)原理，反復(fù)對(duì)子句集S進(jìn)行歸結(jié)，若能歸結(jié)出空子句，則證明子句

集S的不可滿足性，從而證明了公式AiAAC-G為真。

P95第17題:

證明：先將問(wèn)題用謂詞描述如下：

(Vx)(Pass(x,computer)AWin(x,prize))->lappy(x))

(Vx)(Vy)(Study(x)VLucky(x)->Pass(xfy))

1Study(zhang)ALucky(zhang)

(Vx)(Lucky(x)->Win(x,prize))

結(jié)論“張是快樂(lè)的”的否定

1Happy(zhang)(3分)

將上述公式轉(zhuǎn)化為子句集如下：

(1)-|Pass(x,computer)VqWin(x,prize)VHappy(x)

(2)nStudy(y)VPass(y,z)

(3)-]Lucky(u)VPass(u,v)

(4)~|Study(zhang)

(5)Lucky(zhang)

(6)-|Lucky(w)VWin(w,prize)

(7)nHappy(zhang)(3分)

P95第20題:設(shè)已知:

(1)能閱讀的人是識(shí)字的；

(2)海豚不識(shí)字；

(3)有些海豚是很聰明的。

證明：有些很聰明的人并不識(shí)

解：第一步，先定義謂詞，

設(shè)R(x)表示x是能閱讀的；

K(y)表不y是識(shí)字的；

W⑵表示z是很聰明的；

第二步，將已知事實(shí)和目標(biāo)用謂詞公式表示出來(lái)

能閱讀的人是識(shí)字的：(Vx)(R(x))->K(x))

海豚不識(shí)字：(Vy)H((y))

有些海豚是很聰明的：(3z)W(z)

有些很聰明的人并不識(shí)字：(2x)(W(z)A-K(x))

第三步，將上述已知事實(shí)和F1標(biāo)的否定化成子句集：

rR(x))VK(x)

*(y)

W(z)

-W(z)VK(x))

第四步，用歸結(jié)演繹推理進(jìn)行證明包分)

3-6.如何通過(guò)歸結(jié)法求取問(wèn)題的答案？P951819

答：歸結(jié)法求取問(wèn)題的步驟如下：

1)把已知前提條件用謂詞公式表示出來(lái)，并且化為子句集S；

2)把待求解的問(wèn)題用謂詞公式表示出來(lái)，然后將其否定，并與謂詞公式ANSWER

構(gòu)成析取式，ANSWER是一個(gè)為了求解問(wèn)題而專設(shè)的謂詞，并且其變?cè)仨毰c

謂詞公式中的變?cè)恢拢?/p>

3)將2)中的析取式化為子句集，并且將該子句集并入到子句集S中。得到子句集

S,；

4)對(duì)子句集S，應(yīng)用歸結(jié)原理進(jìn)行歸結(jié)。

P95第18題：

定義謂詞：P(x)：x作案。

由五個(gè)偵察員的話為真，有

P(z)Vp(q)(1)

P(q)Vp(s)(2)

P(s)Vp(1)(3)

np(z)Vip(s)(4)

IP(q)Vip(1)(5)

把結(jié)論的否定加入結(jié)論的否定的否定的子句中去，得：

-|P<x)V1P(x)(6)

因?yàn)檫@些全都是子句，所以化為子句集的步驟可以省略了。

(1),(4)歸結(jié)得：

p(q)ViP(s)(7)

(2),(7>歸結(jié)得：

p(q)(8)

即：錢是盜竊犯。

(5),(8)歸結(jié)得：-)p(1)(9)

李不是盜竊犯。

(3),(9)歸結(jié)得：p(s)(10)

孫是盜竊犯。

(4),(10)歸結(jié)得：-Ip(z)

趙不是盜竊犯。

所以，錢和孫是盜竊犯。

P95第19題：看附件

3-7.與/或形演繹推理有哪幾種推理方式？簡(jiǎn)述推理過(guò)程(見(jiàn)課本例題)P952122

答：與/或形演繹推理分為正向演絳、逆向演繹和雙向演繹推理。

與/或正向演繹推理過(guò)程如下：

1)用與/或樹(shù)將已知事實(shí)表示出來(lái)；

2)用F規(guī)則的左部和與/或樹(shù)的葉結(jié)點(diǎn)進(jìn)行匹配，并將匹配成功的F規(guī)則加入大

與/或樹(shù)中：

3)重生步驟2),直至產(chǎn)生一個(gè)含有目標(biāo)結(jié)點(diǎn)的一致解圖。

與/或逆向演繹推理過(guò)程如下：

1)用與/或樹(shù)將求解目標(biāo)表示出來(lái)：

2)用B規(guī)則的右部和與/或樹(shù)的葉結(jié)點(diǎn)進(jìn)行匹配，并將匹配成功的B規(guī)則加入

大與/或樹(shù)中；

重復(fù)步驟2),直至產(chǎn)生一個(gè)含有己知事實(shí)結(jié)點(diǎn)的一致解圖。

P95第21題：看附件

第5部分搜索問(wèn)題求解

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