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) ；“5>3” ：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：“x<5” ：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” P?Q：“P当且仅当Q”

谓词逻辑真值表

2、量词：（1）全称量词（universal quantifier）（?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（existential quantifier）

（?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；

(?x)(likes(x,flower1))?(?x)(likes(x,flower2))?(?x)(likes(x,flower1)?likes(x,flower2))

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；

(?x)(plays(he,football,x))

3）所有人都有饭吃

表示：定义谓词：have(x,y)为x有y；x：人

(?x)(have(x,rice)?eat(x,rice))

4）喜欢玩篮球的人必喜欢玩排球

(?x)[like(x,play(basketball))?like(x,play(volleyball)]

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

(?x)[?pass(x,exam(English))??(study(x,abroad))]

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 P?Q?Q?P P?Q?Q?P （2）结合律

(P?Q)?R?P?(Q?R) (P?Q)?R?P?(Q?R) （3）分配律

P?(Q?R)?(P?Q)?(P?R) P?(Q?R)?(P?Q)?(P?R) （4）德摩根律 ?(P?Q)??P??Q ?(P?Q)??P??Q （5）双重否定律??P?P

（6）吸收律 P?(P?Q)?P P?(P?Q)?P （7）补余律 P??P?T

P??P?F （8）连接词化归律 P?Q??P?Q P?Q?(P?Q)?(Q?P)

P?Q?(P?Q)?(?P??Q) （9）逆否律 P?Q??Q??P （10）量词转换

律 ?(?x)P?(?x)(?P) ?(?x)P?(?x)(?P)

（11）量词分配律 (?x)(P?Q)?(?x)P?(?x)Q (?x)(P?Q)?(?x)P?(?x)Q 4、谓词公式的永真蕴含

一些重要的永真蕴含式 （1）化简式 P?Q?P P?Q?Q （2）附加式

P?P?Q Q?P?Q （3）假言推理 P,P?Q?Q （4）拒取式推理 ?Q,P?Q??P （5）假言三段论 P?Q,Q?R?P?R （6）析取三段论 ?P,P?Q?Q （7）二难推理 P?Q,P?R,Q?R?R （8）全称固化