您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > IT计算机/网络 > AI人工智能 > 人工智能_自动推理212
2019/8/11第4章自动推理2019/8/124.1引言2019/8/13什么是推理推理就是按某种策略由已知判断推出另一判断的思维过程已知判断:包括已掌握的与求解问题有关的知识及关于问题的已知事实推理的结论:由已知判断推出新判断推理由程序程序实现,称为推理机2019/8/14推理方式及其分类1、演绎推理、归纳推理、默认推理推理的基本任务是从一种判断推出另一种判断按判断推出的途径来划分,可分为演绎推理、归纳推理及默认推理(1)演绎推理演绎推理是从全称判断推导出特称判断或单称判断的过程演绎推理有多种形式,经常用的是三段论式三段论式包括大前提:已知的一般性知识或假设小前提:关于所研究的具体情况或个别事实的判断结论:由大前提推出的适合于小前提所示情况的新判断2019/8/15推理方式及其分类在任何情况下,由演绎推导出的结论都是蕴涵在大前提的一般性知识中只要大前提和小前提是正确的,则由它们推出的结论必然是正确的(2)归纳推理归纳推理是从足够多的事例中归纳出一般性结论的推理过程,是一种从个别到一般的推理归纳推理:完全归纳推理、不完全归纳推理完全归纳推理是在进行归纳时考察了相应事物的全部对象,并根据这些对象是否都具有某种属性,从而推出这个事物是否具有这个属性不完全归纳推理是指只考察了相应事物的部分对象就得出了结论2019/8/16推理方式及其分类枚举归纳推理:若已知某类事物的有限可数个具体事物都具有某种属性,则可推出该类事物都具有此属性类比推理:在两个或两类事物有许多属性都相同或相似的基础上,推出它们在其他属性上也相同或相似的一种推理(3)默认推理又称缺省推理,它是在知识不完全的情况下假设某些条件已经具备所进行的推理摆脱了需要知道全部事实才能进行推理的需求,使得在知识不完全的情况下也能进行推理2019/8/17推理方式及其分类2、确定性推理、不确定性推理按推理时所用知识的确定性来划分,推理可分为确定性推理、不确定性推理确定性推理(精确推理):推理时所用的知识都是精确的,推出的结论也是确定的,其真值或者为真,或为假,没有第三种情况出现不确定性推理(不精确推理):推理时所用的知识不都是精确的,推出的结论也不完全是肯定的,真值位于真与假之间,命题的外延模糊不清2019/8/18推理方式及其分类3、单调推理、非单调推理按推理过程中推出的结论是否单调地增加,或推出的结论是否越来越接近目标,可分为单调推理和非单调推理单调推理:在推理过程中随着推理的向前及新知识的加入,推出的结论是呈单调增加的趋势,并且越来越接近最终目标,在推理过程中不出现反复的情况非单调推理:在推理过程中由于新知识的加入,不仅没有加强已推出的结论,反而要否定它,使得推理退回到前面的某一步,重新开始非单调推理往往在信息不完全或者情况发生变化时出现。2019/8/19推理的控制策略推理过程是一个思维过程,即求解问题的过程推理的控制策略主要包括推理方向、搜索策略、冲突消解策略、求解策略及限制策略等1、推理方向推理方向用于确定推理的驱动方式,分为正向推理、逆向推理、混合推理及双向推理四种知识库综合数据库推理机2019/8/110推理的控制策略①正向推理正向推理是从初始状态出发,使用规则,到达目标状态。又称为数据驱动推理、前向链推理、模式制导推理及前件推理。②逆向推理逆向推理是以某个假设目标为出发点的一种推理,又称为目标驱动推理、逆向链推理、目标制导推理及后件推理2019/8/111正、逆向推理比较项目正向推理逆向推理驱动方式数据驱动目标驱动推理方法从一组数据出发向前推导结论从可能的解出发向后推理验证解答启动方法从一个事件启动由询问关于目标状态的一个问题启动透明程度不能解释其推理过程可解释其推理过程推理方向由底向上推理由顶向下推理典型系统CLIPS,OPSPROLOG2019/8/112推理的控制策略③混合推理已知的事实不充分。通过正向推理先把其运用条件不能完全匹配的知识都找出来,并把这些知识可导出的结论作为假设,然后分别对这些假设进行逆向推理由正向推理推出的结论可信度不高希望得到更多的结论推理的形式:先正向再逆向,通过正向推理,即从已知事实演绎出部分结果,然后再用逆向推理证实该目标或提高其可信度先逆向再正向,先假设一个目标进行逆向推理,然后再利用逆向推理中得到的信息进行正向推理,以推出更多的结论2019/8/113推理的控制策略④双向推理双向推理是指正向推理与逆向推理同时进行,且在推理过程中的某一步骤上“碰头”的一种推理。正向推理所得的中间结论恰好是逆向推理此时要求的证据2、求解策略推理是只求一个解还是求所有解以及最优解等3、限制策略对推理的深度、宽度、时间、空间等进行限制2019/8/114推理的控制策略4、冲突消解策略在推理过程中,匹配会出现三种情况已知事实不能与知识库中的任何知识匹配成功已知事实恰好只与知识库中的一个知识匹配成功已知事实可与知识库中的多个知识匹配成功;或者有多个(组)已知事实都可与知识库中某一知识匹配成功;或者有多个(组)已知事实可与知识库中的多个知识匹配成功出现冲突的情况对正向推理而言,如果有多条产生式规则的前件都和已知的事实匹配成功;或者有多组不同的已知事实都与同一条产生式规则的前件匹配成功;或者两种情况同时出现2019/8/115推理的控制策略对逆向推理而言,如果有多条产生式的后件都和同一假设匹配成功,或者有多条产生式后件可与多个假设匹配成功。①按就近原则排序该策略把最近被使用过的规则赋予较高的优先级。②按已知事实的新鲜性排序一般我们认为新鲜事实是对旧知识的更新和改进,比老知识更有效,即后生成的事实比先生成的事实具有较大的优先性。2019/8/116推理的控制策略③按匹配度排序在不确定推理时,匹配度不仅可确定两个知识模式是否可匹配,还可用于冲突消解。根据匹配程度来决定哪一个产生式规则优先被应用。④按领域问题特点排序该方法按照求解问题领域的特点将知识排成固定的次序。⑤按上下文限制排序该策略将知识按照所描述的上下文分成若干组,在推理过程中根据当前数据库中的已知事实与上下文的匹配情况,确定选择某组中的某条知识。2019/8/117推理的控制策略⑥按条件个数排序多条规则生成的结论相同的情况下,由于条件个数较少的规则匹配所花费的时间较少而且容易实现,所以将条件少的规则赋予较高的优先级,优先被启用。⑦按规则的次序排序该策略是以知识库中预先存入规则的排列顺序作为知识排序的依据,排在前面的规则具有较高的优先级。2019/8/1184.3自然演绎推理2019/8/119自然演绎推理的基本概念定义:自然演绎推理是指从一组已知的事实出发,直接运用命题逻辑或谓词逻辑中的推理规则推出结论的过程。推理规则:P规则:在推理的任何步骤上都可引入前提,继续进行推理。T规则:推理时,如果前面步骤中有一个或多个公式永真蕴涵公式S,则可把S引入推理过程中。反证法:,当且仅当。即:Q为P的逻辑结论,当且仅当是不可满足的。FQPQPQP2019/8/120自然演绎推理的基本概念假言推理表示:由及P为真,可推出Q为真拒取式推理表示:由为真及Q为假,可推出P为假QQPP,QPPQQP,QP2019/8/121自然演绎推理的基本概念肯定后件(Q)的错误:当P→Q为真时,希望通过肯定后件Q推出前件P为真,这是不允许的.否定前件(P)的错误:当P→Q为真时,希望通过否定前件P推出后件Q为假,这也是不允许的.避免产生两类错误:2019/8/122自然演绎推理的基本概念如果行星系统是以太阳为中心的,则金星会显示出位相变化。金星会显示出位相变化。所以,行星系统是以太阳为中心的。如伽利略在论证哥白尼的日心说时,曾使用了下列推理:这就是使用了肯定后件的推理,违反了经典逻辑的逻辑规则,他为此曾遭到非难。2019/8/123自然演绎推理的基本概念如果上网,则能知道新闻。没有上网。所以,不知道新闻。又如下列推理:这就是使用了否定前件的推理,违反了逻辑规则,显然是不正确的,因为通过收听广播、看电视等,也会知道新闻。2019/8/124自然演绎推理的优缺点优点:定理证明过程自然,容易理解,而且它拥有丰富的推理规则,推理过程灵活,便于在它的推理规则中嵌入领域启发式知识。缺点:容易产生组合爆炸,推理过程中得到的中间结论一般呈指数形式递增。2019/8/125人的问题求解行为更像是一个解答识别过程而非解答搜索过程识别解答或部分解答依赖于应用领域特有的知识,符号推理则成为基于知识来求解问题的主要手段。符号推理的重要方式是演绎推理它的基础为谓词演算——一种形式语言将各种陈述性(说明性)的描述以形式化的方式表示,以便对它们作处理。谓词演算——人工智能系统最常用的知识表示方法,广泛地应用于各种人工智能系统的设计。谓词演算(或更广义地,形式逻辑)是人工智能研究的重要基础之一。主要内容:谓词演算H域和海伯伦定理归结原理归结反演归结演绎推理★2019/8/126回顾谓词逻辑表示法1、谓词公式“谓词公式”的一般形式:P(x1,x2,…,xn),其中,P——谓词符号(简称谓词);Xi(i=1,2,…,n)——参数项(简称项),项可以是常量、变量或函数;P(x1,x2,…,xn)——n元谓词公式;“谓词公式”的基本组成:谓词符号、常量符号、变量符号、函数符号;用括号和逗号隔开,表示论域内的关系。“谓词公式是谓词逻辑的基本单元,也称为原子公式。2019/8/1272、连词和量词通过引入连词和量词,可以把谓词公式(原子公式)组合为复合谓词公式。复合谓词公式也称为逻辑语句。(1)连词(非)加在谓词公式前面,称为否定,或取反。(与)连接谓词公式,称为合取;产生的逻辑语句称为合取式,每个成分成为合取项。(或)连接谓词公式,称为析取;产生的逻辑语句称为析取式,每个成分成为析取项。(蕴涵)连接谓词公式产生蕴涵式;左部称为前项,右部称为后项。(等价)连接谓词公式产生等价式;正、逆向蕴涵式的合取。2019/8/1282、连词和量词通过引入连词和量词,可以把原子公式组合为复合谓词公式。复合谓词公式也称为逻辑语句。(1)连词通过连词产生的复合谓词公式(逻辑语句)的真值表:PQPP∧QP∨QPQPQTTFTTTTFTTFTTFTFFFTFFFFTFFTT2019/8/1292、连词和量词命题——不包含变量的谓词公式和逻辑语句;命题逻辑——基于命题的谓词逻辑称为命题逻辑,命题逻辑是谓词逻辑的子集。命题逻辑缺乏有效的表达一般性概念的能力无法把每个知识单元抽象、细分;如,“条条大路通罗马”。Lead(Road1,Roma)Lead(Road2,Roma)……谓词逻辑中引入变量和对变量进行约束的量词。(2)量词全称量词存在量词2019/8/1302、连词和量词——(2)量词全称量词符号(x)P(x):表示对于某个论域中的所有(任意一个)个体x,都有P(x)真值为T。存在量词符号(x)P(x):来表示某个论域中至少存在一个个体x,使P(x)真值为T。)],()()[(RomaxLeadxRoadx条条大路通罗马)],,()()()[)((yxMaryGiveyBookxPersonyxMary给每个人一本书)],,()()[(yxMaryGivexPersonxMary给每人某个同样的东西量词可以嵌套使用可以有不受量词约束的变量2019/8/1312、连词和量词——(2)量词全称量词符号(x)P(x):表示对于某个论域中的所有(任意一个)个体x,都有P(x)真值为T。存在量词符号(x)P(x):来表示某个论域中至少存在一个个体x,使P(x)真值为T。)],()()[(RomaxLeadxRoadx条条大路通罗马)],()()[(GrayxColo
本文标题:人工智能_自动推理212
链接地址:https://www.777doc.com/doc-26818 .html