《人工智能》基础知识

《人工智能》需要掌握的基本知识和基本方法第一章：1.人工智能的定义：P5人工智能是一门研究如何构造智能机器（智能计算机）或智能系统，使它能模拟、延伸、扩展人类智能的学科。2、人工智能研究的基本内容：P10-P11（1）知识表示（2）机器感知（3）机器思维（4）机器学习（5）机器行为3..当前人工智能有哪些学派？（自己查资料）答：目前人工智能的主要学派有下面三家：(1)符号主义(symbolicism)，又称为逻辑主义(logicism)、心理学派(psychologism)或计算机学派(computerism)，其原理主要为物理符号系统(即符号操作系统)假设和有限合理性原理。(2)连接主义(connectionism)，又称为仿生学派(bionicsism)或生理学派(physiologism)，其主要原理为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法。(3)行为主义(actionism)，又称为进化主义(evolutionism)或控制论学派(cyberneticsism)，其原理为控制论及感知-动作型控制系统。4、他们对人工智能在理论上有何不同观？（自己查资料）答：（1）认为人工智能源于数理逻辑（2）认为人工智能源于仿生学（3）认为人工智能源于控制论第二章1.掌握一阶逻辑谓词的表示方法：用于求解将谓词公式化为子句集2.产生式系统的基本结构，各部分的功能以及主要工作过程。P38-P39（1）规则库规则库是产生式系统求解问题的基础，其知识是否完整、一致，表达是否准确、灵活，对知识的组织是否合理等，将直接到系统的性能。（2）综合数据库综合数据库又称为事实库、上下文、黑板等。它是一个用于存放问题求解过程中各种当前信息的数据结构。（3）控制系统控制系统又称为推理机构，由一组程序组成，负责整个产生式系统的运行，实现对问题的求解。工作过程：(a)从规则库中选择与综合数据库中的已知事实进行匹配。（b）匹配成功的规则可能不止一条，进行冲突消解。（c）执行某一规则时，如果其右部是一个或多个结论，则把这些结论加入到综合数据库中：如果其右部是一个或多个操作，则执行这些操作。（d）对于不确定性知识，在执行每一条规则时还要按一定的算法计算结论的不确定性。（e）检查综合数据库中是否包含了最终结论，决定是否停止系统的运行。3.框架表示的结构组成（1）框架（frame）：一种描述所论对象（一个事物、事件或概念）属性的数据结构。（2）一个框架由若干个被称为“槽”（slot）的结构组成，每一个槽又可根据实际情况划分为若干个“侧面”（faced）。（3）一个槽用于描述所论对象某一方面的属性。（4）一个侧面用于描述相应属性的一个方面。（5）槽和侧面所具有的属性值分别被称为槽值和侧面值。4.语义网络的基本结构组成第三章课件里的全部例题第一题：5个不同颜色的房间，每间有个不同国籍的人，每人有自己喜欢的饮料，香烟和宠物，已知信息：1.英国人住在红房间里；2.西班牙人有一条狗；3.挪威人住在左边第一个房间里；4.黄房间的人在抽库尔斯牌香烟；5.抽切斯菲尔德牌香烟的人是养了一只狐狸的人的邻居；6.挪威人住在蓝房间隔壁；7.抽温斯顿牌香烟的人有一只蜗牛；8.抽幸运牌香烟的人喝橘子汁；9.乌克兰人喝茶；10.日本人抽国会牌香烟；11.抽库尔斯牌香烟的人的房间在有匹马的房间隔壁；12.绿房间的人喝咖啡；13.中间房间的人喝牛奶14.绿房间的人在白房间的隔壁问题：哪个房间的人喝水？斑马在哪个房间？第二题：例1已知事实：（1）凡是容易的课程小王(Wang)都喜欢；（2）C班的课程都是容易的；（3）ds是C班的一门课程。求证：小王喜欢ds这门课程。证明：定义谓词：EASY(x)：x是容易的LIKE(x,y)：x喜欢yC(x)：x是C班的一门课程已知事实和结论用谓词公式表示：(x)(EASY(x)→LIKE(Wang,x))(x)(C(x)→EASY(x))C(ds)LIKE(Wang,ds)第三题：将谓词公式化为子句集（1）消去谓词公式中的“—--（2）移到紧靠谓词的位置上（3）变量标准化换元（4）消去存在量词a.存在量词不出现在全称量词的辖域内换元就可b.存在量词出现在一个或者多个全称量词的辖域内（5）化为前束形前束形=（前缀）{母式}（前缀）：全称量词串。{母式}：不含量词的谓词公式。（6）化为Skolem标准形Skolem标准形：M：子句的合取式，称为Skolem标准形的母式。（7）略去全称量词由于公式中所有变量都是全称量词量化的变量，因此，可以省略全称量词（8）消去合取词，把母子用子句集表示（9）子句变量标准化，即使每个子句中的变量符号不同句子中变量要有所区别第四章1.主观Bayes方法的主要优缺点（P109）主观Bayes方法的主要优点：（1）具有较坚实的理论基础。（2）知识的静态强度LS及LN是由领域专家根据实践经验给出的，推出的结论有较准确的确定性。（3）主观Bayes方法是一种比较实用且较灵活的不确定性推理方法。主观Bayes方法的主要缺点：（1）要求领域专家在给出知识时，同时给出H的先验概率。（2）Bayes定理中关于事件独立性的要求使主观Bayes方法的应用受到了限制。2.证据理论的概率分配函数的作用（P115）；信任函数和似然函数的关系（P118）（1）设样本空间D中有n个元素，则D中子集的个数为2个。：D的所有子集。（2）概率分配函数：把D的任意一个子集A都映射为[0，1]上的一个数M（A）。3.模糊推理：给两个模糊集合，会计算模糊关系（P129例4.11，例4.12）求A到B的模糊关系R第五章：1.搜索的方向正向搜索（数据驱动）：从初始状态出发的正向搜索，也称为数据驱动逆向搜索（目的驱动）：从目的状态出发的逆向搜索，也称为目的驱动双向搜索：综合上述两种方式的搜索为双向搜索2、状态空间表示法的四元组3、.深度优先搜索和广度优先搜索的关系和区别（1）宽度优先搜索：以接近起始结点的程度为依据进行逐层扩展的搜索方法。（用队列的存储结构，类似于树的按层次遍历的过程。特点：逐层搜索；高价搜索：若解存在，必能找到。（2）深度优先搜索：首先扩展最新产生的节点，深度相等的节点可以任意排列的搜索方法。（用堆栈的数据结构）特点：搜索沿着状态空间的某单一路径沿着起始点向下进行下去，仅当搜索到达一个没有后裔的状态时，才选择另一条替代路径。4、OPEN表和CLOSE表的变化；宽度优先搜索open表（NPS表）：已经生成出来但其子状态未被搜索的状态。closed表（PS表和NSS表的合并）：记录了已被生成扩展过的状态。例题：3.启发式搜索的A*算法的优点。OPEN表和CLOSE表的变化OPEN表中的节点按着估价函数f（n）=g（n）+h（n）的值从小到大排序例：对于八数码难题按下式定义估价函数：f(x)=d(x)+h(x)其中，d(x)为节点x的深度；h(x)是所有棋子偏离目标位置的曼哈顿距离（棋子偏离目标位置的水平距离和垂直距离和），例如下图所示的初始状态S0：8的曼哈顿距离为2；2的曼哈顿距离为1；1的曼哈顿距离为1；6的曼哈顿距离为1；h(S0)=5。初始状态（S0）：目标状态：（1）用A*搜索法搜索目标，列出头三步搜索中的OPEN、CLOSED表的内容和当前扩展节点的f值。（2）画出搜索树和当前扩展节点的f值。第六章专家系统包括那些基本部份?P（181-183）（1）知识库（2）推理机（3）数据库（4）知识获取机构（5）人机接口（6）解释机构每一部分的主要功能是什么?（1）知识库：主要用来存放领域专家提供的专门知识（2）推理机：模拟领域专家的思维过程，控制并执行对问题的求解。（3）数据库：主要用于存放初始事实、问题描述及系统运行过程中得到的中间结果、最终结果等信息。（4）知识获取机构：基本任务是为专家系统获取知识，建立起健全、完善、有效的知识库，以满足求解领域问题的需要。（5）人机接口：专家系统与领域专家、知识工程师、一般用户之间进行交互的界面，由一组程序及相应的硬件组成，用于完成输入输出工作。（6）解释机构：回答用户提出的问题，解释系统的推理过程。（解释机构由一组程序组成）最后：你认为《人工智能》课程的哪一部分内容对您的毕业设计或者您以后的工作特别有用？如果有，请叙述其原理；如果没有，请谈谈人工智能的发展对人类有哪些的影响？（自己查资料）答：人工智能对人类的影响人工智能的发展已对人类及其未来产生深远影响，这些影响涉及人类的经济利益、社会作用和文化生活等方面。1、人工智能对经济的影响人工智能系统的开发和应用，已为人类创造出可观的经济效益，专家系统就2831647512384765是一个例子。随着计算机系统价格的继续下降，人工智能技术必将得到更大的推广，产生更大的经济效益。（1）专家系统的效益成功的专家系统能为它的建造者、拥有者和用户带来明显的经济效益。用比较经济的方法执行任务而不需要有经验的专家，可以极大地减少劳务开支和培养费用。由于软件易于复制，所以专家系统能够广泛传播专家知识和经验，推广应用数量有限的和昂贵的专业人员及其知识。如果保护得当，软件能被长期地和完整地保存。领域专业人员(如医生)难以同时保持最新的实际建议(如治疗方案和方法)，而专家系统却能迅速地更新和保存这类建议，使终端用户(如病人)从中受益。（2）人工智能推动计算机技术发展人工智能研究已经对计算机技术的各个方面产生并将继续产生较大影响。人工智能应用要求繁重的计算，促进了并行处理和专用集成片的开发。算法发生器和灵巧的数据结构获得应用，自动程序设计技术将开始对软件开发产生积极影响。所有这些在研究人工智能时开发出来的新技术，推动了计算机技术的发展，进而使计算机为人类创造更大的经济实惠。2、人工智能对社会的影响（1）劳务就业问题由于人工智能能够代替人类进行各种脑力劳动，将会使一部分人不得不改变他们的工种，甚至造成失业。人工智能在科技和工程中的应用，会使一些人失去介入信息处理活动(如规划、诊断、理解和决策等)的机会，甚至不得不改变自己的工作方式。（2）.社会结构变化人们一方面希望人工智能和智能机器能够代替人类从事各种劳动，另一方面又担心它们的发展会引起新的社会问题。实际上，近十多年来，社会结构正在发生一种静悄悄的变化。人-机器的社会结构，终将为人-智能机器-机器的社会结构所取代。智能机器人就是智能机器之一。现在和将来的很多本来是由人承担的工作将由机器人来担任，因此，人们将不得不学会与有智能的机器相处，并适应这种变化了的社会结构。（3）.思维方式与观念的变化人工智能的发展与推广应用，将影响到人类的思维方式和传统观念，并使它们发生改变。例如，传统知识一般印在书本报刊或杂志上，因而是固定不变的，而人工智能系统的知识库的知识却是可以不断修改、扩充和更新的。又如，一旦专家系统的用户开始相信系统(智能机器)的判断和决定，那么他们就可能不愿多动脑筋，变得懒惰，并失去对许多问题及其求解任务的责任感和敏感性。那些过分依赖计算器的学生，他们的主动思维能力和计算能力也会明显下降。过分地依赖计算机的建议而不加分析地接受，将会使智能机器用户的认知能力下降，并增加误解。在设计和研制智能系统时，应考虑到上述问题，尽量鼓励用户在问题求解中的主动性，让他们的智力积极参与问题求解过程。（4）.心理上的威胁人工智能还使一部分社会成员感到心理上的威胁，或叫做精神威胁。人们一般认为，只有人类才具有感知精神，而且以此与机器相别。如果有一天，这些人开始相信机器也能够思维和创作，那么他们可能会感到失望，甚至感到威胁。他们担心：有朝一日，智能机器的人工智能会超过人类的自然智能，使人类沦为智能机器和智能系统的奴隶。对于人的观念(更具体地指人的精神)和机器的观念(更具体地指人工智能)之间的关系问题，哲学家、神学家和其它人们之间一直存在着争论。按照人工智能的观点，人类有可能用机器来规划自己的未来，甚至可以把这个规划问题想象为一类状态空间搜索。当社会上一部分人欢迎这种新观念时，另一部分人则发现这些新观念是惹人烦恼的和无法接受的，尤其是当这些观念与他们钟爱的信仰和