第2章 人工智能系统的基本结构 .
31页1、第二章 人工智能系统的基本结构,产生式系统(Production System),也称作基于规则的系统,是人工智能系统中最典型、最普遍的结构。,第二章 人工智能系统结构,2.1 产生式系统概述 2.2 问题的表示 2.3 控制策略分类 2.4 产生式系统的类型,2.1 产生式系统概述,产生式,也称作规则,或产生式规则,用于描述各种知识单元间广泛存在的因果关系,即前提和结论之间的关系。 在产生式系统中,待描述系统的知识被分为两部分: 事实:表示已知事实,如事物、事件及其之间关系,也可以看作是无前提条件的产生式。 产生式规则:前提和结论之间的关系式,表示推理过程和行为。,2.1.1 产生式系统的基本结构,三个基本部分:综合数据库(事实库)、规则库(规则集)、控制器(规则解释)。 1、综合数据库是产生式系统使用的主要数据结构,存储有关问题状态、性质等事实(叙述型知识),包括推理过程中形成的中间结论,对应问题的表示信息。 2、规则库是产生式规则的集合,存储有关问题的状态转移、性质变化等规则(过程型知识),规则形式: if 条件 then 行动 if 前提 then 结论 如果某规则的前件能够被
2、事实库中的事实满足,则该规则被激活。,3、控制器是规则的解释程序或执行程序,它规定选择一条可用规则的原则和规则使用的方式 (推理方向),并根据综合数据库的信息,控制求解问题的过程(控制策略,推理引擎)。通常从选择规则到执行操作分三步: 匹配。 判断规则的前件是否成立? 可能有多条规则的前件能够与综合数据库中的事实匹配! 冲突解决,选择可调用的规则。 从匹配满足的规则集中选择一条规则。 执行规则,并在满足结束条件时终止产生式系统的运行。 如果规则的后件是结论,把该结论加入综合数据库; 如果规则的后件是动作,执行该动作;,4、产生式系统的特点: 数据、知识和控制相互独立。 知识具有相对固定的格式:均由左、右两部分组成。 知识无序性与模块化:知识的补充和修改非常容易。 控制系统与问题无关。,2.1.2 产生式系统的基本过程,基本算法如下 : 过程PRODUCTION 1DATA 初始数据库 2Until DATA 满足结束条件(匹配)之前, do: 3从规则集中选一条可应用于DATA的规则R(选择) 4综合数据库 R 应用到 DATA 得到结果 (执行) 上述过程是 “匹配、选择、执行”的循
3、环过程。,2.2 问题的表示,用产生式系统求解问题,就是把一个问题的描述转化成产生式系统的三个部分。其中问题的表示(即综合数据库和规则集的描述)对问题的求解有很大的影响。 状态空间法。所求问题的已知事实及中间结论,称为状态。状态的集合及状态间的转移规则构成问题的表示。基于这种表示的问题求解称为状态空间法。求解过程是,通过对可能的状态空间的搜索求得一个解。(PRODUCTION过程) 问题归约法。待求问题分解为一些较为简单的子问题,且子问题也可以分解,所以可得到若干子问题。包含问题、子问题的集合与问题分解的规则一起构成问题的表示。基于这种表示的问题求解称为问题归约法。求解过程是,通过对各个子问题解答的搜索求得原问题的解答。 (SPLIT过程),2.2.1 状态空间法,状态空间可用三元组(S,O,G)来描述 S是状态集合。状态是表示某种事实的符号或数据。问题的状态可以用任何类型的数据结构描述。起始状态S0是S的一个非空子集,描述问题的初始状态。 G是目标状态。 G是S的一个非空子集,它可以是一个或多个要达到的状态,也可以是对某些状态性质的描述。 O是规则集合。集合中的每个元素称作操作算子,
4、将一个状态转化为另一个状态。 问题求解:从S0出发,经过一系列操作变换达到G, 即状态空间搜索问题。状态空间的一个解是一个有限的规则序列, 即为状态空间的一个解,解不一定唯一。,2.2.2 问题归约法,问题归约法也可用一个三元组(S0,O,P)来描述 S0是初始问题,即要求解的问题; P是本原问题集,其中的每一个问题是自然成立的,不需证明的; O是操作算子集,一个操作算子可把一个问题化成若干个子问题。 该方法由问题出发,运用操作算子产生一些子问题,对子问题再运用操作算子产生子问题的子问题,一直进行到产生的问题均为本原问题,则问题得解。问题归约的最终目的是产生本原问题。 问题归约法是比状态空间法更一般的问题求解方法,如果在归约法中,每运用一次操作算子,只产生一个子问题,则就是状态空间法。,2.2.3 产生式系统举例,图2-1 八数码游戏 问题描述:给定一种初始布局(初始状态)和一个目标的布局(目标状态),问如何移动将牌,实现从初始状态到目标状态的转变。 一个合理的走步序列是问题的一个解。,1综合数据库:选择一种数据结构表示将牌布局。 本例选用二维数组来表示布局较直观,其数组元素用 表示,
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