人工智能导论

孔德川

目录

  • 1 第一章 绪论
    • 1.1 1.1人工智能的概念
    • 1.2 1.2人工智能发展简史
    • 1.3 1.3人工智能发展现状和趋势
    • 1.4 1.4课程定位及要求
  • 2 第二章 知识表示
    • 2.1 2.1知识表示概述
    • 2.2 2.2一阶谓词逻辑知识表示
    • 2.3 2.3产生式知识表示
    • 2.4 2.4框架知识表示
  • 3 第三章 自动推理与专家系统
    • 3.1 3.1引言
    • 3.2 3.2确定性推理
    • 3.3 3.3不确定性推理
    • 3.4 3.4专家系统简介
  • 4 第四章 知识图谱
    • 4.1 4.1知识图谱概念和历史
    • 4.2 4.2经典的知识图谱
    • 4.3 4.3知识图谱的应用
  • 5 第五章 搜索技术
    • 5.1 5.1引言
    • 5.2 5.2状态空间图模型
    • 5.3 5.3盲目搜索方法
    • 5.4 5.4启发式搜索方法
    • 5.5 5.5博弈搜索
  • 6 第六章 群智能算法
    • 6.1 6.1引言
    • 6.2 6.2遗传算法
    • 6.3 6.3蚁群算法
  • 7 第七章  机器学习
    • 7.1 7.1 引言
    • 7.2 7.2 监督学习
    • 7.3 7.3 无监督学习
    • 7.4 7.4 弱监督学习
    • 7.5 7.5 强化学习
  • 8 第八章  人工神经网络与深度学习
    • 8.1 8.1 引言
    • 8.2 8.2 感知器算法
    • 8.3 8.3 前馈神经网络与BP算法
    • 8.4 8.4 卷积神经网络
3.1引言

人工智能可以看作是对人类智能现象的模拟。人的智能,具有抽象、总结、记忆知识的能力。在第二章中,我们介绍的知识表示方法,就是对人类智能这种能力的模拟。关于知识表示方法的研究贯穿了 AI 研究历史,可以说是 AI 研究的基础。
• 但是,仅让计算机具有表示和存储知识的能力是远远不够的,要想模拟智能现象,还需要研究如何让计算机使用知识,即让计算机学会“思考”。
• 那什么是思考呢?或者说,人类智能思考表现出来是什么样子的呢?

推理与人工智能
对此,学者们普遍认为逻辑和推理是智能思维的一种重要表现形式,研究如何使计算机能够进行“逻辑思维”,就成为人工智能研究的重点之一。
在达特茅斯会议上,西蒙和纽厄尔带来的“逻辑理论家” 程序,可以自动证明《数学原理》重的几十个定理。

此后定理证明成为人工智能的重要分支,引领了符号主义和逻辑智能的发展。
因此,在本章中,我们沿着自动推理的研究脉络,依次来介绍确定性推理、不确定性推理的典型方法。

什么是推理?
• 首先呢,我们既然讲推理,就先定义一下推理。所谓推理,就是从初始证据出发,按照某种策略,不断运用知识库中已有的知识,逐步匹配,直到推出结论的过程。
• 根据以前介绍的内容,我们不难发现,所谓“初始证据”,就是“事实集”,而知识库则是使用一阶谓词或者产生式等方式表示的知识。因此,自动推理的核心问题,就是如何在以上条件下,以什么养的推理策略来将推理过程自动化。
• 回到 AI 的核心思想:我们要实现对人类智能的模拟。因此我们首先来看人是如何推理的。

推理的类型
• 从类型角度出发,逻辑推理有两种主要类型:归纳和演绎。
• 归纳是从特殊到一般,是从若干事例中总结出普遍规律的过程;如数学中的归纳证明法,生活中的规律总结等。
• 演绎是从一般到特殊,是用已知规律推断或预测个别事例的过程;如三段论:
–大前提:运动员的身体都很强壮;
–小前提:小张是一个运动员;
–结论: 小张的身体很强壮。

推理的方向
 除了推理类型,在完成一个证明时,我么还要考虑推理的方向。即,正向推理、反向推理。
 正向推理:从已知的事实命题出发,采用逻辑推理规则,与知识库中的知识匹配,产生新的事实,直至结论出现在事实集中。正向推理,每前进一步总能得到“新的知识”。如果我们要证明的知识恰
好被推出,则证明完成。

与正向推理相反的,就是反向推理。反向推理以某个假设目标作为出发点,来展开推理。
• 其基本思路是:首先选定一个假设目标,然后寻找使该目标成立的证据事实,如果所需的证据事实都能找到,则目标成立。否则,向前推进一步,将当前所需的证据事实作为新的假设,继续推理。

推理的确定性
• 推理的第三个特征,也是最复杂的,是推理的确定性。
– 确定性推理:推理时,所有知识和证据都是确定非真即假的,没有第三种情况;则此时推理结论也是确定结论,非真即假。
– 如数学定理证明,通常都是确定性证明。
– 不确定性:反之,推理用到的知识和证据存在不确定,此时推出的结论也是不确定的,通常是成立的可能性。
– 如天气预报中的“明天降水概率”,就是个不确定的推理结论。