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
3.4专家系统简介
什么是专家系统?
• 专家系统的奠基人,斯坦福大学的费根鲍尔,将专家系统定义为:一种智能的计算机程序,运用知识和推理来解决只有专家才能解决的复杂问题。

• 即,专家系统可以模拟某个领域专家的决策能力。如,医生的诊断能力、数据分析解释能力、预测能力、判断能力等等。

专家系统的核心是知识库、推理机。我们在之前的课程中有过描述。
除此之外,专家系统还包括了动态数据库,负责存储中间事实。
还有解释器,来负责获取用户需求,知识获取和管理器,负责收集、管理专家知识。最后,整个系统由一套人机交互接口来调用。

世界上第一个专家系统,是斯坦福大学的费根鲍尔教授 1968 年研制的 DENDRAL 系统,用于分析化合物的分子结构,达到了专家的水平。

在 1971 年,麻省理工学院开发了 MYCSYMA 专家系统,引入专家知识来解决特定的数学问题,如微积分、微分方程求解等问题。

DENDRAL 和 MYCSYMA 系统可以看作专家系统的第一代,这个时期,专家系统往往针对高度专业化问题来设计,在专业问题的求解方面很在行,但通用性不强。
• 1970 年代后,基于推理的专家系统成为主流,专家系统成为通用知识推理方法,结构和人机交互也逐渐成熟其中最典型的就是 MYCIN 系统。

MYCIN 系统是斯坦福大学研究的医学专家系统,成功用于细菌感染性疾病的诊断和治疗。
• MYCIN 是第一个具有完整结构的专家系统,第一次使用了知识库、使用了可信度,实现了不确定性推理,成为专家系统的典型代表。

进入 1980 年代,专家系统逐渐进入商业化,
• 进入 1980 年代,专家系统逐渐进入商业化,如 DEC 公司与 CMU 联合开发的 XCON 系统,用于自动为用户定制计算机配置。产生了经济效益。从 1980年投入使用到 1986 年,XCON 一共处理了八万个订单,每年能节省 2 千万美元。

在 1980-1990 年代,我国也在专家系统方面投入资金进行研究,代表性工作包括:
– 1977 年,中国科学院自动化研究所基于关幼波先生的经验,研制成功了我国第一个“中医肝病诊治专家系统”。
– 1985 年 10 月中科院合肥智能所建成“砂姜黑土小麦施肥专家咨询系统”, 这是我国第一个农业专家系统。

专家系统的局限性
• 专家系统在 1980 年代取得了很多应用,但也有很大局限性。如
• 知识获取瓶颈问题。
• 规则“跷跷板”问题。
• 知识动态化、知识更新问题。
• 随着时代发展,人工建设专家系统的效率低、成本高、效果逐渐跟不上需求,因此逐渐成为历史。
• 但基于知识的人工智能方法仍然在不断进步。近几年来成为研究热点的知识图谱,某种程度上就可以看作是大规模的知识集合。