西工大计算智能知识点整理(完整版)

第一章绪论1.图灵测试一组人类裁判以敲击键盘的形式与电脑“对话”。如果裁判认定电脑为人的比例超过30%，则电脑通过测试。2.人类智能活动的能力是人类在认识世界和改造世界的活动中，由脑力劳动表现出来的能力。•认识和理解世界环境的能力•提出概念、建立方法、进行演绎和归纳推理、做出决策的能力•学习取得经验、积累知识的能力•自我适应的能力•联想、推理、判断、决策的能力3.智能的本质感知能力、记忆和思维能力、学习能力、自适应能力、行为能力4.思维种类逻辑思维、形象思维、顿悟思维5.人工智能的含义用计算机来完成能表现出人类智能的任务学科模仿人脑所从事的推理、学习、思考、规划等思维活动关于知识的科学执行拟人的任务6.没有计算机的出现，人工智能就无法得到应用7.人类智能与人工智能本质区别:物质载体、逻辑模拟、活动规律、目的性、能动性、适应性8.研究方法符号主义、联结主义、行为主义9.计算智能是人工智能的深化与发展人工智能是以知识库为基础、那么计算智能则是以模型为基础、以分步、并行、仿生计算为特征含数据、算法和实现的信息系统。前者强调规则的形式和表示，后者强调模型的建立和构成；前者依赖专家知识，后者强调系统的自组织、自学习和自适应。10.计算智能的主要方法有人工神经网络、遗传算法、遗传程序、演化程序、局部搜索、模拟退火等等11.计算智能的特征与应用智能性：包括算法的自适应性，自组织性，算法不依赖于问题本身的特点，具有通用性并行性：算法基本上是群体协作的方式对问题进行优化求解，非常适合大规模并行处理鲁棒性:算法具有很好的容错性，同时对初始条件不敏感，能在不同条件下寻找最优解12.计算智能发展趋势分布式人工智能、Internet及数据库的挖掘、智能系统之间的交互与通信、智能系统之间的合作等13.第二章知识表示一.知识的基本概念1.相关概念：数据：指为描述具体事物引入的数字、符号等信息：指不同数据组成的一种结构（如“建国50岁”）数据与信息的关系：数据是信息的载体和表示，信息是数据的语义知识：对信息进行智能性加工后形成的对客观世界的规律性认识*。知识的一般概念人类认识与经验的总和人们对客观事物的认识及解决问题的方法和策略以高度概括形式对客观事实及相互关系的整合知识的三个代表性定义：经过消减、塑造、选择和转换的信息；由特定领域的描述、关系和过程组成；知识=事实+信念+启发式。2.人类对客观世界感知四个层面：4智能（Intelligence）－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－3知识（Knowledge）－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－2信息（Information）－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1数据（Data）3.知识的特性相对正确性、可表示性、不确定性、关联性4.知识的分类常识性知识、领域性知识（作用范围）确定性知识、不确定性知识（确定性）逻辑性知识、形象性知识（结构及表现形式）5.知识的表示方法对知识的表示过程就是将知识编码成某种数据结构的过程一阶谓词逻辑表示法（FirstOrderPredicate）产生式表示法（Production）框架表示法（Framework）语义网络法（SemanticNetwork）脚本表示法（Script）6.如何选择合适的表示方法？选择知识表示要根据所处理的具体领域和实际情况荀泽相应的知识表示方法充分表示领域知识有利于对知识的利用便于理解和实现便于对知识的组织、管理与维护7.智能活动过程的模拟知识表示知识利用知识获取二．谓词逻辑表示1.命题逻辑命题是能够判断真或假的陈述句通常用大写字母来表示，如A,B,P,Q等命题的真假值一般用T或F来表示表示单一意义的命题，称之为原子命题。原子命题通过“连接词”构成复合命题。2.连接词“┑”表示“非”复合命题┑P为真，当且仅当P为假。“∧”表示“与（合取）”复合命题“P∧Q”为真，当且仅当P和Q都为真。“∨”表示“或（析取）”复合命题“P∨Q”为真，当且仅当P、Q两者之一为真。“=（→）”表示“蕴含”复合命题“PQ”为假，当且仅当P为真且Q为假。与自然语言不一样，蕴涵式的前件和后件可以没有内在联系“”表示“等价”复合命题“PQ”为真，当且仅当P、Q同时为真、或者同时为假。与自然语言不一样，等价式的2个命题可以没有内在联系等价式具有下列性质：自反性：对于任意公式A，有AA对称性：对于任意公式A和B，若AB，则BA传递性：对于任意公式A，B和C，若AB，BC，则AC3.命题定律双否律┑（┑P）P德摩根律┑（P∨Q）┑P∧┑Q┑（P∧Q）┑P∨┑Q交换律P∧QQ∧PP∨QQ∨P结合律P∧(Q∧R)(P∧Q)∧RP∨(Q∨R)(P∨Q)∨R分配率P∧(Q∨R)(P∧Q)∨(P∧R)P∨(Q∧R)(P∨Q)∧(P∨R)等幂律P∧PPP∨PP同一律P∧T*PP∨F*P零律P∧F*F*P∨T*T*互补率P∧┑PF*P∨┑PT*吸收率P∨(Q∧R)PP∧(Q∧R)P4.设A和B是两个公式，若A→B为永真式，则称A蕴含B，记作A=B5.主要的推理式假言推理PP→Q----------[P∧(P→Q)]=QQ假言三段论或演绎P→QQ→R----------[(P→Q)∧(Q→R)]=(P→R)P→R拒取式P→Q┑Q----------[(P→Q)∧(┑Q)]=(┑P)┑P简化式P∧Q----------[(P∧Q)]=PP析取三段论P∨Q┑P----------[(P∨Q)∧(┑P)]=QQ二难推论P→RQ→R----------[(P→R)∧(Q→R)]=(P∨Q)→R(P∨Q)→R6.谓词逻辑表示法的特点自然性：符合人类对问题的直觉理解；精确性：只有“真与假”的值；严密性：谓词逻辑具有严格的形式定义以及推理规则；利用推理规则及有关定理证明技术，可以从已知事实推出新的事实，或证明作出的假设。易实现：用谓词逻辑表示的知识可以比较容易地转换为计算机内部形式，易于模块化，便于对知识的增加、修改、删除。用其表达的知识也易于计算机上实现。7.谓词逻辑局限性不能揭示不确定的知识：只能表示精确性知识，不能表示不确定的知识，表示的知识范围受到了局限。易形成组合爆炸：在推理过程中，其推理根据事实数目的增大及盲目使用推理规则，可能形成组合爆炸。效率低：将推理与知识语义割裂，降低推理效率。三．产生式表示法1.事实的表示事实通常是用三元组成四元组来表示。对确定性知识，一个事实可用一个三元组(对象,属性,值)或(关系,对象1,对象2)来表示。对不确定性知识,一个事实可用一个四元组(对象,属性,值,可信度因素)来表示。2.规则的表示规则描述的是事实间的因果关系，规则的产生式表示形式称为产生式规则。其基本形式为:P→Q或者:IFPTHENQ其中,P是产生式的前提,也称前件,由事实的逻辑组合来构成,Q是产生式的结论或操作,也称后件.产生式的含义是:如果前提P满足,则可推出结论Q或执行Q规定的操作。3.产生式系统的基本结构控制系统规则库综合数据库4.优点自然性：接近人类对因果关系知识的思维判断形式模块性：与推理机构相互独立，利于增加、删除、修改和扩充有效性：可表示不确定性知识、启发性知识一致性：规则具有固定表示形式缺点效率较低存在组合爆炸：匹配--冲突消解--执行；不能表示结构性知识四．语义网络1.语义网络是一个有向图，其中节点表示个体，而弧表示两个体间的二元关系，弧上标记关系模型名称，单一个体就由一结点表示。2.语义关联类属关系：是一种、是一员、是一个聚类关系：是一部分属性关系：有、能推论关系：推论出时间、位置关系：在前、在后、在上、在下、接近、相似等3.语义网络主要特点：结构性把事物的属性以及事物间的各种语义联系显式地表示出来，是一种结构化的知识表示方法。在这种方法中，下层结点可以继承、新增、变异上层结点的属性。联想性本来是作为人类联想记忆模型提出来的，它着重强调事物间的语义联系，体现了人类的联想思维过程。自然性这种带有标识的有向图，可比较直观地把知识表示出来，符合人们表达事物间关系的习惯，并且与自然语言语义网络之间的转换也比较容易实现。复杂性语义网络表示知识的手段是多种多样的，这虽然对其表示带来了灵活性，但同时也由于表示形式的不一致，使得它的处理增加了复杂性。五．框架表示法1.框架：是一种描述对象（事物、事件或概念等）属性的数据结构，在框架理论中，框架是知识表示的基本单位。2.一个框架由若干个“槽”（Slot）结构组成，每个槽又可分为若干个“侧面”。一个槽：用于描述所论对象某一方面的属性；一个侧面：用于描述相应数学的一个方面。槽和侧面所具有的属性值分别称为槽值和侧面值。第三章基本推理原理一．推理的基本概念1.推理：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机：推理由程序程序实现，称为推理机2.推理的基本任务：从一种判断推出另一种判断推理的分类：演绎推理、归纳推理、默认推理3.演绎推理推理过程：从已知的一般性知识推出组合在这些已知知识中适合于某种个别情况结论的过程三段论式演绎推理：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个别经验:无意发现一种药治病一般性认识：经验累积结论：得出结论：这种药可以治这种病4.归纳推理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完全归纳推理：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：只考察了相应事物的部分对象就得出了结论5.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按所用知识的确定性分类：确定性推理、不确定性推理按推理过程的单调性分类：单调推理、非单调推理二．自然演绎推理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三．归结反演推理应用归结原理证明定理的过程称为归结反演。1.谓词公式转换成相应子句集的步骤（1）利用等价谓词关系消去谓词公式中的“”和“”QPQP)()(QPQPQP（2）减少否定符号的辖域，将每个否定符号移到仅靠谓词的位置，使得每个否定符号最多作用于一个谓词。双重否定律()PP德摩根律()PQPQ()PQPQ量词转换律()()xPxP()()xPxP（3）对变元标准化。在一个量词的辖域内，将谓词公式中受该量词约束的变元全部用另一个没有出现过的任意变元代替，使不同量词约束的变元有不同的名字。（4）消去存在量词若存在量词不出现在全称量词的辖域内（即左边没有全称量词），只用一个新的个体常量（称为Skolem常量）替换受该存在量词约束的变元，即可消除该存在量词。若存在量词位于一个或多个全称量词的辖域内，则需要Skolem函数替换受该存在量词约束的变元，再消去该存在量词。量词消去原则：存在量词。将该量词约束的变量用任意常量（a，b等）或任意变量的函数（f(x)，g(y)等）代替。左边有任意量词的存在量词，消去时该变量改写成为任意量词的函数；如没有，改写成为常量。任意量词。简单地省略掉该量词。（5）化身前束范式将所有量词都移到公式左边，并且不改变相对顺序。（6）化为Skolem标准型其标准型一般形式为1212()()()(,,,)nnxxxMxxxM，其中为合取式使用如下等价关系()()()PQRPQPR（7）消去全称量词由于母式中全部变元均受到全称量词的约束，并且全称量词的次序已无关紧要，因此可省掉全称量词。（8）消去合取词在母式中消去所有合取词，将母式用子句集的形式表示出来，其中，子句