人工智能初步知识.ppt

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1、人工智能知识初步,陈 品 德 博士 教授华南师范大学教育信息技术学院,2023/6/13,1,开设课程人工智能初步意义课标内容剖析教学建议,2023/6/13,2,一、人工智能初步课程意义,人工智能已经进入我们的生活，人类正在迈入智能社会 无人驾驶飞机、扫雷机器人、卫星评估粮食产量、医学专家系统、购物篮分析、信息过滤、人脸的识别、人机搏弈、机器人足球、,2023/6/13,3,人工智能是高科技竞争的前沿阵地 人工智能被誉为20世纪的三大尖端科技成就之一。有预言家说：“说掌握了人工智能，说就能征服整个世界。”,2023/6/13,4,学习人工智能是科技发展的必然趋势 让孩子尽早接触人工智能，揭开

2、人工智能的神秘面纱。,2023/6/13,5,二、课标内容剖析,本书以应用人工智能技术解决问题为主线,按照“知识表达与人工智能语言推理与专家系统问题求解”这一线索呈现学习内容。全书分为五章：,1、人工智能初探2、知识表示及PROLOG语言3、专家系统4、问题求解5、人工智能的回顾与展望,2023/6/13,6,二、课标内容剖析,2.1、课程目标知识的介绍 了解人工智能的一些基本概念、方法，典型应用，人工智能对人类学习、生活的影响。技能的培养解决的问题类型：结构不良的问题以及结构化的难问题。难度要求：基本原理和方法的简单应用。人文素质的培养 感受人工智能技术的丰富魅力，增强对信息技术发展前景的向

3、往和对未来生活的追求。,2023/6/13,7,2.2、内容结构,2023/6/13,8,知识及其表达,相关的背景知识了解人工智能的概念与基本特点；了解、体验人工智能某些典型应用、发展现状,掌握知识表达的几种基本方法。,2023/6/13,9,人工智能语言与问题求解,了解一种人工智能语言，初步学会使用该语言设计程序上机求解简单问题。,了解状态空间的概念与方法，学会用该方法描述待求解的问题。,了解盲目搜索、启发式搜索的基本思想及其特点。,2023/6/13,10,推理与专家系统,了解专家系统的基本结构、工作的基本过程。,知道专家系统正向、反向推理的基本原理。会描述一种常用的不精确推理的基本过程。

4、,了解专家系统解释机制。,会用专家系统外壳来开发简单的专家系统。,2023/6/13,11,专家系统的基本结构,2023/6/13,12,知识表示是基础 搜索技术是核心 专家系统是目标,2.3、各部分间的关系,2023/6/13,13,2.4、重点难点,知识表示 产生式规则、状态空间、Prolog语言。各种搜索策略的基本原理。专家系统的推理原理；简单专家系统的构造。,2023/6/13,14,课程内容标准：1、能描述人工智能的概念与基本特点。2、列举人工智能的主要应用领域；通过演示或实际操作，体验人工智能的若干典型应用，知道其发展现状。,三、教学建议,3.1、人工智能初探,2023/6/13,

5、15,本章作用与地位：通过对人工智能一些生动的应用例子的探讨，逐步引发学生对人工智能的学习兴趣和好奇心，并且使他们对人工智能的基本概念、基本内容及主要应用领域有个整体上的认识，为学生学习“人工智能”奠定良好的基础。,三、教学建议,3.1、人工智能初探,常见的智能例子,智能、人工智能的概念、基本特点和发展动态。,会表演节目的动物机器人会下棋的机器,引入,一般认为：智能是知识与智力的总和。人工智能是研究和开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、技术、方法及应用系统的一门学科。,人工智能的主要特点,1、人工智能是由多学科相互渗透发展起来的新学科。2、人工智能研究的内容很广，包括机器感知、机器思维、机

6、器行为、机器学习、智能系统及智能机器人等。3、人工智能研究的目标是使机器智能化及制造出新的智能化机器。4、人工智能技术在许多领域有广泛的应用，它与其他学科相结合，极大地提高了应用技术的智能化水平。,学生通过观摩或实际操作，体验人工智能在模式识别、专家系统、问题求解等方面的典型应用。,本章一些典型案例：,2023/6/13,19,本章教学方法,自主阅读、交流讨论 如智能、人工智能、人工智能特点充分利用网上资源，挖掘丰富内涵，获得知识，加强实践能力 如机器人踢足球、机器思维观摩演示的学习方法 如指纹系统、动物专家系统,2023/6/13,20,3.2知识的表示及PROLOG语言,课程内容标准:1、

7、掌握知识的概念；学会知识表达的基本方法。2、了解状态空间的概念与方法，学会用该方法描述待求解的问题。3、了解一种人工智能语言的基本数据结构和程序结构，掌握相关概念，知道人工智能语言的主要特征。4、初步学会使用该语言设计程序求解简单问题，并能够上机调试，执行相应的程序。,本章的作用和地位 让学生对知识的基本含义、知识表示的方法、人工智能语言Prolog等方面有个概括性的了解，并为学生学习智能信息处理奠定基础，并使他们对人工智能语言产生深厚的学习兴趣和强烈的求知欲。强调学生通过分析具体的例子来感悟知识的格式化表示，侧重培养学生掌握知识的格式化表示，让学生了解一种人工智能语言，使学生能更好地理解计算

8、机智能处理信息的过程和方法。,教学方法,知识表示以案例讨论为主，人工智能语言以讲练结合,2023/6/13,23,知识表示的目的 使用知识。它是问题求解和专家系统的基础。知识表示遵循的思路,产生式规则 与或图 状态空间等,人工智能语言（如Prolog语言）通用程序设计语言（如C、C+）,自然语言表示 格式化表示 计算机语言表示,难点分析,2023/6/13,24,如果有毛发或者产奶，那么它是哺育动物；如果吃肉，那么它是食肉动物；如果有犬齿、有爪、眼视前方，那么它是食肉动物；如果是哺育动物、食肉动物、黄褐色、有黑色条纹，那么它是老虎。,自然语言描述知识,if 有毛发或者产奶 then 它是哺育动

9、物；if 吃肉 then 它是食肉动物；if 有犬齿，且有爪，且眼视前方 then 它是食肉动物；if 是哺育动物，且是食肉动物，且是黄褐色，且有黑色条纹 then 它是老虎。,产生式规则表示知识,产生式规则的基本形式：If P then Q或者PQ,老虎,黄褐色,黑色条纹,食肉动物,吃肉,有犬牙,有爪,眼睛向前,哺育动物,产奶,有毛发,产生式规则表示知识的网络,与或图表示知识,2023/6/13,28,定义如下谓词：positive(X)表示该动物具有特点X;negative(X)表示该动物不具有特点X;It_is(X)表示该动物属于X类别;Animal_is(X)表示该动物的名字叫X.,用

10、Prolog语言表示知识（1）,2023/6/13,29,It_is(“哺育动物”):-positive(“有毛发”)It_is(“哺育动物”):-positive(“产奶”)It_is(“食肉动 物”):-positive(“吃肉”)It_is(“食肉动物”):-positive(“有犬齿”),positive(“有爪”),positive(“眼视前方”)Animal_is(“老虎”):-It_is(“哺育动物”),It_is(“食肉动物”),positive(“黄褐色”),positive(“有黑色条纹”),用Prolog语言表示知识（2）,2023/6/13,30,状态 表示问题求解过程

11、中每一步问题状况的数据结构。例如，在棋弈中的格局即为问题的状态。操作 把问题从一种状态变换为另外一种状态的手段。例如，棋弈中一步“走子”可将一个格局变为另一种格局。,状态空间表示法,2023/6/13,31,状态空间 用来描述一个问题的全部状态以及这些状态之间的相互关系。包含三个部分：S问题的初始状态集合 F操作集合 G目标状态的集合状态空间树（图）可用一个图（树）来直观地表示出状态空间。,2023/6/13,32,状态空间表示法的基本思想 用“状态”和“操作”来表示问题及其变化，形成状态空间，求解问题的过程就是在状态空间树中搜索表示解的状态的过程。搜索时，从某个初始状态出发，每次使用一个操作

12、使得问题能够从一种状态变为另外一种状态，直到到达目标状态为止。,2023/6/13,33,要求：用尽可能少棋步能由初始状态到达目标状态。,例1 重排九宫问题,8 3 6 47 5,初始状态,1 2 3 8 47 6 5,目标状态,2023/6/13,34,2023/6/13,35,假设有7个钱币，任一选手只能将已分好的一堆钱币分成两堆个数不等的钱币，两位选手轮流进行，直到每一堆都只有一个或两个钱币，不能再分为止，哪个遇到不能分的情况，则就为输。假设对方先走，我方是否有必胜策略？,例2 分钱币问题,2023/6/13,36,（7）,（6,1）,（5,2）,（4,3）,（5,1,1）,（4,2,1

13、）,（3,2,2）,（3,3,1）,（4,1,1,1）,（3,2,1,1）,（2,2,2,1）,（3,1,1,1,1）,（2,2,1,1,1）,（2,1,1,1,1,1）,对方先走,我方胜,对方胜,对方胜,分钱币问题的搏弈图,2023/6/13,37,1.还有哪些类似的问题可以使用状态空间来描述？比如，井字棋、五子棋、拾火柴等游戏。画出井字棋问题的状态空间树。过河问题如何使用状态空间法表示？画出过河问题的状态空间图。,思考与练习,2023/6/13,38,井字棋游戏,2023/6/13,39,五子棋游戏,2023/6/13,40,假定盘中放有n根火柴，由弈者A和B两人参加比赛。比赛的规则是：两

14、名弈者轮流从盘中取走火柴，每次从盘中取走1，2或3根火柴均为合法着，否则为非法着。拿走盘中最后一根火柴的弈者为输。假定A方先走，A有必胜策略吗？若有就找出A的必胜策略。,拾火柴游戏,3.3、专家系统,课程内容标准：1.了解专家系统的基本结构2.了解专家系统的基本工作原理3.能用专家系统的“外壳”来建立简单的专家系统（只需表示知识，并初步了解其基本结构和工作原理即可）,本章的作用和地位,引导学生对人工智能的应用有更进一步的理解，对专家系统的结构、功能及开发过程有一个较全面的了解，并使学生通过综合活动，亲身体验利用专家系统外壳建造专家系统的过程，由此产生浓厚的学习兴趣。通过这一章的学习，学生不仅可

15、以掌握如何在实际问题中运用第二章所学习的内容，并且对将要学习的第四章的内容有所了解。,教学组织手段,对一个医疗诊断系统进行测试的过程，引入了专家系统的概念。,专家系统=知识库+推理机,观摩“动物识别系统”，感受用专家系统解决问题的过程，了解专家系统的组成和功能,2023/6/13,44,一个简单的动物识别专家系统,2023/6/13,45,设有如下字符转换规则：ABC ACD BCG BEF DE已知：A，B求：F,字符转换问题-专家系统的原理示例,2023/6/13,46,用产生式系统来描述该问题实事库（综合数据库）事实库用集合x表示，其中x为字符。知识库（规则集）该问题比较简单，因为问题本

16、身已经给出了字符的转换规则，这里用“IF THEN”的形式表示如下：(1)IF AB THEN C(2)IF AC THEN D(3)IF BC THEN G(4)IF BE THEN F(5)IF D THEN E,2023/6/13,47,3.推理机（控制策略）控制策略简单的说，就是选择规则的方法。有多种方法选择规则的方法。比如，可以采用按照规则的自然顺序选择规则的方法，这种策略称为顺序排队。4.初始状态 A，B，A、B是已知条件。5.结束条件 Fx，当目标F在综合数据库中出现时，则F被求得。,2023/6/13,48,求解过程可触发规则:当一个规则的前件被综合数据库中的数据满足时，该规则

17、称为可触发规则。被触发规则：从可触发规则中选择一个规则来执行，被执行的规则称为被触发规则。,2023/6/13,49,推理过程,正向推理过程：是以已知事实作为出发点，按照一定的策略，运用知识库中的知识，推断出结论的过程。反向推理过程：从表示目标的谓词或命题出发，使用一组推理规则，来证明事实谓词或命题成立。,正向推理示意图,反向推理示意图,2023/6/13,52,3.4、问题求解技术,课程内容标准：1了解用盲目搜索技术进行状态空间搜索的基本过程。2知道启发式搜索的基本思想及其优点。3了解如何用谓词逻辑表达知识，了解归结原理求解问题的一般过程。,2023/6/13,53,本章的作用和地位,以简单

18、的问题为例，说明了盲目搜索和启发式搜索的技术，讲述了求解博弈问题的基本思想，通过简单的例子说明机器证明的过程。通过本章的学习，学生可以掌握人工智能中问题求解的简单方法，为我们解决生活中遇到的类似问题提供启发和帮助。,2023/6/13,54,搜索问题,重排九宫问题游戏,基本搜索,启发式搜索,广度优先搜索,深度优先搜索,2023/6/13,55,例 重排九宫问题,8 3 6 47 5,初始状态,1 2 3 8 47 6 5,目标状态,请用尽可能少的棋步从初始状态达到目标状态。,8 32 1 47 6 5,E1,8 1 32 47 6 5,E2,2 8 37 46 1 5,E3,2 8 37 1

19、46 5,E4,1 2 38 47 6 5,Sg,8 32 1 47 6 5,D1,2 8 37 1 46 5,D2,D3,2 3 41 87 6 5,D4,2 81 4 37 6 5,D5,2 8 31 4 57 6,D6,2 8 3 6 41 7 5,D7,2 8 31 67 5 4,D8,8 32 1 47 6 5,C1,2 8 37 1 4 6 5,C2,2 31 8 47 6 5,C3,2 31 8 47 6 5,C4,2 81 4 37 6 5,C5,2 8 31 8 57 6,C6,2 8 31 6 4 7 5,C7,2 8 31 6 47 5,C8,B1,2 31 8 47 6

20、 5,B2,2 8 31 47 6 5,B3,2 8 31 6 47 5,B4,2 8 31 47 6 5,S0,1 2 3 8 47 6 5,第四层,第三层,第二层,第一层,第零层,2 3 41 87 6 5,1 2 37 8 4 6 5,2 8 3 1 47 6 5,E6,E7,2 8 3 1 47 6 5,2 31 8 47 6 5,2 8 31 47 6 5,2 8 31 6 47 5,8 32 1 47 6 5,2 8 37 1 4 6 5,2 31 8 47 6 5,2 31 8 47 6 5,2 81 4 37 6 5,2 8 31 8 57 6,2 8 31 6 4 7 5,2

21、 8 31 6 47 5,8 32 1 47 6 5,2 8 37 1 46 5,1 2 3 8 47 6 5,2 3 41 87 6 5,2 81 4 37 6 5,2 8 31 4 57 6,2 8 3 6 41 7 5,2 8 31 67 5 4,8 32 1 47 6 5,8 1 32 47 6 5,2 8 37 46 1 5,2 8 37 1 46 5,1 2 38 47 6 5,找到目标状态，结束搜索,广度优先搜索,8 32 1 47 6 5,E1,8 1 32 47 6 5,E2,2 8 37 46 1 5,E3,2 8 37 1 46 5,E4,1 2 38 47 6 5,Sg

22、,8 32 1 47 6 5,D1,2 8 37 1 46 5,D2,D3,8 32 1 47 6 5,C1,2 8 37 1 4 6 5,C2,2 31 8 47 6 5,C3,2 8 3 1 47 6 5,B1,2 31 8 47 6 5,B2,2 8 31 47 6 5,S0,1 2 3 8 47 6 5,2 8 3 1 47 6 5,2 31 8 47 6 5,8 32 1 47 6 5,2 8 37 1 4 6 5,2 31 8 47 6 5,8 32 1 47 6 5,2 8 37 1 46 5,1 2 3 8 47 6 5,8 32 1 47 6 5,8 1 32 47 6 5,

23、2 8 37 46 1 5,2 8 37 1 46 5,1 2 38 47 6 5,2 8 31 47 6 5,B3,2 8 31 6 47 5,B4,2 81 4 37 6 5,C5,2 8 31 8 57 6,C6,2 8 31 6 4 7 5,C7,2 8 31 6 47 5,C8,找到目标状态，结束搜索,1 2 38 47 6 5,深度优先搜索,2023/6/13,58,启发式函数:f(X)=g(X)+h(X),启发式搜索,2 8 3 1 6 47 5,2 8 3 1 6 4 7 5,2 8 3 1 47 6 5,2 8 3 1 6 4 7 5,2 8 3 1 47 6 5,2 3 1

24、 8 47 6 5,2 8 3 1 4 7 6 5,8 3 2 1 47 6 5,2 8 3 7 1 4 6 5,2 3 1 8 47 6 5,2 3 1 8 47 6 5,1 2 3 8 47 6 5,0+4,1+5,1+3,1+5,2+3,2+3,2+4,3+3,3+4,3+2,3+4,4+1,启发函数：f(X)=g(X)+h(X),目标,2023/6/13,60,用Prolog程序求解：下图中从a到哪些点有路径？,例2 路径问题,predicates road(symbol,symbol)path(symbol,symbol)goal path(a,X),write(“X=,X),nl,

25、fail.clauses road(a,b).road(b,c).road(c,f).road(d,a).road(d,c).road(d,e).road(f,e).path(X,Y):-road(X,Y).path(X,Y):-road(X,Z),path(Z,Y).,2023/6/13,62,3.5、人工智能的回顾与展望,课程内容标准：知道人工智能技术随着计算机硬、软件技术的进步和应用需求而发展的事实和客观规律。,2023/6/13,63,本章的作用和地位,通过对本章的学习，学生将掌握人工智能发展的主要历程，把握好人工智能发展的脉络，并且在学生眼前呈现出对未来人工智能的展望，从而增强学生对人工智能发展前景的向往和追求。,第一节 人工智能的发展历程。了解人工智能的形成与发展的不同阶段，认识人工智能发展的曲折性和必然性；了解人工智能学科所取得的主要成果，肯定前人做出的成绩；把握国内人工智能发展现状，增强对我国人工智能发展的信心和希望。第二节 人工智能的展望”。主要从“机器智能化”、“智能机器人”、“知识发现与数据挖掘”、“社会智能化”四个方面入手，为人工智能的发展编织出一幅蓝图，呈现于学生面前，让学生感受到人工智能发展的美好前景。,2023/6/13,65,谢谢大家!,