人工智能初步知識

1、人工智能初步知識第1頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日開設課程人工智能初步意義課標內(nèi)容剖析教學建議 2022/8/302第2頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日一、人工智能初步課程意義 人工智能已經(jīng)進入我們的生活，人類正在邁入智能社會 無人駕駛飛機、掃雷機器人、衛(wèi)星評估糧食產(chǎn)量、醫(yī)學專家系統(tǒng)、購物籃分析、信息過濾、人臉的識別、人機搏弈、機器人足球、2022/8/303第3頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日人工智能是高科技競爭的前沿陣地 人工智能被譽為20世紀的三大尖端科技成就之一。 有預言家說： “說掌握了人工智能，說就能征

2、服整個世界?！?2022/8/304第4頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日學習人工智能是科技發(fā)展的必然趨勢 讓孩子盡早接觸人工智能，揭開人工智能的神秘面紗。 2022/8/305第5頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日二、課標內(nèi)容剖析 本書以應用人工智能技術(shù)解決問題為主線,按照“知識表達與人工智能語言推理與專家系統(tǒng)問題求解”這一線索呈現(xiàn)學習內(nèi)容。全書分為五章：1、人工智能初探2、知識表示及PROLOG語言3、專家系統(tǒng)4、問題求解5、人工智能的回顧與展望2022/8/306第6頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日二、課標內(nèi)容剖析

3、2.1、課程目標知識的介紹 了解人工智能的一些基本概念、方法，典型應用， 人工智能對人類學習、生活的影響。技能的培養(yǎng)解決的問題類型：結(jié)構(gòu)不良的問題以及結(jié)構(gòu)化的難問題。難度要求： 基本原理和方法的簡單應用。人文素質(zhì)的培養(yǎng) 感受人工智能技術(shù)的豐富魅力，增強對信息技術(shù)發(fā)展前景的向往和對未來生活的追求。2022/8/307第7頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日 人工智能初步 知識及其表達推理與專家系統(tǒng)人工智能語言與問題求解2.2、內(nèi)容結(jié)構(gòu)2022/8/308第8頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日知識及其表達相關(guān)的背景知識了解人工智能的概念與基本特點；了解

4、、體驗人工智能某些典型應用、發(fā)展現(xiàn)狀掌握知識表達的幾種基本方法。2022/8/309第9頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日人工智能語言與問題求解了解一種人工智能語言，初步學會使用該語言設計程序上機求解簡單問題。了解狀態(tài)空間的概念與方法，學會用該方法描述待求解的問題。了解盲目搜索、啟發(fā)式搜索的基本思想及其特點。2022/8/3010第10頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日推理與專家系統(tǒng)了解專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作的基本過程。知道專家系統(tǒng)正向、反向推理的基本原理。會描述一種常用的不精確推理的基本過程。了解專家系統(tǒng)解釋機制。會用專家系統(tǒng)外殼來開發(fā)簡單的

5、專家系統(tǒng)。2022/8/3011第11頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日人機接口知識獲取推理機解釋機知識庫事實庫專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2022/8/3012第12頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日 知識表示是基礎 搜索技術(shù)是核心 專家系統(tǒng)是目標 2.3、各部分間的關(guān)系2022/8/3013第13頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日2.4、重點難點知識表示 產(chǎn)生式規(guī)則、狀態(tài)空間、Prolog語言。各種搜索策略的基本原理。專家系統(tǒng)的推理原理；簡單專家系統(tǒng)的構(gòu)造。2022/8/3014第14頁，共65頁，2022年，5月20日，10點

6、55分，星期日課程內(nèi)容標準：1、能描述人工智能的概念與基本特點。2、列舉人工智能的主要應用領(lǐng)域；通過演示或?qū)嶋H操作，體驗人工智能的若干典型應用，知道其發(fā)展現(xiàn)狀。三、教學建議3.1、人工智能初探2022/8/3015第15頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日 本章作用與地位： 通過對人工智能一些生動的應用例子的探討，逐步引發(fā)學生對人工智能的學習興趣和好奇心，并且使他們對人工智能的基本概念、基本內(nèi)容及主要應用領(lǐng)域有個整體上的認識，為學生學習“人工智能”奠定良好的基礎。 三、教學建議3.1、人工智能初探2022/8/3016第16頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55

7、分，星期日常見的智能例子 智能、人工智能的概念、基本特點和發(fā)展動態(tài)。會表演節(jié)目的動物機器人會下棋的機器引入一般認為：智能是知識與智力的總和。人工智能是研究和開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、技術(shù)、方法及應用系統(tǒng)的一門學科。第17頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日人工智能的主要特點1、人工智能是由多學科相互滲透發(fā)展起來的新學科。2、人工智能研究的內(nèi)容很廣，包括機器感知、機器思維、機器行為、機器學習、智能系統(tǒng)及智能機器人等。3、人工智能研究的目標是使機器智能化及制造出新的智能化機器。4、人工智能技術(shù)在許多領(lǐng)域有廣泛的應用，它與其他學科相結(jié)合，極大地提高了應用技術(shù)的智能

8、化水平。第18頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日學生通過觀摩或?qū)嶋H操作，體驗人工智能在模式識別、專家系統(tǒng)、問題求解等方面的典型應用。本章一些典型案例：第19頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日本章教學方法自主閱讀、交流討論 如智能、人工智能、人工智能特點充分利用網(wǎng)上資源，挖掘豐富內(nèi)涵，獲得知識，加強實踐能力 如機器人踢足球、機器思維觀摩演示的學習方法 如指紋系統(tǒng)、動物專家系統(tǒng)2022/8/3020第20頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日3.2知識的表示及PROLOG語言課程內(nèi)容標準: 1、掌握知識的概念；學會知識表達的基本方

9、法。 2、了解狀態(tài)空間的概念與方法，學會用該方法描述待求解的問題。 3、了解一種人工智能語言的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序結(jié)構(gòu)，掌握相關(guān)概念，知道人工智能語言的主要特征。 4、初步學會使用該語言設計程序求解簡單問題，并能夠上機調(diào)試，執(zhí)行相應的程序。2022/8/3021第21頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日本章的作用和地位 讓學生對知識的基本含義、知識表示的方法、人工智能語言Prolog等方面有個概括性的了解，并為學生學習智能信息處理奠定基礎，并使他們對人工智能語言產(chǎn)生深厚的學習興趣和強烈的求知欲。 強調(diào)學生通過分析具體的例子來感悟知識的格式化表示，側(cè)重培養(yǎng)學生掌握知識的格式化

10、表示，讓學生了解一種人工智能語言，使學生能更好地理解計算機智能處理信息的過程和方法。第22頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日教學方法知識表示以案例討論為主，人工智能語言以講練結(jié)合知識表示法案例框架表示法描述高中生的知識框架、天氣預報的知識框架“與/或”圖表示法兩個三角形全等的“與/或”圖表示法、識別動物的“與/或”圖表示法狀態(tài)空間表示法翻錢幣、水壺問題的狀態(tài)空間表示法產(chǎn)生式規(guī)則表示法動物識別系統(tǒng)的產(chǎn)生式規(guī)則第23頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日知識表示的目的 使用知識。它是問題求解和專家系統(tǒng)的基礎。知識表示遵循的思路產(chǎn)生式規(guī)則 與或圖 狀態(tài)空間

11、等 人工智能語言 （如Prolog語言） 通用程序設計語言（如C、C+）自然語言表示 格式化表示 計算機語言表示難點分析2022/8/3024第24頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日 如果有毛發(fā)或者產(chǎn)奶，那么它是哺育動物； 如果吃肉，那么它是食肉動物； 如果有犬齒、有爪、眼視前方，那么它是食肉動物； 如果是哺育動物、食肉動物、黃褐色、有黑色條紋，那么它是老虎。自然語言描述知識2022/8/3025第25頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日 if 有毛發(fā)或者產(chǎn)奶 then 它是哺育動物； if 吃肉 then 它是食肉動物； if 有犬齒，且有爪，且

12、眼視前方 then 它是食肉動物； if 是哺育動物，且是食肉動物，且是黃褐色，且有黑色條紋 then 它是老虎。產(chǎn)生式規(guī)則表示知識產(chǎn)生式規(guī)則的基本形式：If P then Q或者PQ第26頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日老虎黃褐色黑色條紋食肉動物吃肉有犬牙有爪眼睛向前哺育動物產(chǎn)奶有毛發(fā)產(chǎn)生式規(guī)則表示知識的網(wǎng)絡第27頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日老虎黃褐色黑色條紋食肉動物吃肉有犬牙有爪眼睛向前哺育動物產(chǎn)奶有毛發(fā)與或圖表示知識第28頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日定義如下謂詞： positive(X)表示該動物具有特

13、點X; negative(X)表示該動物不具有特點X; It_is(X)表示該動物屬于X類別; Animal_is(X)表示該動物的名字叫X.用Prolog語言表示知識（1）2022/8/3029第29頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日It_is(“哺育動物”):-positive(“有毛發(fā)”)It_is(“哺育動物”):-positive(“產(chǎn)奶”)It_is(“食肉動 物”):-positive(“吃肉”)It_is(“食肉動物”):-positive(“有犬齒”),positive(“有爪”),positive(“眼視前方”)Animal_is(“老虎”):-It

14、_is(“哺育動物”),It_is(“食肉動物”),positive(“黃褐色”),positive(“有黑色條紋”)用Prolog語言表示知識（2）2022/8/3030第30頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日狀態(tài) 表示問題求解過程中每一步問題狀況的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 例如， 在棋弈中的格局即為問題的狀態(tài)。操作 把問題從一種狀態(tài)變換為另外一種狀態(tài)的手段。 例如，棋弈中一步“走子”可將一個格局變?yōu)榱硪环N格局。狀態(tài)空間表示法2022/8/3031第31頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日狀態(tài)空間 用來描述一個問題的全部狀態(tài)以及這些狀態(tài)之間的相互關(guān)系。包含三個

15、部分： S問題的初始狀態(tài)集合 F操作集合 G目標狀態(tài)的集合狀態(tài)空間樹（圖） 可用一個圖（樹）來直觀地表示出狀態(tài)空間。2022/8/3032第32頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日狀態(tài)空間表示法的基本思想 用“狀態(tài)”和“操作”來表示問題及其變化，形成狀態(tài)空間，求解問題的過程就是在狀態(tài)空間樹中搜索表示解的狀態(tài)的過程。 搜索時，從某個初始狀態(tài)出發(fā)，每次使用一個操作使得問題能夠從一種狀態(tài)變?yōu)榱硗庖环N狀態(tài)，直到到達目標狀態(tài)為止。2022/8/3033第33頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日要求：用盡可能少棋步能由初始狀態(tài)到達目標狀態(tài)。例1 重排九宮問題8

16、3 6 47 5初始狀態(tài)1 2 3 8 47 6 5目標狀態(tài)2022/8/3034第34頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日2 8 31 6 47 52 8 31 47 6 52 8 31 6 47 5 2 8 31 6 4 7 52 8 3 6 41 7 52 8 3 1 47 6 52 31 8 47 6 52 8 31 4 7 6 52 8 31 6 7 5 4 8 32 6 41 7 52 8 36 41 7 5 8 32 1 47 6 52 8 37 1 4 6 5 2 31 8 47 6 52 3 1 8 47 6 52 8 31 47 6 52 8 1 4

17、37 6 52 8 31 67 5 42 81 6 37 5 48 32 6 41 7 52 36 8 41 7 58 32 1 47 6 52 8 37 1 46 51 2 3 8 47 6 52 3 41 8 7 6 52 8 3 1 47 6 52 81 4 37 6 52 8 3 1 67 5 42 81 6 37 5 42 8 36 4 1 7 52 8 36 7 41 52 31 8 47 6 52 8 31 6 47 52 31 8 67 5 42 8 31 5 67 4目標狀態(tài)初始狀態(tài)2022/8/3035第35頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日 假設有

18、7個錢幣，任一選手只能將已分好的一堆錢幣分成兩堆個數(shù)不等的錢幣，兩位選手輪流進行，直到每一堆都只有一個或兩個錢幣，不能再分為止，哪個遇到不能分的情況，則就為輸。 假設對方先走，我方是否有必勝策略？例2 分錢幣問題2022/8/3036第36頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日（7）（6,1）（5,2）（4,3）（5,1,1）（4,2,1）（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）對方先走我方勝對方勝對方勝分錢幣問題的搏弈圖2022/8/3037第37頁，共65頁，

19、2022年，5月20日，10點55分，星期日1. 還有哪些類似的問題可以使用狀態(tài)空間來描述？ 比如，井字棋、五子棋、拾火柴等游戲。畫出井字棋問題的狀態(tài)空間樹。過河問題如何使用狀態(tài)空間法表示？ 畫出過河問題的狀態(tài)空間圖。思考與練習2022/8/3038第38頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日井字棋井字棋游戲2022/8/3039第39頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日五子棋游戲2022/8/3040第40頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日 假定盤中放有n根火柴，由弈者A和B兩人參加比賽。比賽的規(guī)則是：兩名弈者輪流從盤中取走火

20、柴，每次從盤中取走1，2或3根火柴均為合法著，否則為非法著。拿走盤中最后一根火柴的弈者為輸。假定A方先走，A有必勝策略嗎？若有就找出A的必勝策略。拾火柴游戲2022/8/3041第41頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日3.3、專家系統(tǒng) 課程內(nèi)容標準：1.了解專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2.了解專家系統(tǒng)的基本工作原理3.能用專家系統(tǒng)的“外殼”來建立簡單的專家系統(tǒng) （只需表示知識，并初步了解其基本結(jié)構(gòu)和工作原理即可）第42頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日本章的作用和地位 引導學生對人工智能的應用有更進一步的理解，對專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及開發(fā)過程有一個較全面的

21、了解，并使學生通過綜合活動，親身體驗利用專家系統(tǒng)外殼建造專家系統(tǒng)的過程，由此產(chǎn)生濃厚的學習興趣。 通過這一章的學習，學生不僅可以掌握如何在實際問題中運用第二章所學習的內(nèi)容，并且對將要學習的第四章的內(nèi)容有所了解。 第43頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日教學組織手段 對一個醫(yī)療診斷系統(tǒng)進行測試的過程，引入了專家系統(tǒng)的概念 。專家系統(tǒng)=知識庫+推理機 觀摩“動物識別系統(tǒng)”，感受用專家系統(tǒng)解決問題的過程，了解專家系統(tǒng)的組成和功能 人機接口知識獲取推理機解釋機制知識庫數(shù)據(jù)庫第44頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日一個簡單的動物識別專家系統(tǒng)2022/8/3

22、045第45頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日設有如下字符轉(zhuǎn)換規(guī)則： ABC ACD BCG BEF DE已知：A，B求：F 字符轉(zhuǎn)換問題-專家系統(tǒng)的原理示例2022/8/3046第46頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日 用產(chǎn)生式系統(tǒng)來描述該問題實事庫（綜合數(shù)據(jù)庫）事實庫用集合x表示，其中x為字符。知識庫（規(guī)則集）該問題比較簡單，因為問題本身已經(jīng)給出了字符的轉(zhuǎn)換規(guī)則，這里用“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

23、 D THEN E2022/8/3047第47頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日3. 推理機（控制策略） 控制策略簡單的說，就是選擇規(guī)則的方法。有多種方法選擇規(guī)則的方法。比如，可以采用按照規(guī)則的自然順序選擇規(guī)則的方法，這種策略稱為順序排隊。4. 初始狀態(tài) A，B，A、B是已知條件。5. 結(jié)束條件 Fx，當目標F在綜合數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)時，則F被求得。2022/8/3048第48頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日求解過程可觸發(fā)規(guī)則: 當一個規(guī)則的前件被綜合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)滿足時，該規(guī)則稱為可觸發(fā)規(guī)則。 被觸發(fā)規(guī)則：從可觸發(fā)規(guī)則中選擇一個規(guī)則來執(zhí)行，被執(zhí)行的

24、規(guī)則稱為被觸發(fā)規(guī)則。2022/8/3049第49頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日推理過程 正向推理過程：是以已知事實作為出發(fā)點，按照一定的策略，運用知識庫中的知識，推斷出結(jié)論的過程。 反向推理過程：從表示目標的謂詞或命題出發(fā)，使用一組推理規(guī)則，來證明事實謂詞或命題成立。2022/8/3050第50頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日老虎黃褐色黑色條紋食肉動物吃肉有犬牙有爪眼睛向前哺育動物產(chǎn)奶有毛發(fā)正向推理示意圖第51頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日老虎黃褐色黑色條紋食肉動物吃肉有犬牙有爪眼睛向前哺育動物產(chǎn)奶有毛發(fā)反向推理

25、示意圖第52頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日3.4、問題求解技術(shù) 課程內(nèi)容標準：1了解用盲目搜索技術(shù)進行狀態(tài)空間搜索的基本過程。2知道啟發(fā)式搜索的基本思想及其優(yōu)點。3了解如何用謂詞邏輯表達知識，了解歸結(jié)原理求解問題的一般過程。2022/8/3053第53頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日本章的作用和地位 以簡單的問題為例，說明了盲目搜索和啟發(fā)式搜索的技術(shù)，講述了求解博弈問題的基本思想，通過簡單的例子說明機器證明的過程。 通過本章的學習，學生可以掌握人工智能中問題求解的簡單方法，為我們解決生活中遇到的類似問題提供啟發(fā)和幫助。2022/8/3054

26、第54頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日搜索問題重排九宮問題游戲基本搜索啟發(fā)式搜索廣度優(yōu)先搜索 深度優(yōu)先搜索 2022/8/3055第55頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日例 重排九宮問題8 3 6 47 5初始狀態(tài)1 2 3 8 47 6 5目標狀態(tài) 請用盡可能少的棋步從初始狀態(tài)達到目標狀態(tài)。2022/8/3056第56頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日8 32 1 47 6 5E18 1 32 47 6 5E22 8 37 46 1 5E32 8 37 1 46 5E41 2 38 47 6 5Sg8 32 1 47

27、6 5D12 8 37 1 46 5D2D32 3 41 87 6 5D42 81 4 37 6 5D52 8 31 4 57 6D62 8 3 6 41 7 5D72 8 31 67 5 4D8 8 32 1 47 6 5C12 8 37 1 4 6 5C2 2 31 8 47 6 5C32 31 8 47 6 5C42 81 4 37 6 5C52 8 31 8 57 6C62 8 31 6 4 7 5C72 8 31 6 47 5C8B12 31 8 47 6 5B22 8 31 47 6 5B32 8 31 6 47 5B42 8 31 47 6 5S01 2 3 8 47 6 5第四

28、層第三層第二層第一層第零層2 3 41 87 6 51 2 37 8 4 6 52 8 3 1 47 6 5E6E72 8 3 1 47 6 52 31 8 47 6 52 8 31 47 6 52 8 31 6 47 5 8 32 1 47 6 52 8 37 1 4 6 5 2 31 8 47 6 52 31 8 47 6 52 81 4 37 6 52 8 31 8 57 62 8 31 6 4 7 52 8 31 6 47 58 32 1 47 6 52 8 37 1 46 51 2 3 8 47 6 52 3 41 87 6 52 81 4 37 6 52 8 31 4 57 62

29、8 3 6 41 7 52 8 31 67 5 48 32 1 47 6 58 1 32 47 6 52 8 37 46 1 52 8 37 1 46 51 2 38 47 6 5找到目標狀態(tài)，結(jié)束搜索廣度優(yōu)先搜索第57頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日8 32 1 47 6 5E18 1 32 47 6 5E22 8 37 46 1 5E32 8 37 1 46 5E41 2 38 47 6 5Sg8 32 1 47 6 5D12 8 37 1 46 5D2D3 8 32 1 47 6 5C12 8 37 1 4 6 5C2 2 31 8 47 6 5C32 8 3

30、1 47 6 5B12 31 8 47 6 5B22 8 31 47 6 5S01 2 3 8 47 6 52 8 3 1 47 6 52 31 8 47 6 5 8 32 1 47 6 52 8 37 1 4 6 5 2 31 8 47 6 58 32 1 47 6 52 8 37 1 46 51 2 3 8 47 6 58 32 1 47 6 58 1 32 47 6 52 8 37 46 1 52 8 37 1 46 51 2 38 47 6 52 8 31 47 6 5B32 8 31 6 47 5B42 81 4 37 6 5C52 8 31 8 57 6C62 8 31 6 4 7 5C72 8 31 6 47 5C8找到目標狀態(tài)，結(jié)束搜索1 2 38 47 6 5深度優(yōu)先搜索第58頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日啟發(fā)式函數(shù):f(X)= g(X) + h(X)Xg(X)h(X)啟發(fā)式搜索2022/8/3059第59頁，共65頁，2022年，5月20日，10點55分，星期日2 8 3 1 6 47 52 8 3 1 6 4 7 52 8 3 1 47 6 52 8 3 1 6 4 7 5 2 8 3 1 47