人工智能导论——知识表示作业
知识表示作业设有如下语句，请用相应的谓词公式分别把他们表示出来：(1)有的人喜欢梅花，有的人喜欢菊花，有的人既喜欢梅花又喜欢菊花①定义谓词：People（x）：x是人。Like（x，y）：x喜欢y。其中，y的个体域是{梅花，菊花}。②谓词公式表示：（ヨx）（P（x）—>L（x，梅花）∨L（x，菊花）∨L（x，梅花）∧L（x，菊花））(2)他每天下午都去打篮球。
①定义谓词：Time（x）：x是下午。Play（x，basketball）：x去打篮球。②谓词公式表示：（x）Time（x）→Play（x，basketball）(3)所有人都有饭吃
①定义谓词：People（x）：x是人。Eat（x，rice）：x有饭吃。②谓词公式表示：（x）（People（x）→Eat（x，rice））(4)不是每个计算机系的学生都喜欢在计算机上编程序。
①定义谓词：S（x）：x是计算机系。Like（x，programming）：x喜欢编程。Use（x，computer）：x使用计算机。②谓词公式表示：┐（ヨx）（S（x）—>L（x，programming）∧U（x，computer））(5)凡是喜欢编程序的人必喜欢计算机。
>①定义谓词：People（x）：x是人。>Like（x，y）：x喜欢y。其中，y的个体域是{programming，computer}。②谓词公式表示：（x）（（People（x）∧Like（x，programming））→L（x，computer））（6）要想出国留学，必须通过外语考试
①定义谓词：Abroad（x，abroad）：x想要出国留学。Pass（x，English）：x通过英语考试②谓词公式表示：Abroad（x，abroad）→Pass（x，English）2.什么是产生式系统？它由哪几部分组成？
1)把一组产生式放在一起，让它们相互配合，协同作用，一个产生式生成的结论可以供另外一个产生式作为已知事实使用，以求得问题的解，这样的系统称为产生式系统。2)一般来说，一个产生式系统由规则库、控制系统（推理机）、综合数据库三部分组成。3.试述产生式系统求解问题的基本过程？
(1)初始化综合数据库，即把欲解决问题的已知事实送入综合数据库中；(2)检查规则库中是否有未使用过的规则，若无转(7)；(3)检查规则库的未使用规则中是否有其前提可与综合数据库中已知事实相匹配的规则，若有，形成当前可用规则集；否则转(6)；(4)按照冲突消解策略，从当前可用规则集中选择一个规则执行，并对该规则作上标记。把执行该规则后所得到的结论作为新的事实放入综合数据库；如果该规则的结论是一些操作，则执行这些操作；(5)检查综合数据库中是否包含了该问题的解，若已包含，说明解已求出，问题求解过程结束；否则，转(2)；(6)当规则库中还有未使用规则，但均不能与综合数据库中的已有事实相匹配时，要求用户进一步提供关于该问题的已知事实，若能提供，则转(2)；否则，执行下一步；(7)若知识库中不再有未使用规则，也说明该问题无解，终止问题求解过程。说明：从第(3)步到第(5)步的循环过程实际上就是一个搜索过程4请把下列命题用一个语义网络表示出来：(1)树和草都是植物；(2)树和草都有叶和根；(3)水草是草，且生长在水中；(4)果树是树，且会结果；(5)梨树是果树中的一种，它会结梨。
5假设有以下一段天气预报：“北京地区今天白天晴，偏北风3级，最高气温12º，最低气温-2º，降水概率15%。”请用框架表示这一知识。天气预报框架框架名：地区：北京时段：今天白天天气：晴风向：偏北风力：3级气温：最高气温：12℃最低气温：-2℃降水概率：15%
6按“师生框架”、“教师框架”、“学生框架”的形式写出一个框架系统的描述。提示：“师生框架”是上级框架，描述师生的共有信息，如name,sex,age,telephone;“教师框架”是下级框架，描述教师的特有信息，如专业，课程，研究方向，研究项目，论文等“学生框架”是下级框架，描述学生的特有信息，如专业，班级，学位等信息。
师生框架Frame：Name：Unit(Last-name,First-name)//姓名Sex：Area(male,female)//性别Default:male//缺省Age：Units（Years）//年龄If-Needed:Ask-Age//询问赋值Telephone：HomeUnit(Number)//家庭电话MobileUnit(Number)//移动电话If-Needed：Ask-Telephone//询问赋值
教师框架Frame：AKO：//预定义槽名Major：Unit(Major-Name)//专业If-Needed:Ask-Major//询问赋值If-Added：Check-Major//后继处理Course：Units（Course-Name）//课程Field：Unit(Field-Name)//研究方向Project：Area(National,Provincial,Other)//项目Default:Provincial//缺省Paper:Area(SCI,EI,Core,General)//论文Default:Core//缺省
学生框架Frame：AKO：//预定义槽名Major：Unit(Major-Name)//专业Classes：Units（Classes-Name）//班级Degree:Area(doctor,master,bachelor)//学位Default:bachelor//缺省
7.（选做）用谓词表示法求解农夫、狼、山羊、白菜问题。农夫、狼、山羊、白菜全部放在一条河的左岸，现在要把他们全部送到河的右岸去，农夫有一条船，过河时，除农夫外船上至多能载狼、山羊、白菜中的一种。狼要吃山羊，山羊要吃白菜，除非农夫在那里。规划出一个确保全部安全过河的计划。请写出所用谓词的定义，并给出每个谓词的功能及变量的个体域。
（选做）请对下列命题分别写出它们的语义网络：(1)每个学生都有一台计算机。(2)高老师从3月到7月给计算机系学生讲《计算机网络》课。
(3)学习班的学员有男、有女、有研究生、有本科生。
(4)创新公司在科海大街56号，刘洋是该公司的经理，他32岁、硕士学位。
(5)红队与蓝队进行足球比赛，最后以3：2的比分结束。
人工智能导论(2)——知识表示(Knowledge Representation)
文章目录一、概述二、知识重点三、思维导图四、重点知识笔记1.知识的概念1.1知识的定义1.2知识的特点1.3知识表示2.一阶谓词表示法2.1谓词及谓词公式2.1谓词逻辑表示3.产生式表示法3.语义网络表示法4.框架表示法5.面向对象方法简介一、概述知识表示是智能系统的重要基础，人工智能中十分重要的研究课题。
为方便记忆和回顾，根据个人学习，总结人工智能基础知识和思维导图形成系列。
二、知识重点知识是什么，有什么特点知识表示的概念及分类典型知识表示方法一阶谓词表示法基本概念，谓词公式语法产生式表示方法语义网络表示方法框架表示方法面向对象表示法的主要观点三、思维导图四、重点知识笔记1.知识的概念1.1知识的定义知识是人类对客观世界的认识和经验。知识是经过加工的信息。是把有关信息关联在一起所形成的信息结构。
1.2知识的特点相对正确性：任何知识都是在一定条件和环境下产生的，在特定的条件和环境下才是正确的。不确定性：随机性引起的、模糊性引起的、经验引起的、不完全性引起的可表示性与可利用性：知识可以用适当的形式表示出来，如语言、文字、图形、神经网络等。1.3知识表示机器表示知识的一般方法。将人类知识形式化或者模型化。
知识表示=数据结构+处理机制
知识表示的原则
正确有效的表示知识便于理解和实现便于知识组织、维护、管理便于利用便于知识获取知识表示的分类
陈述性知识表示：以数据的形式表示(将知识表示与知识运用分开处理)简洁、严谨；工作效率低过程性知识表示：知识表示形式是一个过程(将知识表示和知识运用相结合)不够严格，不易修改；易于推理主要知识表示方法
谓词逻辑表示法语义网络表示法框架表示法过程表示法Petri网表示法面向对象表示法人工神经元网络(ANN)表示法2.一阶谓词表示法谓词逻辑是能够表示人类思维活动规律的一种精确的形式语言。谓词逻辑是知识的形式化表示、定理的自动证明等研究的基础。
2.1谓词及谓词公式用来描述或判定对象性质、特征或者对象之间关系的词项，具有真假语义题。
示例：“武汉是个美丽的城市”用谓词表示为美丽的城市(武汉)或者BCity(Wuhan)。谓词类似于一个布尔类型函数。
语法元素
常量符号：表示常量的符号，常量可以是现实世界中的对象变量符号：变量，未指定对象的符号，类似于函数变量函数符号：函数f包含个体数目为n，称f为n元函数符号（函数为定义域到值域的映射）谓词符号：谓词P包含个体数目为n，称P为n元谓词符号（谓词为定义域到{真,假}的映射连接词：用于谓词之间的运算¬：否定（Negation）：复合公式¬Q表示“非Q”∧：合取（Conjunction）：复合公式P∧Q表示“P与Q”∨：析取（Disjunction）：复合公式P∨Q表示“P或Q”→：条件（Condition）：复合公式P→Q表示“如果P那么Q”↔：双条件（Bicondition）：复合公式P↔Q表示“如果P，那么Q；如果Q，那么P”量词∀x：全称量词，x称为量词的指导变量∃x：存在量词谓词的阶
如果谓词中的所有个体都是常量、变量或函数，那么谓词为一阶谓词如果谓词P中的某个个体本身又是一个一阶谓词，那么P为二阶谓词，以此类推。谓词公式的定义
单个谓词是谓词公式每一个谓词公式都可求出一个真值(T或F)常量、变量、函数都可以是一阶谓词的个体若P、Q是合式公式，则¬P、P∧Q、P∨Q、P→Q、P↔Q也是谓词公式连接词优先级从高到低排列：¬、∧、∨、→、↔若P是合式公式，则(∀x)P、(∃x)P也是谓词公式有限步应用以上动作生成的公式也是谓词公式2.1谓词逻辑表示谓词逻辑表示的步骤
定义谓词和个体为变量赋值（个体作为值）连接词连接谓词，形成谓词公式示例：
#武汉是个美丽的城市，但不是沿海城市。谓词逻辑表示为：是个美丽的城市(武汉)∧¬是个沿海城市(武汉)#机器人站在墙边，手里没有拿东西，桌子上放着积木。谓词逻辑表示为：在旁边站着(机器人,墙)∧手空着(机器人)∧在上面(积木,桌子)#机器人拿起积木，谓词表示方法为：#删除"手空着(机器人)∧在上面(积木,桌子)"，增加"拿着(机器人,积木)"，如下：在旁边站着(机器人,墙)∧拿着(机器人,积木)3.产生式表示法在研究人类的认知模型中开发了基于规则的产生式系统。通常用于表示事实、规则以及他们的不确定性度量。
产生式通常用于表示具有因果关系的知识，其基本形式为IFPTHENQ
产生式表示方法
确定性规则知识的产生式表示P→Q：IFPTHENQP是产生式的前提，Q是一组结论或操作比如：IF动物会飞AND会下蛋该动物是鸟IF温度高于30度THEN关门产生式可以提供操作，谓词公式不能提供操作不确定性规则知识的产生式表示P→Q(可信度)：IFPTHENQ(可信度)比如：IF发烧THEN感冒(0.6)确定性事实知识的产生式表示三元组表示：(对象,属性,值)或者：(关系,对象1,对象2)比如：(老李,年龄,40)比如：(朋友,老王,老李)不确定性事实知识的产生式表示“四元组表示：（对象,属性,值,置信度）”或者：(关系,对象1,对象2,置信度)比如：(老李,年龄,40,0.8)(朋友,老王,老李,0.1)形式描述及语义
产生式可以用巴克斯BNF范式描述：
::=::=表示定义为空格分开表示顺序执行|表示或者是[]表示可选::=|::=AND[AND...]|OR[OR...]::=|:=[(,...)]也就是说P和Q可以包含多个语句，用AND或OR连接。
产生式系统
一组产生式可以放在一起，相互配合，一个产生式生成的结论供另一个产生式作为已知事实，获得问题的解决，这样的系统称为产生式系统。
产生式系统由3部分组成：
规则库：用于描述某领域内的知识(规则)的产生式集合综合数据库：(事实库、上下文)一个用于存放问题求解过程中各种当前信息的数据结构控制系统(推理机)：由一组程序组成，负责系统的运行，实现对问题的求解控制系统从综合数据库中提取事实前提，应用规则库的规则进行推理，解决问题。
3.语义网络表示法语义网络表示法是研究人类联想记忆时提出的一种心理学模型。
语义网络是一种通过概念及其语义联系(关系)来表示知识的有向图。
表示方法
用框图表示，框图包括节点和有向弧组成。
节点用来表示事物的名称、概念、属性、状态、事件及动作等弧有方向、有标注。表示事物之间的关系，即语义关系典型的示例如下：
图中AKO，Have等表示语义关系。基本语义关系如下：
从属关系AKO(A-Kind-Of)：属于…类型。例如：苹果树AKO树AKO植物AMO(A-Member-Of)：是…的成员。例如：小明AMOx班学生ISA(Is-A)：是一个…。例如：参观者ISA人包含关系APO(A-Part-Of)：是…的一部分。例如：轮胎APO汽车CO(Composed-Of)：由…构成。例如：整数CO正整数零负整数属性关系Have：有…属性。例如：树Have叶Can：能够做…事情。例如：鸟Can飞时间关系Before：在…时间之前。例如：小明毕业Before小王毕业After：在…时间之后位置关系On：在…上At：在…位置。例如：积木At桌面Under：在…之下Inside：在…之内Outside：在…之外相近关系Similar-toNear-to推论关系BO(because-Of)：由于…FOR：为了…THEN：则…GET：得到…复合逻辑NOR(非)AND(与)。例如：时间→与←地点OR(或)语义网络还可以表示情况、动作和事件的表示等。示例如下：
语义网络表示知识的步骤
确定对象和对象的属性确定对象间的关系根据语义网络涉及的关系，整理结点（对象结点、动作结点、情况结点）和弧任何复杂的语义关系，都可以通过许多基本的语义关系予以关联来实现
语义网络的推理过程
用语义网络表示知识的问题求解系统主要由两部分组成，一部分是由语义网络构成的知识库，另一部分是用于问题求解的推理机。
语义网络的推理过程主要有两种：继承和匹配。
继承推理：上层结点的属性传递到下层结点。比如动物的特征会传递到鸟、鱼等匹配推理：从知识库的语义网络中寻找与目标问题相符的语义网络模式4.框架表示法框架是一种描述对象属性的数据结构。是表示某类情景的结构化数据结构。
框架的组成
框架由若干个称为“槽"的结构组成槽描述对象某一方面的属性每个槽划分为若干个”侧面“侧面描述相应属性的一个方面槽和侧面的属性值分别被称为槽值和侧面值
框架一般结构
槽名1：侧面名侧面值,侧面值...侧面名侧面值,侧面值..........槽名n：侧面名侧面值,侧面值...侧面名侧面值,侧面值......约束：约束条件示例：
框架名：姓名：姓、名年龄：xxx岁性别：范围(男、女)缺省：男住址：...框架的特点
继承性比如：地震框架、洪水框架、台风框架都可以继承自自然灾害事件框架结构化自然性5.面向对象方法简介面向对象方法的主要观点
世界由”对象“组成，任何事物都是对象复杂的对象由简单的对象组成对象被分成各种对象类对象间出了互递消息外，不再有其他联系对象按类、子类、父类等概念形成一种层次或树形关系面向对象方法与面向对象的编程语言思想基本一致，用类抽象世界，用对象表示世界，用封装、继承、消息来表示推理规则。
个人总结，部分内容进行了简单的处理和归纳，如有谬误，希望大家指出，持续修订更新中。
修订历史版本见：https://github.com/hustlei/AI_Learning_MindMap
人工智能 —— 语义网络表示法
语义网络的基本结构从结构上看，语义网络是由一些最基本的语义单元构成的，这种最基本的语义单元被称为语义基元。
语义基元可用三元组：（结点1，弧，结点2）来描述。当把多个语义基元用相应的语义联系关联在一起时，就形成了一个语义网络。
事实与规则的语义网络的表示形式是相同的，区别仅是弧上的标志不同
基本的语义关系（1）实例关系：一个事物是另外一个事物的具体例子，语义标志是ISA（2）分类关系：一个事物是另外一个事物的成员，语义标志是AKO
（3）成员关系：一个事物是另外一个事物的一个成员，语义标志是A-Member-Of（4）属性关系（5）聚类关系（6）时间关系（7）位置关系（8）相近关系
语义网络表示法的应用（1）事物和概念的表示
用语义网络表示：①动物能运动、会吃。②鸟是一种动物，鸟有翅膀、会飞。③鱼是一种动物，鱼生活在水中、会游泳。
（2）情况的表示（加入情况节点）
用语义网络表示：小燕子这只燕子从春天到秋天一直占有一个巢
（3）事件的表示（加入事件节点）
用语义网络表示：常河给江涛一张磁盘
人工智能导论
为积极响应国家低碳环保政策，2021年秋季学期开始，中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书，仅提供电子版的认证证书服务，证书申请方式和流程不变。
电子版认证证书支持查询验证，可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询，或者访问https://www.icourse163.org/verify，通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。
完成课程教学内容学习和考核，成绩达到课程考核标准的学生（每门课程的考核标准不同，详见课程内的评分标准），具备申请认证证书资格，可在证书申请开放期间（以申请页面显示的时间为准），完成在线付费申请。
认证证书申请注意事项：
1. 根据国家相关法律法规要求，认证证书申请时要求进行实名认证，请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。
2. 完成实名认证并支付后，系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。