产生式表示法

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产生式表示法,就是用产生式来表示知识推理过程的方法,由美国数学家波斯特首先提出的。

基本概念

什么是产生式?

产生式是由条件和结果组成的指令,有以下基本形式:

常用结构

示例

原因→结果

天上雨,地上湿

条件→结论

如果把水加热到100摄氏度,水就会沸腾

前提→操作

若能找到一根合适的杠杆,就能撬动地球

事实→进展

夜来风雨声,花落知多少

情况→行为

摄像头打开了,意味着正在捕获图像

什么是产生式表示法?

利用产生式来表达已知信息,运用已经表示出的产生式推理问题结果。

例如:动物识别知识库中已包含识别虎、金钱豹、斑马、长颈鹿、企鹅、鸵鸟、海鸥等7中动物15条产生式如下。

  • IF某动物是哺乳动物 AND 是食肉动物 AND 是黄褐色 AND 身上有斑点 THEN 该动物是金钱豹
  • IF某动物是哺乳动物 AND 是食肉动物 AND 是黄褐色 AND 身上有黑色条纹 THEN 该动物是老虎
  • IF 某动物是有蹄类动物 AND 有长脖子 AND 有长腿 AND 身上有暗斑点 THEN 该动物是长颈鹿
  • IF 某动物是有蹄类动物 AND 身上有黑色条纹 THEN 该动物是斑马
  • IF 该动物是鸟 AND有长脖子 AND 有长腿 AND不会飞 AND有黑白两色 THEN 该动物是鸵鸟
  • IF 某动物是鸟 AND会游泳 AND不会飞 AND有黑白两色 THEN 该动物是企鹅
  • IF 某动物是鸟 AND会游泳 AND善于飞 THEN 该动物是海鸥
  • IF动物是哺乳动物 AND 反刍动物THEN 该动物是有蹄类动物
  • IF 某动物有毛发 THEN 该动物是哺乳动物
  • IF 某动物有奶 THEN该动物是哺乳动物

⑪  IF 某动物有羽毛 THEN 该动物是鸟

⑫  IF 某动物会飞 AND 会下蛋 THEN该动物是鸟

⑬  IF 某动物吃肉 THEN 该动物是食肉动物

⑭  IF 某动物有犬齿 AND 有爪子 AND 眼盯前方 THEN该动物是食肉动物

⑮  IF 某动物是哺乳动物 AND 有蹄子 THEN该动物是有蹄类动物

有种动物有暗斑点、长脖子、长腿、有奶、有蹄子,问该动物是什么?

推理过程:

  1. 已知该动物有奶,根据第10条产生式,该动物是哺乳动物;
  2. 已知该动物是哺乳动物,并且该动物有蹄子,根据第15条,该动物是有蹄类动物;
  3. 已知该动物是有蹄类动物,有长脖子,有长腿,身上有暗斑点,根据第3条,该动物是长颈鹿。

应用范围

产生式表示法类似于人类对知识的存储方法。产生式系统在人工智能实践中应用非常广泛。

产生式系统可应用于一些想要实现自动化的领域开发,例如化学研究中用到的推断分子结构的DENDRAL系统、医学诊断中帮助医生对患者血液进行分析和选用合适的抗菌类药物的MYCIN系统等

使用方法及步骤

  1. 将某一领域的事实信息、推断规则以及两者结合产生的各种结果录入系统;
  2. 选择合适的算法对事实信息进行推断,得到正确的结果。

应用案例

应用1- 推断分子结构的化学研究辅助系统-DENDRAL系统

案例: DENDRAL系统是一种帮助化学家判断某待定物质的分子结构的计算机专家系统。

 DENDRAL系统利用的原始信息主要是该物质的质谱数据。整个系统按功能可分为三部分。①规划:利用质谱数据和化学家对质谱数据与分子构造关系的经验知识,对可能的分子结构形成若干约束。②生成结构图:利用J.莱德伯格的算法,给出一些可能分子结构,利用第一部分所生成的约束条件来控制这种可能性的展开,最后给出一个或几个可能的结构。③利用化学家对质谱数据的知识,对第二部给出的结果进行检测、排队。最后给出分子结构图。

应用2- 人际关系网

案例:我们知道,一个正常人会有一定的社交圈,也就是说,会和一些人有特定的关系。如果我们知道关于若干个人之间必要的信息以及某些信息之见特定的联系,就可以推断出新的信息出来。例如,上学的时候,大明和小琳经常在下课期间一起玩,一起上课。小琳叫大明为“哥哥”。这个时候,根据规则,经常在一起上课的可能是同学关系,并还可能是亲人关系。我们就可以猜测他们是同学关系。 由于小琳叫大明“哥哥”,所以他们还是兄妹关系。

可以体现的计算思维

对有些问题,如果我们一直找不到好的解决方法,可以转换思路,寻找与问题类似的但是已经被解决的问题,参考其所用到的方法。产生式系统首先将已知信息抽象成表达式,通过模仿人脑求解问题的思维方法来解决人工智能的知识推理问题,使得计算机推理知识自动化成为一种可能,体现了抽象、学习的计算思维。