【人工智能原理及其应用】习题二(3)

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前言

参考/参照书籍：
《人工智能原理及其应用（第4版）》，王万森编著，北京-电子工业出版社，2018.8
ISBN 978-7-121-34443-5

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2.21 何谓实例框架？它与框架有什么关系？

当人们把观察或认识到的具体细节填入框架后，就得到了该框架的一个具体实例，框架的这种具体实例被称为实例框架。
实例框架与框架的关系为通用结构与具体实例，抽象与具体。

2.22 何谓框架系统？何调框架系统的横向联系？何谓框架系统的纵向联系？

在框架理论中，框架是知识的基本单位，把一组有关的框架连接起来便可形成一个框架系统。在框架系统中，系统的行为由该系统内框架的变化来实现，系统的推理过程由框架之间的协调完成。
纵向联系：表示那种具有演绎关系的知识结构，下层框架与上层框架之间具有一种继承关系，这种具有继承关系的框架之间的联系称为纵向联系。
横向联系：由于一个框架的槽值或侧面值可以是另外一个框架的名字，这就在框架之间建立了另外一种联系，称为横向联系。

2.23 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12°，最低气温-2°，降水概率15%。”请用框架表示这一知识。

Frame<天气预报>
   地域：北京
   时段：今天白天
   天气：晴
   风向：偏北
   风力：3级
   气温：最高：12度
      最低：-2度
   降水概率：15%

2.24 按“师生框加”“教师框加”“学生框架”的形式写出一个框架系统的描述。

师生框架
Frame< Teachers-Students >
   Name：   Unit(Last-name，First-name)
   Sex：    Area(male，female)
          Default：male
   Age：    Unit(Years)
   Telephone：Home Unit(Number)
          Mobile Unit(Number)
教师框架
Frame< Teachers >
   AKO< Teachers-Students >
   Major：   Unit(Major-Name)
   Lectures：  Unit(Course-Name)
   Field：  Unit(Field-Name)
   Project： Area(National，Provincial，Other)
         Default：Provincial
   Paper：   Area(SCI，EI，Core，General)
           Default：Core
学生框架
Frame< Students >
   AKO< Teachers-Students >
   Major： Unit(Major-Name)
   Classes：Unit(Classes-Name)
   Degree：  Area(doctor，master，bachelor)
         Default：bachelor

2.25 框架系统中有哪两个预定义槽名？它们的作用分别是什么？

ISA槽 ：类属关系，下层可以继承上层，表示下层是上层的一个实例。
AKO槽 ：类属关系，下层可以继承上层，表示下层是上层的一种分类。

2.26 框架表示法的特点有哪些？

框架表示法的主要优点如下：
①结构性。框架表示法的最突出特点是善于表示结构性知识，能够把知识的内部结构关系及知识间的特殊联系表示出来。在框架表示中，知识的基本单位是框架，而框架由若干槽组成，一个槽又由若干个侧面组成，这样就可以把知识的内部结构显式地表示出来。
②深层性。框架表示法不仅可以从多方面、多重属性表示知识，还可以通过ISA和AKO等槽以嵌套结构分层地对知识进行表示，因此能用来表达事物间复杂的深层联系。
③继承性。在框架系统中，下层框架可以继承上层框架的槽值，这样不仅可以减少知识的冗余，较好地保证了知识的一致性。
④自然性。框架系统对知识的描述在直觉上是很吸引人的，把与某个实体或实体集的相关特性都集中在一起，从而高度模拟了人脑对实体的多方面、多层次的存储结构，直观自然，易于理解。

框架表示法的主要不足如下：
①缺乏框架的形式理论。至今还没有建立框架的形式理论，其推理和一致性检查机制并非基于良好定义的语义。
②缺乏过程性知识表示。框架系统不便于表示过程性知识，缺乏如何使用框架中知识的描述能力。框架推理过程需要用到一些与领域无关的推理规则，而这些规则在框架系统中又很难表达。
③清晰性难以保证。各框架本身的数据结构不一定相同，从而框架系统的清晰性很难保证。

2.27 何谓产生式系统？产生式推理的基本结构由哪几部分组成？

利用产生式知识表示方法所进行的推理称为产生式推理，由此产生的系统为产生式系统。

产生式推理的基本结构包括综合数据库、规则库和控制系统这三个重要组成部分。

（1）综合数据库
综合数据库DB(database)也称为事实库，是一个用来存放与求解问题有关的各种当前信息的数据结构。

（2）规则库
规则库RB(rulebase)是一个用来存放与求解问题有关的所有规则的集合，也称为知识库KB(knowlegebase)，包含了将问题从初始状态转换成目标状态所需要的所有变换规则。这些规则描述了问题领域中的一般性知识。可见，规则库是产生式系统进行推理求解的基础，其知识的完整性、一致性、准确性、灵活性以及知识组织的合理性等，对规则库的运行效率都有着重要影响。

（3）控制系统
控制系统(controlsystem)，也称为推理机，由一组程序构成，用来控制整个产生式系统的运行，决定问题求解过程的推理线路，实现对问题的求解。其主要工作包括：初始化综合数据库，选择可用规则，执行选定的规则，决定推理线路，终止推理过程等。

2.28 什么是产生式的正向推理？其基本过程是什么？

正向推理是一种从已知事实出发、正向使用推理规则的推理方式，也称为数据驱动推理或前向链推理。

其基本过程为：
①把用户提供的初始证据放入综合数据库；
②检查综合数据库中是否包含了问题的解，若已包含，则求解结束，并成功推出，否则，执行下一步；
③检查知识库中是否有可用知识。若有，形成当前可用知识集，执行下一步，否则转⑤；
④按照某种冲突消解策略，从当前可用知识集中选出一条知识进行推理，并将推出的新事实加入综合数据库中，然后转②；
⑤询问用户是否可以进一步补充新的事实，若可补充，则将补充的新事实加入综合数据库中，然后转③，否则表示无解，失败退出。

2.29 什么是逆向推理？其基本过程是什么？

逆向推理是一种以某个假设目标作为出发点的推理方法，也称为目标驱动推理或逆向链推理。

其基本思过程为：
①将问题的初始证据和要求证的目标(称为假设)分别放入综合数据库和假设集。
②从假设集中选出一个假设，检查该假设是否在综合数据库中。若在，则该假设成立。此时，若假设集为空，则成功退出，否则仍执行②。若该假设不在数据库中，则执行下一步。
③检查该假设是否可由知识库的某个知识导出。若不能由某个知识导出，则询问用户该假设是否为可由用户证实的原始事实。若是，该假设成立，并将其放入综合数据库，再重新寻找新的假设；若不是，则转⑤。若能由某个知识导出，则执行下一步。
④将知识库中可以导出该假设的所有知识构成一个可用知识集。
⑤检查可用知识集是否为空，若空，失败退出；否则，执行下一步。
⑥按冲突消解策略从可用知识集中取出一个知识，继续执行下一步。
⑦将该知识的前提中的每个子条件都作为新的假设放入假设集，转②。

2.30 什么是混合推理？它有哪几种实现方式？

把正向推理和逆向推理结合起来进行的推理称为混合推理。

混合推理可有多种具体的实现方法。可以采用先正向推理后逆向推理的方法，也可以采用先逆向推理后正向推理的方法，还可以采用随机选择正向和逆向推理的方法。