人工智能—产生式推理

谁践踏了优雅 2022-02-25 12:58 695阅读 0赞

**产生式推理**，即利用**产生式知识表示法**所进行的推理，而由此产生的系统称为产生式系统。

### 文章目录 ###

*  基本结构
 *   *  综合数据库
     *  规则库
     *  控制系统
 *  推理方式
 *   *  正向推理
     *   *  算法过程
         *  优点
         *  缺点
     *  逆向推理
     *   *  算法过程
         *  优点
         *  缺点

# 基本结构 #

产生式的基本结构包括：

*  控制系统（control system）
 *  规则库（rule base）
 *  综合数据库（data base）

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## 综合数据库 ##

也被称为**事实库**，主要用来存放与求解问题有关的各种当前信息的数据结构。例如，**问题的初始状态、输入的事实、推理得到的中间结论以及最终结论**。

## 规则库 ##

规则库（rule base）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（knowledge base）。它包含了**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**，所以规则库是产生式系统进行问题求解的**基础**。

## 控制系统 ##

控制系统（control system），也称为推理机，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。

# 推理方式 #

## 正向推理 ##

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**。

### 算法过程 ###

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**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**转到（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到综合数据库中，然后**转到（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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hqYzI1Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70]

例如：假设有以下两条规则

*   r 1 r\_1 r1：如果动物有羽毛，那么动物是鸟
 *   r 2 r\_2 r2：如果动物是鸟且动物善飞，那么动物是信天翁。

假设已知事实“动物有羽毛，动物善飞”。  
要求采用正向推理，求满足以上事实的动物是何种动物。

1.  把“动物有羽毛，动物善飞”放入**综合数据库**
2.  检查综合数据库中是否包含问题的解，结果为否。
3.  检查知识库中的可用知识，形成可用知识集，集合中仅包含 r 2 r\_2 r2。
4.  从当前知识库选出 r 2 r\_2 r2进行推理，将**结果“动物是鸟”** 放入综合数据库。
5.  检查综合数据库中是否包含问题的解，结果为否。
6.  检查知识库中的可用知识，形成可用知识集，集合中仅包含 r 1 r\_1 r1。
7.  从当前知识库选出 r 1 r\_1 r1进行推理，将**结果“动物是信天翁”** 放入综合数据库。
8.  检查综合数据库中是否包含问题的解，**结果为真**。

### 优点 ###

比较直观，允许用户主动提供有用的事实信息，适合于诊断、设计、预测、监控等领域的问题求解。

### 缺点 ###

推理无明确的目标或求解问题时会执行许多与解无关的操作，导致效率较低。

## 逆向推理 ##

**逆向推理**，即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**。（从结论推条件是否满足初始条件）

### 算法过程 ###

1.  将问题的**初始证据**和要求证的目标（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）。若假设不在综合数据库中，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有用户正是的原始事实。若是，则该假设成立，并将其**放入综合数据库**，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**，若是则退出，否则执行下一步
6.  按冲突消解策略从可用知识库中取出一个知识，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）

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hqYzI1Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

例如在正向推理中的那个例子，如果使用逆向推理，过程如下：

1.  将初始证据“动物有羽毛”和“动物善飞”放入综合数据库，把“动物是信天翁”放入假设集
2.  从假设集中取出假设“动物是信天翁”，判断该假设是否为综合数据库的已知事实，结果为否。
3.  再检查“动物是信天翁”能否被知识库中的知识所导出，发现可由 r 2 r\_2 r2导出，于是 r 2 r\_2 r2被放入可用规则集。
4.  从可用规则集中取出 r 2 r\_2 r2并将其前提条件\`“动物是鸟”和“动物善飞”放入假设集。
5.  在假设集取出一个假设“动物是鸟”，检查该假设是否为综合数据库中的事实，结果为否。
6.  再检查“动物是鸟”能否被知识库中的知识所导出，发现可由 r 1 r\_1 r1导出，于是 r 1 r\_1 r1被放入可用知识库。
7.  从可用知识库中取出 r 1 r\_1 r1，将其前提条件“动物有羽毛”放入假设集。
8.  此时假设集中的假设已全部被综合数据库中的已知事实所满足。

### 优点 ###

不必寻找和使用那些与假设目标无关的信息和知识，推理过程的目标明确，也有利于向用户提供解释。

### 缺点 ###

当用户对解的情况认识不清时，由系统自主选择目标的盲目性比较大，若选择不好，可能需要多次提出假设，会影响系统效率。

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