高等教育DSS智能决策支持系统和智能技术的决策支持.pptx

第第4 4章章 目录目录4.1 4.1 智能决策支持系统综述智能决策支持系统综述 4.24.2 人工智能基本原理人工智能基本原理 4.34.3 专家系统与智能决策支持系统专家系统与智能决策支持系统 4.44.4 神经网络的决策支持神经网络的决策支持 4.5 4.5 遗传算法的决策支持遗传算法的决策支持 4.6 4.6 机器学习的决策支持机器学习的决策支持（1）部分内容）部分内容4.1 4.1 智能决策支持系统综述智能决策支持系统综述 4.24.2 人工智能基本原理人工智能基本原理 4.1 4.1 智能决策支持系统综述智能决策支持系统综述n4.1.1 4.1.1 智能决策支持系统概念智能决策支持系统概念 智能决策支持系统（智能决策支持系统（Intelligent Intelligent Decision Support Systems,IDSSDecision Support Systems,IDSS）是：）是：决决策支持系统（策支持系统（DSSDSS）与人工智能（）与人工智能（Artificial Artificial Intelligent,AIIntelligent,AI）技术相结合的系统。）技术相结合的系统。n人工智能技术主要利用知识推理，完成人工智能技术主要利用知识推理，完成定性分析。定性分析。n人工智能技术融入决策支持系统后，使人工智能技术融入决策支持系统后，使DSS在模型技术与数据处理技术的基础在模型技术与数据处理技术的基础上，增加知识推理技术，提高辅助决策上，增加知识推理技术，提高辅助决策能力。能力。4.1.2 4.1.2 智能决策支持系统结构智能决策支持系统结构1.1.人工智能的决策支持技术人工智能的决策支持技术 从智能决策支持系统的概念可知智从智能决策支持系统的概念可知智能决策支持系统中包含了人工智能技术，能决策支持系统中包含了人工智能技术，与决策支持有关的人工智能技术主要有：与决策支持有关的人工智能技术主要有：专家系统、神经网络、遗传算法、机器专家系统、神经网络、遗传算法、机器学习、自然语言理解等。学习、自然语言理解等。1 1）专家系统是利用大量的专门知识解决特定）专家系统是利用大量的专门知识解决特定领域中的实际问题的计算机程序系统；领域中的实际问题的计算机程序系统；2 2）神经网络是利用神经元的信息传播模型）神经网络是利用神经元的信息传播模型（MPMP模型）进行学习和应用；模型）进行学习和应用；3 3）遗传算法是模拟生物遗传过程的群体优化）遗传算法是模拟生物遗传过程的群体优化搜索方法；搜索方法；4 4）机器学习是让计算机模拟和实现人类的学）机器学习是让计算机模拟和实现人类的学习，获取解决问题的知识；习，获取解决问题的知识；5 5）自然语言理解是让计算机理解和处理人类）自然语言理解是让计算机理解和处理人类进行交流的自然语言。进行交流的自然语言。2 2智能决策支持系统结构形式智能决策支持系统结构形式 1 1）基本结构）基本结构 智能决策支持系统（智能决策支持系统（IDSSIDSS）决策支持系）决策支持系统（统（DSSDSS）人工智能（）人工智能（AIAI）技术）技术 IDSSIDSS基本结构如图基本结构如图4.14.1所示所示。人工智能技术可以概括为：人工智能技术可以概括为：推理机知识推理机知识库库 智能决策支持系统的结构可以简化为图智能决策支持系统的结构可以简化为图4.2所示。所示。问题综合与交互系统数据库管理系统模型库管理系统模型库数据库人工智能技术专家系统神经网络遗传算法机器学习自然语言理解图4.1 智能决策支持系统的基本结构图4.2 智能决策支持系统结构问题综合与交互系统模型库管理系统数据库管理系统知识库管理系统推理机用户模型库知识库数据库4.2.14.2.1逻辑推理逻辑推理 1.1.形式逻辑形式逻辑 形式逻辑是研究人的思维形式及其规律的科学。它形式逻辑是研究人的思维形式及其规律的科学。它是属是属“符号处理符号处理”范畴。范畴。形式逻辑主要研究：形成概念、作出判断、进行推形式逻辑主要研究：形成概念、作出判断、进行推理。理。1）概念：概念是反映事物的特有属性和它的取值。）概念：概念是反映事物的特有属性和它的取值。2 2）判断：判断是对概念的肯定或否定。判断：判断是对概念的肯定或否定。3 3）推理：推理是从一个或几个判断推出一个新判断推理：推理是从一个或几个判断推出一个新判断 的思维过程。的思维过程。4.2人工智能基本原理2.推理的种类 1）演绎推理：从一般现象到个别（特殊）现象的推理。2）归纳推理：从个别（特殊）现象到一般现象的推理。3）类比推理：从个别（特殊）现象到个别（特殊）现象的推理。1）演绎推理 专家系统的研究基本上属于演绎推理范畴。演绎推理的核心是假言推理。假言推理：以假言判断为前提，对该假言判断的前件或后件的推理。1）假言推理：p pq q，p qp q 2）三段论推理：p pq q，q qr pr pr r 3）假言易位推理（拒取式）：p pq q，q q p p （例：（例：熊掌每盘熊掌每盘2000元）元）2）归纳推理 （1）数学归纳法 这种推导是严格的，结论是确实可靠的这种推导是严格的，结论是确实可靠的。（2）枚举归纳推理 S1是P，S2是P，Sn是P S1Sn是S类事物中的部分分子，没有相反事例。所以，S类事物都是P。枚举归纳推理的结论是或然的。枚举归纳推理的结论是或然的。3）类比推理它是由两个（或两类）事物在某些属性上相同，进而推断它们在另一个属性上也可能相同的推理。A事物有abcd属性B事物有abc属性（或a,b,c相似属性）所以，B事物也可能有d属性（或d相似属性）类比推理的结论带有或然性。类比推理的结论带有或然性。3.总结 1）演绎推理的结论没有超出已知的知识范围。而归纳推理和类比推理的结论超出已知的知识范围。演绎推理只能解释一般规律中的个别现象。而归纳推理和类比推理创造了新的知识，使科学得到新发展，是一种创造思维方式。2）演绎推理中由于前提和结论有必然联系，只要前提为真，结论一定为真。归纳推理和类比推理中前提和结论，不能保证有必然联系，具有或然性。这样推理的结论未必是可靠的。需要经过严格的验证和证明，使之形成新的理论。4.2.2知识表示与知识推理 4.2.2.1数理逻辑表示法1、命题逻辑 举例：1）如果a是偶数，那么a2是偶数 p:a是偶数，g:a2是偶数，它们的关系用“”（蕴含）表示。即：p q。2）“人不犯我，我不犯人；人若犯我，我必犯人”p:人犯我，q：我犯人；表示:(p q)(p q)或p q 在命题逻辑中，有五种关系：（与），（或），（非），（如果那么，即蕴含），（等价，即当且仅当），这五个关系称为联结词，它们之间有优先关系，从高到低有：、同级联结词，先出现先优先。n定义：由命题（p，q，r，）或用联结词（、）连接的命题，组合而成的公式称为合适公式（命题逻辑）。n命题逻辑的公式有：1、析取交换律：pq qp 2、合取交换律：pq qp 3、析取结合律:（pq）r p（qr）4、合取结合律:（pq）r p（qr）5、对的分配律：p(qr）(pq)(pr)6、对的分配律：p（qr）(pq)(pr)7、双重否定：p p8、德摩根律1：(pq)pq 9、德摩根律2：(pq)pq 10、蕴含转换1:(p q)pq11、蕴含转换2:(p q)(q p)12、等价转换1:(p q)(p q)(q p)13、等价转换2:(p q)(p q)14、转：(pq)(p q)4.2.2.2 产生式规则产生式系统推理的基本过程产生式系统推理的基本过程产生式规则库和事实库的初始状态为：产生式规则库事实库1.ABG2.CDA3.EDB,C,E事实库的最后状态为：B，C，E，D，A，G4.2.2.3语义网络 语义网络把问题中的概念用结点表示。概念之间的关系用弧来表示。这样，语义网络把概念以及它们之间的关系表示成一种结构图形式。语义网络的推理表现为对结点的访问以及结点间关系的检索，寻找概念之间的内在联系，通过推理可以回答两类问题：1、从概念结点间问它们之间关系？2、通过概念和关系问有关结点？例如，“海浪猛烈地晃动轮船”这句话的语义网络图通过语义网络我们能回答如下提问：问：海浪和轮船有什么关系？（寻找概念间的关系）答：某港海浪晃动某港轮船。（通过中间概念结点建立起关系）问：怎样晃动？（通过概念和关系寻找其它结点）答：猛烈地晃动。问：晃动哪些轮船？（寻找概念间的关系）答：晃动某港轮船。4.2.2.4框架 框架由一组描述物体的各个方面的槽（属性）所组成。每个槽（属性）又可包含若干侧面所组成，每个侧面都有自己的名字和填入的值。槽值可以有如下几种类型：具体值value默认值default过程值procedure：该值是一个计算过程，它利用该框架的其它槽值，按给定计算过程（公式）进行计算得出具体值。另一框架名：当槽值是另一框架名时，就构成了框架调用，这样就连成了一个框架链。空（待填入）框架推理的主要形式为：填充槽值。1、匹配框架是一类事物的完整描述。事物之间匹配只能是部分相同槽的匹配。例：王强的行动和音量象消防车。我们要知道王强的行动和音量究竟是什么，应该对两个框架进行匹配。框架1：王强是人性别 男行动 音量 进取心中等框架2：消防车是车辆颜色 红行动 快音量 极高载物 水匹配此两框架的槽：行动和音量。王强框架没有此槽值，而消防车框架有此槽值。匹配的结果是填充王强框架的两个槽值，得到：王强的行动是快的，音量是极高的。2、继承 继承有两种继承，即直接继承和条件继承。.直接继承：在框架网络中下层框架直接从上层框架中继承所有的属性值和条件。如“墙”继承“房子”的所有属性.条件继承：有条件的继承，如时序继承。例：框架名：旧中国政体：资产阶级专政面积：960万平方公里人口：4亿5千万领导党派：国民党框架名：新中国政体：人民民主专政面积：960万平方公里人口：4亿5千万（当时1949年）领导党派：共产党其中，面积和人口是相同的，其它槽值就改变了。这就是有条件的继承。4.2.2.5 剧本剧本是描述一定范围内一串原型事物的结构。1 1、剧本的组成、剧本的组成(1)开场条件开场条件：事件发生之前必须满足的条件。例如，肚子饿了需要进餐，且有钱等。(2)结局结局：事件发生之后，通常会成为现实的情况。例如，肚子不再饿了，花了钱等。(3)道具道具：用来表示与剧本所描述的事件有关的物体。例如，餐桌、菜单、食物等。(4)角色角色：剧本中描述事件中的人物。例如，经理、顾客、服务员等。(5)线索线索：剧本表达事件的时序模式。例如，小食店、餐厅、酒家等。(6)场次场次：事件发生的顺序。每个场次可用框架描述。2 2、实例、实例我们用“饭店”剧本作为例子说明。剧本：饭店演员：顾客、服务员第一场：进入饭店事件：走进饭店寻找空桌走到桌旁坐下第二场：点菜事件：服务员送菜单顾客读菜单选定菜告诉服务员第三场：吃饭事件：服务员上菜、饭顾客吃饭第四场：离开事件：服务员送来帐单顾客付钱顾客离开饭店该剧本描述了饭店的正常业务过程。而对于一个实际的就餐故事省略了很多正常过程，只突出某个特定事件。如有故事：如有故事：李杰来到饭店，找到一个位置，要了半只烤鸭，一菜一汤。李杰李杰来到饭店，找到一个位置，要了半只烤鸭，一菜一汤。李杰又吃又喝，一小时后醉醺醺地离开了饭店。又吃又喝，一小时后醉醺醺地离开了饭店。现在利用剧本来回答一些提问（由计算机来完成）：问：李杰吃了什么？（故事中只提了“要”没提“吃”）答：烤鸭、菜和汤。（由故事通过剧本而得出）问：谁给李杰菜单？（故事未提及）答：服务员。（由剧本中得出）问：谁上的菜？答：服务员。（由剧本中得出）问：李杰付钱没有？答：付了钱。（由剧本得出）从上例中可以看出，剧本能充实故事，解释故事3 3、剧本的推理、剧本的推理从上面的例子可见剧本的推理为解释故事。具体为 1）解释故事中没有提及的发生事件。2）说明连贯事件之间的关系。剧本通过推理，具有如下用途：1）预见不直接观察到的事件。如故事中未提及的服务员送菜单和上菜。2）能建立一种连贯事件的解释。如上故事中“要菜”跟“吃”是连贯的事件。3）能集中注意特殊的事件（意外情况）。4.2.3 搜索技术 搜索技术是人工智能的一个重要研究内容。智能技术体现在减少搜索树中的盲目搜索。1.执行时间与，等成正比的算法，称为按多项式时间执行。2.执行时间与，！和等成正比的算法，称为按指数时间执行。按多项式时间执行的算法，计算机是可以实现的。按指数时间执行的算法，计算机是不可能实现的。搜索方法分类：1、基本搜索法对搜索树的基本搜索法有两种思想，一是按广度优先展开搜索树的搜索方法，叫广度优先搜索法；一是按深度优先展开搜索树的搜索方法，叫深度优先搜索法。（1）广度优先搜索法。（2）深度优先搜索法。搜索过程如下：n 图4.7 广度优先搜索示意图 搜索过程如下：n 图4.8 深度优先搜索示意图