人工智能第七章——命题逻辑(待补充)

摘要

本文旨在讲清楚:
1)KBA(knowledge based agent)与逻辑
2)模型,有效性,可满足性,蕴含,推理过程
3)如何证明KB蕴含a(模型检验,逻辑等价,推理规则)

前言

基于知识的Agent。第3,4章中的问题求解Agent有局限性,而且法法灵活性。
第6章介绍了用变量赋值表示状态的思想,这是朝向正确方向的一步,使得Agent的部分工作可以独立于领域,并允许更有效的算法。

本章及接下来几张,我们从这一步出发得出它的逻辑结论(即,引入逻辑作为支持基于知识的Agent的一类通用表示)

一、KBA,逻辑

1.1 KBA

基于知识的Agent的核心部件是其知识库,或称KB。
知识库:是一个语句(用知识表示语言表达,表示了关于世界的某些断言)集合。有时,当某语句是直接给定而不是推导得到的时候,我们将其尊称为公理。

Ask:查询目前所知内容
Tell:将新语句添加到知识库
二者都涉及推理,即从原有语句中推导出新语句。

推理必须遵循基本要求。

KBA(Knowledge based agent),即基于知识的Agent,通过感知器,把感知信息加入知识库,向知识库询问最好改采取哪个行动,并告诉知识库它会实施该行动。

1.2 Wumpus世界(一个环境实例来理解KBS)

PEAS描述:
1)性能度量:带着金子爬出洞口+1000,掉入洞or被Wumpus吃-1000,采用一个行动-1,用掉箭-10。Agen死亡or出洞,则游戏结束。
2)环境:[1,1]始发为止,Wumpus,无底洞均匀分布
3)执行器:Agent移动,射箭。
4)传感器:5个

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图1.2.1 典型的Wumpus世界

1.3 逻辑

在标准逻辑中,每个语句在每个可能世界中非真即假——不存在“中间状态”。

模型:对变量x,y的所有可能赋值,每个这样的赋值决定了任何含x,y的算术语句的真值。如果语句α(如x+y=4)在模型m中为真,则称m满足阿尔法,也称m是阿尔法的一个模型。

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图1.3.1 蕴含的概念

逻辑推理:用蕴含推导出结论
模型检验:通过枚举所有可能的模型来检验KB为真的情况下α都为真,即M(KB)含于M(α)

可靠的:只导出蕴含句的推理算法被称为可靠的
完备性:如果推理算法可以生成任一蕴含句,则完备。(在有限的情况下确实完备咯,但是常常不完备)

二、命题逻辑:一种简单逻辑

2.1 语法

语法定义合法语句。
原子语句:单个命题词组成
复合句:简单语句和逻辑连接词构造而成

5中常用逻辑连接词:
1)非,否定式
2)与,合取式
3)或,析取式
4)蕴含,蕴含式
5)当且仅当,双向蕴含式

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图2.1.1 命题逻辑的BNF(巴克斯-瑙鲁范式)语法,以及逻辑运算的优先级,从高到低。

2.2 语义

语义:定义了用于判定特定模型中的语句真值的规则。

在命题逻辑里面,命题词的真值只有两个——true或false

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图2.2.1 五种逻辑连接词的真值表

三、命题逻辑定理证明

前面小节:模型检验来判断蕴含
本节:定理证明来判断蕴含——在知识库语句上直接应用推理规则以构建目标语句的证明,而无须关注模型(适用于模型数目庞大而证明很短)。

概念1:逻辑等价:如果两个语句在同样的模型集合中为真,则二者逻辑等价。

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图3.1 标准的逻辑等价

概念2:有效性:一个语句是有效的,如果在所有的模型中它都为真。(也叫重言式——必定为真)

概念3:可满足性:如果一个语句在某些模型中为真,则可满足。

SAT问题:命题逻辑语句的可满足性判定。是第一个被证明为NP完全的问题。(如CSP,就是询问在某个赋值下约束是否满足的)

3.2 推导和证明

推导规则:
1)假言推理规则(Modus Ponens,拉丁文)
2)消去合取词

任意搜索算法来找出证明序列,只需定义如下证明问题:
1)初始状态:初始KB
2)行动:行动集合由应用于语句的所有推理规则组成
3)结果:将推理规则下半部分的语句实例加入KB
4)目标:要证明的语句状态
(这叫搜索证明,是模型枚举的一个替代方法)

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图3.2.1 搜索证明vs模型枚举

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图3.2.2 单调性

3.3 归结证明

本节介绍一个推理规则:归结。

归结:当它和任何一个完备的搜索算法相结合时,可以得到完备的推理算法。

四、文末诗词


好风凭借力,送我上青云。
         ——曹雪芹《临江仙·柳絮》

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