人工知能入門

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もえりわかはら
6 years ago
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1 藤田悟黄潤和

2 宣言的知識 is-a 型 has-a 型論理式を用いた表現命題論理式述語論理式手続的知識プロダクションルール ( システム )

3 2.1 The Bird Identification System Prolog in JavaScript

4 様々な用途のための様々な知識表現意味ネットワークフレームスクリプト

6 様々な知識表現方法論理式は真理値を持つ式で知識を表現したプロダクションシステムは IF-THEN のルールで知識を表現した空間を使って可視化構造化した知識を表現できたら人間が理解しやすいグラフ構造を使って知識を表現する!! 節点 (node): 概念枝 (arc): 関係

7 コンピュータ計算を実行するデータを保存する is-a is-a is-a スーパーコンピュータ共用する高速に演算するサーバ is-a PC is-a 個人利用するディスプレイ has-a デスクトップ PC 設置型ノート PC 一体型軽量 instance instance instance VALUESTAR Lavie dynabook

8 Social graph は知り合いの関係をネットワークで表現するハブ

9 1. ネコ科の継承関係について意味ネットワークで表現せよネコ科の下にはネコ属の他にヒョウ属がありヒョウ属の中にはトラやライオンが分類されますネコ属のイエネコの下にはペルシャ猫三毛猫.. 2. 机の周りにある概念を意味ネットワークで表現せよ

10 表現力事実事実間の関係を表現できる階層構造を持たせると一般 / 特殊の知識を表現できる有効性枝に沿った推論が可能効率性階層構造により知識を抽象化できる説明性わかりやすく推論が可視化できる

12 Minsky, 1975 フレームは対象物の持つ特性や構造を階層的な詳細化手法をもって体系化する継承構造は意味ネットワークの is-a 構造の保有関係は意味ネットワークの has-a 対象物の性質属性を明確に定義 Java のクラスの概念とマップしやすい

13 frame 卒業研究担当教員 (slot) 研究テーマ (slot) 研究室 (slot) frame 担当教員教員名 (slot) 教員室 (slot) frame 研究テーマテーマ名 (slot) 研究分野 (slot) frame 研究分野分野名 (slot) 関連研究分野 (slot)

14 class 卒業研究 { 担当教員 prof; 研究テーマ thema; class 担当教員 { String name; 教員室 room; } class 研究分野 { String name; 研究室 room; } class 研究テーマ { String name; 研究分野 relates; } } 研究分野 domain;

15 CPU CPU 名コンピュータ CPU コア数 SSD 型メモリメモリサイズ SSD サイズ外部記憶周辺機器外部記憶型 HDD 型 HDD サイズ instance サイズ

16 class コンピュータ { CPU cpu; class CPU { String name; int cores; } 外部記憶の下位クラスとして作成しても良いメモリ memory; 外部記憶 ext; class メモリ { int size; } 外部記憶 ssd = new 外部記憶 (); ssd. 型 = SSD; ssd.size = 128,000; } 周辺機器 periph; class 外部記憶 { 型 type; int size; } instance 外部記憶 hdd = new 外部記憶 (); hdd. 型 = HDD; hdd.size = ;

17 CPU メモリ has-a 名前を持つコア数 has-a 一時記憶コンピュータ is-a 計算を実行するデータを保存する has-a 外部記憶長期記憶 is-a SSD 高速 HDD 低速大容量

18 表現力構造化された知識と手続知識の表現ができる有効性スロットの値変化時にイベントを実行できる効率性オブジェクト指向言語で効率的に実装できる説明性構造階層関係が明確に定義できる

20 Schank, 1977 シーンやイベントを理解するには背景となる文脈の理解が必要になるレストランに行ったおいしかったレストランに行くを文字通り移動行動と理解するとなぜおいしかったと続くのか理解できないプログラム演習をした PC の調子がおかしいプログラム演習の中で何が必要で何をするのかを知っていないとなぜ PC が出てくるのか理解できない

21 レストランに行く家を出る移動する歩く自動車に乗る電車に乗るレストランに到着するメニューを選ぶ前菜を食べる主菜を食べる満腹になるレジで料金を払う移動する家に帰るこのような一連の出来事を知らないとレストランを背景とした文章を理解することはできない

22 使用条件 : スクリプトを始める前提知識空腹であるレストランが開店している所持金を持っている結果 : スクリプトが終了した時の知識満腹である所持金が減っているプロップ : 出来事に現れる対象物レストラン移動手段前菜主菜レジシーン : 出来事の系列トラック : いくつかの選択肢歩いていく / 自動車に乗る / 電車に乗るステーキを食べる / お寿司を食べる

23 使用条件 : 時間に余裕があるお金がある結果 : お金が減る満足するストレスが減るプロップ : 移動手段宿泊施設観光地シーン : 移動する観光地を訪れるホテルに泊まる夕食を食べる温泉に入る移動するトラック : 自動車に乗る / 電車に乗るホテルに泊まる / 旅館に泊まる

25 物事の状態を知るための情報論理式表現意味ネットワークフレーム物事を推論するための情報論理式表現 prolog プロダクションルール物事の文脈知識を知るための情報スクリプト

26 SHRDLU の積み木の世界は全ての知識を表現操作可能 closed world = toy problem 自然言語の理解は幅広い知識が必要かつ適用知識を限定する必要がある open world 文脈知識 ( スクリプト ) が必要フレーム問題 : 問題の対象となる変化する知識と対象でない変化しない知識を分離して推論する必要がある

27 目的に合った適切な表現形式を用いる表現力 : 何が表現できるか有効性 : どのように利用できるか効率性 : 無駄なく利用できるか明確性 : 曖昧性がないか必要な知識の範囲を限定する経験としてはシステム設計時に想定した以上の一般知識が必要になるプログラムでの利用イメージを考えて知識表現形式を検討することも重要

28 次のスクリプトを作成せよ期末試験を受けるショッピングに出かける

29 教科書 p37 の演習 3 に解答せよ下記のいずれかの項目を選択してそれを推論するのに必要な知識表現 ( 論理式表現手続的表現意味ネットワークフレームスクリプトなど ) をレポートにまとめよ風が吹くと桶屋が儲かる友達の友達は皆友達だダチョウは空を飛ぶか

30 Appendix ( 追加 ) 35

31 Wumpus world The wumpus world is a grid of squares surrounded by walls, where each square can contain agents and objects. The agent always starts in the lower left corner, a square that we will label [1,1]. The agent s task is to find the gold, return to [1,1] and climb out of the cave s w s s g b b p b p b A b g p s Agent Breeze 微風 Gold 金 Pit 穴 Smelly 1 A START b p b w Wumpus

The knowledge base for Wumpus world problem Percept sentences: there is no stench in the square [1,1] S 1,1 there is no breeze in the square [1,1] B 1,1 there is no stench in the square [2,1] S 2,1

32 The knowledge base for Wumpus world problem Percept sentences: there is no stench in the square [1,1] S 1,1 there is no breeze in the square [1,1] B 1,1 there is no stench in the square [2,1] S 2,1 there is breeze in the square [2,1] B 2,1 there is a stench in the square [1,2] S 1,2 there is no breeze in the square [1,2] B 1,2 knowledge sentences: if a square has no smell, then neither the square nor any of its adjacent squares can house a wumpus. R 1 : S 1,1 W 1,1 W 1,2 W 2,1 R 2 : S 2,1 W 1,1 W 2,1 W 2,2 W 3,1 if there is a stench in [1,2], then there must be a wumpus in [1,2] or in one or more of the neighboring squares. R 4 : S 1,2 W 1,3 W 1,2 W 2,2 W 1,1 37

33 Seven inference rules for propositional Logic Modus Ponens And-Elimination α β, α β α 1 α 2 α n α i And-Introduction Or-Introduction α 1, α 2,, α n α 1 α 2 α n α i α 1 α 2 α n Double-Negation Elimination α α Unit Resolution Logic connectives: α β, β α α β, β γ α γ 38

34 Inferring knowledge using propositional logic Concerning with the 6 squares, [1,1], [2,1], [1,2], [3,1], [2,2], [1,3], there are 12 symbols, S 1,1, S 2,1, S 1,2, B 1,1, B 2,1, B 1,2, W 1,1, W 1,2, W 2,1, W 2,2, W 3,1, W 1,3 The process of finding a wumpus in [1,3] as follows: 1. Apply R 1 to S 1,1, we obtain W 1,1 W 1,2 W 2,1 2. Apply And-Elimination, we obtain W 1,1 W 1,2 W 2,1 3. Apply R 2 and And-Elimination to S 2,1, we obtain W 1,1 W 2,2 W 2,1 W 3,1 α 1 α 2 α n α i α β, β α R 4 : S 1,2 W 1,3 W 1,2 W 2,2 W 1,1 4. Apply R 4 and the unit resolution to S 1,2, we obtain (α is W 1,3 W 1,2 W 2,2 and β is W 1,1 ) W 1,3 W 1,2 W 2,2 5. Apply the unit resolution again, we obtain (α is W 1,3 W 1,2 and β is W 2,2 ) W 1,3 W 1,2 6. Apply the unit resolution again, we obtain (α is W 1,3 and β is W 1,2 ) W 1,3 Here is the answer: the wumpus is in [1,3]. 39

35 Knowledge base for the Wumpus world Perception: Stench (variable s), Breeze (variable b), Glitter (variable g), Wall (variable u), Scream (variable v) b, g, u, v, t Percept([S, b, g, u, v], t) Smelly(t) s, g, u, v, t Percept([s, B g, u, v], t) Breeze(t) s, b, u, v, t Percept([s, b, G, u, v], t) AtGoldRoom(t) Reflex: t AtGoldRoom(t) Action(Grab, t) Reflex with internal state: do we have the gold already? t AtGoldRoom(t) Holding( Gold, t) Action(Grab, t) 40

36 Deducing hidden properties Properties of locations: l, t At(Agent, l, t) Smell(t) Smell(l) l, t At(Agent, l, t) Breeze(t) Breeze(l) Diagnostic rule infer cause from effect e. g. Squares are breezy near a pit y Breeze(y) x Pit(x) (x=y Adjacent(x, y)) Causal rule infer effect from cause x, y Pit(x) (x=y Adjacent(x, y)) Breeze(y)... 41

37 Wumpus world implementation in Prolog wumpus.html 42

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PowerPoint Presentation 鬼はどこですか? Proositional logic (cont ) 命題論理 Reasoning where is wumus 鬼がいる場所を推理する 1 命題論理 : 意味論 semantics 論理積 A B A かつ B 論理和 A B A または B 否定 A A でない含意 A B A ならば B を意味する同等 A B (A ならば B) かつ (B ならば A) 命題論理では記号は命題