第四章不确定性推理教程以及答案.
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不确定性知识的表示与推理技术
由r1可得： CF1（H）=0.4×0.8=0.32
由r2可得： CF2（H）=0.8×0.9=0.72
从而 CF1,2（H）=0.32+0.72-0.32×0.72=0.8096
这就是最终求得的H的可信度。
2024/10/13
25
4.3主观贝叶斯方法（1）
简介 主观贝叶斯方法是R.O.Duda等人1976年提出的一种
表示因与前提条件E匹配的证据的出现，使结论H为真的不 信任增长度。MD定义为：
1
当P(H )＝0
MD(H ,
E)
min{P( H
| E), P(H P(H )
)}
P(H
)
否则
2024/10/13
15
4.2.1知识的不确定性表示（4）
由MB、MD得到CF(H,E)的计算公式：
1
当P(H )＝1
• LS 称为充分性量度，用于指出 E 对 H 的支持程度，取值范围 为 [ 0， ∞ ），其定义为： LS = P(E/H) P(E/H)
LS 的值由领域专家给出，具体情况在下面论述。
• LN 称为必要性量度，用于指出 E 对 H 的支持程度，取值范 围为 [ 0， ∞ ），其定义为：
P( E/H)
若由于相应证据的出现增加结论 H 为真的可信度，则使 CF(H,E)>0，证据的出现越是支持 H 为真，就使CF(H,E)的值越 大；
反之，使CF(H,E)<0，证据的出现越是支持 H 为假，就使CF(H,E) 的值越小；
若证据的出现与否与 H 无关，则使 CF(H,E)=0。
2024/10/13
若 CF1(H) 与 CF2(H) 异号
2024/10/13
由r2可得： CF2（H）=0.8×0.9=0.72
从而 CF1,2（H）=0.32+0.72-0.32×0.72=0.8096
这就是最终求得的H的可信度。
2024/10/13
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4.3主观贝叶斯方法（1）
简介 主观贝叶斯方法是R.O.Duda等人1976年提出的一种
表示因与前提条件E匹配的证据的出现，使结论H为真的不 信任增长度。MD定义为：
1
当P(H )＝0
MD(H ,
E)
min{P( H
| E), P(H P(H )
)}
P(H
)
否则
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4.2.1知识的不确定性表示（4）
由MB、MD得到CF(H,E)的计算公式：
1
当P(H )＝1
• LS 称为充分性量度，用于指出 E 对 H 的支持程度，取值范围 为 [ 0， ∞ ），其定义为： LS = P(E/H) P(E/H)
LS 的值由领域专家给出，具体情况在下面论述。
• LN 称为必要性量度，用于指出 E 对 H 的支持程度，取值范 围为 [ 0， ∞ ），其定义为：
P( E/H)
若由于相应证据的出现增加结论 H 为真的可信度，则使 CF(H,E)>0，证据的出现越是支持 H 为真，就使CF(H,E)的值越 大；
反之，使CF(H,E)<0，证据的出现越是支持 H 为假，就使CF(H,E) 的值越小；
若证据的出现与否与 H 无关，则使 CF(H,E)=0。
2024/10/13
若 CF1(H) 与 CF2(H) 异号
2024/10/13
人工智能教程习题及答案第4章习题参考解答
第四章不确定性推理习题参考解答4.1 练习题4.1什么是不确定性推理？有哪几类不确定性推理方法？不确定性推理中需要解决的基本问题有哪些？4.2什么是可信度？由可信度因子CF(H，E)的定义说明它的含义。
4.3什么是信任增长度？什么是不信任增长度？根据定义说明它们的含义。
4.4当有多条证据支持一个结论时，什么情况下使用合成法求取结论的可信度？什么情况下使用更新法求取结论可信度？试说明这两种方法实际是一致的。
4.5设有如下一组推理规则：r1：IF E1THEN E2(0.6)r2：IF E2AND E3THEN E4 (0.8)r3：IF E4THEN H (0.7)r4：IF E5THEN H (0.9)且已知CF(E1)=0.5，CF(E3)=0.6，CF(E5)=0.4，结论H的初始可信度一无所知。
求CF(H)=？4.6已知：规则可信度为r1：IF E1THEN H1(0.7)r2：IF E2THEN H1(0.6)r3：IF E3THEN H1(0.4)r4：IF (H1 AND E4) THEN H2(0.2)证据可信度为CF(E1)=CF(E2)=CF(E3)=CF(E4)=CF(E5)=0.5H1的初始可信度一无所知，H2的初始可信度CF0(H2)=0.3计算结论H2的可信度CF(H2)。
4.7设有三个独立的结论H1，H2，H3及两个独立的证据E1与E2，它们的先验概率和条件概率分别为P(H1)=0.4，P(H2)=0.3，P(H3)=0.3P(E1/H1)=0.5，P(E1/H2)=0.6，P(E1/H3)=0.3P(E2/H1)=0.7，P(E2/H2)=0.9，P(E2/H3)=0.1利用基本Bayes方法分别求出：（1）当只有证据E1出现时，P(H1/E1)，P(H2/E1)，P(H3/E1)的值各为多少？这说明了什么？（2）当E1和E2同时出现时，P(H1/E1E2)，P(H2/E1E2)，P(H3/E1E2)的值各是多少？这说明了什么？4.8在主观Bayes方法中，请说明LS与LN的意义。
人工智能导论 第2版 第4章 不确定性推理
✓当P(E|S)=0时，证据肯定不存在。
✓当P(E|S)=P(E)时，证据E与观察S无关。由全概率公式得：
P(H|S)=P(H|E)×P(E)+P(H|¬E)×P(¬E)＝P(H)
✓当P(E|S)为其它值时，通过
计算P(H|S)
P(H/S) P(H/E)
P(H)
P(H/¬E)
0
P(E)
1 P(E/S)
23
逆概率法的特点
逆概率法在实际中有很多应用。
✓ 比如：把Hi (i=1,2,…,n)当作可能发生的疾病；把Ej ( j=1,2,…,n)当 作相应的症状；P(Hi)是从大量实践中得到的疾病Hi的先验概率； P(Ej|Hi)是疾病Hi发生时观察到症状Ej的条件概率。
➢逆概率法有较强的理论背景和良好的数学特性，当证据及 结论都彼此独立时计算的复杂度比较低。
1 2 n (H) (H)
(H )
36
主观Bayes方法推理示例(1)
☆例. 设有如下知识：
已知：Θ(H1)＝0.1， Θ(H2)＝0.01， C(E1|S1)=2, C(E2|S2)=1 求： Θ(H2|S1S2)=?
P(H1)=Θ(H1)/(1+Θ(H1))=0.09 P(H1|E1)=Θ(H1|E1)/(1+Θ(H1|E1))= LS1×Θ(H1)/(1+LS1×Θ(H1))=0.17 ∵C(E1|S1)=2>0 ∴P(H1|S1)=P(H1)+[P(H1|E1)-P(H1)]×1/5×C(E1|S1)
6
2. 不确定性推理的基本问题
• 设计一个不确定性匹配算法； • 指定一个匹配阈值。 • 在匹配时，一个简单条件对应于一个单一的证据，
人工智能第4章(不确定性推理方法)
28
例：容器里的球
现分别有 A，B 两个容器，在容器 A 里分别有 7 个红球和 3 个白球，在容器 B 里有 1 个红球和 9 个白球。
现已知从这两个容器里任意抽出了一个球，且是红球， 问：这个红球是来自容器 A 的概率是多少?
假设已经抽出红球为事件 B，从容器 A 里抽出球为事件 A， 则有：P(B) = 8 / 20 P(A) = 1 / 2 P(B | A) = 7 / 10，
证据（前提）的不确定性表示 规则的不确定性表示 推理计算---结论的不确定性表示
11
证据的不确定性度量
单个证据的不确定性获取方法：两种 初始证据：由提供证据的用户直接指定，用可信度因子对 证据的不确定性进行表示。如证据 E 的可信度表示为 CF(E)。 如对它的所有观测都能肯定为真，则使CF(E)=1；如能肯定 为假，则使 CF(E)=-1 ；若它以某种程度为真，则使其取小 于1的正值，即0< CF(E)<1;若它以某种程度为假，则使其 取大于 -1 的负值，即-1< CF(E)<0; 若观测不能确定其真假， 此时可令CF(E)=0。
P (H | E) - P (H) , 当 P (H | E) P (H) 1 P (H) CF(H, E) P (H | E) - P (H) , 当P (H | E) P (H) P (H)
15
确定性方法
规则
规则的不确定性表示 证据（前提）的不确定性表示 推理计算—结论的不确定性表示
24
规则
(推理计算 4）
CF(E) < =0，
规则E H不可使用，即此计算不必进行。
0 < CF(E) <= 1，
例：容器里的球
现分别有 A，B 两个容器，在容器 A 里分别有 7 个红球和 3 个白球，在容器 B 里有 1 个红球和 9 个白球。
现已知从这两个容器里任意抽出了一个球，且是红球， 问：这个红球是来自容器 A 的概率是多少?
假设已经抽出红球为事件 B，从容器 A 里抽出球为事件 A， 则有：P(B) = 8 / 20 P(A) = 1 / 2 P(B | A) = 7 / 10，
证据（前提）的不确定性表示 规则的不确定性表示 推理计算---结论的不确定性表示
11
证据的不确定性度量
单个证据的不确定性获取方法：两种 初始证据：由提供证据的用户直接指定，用可信度因子对 证据的不确定性进行表示。如证据 E 的可信度表示为 CF(E)。 如对它的所有观测都能肯定为真，则使CF(E)=1；如能肯定 为假，则使 CF(E)=-1 ；若它以某种程度为真，则使其取小 于1的正值，即0< CF(E)<1;若它以某种程度为假，则使其 取大于 -1 的负值，即-1< CF(E)<0; 若观测不能确定其真假， 此时可令CF(E)=0。
P (H | E) - P (H) , 当 P (H | E) P (H) 1 P (H) CF(H, E) P (H | E) - P (H) , 当P (H | E) P (H) P (H)
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确定性方法
规则
规则的不确定性表示 证据（前提）的不确定性表示 推理计算—结论的不确定性表示
24
规则
(推理计算 4）
CF(E) < =0，
规则E H不可使用，即此计算不必进行。
0 < CF(E) <= 1，
第4章 不确定性推理方法(导论)
2643证据理论431概率分配函数432信任函数433似然函数434概率分配函数的正交和证据的组合435基于证据理论的不确定性推理27431概率分配函数是变量x所有可能取值的集合且d中的元素是互斥的在任一时刻x都取且只能取d中的某一个在证据理论中d的任何一个子集a都对应于一个关于x的命题称该命题为x或者是红色或者是蓝色
条件与结论的联系强度 。
IF 头痛 AND 流涕 THEN 感冒 （0.7）
13
4.2 可信度方法
1. 知识不确定性的表示
▪ CF（H，E）的取值范围: [-1,1]。 ▪ 若由于相应证据的出现增加结论 H 为真的可信度， 则 CF（H，E）> 0，证据的出现越是支持 H 为真， 就使CF（H，E) 的值越大。 ▪ 反之，CF（H，E）< 0，证据的出现越是支持 H 为 假，CF（H，E）的值就越小。 ▪ 若证据的出现与否与 H 无关，则 CF（H，E）= 0。
0.28 0.48 0.280.48 0.63
CF1,2,3
(H
)
1
CF1,2 (H ) min{| CF1,2 (
CF3 (H ) H ) |,| CF3 (H
)
|}
0.63 0.27 1 min{0.63,0.27}
Байду номын сангаас
0.36 0.73
0.49
综合可信度：CF(H) 0.49
求：CF(H )
21
4.2 可信度方法
解：
第一步：对每一条规则求出CF（H）。
r: 4
CF (E1 ) 0.7 max{ 0, CF[E4 AND (E5 OR
E6 )]}
0.7 max{ 0, min{ CF (E4 ), CF (E5 OR E6 )}} 0.7 max{ 0, min{CF (E4 ), max{ CF (E5 ), CF (E6 )}}}
条件与结论的联系强度 。
IF 头痛 AND 流涕 THEN 感冒 （0.7）
13
4.2 可信度方法
1. 知识不确定性的表示
▪ CF（H，E）的取值范围: [-1,1]。 ▪ 若由于相应证据的出现增加结论 H 为真的可信度， 则 CF（H，E）> 0，证据的出现越是支持 H 为真， 就使CF（H，E) 的值越大。 ▪ 反之，CF（H，E）< 0，证据的出现越是支持 H 为 假，CF（H，E）的值就越小。 ▪ 若证据的出现与否与 H 无关，则 CF（H，E）= 0。
0.28 0.48 0.280.48 0.63
CF1,2,3
(H
)
1
CF1,2 (H ) min{| CF1,2 (
CF3 (H ) H ) |,| CF3 (H
)
|}
0.63 0.27 1 min{0.63,0.27}
Байду номын сангаас
0.36 0.73
0.49
综合可信度：CF(H) 0.49
求：CF(H )
21
4.2 可信度方法
解：
第一步：对每一条规则求出CF（H）。
r: 4
CF (E1 ) 0.7 max{ 0, CF[E4 AND (E5 OR
E6 )]}
0.7 max{ 0, min{ CF (E4 ), CF (E5 OR E6 )}} 0.7 max{ 0, min{CF (E4 ), max{ CF (E5 ), CF (E6 )}}}
第4章不确定与非单调推理-Read
(2) 对R3： CF(B1∧A3) = min{0.9, 1} = 0.9 CF(B2) = 0.8 × max{0, CF(B1∧A3) } = 0.72
p 132-133 例4.2
l 带有阈值限度的不确定性推理 Ø 知识不确定性的表达 IF A THEN B (CF(B, A)，λ) （1）CF(B, A)∈(0, 1] 为规则的可信度因子 （2） λ ∈(0, 1]规定规则可应用的条件，只有 CF(A)≥ λ时，才能使用这条规则。 Ø 证据不确定性的表示 证据A的不确定性用可信度因子CF(A)表示， 其取值范围为[0，1]。
Ø 组合证据不确定性的算法 CF(A1∧A2) = min{CF(A1), CF(A2)} CF(A1∨A2) = max{CF(A1), CF(A2)} CF(~A) = - CF(A)
Ø 推理计算 (1) 已知CF(A)， A→B，CF(B，A)，求CF(B) CF(B) = CF(B, A) × max{0, CF(A)} (2) 由规则A1→B求得CF(B)，又使用规则A2→B 时，如何更新CF(B)。 即已知CF(A1)，CF(A2)，及CF(B, A1)， CF(B, A2)来寻求CF(B)。
Ø 逆概率方法 症状A，可能的疾病B1，B2，…，Bn IF A THEN Bi，i = 1,2,…n
要求Bi之间相互独立， i = 1,2,…n 。 计算可能是比较困难的。
l可信度方法（确定性方法）
以确定性因子或称可信度作为不确定性的度量。 Ø 可信度的概念 根据经验对一个事物或现象为真的相信程度， 称为可信度。 Ø C-F模型 ü 知识不确定性的表示 IF A THEN B (CF(B, A)) 可信度CF描述规则的不确定性。
Ø 证据的不确定性表示 也是用可信度因子表示的。 证据A，可信度因子 -1<=CF(A)<=1 A肯定为真时，CF(A) = 1 A肯定为假时，CF(A) = -1 对A一无所知时，CF(A) = 0 CF(A) > 0 表示A以CF(A)程度为真 CF(A) < 0表示A以-CF(A)程度为假 实际应用中，初始证据的CF值由专家主观给 定，其它证据的CF在推理中算出。
人工智能4不确定性推理
模糊集上的运算主要有：包含、交、并、补等等。
1. 包含运算
定义4.5 设A，B∈F(U)，若对任意u∈U，都有
μB(u)≤μA(u) 成立，则称A包含B，记为B A。 2. 交、并、补运算
定义4.6 设A，B∈F(U)，以下为扎德算子
A
B : A
B (u)
max{ uU
A
(u
),
B
(u)}
A (u) B (u)
3
模糊集的表示方法（1）
若论域离散且有限，则模糊集A可表示为：
也可写为：
A={μA(u1),μA(u2),…,μA(un)}
或者：
A=μA(u1)/u1+μA(u2)/u2+…+μA(un)/un
n
n
A (u ) / u , 或者A (u ) / u
Ai
i
Ai
i
i 1
i 1
A={μA(u1)/u1,μA(u2)/u2,…,μA(un)/un} A={(μA(u1),u1),(μA(u2),u2),…,(μA(un),un)} 隶属度为0的元素可以不写。
(A, B) 1 [1 (1 0.2)] 0.9 2
即A和B两个模糊集之间的匹配度为0.9。
21
语义距离
如果论域U上两个模糊集A和B的语义距离为d(A,B)，则其匹配度为 1-d(A,B)。
曼哈顿距离（Manhattan Distance）或者海明距离（Hamming
Distance）
d (A, B)
A
•
B
{
U
A
(ui
)
B
(ui
)}
A⊙
B
{
人工智能原理及应用第4章 不确定性推理方法
4.2 概率推理
4.2.1 概率的基本性质和计算公式
4.2.1.2 事件间的关系 两个事件A与B可能有以下几种特殊关系： 并事件：对两个事件A与B，如果事件表达的是“事件A与事件B至 少有一个发生”，则称该事件为A与B的并事件，记为AUB。可见， 并事件是由A与B的所有样本点共同构成的事件。 交事件：如果事件表达的是“事件A与事件B同时发生”，则称该 事件为A与B的交事件，记为A∩B。可见，交事件是由既属于A又属 于B的所有样本点构成的事件。 互斥关系：若A与 B不能同时发生，则称A与B互斥，记作AB= Ø 对立关系：若A与B互斥，且必有一个发生，则称A与B对立，又称 A为B的余事件，或B为A的余事件。
并：记C=“A与B中至少有一个发生”，称为事件A与B的并，记
作 C { ห้องสมุดไป่ตู้ A 或 B} 。
差：记C=“A发生而B不发生”，称为事件A与B的差。
求余： ~ A \ A
4.2 概率推理
4.2.1 概率的基本性质和计算公式
4.1.2.3 事件的概率 定义4.5 设Ω为一个随机实验的样本空间，对Ω上的任意事件A，规定 一个实数与之对应且满足以下三条基本性质，记为P(A)，称为事件A 发生的概率：
知识
图4-1 不确定性推理
4.1 不确定推理概述
4.1.1 不确定推理的概念
采用不确定性推理是客观问题的需求，其原因包括以下几个方面： （1）所需知识不完备，不精确 （2）所需知识描述模糊 （3）多种原因导致同一结论 （4）解决方案不唯一
4.1 不确定推理概述
4.1.2不确定性推理的基本问题和方法分类
机缘控制
启发式搜索
图4-2 不确定性推理分类
概率方法 主观Bayes方法 可信度方法 证据理论
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2、可信度方法
它 是 MYCIN 专 家 系 统中使用的不确定 推理模型，它以确 定性理论为基础， 方法简单、易用。
3、证据理论
它通过定义信任 函数、似然函数， 把知道和不知道 区别开来。
4.2 不确定性推理方法分类
2、控制方法 特点:通过识别领域中引起不确定性的某些特征及 相应的控制策略来限制或减少不确定性对系统产生的 影响，这类方法没有处理不确定性的统一模型，其效 果极大地依赖于控制策略。
4.2 不确定性推理方法分类
纯概率方法虽然有严密的理论依据，但它通常要求给出事件的先验 概率和条件概率，而这些数据又不易获得，因此其应用受到了限制。为 了解决这这个问题，人们在概率理论的基础上发展起来了一些新的方法 及理论:
1、主观Bayes方法
它是PROSPECTOR专 家系统中使用的不 确定推理模型，是 对Bayes公式修正 后形成的一种不确 定推理方法。
P( H i | E )
P( E | H i ) P( H i )
P( E | H
j 1
n
i＝1,2, ,n
(4.3.2)
j
) P( H j )
这就是说，当已知结论Hi 的先验概率，并且已知结论Hi(i=1,2,…） 成立时前提条件 E 所对应的证据出现的条件概率 P(E|Hi) ，就可以用上
数值方法是对不确定性的一种定量表示和 处理方法。
非数值 方法
非数值方法是指出数值方法外的其他各种处 理不确定性的方法 ,它采用集合来描述和处 理不确定性，而且满足概率推理的性质。
4.2 不确定性推理方法分类
对于数值方法，按其依据的理论不同又可分为 以下两类： 分类
数值方法
1、基于概 率的方法
2、模糊推理
i
(4.3.1)
Bayes公式容易由条件概率的定义、乘法公式和全 概率公式得到。在Bayes公式中，称为先验概率，而称 为后验概率，也就是条件概率。
4.3 概率方法
4.3.3 逆概率方法的基本思想 1．单个证据的情况
如果用产生式规则 IF E THEN Hi i ＝1, 2, , n 其中前提条件E 代替Bayes公式中B，用Hi 代替公式中的Ai 就可得到
1．表示问题
1、知识不确定性的表示 2、证据的不确定性表示
1、不确定性的传递算法 2、结论不确定性的合成 3、组合证据的不确定性算法 1、知识的不确定性度量 2、证据的不确定性度量
2. 计算问题
3. 语义问题
4.2 不确定性推理方法分类
1、模型方法 特点 : 把不确定的证据和不确定的知识分别与某 种度量标准对应起来，并且给出更新结论不确定性的 算法，从而构成了相应的不确定性推理的模型。 数值方法
式求出相应证据出现时结论Hi
的条件概率P(Hi|E)。
4.3 概率方法
2．多个证据的情况 对于有多个证据 E1 , E2 , , Em 和多个结论 H , H , , H 并且每个证据都以一定程度支持结论的情况，上面的 式子可进一步扩充为
1 2 n
P( H i / E1E2
Em )
P( E1 / H i ) P( E2 / H i )
i j
4.4 主观Bayes方法
4.4.1 知识不确定性的表示
在主观Bayes方法中，知识是用产生式规则表示的，具体 形式为
IF E THEN (LS，LN) H
(P(H))
其中 （ 1 ） E 是该知识的前提条件。它既可以是一个简单条件，也可 以是复合条件。 （2）H 是结论。P(H)是 H 的先验概率，它指出在没有任何证据 情况下的结论 H 为真的概率，即 H 的一般可பைடு நூலகம்性。其值由领 域专家根据以往的实践及经验给出。 （ 3）（ LS，LN） 为规则强度。其值由领域专家给出。 LS， LN相 当于知识的静态强度。
4.3 概率方法
4.3.2 Bayes定理 设 A, B1 , B2 , Bn 为一些事件， P ( A) 0, B1 , B2 , Bn 互不 相交，P(Bi)>0，i=1,2,…,n，且 P ( Bi 1) 则对于
k 1, 2, n, 有，
i
P( Bk ) P( A | Bk ) P( Bk | A) P( Bi ) P( A | Bi )
相关性制 导回溯
机缘控制
启发式 搜索
4.3 概率方法
4.3.1 经典概率方法
设有如下产生式规则： IF E THEN H 其中，E为前提条件，H为结论，具有随机性。 根据概率论中条件概率的含义，我们可以用条件概率 表示上述产生式规则的不确定性程度，即表示为在证据 出现的条件下，结论H成立的确定性程度。 对于复合条件 E = E1 AND E2 AND … AND En 可以用条件概率作为在证据出现时结论的确定程度。
P ( Em / H i ) P ( H i ) P ( Em / H j ) P ( H j )
(4.3.3)
P( E / H ) P( E
j 1 1 j
n
2
/ H j)
4.3 概率方法
4.3.4 逆概率方法的优缺点 逆概率公式的优点是它有较强的理论背景和良好 的数学特征，当证据及结论彼此独立时计算的复杂度 比较低。其缺点是要求给出结论 H i 的先验概率P ( H i ) 及 证据 E j 的条件概率 P( E j / H i ) ，尽管有些时候 P( E j / H i ) 比 P( H / E ) 相对容易得到，但总的来说，要想得到这 些数据仍然是一件相当困难的工作。另外，Bayes公式 的应用条件是很严格的，它要求各事件互相独立等， 如若证据间存在依赖关系，就不能直接使用这个方法。
L/O/G/O
第四章
不确定性推理
本章内容
1 2 3 4 5 不确定性推理中的基本问题 不确定性推理方法分类 概率方法 主观Bayes方法
可信度方法
证据理论
6
4.1 不确定性推理中的基本问题
要实现对不确定性知识的处理，必须要解决不 确定知识的表示问题，不确定信息的计算问题，以 及不确定性表示和计算的语义解释问题。
4.4 主观Bayes方法
4.4.2 证据不确定性的表示
若以O(A) 或P(A)表示证据A的不确定性，则转换公式 是：
当A为假时 0 P( A) O( A) 当A为真时 1 P( A) 0, 当A介于真假之间时