第七章 其它学习方法

  2.学习概念的CL系统
  在科学发展史上,定性关系的发现往往先于定量关系。在化学发展中尤为突出。在十七到十八世纪中,人们通过大量实验,以物质的味道、质地等物理性质和物质间的化学反应为基础,总结出了物质的分类。酸(ACID)、碱(ALKALI)、盐(SALT)概念的获得及分类就是一个例子。CL系统就是模拟这一过程的。它的输入是对于物质的物理化学性质的描述,系统由此抽象出酸、碱、盐的概念,并输出这些概念所包含的物质及其物理化学性质。也可以包括若干与酸、碱、盐无关的物质及性质,这不会妨碍系统的工作。

  (1)CL系统的实现
  CL系统可以看作若干规则在启发式指导下搜索问题空间。
  CL系统的求解过程如下:
初始状态 一系列具体物质的物理与化学性质的描述。
目标状态 产生抽象类别(概念),并定义概念的物理与化学性质的描述。
中间状态 对具体物质和抽象概念的物理与化学性质的混合的描述。
规则 归类规则:形成一个类别,并用类别名替换具体物质。
   量化规则:在性质描述中,确定对抽象名是用存在量词还是用全称量词。
启发式 对"归类规则":选择相同性质出现次数最多的一类物质集合归类。
    对"量化规则":若某个概念包含的全部具体物质都符合某个性质,则为全称量词。
搜索策略 无"回溯"的深度优先搜索。
  为了实现上述过程,采用下列步骤:
  第一步:对物理与化学性质分别采用如下的知识表示形式:
   (NIL(INPUTS(HCl NaOH))(OUTPUTS(NaC1)))
   (NIL(OBJ(NaCl))(TAS(SALTY)))
为了方便,物质名称用分子式表示。表中NIL处开始为空,以后存放量词。
  第二步:引进频率函数,用以计算各性质的重复次数,以便发现概括力最强的概念。
  第三步:归类、替换、量化的函数。在频率函数的基础上实现归纳、抽象。
  第四步:对中间状态重复第二、三步,直到不能归纳出新类为止。

  (2)CL系统发现酸、碱、盐概念的过程
  初始状态
FACTS1:([NIL(INPUTS(HCl NaOH))(OUTPUTS(NaCl]
     [NIL(INPUTS(HO KOH))(OUTPUTS(KCl]
     [NIL(1NPUTS (HNO3 NaOH)) (OUTPUTS (NaN03]
     [NIL (INPUTS (HNO3 KOH)) (OUTPUTS (KNO3])
FACTS2:([NIL(OBJ(HCl))(TAS(SOUR]
     [NIL(OBJ(HNO3))(TAS(SOUR]
     [NIL(OBJ(Na C1))(TAS(SALTY]
     [NIL(0BJ(KCl))(TAS(SALTY]
     [NIL(OBJ(NaNO3))(TAS(SALTY]
     [NIL(OBJ(KNO3))(TAS(SALTY]
     [NIL(OBJ(NaOH))(TAS(BITTER]
     [NIL(OBJ(KOH))(TAS(BITTER])
FACTS3:NIL

  状态1
FACTS1:([SALT(INPUTS(HCl NaOH)) (OUTPUTS(SALT]
     [SALT (INPUTS (HCl KOH)) (OUTPUTS(SALT]
     [SALT(INPUTS(HNO3NaOH))(OUTPUTS(SALT]
     [SALT(INPUTS(HNO3KOH))(OUTPUTS(SALT])
FACTS2:([NIL(OBJ(HCl))(TAS(SOUR]
     [NII(OBJ(HNO3))(TAS(SOUR)
     [SALT (OBJ(SALT))(TAS(SALTY]
     [NIL(OBJ(NaOH))(TAS(BITTER]
     [NIL(OBJ(KOH))(TAS(BITTER)
FACTS3:([SALT(NaCl KCl NaN03 KN03)])

  状态2
FACTS1:([ACID,SALT(INPUTS(ACID NaOH))(OUTPUTS(SALT]
     [ACID,SALT(INPUTS(ACID KOH))(OUTPUTS(SALT])
FACTS2:([ACID(OBJ(ACID))(TAS(SOUR)
     [SAIT (OBJ(SALT))(TAS(SALTY]
     [NIL(OBJ(NaOH))(TAS(BITTER]
     [NIL(OBJ(KOH))(TAS(BITTER])
FACTS3:([SALT(NaCl KCl NaNO3 KNO3)]
     [ACID(HCl HNO3)])

  状态3
FACTS1:([ALKALI,ACID,SALT (INPUTS(ACID ALKALI))(OUTPUTS (SALT))
FACTS2:([ACID(OBJ(ACID))(TAS,(SOUR)
     [SALT(OBJ(SALT))(TAS(SALTY)
     [ALKALI(OBJ(ALKALI))(TAS(BITTER))
FACTS3:([SALT(NaCl KCl NaN03 KNO3]
     [ACID(HCl HNO3]
     [ALKALI(NaOH KOH])

  在初始状态,频率函数发现盐味这一性质出现得最多,则把有盐味的NaCl、KCl、NaNO3、KNO3归为一类,称为SALT。替换是直接的,凡出现这四个物质的地方,全部用SALT代替。对于量化,在HCl+NaOH→NaCl的反应中,NaCl换成KCl不成立,所以用存在量词。而有盐味对四个物质全成立,所以用全称量词。