知識表示和推理是人工智能挑戰的核心: 要充分理解智能和認知的本質，使計算機能夠表現出類似人類的能力。早在1958年，約翰·麥卡錫(John McCarthy)就考慮過可以運用常識的人工智能系統。從這些早期工作中，研究人員確信(人工)智能可以被形式化為具有明確知識表征的符號推理，而研究的核心挑戰是弄清楚如何在計算機中表示知識，并使用它的算法來解決問題。
多年以后，這本書調研了構成知識表示和推理領域的大量科學和工程見解。在三個方面取得了進展。首先，研究人員探索了知識表示和推理的一般方法，解決了跨越應用領域的基本問題。其次，研究人員開發了專門的知識表示和推理方法來處理核心領域，如時間、空間、因果關系和行動。第三，研究人員處理了知識表示和推理的重要應用，包括查詢回答、規劃和語義網。因此，本書分為三個部分來涵蓋這些主題。
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第一部分主要介紹人工智能系統中表示知識的一般方法。它從經典邏輯和定理證明的背景開始，然后轉向擴展經典邏輯的新方法——例如，處理定性的或不確定的信息——并改進其計算可處理性。
- 第一章通過調研自動化推理的經典邏輯和方法，為后面章節提供了背景知識。
- 第二章描述了可滿足性(SAT)求解器的顯著成功。研究人員發現，這類自動推理可以用于越來越多的實際應用，而且效率驚人。
- 第三章回顧了描述邏輯的研究，提供了用術語知識表示和推理的方法。描述邏輯是語義Web表示語言的核心。
- 第四章描述了約束規劃，一個解決組合搜索問題的強大范例。這種類型的知識表示和推理結合了來自人工智能、運籌學、算法和圖論的廣泛技術。
- 第五章回顧了在概念圖方面有影響的研究。這種結構化的表示提供了一種表達性語言和強大的推理方法，這對于自然語言理解等應用程序是必不可少的。
- 第六章介紹了非單調邏輯，它處理與處理一般規則異常相關的復雜問題。這些邏輯被稱為“非單調”，因為它們描述了當考慮到額外的異常時從知識庫撤回信息的情況。
- 第七章建立在上一章的基礎上，描述了答案集邏輯，它巧妙地處理了默認規則和例外，以及它們所產生的非單調推理。這種邏輯形式也支持關于行為的因果效應的推理——常識的另一個關鍵特征。
- 第八章通過對信念修正技術的調查繼續了這個主題，也就是說，一個主體是如何根據與之前的信念相矛盾的新信息改變其知識庫的。
- 第九章解釋了連續系統定性模型的作用。這些模型實現了常識的另一個關鍵特征: 使用不完整信息進行推理。這種推理形式可以計算，例如，一個系統可能的未來狀態，這是重要的許多任務，如診斷和輔導。
- 第十章證明了這些理論和技術為問題解決者建立了基礎，這些解決者利用系統行為的明確模型來完成諸如設計、測試和診斷等任務。這種基于模型的問題解決器以基本原理知識和具有正式邏輯基礎的推理引擎為基礎，而不是與特定實例和情況相關聯的經驗，實現了知識表示和推理技術的工業應用所需的能力和健壯性。
- 第十一章直面現實世界領域中不可避免的不確定性問題，并調查了貝葉斯網絡作為一種建模和基于不確定信念進行推理的方法的廣泛研究。
第二部分探討了用知識的一些核心領域(包括時間、空間、因果關系和行動)來表示和推理的特殊挑戰。這些挑戰在應用程序領域中普遍存在，因此解決方案必須是通用的和可組合的。
- 第十二章討論了如何表示一個不斷變化的時序世界。在這個貫穿本節的主題中，這提出了各種有趣的本體論問題——比如時間應該用點還是間隔來建模，以及在什么層次上粒度化——以及這些決定的實際后果。
- 第十三章調研了空間的定性表示，包括拓撲、方向、形狀、大小和距離，以及適用于每個空間的推理方法。雖然沒有單一的理論涵蓋這些主題全面，研究人員已經產生了一個強大的工具包。
- 第十四章建立在前兩章的基礎上，并對定性建模進行了研究，以解決一般的物理推理問題。發展了兩個重要的領域理論(液體和固體)，并探討了在替代模型之間轉換的關鍵問題。
- 第十五章調研了一個主體的知識和信念的表現，包括關于其他主體的知識狀態的命題(例如，“湯姆相信瑪麗知道……”)。這種工作可以很好地擴展到在智能體社區中處理公共知識和分布式知識。
- 第十六章考察了“情境演算”的悠久歷史——為處理動態世界而設計的知識表示。麥卡錫和海斯首先定義的情形是“宇宙在某一時刻的完整狀態”。因為情境是可以被量化的一階對象，這個框架已經被證明是關于變化的推理的一個強有力的基礎。
- 第十七章描述了事件演算作為一種情景演算的替代，它具有一些額外的好特性。特別是，事件演算有助于表示連續事件、不確定性影響、持續時間事件、觸發事件等等。
- 第十八章通過引入時態動作邏輯，繼續開發為動態世界設計的表示語言。這個語言家族特別適合于推理持久性，也就是說，世界上的特性會隨著時間的推移而不變，直到一個動作影響到它們。它簡化了不確定性動作、有持續時間的動作、并發動作和動作的延遲效果的表示，部分原因是它使用了顯式時間，并且它將自動計劃器與形式主義緊密地結合在一起。
- 第十九章關注于非單調因果邏輯，它使用框架問題的強解決方案來處理動態世界。這一邏輯始于這樣的假設:每件事都有一個原因:要么是先前的動作，要么是慣性(持久性)。這導致了一些關鍵問題的很好的形式化，比如分支、隱含的操作前提條件和操作的并發交互影響。
第三部分介紹了知識表示和推理的重要應用。應用領域涵蓋了人工智能的廣度，包括問題回答、語義網、計劃、機器人和多智能體系統。每一項應用都廣泛借鑒了第一部分和第二部分中所述的研究結果。
- 第二十章調研了問答系統。這些系統會回答相關文檔的問題，在某些情況下，還會回答常識信息的知識庫。該系統的挑戰是選擇相關的文本段落(一個信息檢索任務)，解釋它們(一個自然語言理解任務)和推斷問題的答案(一個推理任務)。
- 第二十一章回顧了語義網的發展:萬維網的一個擴展，在它的內容是用一種正式的語言表達的，使軟件代理能夠發現、整合和推理它。這帶來了許多挑戰，包括將知識表示方法縮放到Web的大小。
- 第二十二章調查了自動化規劃的進展，這使得這些系統比早期人工智能的“經典規劃”更加強大。例如，新框架支持不確定性操作和部分可觀察性，這是現實領域的重要屬性。
- 第二十三章將知識表示和推理擴展到一個新的方向:認知機器人。這一應用的挑戰在于，機器人的世界是動態的、不完全已知的，這需要重新思考傳統的人工智能任務方法，比如規劃，以及耦合高級推理和低級感知。
- 第二十四章對多智能體系統的研究進行了調查，其中每個智能體代表和推理環境中的其他智能體是很重要的。當代理有不同的，或者更糟的——沖突的目標時，這就特別具有挑戰性。
- 第二十五章描述了知識工程的工具和技術:如何獲得可以用其他章節中描述的形式來表達的知識。
此外，這25章，組織在三個部分“一般方法”，“專門的表示和“應用”，提供了一個獨特的調研，最好的知識表示已經取得，由幫助塑造領域的研究人員寫。我們希望學生，研究人員和從業者在所有領域的人工智能和認知科學將發現這本書是一個有用的資源。
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概率圖模型的形式化為捕獲隨機變量之間的復雜依賴關系和建立大規模多元統計模型提供了統一的框架。圖模型已經成為許多統計、計算和數學領域的研究焦點，包括生物信息學、通信理論、統計物理、組合優化、信號和圖像處理、信息檢索和統計機器學習。在特定情況下出現的許多問題- -包括計算邊緣值和概率分布模式的關鍵問題。利用指數族表示，并利用指數族累積函數和熵之間的共軛對偶性，我們提出了計算概率、邊際概率和最可能配置問題的一般變分表示。我們描述了各種各樣的算法,其中sum-product集群變分方法,expectation-propagation,平均場方法,max-product和線性規劃松弛——都可以理解的精確或近似形式的變分表示。變分方法提供了一個補充替代馬爾科夫鏈蒙特卡洛作為在大規模統計模型推理的方法。
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這是我2004年，2006年和2009年在斯坦福大學教授的概率理論博士課程的講義。本課程的目標是為斯坦福大學數學和統計學系的博士生做概率論研究做準備。更廣泛地說，文本的目標是幫助讀者掌握概率論的數學基礎和在這一領域中證明定理最常用的技術。然后將此應用于隨機過程的最基本類的嚴格研究。
為此，我們在第一章中介紹了測度與積分理論中的相關元素，即事件的概率空間與格-代數、作為可測函數的隨機變量、它們的期望作為相應的勒貝格積分，以及獨立性的重要概念。
利用這些元素，我們在第二章中研究了隨機變量收斂的各種概念，并推導了大數的弱定律和強定律。
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基于第一章的框架，我們在第四章討論了條件期望的定義、存在性和性質，以及相關的規則條件概率分布。
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在此基礎上，在第十章中，我們利用不變性原理重新構造了布朗運動作為某些重新標定的隨機游動的極限。進一步研究了其樣本路徑的豐富性質以及布朗運動在clt和迭代對數定律(簡稱lil)中的許多應用。
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微積分
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這是為未來的科學家和工程師準備的微積分介紹的第二卷。第二卷是第一卷的延續，包括第六到第十二章。第六章介紹了向量、向量運算、向量的微分與積分及其應用。第七章研究了以向量形式表示的曲線和曲面，并研究了與這些形式相關的向量運算。此外，還研究了用矢量表示法表示密度、表面積和體積元素的方法。方向導數是與其他向量運算及其屬性一起定義的，因為這些額外的向量使我們能夠找到具有多個變量的函數的最大值和最小值。第八章研究標量場和向量場以及涉及這些量的運算。詳細研究了高斯散度定理、斯托克斯定理和平面上的格林定理及其相關應用。第九章介紹了來自科學和工程選定領域的向量的應用。第十章介紹了矩陣演算和差分演算。第十一章介紹了概率論和統計學。第十章和第十一章之所以出現，是因為在當今社會，技術發展正趨向于一個數字化的世界，學生們應該接觸到一些運算性的微積分，這是為了理解這些技術所需要的。第十二章是作為一個后續想法，介紹那些對數學的一些更高級的領域感興趣的人。
如果你是微積分的初學者，那么一定要確保你有適當的代數和三角的背景材料。如果你有不明白的地方，不要害怕向你的老師提問。去圖書館找一些其他的微積分書，從不同的角度來介紹這門學科。在因特網上，人們可以找到許多微積分的幫助。在因特網上，人們還可以找到許多關于微積分應用的說明。這些額外的學習輔助將向你展示在不同的微積分科目上有多種方法，應該有助于你的分析和推理技能的發展。
//www.math.odu.edu/~jhh/Volume-2.PDF
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為機器配備對世界實體及其關系的全面了解一直是人工智能的一個長期目標。在過去的十年中，大規模知識庫(也稱為知識圖譜)已經從Web內容和文本源中自動構建出來，并且已經成為搜索引擎的關鍵模塊。這種機器知識可以被用來從語義上解釋新聞、社交媒體和網絡表格中的文本短語，并有助于回答問題、自然語言處理和數據分析。本文調查基本概念和實際的方法來創建和管理大型知識庫。它涵蓋了用于發現和規范化實體及其語義類型以及將它們組織成干凈的分類法的模型和方法。在此基礎上，本文討論了以實體為中心的屬性的自動提取。為了支持機器知識的長期生命周期和質量保證，本文提出了構建開放模式和知識管理的方法。學術項目的案例研究和工業知識圖表補充了概念和方法的調查。
概述
增強計算機的“機器知識”，可以推動智能應用是計算機科學的一個長期目標[323]。由于知識獲取方面取得了重大進展，這一以前難以捉摸的愿景如今已變得切實可行。這包括將嘈雜的互聯網內容轉化為實體和關系上的清晰知識結構的方法。知識獲取方法使得自動建設知識庫(KB):機器可讀的關于現實世界的事實的集合。如今，公開的KBs提供了數以百萬計的實體(比如人、組織、地點和書籍、音樂等創意作品)和數十億的聲明(比如誰研究了哪里，哪個國家擁有哪一種資本，或者哪位歌手演唱了哪首歌)。大公司部署的專有KBs包含了更大范圍的知識，有一到兩個數量級的實體。
知識庫成為關鍵資產的一個突出用例是Web搜索。當我們向百度、Bing或谷歌發送一個類似“迪倫抗議歌曲”的查詢時，我們會得到一個清晰的歌曲列表，比如《Blowin ' in the Wind》、《Masters of War》或《a- gonna Rain ' s a- gonna Fall》。因此，搜索引擎自動檢測到我們對某一個體實體的事實感興趣——這里是鮑勃·迪倫——并要求特定類型的相關實體——抗議歌曲——作為答案。這是可行的，因為搜索引擎在其后端數據中心有一個巨大的知識庫，有助于發現用戶請求(及其上下文)中的實體，并找到簡明的答案。
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這篇文章共分為十章。第2章給出了知識表示的基礎知識，并討論了知識庫的設計空間。第3、4和5章介紹了構建包含實體和類型的知識庫核心的方法。第3章討論了利用具有豐富和干凈的半結構化內容的優質資源，第4章討論了從文本內容中獲取的知識。第5章特別關注將實體規范化為唯一表示的重要問題。第6章和第7章通過發現和提取實體的屬性以及實體之間的關系的方法擴展了知識庫的范圍。第6章主要討論為感興趣的屬性預先設計模式的情況。第7章討論了為KB模式中尚未指定的屬性和關系發現新的屬性類型的情況。第8章討論了知識庫管理和知識庫長期維護的質量保證問題。第9章介紹了幾個具體KBs的案例研究，包括工業知識圖譜(KGs)。我們在第10章以關鍵課程和關于機器知識主題可能走向的展望來結束。
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語義表示是自然語言處理的基礎，我們需要將原始文本數據中的有用信息轉換為計算機能夠理解的語義表示，才能實現各種自然語言處理應用。表示學習旨在從大規模數據中自動學習數據的語義特征表示，并支持機器學習進一步用于數據訓練和預測。以深度學習為代表的表示學習技術，能夠靈活地建立對大規模文本、音頻、圖像、視頻等無結構數據的語義表示，顯著提升語音識別、圖像處理和自然語言處理的性能，近年來引發了人工智能的新浪潮。本書是第一本完整介紹自然語言處理表示學習技術的著作。書中全面介紹了表示學習技術在自然語言處理領域的最新進展，對相關理論、方法和應用進行了深入介紹，并展望了未來的重要研究方向。
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這本受歡迎的教科書的第一版，當代人工智能，提供了一個學生友好的人工智能介紹。這一版完全修訂和擴大更新，人工智能: 介紹機器學習，第二版，保留相同的可訪問性和解決問題的方法，同時提供新的材料和方法。
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語義：本章節從廣泛的角度看待基于文本表達和計算語義的努力，包括形式邏輯和神經詞嵌入等方面。
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