Table Of ContentLeitfaden der angewandten Informatik
J. Retti u. a.
Artificial Intelligence
- Eine Einfiihrung
Leitfiden der angewandten Informatik
Unter beratender Mitwirkung von
Dr. Hans-Jurgen Appelrath, Zurich
Dr. Hans-Werner Hein, St. Augustin
Dr. Rolf Pfeifer, Zurich
Dr. Johannes Retti, Wien
Prof. Dr. Michael M. Richter, Kaiserslautern
herausgegeben von
Prof. Dr. Lutz Richter, Zurich
Prof. Dr. Wolffried Stucky, Karlsruhe
Die Bande dieser Reihe sind allen Methoden und Ergebnissen der In
formatik gewidmet, die fur die praktische Anwendung von Bedeutung
sind. Besonderer Wert wird dabei auf die Darstellung dieser Methoden
und Ergebnisse in einer allgemein verstandlichen, dennoch exakten und
prazisen Form gelegt. Die Reihe solI einerseits dem Fachmann eines ande
ren Gebietes, der sich mit Problemen der Datenverarbeitung beschaftigen
muB, selbst aber keine Fachinformatik-Ausbildung besitzt, das fUr seine
Praxis relevante Informatikwissen vermitteln; andererseits solI dem Infor
matiker, der auf einem dieser Anwendungsgebiete tatig werden will, ein
Uberblick uber die Anwendungen der Informatikmethoden in diesem Ge
biet gegeben werden. Fur Praktiker, wie Programmierer, Systemanalytiker,
Organisatoren und andere, stellen die Bande Hilfsmittel zur Losung von
Problemen der taglichen Praxis bereit; dariiber hinaus sind die Veroffentli
chungen zur Weiterbildung gedacht.
Artificial Intelligence
- Eine Einfiihrung
Von
Dr. J. Retti, Siemens AG, Wien
Dr. W. Bibel, Technische Universitat Miinchen
Prof. Dr. B. Buchberger, Universitat Linz
Dipl.-Ing. E. Buchberger, Universitat Wien
Dr. W. Horn, Universitat Wien
Dr. A. Kobsa, Universitat Saarbriicken
Dr. I. Steinacker, VOEST Alpine AG, Linz
Prof. Dr. R. Trappl, Universitat Wien
Dr. H. Trost, Universitat Wien
2., iiberarbeitete Auflage
B. G. Teubner Stuttgart 1986
Dipl.-Ing. Dr. techno Johannes Retti
Geboren 1952 in Innsbruck. Von 1972 bis 1984 Studium der Informatik an der
Technischen Universitiit Wien, 1984 Promotion. Assistent am Institut fUr Medizini
sche Kybernetik und Artificial Intelligence der Universitiit Wien von 1979 bis 1984.
Seit 1981 Universitiitslektor, 1985 Lehrauftrag fUr "Wissensrepriisentation und Wis
sensrepriisentationssprachen" an der Technischen Universitiit Wien. Seit 1984 bei
der Siemens AG Osterreich in der Entwicklung tiitig, Projektleiter "Einsatz wissens
basierter Systeme".
Dr. Wolfgang Bibel
Geboren 1938 in Nurnberg. 1964 Diplom fUr Mathematik, Universitiit Munchen.
1968 Dr. rer. nat. (Mathematik, Physik, Philosophie) an der Universitiit Munchen.
Seit 1969 wiss. Assistent am Institut fUr Informatik der Technischen Universitiit
Munchen. Gastprofessuren an der Wayne State University, Detroit, USA, der Uni
versitiit des Saarlandes, der Universitiit Karlsruhe und der Universitiit Rom.
o. Univ.-Prof. Dr. Bruno Buchberger
Geboren 1942 in Innsbruck. 1966 Dr. phil. (Mathematik, Nebenfach Physik), 1973
Habilitation (Mathematik) an der Universitiit Innsbruck. Seit 1974 o. Univ.-Prof.
fUr Mathematik an der Universitiit Linz, Einrichtung des Studienschwerpunktes
"Computerunterstutztes Mathematisches Problemlosen". Forschungsaufenthalte
bzw. Gastprofessuren am Kernforschungsinstitut in Dubna (Moskau), Dpt. of
Computer Science der University of Delaware und der University of Wisconsin
Madison (USA), Instituto di Matematica, Universita di Genova (Italien).
Dipl.-Ing. Ernst Buchberger
Geboren 1957 in Wien. Von 1975 bis 1981 Studium der Informatik an der Techni
schen Universitiit Wien. Ab 1981 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fUr Me
dizinische Kybernetik und Artificial Intelligence der Universitiit Wien, seit 1982
Universitlitslektor.
Dipl.-Ing. Dr. techno Werner Hom
Geboren 1953 in Villach. Von 1971 bis 1977 Studium der Informatik an der Tech
nischen Universitiit und Universitlit Wien. 1983 Promotion zum Doktor der Techni
schen Wissenschaften. Seit 1978 als Universitiitsassistent am Institut fUr Medizini
sche Kybernetik und Artificial Intelligence der Universitiit Wien tlitig. Seit 1980
Universitiitslektor fUr die Gebiete "Artificial Intelligence und ihre Anwendung in
der Medizin" und "Expertensysteme". Seit 1984 Leiter der Abteilung "Expertensy
sterne" des Osterreichischen Forschungsinstituts fUr Artificial Intelligence.
Dipl.-Ing. Mag. Dr. techno Alfred Kobsa
Geboren 1956 in Linz. Von 1975 bis 1980 Studium der Informatik und Betriebs
und Verwaltungsinformatik an der Universitiit Linz, von 1980 bis 1981 Assistent am
dortigen Institut fUr Informatik. Von 1980 bis 1982 Studien in Kognitiver Psycholo-
gie, Linguistik, Logik und Wissenschaftstheorie an der Universitai: Salzburg. Mitar
beiter am Forschungsprojekt ,Sprachverstehende Systeme' des Instituts fur Medizi
nische Kybemetik und Artificial Intelligence der Universitat Wien (1982 bis 1985)
und am Projekt ,Benutzermodellierung' des Osterreichischen Forschungsinstituts
fUr Artificial Intelligence (1985). Lektor fUr Cognitive Science an der Universitat
Wien. Seit 1985 Leiter des Projekts ,Naturlichsprachlicher Zugang zu Expertensy
stemen' (XTRA) im Sonderforschungsbereich 314 (Kunstliche Intelligenz - Wis
sensbasierte Systeme) an der Universitat Saarbriicken.
Dipl.-Ing. Dr. techno Ingeborg Steinacker
Geboren 1953 in Innsbruck. Von 1972 bis 1974 Studium der Mathematik an der
Universitat Innsbruck. Von 1974 bis 1984 Studium der Informatik an der Techni
schen Universitat Wien, 1984 Promotion. Seit 1980 wissenschaftliche Mitarbeit am
Institut fUr Medizinische Kybemetik und Artificial Intelligence der Universitat
Wien, seit 1983 Lektor an der Universitat Wien. Seit 1984 bei der VOEST Alpine
AG in Linz tatig.
o. Univ.-Prof. Dr. Robert Trappl
Geboren am 16. Janner 1939 in Wien. Ing. (Elektrotechnik), Dr. phil. (Hauptfach
Psychologie, Nebenfach Astronomie), Diplom aus Soziologie des Instituts fUr Ho
here Studien. 1971 Habilitation fUr Biokybemetik und Bioinformatik, seit 1977 or
dentlicher Professor fur Medizinische Kybemetik und Artificial Intelligence und
Vorstand des gleichnamigen Instituts an der Universitat Wien. Universitatslektor
fUr Mathematik an der Technischen Universitat Wien.
Dipl.-Ing. Dr. techno Harald Trost
Geboren 1952 in Wien. Von 1970 bis 1983 Studium der Informatik an der TU Wien.
1983 Promotion. Seit 1978 Assistent am Institut fUr Medizinische Kybemetik und
Artificial Intelligence der Universitat Wien. Seit 1981 Universitatslektor.
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Artificial intelligence: e. Einf. / von J. Retti ... - 2., iiberarb. Aufl. - Stuttgart: Teubner, 1986
(Leitfliden der angewandten Informatik)
ISBN 978-3-519-12473-3 ISBN 978-3-322-93997-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-93997-5
NE: Retti, Johannes [Mitverf.)
Das Werk einschliel3lich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschiitzt. Jede Verwertung aul3erhalb
der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzullissig und
strafbar. Das gilt besonders fiir Vervielfliltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Ein
speicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
© B. G. Teubner Stuttgart 1986
Gesamtherstellung: Zechnersche Buchdruckerei GmbH, Speyer
Umschlaggestaltung: W. Koch, Sindelfingen
Vorwort
Vorliegendes Buch entstand im wesentlichen aus einer
Vortragsreihe, deren Ziel es war, eine EinfUhrung in die
Artificial Intelligence (KUnstliche Intelligenz) zu bieten. Neben
grundlegenden Methoden werden realisierte Systeme aus ver-
schiedenen Teilbereichen der Artificial Intelligence prasentiert
und nicht zuletzt auch ein kritischer Blick auf mogliche
Auswirkungen geworfen.
Artificial Intelligence befindet sich im Aufbruch und ist
gegenwartig dabei, sich auch in Europa als eigenstandiges
Wissenschaftsgebiet zu etablieren. Die revolutionierende Be-
deutung des Computers als intelligenter Partner des Menschen
beginnt sich erst abzuzeichnen.
An dieser Stelle sei das Sprachproblem erwahnt. Oa Ver
offentlichungen auf dem Gebiet der Artificial Intelligence primar
in englischer Sprache erfolgen, ist das Vokabular von englischen
Begriffen durchsetzt und neben dem Problem der Bedeutungs
verschiebung - mitunter nur schwer einzudeutschen. So wurden die
Orginalbegriffe oft beibehalten. Daraus ergibt sich der Vorteil,
mit Hilfe dieses Buches auch englischsprachige Arbeiten leichter
verstehen zu konnen. Der Nachteil liegt in der Sprachvermischung,
fUr die wir hier den Leser um Verstandnis bitten.
Allen, die zum Zustandekommen dieses Buches beigetragen haben, sei
an dieser Stelle herzlich gedankt.
Wien - Linz - MUnchen, im Mai 1984 Die Autoren
Vorwort zur 2. Auflage
Die erste Auflage un seres Buches "Artificial Intelligence - Eine
EinfUhrung" hat allenthalben gute Aufnahme gefunden und wir freuen
uns, hiermit die 2.Auflage vorlegen zu konnen. Wir haben die
Gelegenheit genutzt, der raschen Weiterentwicklung der Artificial
Intelligence durch Oberarbeitung einiger Punkte Rechnung zu
tragen. Insbesondere wurden die Literaturhinweise um vor kurzem
erschienene wichtige Arbeiten erganzt. Nicht zuletzt auch wurde
das abschlieBende Kapitel um einen Blick in die Zukunft der
Artificial Intelligence erweitert.
Leider war es wegen der KUrze der zur VerfUgung stehenden Zeit
nicht moglich, eigene Kapitel Uber die wichtigsten
Programmierparadigma der AI (Funktionale, Objektorientierte,
Logikorientierte Programmierung) und ihre Realisierungen als
Programmiersprachen (beispielsweise LISP, SMALL TALK und PROLOG)
sowie ein weiteres wichtiges Teilgebiet der AI, Computer Vision,
aufzunehmen. Dies bleibt wohl der nachsten Auflage Uberlassen.
Wir hoffen, mit der Neuauflage dieser EinfUhrung einen Beitrag zur
Verbreitung des Wissens Uber eines der aufstrebendsten jungen
Gebiete der Informatik leisten zu konnen und stehen, wie bisher
schon, fUr Anregungen und weitere Verbesserungsvorschlage gerne
zur VerfUgung.
Wien - Linz - MUnchen - SaarbrUcken, im Juni 1986
Die Autoren
Inhaltsverzeichnis
O. Einleitung ............................. : ...................... 1
Johannes Retti
1. Intelligente Maschinen? ....................................... 7
Ingeborg Steinacker
1.1 Einleitung ................................................. 8
1.2 Menschliche Intelligenz - KUnstliche Intelligenz ........... 8
1.3 Intelligente Fahigkeiten des Computers .................... 10
1.3.1 Probleme losen ...................................... 11
1.3.2 Konzepte lernen ..................................... 12
1.3.3 Verstehen natUrlicher Sprache ....................... 13
1.3.4 Befehle ausfUhren ................................... 15
1.3.5 Der Computer als Experte ............................ 17
1.4 Oberblick Uber Forschungsgebiete der AI ................... 17
1.5 Voraussetzungen fUr intelligentes Verhalten .............. 18
1.6 Ausblick .................................................. 23
2. Methoden der Artificial Intelligence .......................... 29
Werner Horn
2.1 Suchstrategien am Beispiel des Schiebepuzzle .............. 30
2.1.1 Breadth-Fi rst-Suche ................................. 31
2.1.2 Depth-First-Suche ................................... 33
2.1.3 Heuristische Suche .................................. 34
2.2 Planung bei Robotern ...................................... 36
2.2.1 Automatisches Beweisen von Formeln im
PradikatenkalkUl .................................... 38
2.2.2 Means-Ends-Analyse .................................. 39
2.2.3 Erzeugen eines Aktionsplanes ........................ 41
2.3 Erkennen von Objekten ..................................... 43
Literatur ................................................ 47
3. Wissensreprasentation in der AI am Beispiel
Semant i scher Netze ............................................ 49
Harald Trost
3.1 Weshalb ist Wissen notwendig? ............................. 50
notwendi g? ............................................... 50
3.2 Methoden der Wissensreprasentation ........................ 51
3.2.1 Deklarative Reprasentation ............. : ............ 51
3.2.2 Prozedurale Reprasentation .......................... 54
3.2.3 Frame-Reprasentat i on ................................ 55
3.3 Semantische Netze ......................................... 57
3.3.1 Entwicklung Semantischer Netze ...................... 58
3.3.1.1 Konzept - Individuum - Manifestation ........ 59
3.3.1.2 Case Grammars ............................... 60
3.3.1.3 Eine neue Generation Semantischer
Netze ............................................. 64
3.4 KLONE ..................................................... 66
3.4.1 Konzepte ............................................ 67
3.4.2 Rollen .............................................. 68
3.4.3 Relationen zwischen Rollen .......................... 69
3.4.4 RoleSet Relations ................................... 70
3.4.5 Kontext und Nexus ................................... 70
3.5 Zusammenfassung ........................................... 71
L i teratur .................................................... 73
4. Knowledge Engineering und Expertensysteme .................... 75
Johannes Retti
4.1 Was versteht man unter Knowledge Engineering? ............ 76
4.2 Komponenten und Methoden etablierter Expertensysteme ...... 78
4.2.1 Wissensbasis ........................................ 80
4.2.2 I nferenzkomponente .................................. 82
4.2.3 Erk 1 arungskomponente ................................ 88
4.2.4 Wi ssenserwerbskomponente ............................ 88
4.2.5 Dialogkomponente .................................... 89
4.3 Anwendungsbereiche von Expertensystemen ................... 90
4.3.1 Medizin ............................................. 91
4.3.2 Elektronik .......................................... 93
4.3.3 Chemie .............................................. 93
4.3.4 Geologie ............................................ 94
4.3.5 Sprachverstehen ..................................... 95
4.3.6 Mathematik .......................................... 95
4.3.7 Design, Planung ..................................... 96
4.3.8 Militarische Anwendungen ............................ 96
4.4 SoftwareunterstUtzung des Knowledge Engineering ........... 97
4.5 Ausblick: Knowledge Engineer, ein Spezialist der
Zukunft? ................................................. 99
L i teratur ............................................... 101
5. Artificial Intelligence und Kognitive Psychologie ............ 105
Alfred Kobsa
5.1 Motivation .............................................. 106
5.2 KUnst 1 i che-I ntell i genz-Forschung ........................ 107
5.3 Kognitive Psychologie ................................... 111
5.4 Verbindung zwischen KUnstlicher-Intelligenz-
Forschung und Kognitiver Psychologie .................... 113
5.4.1 Performanz- und Explorationsmodelle ............... 114
5.4.2 Strukturmodelle ................................... 115
5.4.3 Von der KUnstlichen Intelligenz zur "Universellen"
Intelligenz? ...................................... 118
5.5 Erste Ergebnisse der Zusammenarbeit und deren
Beurte i 1 ung ............................................. 120
5.6 Anmerkungen ............................................. 125
L i teratur ............................................... 127
6. Sprachverstehen in der Artificial Intelligence .............. 131
Ernst Buchberger
6.1 Begriffsklarung .......................................... 132
6.2 Probleme bei der Analyse naturlicher Sprache ............. 133
6.3 Ziele und Vorgangsweise beim Sprachverstehen ............. 135
6.4 Geschichte sprachverstehender Systeme .................... 136
6.4.1 Fruhe sprachverstehende Systeme .................... 138
6.4.2 Sprachverstehende Systeme der 70er und 80er
Jahre .............................................. 140
6.5 Ausblick ................................................. 146
Li teratur ................................................ 147
7. Automat i sche I nferenz ........................................ 151
Wolfgang Bibel
7.1 Mathematisch-logische Grundlagen ........................ 154
7.1.1 Klassische Logik .................................. 154
7.1.2 Modallogik ........................................ 159
7.2 Nicht-monotone Inferenz ................................. 161
7.3 Spez i a 1f ormen der I nferenz .............................. 167
7.3.1 Inferenz unter verschiedenen Akteuren ............. 167
7.3.2 Meta-Inferenz ..................................... 168
7.3.3 Lernen ............................................ 169
L i teratur ................................................... 171
8. Automat i sches Programmi eren ................................. 175
Bruno Buchberger
8.1 Problemstellung ......................................... 176
8.2 Logisches Programmieren ................................. 181
8.3 Automatische Programmsynthese ........................... 186
8.4 Automatische Programmtransformation ..................... 192
8.5 Automatische Programmverifikation ....................... 195
8.6 Ein integrierter Software-Arbeitsplatz .................. 199
L i teratur ............................................... 200
9. Zukunft und Auswirkungen der Artificial Intelligence ........ 205
Robert Trappl
9.1 Hat die AI eine Zukunft? ................................ 206
9.2 Wie wird sie aussehen? .................................. 208
9.3 Und mit welchen Auswirkungen? ........................... 212
9.3.1 These 1: Wissen wird wichtige Ware ................ 213
9.3.2 These 2: Arbeitsplatze: Quantitativ weniger,
qualitativ anders ................................. 214
9.3.3 These 3: Starker Zuwachs an Steuerungs- und
Kontrollmoglichkeit ............................... 216
9.3.4 These 4: Stark geandertes Selbstverstandnis
des Menschen ...................................... 218
Literatur ................................................ 219
10. Index ...................................................... 223
