人工智能知識表示課件

1、第四章 知識表示,概述表示方法,第四章 知識表示,概述表示方法,,概述 --- 4.1 基本概念,人工智能研究中最基本的問題之一在知識處理中總要問到：“如何表示知識？”，“知識是用什么來表示的?”。怎樣使機(jī)器能懂，能對之進(jìn)行處理，并能以一種人類能理解的方式將處理結(jié)果告訴人們。 在AI系統(tǒng)中，給出一個清晰簡潔的描述是很困難的。有研究報道認(rèn)為。嚴(yán)格地說AI對知識表示的認(rèn)真、系統(tǒng)的研究才剛剛開始。,概述,知識的定義（難以給出明確的定

2、義只能從不同側(cè)面加以理解）Feigenbaum：知識是經(jīng)過削減、塑造、解釋和轉(zhuǎn)換 的信息。Bernstein：知識是由特定領(lǐng)域的描述、關(guān)系和過程 組成的。 Hayes-roth：知識是事實、信念和啟發(fā)式規(guī)則。 >>>知識庫的觀點：知識是某領(lǐng)域中所涉及的各有關(guān)方 面的一種符號表示。,概述,知識的定義,Hayes-roth：知識的三維空間表示,概述,知識的分類事實性知識：采

3、用直接表示的形式如：凡是猴子都有尾巴過程性知識：描述做某件事的過程如：電視維修法行為性知識：不直接給出事實本身，只給出它在某方面的行為如：微分方程、（事物的內(nèi)涵）……..,概述,知識的分類……..實例性知識：只給出一些實例，知識藏在實例中。類比性知識: 即不給出外延，也不給出內(nèi)涵，只給出它與其它事物的某些相似之處 如：比喻、謎語 元知識：有關(guān)知識的知識。最重要的元知識是如何使用知識的知識，如何從知識

4、庫中找到想要的知識。,概述,知識的要素事實：事物的分類、屬性、事物間關(guān)系、科學(xué)事實、客觀事實等。（最低層的知識） 規(guī)則：與事物的行動、動作相聯(lián)系的因果關(guān)系知識。（啟發(fā)式規(guī)則）。控制：當(dāng)有多個動作同時被激活時，選擇哪一個動作來執(zhí)行的知識。（技巧性） 元知識：高層知識。怎樣使用規(guī)則、解釋規(guī)則、校驗規(guī)則、解釋程序結(jié)構(gòu)等知識。,概述,知識表示的定義知識表示是研究用機(jī)器表示知識的可行性、有效性的一般方法，是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一。

5、 知識表示是理智推理的部分理論。 知識表示是有效計算的載體知識表示是交流的媒介（如語義網(wǎng)絡(luò)）,概述,知識表示的定義知識表示是對知識的一種描述、一組約定、一種計算機(jī)可以接受的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；是知識的符號化過程。知識表示的主要問題是：設(shè)計各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，研究表示與控制的關(guān)系、表示與推理的關(guān)系；表示與所表示領(lǐng)域的關(guān)系。,概述,選取知識表示的因素表示范圍是否廣泛是否適于推理是否適于計算機(jī)處理是否有高效的算法能否表示不精確知識能否模

6、塊化總之 ………,知識和元知識能否用統(tǒng)一 的形式表示是否加入啟發(fā)信息過程性表示還是說明性表示表示方法是否自然,概述,選取知識表示的因素………..總之，人工智能問題的求解是以知識表示為基礎(chǔ)的。如何將已獲得的有關(guān)知識以計算機(jī)內(nèi)部代碼形式加以合理地描述、存儲、有效地利用便是表示應(yīng)解決的問題。,概述,研究內(nèi)容表示觀的研究：認(rèn)識論、本體論、知識工程表示方法的研究：直接法、代替法(局部、分布，…….),概述,知識表示

7、研究的特點智能行為特有的靈活性?！俺ＷR問題”不能概括為一類簡潔的理論，是大量小理論的集合。 AI的任務(wù)受到計算裝置的約束。這導(dǎo)致了所采用的“表示”必須同時滿足“刻畫智能現(xiàn)象”與“計算裝置可以接受”，這兩個有時是矛盾的條件。,第四章 知識表示,概述表示方法,,第四章 知識表示,概述表示方法,,,表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法 >>過程表示混合型知識

8、表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法 —概述,表示方法可以分成2類替代表示法局部表示類：最充分也是正統(tǒng)AI最經(jīng)常使用的分布表示法：對局部表示法在智能行為表述尚不夠充分而作的補(bǔ)充。直接表示法：正在引起越來越多AI研究者的注意。不可完全獨立：考慮到“任何表示方法必須被計算機(jī)所接受” 這個

9、先決條件，直接表示需要借助局部或部分表示形式。,表示方法 —概述,表示方法,分布表示,局部表示,陳述性表示,過程性表示,語義網(wǎng)絡(luò)表示,產(chǎn)生式表示,邏輯表示,框架表示,腳本表示,替代表示,,直接表示,表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示

10、混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法 —直接表示,1963年由Gelernter提出的。用于基于傳統(tǒng)歐氏幾何證明的幾何定理證明器。它的輸入是對前提和目標(biāo)的陳述以及圖示（圖示是用一系列坐標(biāo)來表示的）。在證明過程中，證明器把圖示作為啟發(fā)式信息，排除在圖示中不正確的子目標(biāo)。從而大大地減少了搜索空間。 但……..,表示方法 —直接表示,1963年由Gelernter提出的。用于基于傳統(tǒng)歐氏幾何證明的幾何定理證明器。它的輸入

11、是對前提和目標(biāo)的陳述以及圖示（圖示是用一系列坐標(biāo)來表示的）。在證明過程中，證明器把圖示作為啟發(fā)式信息，排除在圖示中不正確的子目標(biāo)。從而大大地減少了搜索空間。 但……..,表示方法 —直接表示,但，長期以來直接表示沒有得到長足發(fā)展。原因如下：計算機(jī)對直接表示的信息難以處理。直接表示難以表示定量信息（語言設(shè)計失?。┲苯颖硎静荒苊枋鲎匀皇澜绲娜啃畔?這兩年直接表示有所發(fā)展，因為，現(xiàn)在認(rèn)識到，可以用其它媒體表示的方法去補(bǔ)充直接表

12、示的不足?！獙⒈话l(fā)展成多媒體。 引申的研究是臨場AI與臨境技術(shù)。近幾年AI對自主智能系統(tǒng)研究（完全機(jī)器做人不干預(yù)）的失望，導(dǎo)致對建立人機(jī)一體智能系統(tǒng)的嘗試。這樣系統(tǒng)所需環(huán)境的要求是直接表示興起的原因之一。,表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方

13、法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法 — 一階謂詞邏輯表示法,一階謂詞邏輯是謂詞邏輯中最直觀的一種邏輯。它以謂詞形式來表示動作的主體、客體?？腕w可以多個。謂詞邏輯規(guī)范表達(dá)式：P ( x1, x2, x3, …)， 這里P是謂詞, xi是主體與客體。,表示方法 — 一階謂詞邏輯表示法,例：王的職業(yè)為教師。 設(shè)謂詞P(x,a) P(Wang,Teacher)所有男性年齡

14、大于60歲則退休。 設(shè)謂詞A(y,b) , G(x,y) , S(z,c) ,R(t) (?u){S(u,male)?(?x)[A(u,x)?G(x,60)] ? R(u)},表示方法 —邏輯表示法,例：兔子F(x)比烏龜G(y)跑得快H(x,y) (?x)(?y)(F(x) ?G(y) ?H(x,y))有的兔子比所有烏龜跑得快 (?x)F(x) ? (?y)(G(y) ? H(x,y))

15、并不是所有的兔子都比烏龜跑得快 ?(?x)(?y)(F(x) ?G(y) ?H(x,y))不存在跑得一樣快L(x,y)的兩子兔子 ?(?x)(?y)(F(x) ?G(y) ? L(x,y)),表示方法 —邏輯表示法,謂詞邏輯法是應(yīng)用最廣的方法之一，其原因是：謂詞邏輯與數(shù)據(jù)庫，特別是關(guān)系數(shù)據(jù)庫就有密切的關(guān)系。 一階謂詞邏輯具有完備的邏輯推理算法。謂詞邏輯本身具有比較扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，知識的表達(dá)方式?jīng)Q定

16、了系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。邏輯推理是公理集合中演繹而得出結(jié)論的過程。,表示方法 —邏輯表示法,存在問題：謂詞表示越細(xì)，推理越慢、效率越低，但表示清楚。實際中是要折衷的。,<<<,表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混

17、合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法— 4.2 產(chǎn)生式規(guī)則表示法,美國數(shù)學(xué)家Post，1943年提出了一種計算形式體系里所使用的術(shù)語。主要是使用類似文法的規(guī)則，對符號串做替換運(yùn)算。這就是最早的一個產(chǎn)生式系統(tǒng)。到了60年代，產(chǎn)生式系統(tǒng)成為認(rèn)知心理學(xué)研究人類心理活動中信息加工過程的基礎(chǔ)，由此心理學(xué)家認(rèn)為，人腦對知識的存儲就是產(chǎn)生式形式。因此，用它來建立人類認(rèn)知模型。到目前為止，產(chǎn)生式系統(tǒng)已發(fā)展成為人工智能系統(tǒng)中最典型最普遍的

18、一種結(jié)構(gòu)。產(chǎn)生式表示方法是專家系統(tǒng)的第一選擇的知識表達(dá)方式。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,表示形式（事實）一般用三元組（對象，屬性，值）或 （關(guān)系，對象1，對象2）例：（Lee, Age, 35）, (Friend, Lee, Chang),表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,表示形式（規(guī)則）：每個規(guī)則分左邊右邊。 If 條件 then 結(jié)論/動作如：天上下雨

19、→ 地上濕 該動物有毛發(fā) → 該動物是哺乳動物 一般左邊表示情況，即什么條件。發(fā)生時產(chǎn)生式被調(diào)用。通常用匹配方法和式情況。匹配成功時，執(zhí)行右邊規(guī)定的動作。蘊(yùn)含式與產(chǎn)生式的區(qū)別： ……,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,蘊(yùn)含式與產(chǎn)生式的區(qū)別： 蘊(yùn)含式只能表示精確知識，而產(chǎn)生式不僅可以表示精確知識，而且還可以表示不精確知識。用產(chǎn)生式表示知識的系統(tǒng)中，決定一條知識是否可用是匹配，且匹配可以是精確的，

20、也可以是不精確的；但對謂詞邏輯的蘊(yùn)含式匹配總要求是精確的。 蘊(yùn)含式是產(chǎn)生式的一種特殊情況,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本特征： 知識庫：一組規(guī)則，即產(chǎn)生式本身，包括事實和啟發(fā)式知識。推理機(jī)：一組程序，控制、協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)。利用知識庫中的知識，按一定的推理策略去解決問題。 構(gòu)成產(chǎn)生式系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu),表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：

21、,,產(chǎn)生式系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu) …………,知識庫,,推理機(jī),,,,,知識工程師領(lǐng)域?qū)＜?用戶,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,產(chǎn)生式系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)：,知識庫,推理機(jī),知識工程師 領(lǐng)域?qū)＜?用戶,解釋器,知識獲取,黑 板,,,,,,人 機(jī) 接 口,,,,,,,,,表示方法 —產(chǎn)生式規(guī)則表示法,產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本特征：…………數(shù)據(jù)庫（黑板、中間數(shù)據(jù)庫）：系統(tǒng)在執(zhí)行與推理過程中用來存放中間結(jié)果或證據(jù)。 一個解釋程序：一組

22、程序，負(fù)責(zé)對推理給出必要的解釋。知識獲?。簽樾薷暮蛿U(kuò)充知識庫的知識提供手段。 人機(jī)接口：友好的用戶界面。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,推理方法正向：由原始數(shù)據(jù)出發(fā)尋找可用的知識得出結(jié)論。自底向上（bottom-up） ，事實驅(qū)動方式。反向：先提出假設(shè)，進(jìn)一步尋找支持假設(shè)的證據(jù)。自頂向下（top-down），目標(biāo)驅(qū)動方式。雙向：通過正向推理提出假設(shè)，用反向推理尋找支持。既自底向上、又自頂向下作雙向推理，直至某個中間界面上兩

23、方向結(jié)果相符便成功結(jié)束。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,正向推理方法,A E H G C B,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,正向推理方法,A E H G C B,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,正向推理方法,A E H G C B D,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,正向推理

24、方法,A E H G C B D,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,正向推理方法,A E H G C B D F,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,正向推理方法,A E H G C B D F,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,正向推理方法,A E H G C B

25、 D F Z,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,正向推理方法,A E H G C B D F Z,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,反向推理方法,A E H G C B,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,目標(biāo)為 Z,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,反向推理方法,A E H G C B,F∧B ? Z

26、C∧D ? FA ? D,目標(biāo)為F,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,反向推理方法,A E H G C B,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,目標(biāo)為D,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,反向推理方法,A E H G C B,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,目標(biāo)為A,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,反向推理方法,A E H G C B,F∧B ? ZC∧D ? FA ? D,目標(biāo)Z確

27、定,例：P.157動物識別,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,動物識別規(guī)則庫:15條規(guī)則產(chǎn)生式系統(tǒng)求解過程舉例:正向推理:有已知事實,該動物有暗斑點、有長脖子、有長腿、有奶、有蹄。反向推理：以虎為假設(shè)目標(biāo)進(jìn)行推理。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,推理策略推理的控制策略，即求解問題的策略。有推理方向、搜索策略、沖突消解策略、求解策略及限制策略等。推理方向正向推理：由原始數(shù)據(jù)出發(fā)尋找可用的知識得出新事實，如此繼續(xù)直至得到結(jié)論。自底向上

28、（bottom-up） ，事實驅(qū)動方式。反向推理：先提出假設(shè)，由此出發(fā)，進(jìn)一步尋找支持假設(shè)的證據(jù)，當(dāng)所需證據(jù)與用戶提供原始數(shù)據(jù)相匹配則成功。自頂向下（top-down），目標(biāo)驅(qū)動方式。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,正向推理過程規(guī)則集中的規(guī)則與數(shù)據(jù)庫中的事實進(jìn)行匹配，得到匹配的規(guī)則集合。 從匹配的規(guī)則集合中選擇一條規(guī)則作為使用規(guī)則。 執(zhí)行使用規(guī)則的后件。將該使用規(guī)則的后件輸入數(shù)據(jù)庫。 重復(fù)進(jìn)行，直到達(dá)到目標(biāo)。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)

29、則表示法,正向推理算法（產(chǎn)生式系統(tǒng)）斷言一個事實使事實與某個規(guī)則的前提相匹配完成事實和前提的合一代換把代換應(yīng)用于規(guī)則的結(jié)論斷言結(jié)果，并把它應(yīng)用于進(jìn)一步的推理重復(fù)1）~ 5）,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,,正向推理算法流程,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,設(shè)計一正向推理系統(tǒng)能用數(shù)據(jù)庫（黑板）中的事實去匹配規(guī)則的前提，若匹配不成功，能自動地進(jìn)行下一條規(guī)則的匹配，在匹配時，采用什么策略等問題應(yīng)考慮周到。若某條規(guī)則匹配成功了，系統(tǒng)

30、能將此規(guī)則的結(jié)論部分自動加入數(shù)據(jù)庫。能判斷什么時候結(jié)束推理。能將匹配成功的規(guī)則記錄下來。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,反向推理過程用規(guī)則集中的規(guī)則后件與目標(biāo)事實進(jìn)行匹配，得到匹配的規(guī)則集合。 從匹配的規(guī)則集合中選擇一條規(guī)則作為使用規(guī)則。 把執(zhí)行的使用規(guī)則的前件作為下一個循環(huán)的目標(biāo)事實 。 重復(fù)進(jìn)行，直到達(dá)到目標(biāo)。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,反向推理算法（產(chǎn)生式系統(tǒng)） 提出獲取事實（目標(biāo)）的請求 目標(biāo)和任何已知的事實都不

31、匹配 目標(biāo)和一條規(guī)則的結(jié)論匹配 進(jìn)行目標(biāo)和結(jié)論的合一代換 將代換應(yīng)用于規(guī)則的前提 這個結(jié)論成為系統(tǒng)的新目標(biāo) 新目標(biāo)將執(zhí)行動作,重復(fù)1）~ 7）,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,反向推理算法流程,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,設(shè)計一反向推理系統(tǒng)能根據(jù)用戶要求或情況提出假設(shè)。能驗證此假設(shè)是否在數(shù)據(jù)庫中。能從知識庫中將結(jié)論部分包含此假設(shè)的規(guī)則都找出來。能將找出來的規(guī)則的前提部分取出并作為新假設(shè)逐條驗證。能判斷假設(shè)是否是證據(jù)節(jié)點

32、，若是，能向用戶提出相應(yīng)問題并記錄結(jié)果。能將匹配成功的規(guī)則記錄下來。能判斷何時應(yīng)結(jié)束推理。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,推理方法的選擇推理方法的選擇取決于推理的目標(biāo)和搜索空間的形狀。如果目標(biāo)是從一組給定事實出發(fā)，找出所有可能的結(jié)論，那么，通常使用正向推理。如果目標(biāo)是證實或否定某一特定結(jié)論，那么，通常使用反向推理，否則，從一組初始事實出發(fā)盲目地正向推理，可能得出許多和所要證實的結(jié)論無關(guān)的結(jié)論。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,推理

33、策略沖突消解策略1規(guī)則排序：規(guī)則的編排順序就是規(guī)則啟用的優(yōu)先級。專一性排序：若某一規(guī)則的條件部分規(guī)定的情況比另一條規(guī)則的條件部分所規(guī)定的情況更專門，則這條規(guī)則有較高的優(yōu)先級。就近排序：把最近使用的規(guī)則放在最優(yōu)先的位置。規(guī)模排序：按規(guī)則條件部分復(fù)雜程度排序，越復(fù)雜越優(yōu)先。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,推理策略沖突消解策略2數(shù)據(jù)排序：把規(guī)則條件部分的所有條件項按優(yōu)先級次序組織，可用知識的次序由這些知識所含條件按字典排序方法進(jìn)行

34、選擇。上下文限制：按問題求解狀態(tài)或新描述的上下文分塊組織知識庫，在某一求解狀態(tài)，只能使用相對應(yīng)組中的知識。數(shù)據(jù)冗余限制：若知識的操作產(chǎn)生上下文冗余項時，則降低該知識的優(yōu)先級。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,特點用產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)求解問題的過程和人類求解問題時的思維很相像。因而可以用它來模擬人類求解問題的思維過程。可以把產(chǎn)生式系統(tǒng)作為人工智能系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)單元或基本模型看待。就好像是積木世界中的積木塊一樣。因而研究產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本問題

35、就具有一般意義。表示的格式固定、形式單一、規(guī)則間相互獨立。所以建立容易；推理方式單純、知識庫與推理機(jī)分離，修改方便、容易理解。,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,優(yōu)點模塊性。規(guī)則與規(guī)則之間相互獨立靈活性。知識庫易于增加、修改、刪除自然性。方便地表示專家的啟發(fā)性知識與經(jīng)驗透明性。易于保留動作所產(chǎn)生的變化、軌跡,表示方法—產(chǎn)生式規(guī)則表示法,缺點：知識庫維護(hù)難。 效率低。為了模塊一致性 理解難。由于規(guī)則一致性彼此之間

36、不能調(diào)用。應(yīng)用實例：用于化工工業(yè)測定分子結(jié)構(gòu)的DENDRAL用于診斷腦膜炎和血液病毒感染的MYCIN估計礦藏的PROSPECTOR,<<<,表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮?/p>

37、表示方法,表示方法— 4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示法,概述1968年Quillian的博士論文建議用一種語義網(wǎng)絡(luò)來描述人對事物的認(rèn)知，實際上是對人腦功能的模擬。 邏輯和產(chǎn)生式表示方法常用于表示有關(guān)領(lǐng)域中各個不同狀態(tài)間的關(guān)系。然而用于表示一個事物同其各個部分間的分類知識就不方便了。 槽和填槽表示方法便于表示這種分類知識。這種表示方法包括語義網(wǎng)絡(luò)、框架、概念從屬和腳本。語義網(wǎng)絡(luò)方法的特點就在于提出了槽和填槽的結(jié)構(gòu)。 語義網(wǎng)絡(luò)同一階邏輯有相

38、同的能力。多用于自然語言處理。,表示方法— 語義網(wǎng)絡(luò)表示法,定義現(xiàn)實世界中，為描述概念、事物或知識之間錯綜復(fù)雜的相互關(guān)系，還存在著各種含義的聯(lián)系，把較簡單的概念、事物或知識之間的聯(lián)系稱為“語義聯(lián)系”。一個“語義網(wǎng)絡(luò)”被定義為由節(jié)點和弧（鏈）組成，其中節(jié)點表示各種事物、概念屬性及知識實體等；弧表示各種語義聯(lián)系，指明其所連接的節(jié)點之間的某種聯(lián)系。,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,表示形式每一個要表達(dá)的事實用一個“節(jié)點”表示，而事實之間的

39、關(guān)系用“弧線”表示。即，有向圖表示的三元組，（節(jié)點1， 弧，節(jié)點2）連接而成。,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,舉例表示事實 所有的知更鳥（robin）是鳥（bird）。 Clyde是一只知更鳥。 鳥有翅膀（wings）。 Clyde有一個巢（nest）。,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,舉例,Robin,Bird,Clyde,nest,Nest-1,Wings,所有的知更鳥（robin）是鳥（bird）。

40、Clyde是一只知更鳥。鳥有翅膀（wings）。Clyde有一個巢（nest）。,如何表示”Clyde從春天到秋天占有一個巢”?,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,表示事件: Clyde從春天（spring）到秋天（fall）占有一個巢。,Clyde,Nest-1,nest,Own-1,Situation,Ownership,>>>,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,舉例表示多元關(guān)系 AC米蘭與國際米蘭之間的一

41、場球賽比分 0:1。解決方法：將多元關(guān)系轉(zhuǎn)換成一組二元關(guān)系的組合（合?。?。即 R(x1,x2, … ,xn) 轉(zhuǎn)換為 R1(x11,x12)?R2(x21,x22) ? R3(x31,x32) ? …… ? Rk(xk1,xk2),表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,AC米蘭與國際米蘭之間的一場球賽比分 0:1。,,,,,Isa,Score,Host,Guest,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,舉例(表示連接詞、量詞)合

42、?。翰患幼⑷魏螛?biāo)志。析取：加注析取界限，并記DIS標(biāo)志。否定：直接加注? 或～標(biāo)志。例: ? ISA(A,B) ∨ PART_OF(B,C),表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,舉例(表示連接詞、量詞)蘊(yùn)涵：用標(biāo)志ANTE和CONSE界限來表示蘊(yùn)涵關(guān)系的前提和結(jié)論部分。Every one who lives at 37 Maple street is programmer.,Y,X,O(X,Y),表示特定地址事件,表示與此事件相關(guān)的人

43、,變量,函數(shù)形式,為一個特定職業(yè)事件,?,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,舉例(表示連接詞、量詞)存在量詞：直接用ISA鏈。全稱量詞：采用分塊語義網(wǎng)絡(luò)。例: 每一個教師均掌握一門語言.(?x) ( teacher (x) ? (?y) ( languages (y) ∧know (x,y) )),表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,每一個教師均掌握一門語言.(?x) ( teacher (x) ? (?y) ( languages

44、(y) ∧know (x,y) )),Teacher,Know,Languages,L,K,T,G,GS,,,agent,object,,概念節(jié)點,表示具有全稱量化的一般事件(陳述句),整個陳述句,斷言一個實例,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,推理特點不十分明了，有繼承規(guī)則?？梢杂藐P(guān)系如：成員聯(lián)系、特征聯(lián)系、相互作用聯(lián)系、集合聯(lián)系、合成聯(lián)系、因果聯(lián)系、活動方式聯(lián)式、活動目標(biāo)聯(lián)系、蘊(yùn)含聯(lián)系等。還可以將語義網(wǎng)絡(luò)引入邏輯含義。表示∧，∨，～關(guān)系，

45、是用歸結(jié)推理法。,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,推理方式：繼承和匹配繼承：把對事物的描述從概念節(jié)點或類節(jié)點傳遞到實例節(jié)點。通過繼承可以得到所需節(jié)點的一些屬性值，它通常是沿著Is－a，A－Kind－of等繼承弧進(jìn)行的。 值繼承 如果需要繼承 默認(rèn)繼承,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,繼承（例）,length,3,,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,值繼承算法（ 求給定節(jié)點F的S鏈的值）建立一個由F以及所有和F以ISA鏈相連的類

46、節(jié)點的表，在表中F節(jié)點排在第一個位置。檢查表中第一個元素的S鏈中是否有值，直到表為空或找到一個值。若表中第一個元素在S鏈中有值，就認(rèn)為找到了一個值。否則，從表中刪除第一個元素，并把以AKO鏈和此第一個元素相連的節(jié)點加入到這個表的末尾。若找到一個值，就說找到的這個值是F節(jié)點的S鏈的值，否則宣布失敗。,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,推理方式：繼承和匹配匹配：根據(jù)待求解問題或詢問，構(gòu)造一個語義網(wǎng)絡(luò)片斷，然后查找語義網(wǎng)絡(luò)的知識庫，在匹配過

47、程中，只有當(dāng)片斷中的變量節(jié)點能使得匹配完全成功，它們的值才能被約束。 有時匹配是不精確的或不能匹配 匹配的盲目搜索是費(fèi)時的，應(yīng)采用控制策略,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,推理方式：繼承和匹配匹配的主要過程：◇ 根據(jù)問題的要求構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)片斷，該網(wǎng)絡(luò)片斷中有些結(jié)點或弧為空，標(biāo)記待求解的問題?！?根據(jù)該語義片斷在知識庫中尋找相應(yīng)的信息?！螽?dāng)待求解的語義網(wǎng)絡(luò)片斷和知識庫中的語義網(wǎng)絡(luò)片斷相匹配時，則與詢問處（也就是待求解的地方

48、）相匹配的事實就是問題的解。,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,推理方式：繼承和匹配匹配舉例 問: Clyde擁有什么?構(gòu)造語義網(wǎng)絡(luò)片段與知識庫中的語義網(wǎng)絡(luò)匹配得到結(jié)論,表示方法—語義網(wǎng)絡(luò)表示法,結(jié)論語義網(wǎng)絡(luò)圖的好處是直觀、清晰缺點是表達(dá)范圍有限。如，一旦有十個結(jié)點，而且各結(jié)點之間又有聯(lián)系，則這個網(wǎng)絡(luò)就很難辨請了。,<<<,表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳

49、本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法 — 4.4 框架表示法,概述1975年 Minsky在論文中提出了框架理論。他從心理學(xué)的證據(jù)出發(fā)，認(rèn)為人的知識以框架結(jié)構(gòu)記存在人腦中。當(dāng)人們面臨新的情況，或?qū)栴}的看法有重要變化時，總是從自己的記憶中找出一個合適的框架，然后

50、根據(jù)細(xì)節(jié)加以修改補(bǔ)充，從而形成對新觀察到的事物的認(rèn)識。人類對于一件事的了解，表現(xiàn)在對于這件事物的諸方面，即屬性的了解。掌握了事物的屬性，也就有了關(guān)于事物的知識，知識表示是從屬性描述開始的。,表示方法—框架表示法,定義：框架是一種描述對象屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。是由若干個結(jié)點和關(guān)系（統(tǒng)稱為槽）構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。是語義網(wǎng)絡(luò)的一般化形式的一種結(jié)構(gòu)。同語義網(wǎng)絡(luò)沒有本質(zhì)的區(qū)別。如書上的所示如將語義網(wǎng)絡(luò)結(jié)點間弧上的標(biāo)注也放到槽內(nèi)就成了框架表示形式。組成：

51、由框架(Frame)名、槽(Slot)名、側(cè)面(Aspect)、值(Value)組成,表示方法—框架表示法,表示形式：……槽名i：側(cè)面名i1 值i11，值i12 ，… ，default: value 側(cè)面名i2 值i21，值i22 ，… ，default: value …………槽名j：,值類型：邏輯型、實數(shù)型、字符、子程序、框架,表示方法—框架表示法,三個特殊的側(cè)面：

52、 default：（默認(rèn)值）記載類的個體相應(yīng)屬性的公共值或典型值，作為缺省值。 if-needed： （如果需要）在不可能提供統(tǒng)一缺省值的情況下，提供計算函數(shù)或推理知識去產(chǎn)生相應(yīng)屬性的一個值。 if-added： （如果加入、附加）當(dāng)給類的某個體的一個屬性賦值或修改時，提供計算函數(shù)或推理知識去作必要的后繼處理，包括對其他相關(guān)槽的賦值和修改處理，以及任何需要的附加處理。,表示方法—框架表示法,舉例 汽車 教職員工、教師 事件（

53、災(zāi)害）>>框架中槽的設(shè)置與組織,表示方法—框架表示法,例:關(guān)于汽車的框架Name : Super_class : 運(yùn)載工具 Sub_class : 轎車，面包車，客車，貨車Wheel_Number : Value_class int Value ( default=4 )Length : Value_class int

54、 Value,表示方法—框架表示法,例1:關(guān)于教職工的框架AGE: int [18,60]HEALTH: one of (E,G,N,P) (default=N)RETIRE: if-needed ( if sex=m and age>60 or sex=w and age>55 then R),表示方法—框架表示法,例2:關(guān)于教

55、師的框架ISA:AGE: if-needed (age>=w_year+23)LAN:RANGE A SUBSET OF(E,J,F,G,R) (default=E) LEVEL one of (E,G,N,P)ADD: an address (default=……),表示方法—框架表示法,例3:關(guān)于具體教師的框架ISA:NAME: Li-MingSEX: maleAGE: W_YEAR:

56、 20LAN: RANGE (E,J) LEVEL (G)WORK: teachingADD: RELATION: ,表示方法—框架表示法,事件（災(zāi)害）用框架表示下述報道的風(fēng)災(zāi)事件【虛擬新華社6月24日電】國家氣象局命名的“2001年2號”臺風(fēng)于昨晚10時20分在福建福清市登陸。據(jù)專家經(jīng)驗，風(fēng)力達(dá)到12級以上。但中心風(fēng)力的準(zhǔn)確值，有待數(shù)據(jù)處理，目前尚未發(fā)布。此次臺風(fēng)造成的損失，尚未得到報告。若需詳細(xì)的損失數(shù)據(jù)，可電詢自然災(zāi)

57、害統(tǒng)計中心。另據(jù)介紹，事前曾得到國際氣象組織預(yù)報，昨天上午有高壓氣旋將于福建登陸。依照國際慣例將其命名為“飛燕”，我國也予以承認(rèn)。至于“飛燕”是否就是登陸的“2001年2號”，尚須另外加以核查。 （提示：分析、概括用下劃線標(biāo)出的要點，經(jīng)過概念化形成槽、側(cè)面值）,表示方法—框架表示法,ISA: 臺風(fēng)名: value 2001年2號臺風(fēng) if-added 飛燕時間: 年 200

58、1 月 6 日 23 時 22 分 20地點:風(fēng)力: value NIL default >=12損失: value NIL if-needed ASK,表示方法—框架表示法,推理方法：沒有固定的推理機(jī)理。遵循匹配和繼承的原理。 推理活動：填槽：框架中未知的內(nèi)容的槽需要填寫。匹配：根據(jù)已知的事實尋找合適的框架，并將該內(nèi)容填入槽中。,推理形式：默認(rèn)推理：子框架的槽繼承父框架相應(yīng)槽

59、的槽值。匹配：根據(jù)已知信息，與預(yù)先存儲的框架進(jìn)行匹配，形成假設(shè)，尋找進(jìn)一步的支持。逐槽比較的過程。,表示方法—框架表示法,性質(zhì)對事物進(jìn)行描述。而且對其中某些細(xì)節(jié)做進(jìn)一步描述。則可將其擴(kuò)充為另外一些框架。 如：汽車載貨或人可以通過它對一些從感官中沒有直接得到的信息進(jìn)行預(yù)測，對于人來說這種功能是很強(qiáng)的。如：一想到桌子就可以想到它腿的形狀與位置。可以在它基礎(chǔ)上進(jìn)行判斷推理。可通過它來認(rèn)識某一類事物?？梢酝ㄟ^一系列實例來修正

60、框架對某些事物的不完整描述。（填充空的框架，修改默認(rèn)值）,<<<,表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法—腳本表示法,腳本方式是采用一個專用的框架，用來表示特定領(lǐng)域的知

61、識。腳本通過一些元語作為槽名來代表要表示的對象的基本行為。腳本是框架的一種特殊形式，它用一組槽來描述某些事件的發(fā)生序列，就像電影劇本中的事件序列一樣，故稱為腳本。,表示方法—腳本表示法,一個腳本一般由以下各部分組成：開場條件 給出在劇本中描述的事件發(fā)生的前提條件。角色 用來表示在劇本所描述的事件中可能出現(xiàn)的有關(guān)人物的一些槽。道具 這是用來表示在劇本所描述的事件中可能出現(xiàn)的有關(guān)物體的一些槽。場景 描述事

62、件發(fā)生的真實順序，可以由多個場景組成，每個場景又可以是其它的劇本。結(jié)果 給出在劇本所描述的事件發(fā)生以后通常所產(chǎn)生的結(jié)果。,表示方法—腳本表示法,例子 -- 關(guān)于餐廳的腳本：,表示方法—腳本表示法,一旦腳本被啟用，則可以應(yīng)用它來進(jìn)行推理。其中最重要的是運(yùn)用劇本可以預(yù)測沒有明顯提及的事件的發(fā)生。腳本結(jié)構(gòu)，比起框架這樣的一些通用結(jié)構(gòu)來，要呆板得多，知識表達(dá)的范圍也很窄，因此不適用于表達(dá)各種知識，但對于表達(dá)預(yù)先構(gòu)思好的特定知識，如理

63、解故事情節(jié)等，是非常有效的。,表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法—過程表示法,前面的幾種知識表示方法均是知識和事實的一種靜止的表示方法。我們稱這類知識表示方式為陳述式表達(dá)。它所強(qiáng)調(diào)的

64、是事物所涉及的對象是什么，是對事物有關(guān)知識的靜態(tài)描述，是知識的一種顯式、說明性知識表達(dá)形式。 說明性表示知識給出事物本身的屬性及事物之間的相互關(guān)系。對問題的解答就隱含在這些知識之中。而過程性知識則給出解決一個問題的具體過程。,表示方法—過程表示法,過程性知識 舉例： BR ( Uncle ? y ? z ) GOAL ( Brother ? x y ) GOAL (

65、 Father x z ) INSERT ( Uncle y z ) RETURN對應(yīng)的說明性知識(?x)(?y) (?z)( Brother ( x, y ) ? Father ( x, z ) ? Uncle ( y, z ) ),表示方法—過程表示法,說明性知識和過程性知識相比：說明性知識比較簡要、清晰、可靠、便于修改。但往往效率低。 過程性知識比較直截了當(dāng)，效率高。但由于

66、詳細(xì)地給出了解決過程，使這種知識表示顯得復(fù)雜、不直觀、容易出錯、不便于修改。 實際上，說明性表示和過程性表示實際上沒有絕對的分界線。因此，任何說明性知識如果要被實際使用，必須有一個相應(yīng)的過程去解釋執(zhí)行它。對于一個以使用說明性表示為主的系統(tǒng)來說，這種過程往往是隱含在系統(tǒng)之中，而不是面向用戶。,表示方法—過程表示法,知識過程性的兩個含義：含義1：把解決一個問題的過程描述出來?？梢苑Q它為解題知識的過程表示。 含義2：把客觀事物的發(fā)展過程

67、用某種方式表示出來。 在某些情況下，這兩種含義是很難決然分開的。如，任何一個解題系統(tǒng)的基本構(gòu)成都是一個數(shù)據(jù)集，一組運(yùn)算符和一個解釋程序。過程性知識使用狀態(tài)來表示，在狀態(tài)空間運(yùn)作。,表示方法—過程表示法,過程式表示定義：過程式表示就是將有關(guān)某一問題領(lǐng)域的知識連同如何使用這些知識的方法均隱式地表達(dá)為一個求解過程。 它所給出的是事物的一些客觀規(guī)律，表達(dá)的是如何求解問題，知識的描述形式就是程序。所有信息均隱含在程序中——效率高、沒有固定形

68、式。 如何描述知識完全取決定于具體的問題。,實際上的系統(tǒng)都是陳述與過程觀點的結(jié)合。陳述之中多少包含了過程方法。,表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法,概述直接表示邏輯表示產(chǎn)生式規(guī)則表示法語義網(wǎng)絡(luò)表示法,框架表示法腳本方法過程表示混合型知識表示方法面向?qū)ο蟮谋硎痉椒?表示方法—混合型知識表示法,上述的知識表示