人工智能第二章课件讲义.ppt

1、n知识与知识表示的概念n一阶谓词逻辑表示法n产生式表示法n语义网络表示法n框架表示法n其它表示法第二章第二章 知识表示知识表示 知识n知识：是人们在改造客观世界的实践中积累起来的认识和经验。n数据：是指人们为了描述客观世界中的具体事物而引入的一些数字、字符、文字等符号或符号的组合。n信息：是指用不同数据组成的一种结构。n数据是信息的载体和表示。n信息是数据在特定场合下的含义，或者说信息是数据的语义。第二章第二章 知识表示知识表示 知识n知识是对信息进行智能性加工所形成的对客观世界规律性的认识。三个有代表性的定义1.知识是经过消减、塑造、解释、选择和转换的信息。2.知识是由特定领域的描述、关系和

2、过程组成的。3.知识事实信念启发式。第二章第二章 知识表示知识表示 知识n知识的属性真假性与相对性真假性是指可以通过实践或推理来证明知识为真或为假。相对性是指知识的真与假是相对于某些条件、环境及时间而言。不确定性不确定性包括不完备性、不精确性与模糊性。第二章第二章 知识表示知识表示 知识不完备性是指在解决问题时不具备解决该问题所需要的全部知识。不精确性是指知识所具有的既不能完全被确定为真，又不能完全被确定为假的特性。模糊性是指知识的“边界”不明确的特性。第二章第二章 知识表示知识表示 知识矛盾性和相容性矛盾性是指同一个知识集中的不同知识之间相互对立或不一致，即从这些知识出发，会推出不一致的结论

3、。相容性是指同一个知识集中的所有知识之间互相不矛盾。第二章第二章 知识表示知识表示 知识可表示性和可利用性可表示性是指知识可以用适当的形式表示出来。可利用性是指知识可以被用来解决各种各样的问题。n知识的类型按知识的性质：概念、命题、公理、定理、规则和方法等。第二章第二章 知识表示知识表示 知识按知识的作用范围：常识性知识和领域性知识。按知识的作用：事实性知识、过程性知识和控制性知识。事实性知识是用来描述问题或事物的概念、属性、状态、环境及条件等情况的知识。过程性知识是用来描述问题求解过程所需要的操作、演算或行为等规律性知识。第二章第二章 知识表示知识表示 知识控制性知识是关于如何运用已有知识进

4、行问题求解的知识。按知识的层次：表层知识和深层知识。表层知识是指客观事物的现象以及这些现象与结论之间关系的知识。深层知识是指事物本质、因果关系内涵、基本原理之类的知识。第二章第二章 知识表示知识表示 知识按知识的确定性：确定性知识和不确定性知识。确定性知识是可以给出其真值为“真”或“假”的知识。不确定性知识是指具有“不确定”特性的知识。按知识的等级：零级知识、一级知识和二级知识等。第二章第二章 知识表示知识表示 知识零级知识是指问题领域内的事实、定理、方法、实验对象和操作等常识性和原理性知识。一级知识是指具有经验性、启发性的知识。二级知识是指如何运用上述两级知识的知识。按知识的结构及表现形式：

5、逻辑性知识和形象性知识。逻辑性知识是反映人类逻辑思维过程的知识。形象性知识是通过事物的形象建立起来的知识第二章第二章 知识表示知识表示 知识表示n知识表示：就是对知识的一种描述，即用一些约定的符号把知识编码成一组计算机可以接受的数据结构。n知识表示的要求表示能力：是指能否正确、有效地将问题求解所需要地各种知识表示出来。（范围的广泛性；高效性；支持程度）。可利用性：是指使用知识进行推理，以求得问题的解。第二章第二章 知识表示知识表示 知识表示可组织性与可维护性知识的组织是指把有关知识按照某种方式组成一种知识结构。知识维护是指在保证知识的一致性与完整性的前提下对知识所进行的增加、删除、修改等操作。

6、可实现性：是指知识表示要便于在计算机上实现，便于直接由计算机对其进行处理。第二章第二章 知识表示知识表示 知识表示自然性与可理解性自然性是指知识表示形式要符合人们的日常习惯和思维方式。可理解性是指所表示的知识应易读、易懂、易获取、易维护。n知识表示方法目前使用较多的有：一阶谓词逻辑表示法、产生式表示法、语义网络表示法、框架表示法等。第二章第二章 知识表示知识表示 一阶谓词逻辑表示法n一阶谓词逻辑表示法是一种基于数理逻辑的知识表示方式。n它是人工智能中使用较多的知识表示法，主要用于自动定理证明、问题解答、机器人等领域。第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）一阶谓词逻辑表示的逻辑基础

7、n命题与真值命题：能够判断真假的陈述句。真值：命题的意义，有真假两种情况。n论域和谓词论域：由所讨论对象的全体构成的非空集合。论域中的元素称为个体，论域也称为个体域。在谓词逻辑中，命题是用谓词来表示的。一个谓词可分为谓词名和个体两部分。第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）一阶谓词逻辑表示的逻辑基础n论域和谓词个体是命题的主语，用来表示某个独立存在的事物或者某个抽象的概念。谓词名是命题的谓语，用来表示个体的性质、状态或个体之间的关系等。如命题“王宏是学生”可表示为：STUDENT(wanghong)小李比小赵高：HIGH(li,zhao)第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻

8、辑表示法）一阶谓词逻辑表示的逻辑基础n连接词和量词共有5个连接词：(非)、(析取)、(合取)、(蕴含)、（等价）。共有2个量词：第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）全称量词 x；存在量词 x。谓词逻辑表示方法n谓词逻辑不仅可以用来表示事物的状态、属性、概念等事实性知识，也可以用来表示事物的因果关系。n例1 用谓词逻辑表示知识“每个人都有一个父亲”。定义谓词：PERSON(x)：表示x是人。HASFATHER(x,y)：表示x有父亲y。谓词表示为：第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）（x)(y)(PERSON(x)HASFATHER(x,y)谓词逻辑表示方法n例4

9、 用谓词逻辑表示如下知识：王宏是计算机系的一名学生。李明是王宏的同班同学。凡是计算机系的学生都喜欢编程序。定义谓词：COMPUTER(x)：表示x是计算机系的学生。CLASSMATE(x,y)：表示x是y的同班同学。LIKE(x,y)：表示x喜欢y。谓词表示为：COMPUTER(wanghong)CLASSMATE(liming,wanghong)第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）(x)(COMPUTER(x)LIKE(x,programing)谓词逻辑表示的应用1.机器人移盒子问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）cab定义谓词如下：TABLE(x)：x是

10、桌子。EMPTY(y)：y手中是空的。AT(y,z)：y在z的附近。HOLDS(y,w)：y拿着w。ON(w,x)：w在x桌面上。xa,b；yrobot；za,b,c；wbox。谓词逻辑表示的应用1.机器人移盒子问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）问题的初始状态：AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)问题的目标状态：AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)谓词逻辑表示的应用1.机器人移盒子问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）机器人需要执行以下

11、三个操作：Goto(x,y)：从x处走到y处。Pickup(x)：在x处拿起盒子。Setdown(x)：在x处放下盒子。每个操作对应的条件与动作如下：Goto(x,y)：条件：AT(robot,x)动作：删除 AT(robot,x)添加 AT(robot,y)谓词逻辑表示的应用1.机器人移盒子问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）Pickup(x)：条件：ON(box,x),TABLE(x),AT(robot,x),EMPTY(robot)动作：删除 EMPTY(robot),ON(box,x)添加 HOLDS(robot,box)谓词逻辑表示的应用1.机器人移盒子问题第二章

12、第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）Setdown(x)：条件：AT(robot,x),TABLE(x),HOLDS(robot,box)动作：删除 HOLDS(robot,box)添加 EMPTY(robot),ON(box,x)谓词逻辑表示的应用1.机器人移盒子问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）求解过程如下：状 态 1(初 始 状 态)AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)开始 谓词逻辑表示的应用1.机器人移盒子问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）求解过程如下：状态2 AT(rob

13、ot,a)EMPTY(robot)ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)Goto(x,y)用c代换x,a代换y 谓词逻辑表示的应用1.机器人移盒子问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）求解过程如下：Pickup(x)用a代换x 状态3 AT(robot,a)HOLDS(robot,box)TABLE(a)TABLE(b)谓词逻辑表示的应用1.机器人移盒子问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）求解过程如下：Goto(x,y)用a代换x,b代换y 状态4 AT(robot,b)HOLDS(robot,box)TABLE(a)TABLE(b)谓词逻辑表

14、示的应用1.机器人移盒子问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）求解过程如下：状态5 AT(robot,b)EMPTY(robot)ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)Setdown(x)用b代换x 谓词逻辑表示的应用1.机器人移盒子问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）求解过程如下：状态6 AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)Goto(x,y)用b代换x,c代换y 谓词逻辑表示的应用2.Hanoi塔问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）定义谓词如下：DISK(x)：x

15、是一个圆盘。PEG(z)：z是柱子。SMALLER(x,y)：x比y小。谓词逻辑表示的应用2.Hanoi塔问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）ON(x,y,z)：在柱子z上，x在y上。FREE(x,z)：在柱子z上，x为顶上圆盘。x、yA,B,C；z1,2,3。初始状态（a）目标状态（b）DISK(A)DISK(A)DISK(B)DISK(B)DISK(C)DISK(C)PEG(1)PEG(1)PEG(2)PEG(2)谓词逻辑表示的应用2.Hanoi塔问题 初始状态（a）目标状态（b）PEG(3)PEG(3)SMALLER(A,B)SMALLER(A,B)SMALLER(B

16、,C)MALLER(B,C)ON(A,B,1)ON(A,B,3)ON(B,C,1)ON(B,C,3)FREE(A,1)FREE(A,3)第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）谓词逻辑表示的应用2.Hanoi塔问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）定义圆盘操作函数为：MOVE(x1,y1;x2,y2)条件：FREE(x1,y1)盘x1在柱y1顶上 FREE(x2,y2)盘x2在柱y2顶上DISK(x1)x1为圆盘DISK(x2)x2为圆盘PEG(y1)y1为柱子PEG(y2)y2为柱子SMALLER(x1,x2)x1比x2小动作：删除FREE(x1,y1),FRE

17、E(x2,y2)添加ON(x1,x2,y2)在柱子y2上，x1在x2的上方。谓词逻辑表示的应用2.Hanoi塔问题第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）执行如下操作系列，可得到目标状态：谓词逻辑表示的特性n主要优点：1)自然：接近于自然语言，易于被人们接受。2)明确：方法本身有明确规定，易于理解。3)精确：谓词逻辑是一种二值逻辑，可表示精确知识。4)灵活：知识和处理知识的程序分开，无需考虑处理知识细节。5)模块化：各条知识相对独立，不直接发生联系。第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）谓词逻辑表示的特性n主要缺点：1)知识表示能力差：只能表示确定性知识，不能表示非确

18、定性知识。2)知识库管理困难：缺乏知识的组织原则。3)存在组合爆炸：难以表示启发性知识，盲目推理，容易发生组合爆炸。4)系统效率低：根据形式逻辑进行推理，使推理过程冗长，降低了系统效率。第二章第二章 知识表示知识表示（一阶谓词逻辑表示法）产生式表示法n产生式表示法是人工智能中应用最多的一种知识表示方法，尤其是在专家系统方面，许多成功的专家系统都是采用产生式知识表示方式。n产生式表示法也称为产生式规则表示法。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式表示的基本方法及特性n事实的表示事实：用来描述问题或事物的概念、属性、状态等情况的陈述句。对确定性知识，一个事实可用一个三元组来表示。（对

19、象，属性，值）或（关系，对象1，对象2）（雪，颜色，白）：“雪的颜色是白的”（热爱，王峰，祖国）：“王峰热爱祖国”对不确定性知识，一个事实可用一个四元组来表示：（对象，属性，值，可信度因子）第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式表示的基本方法及特性n规则的表示规则的产生式表示形式常称为产生式规则。其基本形式为：P Q或者IF P THEN Q其中，P是产生式的前提（前件），由事实的逻辑组合来构成；Q是一组结论或操作（后件）产生式的含义：如果前提P满足，则可推出结论Q或执行Q所规定的操作。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式表示的基本方法及特性例子：r6：IF 动物

20、有犬齿 AND 有爪 AND 眼盯前方 THEN 该动物是肉食动物n产生式与蕴含式的区别1)蕴含式只能表示确定性知识IF本生物的染色斑是革兰氏阴性本微生物的形状呈杆状病人是中间宿主THEN该微生物是绿脓杆菌，可信度为0.6第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式表示的基本方法及特性2)产生式表示的前提条件匹配可以是精确的也可以是不精确的产生式系统的基本结构用产生式知识表示方法构造的智能系统称为产生式系统。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）控制系统规则库 综合数据库 产生式系统的基本结构n综合数据库用来存放与求解问题有关的各种当前信息的数据结构。n规则库用来存放与求解问题

21、有关的所有规则的集合。n控制系统又称为推理机构，它由一组程序组成，用来控制整个产生式系统的运行，决定问题求解过程的推理路线，实现对问题的求解。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式系统的基本结构控制系统工作原理：1.选择规则与已知事实进行匹配。2.按照某种策略选出匹配成功的一条规则。3.执行规则，若该规则的后件满足问题的结束条件，则停止推理；否则，若后件是结论，则把它加入到综合数据库，若后件是操作，则执行操作。4.记住选用的规则序列，给出推理路径。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式系统的基本结构例2.5 一个用于动物识别的产生式系统。设该系统可以识别老虎、金钱豹

22、、斑马、长颈鹿、企鹅、信天翁6种动物。其规则库包含如下15条规则：返回第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）r1 该动物有毛发 该动物是哺乳动物 r2 该动物有奶 该动物是哺乳动物 r3 该动物有羽毛 该动物是鸟 r4 该动物会飞 ANDAND 会下蛋 该动物是鸟 r5 该动物吃肉 该动物是肉食动物r6 该动物有犬齿 ANDAND 有爪 ANDAND 眼盯前方 该动物是肉食动物r7 该动物是哺乳动物 ANDAND 有蹄 该动物是有蹄类动物r8 该动物是哺乳动物 ANDAND 是嚼反刍动物 该动物是有蹄类动物r9 该动物是哺乳动物 ANDAND是肉食动物 ANDAND 是黄褐色 ANDA

23、ND 身上有暗斑点 该动物是金钱豹r10 该动物是哺乳动物 AND AND 是肉食动物 ANDAND 是黄褐色 ANDAND身上有黑色条纹 该动物是虎第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）r11 该动物是有蹄类动物 ANDAND 有长脖子 ANDAND 有长腿 ANDAND 身上有暗斑点 该动物是长颈鹿r12 该动物是有蹄类动物 AND AND 身上有黑色条纹 该动物是斑马r13 该动物是鸟 ANDAND有长脖子ANDAND有长腿 ANDAND 不会飞 该动物是鸵鸟r14 该动物是鸟 ANDAND 会游泳 ANDAND 不会飞 ANDAND 有黑白二色 该动物是企鹅r15 该动物是鸟

24、AND AND 善飞 该动物是信天翁第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）假设在推理开始前综合数据库中存放以下事实：动物有暗斑，有长脖子，有长腿，有奶，有蹄参看规则集规则条数使用规则综合数据库内容 动物有暗斑，有长脖子，有长腿，有奶，有蹄1 r2加入是哺乳动物2 r7加入是有蹄类动物3 r11推出该动物是长颈鹿第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式系统的基本过程 （1）初始化综合数据库，把欲解决问题的已知事 实送入综合数据库。（2）检查规则库中是否存在尚未使用过的规则，若有则执行(3)；否则转(7)。（3）检查规则库的未使用规

25、则中是否存在有其前 提可与综合数据库中已知事实相匹配的规则，若有则从中选择一个；否则转(6)。（4）执行当前选中规则，并对该规则作上标记，把执行该规则后所得到的结论作为新的事实 放入综合数据库；如果该规则的结论是一些 操作，则执行这些操作。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式系统的基本过程 （5）检查综合数据库中是否包含了该问题的解，若已包含，则说明已求出解，问题求解过程 结束；否则，转(2)。（6）当规则库中还有未使用的规则，但均不能与 综合数据库中的已知事实相匹配时，要求用 户进一步提供关于该问题的已知事实，若能 提供，则转(2)；否则，说明该问题无解，终 止问题求解过程。

26、（7）若规则库中不再有未使用规则，也说明该问 题无解，终止问题求解过程。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式系统的控制策略 当有多条规则可用时，如何从中选择一条作用于当前综合数据库，是一个控制策略问题（也称为冲突消解）。n不可撤回方式是一种“一直往前走”不回头的方式。根据当前已知的局部知识选取一条规则作用于当前综合数据库；再根据新状态继续选取规则，不考虑撤回。优点：控制过程简单。缺点：不一定能找到最优解第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式系统的控制策略n试探性方式1)回溯方式是一种碰壁回头的方式；先试某条规则，如果不合适，允许退回去，再试另一条规则；容易实现且所

27、需内存容量较小。2)图搜索方式是一种用图或树把全部求解过程记录下来的方式；该方式记住了已试过的所有路径。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式系统的类型n按推理方向分类1)正向推理产生式系统正向推理又称为数据驱动方式，从初始状态出发，朝目标状态前进，正向使用规则。优点是简单明了且能求出所有解。缺点是执行效率较低，具有一定的盲目性。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式系统的类型n按推理方向分类2)逆向推理产生式系统逆向推理又称为目标驱动方式，从目标状态出发，朝初始状态前进，逆向使用规则。优点是不寻找无用数据，不使用与问题无关的规则。3)双向推理产生式系统把正向推理和

28、逆向推理结合起来使用。把问题的初始状态和目标状态合并到一起构成综合数据库。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式系统的类型n按规则库的性质及结构分类可交换的产生式系统系统对规则的使用次序是无关的。可分解的产生式系统是把一个整体问题分解成若干个子问题，然后再通过对这些子问题的求解来得到整体问题解的一种产生式系统。可恢复的产生式系统指采用回溯控制方式的产生式系统。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式系统的特点n优点自然性：用“如果，则”的形式表示知识，与人类的判断性知识基本一致，直观，自然。模块性：各规则之间不能相互调用，增加了规则的模块性。有效性：既可以表示确定性知

29、识，又可以表示不确定性知识。一致性：规则库中的所有规则都具有相同的格式。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）产生式系统的特点n缺点效率较低：其求解过程是一种反复进行的“匹配冲突消解执行”过程，这样的执行方式将导致执行的低效率。不能表示结构性知识：知识具有一致格式，且规则之间不能相互调用，因此具有结构关系或层次关系的知识很难表示。第二章第二章 知识表示知识表示（产生式表示法）语义网络表示法语义网络是一种基于心理学模型的，在人工智能中应用较多的知识表示方法。语义网络的基本概念n什么是语义网络 语义网络是一种用实体及其语义关系来表达知识的有向图。语义网络由一些最基本的语义单元（语义基元）构

30、成。一个语义基元可用如下三元组表示：（结点1，弧，结点2）第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）语义网络的基本概念第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）A B R 一个基本网元结构例 2.8 用语义基元描述“鸵鸟是一种鸟”这一事实。鸵鸟 鸟 是一种 一个具体的基本网元当把多个语义基元用相应的语义联系关联在一起时，就形成了一个语义网络。n基本的语义关系类属关系：具有共同属性的不同事物间的分类关系、成员关系或实例关系。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）鸟类 动物 A-Kind-of 分类关系 张强 共青团 A-Member-of 成员关系 李刚 人 Is-a 实例

31、关系n基本的语义关系包含关系：具有组织或结构特征的“部分与整体”之间的关系。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）大脑 人体 Part-of 包含关系 鸟 翅膀 Have 属性关系 属性关系：是指事物和其属性之间的关系。n基本的语义关系时间关系：不同事件在其发生时间方面的先后次序关系。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）书 桌子 Located-on 位置关系 位置关系：不同事物在位置方面的关系。澳门回归 After 时间关系 香港回归 n基本的语义关系相近关系：不同事物在形状、内容等方面相似或接近的关系。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）成绩好 学习努力

32、推出 推论关系 推论关系：从一个概念推出另一个概念的语义关系。猫 Similar-to 相似关系 虎 事物和概念的表示n用语义网络表示一元关系一元关系是指可以用一元谓词P(x)表示的关系。用一个结点表示实体，另一个结点表示实体的性质或属性，弧表示两个结点之间的语义关系。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）李刚 人 Is-a 事物和概念的表示例 2.9 用语义网络表示“动物能运动、会吃”。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）运动 吃 动物 能 会 事物和概念的表示n用语义网络表示二元关系二元关系是指可用二元谓词P(x,y)表示的关系。例 2.10 用语义网络表示：第二章第

33、二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）动物能运动、会吃。鸟是一种动物，鸟有翅膀、会飞。鱼是一种动物，鱼生活在水中、会游泳。返回 运动 动物 能 吃 鸟 鱼 会 是一种 是一种 翅膀 飞 游泳 水中 有 会会 生活在 事物和概念的表示n用语义网络表示二元关系例 2.11 用语义网络表示：王强是理想公司的经理；理想公司在中关村；王强28岁。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）中关村 理想公司 王强 经理 28岁 位于 工作在 是 年龄 事物和概念的表示n用语义网络表示二元关系例 2.12 在例2.11的基础上再增加如下事实：另一个王强是理想公司经理聘用的职员；职员王强22岁。第二章第

34、二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）中关村 理想公司 王强 经理 28岁 是 受聘于 是 王-1 王-2 职员 22岁 姓名 姓名 工作在 工作在 年龄 年龄 位于返回 事物和概念的表示n用语义网络表示多元关系多元关系是指可用多元谓词P(x1,x2,)表示的关系。一般采用增加关系结点的办法来表示多元关系。例 2.14 用语义网络表示以下事实：北京位于沈阳和郑州之间第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）北京 郑州 位置关系 居中 边界2 沈阳 边界1 情况和动作的表示n情况的表示用语义网络表示情况时，需设立一个情况结点。结点有一组向外引出的弧，用于指出各种不同的情况。例 2.15

35、用语义网络表示：小燕子这只燕子从春天到秋天占有一个巢需要设立一个占有结点，表示占有物和占有时间。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）情况和动作的表示第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）是一只 是一种 是一种 占有者燕子 鸟 占有资格 小燕子 巢 鸟窝 春天 时间 秋天 情况 占有权 是一种 是一种 是一种 是一种 占有物 开始于 结束于 情况和动作的表示n事件和动作的表示用语义网络表示事件或动作时，也需设立一个事件结点。该结点也有一组向外引出的弧，用于指出动作的主体与客体。例 2.16 用语义网络表示：常河给江涛一张磁盘把“给”作为一个动作结点第二章第二章 知识表示知识

36、表示（语义网络表示法）客体2 给 江涛 一张磁盘 常河 客体1 主体 情况和动作的表示n事件和动作的表示把“常河给江涛一张磁盘”作为一个事件第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）客体2 给予事件 江涛 一张磁盘 常河 客体1 主体 给 动作 情况和动作的表示n事件和动作的表示例 2.17 用语义网络描述如下事实：神州大学和东方大学两校篮球队在东方大学进行一场比赛，结局的比分是85：89第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）比赛 是一种 篮球赛 85:89 神州大学 结局 客队 东方大学 主队 逻辑关系的表示n合取与析取的表示例 2.18 用语义网络表示如下事实：参赛者有教师

37、、有学生、有高、有低第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）A教师、高B教师、低C学生、高D学生、低 语义网络的推理过程 用语义网络表示知识的问题求解系统主要由两大部分所组成，一部分是由语义网络构成的知识库，另一部分是用于问题求解的推理机构。语义网络的推理过程主要是继承和匹配。1.继承继承是指把对事物的描述从抽象结点传递到具体结点。建立一个结点表，用来存放待求解结点和所有以Is-a、A-Kind-of等继承弧与此结点相连的那些结点。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）语义网络的推理过程检查表中的第一个结点是否有继承弧。如果有，就把该弧所指的所有结点放入结点表的末尾，记录这些

38、结点的所有属性，并从结点表中删除第一个结点。如果没有，仅从结点表中删除第一个结点。重复(2)，直到结点表为空。此时，记录下来的所有属性都是待求解结点继承来的属性。例子2.匹配语义网络的问题求解一般是通过匹配来实现的。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）语义网络的推理过程根据待求解问题的要求构造一个网络片断，该网络片断中有些结点或弧的标识是空的，称为询问处，它反应的是待求解的问题。根据该语义片断到知识库中去寻找所需要的信息。当待求解问题的网络片断与知识库中的某语义网络片断相匹配时，则与询问处相匹配的事实就是该问题的解。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）语义网络的推理过程

39、例 2.22 假设在知识库中存放着图2-22所示的语义网络，问职员王强在哪个公司工作。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）？王强 是 王-2 职员 姓名 工作在 语义网络表示法的特征n优点结构性：下层结点可以继承、新增和变异上层结点的属性，从而实现了信息的共享。联想性：强调事物间的语义联系，体现了人类的联想思维过程。自索引性：通过与某一结点连接的弧可以很容易地找出与该结点有关的信息，而不用查找整个知识库。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）语义网络表示法的特征自然性：是一个带标识的有向图，表示知识直观，符合人们的习惯。n缺点非严格性：没有严格的形式表示体系，其含义完全依

40、赖于处理程序对它所进行的解释，不能保证正确性。复杂性：虽然灵活，但由于表示形式不一致，对它的处理较复杂。第二章第二章 知识表示知识表示（语义网络表示法）框架表示法框架表示法是在框架理论的基础上发展起来的一种结构化知识表示方法。框架理论认为人们对现实世界中各种事物的认识都是以一种类似于框架的结构存储在记忆中的。在框架理论中，框架是知识的基本单位，把一组有关的框架连接起来便可形成一个框架系统。第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架和实例框架n框架的基本结构一个框架由若干个“槽”组成。每一个槽又拥有若干个侧面。每一个侧面也可以拥有若干个侧面值。对于不同的框架、槽、侧面应该赋予不同的名字。

41、第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架和实例框架n框架的基本结构 槽名1：侧面名11 值111，值112，侧面名12 值121，值122，:槽名2：侧面名21 值211，值212，侧面名22 值221，值222，:槽名n：侧面名n1 值n11，值n12，侧面名n2 值n21，值n22，:侧面名nm 值nm1，值nm2，第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架和实例框架n框架的基本结构 约束：约束条件1 约束条件2 :约束条件k框架的槽值和侧面值，既可以是数字、字符串、布尔值，也可以是一个在满足某个给定条件时需执行的动作或过程，甚至还可以是另外一个框架的名字。第二章第二章

42、知识表示知识表示 （框架表示法）框架和实例框架例2.23 给出一个用来描述硕士生有关情况的具体 框架。该框架描述如下：框架名：姓名：单位（姓，名）性别：范围（男，女）默认：男 年龄：单位（岁）条件：岁16 学习专业：单位（专业名）研究方向：单位（方向名）导师姓名：单位（姓，名）第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架和实例框架框架名：参加课题：范围（国家级、省部级，其他）默认：国家级 学籍：住址：单位（楼号，房间号）电话：单位（区号），话机号）入学时间：单位（年，月）学制：单位（年）默认：3年n实例框架框架名：第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架和实例框架 姓名：杨叶

43、性别：女 年龄：23 学习专业：计算机应用技术 研究方向：人工智能 导师姓名：林海 参加课题：学籍：住址：16号楼316房间 电话：（010）66668888 入学时间：2000年9月 学制：第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统n框架系统的基本结构框架之间的横向联系框架之间的纵向联系第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）学生框架 计算机系硕士生 硕士生框架 本科生框架 博士生框架 电子系硕士生 硕士生-1 硕士生-n 框架系统的表示框架系统之间的纵向联系是通过在下层框架中增加“继承”槽来实现的。框架名：姓名：单位（姓，名）性别：范围（男，女）默认：男 年龄：单位（岁）

44、住址：单位（楼号，房间号）电话：单位（区号），话机号）入学时间：单位（年，月）学制：单位（年）第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统的表示硕士生框架框架名：继承：学籍：研究方向：单位（方向名）导师姓名：单位（姓，名）参加课题：范围（国家级、省部级，其他）默认：国家级 学位论文：单位（论文题目）默认：题目未定第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统的表示框架名：继承：专业：范围（计算机应用技术，计算机软件及理论）默认：计算机应用技术使用计算机：单位（计算机型号）第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统的表示框架名：公修课：专业课：学术活动：时间安排：单

45、位（学期号）活动形式：范围（参加会议，学术考察）默认：参加会议 获学分C3：单位（整数型）默认：C3=0 教学实践：时间安排：单位（学期号）实践形式：范围（讲课，辅导）默认：辅导第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统的表示框架名：获学分C4：单位（整数型）默认：C4=0 开题报告：时间安排：单位（学期号）报告题目：单位（题目名称）默认：题目未定 获学分C5：单位（整数型）默认：C5=0 已获学分C：单位（C的值为C1,C2,C3,C4,C5之和）条件：C=C1C2C3C4C5 C=35第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统的表示框架名：政治：开设时间：单位（学期

46、号）考试分数：单位（百分制）已获学分CP1：单位（整数型）默认：CP1=0 哲学：开设时间：单位（学期号）考试分数：单位（百分制）已获学分CP2：单位（整数型）默认：CP2=0 一外：开设时间：单位（学期号）语种：范围（英、俄、日）考试分数：单位（百分制）第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统的表示框架名：已获学分CP3：单位（整数型）默认：CP3=0 二外：开设时间：单位（学期号）语种：范围（英、俄、日、法、德）考试分数：单位（百分制）已获学分CP4：单位（整数型）默认：CP4=0 已获学分CP：单位（CP的值为CP1,CP2,CP3,CP4、CP5之和）条件：CP=CP1C

47、P2CP3CP4CP5 CP=10第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统的表示框架名：专业课1：专业课2：专业课3：专业课4：专业课5：专业课6：已获学分CS：单位（CS的值为S1,CS2,CS3,CS4,CS5,CS6之和）条件：CS=CS1CS2CS3CS4CS5CS6 CS=22第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统的表示框架名：课程名：时间安排：单位(学期号)主讲教师：单位(姓，名)考试分数：单位(百分制)已获学分CC：单位（整形数）默认：CC0第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统的表示例2.24 一个计算机系硕士生的实例框架框架名：继

48、承：姓名：柳青 性别：女 年龄：23 研究方向：人工智能 返回第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统的问题求解过程n在框架系统中，问题求解主要是通过对框架的匹配与填槽来实现。n框架的匹配实际上是通过对相应槽的槽名和槽值逐个进行比较来实现的。n如果两个框架的各对应槽没有矛盾，或者满足预先规定的某些条件，就认为这两个框架可以匹配。第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架系统的问题求解过程实例：找出一个满足如下条件的计算机系硕士生：女性，年龄25岁以下，专业为计算机应用技术，研究方向为人工智能。框架名：姓名：性别：女 年龄：25 专业：计算机应用技术 研究方向：人工智能答案

49、第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架表示法的特性n优点结构性：能够把知识的内部结构关系以及知识的特殊联系表示出来。深层性：不仅可以从多个方面、多重属性表示知识，而且还可以分层表示知识。继承性：下层框架可以继承上层框架的槽值，也可以进行补充和修改。自然性：高度模拟了人脑对实体的多方面、多层次的存储结构，直观自然，易于理解。第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）框架表示法的特性n缺点缺乏框架的形式理论：至今，还没有建立框架的形式理论。缺乏过程性知识表示：框架系统不便于表示过程性知识，缺乏如何使用框架中知识的描述能力。清晰性难以保证：由于各框架本身的数据结构不一定相同，从而框架系统的清晰性很难保证。第二章第二章 知识表示知识表示 （框架表示法）脚本表示法n脚本是框架的一种特殊形式，它由一组槽组成，用来描述特定范围内的一些事件的发生序列。过程表示法n过程性知识表示是将有关某一问题领域的知识，连同如何使用这些知识的方法，均隐式地表示为一个求解问题的过程。面向对象表示法n面向对象的知识表示方法类似于框架表示法，知识以类为单位按照一定的层次结构进行组织，不同类之间的联系可通过链来实现。第二章第二章 知识表示知识表示 （其他表示法）