人工智能第2章知識(shí)表示課件

1、第二章 知識(shí)表示人工智能導(dǎo)論 2.1 知識(shí)表示概述 2.2 一階謂詞邏輯表示法 2.3 產(chǎn)生式表示法 2.4 語義網(wǎng)絡(luò)表示法 2.5 框架表示法 2.6 腳本表示法 2.7 面對(duì)對(duì)象的知識(shí)表示 2.8 小結(jié)第2章知識(shí)表示2.1.1 知識(shí)的概念2.1.2 知識(shí)表示的概念2.1 知識(shí)表示概述按知識(shí)的作用及表示來劃分事實(shí)性知識(shí)規(guī)則性知識(shí)控制性知識(shí)元知識(shí)按知識(shí)的作用范圍劃分常識(shí)性知識(shí)領(lǐng)域性知識(shí)按知識(shí)的確定性劃分確定知識(shí) 不確定知識(shí)按人類的思維及認(rèn)識(shí)方法劃分邏輯性知識(shí)形象性知識(shí)2.1.1 知識(shí)的概念知識(shí)表示就是研究用機(jī)器表述上述知識(shí)的可行性、有效性的一般方法，可以看成將知識(shí)符號(hào)化，即編碼成某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，

2、并輸入到計(jì)算機(jī)的過程和方法，即：知識(shí)表示=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+處理機(jī)制對(duì)知識(shí)表示的要求：A表示能力B可理解性C便于知識(shí)的獲取D便于搜索E便于推理2.1.2 知識(shí)表示的概念2.2.1 命題2.2.2 謂詞2.2.3 謂詞公式2.2.4 謂詞邏輯表示2.2.5 謂詞邏輯表示法的特點(diǎn)2.2 一階謂詞邏輯表示法命題：具有真假意義的陳述句。原子命題：不能分解成更簡單的陳述語句。復(fù)合命題：由連接詞、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和原子命題等復(fù)合構(gòu)成的命題。命題邏輯：研究命題和命題之間關(guān)系的符號(hào)邏輯系統(tǒng)。命題常量：一個(gè)命題標(biāo)識(shí)符表示確定的命題。命題變?cè)好}標(biāo)識(shí)符只表示任意命題的位置標(biāo)志。2.2.1 命題語法命題變?cè)篢rue（T）和 F

3、alse （F）。命題符號(hào)：P、Q、R、T 等。連接詞：、 。括號(hào)：（）。語義 （1）： “否定” （ Negation ） Q: “非Q” （2）： “析取”（disjunction） PQ: “P或Q” （3）： “合取”（Conjunction）PQ: “P與Q”2.2.1 命題（4）： “條件”（Condition）P Q: “如果P，那么Q”（5） ： “雙條件”（Bicondition） P Q: “P當(dāng)且僅當(dāng)Q”表 2.1 連接詞真值表2.2.1 命題謂詞邏輯：根據(jù)對(duì)象和對(duì)象上的謂詞（對(duì)象的屬性和對(duì)象之間的關(guān)系）。通過使用連接詞和量詞來表示世界。（1）函數(shù)符號(hào)與謂詞符號(hào)若函數(shù)符號(hào)

4、 f 中包含的個(gè)體數(shù)目為 n,則稱 f 為n元函數(shù)符號(hào)。若謂詞符號(hào)P中包含的個(gè)體數(shù)目為n，則稱P為n元謂詞符號(hào)。2.2.2 謂詞（2）謂詞的階如果謂詞P中的所有個(gè)體都是個(gè)體常量、變?cè)?、或函?shù)，則該謂詞為一階謂詞。如果謂詞P中某個(gè)個(gè)體本身又是一個(gè)一階謂詞，則稱P為二階謂詞。2.2.2 謂詞謂詞公式在一階謂詞邏輯中，稱Teacher(father(Wang)中的father(Wang)為項(xiàng)，項(xiàng)可定義如下。（1）單獨(dú)一個(gè)個(gè)體是項(xiàng) (包括常量和變量)。（2）若 f 是 n 元函數(shù)符號(hào)，而t1,t2,tn是項(xiàng)，則f(t1, t2,tn)是項(xiàng)。（3）任何項(xiàng)僅由規(guī)則（1）（2）所生成。定義2.1 項(xiàng)可遞歸定

5、義如下：2.2.3 謂詞公式若 P 為 n 元謂詞符號(hào)，t1,t2,tn都是項(xiàng)，則稱P(t1, t2, , tn) 為原子公式，簡稱原子。在原子中，若t1,t2,tn都不含變量，則P(t1, t2, , tn)是命題。 注意：謂詞邏輯可以由原子和5種邏輯連接詞，再加上量詞來構(gòu)造復(fù)雜的符號(hào)表達(dá)式。這就是所謂的謂詞邏輯中的公式。定義2.22.2.3 謂詞公式（1）原子謂詞公式是合式公式 (也稱為原子公式)。（2）若P、Q是合式公式，則(P)、(PQ)、(PQ)、(PQ)、(PQ)也是合式公式。（3）若P是合式公式，x是任一個(gè)體變?cè)?，則 (x)P、(x)P也是合式公式。（4）任何合式公式都由有限次應(yīng)

6、用（1）（2）（3）來產(chǎn)生。 定義2.3 一階謂詞邏輯的合式公式（可簡稱公式）可遞歸定義如下： 2.2.3 謂詞公式（1）為每個(gè)個(gè)體常量指派D中的一個(gè)元素。（2）為每個(gè)n元函數(shù)指派一個(gè)從Dn 到D的映射。（3）為每個(gè)n元謂詞指派一個(gè)從 Dn 到T,F的映射。則稱這些指派為公式P在D上的一個(gè)解釋。定義2.4 設(shè)D為謂詞公式P的非空個(gè)體域，若對(duì)P中的個(gè)體常量、函數(shù)、謂詞按如下規(guī)定賦值： 2.2.3 謂詞公式 適合于表示事物的狀態(tài)、屬性、概念等事實(shí)性知識(shí)，也可以用來表示事物間具有確定因果關(guān)系的規(guī)則性知識(shí)。對(duì)事實(shí)性知識(shí)對(duì)規(guī)則性知識(shí)謂詞邏輯2.2.4 謂詞邏輯表示謂詞公式表示知識(shí)的一般步驟：030102

7、定義謂詞及個(gè)體，確定每個(gè)謂詞及個(gè)體的確切含義；根據(jù)所要表達(dá)的事物或概念，為每個(gè)謂詞中的變?cè)x以特定的值；根據(jù)所要表達(dá)的知識(shí)的語義，用適當(dāng)?shù)倪B接符將各個(gè)謂詞連接起來形成謂詞公式。2.2.4 謂詞邏輯表示第一步：定義謂詞如下。 BCity(x)：x是一個(gè)美麗的城市 HCity(x)：x是一個(gè)沿海城市 Boy(x)：x是男孩 Girl(x)： x是女孩 High(x，y)：x比y長得高2.2.4 謂詞邏輯表示 例2.2 用謂詞邏輯表示下列知識(shí)：武漢是一個(gè)美麗的城市，但它不是一個(gè)沿海城市。如果馬亮是男孩，張紅是女孩，則馬亮比張紅長的高。第二步：將這些個(gè)體代入謂詞中。BCity(wuhan)， HCit

8、y(wuhan)， Boy(mal)， Girl(zhangh)， High(mal，zhangh) 第三步：根據(jù)語義，用謂詞連接符將他們連接起來，得到表示上述知識(shí)的謂詞公式。 BCity(wuhan) HCity(wuhan) (Boy(mal)Girl(zhangh)High(mal，zhangh)2.2.4 謂詞邏輯表示 例2.2 用謂詞邏輯表示下列知識(shí)：武漢是一個(gè)美麗的城市，但它不是一個(gè)沿海城市。如果馬亮是男孩，張紅是女孩，則馬亮比張紅長的高。1可以保證其演繹推理結(jié)果的正確性，可以較精確地表達(dá)知識(shí)2它的表現(xiàn)方式和人類自然語言非常接近3擁有通用的邏輯演算方法和推理規(guī)則4如果對(duì)邏輯的某些外

9、延擴(kuò)展后，則可把大部分精確性知識(shí)表達(dá)成一階謂詞邏輯的形式5用它表示的知識(shí)易于模塊化，便于知識(shí)的增刪及修改，便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密性自然性通用性知識(shí)易于表達(dá)易于實(shí)現(xiàn)2.2.5 謂詞邏輯表示的特點(diǎn)一階謂詞邏輯表示法的優(yōu)點(diǎn)：2.2.5 謂詞邏輯表示的特點(diǎn)一階謂詞邏輯表示法的缺點(diǎn)：效率低由于推理是根據(jù)形式邏輯進(jìn)行的，把推理演算和知識(shí)含義截然分開，拋棄了表達(dá)內(nèi)容所含的語義信息，往往是推理過程太冗長，降低系統(tǒng)效率。另外，謂詞表示越細(xì)，表示越清楚，推理越慢、效率越低。靈活性差不便于表達(dá)和加入啟發(fā)性知識(shí)和元知識(shí)。不便于表達(dá)不確定性的指示，但人類的知識(shí)大都具有不確定性和模糊性，這使得它表示知識(shí)的范圍受到了限制。

10、組合爆炸在其推理過程中，隨著事實(shí)數(shù)目的增大及盲目地使用推理規(guī)則，有可能產(chǎn)生組合爆炸。2.3.1 產(chǎn)生式表示的基本方法2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2.3.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類2.3.4 產(chǎn)生式表示法的特點(diǎn)2.3 產(chǎn)生式表示法1943年，美國數(shù)學(xué)家波斯特（E. Post）首先提出。 1972年，紐厄爾和西蒙在研究人類的認(rèn)知模型中開發(fā)了基于規(guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)。產(chǎn)生式系統(tǒng)表示推理和行為的過程用產(chǎn)生式規(guī)則表示，所以又被稱為基于規(guī)則的系統(tǒng)。2.3 產(chǎn)生式表示法 產(chǎn)生式通常用于表示具有因果關(guān)系的知識(shí)，其基本形式是：PQ或者 IF P THEN Q 其中，P是產(chǎn)生式的前提，用于指出該產(chǎn)生式是否是可用的條件；

11、Q是一組結(jié)論或操作，用于指出前提 P 所指示的條件被滿足時(shí)，應(yīng)該得出的結(jié)論或應(yīng)該執(zhí)行的操作。2.3.1 產(chǎn)生式表示法的基本方法 確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示 基本形式： 或者： IF P THEN Q2. 不確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示 基本形式： PQ（可信度） 或者： IF P THEN Q （置信度） 2.3.1 產(chǎn)生式表示法的基本方法3. 確定性事實(shí)性知識(shí)的產(chǎn)生式表示 三元組表示：（對(duì)象，屬性，值） 或者：（關(guān)系，對(duì)象1，對(duì)象2） 4. 不確定性事實(shí)性知識(shí)的產(chǎn)生式表示 四元組表示：（對(duì)象，屬性，值，置信度） 或者： （關(guān)系，對(duì)象1，對(duì)象2，置信度）2.3.1 產(chǎn)生式表示法的基本方法產(chǎn)生式系

12、統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)規(guī)則庫綜合數(shù)據(jù)庫推理機(jī)2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1. 規(guī)則庫2. 綜合數(shù)據(jù)庫 規(guī)則庫: 用于描述相應(yīng)領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)的產(chǎn)生式集合。 綜合數(shù)據(jù)庫(事實(shí)庫、上下文、黑板等)：用于存放輸入的事實(shí)、從外部數(shù)據(jù)庫輸入的事實(shí)以及中間結(jié)果（事實(shí)）和最后結(jié)果的工作區(qū)。2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)3. 推理機(jī)推理機(jī):用來控制和協(xié)調(diào)規(guī)則庫與綜合數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行，包含了推理方式和控制策略?？刂撇呗裕鹤饔镁褪谴_定選用什么規(guī)則或如何應(yīng)用規(guī)則。通常從選擇規(guī)則到執(zhí)行操作分3步完成：匹配、沖突解決和操作。2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2.3.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類2.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）清晰性 （2）模

13、塊性 （3）自然性 產(chǎn)生式表示法的優(yōu)點(diǎn)（1）難以擴(kuò)展（2）規(guī)則選擇效率較低產(chǎn)生式表示法的缺點(diǎn)例2.5：動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別虎、金錢豹、斑馬、長頸鹿、鴕鳥、企鵝、信天翁等七種動(dòng)物的產(chǎn)生式系統(tǒng)。2.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)規(guī)則庫：R1： IF 該動(dòng)物有毛發(fā) THEN 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物R2： IF 該動(dòng)物有奶 THEN 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物R3： IF 該動(dòng)物有羽毛 THEN 該動(dòng)物是鳥R4： IF 該動(dòng)物會(huì)飛 AND 會(huì)下蛋 THEN 該動(dòng)物是鳥R5： IF 該動(dòng)物吃肉 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物R6： IF 該動(dòng)物有犬齒 AND 有爪 AND 眼盯前方 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物R7： IF 該動(dòng)物是哺

14、乳動(dòng)物 AND 有蹄 THEN 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物R 8： IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是反芻動(dòng)物 THEN 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物2.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)R9： IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是食肉動(dòng)物 AND 是黃褐色 AND 身上有暗斑點(diǎn) THEN 該動(dòng)物是金錢豹 R10：IF 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物 AND 是食肉動(dòng)物 AND 是黃褐色 AND 身上有黑色條紋 THEN 該動(dòng)物是虎 R11： IF 該動(dòng)物是有蹄類動(dòng)物 AND 有長脖子 AND 有長腿 AND 身上有暗斑點(diǎn) THEN 該動(dòng)物是長頸鹿 R12：IF 該動(dòng)物有蹄類動(dòng)物 AND 身上有黑色條紋 THEN 該動(dòng)物是斑馬R13：I

15、F 該動(dòng)物是鳥 AND 有長脖子 AND 有長腿 AND 不會(huì)飛 AND 有黑白二色 THEN 該動(dòng)物是鴕鳥R14： IF 該動(dòng)物是鳥 AND 會(huì)游泳 AND 不會(huì)飛 AND 有黑白二色 THEN 該動(dòng)物是企鵝 R15： IF 該動(dòng)物是鳥 AND 善飛 THEN 該動(dòng)物是信天翁2.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)先根據(jù)一些比較簡單的條件，如“有毛發(fā)”“有羽毛”“會(huì)飛”等，對(duì)動(dòng)物進(jìn)行比較粗的分類，如“哺乳動(dòng)物”“鳥類”等，然后隨著條件的增多，逐步縮小分類范圍，最后給出分別識(shí)別 7 種動(dòng)物的規(guī)則。當(dāng)已知的事實(shí)不完全時(shí)，雖不能推出最終結(jié)論，但可以得到分類結(jié)果。當(dāng)需要增加對(duì)其他動(dòng)物（如牛、馬等）的識(shí)別時(shí)，規(guī)則

16、中只需要增加關(guān)于這些動(dòng)物個(gè)性方面的知識(shí)。由上述規(guī)則容易形成各種動(dòng)物的推理鏈。 識(shí)別動(dòng)物基本想法：這樣做的優(yōu)點(diǎn)：2.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)例如：虎及長頸鹿的推理過程如圖所示2.3.4 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)2.4.1 語義網(wǎng)絡(luò)的基本概念 2.4.2 語義網(wǎng)絡(luò)的基本語義關(guān)系 2.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 2.4.4 語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程 2.4.5 語義網(wǎng)絡(luò)表示法的特點(diǎn) 2.4 語義網(wǎng)絡(luò)表示法1968年，奎林（J. R. Quillian）在研究人類聯(lián)想記憶時(shí)首先提出。 1972年，西蒙在他的自然語言理解系統(tǒng)中采用了語義網(wǎng)絡(luò)表示法。1975 年，亨德里克（G. G. Hendrix）對(duì)全稱量詞的表

17、示提出了語義網(wǎng)絡(luò)分區(qū)技術(shù)。 2.4 語義網(wǎng)絡(luò)表示法語義網(wǎng)絡(luò)是一種通過概念及其語義聯(lián)系（或語義關(guān)系）來表示知識(shí)的有向圖，其中結(jié)點(diǎn)和弧必須帶有標(biāo)注。BA語義基本結(jié)構(gòu) 從結(jié)構(gòu)上來看，語義網(wǎng)絡(luò)一般 由一些最基本的語義單元組成 。這些最基本的語義單元被稱為語義基元，可用如下三元組來表示為：(結(jié)點(diǎn) 1, 弧, 結(jié)點(diǎn) 2)2.4.1 語義網(wǎng)絡(luò)的基本概念 類屬關(guān)系 類屬關(guān)系是指具有共同屬性的不同事物間的分類關(guān)系、成員關(guān)系或?qū)嵗P(guān)系，它體現(xiàn)的是“具體與抽象”“個(gè)體與集體”的層次分類。常用的類屬關(guān)系有： AKO(A-Kind-of) ：表示某一個(gè)事物是另一個(gè)事物的一種類型。AMO(A-Member-of) ：表示

18、某一個(gè)事物是另一個(gè)事物的成員。ISA(Is-a) ： 表示某一個(gè)事物是另一個(gè)事物的實(shí)例。2.4.2 語義網(wǎng)絡(luò)的基本語義關(guān)系 2. 包含關(guān)系 包含關(guān)系也稱為聚集關(guān)系，是指具有組織或結(jié)構(gòu)特征的“部分與整體”之間的關(guān)系，它和類屬關(guān)系的最主要的區(qū)別就是包含關(guān)系一般不具備屬性的繼承性。常用的包含關(guān)系有： Part-of ：表示一個(gè)事物是另一個(gè)事物的一部分Member-of ：表示某一個(gè)事物是另一個(gè)事物的成員。ISA(Is-a) ：表示某一個(gè)事物是另一個(gè)事物的實(shí)例。包含關(guān)系實(shí)例輪胎汽車Part-of2.4.2 語義網(wǎng)絡(luò)的基本語義關(guān)系 3. 屬性關(guān)系屬性關(guān)系是指事物和其屬性之間的關(guān)系。常用的屬性關(guān)系有： H

19、ave：表示某一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有另一個(gè)節(jié)點(diǎn)所描述的屬性。Can：表示某一個(gè)節(jié)點(diǎn)能做另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的事情。翅膀鳥Have電視節(jié)目電視機(jī)Can屬性關(guān)系實(shí)例2.4.2 語義網(wǎng)絡(luò)的基本語義關(guān)系 4. 時(shí)間關(guān)系時(shí)間關(guān)系是指不同事件在其發(fā)生時(shí)間方面的先后關(guān)系，節(jié)點(diǎn)間的不具備屬性繼承性。常用的時(shí)間關(guān)系有： Before ：表示某一個(gè)事件在另一個(gè)事件之前發(fā)生。After ：表示某一個(gè)事件在另一個(gè)事件之后發(fā)生。Before王芳畢業(yè)黎明畢業(yè)時(shí)間關(guān)系實(shí)例2.4.2 語義網(wǎng)絡(luò)的基本語義關(guān)系 5. 位置關(guān)系 位置關(guān)系是指不同事物在位置方面的關(guān)系。節(jié)點(diǎn)間的不具備屬性繼承性。常用的位置關(guān)系有： Located-on : 表示某一物體

20、在另一物體之上。Located-at : 表示某一物體在某一位置。Located-under : 表示某一物體在另一物體之下。Located-inside : 表示某一物體在另一物體之中。Located-outside : 表示某一物體在另一物體之外。桂子山華中師范大學(xué)Located-at位置關(guān)系實(shí)例2.4.2 語義網(wǎng)絡(luò)的基本語義關(guān)系 6. 相近關(guān)系 相近關(guān)系，又稱相似關(guān)系，是指不同事物在形狀、內(nèi)容等方面相似和接近。常用的相近關(guān)系有： Similar-to：表示某一事物與另一事物相似。 Near-to：表示某一事物與另一事物接近。狼狗Similar-to相近關(guān)系實(shí)例2.4.2 語義網(wǎng)絡(luò)的基本語

21、義關(guān)系 7. 因果關(guān)系 因果關(guān)系是指由于某一事件的發(fā)生而導(dǎo)致另一事物的發(fā)生，適合表示規(guī)則性知識(shí)。常用的因果關(guān)系有： If-then：表示“如果，那么” 小明騎自行車上班天晴If-then因果關(guān)系實(shí)例2.4.2 語義網(wǎng)絡(luò)的基本語義關(guān)系 8. 組成關(guān)系 組成關(guān)系是一種一對(duì)多的聯(lián)系，用于表示某一事物由其它一些事物構(gòu)成。常用的組成關(guān)系有： Composed-of ：表示聯(lián)系所連接的節(jié)點(diǎn)間不具備屬性繼承性。組成關(guān)系實(shí)例2.4.2 語義網(wǎng)絡(luò)的基本語義關(guān)系 1. 事實(shí)性知識(shí)的表示 通常把有關(guān)一個(gè)事物或一組相關(guān)事物的知識(shí)用一個(gè)語義網(wǎng)絡(luò)來表示果樹葉蘋果樹樹AKOHAVEAKO根HAVE有關(guān)蘋果樹的語義網(wǎng)絡(luò)2.4

22、.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 2. 情況、動(dòng)作和事件的表示 情況的表示：在用語義網(wǎng)絡(luò)表示那些不及物動(dòng)詞表示的語句或沒有間接賓語的及物動(dòng)詞表示的語句時(shí)，如果該語句的動(dòng)作表示了一些其它情況，如動(dòng)作作用的時(shí)間等，則需要增加一個(gè)情況節(jié)點(diǎn)用于指出各種不同的情況 。帶有情況節(jié)點(diǎn)的語義網(wǎng)絡(luò)歸還圖書情況2006年6月AKOObjectBefore2.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 動(dòng)作的表示：有些表示知識(shí)的語句既有發(fā)出動(dòng)作的主體，又有接受動(dòng)作的客體。在用語義網(wǎng)絡(luò)表示這樣的知識(shí)時(shí)，可以增加一個(gè)動(dòng)作節(jié)點(diǎn)用于指出動(dòng)作的主體和客體。帶有動(dòng)作節(jié)點(diǎn)的語義網(wǎng)絡(luò)送給書校長李老師主體客體2客體12.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方

23、法 事件的表示： 如果要表示的知識(shí)可以看成是發(fā)生的一個(gè)事件，那么可以增加一個(gè)事件節(jié)點(diǎn)來描述這條知識(shí)。帶有事件節(jié)點(diǎn)的語義網(wǎng)絡(luò)足球賽體育比賽中國國家足球隊(duì)3：2主隊(duì)AKO結(jié)局日本國家足球隊(duì)客隊(duì)2.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 3. 連詞和量詞的表示合取與析取的表示：當(dāng)用語義網(wǎng)絡(luò)來表示知識(shí)時(shí)，為了能表示知識(shí)中體現(xiàn)出來的“合取與析取”的語義聯(lián)系，可通過增加合取節(jié)點(diǎn)與析取節(jié)點(diǎn)來表示。只是在使用時(shí)要注意其語義，不應(yīng)出現(xiàn)不合理的組合情況。2.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 具有合取與析取關(guān)系的語義網(wǎng)絡(luò)參觀者人ISA部分部分部分部分與或或男女 年老 年輕ABCD狀態(tài)狀態(tài)狀態(tài)狀態(tài)2.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的

24、方法 存在量詞與全稱量詞的表示：在用語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)時(shí)，對(duì)存在量詞可以直接用“是一種”、“是一個(gè)”等語義關(guān)系來表示。對(duì)全稱量詞可以采用亨德里克提出的語義網(wǎng)絡(luò)分區(qū)技術(shù)來表示，也稱為分塊語義網(wǎng)絡(luò)，以解決量詞的表示問題。具有全稱變量的語義網(wǎng)絡(luò) (分塊語義網(wǎng)絡(luò))GS學(xué)生學(xué)習(xí)外語G是一種是一種主體客體是一個(gè)FSRP2.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 01確定問題所有對(duì)象和個(gè)對(duì)象的屬性02確定所討論對(duì)象間的關(guān)系03根據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)中所涉及的關(guān)系，對(duì)語義網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)及弧進(jìn)行整理，包括增加節(jié)點(diǎn)、弧和歸并節(jié)點(diǎn)等04將各對(duì)象作為語義網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，而各對(duì)象間的關(guān)系作為網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的弧，連接形成語義網(wǎng)絡(luò)2.4.3 語義

25、網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 用語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的步驟（1）豬和羊都是動(dòng)物；（2）豬和羊都是哺乳動(dòng)物；（3）野豬是豬，但生長在森林中；（4）山羊是羊，頭上長著角；（5）綿羊是一種羊，它能生產(chǎn)羊毛。2.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 例2.6 把下列命題用一個(gè)語義網(wǎng)絡(luò)表示出來: AKOAKOHAVEHAVELocated-at山羊動(dòng)物羊豬綿羊野豬哺乳動(dòng)物頭上有角羊毛森林AKOAKOAKOAKO2.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 例2.7 用語義網(wǎng)絡(luò)表示下列知識(shí)：教師張明在本年度第二學(xué)期給計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生講授“人工智能”這一門課程。2.4.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 繼承推理2.4.4 語義網(wǎng)絡(luò)的推理過

26、程 把對(duì)事物的描述從抽象節(jié)點(diǎn)傳遞到具體節(jié)點(diǎn)。通過繼承可以得到所需節(jié)點(diǎn)的一些屬性值，它通常是沿著ISA、AKO、AMO等繼承弧進(jìn)行的。繼承的一般過程為：建立節(jié)點(diǎn)表檢查表中的第一個(gè)是否有繼承弧重復(fù)檢查表中的第一個(gè)是否有繼承弧語義網(wǎng)絡(luò)問題的求解一般是通過匹配來實(shí)現(xiàn)的。所謂匹配就是在知識(shí)庫的語義網(wǎng)絡(luò)中尋找與待求問題相符的語義網(wǎng)絡(luò)模式。其主要過程為：根據(jù)問題的要求構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)片斷，該網(wǎng)絡(luò)片斷中有些節(jié)點(diǎn)或弧為空，標(biāo)記待求解的問題（詢問處）。根據(jù)該語義網(wǎng)絡(luò)片斷在知識(shí)庫中尋找相應(yīng)的信息。當(dāng)待求解的語義網(wǎng)絡(luò)片斷和知識(shí)庫中的語義網(wǎng)絡(luò)片斷相匹配時(shí)，則與詢問處（也就是待求解的地方）相匹配的事實(shí)就是問題的解。2.4.4 語

27、義網(wǎng)絡(luò)的推理過程 匹配推理結(jié)構(gòu)性AB聯(lián)想性C自索引性E非嚴(yán)格性語義網(wǎng)絡(luò)表示法的特點(diǎn) D自然性2.4.5 語義網(wǎng)絡(luò)表示法的特點(diǎn) 2.5.1 框架結(jié)構(gòu)2.5.2 框架表示2.5.3 框架表示的推理過程2.5.4 框架表示法的特點(diǎn)2.5 框架表示法1975年，美國明斯基提出了框架理論：人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中各種事物的認(rèn)識(shí)都是以一種類似于框架的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在記憶中的?？蚣鼙硎痉ǎ阂环N結(jié)構(gòu)化的知識(shí)表示方法，已在多種系統(tǒng)中得到應(yīng)用。 2.5 框架表示法框架（frame）：一種描述所論對(duì)象（一個(gè)事物、事件或概念）屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個(gè)框架由若干個(gè)被稱為“槽”（slot）的結(jié)構(gòu)組成，每一個(gè)槽又可根據(jù)實(shí)際情況劃分為若干個(gè)“

28、側(cè)面”（faced）。一個(gè)槽用于描述所論對(duì)象某一方面的屬性。一個(gè)側(cè)面用于描述相應(yīng)屬性的一個(gè)方面。槽和側(cè)面所具有的屬性值分別被稱為槽值和側(cè)面值。2.5.1 框架結(jié)構(gòu) 槽名1: 側(cè)面名11 值11 側(cè)面名12 值12 : : 側(cè)面名1m 值1m 槽名2: 側(cè)面名21 值21 側(cè)面名22 值22 : : 側(cè)面名2m 值2m : : 槽名n: 側(cè)面名n1 值n1 側(cè)面名n2 值n2 : : 側(cè)面名nm 值nm 約 束: 約束條件1 約束條件2 : 約束條件n 2.5.1 框架結(jié)構(gòu)例如，要用框架來描述“優(yōu)質(zhì)商品”這一概念?？蚣苊?商品名稱: 紅桃K生產(chǎn)廠商： 紅桃K集團(tuán)生產(chǎn)日期： 1998年6月17日

29、獲獎(jiǎng)情況： 省級(jí)頒獎(jiǎng)單位： 湖北省衛(wèi)生廳獲獎(jiǎng)時(shí)間： 2000年5月2.5.1 框架結(jié)構(gòu)常用的、用來表示對(duì)象間關(guān)系的槽名： ISA槽：ISA槽用于指出對(duì)象間抽象概念上的類屬關(guān)系。其直觀意義是“是一個(gè)”，“是一種”，“是一只”。在一般情況下，用ISA槽指出的聯(lián)系都具有繼承性。 AKO槽：AKO槽用于具體地指出對(duì)象間的類屬關(guān)系。其直觀意義是“是一種”。當(dāng)用它作為某下層框架的槽時(shí)，就明確地指出了該下層框架所描述的事物是其上層框架所描述事物中的一種，下層框架可繼承上層框架中值或?qū)傩浴?.5.1 框架結(jié)構(gòu)常用的、用來表示對(duì)象間關(guān)系的槽名： Instance槽：Instance槽用來表示AKO槽的逆關(guān)系。當(dāng)

30、用它作為某上層框架的槽時(shí)，可在該槽中指出它所聯(lián)系的下層框架。用Instance槽指出的聯(lián)系都具有繼承性，即下層框架可繼承上層框架中所描述的屬性或值。 Part-of槽： Part-of槽用于指出部分和全體的關(guān)系。當(dāng)用其作為某框架的一個(gè)槽時(shí)，槽中所填的值稱為該框架的上層框架名，該框架所描述的對(duì)象只是其上層框架所描述對(duì)象的一部分。2.5.1 框架結(jié)構(gòu)框架名：類屬：工作：范圍：（教學(xué)，科研） 缺省：教學(xué)性別：（男，女）學(xué)歷：（中專，大學(xué)）類別：（，）例2.8 教師框架2.5.2 框架表示框架名：類屬：學(xué)位：范圍：（學(xué)士，碩士，博士） 缺?。捍T士專業(yè)：職稱：范圍：（助教，講師，副教授，教授） 缺?。褐v

31、師水平：范圍：（優(yōu)，良，中，差） 缺省：良例2.9 大學(xué)教師框架2.5.2 框架表示框架名： 職稱：副教授 類屬： 部門：計(jì)算機(jī)系 姓名：張宇 研究方向：計(jì)算機(jī)軟件與理論 性別：男 工作：參加時(shí)間：2000年7月 年齡：32 工齡：當(dāng)前年份-2000職業(yè)： 工資：2.5.2 框架表示例2.10 具體教師框架“今天，一次強(qiáng)度為里氏8.5級(jí)的強(qiáng)烈地震襲擊了下斯洛文尼亞（Low Slabovia）地區(qū)，造成25人死亡和5億美元的財(cái)產(chǎn)損失。下斯洛文尼亞地區(qū)主席說：多年來，靠近薩迪壕金斯斷層的重災(zāi)區(qū)一直是一個(gè)危險(xiǎn)地區(qū)。這是本地區(qū)發(fā)生的第3號(hào)地震。”2.5.2 框架表示例2.11將下列一則地震消息用框架表

32、示：地震消息用框架如下圖所示?？蚣苊旱攸c(diǎn)：Low Slabovia時(shí)間：今天傷亡人數(shù)：25財(cái)產(chǎn)損失：5億美元震級(jí)：8.5級(jí)斷層：薩迪壕金斯2.5.2 框架表示第3號(hào)地震 Low Slabovia 今天 25 5億美元 8.5級(jí)薩迪壕金斯時(shí)間地點(diǎn)傷亡人數(shù)財(cái)產(chǎn)損失震級(jí)斷層2.5.2 框架表示該框架也可以用下圖表示。默認(rèn)推理在框架網(wǎng)絡(luò)中，各框架之間通過ISA鏈（槽）構(gòu)成半序的繼承關(guān)系。在填槽過程中，如果沒有特別的說明，子框架的槽值將繼承父框架相應(yīng)的槽值，稱為默認(rèn)推理。匹配按某種評(píng)價(jià)原則，對(duì)預(yù)選的框架進(jìn)行評(píng)價(jià)，以決定最后接受或放棄預(yù)選的框架，即在框架引導(dǎo)下的推理。2.5.3 框架表示的推理過程繼承性

33、01自然性03結(jié)構(gòu)化02推理靈活多變042.5.4 框架表示法的特點(diǎn)2.6 腳本表示法腳本的定義在人們的日常生活中，經(jīng)常會(huì)遇到很多常識(shí)性的知識(shí)以一種敘事體的形式表達(dá)，這種敘事體表示的知識(shí)涉及的面比較廣，關(guān)系也較復(fù)雜，很難將其以形式化的方法表示而交給計(jì)算機(jī)處理。為了解決這一問題，提出了一種知識(shí)表示方法腳本表示法（ScriPts）腳 本INCEST：表示把某物放入體內(nèi)，如吃飯、喝水PROPEL：表示對(duì)某一對(duì)象施加外力，如推、壓、拉等。CRASP：表示行為主體控制某一對(duì)象，如抓起某件東西，扔掉某件東西等。EXPEL：表示把某物排出體外，如撒尿、嘔吐等。PTRANS：表示某一物理對(duì)象物理位置的改變，如

34、某人從一處走到另一處，其物理位置發(fā)生了變化。MOVE：表示行為主體移動(dòng)自己身體的某一部位，如抬手、蹬腳、彎腰等。11種動(dòng)作原語2.6 腳本表示法ATRANS：表示某種抽象關(guān)系的轉(zhuǎn)移。如當(dāng)把某物交給另一人時(shí)，該物的所有關(guān)系即發(fā)生了轉(zhuǎn)移。MTRANS：表示信息的轉(zhuǎn)移，如看電視、竊聽、交談、讀報(bào)等。MBUILD：表示由已有的信息形成新信息，如由圖、文、聲、像形成的多媒體信息。SPEAK：表示發(fā)出聲音，如唱歌、喊叫、說話等。ATTEND：表示用某個(gè)感覺器官獲取信息，如用眼睛看某種東西或用耳朵聽某種聲音。11種動(dòng)作原語2.6 腳本表示法給出在腳本中所描述事件的前提條件進(jìn)入條件是一些用來表示在腳本所描述事

35、件中可能出現(xiàn)的有關(guān)人物的槽角色是一些用來表示在腳本所描述事件中可能出現(xiàn)的有關(guān)物體的槽道具用來描述事件發(fā)生的真實(shí)順序。一個(gè)事件可以由多個(gè)場(chǎng)景組成，而每個(gè)場(chǎng)景又可以是其他的腳本場(chǎng)景給出在腳本所描述事件發(fā)生以后所產(chǎn)生的結(jié)果結(jié)果腳本的組成2.6 腳本表示法腳本：餐廳（1）進(jìn)入條件： 顧客餓了，需要進(jìn)餐； 顧客有足夠的錢。（2）角色：顧客、服務(wù)員、廚師、收銀員、禮儀小姐。（3）道具：食品、桌子、菜單、錢。（4）場(chǎng)景 場(chǎng)景1：進(jìn)入 PTRANS 顧客走進(jìn)餐廳。 餐廳腳本2.6 腳本表示法場(chǎng)景2：找座 ATTEND 尋找桌子； PTRANS 走到確定的桌子旁； MOVE 在桌子旁坐下。場(chǎng)景3：點(diǎn)菜 ATRA

36、NS 服務(wù)員給顧客菜單； MBUILD 顧客點(diǎn)菜； ATRANS 顧客把菜單還給服務(wù)員。 餐廳腳本2.6 腳本表示法場(chǎng)景4：等待 MTRANS 服務(wù)員告訴廚師顧客所點(diǎn)的菜； DO 廚師做菜（通過調(diào)用“做菜”的腳本來實(shí)現(xiàn)）。場(chǎng)景5：吃飯 TRANS 廚師把做好的菜給服務(wù)員； ATRANS 服務(wù)員把菜送給顧客； INCEST 顧客吃菜。場(chǎng)景6：接受賬單 MTRANS 顧客告訴服務(wù)員要結(jié)賬； ATRANS 服務(wù)員拿來賬單交給顧客。 餐廳腳本2.6 腳本表示法場(chǎng)景7：付賬 ATRANS 顧客付錢給服務(wù)員； ATRANS 服務(wù)員將錢交給收銀員。場(chǎng)景8：離去 PTRANS 顧客離開餐廳； SPEAK 禮儀小姐向顧客說歡迎再來。（5）結(jié)果 顧客吃了飯，不餓了； 顧客花了錢； 老板賺了錢； 餐廳食品少了。 餐廳腳本2.6 腳本表示法確定腳本運(yùn)行的條件，腳本中涉及的角色、道具；分析所要表示的知識(shí)中的動(dòng)作行為，劃分故事情節(jié)，并將每個(gè)故事情節(jié)抽象為一個(gè)概念，作為分場(chǎng)景的名字，每個(gè)分場(chǎng)景描述一個(gè)故事情節(jié)；抽取各個(gè)故事情節(jié)（或