Xie-AI-第2章-知識(shí)表示方法

主講：謝榕

武漢大學(xué)國(guó)際軟件學(xué)院人工智能及其應(yīng)用1.學(xué)習(xí)目的和意義對(duì)自動(dòng)化、智能化的追求是我們的永久目標(biāo)，使計(jì)算機(jī)具有智能、能夠模仿人的思維和行為，成為人們的理想和追求。人工智能是一門(mén)具有實(shí)用價(jià)值的跨學(xué)科的科目。具有不同背景和專業(yè)的人們，正在從這個(gè)年輕的領(lǐng)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)某些新思想和新方法。人工智能也是一門(mén)非常有趣的學(xué)科，我們不僅將學(xué)習(xí)人工智能基本原理,而且將學(xué)習(xí)人工智能實(shí)現(xiàn)技術(shù)及其應(yīng)用,并了解國(guó)內(nèi)外研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展和研究方向。2.人工智能的研究與應(yīng)用領(lǐng)域問(wèn)題求解自然語(yǔ)言理解自動(dòng)定理證明專家系統(tǒng)智能控制及智能系統(tǒng)模式識(shí)別機(jī)器人學(xué)數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)人工生命3.本課程主要內(nèi)容概要

探討人工智能研究領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r及其主要應(yīng)用領(lǐng)域人工智能程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言傳統(tǒng)人工智能理論與方法知識(shí)表示方法搜索推理技術(shù)人工智能的新研究領(lǐng)域神經(jīng)計(jì)算模糊計(jì)算進(jìn)化計(jì)算人工生命人工智能的主要應(yīng)用專家系統(tǒng)與知識(shí)發(fā)現(xiàn)

自動(dòng)規(guī)劃人工智能最新進(jìn)展與研究方向第二章知識(shí)表示方法內(nèi)容提要：◆知識(shí)與知識(shí)表示◆狀態(tài)空間表示◆問(wèn)題歸約表示◆謂詞邏輯表示◆語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示◆框架表示◆本體技術(shù)（New）2.1知識(shí)與知識(shí)表示什么是知識(shí)？知識(shí)的分類什么是知識(shí)表示？知識(shí)表示方法什么是知識(shí)？什么是知識(shí)？知識(shí)是人類進(jìn)行一切智能活動(dòng)的基礎(chǔ)。知識(shí)是人們對(duì)于可重復(fù)信息之間聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，是信息經(jīng)過(guò)加工整理、解釋、挑選和改造而形成的。所以知識(shí)是人們對(duì)信息和信息之間聯(lián)系的認(rèn)識(shí)和人們利用這些認(rèn)識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的方法和策略。培根：知識(shí)就是力量數(shù)據(jù)信息知識(shí)知識(shí)信息數(shù)據(jù)概念概念例如：13億中國(guó)人口數(shù)已經(jīng)達(dá)到13億中國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家“為了中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展，我們必須繼續(xù)堅(jiān)持計(jì)劃生育政策”是決策?！?3億”是數(shù)據(jù)?！爸袊?guó)人口數(shù)已經(jīng)達(dá)到13億”是信息?！爸袊?guó)是世界上人口最多的國(guó)家”是知識(shí)。2.人工智能系統(tǒng)所關(guān)心的知識(shí)要使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有智能，至少應(yīng)使運(yùn)行的系統(tǒng)擁有以下4個(gè)方面的知識(shí)。

事實(shí)知識(shí)

規(guī)則知識(shí)

控制知識(shí)

元知識(shí)2.人工智能系統(tǒng)所關(guān)心的知識(shí)事實(shí)知識(shí)事實(shí)知識(shí)是有關(guān)問(wèn)題環(huán)境的一些事物的知識(shí)，常以“…是…”的形式出現(xiàn)。如事物的分類、屬性、事物間關(guān)系、科學(xué)事實(shí)、客觀事實(shí)等。事實(shí)是靜態(tài)的、為人們共享的、可公開(kāi)獲得的、公認(rèn)的知識(shí)，在知識(shí)庫(kù)中屬低層的知識(shí)。

例如，雪是白色的、鳥(niǎo)有翅膀、張三李四是好朋友等。2.人工智能系統(tǒng)所關(guān)心的知識(shí)規(guī)則知識(shí)規(guī)則知識(shí)是有關(guān)問(wèn)題中與事物的行動(dòng)、動(dòng)作相聯(lián)系的因果關(guān)系知識(shí)。它是動(dòng)態(tài)的，常以“如果…那么…”形式出現(xiàn)。特別是啟發(fā)式規(guī)則是屬專家提供的專門(mén)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，這種知識(shí)雖無(wú)嚴(yán)格解釋但很有用處。

例如，如果下雨，則出門(mén)帶傘。2.人工智能系統(tǒng)所關(guān)心的知識(shí)控制知識(shí)控制知識(shí)是有關(guān)問(wèn)題的求解步驟、技巧性知識(shí)，告訴怎么做一件事。也包括當(dāng)有多個(gè)動(dòng)作同時(shí)被激活時(shí)應(yīng)選哪一個(gè)動(dòng)作來(lái)執(zhí)行的知識(shí)。

例如，從北京到上海，是乘飛機(jī)還是坐火車的問(wèn)題，乘飛機(jī)較快、較貴；坐火車較慢、較便宜。2.人工智能系統(tǒng)所關(guān)心的知識(shí)元知識(shí)元知識(shí)是有關(guān)知識(shí)的知識(shí)，是知識(shí)庫(kù)中的高層知識(shí)。包括怎樣使用規(guī)則、解釋規(guī)則、校驗(yàn)規(guī)則、解釋程序結(jié)構(gòu)等知識(shí)。元知識(shí)與控制知識(shí)是有重迭的，對(duì)一個(gè)大的程序來(lái)說(shuō)，以元知識(shí)或說(shuō)元規(guī)則形式體現(xiàn)控制知識(shí)更為方便，因?yàn)樵R(shí)存于知識(shí)庫(kù)中，而控制知識(shí)常與程序結(jié)合在一起出現(xiàn)，從而不容易修改。

例如，知識(shí)目錄等。事實(shí)知識(shí)控制知識(shí)規(guī)則知識(shí)元知識(shí)人工智能系統(tǒng)2.人工智能系統(tǒng)所關(guān)心的知識(shí)什么是知識(shí)表示？人類擁有的知識(shí)如何才能被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所接受并用于實(shí)際問(wèn)題的求解？必須以合適的方式將面向人的知識(shí)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所能接受的形式，即知識(shí)表示研究的內(nèi)容。知識(shí)表示是指將知識(shí)符號(hào)化，并輸入計(jì)算機(jī)的過(guò)程和方法。用給定的結(jié)構(gòu)，按一定的原則、組織方式表示知識(shí)。解釋所表示知識(shí)的含義。理想的知識(shí)表示方法是模擬人腦的知識(shí)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，但目前還難以做到。合理的知識(shí)表示能使得問(wèn)題求解變得容易，并具有較高的求解效率。人工智能中幾種知識(shí)表示方法狀態(tài)空間法問(wèn)題歸約法謂詞邏輯法語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法本體技術(shù)…框架表示劇本表示過(guò)程表示面向?qū)ο蠓?.2狀態(tài)空間表示1.問(wèn)題求解2.問(wèn)題狀態(tài)描述3.狀態(tài)圖示法例1：猴子和香蕉問(wèn)題例2：推銷員旅行間題1.問(wèn)題求解問(wèn)題求解(problemsolving)涉及歸約、推斷、決策、規(guī)劃、常識(shí)推理、定理證明和相關(guān)過(guò)程的核心概念。在計(jì)算機(jī)程序上的應(yīng)用：自然語(yǔ)言處理、情報(bào)檢索、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、機(jī)器人學(xué)、景物分析、博弈、專家系統(tǒng)和數(shù)學(xué)定理證明等。典型問(wèn)題包括：求解智力測(cè)驗(yàn)難題求證邏輯或數(shù)學(xué)定理求解最短路徑求解能夠取勝的博弈走步序列求解符號(hào)積分問(wèn)題的變換序列1.問(wèn)題求解問(wèn)題求解與人工智能

許多問(wèn)題求解方法是采用試探搜索方法的。

這些方法是通過(guò)在某個(gè)可能的解空間內(nèi)尋找一個(gè)解來(lái)求解問(wèn)題的。1.問(wèn)題求解什么是狀態(tài)空間法？

狀態(tài)空間法是基于解答空間的問(wèn)題表示和求解方法，它是以狀態(tài)(status)和算符(operator)為基礎(chǔ)來(lái)表示和求解問(wèn)題的。問(wèn)題求解技術(shù)兩個(gè)主要的方面問(wèn)題的表示:如果描述方法不對(duì)，對(duì)問(wèn)題求解會(huì)帶來(lái)很大的困難；求解的方法:采用試探搜索方法。2.問(wèn)題狀態(tài)描述狀態(tài)空間法三要點(diǎn)

狀態(tài)（state）

算符（operator）

狀態(tài)空間（statespace）定義狀態(tài)(state)描述某類不同事物間的差別而引入的一組最少變量q0，q1，…，qn的有序集合。矢量形式如下：

Q=[q0,q1,,…,qn]T

式中每個(gè)元素qi(i=0,1，…，n)為集合的分量，稱為狀態(tài)變量。

給定每個(gè)分量的一組值就得到一個(gè)具體的狀態(tài)，如qk=[q0k,q1k,…,qnk]T定義算符（operator）使問(wèn)題從一種狀態(tài)變化為另一種狀態(tài)的手段稱為操作符或算符。操作符可為走步、過(guò)程、規(guī)則、數(shù)學(xué)算子、運(yùn)算符號(hào)或邏輯符號(hào)等。定義問(wèn)題的狀態(tài)空間(statespace)表示該問(wèn)題全部可能狀態(tài)及其關(guān)系的圖包含三種說(shuō)明的集合，即所有可能的問(wèn)題的初始狀態(tài)集合S

操作符集合F

目標(biāo)狀態(tài)集合G?？砂褷顟B(tài)空間記為三元狀態(tài)(S，F(xiàn)，G)。例：三數(shù)碼難題（3PuzzleProblem）狀態(tài)空間Q=(S，F(xiàn)，G)，其中初始狀態(tài)集合S={}操作符集合F={上移2、左移1，下移3，右移2，上移1}目標(biāo)狀態(tài)集合G={}五子棋跳棋國(guó)際象棋應(yīng)用實(shí)例中國(guó)象棋對(duì)一個(gè)問(wèn)題的狀態(tài)描述，必須確定3件事：狀態(tài)描述方式，特別是初始狀態(tài)描述

操作符集合及其對(duì)狀態(tài)描述的作用

目標(biāo)狀態(tài)描述的特性2.問(wèn)題狀態(tài)描述用十五數(shù)碼難題(15puzzleproblem)來(lái)說(shuō)明狀態(tài)空間表示的概念。十五數(shù)碼難題：由15個(gè)編有1至15并放在4×4方格棋盤(pán)上的可走動(dòng)的棋子組成。棋盤(pán)上總有一格是空的，以便可能讓空格周圍的棋子走進(jìn)空格，這也可以理解為移動(dòng)空格。初始棋局目標(biāo)棋局3.狀態(tài)空間表示詳釋如何把初始棋局變換為目標(biāo)棋局呢？首先把適用的算符用于初始狀態(tài)，以產(chǎn)生新的狀態(tài)；然后，再把另一些適用算符用于這些新的狀態(tài)；這樣繼續(xù)下去，直至產(chǎn)生目標(biāo)狀態(tài)為止。算符：棋子3右移或空格左移中間棋局初始棋局解題過(guò)程目標(biāo)棋局把初始狀態(tài)可達(dá)到的各狀態(tài)所組成的空間設(shè)想為一幅由各種狀態(tài)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)組成的圖。這種圖稱為狀態(tài)圖。圖：十五數(shù)碼難題部分狀態(tài)圖中間狀態(tài)初始狀態(tài)解題過(guò)程對(duì)于某些最優(yōu)化問(wèn)題，僅僅找到到達(dá)目標(biāo)的任一路徑是不夠的，還必須找到按某個(gè)準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的路徑（例如，下棋走步最少）。初始狀態(tài)解題過(guò)程圖：十五數(shù)碼難題部分狀態(tài)圖3.狀態(tài)圖示法1.圖論中的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)節(jié)點(diǎn)(node)弧線(arc)有向圖(directedgraph)后繼節(jié)點(diǎn)(descendantnode)與父輩節(jié)點(diǎn)(parentnode)路徑(route)代價(jià)（cost）顯式表示隱式表示圖論中的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)節(jié)點(diǎn)(node)

圖形上的匯合點(diǎn)，用來(lái)表示狀態(tài)、事件和時(shí)間關(guān)系的匯合，也可用來(lái)指示通路的匯合?；【€(arc)

節(jié)點(diǎn)間的連接線。有向圖(directedgraph)

一對(duì)節(jié)點(diǎn)用弧線連接起來(lái)，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)指向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。圖論中的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)后繼節(jié)點(diǎn)(descendantnode)與父輩節(jié)點(diǎn)(parentnode)

如果某條弧線從節(jié)點(diǎn)ni指向節(jié)點(diǎn)nj，那么節(jié)點(diǎn)nj就叫做節(jié)點(diǎn)ni的后繼節(jié)點(diǎn)或后裔，而節(jié)點(diǎn)ni叫做節(jié)點(diǎn)nj的父輩節(jié)點(diǎn)或祖先。ninj路徑(route)

某個(gè)節(jié)點(diǎn)序列(ni1,ni2,…,nik)當(dāng)j=2，3，…，k時(shí)，如果對(duì)于每一個(gè)ni，j-1都有一個(gè)后繼節(jié)點(diǎn)nij存在，那么就把這個(gè)節(jié)點(diǎn)序列叫做從節(jié)點(diǎn)ni1至節(jié)點(diǎn)nik的長(zhǎng)度為k的路徑。ni1nikni2圖論中的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)代價(jià)（cost）

用c(ni,nj)來(lái)表示從節(jié)點(diǎn)ni指向節(jié)點(diǎn)nj的那段弧線的代價(jià)。兩節(jié)點(diǎn)間路徑的代價(jià)等于連接該路徑上各節(jié)點(diǎn)的所有弧線代價(jià)之和。ninj圖論中的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)顯式表示

各節(jié)點(diǎn)及其具有代價(jià)的弧線由一張表明確給出。此表可能列出該圖中的每一節(jié)點(diǎn)、它的后繼節(jié)點(diǎn)以及連接弧線的代價(jià)。隱式表示

節(jié)點(diǎn)的無(wú)限集合{si}作為起始節(jié)點(diǎn)是已知的。后繼節(jié)點(diǎn)算符Γ也是已知的，它能作用于任一節(jié)點(diǎn)以產(chǎn)生該節(jié)點(diǎn)的全部后繼節(jié)點(diǎn)和各連接弧線的代價(jià)。產(chǎn)生式系統(tǒng)由下列3部分組成：一個(gè)總數(shù)據(jù)庫(kù)(globaldatabase)：它含有與具體任務(wù)有關(guān)的信息一套規(guī)則：它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作運(yùn)算。

每條規(guī)則由左右兩部分組成，左部鑒別規(guī)則的適用性或先決條件，右部描述規(guī)則應(yīng)用時(shí)所完成的動(dòng)作。規(guī)則的基本形式是“如果…那么…”，即“if…then…”。我們把這種規(guī)則稱之為產(chǎn)生式規(guī)則。應(yīng)用規(guī)則來(lái)改變數(shù)據(jù)庫(kù)，就象應(yīng)用算符來(lái)改變狀態(tài)一樣。一個(gè)控制策略：它確定應(yīng)該采用哪一條適用規(guī)則，而且當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的終止條件滿足時(shí)，就停止計(jì)算?？刂撇呗杂煽刂葡到y(tǒng)選擇和確定。產(chǎn)生式系統(tǒng)的方法例1：猴子和香蕉問(wèn)題猴子和香蕉問(wèn)題（monkeyandbananaproblem）：在一個(gè)房間內(nèi)有一只猴子（可把這只猴子看做一個(gè)智能機(jī)器猴）、一個(gè)箱子和一束香蕉。香蕉掛在天花板下方，但猴子的高度不足以碰到它。這只猴子怎樣才能摘到香蕉呢？解題過(guò)程用一個(gè)四元表列(W,x,Y,z)來(lái)表示這個(gè)問(wèn)題的狀態(tài)，其中:W－猴子的水平位置x－當(dāng)猴子在箱子頂上時(shí)取x=1；否則取x=0Y－箱子的水平位置z－當(dāng)猴子摘到香蕉時(shí)取z=1；否則取z=0解題過(guò)程該問(wèn)題的操作（算符）：1.goto（U）表示猴子走到水平位置U或者用產(chǎn)生式規(guī)則表示為:（W，0，Y，z）goto（U）（U，0，Y，z）2.pushbox（V）猴子把箱子推到水平位置V，即有:（W，0，W，z）pushbox（V）（V，0，V，z）3.climbbox猴子爬上箱頂，即有：（W，0，W，z）climbbox（W，1，W，z）4.grasp猴子摘到香蕉，即有：（c，1，c，0）grasp（c，1，c，1）該初始狀態(tài)變換為目標(biāo)狀態(tài)的操作序列為：{goto(b),pushbox(c),climbbox,grasp}四元表列(W,x,Y,z)：W－猴子的水平位置x－當(dāng)猴子在箱子頂上時(shí)

取x=1；否則取x=0Y－箱子的水平位置z－當(dāng)猴子摘到香蕉時(shí)取z=1；否則取z=0圖：猴子和香蕉問(wèn)題的狀態(tài)空間圖猴子和香蕉問(wèn)題的演示過(guò)程例2：推銷員旅行問(wèn)題推銷員旅行問(wèn)題：一個(gè)推銷員計(jì)劃出訪推銷產(chǎn)品。他從一個(gè)城市（如A）出發(fā)，訪問(wèn)每個(gè)城市一次，且最多一次，然后返回城市A。要求尋找最短路線?？倲?shù)據(jù)庫(kù)是到目前為止所訪問(wèn)過(guò)的城市表。

初始數(shù)據(jù)庫(kù)被描述為表(A)。不允許目錄表中任一城市出現(xiàn)多于一次，只有城市A例外，但也只有當(dāng)所有其它城市均已出現(xiàn)之后，才能再次出現(xiàn)A。規(guī)則對(duì)應(yīng)于決策：(a)下一步走向城市A；(b)下一步走向城市B；…；(e)下一步走向城市E。一條規(guī)則除非能把某個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)變?yōu)橐缓戏〝?shù)據(jù)庫(kù)，否則就不適用于這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。圖：推銷員旅行問(wèn)題狀態(tài)空間圖控制策略

任一以A為起點(diǎn)和終點(diǎn)，并出現(xiàn)所有其它城市的總數(shù)據(jù)庫(kù)，都滿足終止條件。

提出條件：必須是具有最短距離的旅程。2.3問(wèn)題歸約法1.問(wèn)題歸約描述2.問(wèn)題歸約表示3.例：梵塔難題1.問(wèn)題歸約描述問(wèn)題歸約法(problemreduction)是另一種問(wèn)題描述與求解方法。先把問(wèn)題分解為子問(wèn)題和子-子問(wèn)題，然后解決較小的問(wèn)題。對(duì)該問(wèn)題的某個(gè)具體子集的解答就意味著對(duì)原始問(wèn)題的一個(gè)解答。1.問(wèn)題歸約描述問(wèn)題歸約表示的組成部分：一個(gè)初始問(wèn)題描述一套把問(wèn)題變換為子問(wèn)題的操作符一套本原問(wèn)題描述問(wèn)題歸約的實(shí)質(zhì)：從目標(biāo)(要解決的問(wèn)題)出發(fā)逆向推理，建立子問(wèn)題以及子問(wèn)題的子問(wèn)題，直至最后把初始問(wèn)題歸約為一個(gè)平凡的本原問(wèn)題集合。2.問(wèn)題歸約表示(與或圖表示）與或圖

一般地，用一個(gè)類似圖的結(jié)構(gòu)來(lái)表示把問(wèn)題歸約為后繼問(wèn)題的替換集合，這種結(jié)構(gòu)圖叫做問(wèn)題歸約圖，或叫與或圖。一些關(guān)于與或圖的術(shù)語(yǔ)：與或圖：由與節(jié)點(diǎn)及或節(jié)點(diǎn)組成的結(jié)構(gòu)圖?；蚬?jié)點(diǎn)：只要解決某個(gè)子問(wèn)題就可解決其父輩問(wèn)題的節(jié)點(diǎn)集合，如（N，M，H）。與節(jié)點(diǎn)：只有解決所有子問(wèn)題，才能解決其父輩問(wèn)題的節(jié)點(diǎn)集合，如（B,C)和（D,E,F）各個(gè)結(jié)點(diǎn)之間用一小圓弧連接標(biāo)記。終葉節(jié)點(diǎn)：對(duì)應(yīng)于原問(wèn)題的本原節(jié)點(diǎn)。或節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)終葉節(jié)點(diǎn)可解節(jié)點(diǎn)終葉節(jié)點(diǎn)是可解節(jié)點(diǎn)(因?yàn)樗鼈兣c本原問(wèn)題相關(guān)連)。如果某個(gè)非終葉節(jié)點(diǎn)含有或后繼節(jié)點(diǎn)，那么只要當(dāng)其后繼節(jié)點(diǎn)至少有一個(gè)是可解的時(shí)，此非終葉節(jié)點(diǎn)才是可解的。如果某個(gè)非終葉節(jié)點(diǎn)含有與后繼節(jié)點(diǎn)，那么只有當(dāng)其后繼節(jié)點(diǎn)全部為可解時(shí)，此非終葉節(jié)點(diǎn)才是可解的。終葉節(jié)點(diǎn)可解節(jié)點(diǎn)可解節(jié)點(diǎn)不可解節(jié)點(diǎn)沒(méi)有后裔的非終葉節(jié)點(diǎn)為不可解節(jié)點(diǎn)。如果某個(gè)非終葉節(jié)點(diǎn)含有或后繼節(jié)點(diǎn)，那么只有當(dāng)其全部后裔為不可解時(shí)，此非終葉節(jié)點(diǎn)才是不可解的。如果某個(gè)非終葉節(jié)點(diǎn)含有與后繼節(jié)點(diǎn)，那么只要當(dāng)其后裔至少有一個(gè)為不可解時(shí)，此非終葉節(jié)點(diǎn)才是不可解的。不可解節(jié)點(diǎn)不可解節(jié)點(diǎn)不可解節(jié)點(diǎn)與或圖的構(gòu)成規(guī)則規(guī)則1:與或圖中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)要解決的單一問(wèn)題或問(wèn)題集合。圖中所含起始節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于原始問(wèn)題。規(guī)則2:對(duì)應(yīng)于本原問(wèn)題的節(jié)點(diǎn)，叫做終葉節(jié)點(diǎn)，它沒(méi)有后裔。規(guī)則3:對(duì)于把算符應(yīng)用于問(wèn)題A的每種可能情況，都把問(wèn)題變換為一個(gè)子問(wèn)題集合；有向弧線自A指向后繼節(jié)點(diǎn)表示所求得的子問(wèn)題集合。起始節(jié)點(diǎn)終葉節(jié)點(diǎn)有向弧線規(guī)則4:一般對(duì)于代表兩個(gè)或兩個(gè)以上子問(wèn)題集合的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，有向弧線從此節(jié)點(diǎn)指向此子問(wèn)題集合中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)。由于只有當(dāng)集合中所有的項(xiàng)都有解時(shí)，這個(gè)子問(wèn)題的集合才能獲得解答。規(guī)則5:在特殊情況下，當(dāng)只有一個(gè)算符可應(yīng)用于問(wèn)題A，而且這個(gè)算符產(chǎn)生具有一個(gè)以上子問(wèn)題的某個(gè)集合時(shí)，由上述規(guī)則3和規(guī)則4所產(chǎn)生的圖可以得到簡(jiǎn)化。

因此，代表子問(wèn)題集合的中間或節(jié)點(diǎn)可以被略去，如下圖所示。規(guī)則4規(guī)則5梵塔難題（TowerofHanoipuzzle）

有3個(gè)柱子(1，2和3)和3個(gè)不同尺寸的圓盤(pán)（A，B和C）。在每個(gè)圓盤(pán)的中心有一個(gè)孔，所以圓盤(pán)可以堆疊在柱子上。最初，3個(gè)圓盤(pán)都堆在柱子1上：最大的圓盤(pán)C在底部，最小的圓盤(pán)A在頂部。要求把所有圓盤(pán)都移到柱子3上，每次只許移動(dòng)一個(gè)，而且只能先搬動(dòng)柱子頂部的圓盤(pán)，還不許把尺寸較大的圓盤(pán)堆放在尺寸較小的圓盤(pán)上。3.例：梵塔難題[美]_課程_漢諾塔算法演示.flv解題要點(diǎn)將原始問(wèn)題歸約為一個(gè)較簡(jiǎn)單問(wèn)題集合。要把所有圓盤(pán)都移至柱子3，我們必須首先把圓盤(pán)C移至柱子3，而且在移動(dòng)圓盤(pán)C至柱子3之前，要求柱子3必須是空的。只有在移開(kāi)圓盤(pán)A和B之后，才能移動(dòng)圓盤(pán)C，而且圓盤(pán)A和B最好不要移至柱子3,否則就不能把圓盤(pán)C移至柱子3。因此，首先應(yīng)該把圓盤(pán)A和B移到柱子2上。然后才能夠進(jìn)行關(guān)鍵的一步，把圓盤(pán)C從柱子1移至柱子3，并繼續(xù)解決難題的其余部分。將原始難題歸約（簡(jiǎn)化）為下列子難題：移動(dòng)圓盤(pán)A和B移至柱子2的雙圓盤(pán)難題。移動(dòng)圓盤(pán)C移至柱子3的單圓盤(pán)難題。移動(dòng)圓盤(pán)A和B移至柱子3的雙圓盤(pán)難題。XXXCBA梵塔問(wèn)題歸約圖：子問(wèn)題2可作為本原問(wèn)題考慮。子問(wèn)題1和子問(wèn)題3也可被歸約為本原問(wèn)題。與或圖(AND/ORgraph)能有效地說(shuō)明如何由問(wèn)題歸約法求得問(wèn)題的解答。多圓盤(pán)梵塔難題演示/hanoi/index.htm梵塔難題演示.avi2.4謂詞邏輯法1.命題邏輯vs.謂詞邏輯2.謂詞演算3.謂詞公式4.置換與合一5.例：機(jī)器人行為規(guī)劃1.命題邏輯vs.謂詞邏輯我們能夠很容易地把客觀世界的各種事實(shí)表示為邏輯命題。命題，是數(shù)理邏輯中最基本的概念，實(shí)際上就是一個(gè)意義明確，能分辨真假的陳述句。

例如：中國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家。最基本的命題邏輯的知識(shí)表達(dá)是給一個(gè)對(duì)象命名或陳述一個(gè)事實(shí)。1.命題邏輯vs.謂詞邏輯但命題邏輯有一定的局限性。例1:“李明是軟件工程班級(jí)學(xué)生，王華也是軟件工程班級(jí)學(xué)生”。無(wú)法得出李明和王華相似性的結(jié)論。例2：“所有的人都要學(xué)習(xí)”，如果不對(duì)問(wèn)題進(jìn)行量化，我們就必須一個(gè)一個(gè)地寫(xiě)出已經(jīng)知道的人都需要學(xué)習(xí)的獨(dú)立命題。謂詞邏輯(predicatelogic)允許我們表達(dá)那些無(wú)法用命題邏輯性應(yīng)地加以表達(dá)的命題。在謂詞邏輯中，我們能夠表達(dá)客觀世界事實(shí)為由合適公式（WFF）寫(xiě)成的命題。謂詞邏輯可作為知識(shí)的一種表示方法。2.謂詞演算謂詞邏輯的基本組成部分：

謂詞符號(hào)、變量符號(hào)、函數(shù)符號(hào)、常量符號(hào)、括號(hào)和逗號(hào)原子公式(atomicformulas)由若干謂詞符號(hào)和項(xiàng)組成的謂詞演算。原子公式是謂詞演算基本積木塊。運(yùn)用連詞和量詞能夠組合成多個(gè)原子公式以構(gòu)成比較復(fù)雜的合式公式。原子公式例1，要表示"機(jī)器人(ROBOT)在１號(hào)房間(r1)內(nèi)"，可以應(yīng)用原子公式:

當(dāng)機(jī)器人ROBOT移到房間r2時(shí)，原子公式可以表示為：

這兩個(gè)原子公式的通用形式就是原子公式例2,“李的母親和他的父親結(jié)婚”這句話的原子公式表示如下：連詞與·合取（conjunction）用連詞∧把幾個(gè)公式連接起來(lái)而構(gòu)成的公式。合取項(xiàng)是合取式的每個(gè)組成部分。例：我喜愛(ài)音樂(lè)和繪畫(huà) LIKE(I，MUSIC)∧LIKE(I，PAINTING)或·析?。╠isjunction）用連詞∨把幾個(gè)公式連接起來(lái)而構(gòu)成的公式。析取項(xiàng)是析取式的每個(gè)組成部分。例：李力打籃球或踢足球 PLAYS(LILI，BASKETBALL)∨PLAYS(LILI，F(xiàn)OOTBALL)連詞蘊(yùn)涵（Implication）用連詞=>連接兩個(gè)公式所構(gòu)成的公式，表示“如果-那么”語(yǔ)句。蘊(yùn)涵的左式叫做前項(xiàng)，右式叫做后項(xiàng)。例：如果劉翔跑得最快，那么他取得冠軍RUNS(LIUXIANG，F(xiàn)ASTEST)=>WINS(LIUXIANG，CHAMPION)非（NOT）用來(lái)否定一個(gè)公式的真值，可用～、┑表示。例：機(jī)器人不在2號(hào)房間內(nèi)

～I(xiàn)NROOM(ROBOT，r2）量詞全稱量詞(UniversalQuantifier)若一個(gè)原子公式P(x)，對(duì)于所有可能變量x都具有T值，則用(x)P(x)表示。例：所有的機(jī)器人都是灰色的

（x)[ROBOT(x)=>COLOR(x,GRAY)]例：所有學(xué)生都穿彩色制服

（x)[Student(x)=>Uniform(x,Color)]存在量詞(ExistentialQuantifier)若一個(gè)原子公式P(x)，至少有一個(gè)變?cè)猉，可使P(X)為T(mén)值，則用(x)P(x)表示。例：1號(hào)房間內(nèi)有個(gè)物體 (x)INROOM(x,r1)3.謂詞公式謂詞公式的定義原子謂詞公式

用P(x1,x2,…,xn)表示一個(gè)n元謂詞公式，其中P為n元謂詞，x1,x2,…,xn為客體變量或變?cè)?/p>

通常把P(x1,x2,…,xn)叫做謂詞演算的原子公式，或原子謂詞公式。分子謂詞公式

可以用連詞把原子謂詞公式組成復(fù)合謂詞公式，并把它叫做分子謂詞公式。合式公式(WFF,well-formedformulas)的遞歸定義(1)原子謂詞公式是合式公式。(2)若A為合式公式，則～A也是一個(gè)合式公式。(3)若A和B都是合式公式，則(A∧B),(A∨B),(A=>B)也都是合式公式。(4)若A是合式公式，x為A中的自由變?cè)?，則(x)A,(x)A都是合式公式。只有按上述規(guī)則(1)至(4)求得的那些公式，才是合式公式。謂詞公式例如：“對(duì)于所有的x，如果x是整數(shù)，則x或?yàn)檎幕蛘邽樨?fù)的。”(x)(I(x)=>(p(x)∨N(x)))，其中I(x)表示“x是整數(shù)”,P(x)表示“x是正數(shù)”，N(x)表示“x是負(fù)數(shù)”謂詞公式合式公式的性質(zhì)合式公式的真值表：謂詞公式等價(jià)關(guān)系(Equivalence)

如果兩個(gè)合式公式，無(wú)論如何解釋，其真值表都是相同的,那么我們就稱此兩個(gè)合式公式是等價(jià)的。等價(jià)關(guān)系(Equivalence) 否定之否定

～(～P)等價(jià)于PP∨Q等價(jià)于～P=>Q狄.摩根定律

～(P∨Q)等價(jià)于～P∧～Q

～(P∧Q)等價(jià)于～P∨～Q分配律 P∧(Q∨R)等價(jià)于(P∧Q)∨(P∧R) P∨(Q∧R)等價(jià)于(P∨Q)∧(P∨R)交換律 P∧Q等價(jià)于Q∧P P∨Q等價(jià)于Q∨P結(jié)合律 (P∧Q)∧R等價(jià)于P∧(Q∧R) (P∨Q)∨R等價(jià)于P∨(Q∨R)逆否律 P=>Q等價(jià)于～Q=>～P其它等價(jià)關(guān)系

～(x)P(x)等價(jià)于（x)[～P(x)]

～(x)P(x)等價(jià)于（x)[～P(x)]

（x）[P(x)∧Q(x)]等價(jià)于（x）P(x)∧(x)Q(x）

（x）[P(x)∨Q(x)]等價(jià)于（x）P(x)∨（x）Q(x)

（x)P(x)等價(jià)于（y)P(y)

（x)P(x)等價(jià)于（y)P(y)下面舉個(gè)用謂詞演算來(lái)表示的英文句子的實(shí)例：Foreverysetx,thereisasety,suchthatthecardinalityofyisgreaterthanthecardinalityofx.4.置換與合一置換假元推理，是由合式公式W1和W1→W2產(chǎn)生合式公式W2的運(yùn)算。全稱化推理，是由合式公式(x)W(x)產(chǎn)生合式公式W(A)，其中A為任意常量符號(hào)。舉例：

表達(dá)式P［x，f(y)，B］的一個(gè)置換為s1=｛z/x，w/y｝，則 P［x，f(y)，B］s1=P［z，f(w)，B］

一個(gè)表達(dá)式的置換就是在該表達(dá)式中用置換項(xiàng)置換變量。4.置換與合一合一尋找項(xiàng)對(duì)變量的置換，以使兩表達(dá)式一致，叫做合一。如果一個(gè)置換s作用于表達(dá)式集｛Ei｝的每個(gè)元素，則用｛Ei｝s來(lái)表示置換例的集。稱表達(dá)式集｛Ei｝是可合一的。如果存在一個(gè)置換s使得：E1s=E2s=E3s=…那么稱此s為｛Ei｝的合一者，因?yàn)閟的作用是使集合｛Ei｝成為單一形式。舉例：表達(dá)式P［x，f(y)，B］和表達(dá)式P［x，f(B)，B］的合一者表達(dá)式P［x，f(y)，B］的一個(gè)置換為s=｛A/x，B/y｝，則P［x，f(y)，B］s=P［A，f(B)，B］表達(dá)式P［x，f(B)，B］的一個(gè)置換為s=｛A/x，B/y｝，則：P［x，f(B)，B］s=P［A，f(B)，B］,s為二者的合一者。5.例：機(jī)器人行為規(guī)劃設(shè)有—個(gè)含有凹室(alcove)的房間里有兩張桌子A和B、一個(gè)機(jī)器人(robot)和一個(gè)箱子(box)。為了讓機(jī)器人從凹室出發(fā)，將在桌子A上的箱子移到桌子B上，然后同到凹室。解題過(guò)程本問(wèn)題涉及的常量定義為：機(jī)器人：robot積木塊：box凹室：alcove桌子：A桌子：B解題過(guò)程Step1:定義與問(wèn)題有關(guān)的謂詞：

Table(x)x是桌子

Empty(y)y手中是空的At(y，z)y在z附近Holds(y，w)y手中拿著wOn(w,x)w在x之上

這些謂詞表達(dá)了事物之間的關(guān)系，其中，變量x,y,z,w的客體域分別為{A,B}，{robot}，{A，B，a1cove}，{box}。解題過(guò)程Step2:根據(jù)問(wèn)題的描述，將問(wèn)題的初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)分別用謂詞公式表示出來(lái)初始狀態(tài)為：At（robot，a1cove）Empty(robot)0n(box，A)Table(A)Table(B)目標(biāo)狀態(tài)為下列語(yǔ)句的合取:At(robot，a1cove)Empty(robot)on(box，B)Table(A)Table(B)解題過(guò)程Step3:定義操作、條件和行為如何從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)，機(jī)器人要通道一系列的操作才能實(shí)現(xiàn)。Go-to-A(x)表示機(jī)器人從x處走到A處Pick-up-box(x)表示機(jī)器人從x處拿起箱子Set-down-box(x)表示機(jī)器人在x處放下箱子在機(jī)器人行動(dòng)規(guī)則中，通常需要為每一個(gè)操作定義條件和行動(dòng)。例如：Pick-up-box(A)條件：on(箱子，A)At(機(jī)器人，A)Empty(機(jī)器人)行動(dòng)：刪除Empty(機(jī)器人)增加Holds(機(jī)器人，箱子)如何從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)，機(jī)器人要通道一系列的操作才能實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人行動(dòng)規(guī)劃的問(wèn)題求解過(guò)程為：初始狀態(tài)At(機(jī)器人，Alcove)Empty(機(jī)器人)on(箱子，A)Table(A)Table(B)==>從Go-to-A(x)At(機(jī)器人，A)Empty(機(jī)器人)0n(箱子，A)Table(A)Table(B)=>Pick-up-box(x)At(機(jī)器人，A)Ho1ds(機(jī)器人，箱子)Table(A)Table(B)==>Go-to-B(x)At(機(jī)器人，B)Ho1ds(機(jī)器人，箱子)Table(A)Table(B)==>Set-down-box(x)At(機(jī)器人，A)Empty(機(jī)器人)on(箱子，B)Table(A)Table(B)=>Go-to-A1cove(x)At(機(jī)器人，Alcove)Empty(機(jī)器人)0n(箱子，B)Table(A)Table(B)謂詞邏輯表示法的應(yīng)用盡管謂詞邏輯還有不盡入意之處，但確是一種應(yīng)用較早，較廣泛，也是較成功的知識(shí)表示方法，它比較適用于用定理證明方法求解問(wèn)題的系統(tǒng)。例如，Green(1969)研制的自動(dòng)問(wèn)答系統(tǒng)，用邏輯方法表達(dá)知識(shí)，以定理證明方式推理，它是進(jìn)行化學(xué)等方面的問(wèn)題解答的通用系統(tǒng)。Fikes(1971)研制的機(jī)器人行動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)，在問(wèn)題求解中采用了演繹推理方法，規(guī)劃決策采用了“目標(biāo)-手段”分析法。Filman(1976)研制了機(jī)器博弈系統(tǒng)。KoWalski(1979)研制了問(wèn)題求解系統(tǒng)。2.5語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法1.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念及其結(jié)構(gòu)2.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法的表示3.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理4.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法舉例Google翻譯工具M(jìn)SWord拼寫(xiě)與語(yǔ)法檢查功能語(yǔ)法vs.語(yǔ)義一種語(yǔ)言是合法句子的集合。什么樣的句子是合法的呢？語(yǔ)法和語(yǔ)義。語(yǔ)法：和文法結(jié)構(gòu)有關(guān)語(yǔ)義：和按照這個(gè)結(jié)構(gòu)所組合的單詞符號(hào)的意義有關(guān)e.g.

雪是白的。--語(yǔ)法正確,語(yǔ)義正確

雪是紅的。--語(yǔ)法正確,語(yǔ)義錯(cuò)誤2.5語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)最初被提出是為了表達(dá)詞匯之間的語(yǔ)義關(guān)系。后來(lái)，人們很快地發(fā)現(xiàn)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)在邏輯推理方面的潛在能力，從而使語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)成為人工智能的一種知識(shí)表示方法獲得迅速發(fā)展?！罢Z(yǔ)義”一詞主要是指語(yǔ)言結(jié)構(gòu)(如詞、短語(yǔ)、句子、段落等)及其意義上的聯(lián)系?？陀^世界中的事物相互間除了具有因果關(guān)系、類屬關(guān)系等表面上的一些關(guān)系外，各事物、各概念之間還存在著含義上的聯(lián)系或者語(yǔ)義上的聯(lián)系。圖：狗的身體構(gòu)成圖：生物分類2.5語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法1968年J.R.Quillian在研究人類聯(lián)想記憶時(shí)提出語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)這一心理學(xué)模型。他認(rèn)為，記憶是由概念間的聯(lián)系實(shí)現(xiàn)的。1972年，Simon首先將語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法用于自然語(yǔ)言理解系統(tǒng)。

隨后在他設(shè)計(jì)的可教式語(yǔ)言理解器（TeachableLanguageComprehenden,TCL）中將這種心理學(xué)模型（語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)）用于知識(shí)表示。1.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念及結(jié)構(gòu)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)就是為了描述概念、事物、屬性、情況、動(dòng)作、狀態(tài)等以及它們之間的語(yǔ)義聯(lián)系而引入的。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是知識(shí)的一種圖解表示。它由節(jié)點(diǎn)和弧線組成。節(jié)點(diǎn)用于表示實(shí)體、概念和情況等。弧線用于表示節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系?；∩系臉?biāo)注表示被連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的某種語(yǔ)義聯(lián)系或語(yǔ)義關(guān)系。BRA語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的步驟語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系二元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的表示多元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的表示2.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法的表示Step1:確定問(wèn)題中的所有對(duì)象以及各對(duì)象的屬性Step2:確定所討論對(duì)象間的關(guān)系Step3:將各對(duì)象作為語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，各對(duì)象間的關(guān)系作為網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)間的弧，連接形成語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)可代表一個(gè)事物或一個(gè)具體概念，也可代表某種情況、事件或某一動(dòng)作。當(dāng)節(jié)點(diǎn)表示某種事件或某一動(dòng)作，可以從該節(jié)點(diǎn)引出一組向外的弧，用于指出事件的因果或動(dòng)作的主體及客體。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的步驟語(yǔ)義聯(lián)系反映了節(jié)點(diǎn)間的語(yǔ)義關(guān)系。常用的語(yǔ)義聯(lián)系：實(shí)例聯(lián)系泛化聯(lián)系聚集聯(lián)系屬性聯(lián)系…語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系實(shí)例聯(lián)系用于表示實(shí)例節(jié)點(diǎn)與所屬類節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系，常用語(yǔ)言“是一個(gè)”描述，可表示為“ISA”或“is-a”。

泛化聯(lián)系用于表示一種類節(jié)點(diǎn)與更抽象類節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系，常用語(yǔ)言“是一種”描述，可表示為“a-kind-of”或AKO。AKO是一種偏序聯(lián)系，通過(guò)AKO可以將問(wèn)題中的所有節(jié)點(diǎn)組織成一個(gè)AKO層次網(wǎng)絡(luò)。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系聚集聯(lián)系用于表示某一個(gè)體與其組成成分之間的聯(lián)系，通常用PART-OF表示。聚集聯(lián)系基于概念的分解性，將高層概念分解為若干低層概念的集合。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系屬性聯(lián)系

用于表示個(gè)體、屬性及其取值之間的聯(lián)系，通常用有向弧表示屬性，用這些弧所指向的節(jié)點(diǎn)表示各自的值。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系其它聯(lián)系

在客觀世界中，事物間的聯(lián)系是多種多樣的、千變?nèi)f化的。在使用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行知識(shí)表示時(shí)，可根據(jù)需要對(duì)事物間的各種聯(lián)系進(jìn)行定義。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系二元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的表示1.表示簡(jiǎn)單的事實(shí)

兩節(jié)點(diǎn)以“是一個(gè)”（ISA）鏈相連。

例1：所有的燕子都是鳥(niǎo)二元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的表示2.表示占有關(guān)系和其它情況

例2：小燕是一只燕子，燕子是鳥(niǎo)；巢-1是小燕的巢，巢-1是巢中的一個(gè)。二元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的表示3.選擇語(yǔ)義基元

試圖用一組基元來(lái)表示知識(shí)，以便簡(jiǎn)化表示，并可用簡(jiǎn)單的知識(shí)來(lái)表示更復(fù)雜的知識(shí)。

例3：我椅子的顏色是咖啡色的；椅子包套是皮革；椅子是一種家具；椅子是座位的一部分；椅子的所有者是X；X是個(gè)人。多元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的表示語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從本質(zhì)上講，結(jié)點(diǎn)之間的連接是二元關(guān)系。例如，TRIANGLE(a,b,c)表示一個(gè)三角形由三條邊a,b,c構(gòu)成，可表述為, cat(a,b)cat(b,c)cat(c,a)

其中，cat表示將兩條邊串接起來(lái)。如果要表示的事實(shí)是多元關(guān)系，必須將多元關(guān)系轉(zhuǎn)化為二元關(guān)系。把多元關(guān)系轉(zhuǎn)化成一組二元關(guān)系的組合，即二元關(guān)系的合取。具體地，多元關(guān)系R(X1,X2,…Xn)可以轉(zhuǎn)換成R1(X11,X12)R2(X21,X22)…Rn(Xn1,Xn2)3.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的推理過(guò)程主要有兩種。繼承匹配3.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理1.繼承在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中，所謂的繼承是把對(duì)事物的描述從概念節(jié)點(diǎn)或類節(jié)點(diǎn)傳遞到實(shí)例節(jié)點(diǎn)。一共有3種繼承過(guò)程。值繼承“如果需要”繼承“缺省”繼承值繼承值繼承最簡(jiǎn)單的值繼承是ISA關(guān)系下的直接繼承。

ISA是IS-A的縮寫(xiě)，表示“是一種”關(guān)系。AKO(akindof)弧也用于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的描述特性的繼承。AKO是A-KIND-OF的縮寫(xiě)，表示“是某種”關(guān)系。圖：語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的值繼承ISA和AKO鏈直接地表示類的成員關(guān)系以及子類和類之間的關(guān)系，提供了一種把知識(shí)從某一層傳遞到另一層的途徑。“如果需要”繼承當(dāng)不知道某個(gè)值時(shí)，可以利用已知信息來(lái)計(jì)算。進(jìn)行上述計(jì)算的程序稱為if-needed程序。圖：語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的"如果需要"繼承"缺省"繼承當(dāng)我們對(duì)事物所作的假設(shè)不是十分有把握時(shí)，最好對(duì)所作的假設(shè)加上“可能”這樣的字眼。把這種具有相當(dāng)程度真實(shí)性但又十分肯定的值稱為“缺省”值。這種類型值被放入DEFAULT(缺省)中。圖：語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的"缺省"繼承例如，從整體來(lái)說(shuō)，積木的顏色很可能是藍(lán)色的，但在磚塊中，顏色可能是紅的。對(duì)BLOCK和BRICK節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，在COLOR中找到的側(cè)面都是DEFAULT側(cè)面，在圖中以括弧加以標(biāo)志。3.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理2.匹配

在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中，事物是通過(guò)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)這種結(jié)構(gòu)來(lái)描述的，事物的匹配則為結(jié)構(gòu)上的匹配，包括結(jié)點(diǎn)的匹配和弧的匹配。推理步驟為：第一、構(gòu)造問(wèn)題的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)塊，然后在事實(shí)網(wǎng)絡(luò)中尋找匹配；第二、推理從一條弧連接的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的匹配開(kāi)始，再匹配與該兩個(gè)結(jié)點(diǎn)相連接的所有其它結(jié)點(diǎn)，直到問(wèn)題得到解答。語(yǔ)義網(wǎng)上的知識(shí)表示與查詢語(yǔ)言.pdf4.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法舉例用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示以下事實(shí)： “武漢大學(xué)是一所具有百年歷史的綜合性大學(xué)，它位于武漢市筆直、寬廣的珞瑜路。張廣義今年36歲，男性，中等身材，他任職于武漢大學(xué)。”解題分析本事實(shí)涉及的對(duì)象：各對(duì)象的屬性：武漢大學(xué)、武漢市珞瑜路、張廣義張廣義:36歲、男性、中等身材武漢大學(xué)：百年歷史、綜合性大學(xué)武漢市珞瑜路：筆直、寬廣 “武漢大學(xué)是一所具有百年歷史的綜合性大學(xué)，它位于武漢市筆直、寬廣的珞瑜路。張廣義今年36歲，男性，中等身材，他任職于武漢大學(xué)?！苯忸}分析各對(duì)象間的關(guān)系： “武漢大學(xué)是一所具有百年歷史的綜合性大學(xué)，它位于武漢市筆直、寬廣的珞瑜路。張廣義今年36歲，男性，中等身材，他任職于武漢大學(xué)。”“張廣義”和”武漢大學(xué)”間的關(guān)系是“工作于”“武漢大學(xué)”和”武漢市珞瑜路”之間的關(guān)系是“位于”若用WORKAT表示“工作于”，用LOCATED表示“位于”，本事實(shí)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)為：張廣義武漢大學(xué)武漢市珞瑜路男性36歲中等身材綜合性大學(xué)百年歷史筆直寬廣WORKATLOCATED性別年齡特點(diǎn)大學(xué)性質(zhì)成立時(shí)間特點(diǎn)1特點(diǎn)22.6框架表示法1.框架的構(gòu)成2.框架的推理3.框架表示法的應(yīng)用2.6框架表示法1975年美國(guó)人工智能專家M.Minsky在論文“Aframeworkforrepresentingknowledge”中提出了框架理論，受到了人工智能的廣泛重視，后來(lái)逐步發(fā)展為一種被廣泛使用的知識(shí)表示方法,成為理解視覺(jué)、自然語(yǔ)言對(duì)話和其他復(fù)雜行為的基礎(chǔ)?？蚣芾碚摰奶岢龌谛睦韺W(xué)的研究成果：在人類日常思維及理解活動(dòng)中已存儲(chǔ)了大量的典型情景。當(dāng)分析和理解所遇到的新情況時(shí)，人們并不是從頭分析新情況，而是從記憶中選擇（即匹配）某個(gè)輪廓的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)（即框架）與當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)情況

進(jìn)行某種程度的匹配。這個(gè)框架是以前記憶的一個(gè)知識(shí)空框，而具體的內(nèi)容又隨新的情況而改變，即新情況的細(xì)節(jié)不斷填充到這個(gè)框架中，形成新的認(rèn)識(shí)存儲(chǔ)到人的記憶中。2.6框架表示法例1：到一個(gè)新開(kāi)張的飯館吃飯

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，可以想象到在這家飯店里將看到菜單、桌子、椅子和服務(wù)員等，然而關(guān)于菜單的內(nèi)容、桌子、椅子的式樣和服務(wù)員穿什么樣的衣服等具體信息要等到飯館觀察后才可以得到。2.6框架表示法例2：走進(jìn)一個(gè)教室

當(dāng)一個(gè)人將要走進(jìn)一個(gè)教室之前，他就可以想象這個(gè)教室一定有四面墻，有門(mén)、窗、天花板和地板，還有黑板、講臺(tái)、課桌、座椅等，盡管他對(duì)這個(gè)教室的具體細(xì)節(jié)如教室的大小、門(mén)窗的個(gè)數(shù)等還不清楚，但對(duì)教室的結(jié)構(gòu)是可以預(yù)見(jiàn)的。他已在其頭腦中建立起了有關(guān)“教室”這一概念的基本框架。2.6框架表示法這種可以預(yù)見(jiàn)的知識(shí)結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)中表示成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是框架?？蚣芾碚搶⒖蚣茏鳛橹R(shí)的單元。將一組有關(guān)的框架鏈接起來(lái)便形成框架系統(tǒng)。許多推理過(guò)程可以在框架系統(tǒng)內(nèi)完成。1.框架的構(gòu)成框架中的定義框架：框架表示一個(gè)對(duì)象、一個(gè)概念、一個(gè)事件、或問(wèn)題領(lǐng)域的一個(gè)實(shí)體。它是屬性（槽）及其相關(guān)值的集合。槽：槽是框架的屬性。側(cè)面：對(duì)象的側(cè)面是對(duì)槽的進(jìn)一步細(xì)化。值：值是側(cè)面的具體屬性值。框架的基本結(jié)構(gòu)為：一個(gè)框架(Frame)由一組槽（Slot）組成，一個(gè)槽可以由若干個(gè)側(cè)面(Face)組成，每個(gè)側(cè)面可以有一個(gè)或多個(gè)值(Value)。對(duì)于大多數(shù)問(wèn)題，不能簡(jiǎn)單地用一個(gè)框架來(lái)表示，必須同時(shí)使用許多框架，組成一個(gè)框架系統(tǒng)。<框架名><槽1><側(cè)面11><值111><側(cè)面12><值121>……<槽2><側(cè)面21><值211>………<槽n><側(cè)面n1><值n11>……<側(cè)面nm><值nm1>…例1：關(guān)于優(yōu)質(zhì)商品的框架框架名：<優(yōu)質(zhì)商品>

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生產(chǎn)日期:

生產(chǎn)地點(diǎn):

獲獎(jiǎng)級(jí)別:

國(guó)家級(jí):

省部級(jí):

縣市級(jí):

獲獎(jiǎng)時(shí)間:

單位(年、月、日）： 頒發(fā)部門(mén)：槽名側(cè)面框架名例2：關(guān)于大學(xué)教師的框架框架名：<大學(xué)教師>類屬：<知識(shí)分子>姓名：?jiǎn)挝唬ㄐ?、名）年齡：?jiǎn)挝唬q）性別：范圍：（男、女） 缺?。耗袑W(xué)歷：范圍（學(xué)士、碩士、博士）職稱：范圍（教授、副教授、講師、助教）部門(mén)：?jiǎn)挝唬ㄏ?、教研室）外語(yǔ)：語(yǔ)種：范圍：（英、日、俄、法、德） 缺省：英水平：范圍：（優(yōu)、良、中、差） 缺?。毫甲≈罚?lt;住址框架>工資：<工資框架>框架名框架名框架名槽名側(cè)面例3：關(guān)于某大學(xué)教師的框架框架名：<教師-1>類屬：<大學(xué)教師>姓名：李殷穎年齡：33性別：男學(xué)歷：博士職稱：副教授部門(mén)：計(jì)算機(jī)系計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室住址：<住址-1>工資：<工資-1>用框架表示方法的步驟框架是一種描述所論對(duì)象屬性并反映相關(guān)各對(duì)象間的各種關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以將它視做知識(shí)的單位。對(duì)于要被表達(dá)的知識(shí)，其中可能包含著許多對(duì)象，對(duì)象之間有著各種各樣的聯(lián)系，將這些有關(guān)系的對(duì)象的框架聯(lián)結(jié)起來(lái)便形成了要被表達(dá)知識(shí)的框架系統(tǒng)。用框架表示方法的步驟框架表示知識(shí)的步驟：Step1:分析待表達(dá)知識(shí)中的對(duì)象及其屬性，對(duì)框架中的槽進(jìn)行合理設(shè)置。Step2:對(duì)各對(duì)象間的各種聯(lián)系進(jìn)行考察，使用一些常用的名稱或根據(jù)具體需要定義一些表達(dá)聯(lián)系的槽名，來(lái)描述上、下層框架間的聯(lián)系。Step3:對(duì)各層對(duì)象的“槽”及“側(cè)面”進(jìn)行合理的組織安排，避免信息描述的重復(fù)。2.框架的推理框架比較適合表達(dá)具有結(jié)構(gòu)性的知識(shí)，像概念、對(duì)象等。框架表示法的特點(diǎn)，即結(jié)構(gòu)性、自然性和繼承性?；诳蚣艿耐评矸椒ň褪抢^承。繼承是指子框架可以擁有父框架的槽及其槽值。這樣就建立起了復(fù)雜知識(shí)的框架網(wǎng)絡(luò)，下層框架可以繼承上層框架的槽值，可以進(jìn)行補(bǔ)充和修改，保證了知識(shí)的一直性。實(shí)現(xiàn)繼承的操作有匹配、搜索和填槽。具體來(lái)講，求解某個(gè)問(wèn)題時(shí)，先把問(wèn)題用一個(gè)框架表示，然后到知識(shí)庫(kù)中去查已知的框架進(jìn)行匹配。如果匹配成功，下層框架可以繼承上層框架的槽值。2.框架的推理Step1:把待求解問(wèn)題用一個(gè)框架表示出來(lái)，其中有的槽是空的，表示待求解的問(wèn)題，稱做未知處。Step2:與知識(shí)庫(kù)中已有的框架進(jìn)行匹配。這種匹配是通過(guò)對(duì)相應(yīng)的槽的槽名及槽值進(jìn)行逐個(gè)比較實(shí)現(xiàn)的。比較的結(jié)果可能不是完全匹配，如果兩個(gè)框架的各對(duì)應(yīng)槽沒(méi)有矛盾或滿足預(yù)先規(guī)定的某些條件，就認(rèn)為這兩個(gè)框架可以匹配。找出一個(gè)或幾個(gè)可匹配的預(yù)選框架作為初步假設(shè)，在初步假設(shè)的引導(dǎo)下收集進(jìn)一步的信息。Step3:使用一種評(píng)價(jià)方法對(duì)預(yù)選框架進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便決定是否接受它。Step4:若可接受，則與問(wèn)題框架的未知處相匹配的事實(shí)就是問(wèn)題的解。2.框架的推理例如,某教師的有關(guān)檔案已在教師知識(shí)庫(kù)中，現(xiàn)在來(lái)查她的外語(yǔ)水平，可編寫(xiě)下面的框架予以匹配。框架名：<教師-1>繼承：大學(xué)教師姓名：李殷穎年齡：33性別：女學(xué)歷：博士職稱：副教授部門(mén)；計(jì)算機(jī)系計(jì)算機(jī)應(yīng)用教研室外語(yǔ)水平：住址：<住址-1>工資：<工資-1>

在例中原框架子框架無(wú)外語(yǔ)水平槽,但是它的父框架“大學(xué)教師”中有外語(yǔ)水平槽,還有“語(yǔ)種”側(cè)面和“水平”側(cè)面以及缺省值.通過(guò)繼承,可以知道教師-1學(xué)的是英語(yǔ),水平良好。3.框架表示法的應(yīng)用Bobrow(1977)研究了基于框架方法的知識(shí)表達(dá)語(yǔ)言KRL(KnowledgeRepresentationLanguage)。Bobrow等(1977)研制的通用理解系統(tǒng)GUS(GeneralUnderstandingSystem)，是用框架方法的“人·機(jī)”對(duì)話系統(tǒng)。Stcfik(1979，1980)研究用畫(huà)面表達(dá)知識(shí)的多層規(guī)劃系統(tǒng)。Grelner(1980)研究了知識(shí)表示語(yǔ)言的語(yǔ)言RLL(RepresentationLanguageLanguage)。歷史本體源自哲學(xué)之中“形而上學(xué)”的分支。關(guān)注現(xiàn)實(shí)的本質(zhì)，即存在的本質(zhì)。作為哲學(xué)的一個(gè)基本分支，分析存在的各種類型或模式，尤其是共相與殊相之間、內(nèi)在特性與外在特性之間、以及本質(zhì)與存在之間的關(guān)系。人工智能領(lǐng)域認(rèn)為知識(shí)的