人工智能-第二章課件

知識與知識表示的概念一階謂詞邏輯表示法產(chǎn)生式表示法語義網(wǎng)絡表示法框架表示法其它表示法第二章知識表示知識與知識表示的概念第二章知識表示1 知識知識：是人們在改造客觀世界的實踐中積累起來的認識和經(jīng)驗。數(shù)據(jù)：是指人們?yōu)榱嗣枋隹陀^世界中的具體事物而引入的一些數(shù)字、字符、文字等符號或符號的組合。信息：是指用不同數(shù)據(jù)組成的一種結構。數(shù)據(jù)是信息的載體和表示。信息是數(shù)據(jù)在特定場合下的含義，或者說信息是數(shù)據(jù)的語義。第二章知識表示 知識第二章知識表示2 知識知識是對信息進行智能性加工所形成的對客觀世界規(guī)律性的認識。三個有代表性的定義知識是經(jīng)過消減、塑造、解釋、選擇和轉換的信息。知識是由特定領域的描述、關系和過程組成的。知識＝事實＋信念＋啟發(fā)式。第二章知識表示 知識第二章知識表示3 知識知識的屬性真假性與相對性真假性是指可以通過實踐或推理來證明知識為真或為假。相對性是指知識的真與假是相對于某些條件、環(huán)境及時間而言。不確定性不確定性包括不完備性、不精確性與模糊性。第二章知識表示 知識第二章知識表示4 知識不完備性是指在解決問題時不具備解決該問題所需要的全部知識。不精確性是指知識所具有的既不能完全被確定為真，又不能完全被確定為假的特性。模糊性是指知識的“邊界”不明確的特性。第二章知識表示 知識第二章知識表示5 知識矛盾性和相容性矛盾性是指同一個知識集中的不同知識之間相互對立或不一致，即從這些知識出發(fā)，會推出不一致的結論。相容性是指同一個知識集中的所有知識之間互相不矛盾。第二章知識表示 知識第二章知識表示6 知識可表示性和可利用性可表示性是指知識可以用適當?shù)男问奖硎境鰜怼？衫眯允侵钢R可以被用來解決各種各樣的問題。知識的類型按知識的性質：概念、命題、公理、定理、規(guī)則和方法等。第二章知識表示 知識第二章知識表示7 知識按知識的作用范圍：常識性知識和領域性知識。按知識的作用：事實性知識、過程性知識和控制性知識。事實性知識是用來描述問題或事物的概念、屬性、狀態(tài)、環(huán)境及條件等情況的知識。過程性知識是用來描述問題求解過程所需要的操作、演算或行為等規(guī)律性知識。第二章知識表示 知識第二章知識表示8 知識控制性知識是關于如何運用已有知識進行問題求解的知識。按知識的層次：表層知識和深層知識。表層知識是指客觀事物的現(xiàn)象以及這些現(xiàn)象與結論之間關系的知識。深層知識是指事物本質、因果關系內涵、基本原理之類的知識。第二章知識表示 知識第二章知識表示9 知識按知識的確定性：確定性知識和不確定性知識。確定性知識是可以給出其真值為“真”或“假”的知識。不確定性知識是指具有“不確定”特性的知識。按知識的等級：零級知識、一級知識和二級知識等。第二章知識表示 知識第二章知識表示10 知識零級知識是指問題領域內的事實、定理、方法、實驗對象和操作等常識性和原理性知識。一級知識是指具有經(jīng)驗性、啟發(fā)性的知識。二級知識是指如何運用上述兩級知識的知識。按知識的結構及表現(xiàn)形式：邏輯性知識和形象性知識。邏輯性知識是反映人類邏輯思維過程的知識。形象性知識是通過事物的形象建立起來的知識第二章知識表示 知識第二章知識表示11 知識表示知識表示：就是對知識的一種描述，即用一些約定的符號把知識編碼成一組計算機可以接受的數(shù)據(jù)結構。知識表示的要求表示能力：是指能否正確、有效地將問題求解所需要地各種知識表示出來。（范圍的廣泛性；高效性；支持程度）?？衫眯裕菏侵甘褂弥R進行推理，以求得問題的解。第二章知識表示 知識表示第二章知識12 知識表示可組織性與可維護性知識的組織是指把有關知識按照某種方式組成一種知識結構。知識維護是指在保證知識的一致性與完整性的前提下對知識所進行的增加、刪除、修改等操作。可實現(xiàn)性：是指知識表示要便于在計算機上實現(xiàn)，便于直接由計算機對其進行處理。第二章知識表示 知識表示第二章知識13 知識表示自然性與可理解性自然性是指知識表示形式要符合人們的日常習慣和思維方式?？衫斫庑允侵杆硎镜闹R應易讀、易懂、易獲取、易維護。知識表示方法 目前使用較多的有：一階謂詞邏輯表示法、產(chǎn)生式表示法、語義網(wǎng)絡表示法、框架表示法等。第二章知識表示 知識表示第二章知識14一階謂詞邏輯表示法一階謂詞邏輯表示法是一種基于數(shù)理邏輯的知識表示方式。它是人工智能中使用較多的知識表示法，主要用于自動定理證明、問題解答、機器人等領域。第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）一階謂詞邏輯表示法第二章知識表15一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎命題與真值命題：能夠判斷真假的陳述句。真值：命題的意義，有真假兩種情況。論域和謂詞論域：由所討論對象的全體構成的非空集合。論域中的元素稱為個體，論域也稱為個體域。在謂詞邏輯中，命題是用謂詞來表示的。一個謂詞可分為謂詞名和個體兩部分。第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎第二章知識表示（16一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎論域和謂詞個體是命題的主語，用來表示某個獨立存在的事物或者某個抽象的概念。謂詞名是命題的謂語，用來表示個體的性質、狀態(tài)或個體之間的關系等。如命題“王宏是學生”可表示為： STUDENT(wanghong) 小李比小趙高：HIGH(li,zhao)第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎第二章知識表示（17一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎連接詞和量詞共有5個連接詞： ﹁(非)、∨(析取)、∧(合取)、→(蘊含)、 ?（等價）。共有2個量詞：第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）全稱量詞x；存在量詞x。一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎第二章知識表示（18謂詞邏輯表示方法謂詞邏輯不僅可以用來表示事物的狀態(tài)、屬性、概念等事實性知識，也可以用來表示事物的因果關系。例1用謂詞邏輯表示知識“每個人都有一個父親”。定義謂詞：PERSON(x)：表示x是人。 HASFATHER(x,y)：表示x有父親y。 謂詞表示為：第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）（x)(y)(PERSON(x)→HASFATHER(x,y))謂詞邏輯表示方法第二章19謂詞邏輯表示方法例4用謂詞邏輯表示如下知識： 王宏是計算機系的一名學生。 李明是王宏的同班同學。 凡是計算機系的學生都喜歡編程序。定義謂詞：COMPUTER(x)：表示x是計算機系的學生。 CLASSMATE(x,y)：表示x是y的同班同學。 LIKE(x,y)：表示x喜歡y。 謂詞表示為：COMPUTER(wanghong) CLASSMATE(liming,wanghong)第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）( x)(COMPUTER(x)→LIKE(x,programing))謂詞邏輯表示方法第二章20謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）cab定義謂詞如下：TABLE(x)：x是桌子。EMPTY(y)：y手中是空的。AT(y,z)：y在z的附近。HOLDS(y,w)：y拿著w。ON(w,x)：w在x桌面上。x∈{a,b}；y∈{robot}；z∈{a,b,c}；w∈{box}。謂詞邏輯表示的應用第二章21謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）問題的初始狀態(tài)：AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)問題的目標狀態(tài)：AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)謂詞邏輯表示的應用第二章22謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）機器人需要執(zhí)行以下三個操作：Goto(x,y)：從x處走到y(tǒng)處。Pickup(x)：在x處拿起盒子。Setdown(x)：在x處放下盒子。每個操作對應的條件與動作如下：Goto(x,y)：條件：AT(robot,x) 動作：刪除AT(robot,x) 添加AT(robot,y)謂詞邏輯表示的應用第二章23謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）Pickup(x)：條件：ON(box,x),TABLE(x),AT(robot,x), EMPTY(robot)動作：刪除EMPTY(robot),ON(box,x) 添加HOLDS(robot,box)謂詞邏輯表示的應用第二章24謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）Setdown(x)：條件：AT(robot,x),TABLE(x),HOLDS(robot,box)動作：刪除HOLDS(robot,box) 添加EMPTY(robot),ON(box,x)

謂詞邏輯表示的應用第二章25謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）求解過程如下：

狀態(tài)1(初始狀態(tài))AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)開始＝＝＝>謂詞邏輯表示的應用第二章26謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）求解過程如下：

狀態(tài)2AT(robot,a)EMPTY(robot)ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)Goto(x,y)＝＝＝＝>用c代換x,a代換y謂詞邏輯表示的應用第二章27謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）求解過程如下： Pickup(x)＝＝＝＝>用a代換x

狀態(tài)3AT(robot,a)HOLDS(robot,box)TABLE(a)TABLE(b)謂詞邏輯表示的應用第二章28謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）求解過程如下： Goto(x,y)＝＝＝＝>用a代換x,b代換y

狀態(tài)4AT(robot,b)HOLDS(robot,box)TABLE(a)TABLE(b)謂詞邏輯表示的應用第二章29謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）求解過程如下：

狀態(tài)5AT(robot,b)EMPTY(robot)ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)Setdown(x)＝＝＝＝>用b代換x謂詞邏輯表示的應用第二章30謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）求解過程如下：

狀態(tài)6AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)Goto(x,y)＝＝＝＝>用b代換x,c代換y謂詞邏輯表示的應用第二章31謂詞邏輯表示的應用Hanoi塔問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）柱1 柱2 柱3CBA柱1柱2柱3CBA定義謂詞如下： DISK(x)：x是一個圓盤。 PEG(z)：z是柱子。 SMALLER(x,y)：x比y小。謂詞邏輯表示的應用第二章32謂詞邏輯表示的應用Hanoi塔問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）

ON(x,y,z)：在柱子z上，x在y上。 FREE(x,z)：在柱子z上，x為頂上圓盤。 x、y∈{A,B,C}；z∈{1,2,3}。

初始狀態(tài)（a） 目標狀態(tài)（b） ⑴DISK(A) ⑴DISK(A) ⑵DISK(B) ⑵DISK(B) ⑶DISK(C) ⑶DISK(C) ⑷PEG(1) ⑷PEG(1)⑸PEG(2) ⑸PEG(2)謂詞邏輯表示的應用第二章33謂詞邏輯表示的應用Hanoi塔問題

初始狀態(tài)（a） 目標狀態(tài)（b） ⑹PEG(3) ⑹PEG(3) ⑺SMALLER(A,B) ⑺SMALLER(A,B)⑻SMALLER(B,C) ⑻MALLER(B,C)⑼ON(A,B,1) ⑼ON(A,B,3)⑽ON(B,C,1) ⑽ON(B,C,3) ⑾FREE(A,1) ⑾FREE(A,3)第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）謂詞邏輯表示的應用初34謂詞邏輯表示的應用Hanoi塔問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）定義圓盤操作函數(shù)為：MOVE(x1,y1;x2,y2)條件：FREE(x1,y1) 盤x1在柱y1頂上 FREE(x2,y2) 盤x2在柱y2頂上 DISK(x1) x1為圓盤 DISK(x2) x2為圓盤 PEG(y1) y1為柱子 PEG(y2) y2為柱子 SMALLER(x1,x2) x1比x2小動作：刪除 FREE(x1,y1),FREE(x2,y2)添加 ON(x1,x2,y2)在柱子y2上，x1在x2的上方。謂詞邏輯表示的應用第二章35謂詞邏輯表示的應用Hanoi塔問題第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法）執(zhí)行如下操作系列，可得到目標狀態(tài)：

MOVE(A,1;Φ,3); MOVE(B,1;Φ,2); MOVE(A,3;B,2); MOVE(C,1;Φ,3); MOVE(A,2;Φ,1); MOVE(B,2;C,3); MOVE(A,1;B,3); 謂詞邏輯表示的應用第二章36 謂詞邏輯表示的特性主要優(yōu)點：自然：接近于自然語言，易于被人們接受。明確：方法本身有明確規(guī)定，易于理解。精確：謂詞邏輯是一種二值邏輯，可表示精確知識。靈活：知識和處理知識的程序分開，無需考慮處理知識細節(jié)。模塊化：各條知識相對獨立，不直接發(fā)生聯(lián)系。第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法） 謂詞邏輯表示的特性第二章知識表示（一階謂詞邏輯37 謂詞邏輯表示的特性主要缺點：知識表示能力差：只能表示確定性知識，不能表示非確定性知識。知識庫管理困難：缺乏知識的組織原則。存在組合爆炸：難以表示啟發(fā)性知識，盲目推理，容易發(fā)生組合爆炸。系統(tǒng)效率低：根據(jù)形式邏輯進行推理，使推理過程冗長，降低了系統(tǒng)效率。第二章知識表示（一階謂詞邏輯表示法） 謂詞邏輯表示的特性第二章知識表示（一階謂詞邏輯38 產(chǎn)生式表示法產(chǎn)生式表示法是人工智能中應用最多的一種知識表示方法，尤其是在專家系統(tǒng)方面，許多成功的專家系統(tǒng)都是采用產(chǎn)生式知識表示方式。產(chǎn)生式表示法也稱為產(chǎn)生式規(guī)則表示法。第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式表示法第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法）39 產(chǎn)生式表示的基本方法及特性事實的表示

事實：用來描述問題或事物的概念、屬性、狀態(tài)等情況的陳述句。

對確定性知識，一個事實可用一個三元組來表示。 （對象，屬性，值）或（關系，對象1，對象2） （雪，顏色，白）：“雪的顏色是白的” （熱愛，王峰，祖國）：“王峰熱愛祖國” 對不確定性知識，一個事實可用一個四元組來表示：（對象，屬性，值，可信度因子）第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式表示的基本方法及特性第二章知識表示40 產(chǎn)生式表示的基本方法及特性規(guī)則的表示

規(guī)則的產(chǎn)生式表示形式常稱為產(chǎn)生式規(guī)則。

其基本形式為： P→Q 或者 IFPTHENQ 其中，P是產(chǎn)生式的前提（前件），由事實的邏輯組合來構成；Q是一組結論或操作（后件） 產(chǎn)生式的含義：如果前提P滿足，則可推出結論Q或執(zhí)行Q所規(guī)定的操作。

第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式表示的基本方法及特性第二章知識表示41 產(chǎn)生式表示的基本方法及特性

例子： r6：IF動物有犬齒AND有爪AND眼盯前方 THEN該動物是肉食動物

產(chǎn)生式與蘊含式的區(qū)別 蘊含式只能表示確定性知識

IF 本生物的染色斑是革蘭氏陰性 本微生物的形狀呈桿狀 病人是中間宿主THEN 該微生物是綠膿桿菌，可信度為0.6第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式表示的基本方法及特性第二章知識表示42 產(chǎn)生式表示的基本方法及特性產(chǎn)生式表示的前提條件匹配可以是精確的也可以是不精確的

產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結構

用產(chǎn)生式知識表示方法構造的智能系統(tǒng)稱為產(chǎn)生式系統(tǒng)。第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法）控制系統(tǒng)規(guī)則庫綜合數(shù)據(jù)庫 產(chǎn)生式表示的基本方法及特性第二章知識表示43 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結構 綜合數(shù)據(jù)庫

用來存放與求解問題有關的各種當前信息的數(shù)據(jù)結構。規(guī)則庫

用來存放與求解問題有關的所有規(guī)則的集合?？刂葡到y(tǒng)

又稱為推理機構，它由一組程序組成，用來控制整個產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行，決定問題求解過程的推理路線，實現(xiàn)對問題的求解。第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結構 第二章知識表示（44 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結構 控制系統(tǒng)工作原理：選擇規(guī)則與已知事實進行匹配。按照某種策略選出匹配成功的一條規(guī)則。執(zhí)行規(guī)則，若該規(guī)則的后件滿足問題的結束條件，則停止推理；否則，若后件是結論，則把它加入到綜合數(shù)據(jù)庫，若后件是操作，則執(zhí)行操作。記住選用的規(guī)則序列，給出推理路徑。第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結構 第二章知識表示（45 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結構

例2.5一個用于動物識別的產(chǎn)生式系統(tǒng)。 設該系統(tǒng)可以識別老虎、金錢豹、斑馬、長頸鹿、企鵝、信天翁6種動物。 其規(guī)則庫包含如下15條規(guī)則： 返回

第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法）r1 IF

該動物有毛發(fā) THEN

該動物是哺乳動物r2

IF

該動物有奶 THEN

該動物是哺乳動物r3

IF

該動物有羽毛 THEN

該動物是鳥r4

IF

該動物會飛AND會下蛋 THEN

該動物是鳥r5

IF

該動物吃肉 THEN

該動物是肉食動物 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結構 第二章知識表示（46

r6

IF

該動物有犬齒 AND有爪AND眼盯前方 THEN

該動物是肉食動物

r7

IF

該動物是哺乳動物AND有蹄THEN

該動物是 有蹄類動物 r8

IF

該動物是哺乳動物AND是嚼反芻動物THEN

該動物是有蹄類動物

r9

IF

該動物是哺乳動物AND是肉食動物AND是黃 褐色AND身上有暗斑點THEN

該動物是金錢豹 r10

IF

該動物是哺乳動物AND是肉食動物AND是 黃褐色AND身上有黑色條紋THEN

該動物是虎第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） r6 IF該動物有犬齒 AND有爪AND眼盯47

r11

IF

該動物是有蹄類動物AND有長脖子AND有 長腿AND身上有暗斑點THEN

該動物是長頸鹿

r12

IF

該動物是有蹄類動物AND身上有黑色條紋 THEN

該動物是斑馬 r13

IF

該動物是鳥AND有長脖子AND有長腿AND不 會飛THEN

該動物是鴕鳥 r14

IF

該動物是鳥AND會游泳AND不會飛AND有 黑白二色THEN

該動物是企鵝 r15

IF

該動物是鳥AND善飛THEN

該動物是信天翁第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） r11 IF該動物是有蹄類動物AND有長脖子AN48動物識別系統(tǒng)的部分推理網(wǎng)絡第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法）動物識別系統(tǒng)的部分推理網(wǎng)絡第二章知識表示（產(chǎn)生式表示49假設在推理開始前綜合數(shù)據(jù)庫中存放以下事實： 動物有暗斑，有長脖子，有長腿，有奶，有蹄推理過程如下： 參看規(guī)則集規(guī)則條數(shù) 使用規(guī)則 綜合數(shù)據(jù)庫內容

動物有暗斑，有長脖子， 有長腿，有奶，有蹄 1 r2 加入是哺乳動物 2 r7 加入是有蹄類動物 3 r11 推出該動物是長頸鹿第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法）假設在推理開始前綜合數(shù)據(jù)庫中存放以下事實：第二章知識50 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程

（1）初始化綜合數(shù)據(jù)庫，把欲解決問題的已知事 實送入綜合數(shù)據(jù)庫。（2）檢查規(guī)則庫中是否存在尚未使用過的規(guī)則， 若有則執(zhí)行(3)；否則轉(7)。

（3）檢查規(guī)則庫的未使用規(guī)則中是否存在有其前提可與綜合數(shù)據(jù)庫中已知事實相匹配的規(guī)則， 若有則從中選擇一個；否則轉(6)。

（4）執(zhí)行當前選中規(guī)則，并對該規(guī)則作上標記， 把執(zhí)行該規(guī)則后所得到的結論作為新的事實 放入綜合數(shù)據(jù)庫；如果該規(guī)則的結論是一些 操作，則執(zhí)行這些操作。

第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程第二章知識表示（產(chǎn)51 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程

（5）檢查綜合數(shù)據(jù)庫中是否包含了該問題的解， 若已包含，則說明已求出解，問題求解過程 結束；否則，轉(2)。（6）當規(guī)則庫中還有未使用的規(guī)則，但均不能與 綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實相匹配時，要求用 戶進一步提供關于該問題的已知事實，若能 提供，則轉(2)；否則，說明該問題無解，終 止問題求解過程。

（7）若規(guī)則庫中不再有未使用規(guī)則，也說明該問 題無解，終止問題求解過程。

第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本過程第二章知識表示（產(chǎn)52 產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略

當有多條規(guī)則可用時，如何從中選擇一條作用于當前綜合數(shù)據(jù)庫，是一個控制策略問題（也稱為沖突消解）。 不可撤回方式是一種“一直往前走”不回頭的方式。根據(jù)當前已知的局部知識選取一條規(guī)則作用于當前綜合數(shù)據(jù)庫；再根據(jù)新狀態(tài)繼續(xù)選取規(guī)則，不考慮撤回。 優(yōu)點：控制過程簡單。 缺點：不一定能找到最優(yōu)解第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略第二章知識表示（產(chǎn)53 產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略試探性方式回溯方式是一種碰壁回頭的方式；先試某條規(guī)則，如果不合適，允許退回去，再試另一條規(guī)則；容易實現(xiàn)且所需內存容量較小。圖搜索方式是一種用圖或樹把全部求解過程記錄下來的方式；該方式記住了已試過的所有路徑。 第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的控制策略第二章知識表示（產(chǎn)54 產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型按推理方向分類正向推理產(chǎn)生式系統(tǒng)正向推理又稱為數(shù)據(jù)驅動方式，從初始狀態(tài)出發(fā)，朝目標狀態(tài)前進，正向使用規(guī)則。優(yōu)點是簡單明了且能求出所有解。缺點是執(zhí)行效率較低，具有一定的盲目性。第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型第二章知識表示（產(chǎn)生式55 產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型按推理方向分類逆向推理產(chǎn)生式系統(tǒng)逆向推理又稱為目標驅動方式，從目標狀態(tài)出發(fā)，朝初始狀態(tài)前進，逆向使用規(guī)則。優(yōu)點是不尋找無用數(shù)據(jù)，不使用與問題無關的規(guī)則。雙向推理產(chǎn)生式系統(tǒng)把正向推理和逆向推理結合起來使用。把問題的初始狀態(tài)和目標狀態(tài)合并到一起構成綜合數(shù)據(jù)庫。第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型第二章知識表示（產(chǎn)生式56 產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型按規(guī)則庫的性質及結構分類可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng)

系統(tǒng)對規(guī)則的使用次序是無關的。可分解的產(chǎn)生式系統(tǒng)

是把一個整體問題分解成若干個子問題，然后再通過對這些子問題的求解來得到整體問題解的一種產(chǎn)生式系統(tǒng)?？苫謴偷漠a(chǎn)生式系統(tǒng)

指采用回溯控制方式的產(chǎn)生式系統(tǒng)。第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的類型第二章知識表示（產(chǎn)生式57 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點優(yōu)點自然性：用“如果…，則…”的形式表示知識，與人類的判斷性知識基本一致，直觀，自然。模塊性：各規(guī)則之間不能相互調用，增加了規(guī)則的模塊性。有效性：既可以表示確定性知識，又可以表示不確定性知識。一致性：規(guī)則庫中的所有規(guī)則都具有相同的格式。第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點第二章知識58 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點缺點效率較低：其求解過程是一種反復進行的“匹配—沖突消解—執(zhí)行”過程，這樣的執(zhí)行方式將導致執(zhí)行的低效率。不能表示結構性知識：知識具有一致格式，且規(guī)則之間不能相互調用，因此具有結構關系或層次關系的知識很難表示。第二章知識表示（產(chǎn)生式表示法） 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點第二章知識59 語義網(wǎng)絡表示法

語義網(wǎng)絡是一種基于心理學模型的，在人工智能中應用較多的知識表示方法。 語義網(wǎng)絡的基本概念什么是語義網(wǎng)絡

語義網(wǎng)絡是一種用實體及其語義關系來表達知識的有向圖。

語義網(wǎng)絡由一些最基本的語義單元（語義基元）構成。一個語義基元可用如下三元組表示： （結點1，弧，結點2）第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法） 語義網(wǎng)絡表示法第二章知識表示（語60 語義網(wǎng)絡的基本概念第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）ABR一個基本網(wǎng)元結構例2.8用語義基元描述“鴕鳥是一種鳥”這一事實。鴕鳥鳥是一種一個具體的基本網(wǎng)元當把多個語義基元用相應的語義聯(lián)系關聯(lián)在一起時，就形成了一個語義網(wǎng)絡。 語義網(wǎng)絡的基本概念第二章知識61基本的語義關系類屬關系：具有共同屬性的不同事物間的分類關系、成員關系或實例關系。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）鳥類動物A-Kind-of分類關系張強共青團A-Member-of成員關系李剛人Is-a實例關系基本的語義關系第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）62基本的語義關系包含關系：具有組織或結構特征的“部分與整體”之間的關系。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）大腦人體Part-of包含關系鳥翅膀Have屬性關系屬性關系：是指事物和其屬性之間的關系?；镜恼Z義關系第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）63基本的語義關系時間關系：不同事件在其發(fā)生時間方面的先后次序關系。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）書桌子Located-on位置關系位置關系：不同事物在位置方面的關系。澳門回歸After時間關系香港回歸基本的語義關系第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）64基本的語義關系相近關系：不同事物在形狀、內容等方面相似或接近的關系。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）成績好學習努力推出推論關系推論關系：從一個概念推出另一個概念的語義關系。貓Similar-to相似關系虎基本的語義關系第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）65 事物和概念的表示用語義網(wǎng)絡表示一元關系一元關系是指可以用一元謂詞P(x)表示的關系。用一個結點表示實體，另一個結點表示實體的性質或屬性，弧表示兩個結點之間的語義關系。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）李剛人Is-a

事物和概念的表示第二章知識66 事物和概念的表示例2.9用語義網(wǎng)絡表示“動物能運動、會吃”。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）運動吃動物能會 事物和概念的表示第二章知識67 事物和概念的表示用語義網(wǎng)絡表示二元關系 二元關系是指可用二元謂詞P(x,y)表示的關系。例2.10用語義網(wǎng)絡表示： 第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）動物能運動、會吃。鳥是一種動物，鳥有翅膀、會飛。魚是一種動物，魚生活在水中、會游泳。

返回

運動

動物

能

吃

鳥

魚

會是一種是一種

翅膀

飛

游泳

水中

有會會生活在 事物和概念的表示第二章知識68 事物和概念的表示用語義網(wǎng)絡表示二元關系例2.11用語義網(wǎng)絡表示：

王強是理想公司的經(jīng)理； 理想公司在中關村； 王強28歲。

第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）中關村理想公司王強經(jīng)理28歲位于工作在是年齡 事物和概念的表示第二章知識69 事物和概念的表示用語義網(wǎng)絡表示二元關系例2.12在例2.11的基礎上再增加如下事實：

另一個王強是理想公司經(jīng)理聘用的職員； 職員王強22歲。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）中關村理想公司王強經(jīng)理28歲是受聘于是王-1王-2職員22歲姓名姓名工作在工作在年齡年齡位于返回 事物和概念的表示第二章知識70 事物和概念的表示用語義網(wǎng)絡表示多元關系

多元關系是指可用多元謂詞P(x1,x2,…)表示的關系。一般采用增加關系結點的辦法來表示多元關系。例2.14用語義網(wǎng)絡表示以下事實：

北京位于沈陽和鄭州之間第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）北京鄭州位置關系居中邊界2沈陽邊界1 事物和概念的表示第二章知識71 情況和動作的表示情況的表示 用語義網(wǎng)絡表示情況時，需設立一個情況結點。結點有一組向外引出的弧，用于指出各種不同的情況。 例2.15用語義網(wǎng)絡表示：

小燕子這只燕子從春天到秋天占有一個巢 需要設立一個占有結點，表示占有物和占有時間。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法） 情況和動作的表示第二章知識72 情況和動作的表示第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）

是一只

是一種

是一種

占有者燕子鳥占有資格小燕子巢鳥窩春天時間秋天情況占有權

是一種

是一種

是一種

是一種

占有物

開始于

結束于 情況和動作的表示第二章知識73 情況和動作的表示事件和動作的表示 用語義網(wǎng)絡表示事件或動作時，也需設立一個事件結點。該結點也有一組向外引出的弧，用于指出動作的主體與客體。 例2.16用語義網(wǎng)絡表示：

常河給江濤一張磁盤 把“給”作為一個動作結點第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）

客體2

給

江濤

一張磁盤

常河

客體1

主體 情況和動作的表示第二章知識74 情況和動作的表示事件和動作的表示

把“常河給江濤一張磁盤”作為一個事件第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）

客體2

給予事件

江濤

一張磁盤

常河

客體1

主體

給

動作 情況和動作的表示第二章知識75 情況和動作的表示事件和動作的表示 例2.17用語義網(wǎng)絡描述如下事實：

神州大學和東方大學兩?；@球隊在東方大學進行一場比賽，結局的比分是85：89

第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）

比賽

是一種

籃球賽

85:89

神州大學

結局

客隊

東方大學

主隊 情況和動作的表示第二章知識76 邏輯關系的表示合取與析取的表示 例2.18用語義網(wǎng)絡表示如下事實：

參賽者有教師、有學生、有高、有低

第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）A 教師、高B 教師、低C 學生、高D 學生、低 邏輯關系的表示第二章知識表77 語義網(wǎng)絡的推理過程 用語義網(wǎng)絡表示知識的問題求解系統(tǒng)主要由兩大部分所組成，一部分是由語義網(wǎng)絡構成的知識庫，另一部分是用于問題求解的推理機構。 語義網(wǎng)絡的推理過程主要是繼承和匹配。 繼承 繼承是指把對事物的描述從抽象結點傳遞到具體結點。建立一個結點表，用來存放待求解結點和所有以Is-a、A-Kind-of等繼承弧與此結點相連的那些結點。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法） 語義網(wǎng)絡的推理過程第二章知78 語義網(wǎng)絡的推理過程檢查表中的第一個結點是否有繼承弧。如果有，就把該弧所指的所有結點放入結點表的末尾，記錄這些結點的所有屬性，并從結點表中刪除第一個結點。如果沒有，僅從結點表中刪除第一個結點。重復(2)，直到結點表為空。此時，記錄下來的所有屬性都是待求解結點繼承來的屬性。例子匹配 語義網(wǎng)絡的問題求解一般是通過匹配來實現(xiàn)的。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法） 語義網(wǎng)絡的推理過程第二章知79 語義網(wǎng)絡的推理過程根據(jù)待求解問題的要求構造一個網(wǎng)絡片斷，該網(wǎng)絡片斷中有些結點或弧的標識是空的，稱為詢問處，它反應的是待求解的問題。根據(jù)該語義片斷到知識庫中去尋找所需要的信息。當待求解問題的網(wǎng)絡片斷與知識庫中的某語義網(wǎng)絡片斷相匹配時，則與詢問處相匹配的事實就是該問題的解。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法） 語義網(wǎng)絡的推理過程第二章知80 語義網(wǎng)絡的推理過程

例2.22假設在知識庫中存放著圖2-22所示的語義網(wǎng)絡，問職員王強在哪個公司工作。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法）？王強是王-2職員姓名工作在 語義網(wǎng)絡的推理過程第二章知81 語義網(wǎng)絡表示法的特征優(yōu)點結構性：下層結點可以繼承、新增和變異上層結點的屬性，從而實現(xiàn)了信息的共享。聯(lián)想性：強調事物間的語義聯(lián)系，體現(xiàn)了人類的聯(lián)想思維過程。自索引性：通過與某一結點連接的弧可以很容易地找出與該結點有關的信息，而不用查找整個知識庫。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法） 語義網(wǎng)絡表示法的特征第二章知識表示（語義82 語義網(wǎng)絡表示法的特征自然性：是一個帶標識的有向圖，表示知識直觀，符合人們的習慣。缺點非嚴格性：沒有嚴格的形式表示體系，其含義完全依賴于處理程序對它所進行的解釋，不能保證正確性。復雜性：雖然靈活，但由于表示形式不一致，對它的處理較復雜。第二章知識表示（語義網(wǎng)絡表示法） 語義網(wǎng)絡表示法的特征第二章知識表示（語義83 框架表示法

框架表示法是在框架理論的基礎上發(fā)展起來的一種結構化知識表示方法。

框架理論

認為人們對現(xiàn)實世界中各種事物的認識都是以一種類似于框架的結構存儲在記憶中的。 在框架理論中，框架是知識的基本單位，把一組有關的框架連接起來便可形成一個框架系統(tǒng)。第二章知識表示（框架表示法） 框架表示法第二章知識表示（框84 框架和實例框架框架的基本結構一個框架由若干個“槽”組成。

每一個槽又擁有若干個側面。每一個側面也可以擁有若干個側面值。對于不同的框架、槽、側面應該賦予不同的名字。第二章知識表示（框架表示法） 框架和實例框架第二章知識表示（框架表85 框架和實例框架框架的基本結構

<框架名>

槽名1：側面名11 值111，值112，

側面名12 值121，值122， :

槽名2：側面名21 值211，值212，

側面名22 值221，值222， :

槽名n：側面名n1 值n11，值n12，

側面名n2 值n21，值n22， :

側面名nm 值nm1，值nm2，第二章知識表示（框架表示法） 框架和實例框架第二章知識表示（框架表86 框架和實例框架框架的基本結構

約束：約束條件1 約束條件2 :

約束條件k框架的槽值和側面值，既可以是數(shù)字、字符串、布爾值，也可以是一個在滿足某個給定條件時需執(zhí)行的動作或過程，甚至還可以是另外一個框架的名字。 第二章知識表示（框架表示法） 框架和實例框架第二章知識表示（框架表87 框架和實例框架例2.23給出一個用來描述碩士生有關情況的具體 框架。 該框架描述如下：

框架名：<碩士生>

姓名：單位（姓，名）

性別：范圍（男，女） 默認：男

年齡：單位（歲） 條件：歲>16

學習專業(yè)：單位（專業(yè)名）

研究方向：單位（方向名）

導師姓名：單位（姓，名）第二章知識表示（框架表示法） 框架和實例框架第二章知識表示（框架表88 框架和實例框架

框架名：<碩士生>

參加課題：范圍（國家級、省部級，其他） 默認：國家級

學籍：<碩學籍>

住址：單位（樓號，房間號）

電話：單位（（區(qū)號），話機號）

入學時間：單位（年，月）

學制：單位（年） 默認：3年實例框架

框架名：<碩士生-1>第二章知識表示（框架表示法） 框架和實例框架第二章知識表示（框架表89 框架和實例框架

姓名：楊葉

性別：女

年齡：23

學習專業(yè)：計算機應用技術

研究方向：人工智能

導師姓名：林海

參加課題：

學籍：<碩學籍-1>

住址：16號樓316房間

電話：（010）66668888

入學時間：2000年9月

學制：第二章知識表示（框架表示法） 框架和實例框架第二章知識表示（框架表90 框架系統(tǒng)框架系統(tǒng)的基本結構框架之間的橫向聯(lián)系框架之間的縱向聯(lián)系

第二章知識表示（框架表示法）

學生框架

計算機系碩士生

碩士生框架

本科生框架

博士生框架

電子系碩士生

碩士生-1

碩士生-n

…………… 框架系統(tǒng)第二章知識表示（框架表示法）91 框架系統(tǒng)的表示

框架系統(tǒng)之間的縱向聯(lián)系是通過在下層框架中增加“繼承”槽來實現(xiàn)的。

框架名：<學生>

姓名：單位（姓，名）

性別：范圍（男，女） 默認：男

年齡：單位（歲）

住址：單位（樓號，房間號）

電話：單位（（區(qū)號），話機號）

入學時間：單位（年，月）

學制：單位（年）第二章知識表示（框架表示法） 框架系統(tǒng)的表示第二章知識表示（92 框架系統(tǒng)的表示碩士生框架

框架名：<碩士生>

繼承：<學生>

學籍：<碩學籍>

研究方向：單位（方向名）

導師姓名：單位（姓，名）

參加課題：范圍（國家級、省部級，其他） 默認：國家級

學位論文：單位（論文題目） 默認：題目未定第二章知識表示（框架表示法） 框架系統(tǒng)的表示第二章知識表示（框架表93 框架系統(tǒng)的表示

框架名：<計算機系碩士生>

繼承：<碩士生>

專業(yè)：范圍（計算機應用技術，計算機軟件 及理論） 默認：計算機應用技術

使用計算機：單位（計算機型號）第二章知識表示（框架表示法） 框架系統(tǒng)的表示第二章知識表示（94 框架系統(tǒng)的表示

框架名：<碩學籍>

公修課：<碩公修課（C1)>

專業(yè)課：<碩專業(yè)課（C2)>

學術活動：時間安排：單位（學期號） 活動形式：范圍（參加會議，學術考察） 默認：參加會議 獲學分C3：單位（整數(shù)型） 默認：C3=0

教學實踐：時間安排：單位（學期號） 實踐形式：范圍（講課，輔導） 默認：輔導第二章知識表示（框架表示法） 框架系統(tǒng)的表示第二章知識表示（95 框架系統(tǒng)的表示

框架名：<碩學籍> 獲學分C4：單位（整數(shù)型） 默認：C4=0

開題報告：時間安排：單位（學期號） 報告題目：單位（題目名稱） 默認：題目未定 獲學分C5：單位（整數(shù)型） 默認：C5=0

已獲學分C：單位（C的值為C1,C2,C3,C4,C5之和） 條件：C=C1＋C2＋C3＋C4＋C5 C<=35 第二章知識表示（框架表示法） 框架系統(tǒng)的表示第二章知識表示（96 框架系統(tǒng)的表示框架名：<碩公修課(CP)>

政治：開設時間：單位（學期號） 考試分數(shù)：單位（百分制） 已獲學分CP1：單位（整數(shù)型） 默認：CP1=0

哲學：開設時間：單位（學期號） 考試分數(shù)：單位（百分制） 已獲學分CP2：單位（整數(shù)型） 默認：CP2=0

一外：開設時間：單位（學