1、1知知 識識 就就 是是 力力 量量f.bacon(15611626)英國哲學和自然科學家英國哲學和自然科學家歸納法的創立者歸納法的創立者“培根培根”2第第2章章 知識表示知識表示 2.1 知識與知識表示的概念知識與知識表示的概念 2.2 一階謂詞邏輯表示法一階謂詞邏輯表示法 2.3 產生式表示法產生式表示法 2.4 語義網絡表示法語義網絡表示法 2.5 框架表示法框架表示法 2.6 過程表示法過程表示法 按照符號主義的觀點，知識是一切智能行為的基礎，要使按照符號主義的觀點，知識是一切智能行為的基礎，要使計算機具有智能，首先必須使它擁有知識。計算機具有智能，首先必須使它擁有知識。 32.1 知

2、識與知識表示的概念知識與知識表示的概念 2.1.1 知識的概念知識的概念 2.1.2 知識表示的概念知識表示的概念42.1.1 知識的概念知識的概念什么是知識什么是知識知識的一般概念知識的一般概念 知識是人們在改造客觀世界的實踐中積累起來的知識是人們在改造客觀世界的實踐中積累起來的認識認識和和經驗經驗 認識：認識：包括對事物現象、本質、屬性、狀態、關系、聯系和運動等的認識包括對事物現象、本質、屬性、狀態、關系、聯系和運動等的認識 經驗：經驗：包括解決問題的包括解決問題的微觀方法：微觀方法：如步驟、操作、規則、過程、技巧等如步驟、操作、規則、過程、技巧等 宏觀方法：宏觀方法：如戰略、戰術、計謀、

3、策略等如戰略、戰術、計謀、策略等知識的有代表性的定義知識的有代表性的定義 （1）feigenbaum: 知識是經過剪裁、塑造、解釋、選擇和轉換了的信息知識是經過剪裁、塑造、解釋、選擇和轉換了的信息 （2）bernstein：知識由特定領域的描述、關系和過程組成知識由特定領域的描述、關系和過程組成 （3）heyes-roth：知識知識=事實事實+信念信念+啟發式啟發式知識、信息、數據及其關系知識、信息、數據及其關系 數據數據是信息的載體，本身無確切含義，其關聯構成信息是信息的載體，本身無確切含義，其關聯構成信息 信息信息是數據的關聯，賦予數據特定的含義，僅可理解為描述性知識是數據的關聯，賦予數據

4、特定的含義，僅可理解為描述性知識 知識知識可以是對信息的關聯，也可以是對已有知識的再認識可以是對信息的關聯，也可以是對已有知識的再認識 常用的關聯方式：常用的關聯方式： if then 52.1.1 知識的概念知識的概念知識的類型知識的類型(1/2)按知識的性質按知識的性質 概念、命題、公理、定理、規則和方法概念、命題、公理、定理、規則和方法按知識的作用域按知識的作用域 常識性知識：常識性知識：通用通識的知識。人們普遍知道的、適應所有領域的知識。通用通識的知識。人們普遍知道的、適應所有領域的知識。 領域性知識：領域性知識：面向某個具體專業領域的知識。面向某個具體專業領域的知識。例如：例如：專家

5、經驗。專家經驗。按知識的作用效果按知識的作用效果 事實性知識：事實性知識：用于描述事物的概念、定義、屬性等；用于描述事物的概念、定義、屬性等； 或用于描述問題的狀態、環境、條件等。或用于描述問題的狀態、環境、條件等。 過程性知識：過程性知識：用于問題求解過程的操作、演算和行為的知識；用于問題求解過程的操作、演算和行為的知識； 用來指出如何使用那些與問題有關的事實性知識的知識；用來指出如何使用那些與問題有關的事實性知識的知識； 表示方式：表示方式：產生式、謂詞、語義網絡等。產生式、謂詞、語義網絡等。 控制性知識：控制性知識：( (元知識或超知識元知識或超知識) ) 是關于如何使用過程性知識的知識

6、；是關于如何使用過程性知識的知識； 例如：例如：推理策略、搜索策略、不確定性的傳播策略。推理策略、搜索策略、不確定性的傳播策略。 62.1.1 知識的概念知識的概念知識的類型知識的類型(1/2)按知識的層次按知識的層次 表層知識：表層知識：描述客觀事物的現象的知識。例如：感性、事實性知識描述客觀事物的現象的知識。例如：感性、事實性知識 深層知識：深層知識：描述客觀事物本質、內涵等的知識。例如：理論知識描述客觀事物本質、內涵等的知識。例如：理論知識按知識的確定性按知識的確定性 確定性知識：確定性知識：可以說明其真值為真或為假的知識可以說明其真值為真或為假的知識 不確定性知識：不確定性知識：包括不

7、精確、模糊、不完備知識包括不精確、模糊、不完備知識 不精確：不精確：知識本身有真假，但由于認識水平限制卻不能肯定其真假知識本身有真假，但由于認識水平限制卻不能肯定其真假 表示：用可信度、概率等描述表示：用可信度、概率等描述 模糊：模糊：知識本身的邊界就是不清楚的。例如：大，小等知識本身的邊界就是不清楚的。例如：大，小等 表示：用可能性、隸屬度來描述表示：用可能性、隸屬度來描述 不完備：不完備：解決問題時不具備解決該問題的全部知識。例如：醫生看病解決問題時不具備解決該問題的全部知識。例如：醫生看病按知識的等級按知識的等級 零級知識：零級知識：敘述性知識敘述性知識 一級知識：一級知識：過程性知識過

8、程性知識 二級知識：二級知識：控制性知識（元知識或超知識）控制性知識（元知識或超知識）72.1.2 知識表示的概念知識表示的概念知識表示的含義及要求知識表示的含義及要求什么是知識表示什么是知識表示 是對知識的描述，即用一組符號把知識編碼成計算機可以接受的某是對知識的描述，即用一組符號把知識編碼成計算機可以接受的某種結構。其表示方法不唯一。種結構。其表示方法不唯一。知識表示的要求知識表示的要求 表示能力：表示能力：能否正確、有效地表示問題。包括：能否正確、有效地表示問題。包括： 表范圍的廣泛性表范圍的廣泛性 領域知識表示的高效性領域知識表示的高效性 對非確定性知識表示的支持程度對非確定性知識表示

9、的支持程度 可利用性：可利用性：可利用這些知識進行有效推理。包括：可利用這些知識進行有效推理。包括： 對推理的適應性：對推理的適應性：推理是根據已知事實利用知識導出結果的過推理是根據已知事實利用知識導出結果的過程程 對高效算法的支持程度：對高效算法的支持程度：知識表示要有較高的處理效率知識表示要有較高的處理效率 可實現性：可實現性：要便于計算機直接對其進行處理要便于計算機直接對其進行處理 可組織性：可組織性：可以按某種方式把知識組織成某種知識結構可以按某種方式把知識組織成某種知識結構 可維護性：可維護性：便于對知識的增、刪、改等操作便于對知識的增、刪、改等操作 自然性：自然性：符合人們的日常習

10、慣符合人們的日常習慣 可理解性：可理解性：知識應易讀、易懂、易獲取等知識應易讀、易懂、易獲取等 82.1.2 知識表示的概念知識表示的概念知識表示的觀點及方法知識表示的觀點及方法知識表示的觀點知識表示的觀點 陳述性觀點：陳述性觀點：知識的存儲與知識的使用相分離知識的存儲與知識的使用相分離 優點：優點：靈活、簡潔，演繹過程完整、確定，知識維護方便靈活、簡潔，演繹過程完整、確定，知識維護方便 缺點：缺點：推理效率低、推理過程不透明推理效率低、推理過程不透明 過程性觀點：過程性觀點：知識寓于使用知識的過程中知識寓于使用知識的過程中 優點：優點：推理效率高、過程清晰推理效率高、過程清晰 缺點：缺點：靈

11、活性差、知識維護不便靈活性差、知識維護不便知識表示的方法知識表示的方法 邏輯表示法：邏輯表示法：一階謂詞邏輯一階謂詞邏輯 產生式表示法：產生式表示法：產生式規則產生式規則 結構表示法：結構表示法：語義網絡，框架語義網絡，框架 過程表示法：過程表示法：9第第2章章 知識表示知識表示 2.1 知識表示與知識表示的概念知識表示與知識表示的概念 2.2 一階謂詞邏輯表示法一階謂詞邏輯表示法 2.3 產生式表示法產生式表示法 2.4 語義網絡表示法語義網絡表示法 2.5 框架表示法框架表示法 2.6 過程表示法過程表示法102.2 一階謂詞邏輯表示法一階謂詞邏輯表示法 主要討論主要討論一階謂詞邏輯表示的

12、邏輯學基礎一階謂詞邏輯表示的邏輯學基礎 命題和真值；論域和謂詞；連詞和量詞；命題和真值；論域和謂詞；連詞和量詞； 項與合式公式；自由變元與約束變元項與合式公式；自由變元與約束變元謂詞邏輯表示方法謂詞邏輯表示方法謂詞邏輯表示的應用謂詞邏輯表示的應用謂詞邏輯表示的特性謂詞邏輯表示的特性 一階謂詞邏輯表示法是一種基于數理邏輯的表示方法。一階謂詞邏輯表示法是一種基于數理邏輯的表示方法。 數理邏輯是一門研究推理的學科。可分為：數理邏輯是一門研究推理的學科。可分為： 一階經典邏輯：一階經典邏輯：一階經典命題邏輯，一階經典謂詞邏輯一階經典命題邏輯，一階經典謂詞邏輯 非一階經典邏輯：非一階經典邏輯：指除經典邏

13、輯以外的那些邏輯，例如：二階邏指除經典邏輯以外的那些邏輯，例如：二階邏輯，多值邏輯，模糊邏輯等。輯，多值邏輯，模糊邏輯等。112.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯學基礎一階謂詞邏輯表示的邏輯學基礎命題與真值命題與真值命題的定義：命題的定義： 斷言：斷言：定義定義2.1 一個陳述句稱為一個斷言一個陳述句稱為一個斷言. 命題：命題：具有真假意義的斷言稱為命題具有真假意義的斷言稱為命題.命題的真值：命題的真值： t：表示命題的意義為真表示命題的意義為真 f：表示命題的意義為假表示命題的意義為假命題真值的說明命題真值的說明 一個命題不能同時既為真又為假一個命題不能同時既為真又為假 一個命題可在一定條件下為

14、真，而在另一條件下為假一個命題可在一定條件下為真，而在另一條件下為假122.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯學基礎一階謂詞邏輯表示的邏輯學基礎論域和謂詞論域和謂詞(1/2)論域：論域：由所討論對象的全體構成的集合。亦稱為個體域由所討論對象的全體構成的集合。亦稱為個體域個體：個體：論域中的元素論域中的元素謂詞：謂詞：在謂詞邏輯中命題是用形如在謂詞邏輯中命題是用形如p(x1,x2,xn)的謂詞來表示的的謂詞來表示的 謂詞名：是命題的謂語，表示個體的性質、狀態或個體之間的關系謂詞名：是命題的謂語，表示個體的性質、狀態或個體之間的關系 個體：是命題的主語，表示獨立存在的事物或概念個體：是命題的主語，表示獨

15、立存在的事物或概念 定義定義2.2 設設d是個體域，是個體域，p：dnt，f是一個映射，其中是一個映射，其中 則稱則稱p是一個是一個n元謂詞，記為元謂詞，記為p(x1,x2,xn)，其中，其中，x1,x2,xn為個體，可為個體，可以是個體常量、變元和函數。以是個體常量、變元和函數。 例如：例如：greater(x,6) x大于大于6 teacher(father(wang hong) 王宏的父親是一位教師王宏的父親是一位教師 ,| ),(2121dxxxxxxdnnn 132.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯學基礎一階謂詞邏輯表示的邏輯學基礎論域和謂詞論域和謂詞(2/2)函數：函數： 定義定義2-

16、3 設設d是個體域，是個體域，f：dnd是一個映射，其中是一個映射，其中則稱則稱f f是是d d上的一個上的一個n n元函數，記作元函數，記作 p(xp(x1 1,x,x2 2,x,xn n) ) 謂詞與函數的區別：謂詞與函數的區別： 謂詞是謂詞是d到到t，f的映射，函數是的映射，函數是d到到d的映射的映射 謂詞的真值是謂詞的真值是t和和f，函數的值（無真值）是，函數的值（無真值）是d中的元素中的元素 謂詞可獨立存在，函數只能作為謂詞的個體謂詞可獨立存在，函數只能作為謂詞的個體,| ),(2121dxxxxxxdnnn 142.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎連詞連詞

17、連詞：連詞： ： “非非”或者或者“否定否定”。表示對其后面的命題的否定。表示對其后面的命題的否定 ：“析取析取”。表示所連結的兩個命題之間具有。表示所連結的兩個命題之間具有“或或”的關系的關系：“合取合取”。 表示所連結的兩個命題之間具有表示所連結的兩個命題之間具有“與與”的關系。的關系。 ： “條件條件”或或“蘊含蘊含”。表示。表示“若若則則”的語義。讀作的語義。讀作“如果如果p，則，則q” 其中，其中，p稱為條件的前件，稱為條件的前件，q稱為條件的后件。稱為條件的后件。 ：稱為稱為“雙條件雙條件”。它表示。它表示“當且僅當當且僅當”的語義。即讀作的語義。即讀作“p當且僅當當且僅當q”。

18、例如，對命題例如，對命題p和和q，pq表示表示“p當且僅當當且僅當q”，pqppqpqpqpqttftttttfftfffftttftffftfftt152.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎量詞量詞量詞：量詞： ：全稱量詞，意思是：全稱量詞，意思是“所有的所有的”、“任一個任一個” 命題命題( x)p(x)為真，當且僅當對論域中的所有為真，當且僅當對論域中的所有x，都有，都有p(x)為真為真 命題命題( x)p(x)為假，當且僅當至少存在一個為假，當且僅當至少存在一個xi d，使得，使得p(xi)為假為假 ：存在量詞，意思是：存在量詞，意思是“至少有一個至少有一個”、

19、“存在有存在有” 命題命題( x)p(x)為真，當且僅當至少存在一個為真，當且僅當至少存在一個xi d，使得，使得p(xi)為真為真 命題命題( x)p(x)為假，當且僅當對論域中的所有為假，當且僅當對論域中的所有x，都有，都有p(x)為假為假 162.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎項與合式公式項與合式公式項項 定義定義2-4 項滿足如下規則：項滿足如下規則： (1) 單獨一個個體詞是項；單獨一個個體詞是項； (2) 若若t1,t2,tn是項，是項，f是是n元函數，則元函數，則f(t1,t2,tn)是項；是項； (3) 由由(1)、(2)生成的表達式是項。生成的表達

20、式是項。 項是把個體常量、個體變量和函數統一起來的一念。項是把個體常量、個體變量和函數統一起來的一念。原子謂詞公式原子謂詞公式 定義定義2-5 原子謂詞公式的含義為：原子謂詞公式的含義為： 若若t1,t2,tn是項，是項，p是謂詞，則稱是謂詞，則稱p(t1,t2,tn)為原子謂詞公式。為原子謂詞公式。合式公式合式公式 定義定義2-6 滿足如下規則的謂詞演算可得到合式公式：滿足如下規則的謂詞演算可得到合式公式： (1) 單個原子謂詞公式是合式公式；單個原子謂詞公式是合式公式； (2) 若若a是合式公式，則是合式公式，則a也是合式公式；也是合式公式； (3) 若若a,b是合式公式，則是合式公式，則

21、ab，ab，ab，ab也都是合式公式；也都是合式公式； (4) 若若a是合式公式，是合式公式，x是項，則是項，則( x)a(x)和和( x)a(x)都是合式公式。都是合式公式。 例如，例如，p(x,y)q(y)，( x)(a(x)b(x)，都是合式公式。，都是合式公式。連詞的優先級連詞的優先級 ,172.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎自由變元與約束變元自由變元與約束變元轄域：轄域：指位于量詞后面的單個謂詞或者用括弧括起來的合式公式指位于量詞后面的單個謂詞或者用括弧括起來的合式公式約束變元：約束變元：轄域內與量詞中同名的變元稱為約束變元轄域內與量詞中同名的變元稱為約束

22、變元自由變元：自由變元：不受約束的變元稱為自由變元不受約束的變元稱為自由變元 例子：例子：( x)(p(x，y)q(x，y)r(x，y) 其中，其中，(p(x，y)q(x，y)是是( x)的轄域的轄域 轄域內的變元轄域內的變元x是受是受( x)約束的變元約束的變元 r(x，y)中的中的x和所有的和所有的y都是自由變元都是自由變元變元的換名：變元的換名： 謂詞公式中的變元可以換名。但需注意：謂詞公式中的變元可以換名。但需注意： 第一：對約束變元，必須把同名的約束變元都統一換成另外一個相同的名第一：對約束變元，必須把同名的約束變元都統一換成另外一個相同的名字，且不能與轄域內的自由變元同名。字，且不

23、能與轄域內的自由變元同名。 例，對例，對( xp(x，y)，可把約束變元，可把約束變元x換成換成z，得到公式，得到公式( z)p(z，y)。 第二：對轄域內的自由變元，不能改成與約束變元相同的名字。第二：對轄域內的自由變元，不能改成與約束變元相同的名字。 例，對例，對( x)p(x，y)，可把，可把y換成換成z，得到，得到( z)p(x，z) ，但不能換成，但不能換成x 。182.2.2 謂詞邏輯表示方法謂詞邏輯表示方法(1/2)表示步驟：表示步驟： (1)先根據要表示的知識定義謂詞先根據要表示的知識定義謂詞 (2) 再用連詞、量詞把這些謂詞連接起來再用連詞、量詞把這些謂詞連接起來例例2.1

24、表示知識表示知識“所有教師都有自己的學生所有教師都有自己的學生”。 定義謂詞：定義謂詞：t (x)：表示：表示x 是教師。是教師。 s (y)：表示：表示y是學生。是學生。 ts(x, y)：表示：表示x是是y的老師。的老師。 表示知識：表示知識： ( x)( y)(t (x) ts(x, y) s (y) 可讀作：對所有可讀作：對所有x，如果，如果x是一個教師，那么一定存在一個個體是一個教師，那么一定存在一個個體y，y的的老師是老師是x，且，且y是一個學生。是一個學生。192.2.2 謂詞邏輯表示方法謂詞邏輯表示方法(2/2)例例2.2 表示知識表示知識“所有的整數不是偶數就是奇數所有的整數

25、不是偶數就是奇數”。 定義謂詞：定義謂詞：i(x)：x是整數，是整數，e(x)：x是偶數，是偶數， o(x)：x是奇數是奇數 表示知識：表示知識：( x)(i(x) e(x)o(x) 例例2.3 表示如下知識：表示如下知識： 王宏是計算機系的一名學生。王宏是計算機系的一名學生。 王宏和李明是同班同學。王宏和李明是同班同學。 凡是計算機系的學生都喜歡編程序。凡是計算機系的學生都喜歡編程序。 定義謂詞：定義謂詞： computer(x)：表示：表示x是計算機系的學生。是計算機系的學生。 classmate(x,y)：表示：表示x和和y是同班同學。是同班同學。 like(x,y)：表示：表示x喜歡喜

26、歡y。 表示知識：表示知識： computer(wang hong) classmate(wang hong, li ming) ( x)(computer(x) like(x, programming)202.2.3 謂詞邏輯表示的應用謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題機器人移盒子問題(1/6)分別定義描述狀態和動作的謂詞分別定義描述狀態和動作的謂詞描述狀態的謂詞：描述狀態的謂詞： table(x)：x是桌子是桌子 empty(y)：y手中是空的手中是空的 at(y, z)：y在在z處處 holds(y, w)：y拿著拿著w on(w, x)：w在在x桌面上桌面上 變元的個體域：變元的個體域

27、： x的個體域是的個體域是a, b y的個體域是的個體域是robot z的個體域是的個體域是a, b, c w的個體域是的個體域是boxabc212.2.3 謂詞邏輯表示的應用謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題機器人移盒子問題(2/6)問題的初始狀態：問題的初始狀態： at(robot, c) empty(robot) on(box, a) table(a) table(b) 問題的目標狀態：問題的目標狀態： at(robot, c) empty(robot) on(box, b) table(a) table(b) 機器人行動的目標把問題的初始狀態轉換為目標狀態，而要實現問題機器人行動的目標

28、把問題的初始狀態轉換為目標狀態，而要實現問題狀態的轉換需要完成一系列的操作狀態的轉換需要完成一系列的操作222.2.3 謂詞邏輯表示的應用謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題機器人移盒子問題(3/6)描述操作的謂詞描述操作的謂詞 條件部分：條件部分：用來說明執行該操作必須具備的先決條件用來說明執行該操作必須具備的先決條件 可用謂詞公式來表示可用謂詞公式來表示 動作部分：動作部分：給出了該操作對問題狀態的改變情況給出了該操作對問題狀態的改變情況 通過在執行該操作前的問題狀態中刪去和增加相應的謂詞來實現通過在執行該操作前的問題狀態中刪去和增加相應的謂詞來實現 需要定義的操作：需要定義的操作： got

29、o(x, y)：從：從x處走到處走到y處。處。 pickup(x)：在：在x處拿起盒子。處拿起盒子。 setdown(x)：在：在x處放下盒子。處放下盒子。232.2.3 謂詞邏輯表示的應用謂詞邏輯表示的應用機器人移盒子問題機器人移盒子問題(4/6)各操作的條件和動作：各操作的條件和動作： goto(x，y) 條件：條件：at(robot，x) 動作：刪除表：動作：刪除表：at(robot，x) 添加表：添加表：at(robot，y) pickup(x) 條件：條件：on(box，x)，table(x)，at(robot，x)，empty(robot) 動作：刪除表：動作：刪除表：empty(

30、robot)，on(box，x) 添加表：添加表：holds(robot，box) setdown(x) 條件：條件：at(robot，x)，table(x)，holds(robot，box) 動作：刪除表：動作：刪除表：holds(robot，box) 添加表：添加表：empty(robot)，on(box，x) 機器人每執行一操作前，都要檢查該操作的先決條件是否可以滿足。機器人每執行一操作前，都要檢查該操作的先決條件是否可以滿足。如果滿足，就執行相應的操作；否則再檢查下一個操作。如果滿足，就執行相應的操作；否則再檢查下一個操作。 242.2.3 謂詞邏輯表示的應用謂詞邏輯表示的應用機器人移

31、盒子問題機器人移盒子問題(5/6)這個機器人行動規劃問題的求解過程如下：這個機器人行動規劃問題的求解過程如下： 狀態狀態1(初始狀態初始狀態) at(robot, c) 開始開始 empty(robot) = on(box, a) table(a) table(b) 狀態狀態2 at(robot, a) goto(c, a) empty(robot) = on(box, a) table(a) table(b) 狀態狀態3 at(robot, a) pickup(a) holds(robot,box) = table(a) table(b) 252.2.3 謂詞邏輯表示的應用謂詞邏輯表示的應用

32、機器人移盒子問題機器人移盒子問題(6/6) 狀態狀態4 at(robot, b) goto(a, b) holds(robot,box) = table(a) table(b) 狀態狀態5 at(robot, b) setdown(b) empty(robot) = on(box, b) table(a) table(b) 狀態狀態6(目標狀態目標狀態) at(robot, c) goto(b, c) empty(robot) = on(box, b) table(a) table(b)262.2.3 謂詞邏輯表示的應用謂詞邏輯表示的應用猴子摘香蕉問題猴子摘香蕉問題(1/3)描述狀態的謂詞：描

33、述狀態的謂詞： at(x, y)：x在在y處處 onbox：猴子在箱子上：猴子在箱子上 hb：猴子得到香蕉：猴子得到香蕉 個體域：個體域： x ：monkey, box, banana y：a, b, c 問題的初始狀態問題的初始狀態 at(monkey, a) at(box, b) onbox ， hb 問題的目標狀態問題的目標狀態 at(monkey, c) ，at(box, c) onbox ， hbabc272.2.3 謂詞邏輯表示的應用謂詞邏輯表示的應用猴子摘香蕉問題猴子摘香蕉問題(2/3)描述操作的謂詞描述操作的謂詞 goto(u, v)：猴子從：猴子從u處走到處走到v處處 pus

34、hbox(v, w)：猴子推著箱子從：猴子推著箱子從v處移到處移到w處處 climbbox：猴子爬上箱子：猴子爬上箱子 grasp：猴子摘取香蕉：猴子摘取香蕉 各操作的條件和動作各操作的條件和動作 goto(u, v) 條件：條件：onbox ，at(monkey, u)， 動作：刪除表：動作：刪除表：at(monkey, u) 添加表：添加表：at(monkey, v) pushbox(v, w) 條件：條件： onbox ，at(monkey, v)，at(box, v) 動作：刪除表：動作：刪除表：at(monkey, v)，at(box, v) 添加表：添加表：at(monkey, w

35、)，at(box,w)282.2.3 謂詞邏輯表示的應用謂詞邏輯表示的應用猴子摘香蕉問題猴子摘香蕉問題(3/3) climbbox 條件：條件： onbox ，at(monkey, w)，at(box,w) 動作：刪除表：動作：刪除表： onbox 添加表：添加表：onbox grasp 條件：條件：onbox，at(box, c) 動作：刪除表：動作：刪除表： hb 添加表：添加表：hb292.2.4 謂詞邏輯表示的特征謂詞邏輯表示的特征主要優點主要優點 自然：自然：一階謂詞邏輯是一種接近于自然語言的形式語言系統，謂詞邏一階謂詞邏輯是一種接近于自然語言的形式語言系統，謂詞邏輯表示法接近于人們

36、對問題的直觀理解輯表示法接近于人們對問題的直觀理解 明確：明確：有一種標準的知識解釋方法，因此用這種方法表示的知識明確、有一種標準的知識解釋方法，因此用這種方法表示的知識明確、易于理解易于理解 精確：精確：謂詞邏輯的真值只有謂詞邏輯的真值只有“真真”與與“假假”，其表示、推理都是精確，其表示、推理都是精確的的 靈活：靈活：知識和處理知識的程序是分開的，無須考慮處理知識的細節知識和處理知識的程序是分開的，無須考慮處理知識的細節 模塊化：模塊化：知識之間相對獨立，這種模塊性使得添加、刪除、修改知識知識之間相對獨立，這種模塊性使得添加、刪除、修改知識比較容易進行比較容易進行主要缺點主要缺點 知識表示

37、能力差：知識表示能力差：只能表示確定性知識，而不能表示非確定性知識、過只能表示確定性知識，而不能表示非確定性知識、過程性知識和啟發式知識程性知識和啟發式知識 知識庫管理困難：知識庫管理困難：缺乏知識的組織原則，知識庫管理比較困難缺乏知識的組織原則，知識庫管理比較困難 存在組合爆炸：存在組合爆炸：由于難以表示啟發式知識，因此只能盲目地使用推理規由于難以表示啟發式知識，因此只能盲目地使用推理規則，這樣當系統知識量較大時，容易發生組合爆炸則，這樣當系統知識量較大時，容易發生組合爆炸 系統效率低：系統效率低：它把推理演算與知識含義截然分開，拋棄了表達內容中所它把推理演算與知識含義截然分開，拋棄了表達內

38、容中所含有的語義信息，往往使推理過程冗長，降低了系統效率含有的語義信息，往往使推理過程冗長，降低了系統效率30第第2章章 知識表示知識表示 2.1 知識表示與知識表示的概念知識表示與知識表示的概念 2.2 一階謂詞邏輯表示法一階謂詞邏輯表示法 2.3 產生式表示法產生式表示法 2.4 語義網絡表示法語義網絡表示法 2.5 框架表示法框架表示法 2.6 過程表示法過程表示法312.3 產生式表示法產生式表示法 產生式（產生式（production）是目前人工智能中使用最多的一種知識表示方）是目前人工智能中使用最多的一種知識表示方法法 2.3.1 產生式表示的基本方法產生式表示的基本方法 事實的表

39、示事實的表示 規則的表示規則的表示 產生式與蘊含式的區別產生式與蘊含式的區別 產生式與條件語句的區別產生式與條件語句的區別 2.3.2 產生式系統的基本結構產生式系統的基本結構 2.3.3 產生式系統的基本過程產生式系統的基本過程 2.3.4 產生式系統的控制策略產生式系統的控制策略 2.3.5 產生式系統的類型產生式系統的類型 2.3.6 產生式系統的特性產生式系統的特性322.3.1 產生式表示的基本方法產生式表示的基本方法事實的表示事實的表示事實的定義事實的定義 事實是斷言一個語言變量的值或斷言多個語言變量之間關系的陳述句事實是斷言一個語言變量的值或斷言多個語言變量之間關系的陳述句 語言

40、變量的值或語言變量之間的關系可以是數字、詞等語言變量的值或語言變量之間的關系可以是數字、詞等 例如：例如：“雪是白的雪是白的”，其中，其中“雪雪”是語言變量，是語言變量，“白的白的”是語言變量是語言變量的值的值 “王峰熱愛祖國王峰熱愛祖國”，其中，其中，“王峰王峰”和和“祖國祖國”是兩個語言變量是兩個語言變量, “熱愛熱愛”是語言變量之間的關系是語言變量之間的關系事實的表示事實的表示 確定性知識，事實可用如下三元組表示：確定性知識，事實可用如下三元組表示： （對象，屬性，值）或（關系，對象（對象，屬性，值）或（關系，對象1，對象，對象2）其中，對象就是語言變量。例如：其中，對象就是語言變量。例

41、如： (snow, color, white) 或（雪，顏色，白）或（雪，顏色，白） (love, wang feng, country) 或（熱愛，王峰，祖國）或（熱愛，王峰，祖國） 非確定性知識，事實可用如下四元組表示：非確定性知識，事實可用如下四元組表示： （對象，屬性，值，可信度因子）（對象，屬性，值，可信度因子）其中，其中，“可信度因子可信度因子”是指該事實為真的相信程度。可用是指該事實為真的相信程度。可用0,1之間的一個之間的一個實數來表示。實數來表示。 332.3.1 產生式表示的基本方法產生式表示的基本方法規則的表示規則的表示規則的作用規則的作用 描述事物之間的因果關系。描述事

42、物之間的因果關系。 規則的產生式表示形式常稱為產生式規則，簡稱為產生式或規則。規則的產生式表示形式常稱為產生式規則，簡稱為產生式或規則。產生式的基本形式產生式的基本形式 pq 或者或者 if p then q p是產生式的前提，是產生式的前提，也稱為前件，它給出了該產生式可否使用的先決也稱為前件，它給出了該產生式可否使用的先決條件，由事實的邏輯組合來構成；條件，由事實的邏輯組合來構成； q是一組結論或操作，是一組結論或操作，也稱為產生式的后件，它指出當前題也稱為產生式的后件，它指出當前題p滿足時，滿足時，應該推出的結論或應該執行的動作。應該推出的結論或應該執行的動作。產生式的含義產生式的含義

43、如果前提如果前提p滿足，則可推出結論滿足，則可推出結論q或執行或執行q所規定的操作所規定的操作產生式規則的例子產生式規則的例子 r6: if 動物有犬齒動物有犬齒 and 有爪有爪 and 眼盯前方眼盯前方 then 該動物是食肉動物該動物是食肉動物 其中，其中，r6是該產生式的編號；是該產生式的編號；“動物有犬齒動物有犬齒 and 有爪有爪 and 眼盯前方眼盯前方”是產生式的前提是產生式的前提p；“該動物是食肉動物該動物是食肉動物”是產生式的結論是產生式的結論q。342.3.1 產生式表示的基本方法產生式表示的基本方法產生式與蘊涵式、條件語句的區別產生式與蘊涵式、條件語句的區別與蘊涵式的主

44、要區別：與蘊涵式的主要區別： (1) 蘊涵式表示的知識只能是精確的，產生式表示的知識可以是不確定的蘊涵式表示的知識只能是精確的，產生式表示的知識可以是不確定的 原因是蘊涵式是一個邏輯表達式，其邏輯值只有真和假。原因是蘊涵式是一個邏輯表達式，其邏輯值只有真和假。 (2) 蘊含式的匹配一定要求是精確的，而產生式的匹配可以是不確定的蘊含式的匹配一定要求是精確的，而產生式的匹配可以是不確定的 原因是產生式的前提條件和結論都可以是不確定的，因此其匹配也可以是原因是產生式的前提條件和結論都可以是不確定的，因此其匹配也可以是不確定的。不確定的。與條件語句的主要區別：與條件語句的主要區別： (1) 前件結構不

45、同前件結構不同 產生式的前件可以是一個復雜的的結構產生式的前件可以是一個復雜的的結構 傳統程序設計語言中的左部僅僅是一個布爾表達式傳統程序設計語言中的左部僅僅是一個布爾表達式 (2) 控制流程不同控制流程不同 產生式系統中滿足前提條件的規則被激活后，不一定被立即執行，能否執產生式系統中滿足前提條件的規則被激活后，不一定被立即執行，能否執行將取決于沖突消解策略行將取決于沖突消解策略 傳統程序設計語言中是嚴格地從一個條件語句向其下一個條件語句傳遞。傳統程序設計語言中是嚴格地從一個條件語句向其下一個條件語句傳遞。352.3.2 產生式系統的基本結構產生式系統的基本結構系統結構及其說明系統結構及其說明

46、(1/2)綜合數據庫綜合數據庫db(data base) 存放求解問題的各種當前信息存放求解問題的各種當前信息 如：問題的初始狀態如：問題的初始狀態 輸入的事實輸入的事實 中間結論及最終結論等中間結論及最終結論等 用于推理過程的規則匹配用于推理過程的規則匹配 推理過程中，當規則庫中某條推理過程中，當規則庫中某條規則的前提可以和綜合數據庫的已規則的前提可以和綜合數據庫的已知事實匹配時，該規則被激活，由它推出的結論將被作為新的事實放入綜知事實匹配時，該規則被激活，由它推出的結論將被作為新的事實放入綜合數據庫，成為后面推理的已知事實。合數據庫，成為后面推理的已知事實。 規則庫規則庫rb(rule b

47、ase) 也稱知識庫也稱知識庫kb(knowledge base) ,用于存放與求解問題有關的所有規則用于存放與求解問題有關的所有規則的集合的集合 作用：作用：是產生式系統問題求解的基礎是產生式系統問題求解的基礎 要求：要求：知識的完整性、一致性、準確性、靈活性和知識組織的合理性知識的完整性、一致性、準確性、靈活性和知識組織的合理性控控 制制 系系 統統規規 則則 庫庫綜合數據庫綜合數據庫362.3.2 產生式系統的基本結構產生式系統的基本結構系統結構及其說明系統結構及其說明(2/2)控制系統控制系統(control system) 控制系統的主要作用控制系統的主要作用 亦稱推理機，用于控制整

48、個產生式系統的運行，決定問題求解過程的亦稱推理機，用于控制整個產生式系統的運行，決定問題求解過程的推理線路。推理線路。 控制系統的主要任務控制系統的主要任務 選擇匹配：選擇匹配：按一定策略從規則庫種選擇規則與綜合數據庫中的已知事按一定策略從規則庫種選擇規則與綜合數據庫中的已知事實進行匹配。匹配是指把所選規則的前提與綜合數據庫中的已知事實進行實進行匹配。匹配是指把所選規則的前提與綜合數據庫中的已知事實進行比較，若事實庫中存的事實與所選規則前提一致，則稱匹配成功，該規則比較，若事實庫中存的事實與所選規則前提一致，則稱匹配成功，該規則為可用；否則，稱匹配失敗，該規則不可用。為可用；否則，稱匹配失敗，

49、該規則不可用。 沖突消解：沖突消解：對匹配成功的規則，按照某種策略從中選出一條規則執行。對匹配成功的規則，按照某種策略從中選出一條規則執行。 執行操作：執行操作：對所執行的規則，若其后件為一個或多個結論，則把這些結對所執行的規則，若其后件為一個或多個結論，則把這些結論加入綜合數據庫；若其后件為一個或多個操作時，執行這些操作。論加入綜合數據庫；若其后件為一個或多個操作時，執行這些操作。 終止推理：終止推理：檢查綜合數據庫中是否包含有目標，若有，則停止推理。檢查綜合數據庫中是否包含有目標，若有，則停止推理。 路徑解釋：路徑解釋：在問題求解過程中，記住應用過的規則序列，以便最終能夠在問題求解過程中，

50、記住應用過的規則序列，以便最終能夠給出問題的解的路徑。給出問題的解的路徑。372.3.2 產生式系統的基本結構產生式系統的基本結構產生式系統的例子產生式系統的例子(1/4)動物識別系統動物識別系統 該系統可以識別老虎、金錢豹、斑馬、長頸鹿、企鵝、信天翁這該系統可以識別老虎、金錢豹、斑馬、長頸鹿、企鵝、信天翁這6種動種動物。其規則庫包含如下物。其規則庫包含如下15條規則：條規則：r1 if 該動物有毛發該動物有毛發 then 該動物是哺乳動物該動物是哺乳動物 r2 if 該動物有奶該動物有奶 then 該動物是哺乳動物該動物是哺乳動物r3 if 該動物有羽毛該動物有羽毛 then 該動物是鳥該動

51、物是鳥r4 if 該動物會飛該動物會飛 and 會下蛋會下蛋 then 該動物是鳥該動物是鳥r5 if 該動物吃肉該動物吃肉 then 該動物是食肉動物該動物是食肉動物r6 if 該動物有犬齒該動物有犬齒 and 有爪有爪 and 眼盯前方眼盯前方 then 該動物是食肉動物該動物是食肉動物r7 if 該動物是哺乳動物該動物是哺乳動物 and 有蹄有蹄 then 該動物是有蹄類動物該動物是有蹄類動物r8 if 該動物是哺乳動物該動物是哺乳動物 and 是嚼反芻動物是嚼反芻動物 then 該動物是有蹄類動物該動物是有蹄類動物r9 if 該動物是哺乳動物該動物是哺乳動物 and 是食肉動物是食肉動

52、物 and 是黃褐色是黃褐色 and 身上有暗斑點身上有暗斑點 then 該動物是金錢豹該動物是金錢豹382.3.2 產生式系統的基本結構產生式系統的基本結構產生式系統的例子產生式系統的例子(2/4)r10 if 該動物是哺乳動物該動物是哺乳動物 and 是食肉動物是食肉動物 and 是黃褐色是黃褐色 and 身上有黑色條紋身上有黑色條紋 then 該動物是虎該動物是虎r11 if 該動物是有蹄類動物該動物是有蹄類動物 and 有長脖子有長脖子 and 有長腿有長腿 and 身上有暗斑點身上有暗斑點 then 該動物是長頸鹿該動物是長頸鹿r12 if 動物是有蹄類動物動物是有蹄類動物 and

53、身上有黑色條紋身上有黑色條紋 then 該動物是斑馬該動物是斑馬r13 if 該動物是鳥該動物是鳥 and 有長脖子有長脖子 and 有長腿有長腿 and 不會飛不會飛 and 有黑白二色有黑白二色 then 該動物是鴕鳥該動物是鴕鳥r14 if 該動物是鳥該動物是鳥 and 會游泳會游泳 and 不會飛不會飛 and 有黑白二色有黑白二色 then 該動物是企鵝該動物是企鵝r15 if 該動物是鳥該動物是鳥 and 善飛善飛 then 該動物是信天翁該動物是信天翁 其中，其中，ri(i=1,2,.,15)是規則的編號是規則的編號 初始綜合數據庫包含的事實有：初始綜合數據庫包含的事實有： 動物

54、有暗斑點，有長脖子，有長腿，有奶，有蹄動物有暗斑點，有長脖子，有長腿，有奶，有蹄 該例子的部分推理網絡如下：該例子的部分推理網絡如下： 392.3.2 產生式系統的基本結構產生式系統的基本結構產生式系統的例子產生式系統的例子(3/4)圖中最上層的結點稱為圖中最上層的結點稱為“假設假設”或或“結論結論”中間結點稱為中間結點稱為“中間假設中間假設”；終結點稱為終結點稱為“證據證據”或或“事實事實”；每個每個“結論結論”都是本問題的一個目標，所有都是本問題的一個目標，所有“假設假設”構成了本問題的目標集構成了本問題的目標集合合長頸鹿長頸鹿斑馬斑馬長脖子長脖子長腿長腿暗斑點暗斑點有蹄類有蹄類黑條紋黑條

55、紋有蹄有蹄哺乳動物哺乳動物嚼反芻動物嚼反芻動物有毛有毛r2r7r8r11r12有奶有奶r1402.3.2 產生式系統的基本結構產生式系統的基本結構產生式系統的例子產生式系統的例子(4/4)系統的推理過程系統的推理過程 (1) 先從規則庫中取出第一條規則先從規則庫中取出第一條規則r1，檢查其前提是否可與綜合數據庫中的已知，檢查其前提是否可與綜合數據庫中的已知事實相匹配。事實相匹配。 r1的前提是的前提是“有毛發有毛發”，但事實庫中無此事實，故匹配失敗。然后，但事實庫中無此事實，故匹配失敗。然后取取r2，該前提可與已知事實，該前提可與已知事實“有奶有奶”相匹配，相匹配，r2被執行，并將其結論被執行

56、，并將其結論“該動物是哺該動物是哺乳動物乳動物”作為新的事實加入到綜合數據庫中。此時，綜合數據庫的內容變為：作為新的事實加入到綜合數據庫中。此時，綜合數據庫的內容變為： 動物有暗斑，有長脖子，有長腿，有奶，有蹄，是哺乳動物動物有暗斑，有長脖子，有長腿，有奶，有蹄，是哺乳動物 (2) 再從規則庫中取再從規則庫中取r3，r4，r5，r6進行匹配，均失敗。接著取進行匹配，均失敗。接著取r7，該前提與已知，該前提與已知事實事實“是哺乳動物是哺乳動物”相匹配，相匹配，r7被執行，并將其結論被執行，并將其結論“該動物是有蹄類動物該動物是有蹄類動物” 作作為新的事實加入到綜合數據庫中。此時，綜合數據庫的內容

57、變為：為新的事實加入到綜合數據庫中。此時，綜合數據庫的內容變為： 動物有暗斑，有長脖子，有長腿，有奶，有蹄，是哺乳動物，是有蹄類動物動物有暗斑，有長脖子，有長腿，有奶，有蹄，是哺乳動物，是有蹄類動物 (3) 此后，此后，r8，r9，r10均匹配失敗。接著取均匹配失敗。接著取r11，該前提，該前提 “該動物是有蹄類動物該動物是有蹄類動物 and 有長脖子有長脖子 and 有長腿有長腿 and 身上有暗斑身上有暗斑” 與已知事實相匹配，與已知事實相匹配，r11被執行，被執行，并推出并推出“該動物是長頸鹿該動物是長頸鹿”。由于。由于“長頸鹿長頸鹿”已是目標集合中的一個結論，即已已是目標集合中的一個結

58、論，即已推出最終結果，故問題求解過程結束。推出最終結果，故問題求解過程結束。說明：上述規則僅是一種直接表示方式，用三元組表示說明：上述規則僅是一種直接表示方式，用三元組表示r15如下：如下： r15：if（動物，類別，鳥）（動物，類別，鳥）and（動物，本領，善飛）（動物，本領，善飛） then（動物，名稱，信天翁）（動物，名稱，信天翁）412.3.3 產生式系統的基本過程產生式系統的基本過程基本過程基本過程 (1) 初始化綜合數據庫，即把欲解決問題的已知事實送入綜合數據庫中；初始化綜合數據庫，即把欲解決問題的已知事實送入綜合數據庫中； (2) 檢查規則庫中是否有未使用過的規則，若無轉檢查規則

59、庫中是否有未使用過的規則，若無轉 (7)； (3) 檢查規則庫的未使用規則中是否有其前提可與綜合數據庫中已知事實相檢查規則庫的未使用規則中是否有其前提可與綜合數據庫中已知事實相匹配的規則，若有，形成當前可用規則集；否則轉匹配的規則，若有，形成當前可用規則集；否則轉(6)； (4) 按照沖突消解策略，從當前可用規則集中選擇一個規則執行，并對該規按照沖突消解策略，從當前可用規則集中選擇一個規則執行，并對該規則作上標記。把執行該規則后所得到的結論作為新的事實放入綜合數據庫；則作上標記。把執行該規則后所得到的結論作為新的事實放入綜合數據庫；如果該規則的結論是一些操作，則執行這些操作；如果該規則的結論是

60、一些操作，則執行這些操作； (5) 檢查綜合數據庫中是否包含了該問題的解，若已包含，說明解已求出，檢查綜合數據庫中是否包含了該問題的解，若已包含，說明解已求出，問題求解過程結束；否則，轉問題求解過程結束；否則，轉(2)； (6) 當規則庫中還有未使用規則，但均不能與綜合數據庫中的已有事實相匹當規則庫中還有未使用規則，但均不能與綜合數據庫中的已有事實相匹配時，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；否則，執行下一步；則，執行下一步； (7) 若知識庫中不再有未使用規則，也說明該問題無解，終止問題求解過程。若知識