1、人工智能202知識(shí)表達(dá)(演講稿)第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù)21 知識(shí)的概念與含義 智能行為即擁有知識(shí)即對(duì)知識(shí)的獲取、表達(dá)、搜索、分析、解答等智能能力 人的智能的核心也在于“知識(shí)” 感性知識(shí)與理性知識(shí)，經(jīng)驗(yàn)知識(shí)與理論知識(shí)智能表現(xiàn)在：知識(shí)的獲取能力通過(guò)感知器官獲取感性知識(shí)知識(shí)的處理能力將感性知識(shí)上升為理性知識(shí)知識(shí)的運(yùn)用能力采取行動(dòng)，發(fā)揮知識(shí)的效用知識(shí)：是人們對(duì)自然現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和從中總結(jié)出來(lái)的規(guī)律、經(jīng)驗(yàn)7/7/20222第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù)21 知識(shí)的概念與含義 知識(shí)模式 K = F+R+CK表示知識(shí)項(xiàng)(Knowledge items)F表示事實(shí)(Facts)人類對(duì)客觀世界、客觀事物的狀態(tài)、屬性、特征的描述

2、，以及對(duì)事物之間關(guān)系的描述 R表示規(guī)則(Rules)能表達(dá)在前提與結(jié)論之間的因果關(guān)系的一種形式 C表示概念(Concepts)事實(shí)的含義規(guī)則語(yǔ)義說(shuō)明等7/7/20223第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 22 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 知識(shí)類型敘述型知識(shí)有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)、環(huán)境和條件，問(wèn)題的概念、定義和事實(shí)的知識(shí)。過(guò)程型知識(shí)有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)變化、問(wèn)題求解過(guò)程的操作、演算和行動(dòng)的知識(shí)。控制型知識(shí)有關(guān)如何選擇相應(yīng)的操作、演算和行動(dòng)的比較、判斷、管理和決策的知識(shí)。例：對(duì)于從北京到上海，是乘飛機(jī)還是坐火車的問(wèn)題。敘述型知識(shí)：北京、上海、飛機(jī)、火車、時(shí)間、費(fèi)用。過(guò)程型知識(shí)：乘飛機(jī)、坐火車。控制型知識(shí)：乘飛機(jī)較快、較貴；坐火車較慢、較便宜。

3、 7/7/20224知識(shí)的表達(dá)技術(shù)7/7/20225第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) (一) 狀態(tài)空間表達(dá) 狀態(tài)用來(lái)表示系統(tǒng)狀態(tài),事實(shí)等敘述型知識(shí)的一組變量或數(shù)組Q=q1,q2,qnt操作是用來(lái)表示引起狀態(tài)變化的過(guò)程型知識(shí)的一組關(guān)系或函數(shù)F:f1,f2,fm狀態(tài)空間(State Space)是利用狀態(tài)變量和操作符號(hào)，表示系統(tǒng)或問(wèn)題的有關(guān)知識(shí)的符號(hào)體系，狀態(tài)空間是一個(gè)四元組（S，O，S0，G）：S狀態(tài)集合;O操作算子集合;S0初始狀態(tài),S0S;G目的狀態(tài),GS,(G可若干具體狀態(tài)，也可滿足某些性質(zhì)的路徑信息描述)從S0結(jié)點(diǎn)到G結(jié)點(diǎn)的路徑被稱為求解路徑。狀態(tài)空間一解是一有限操作算子序列，它使初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)

4、狀態(tài)： O1 O2 O3 Ok S0S1S2G其中O1，Ok即為狀態(tài)空間的一個(gè)解(解往往不是唯一的) 7/7/20226第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 23 狀態(tài)空間表達(dá) 【例22】八數(shù)碼問(wèn)題的狀態(tài)空間在一33方格盤，放1到8八個(gè)數(shù)碼，另一格為空。空格四周上下左右數(shù)碼可移到空格。一布局： 2 3 1 5 8 4 6 7八數(shù)碼任何一種擺法就是一個(gè)狀態(tài)，所有的擺法為狀態(tài)集S，構(gòu)成了一個(gè)狀態(tài)空間，其大小為9！相應(yīng)操作算子是數(shù)碼移動(dòng)，其操作算子共有4（方向）8（數(shù)碼）=32個(gè)。可簡(jiǎn)化為4個(gè)：Up，Left，Down，Right7/7/20227狀態(tài)圖這種描述問(wèn)題的有向圖被稱為狀態(tài)空間圖，簡(jiǎn)稱狀態(tài)圖；許多智力問(wèn)題

5、都可以歸結(jié)為在某一狀態(tài)中尋找目標(biāo)或路徑的問(wèn)題。7/7/20228X1X2X3XX0X4X7X6X5例 3.8八數(shù)碼難題的狀態(tài)圖表示。 我們將棋局 用向量 A(X0, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8)表示,Xi為變量,Xi的值就是方格Xi內(nèi)的數(shù)字。于是,向量A就是該問(wèn)題的狀態(tài)空間表達(dá)式。 7/7/20229 設(shè)初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)分別為 So(0, 2, 8, 3, 4, 5, 6, 7, 1) Sg(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) 易見,數(shù)碼的移動(dòng)規(guī)則就是該問(wèn)題的狀態(tài)變換規(guī)則,即操作。經(jīng)分析, 該問(wèn)題共有24條移碼規(guī)則, 可分為9組。 7/7/

6、2022100組規(guī)則: 1組規(guī)則: 7/7/202211 2組規(guī)則: 8組規(guī)則: 于是, 八數(shù)碼問(wèn)題的狀態(tài)空間（狀態(tài)圖）可表示為 (So, r1, r2, , r24, Sg) 7/7/202212 當(dāng)然,上述24條規(guī)則也可以簡(jiǎn)化為4條: 即空格上移（UP）、 下移（DOWN）、左移（LEFT）、右移（RIGHT）。不過(guò),這時(shí)狀態(tài)(即棋局)就需要用矩陣來(lái)表示。 可以看出,這個(gè)狀態(tài)圖中僅給出了初始節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn), 并未給出其余節(jié)點(diǎn)。而其余節(jié)點(diǎn)需用狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則來(lái)產(chǎn)生。 類似于這樣表示的狀態(tài)圖稱為隱式狀態(tài)圖, 或者說(shuō)狀態(tài)圖的隱式表示。 7/7/202213 狀 態(tài) 空 間 表 示例2 走迷宮是人們熟

7、悉的一種游戲, 如圖31就是一個(gè)迷宮。如果我們把該迷宮的每一個(gè)格子以及入口和出口都作為節(jié)點(diǎn), 把通道作為邊, 則該迷宮可以由一個(gè)有向圖表示(如圖3-2所示)。 那么, 走迷宮其實(shí)就是從該有向圖的初始節(jié)點(diǎn)(入口)出發(fā), 尋找目標(biāo)節(jié)點(diǎn)(出口)的問(wèn)題, 或者是尋找通向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)(出口)的路徑的問(wèn)題。 7/7/202214圖 3-1 迷宮圖 7/7/202215圖 3-2 迷宮的有向圖表示 7/7/202216第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) （二） 與/或圖表達(dá)法 超圖 樹圖 與/或樹基于人們?cè)谇蠼鈫?wèn)題時(shí)的兩種思維方法：分解：將復(fù)雜大問(wèn)題分解為一組簡(jiǎn)單小問(wèn)題若所有子問(wèn)題都解決了，則總問(wèn)題也解決了，這是“與”的邏輯

8、關(guān)系“與”樹變換：將較難問(wèn)題變換為較易等價(jià)/等效問(wèn)題若一難問(wèn)題可以等價(jià)變換為幾個(gè)容易問(wèn)題，則任何一個(gè)容易問(wèn)題解決了，也就解決了原有難問(wèn)題，這是“或”的邏輯關(guān)系“或”樹兼用“分解”和“變換”方法“與/或”樹 7/7/202217與 或 圖 搜 索 與或圖我們?nèi)杂美右肱c或圖的概念。 例 如圖所示,設(shè)有四邊形ABCD和ABCD, 要求證明它們?nèi)取７治觯悍謩e連接B、D和B、D, 則原問(wèn)題可分解為兩個(gè)子問(wèn)題： Q1：證明ABDABD Q2：證明BCDBCD 7/7/202218圖3-12 四邊形ABCD和ABCD7/7/202219于是, 原問(wèn)題的解決可歸結(jié)為這兩個(gè)子問(wèn)題的解決。 換句話說(shuō),原問(wèn)題

9、被解決當(dāng)且僅當(dāng)這兩個(gè)子問(wèn)題都被解決。 進(jìn)一步,問(wèn)題Q1還可再被分解為 Q11：證明ABAB Q12：證明ADAD Q13：證明AA或 Q11： 證明ABAB Q12： 證明ADAD Q13： 證明 BDBD 7/7/202220問(wèn)題Q2還可再被分解為 Q21：證明 BCBC Q22：證明 CDCD Q23：證明 CC或 Q21：證明 BCBC Q22：證明 CDCD Q23：證明 BDBD 7/7/202221現(xiàn)在考慮原問(wèn)題與這兩組子問(wèn)題的關(guān)系, 我們便得到圖3-13。圖中的弧線表示所連邊為“與”關(guān)系,不帶弧線的邊為或關(guān)系。這個(gè)圖中既有與關(guān)系又有或關(guān)系,因此被稱為與或圖。但這個(gè)與或圖是一種特殊

10、的與或圖, 稱為與或樹。 7/7/202222圖 3-13 問(wèn)題的分解與變換 7/7/202223第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 24 狀態(tài)圖、與/或圖表達(dá)法 【例23】猴子和香蕉問(wèn)題（兩種方法都試試）設(shè)機(jī)器人“猴子”位于a處，目的物“香蕉”掛在c處上方，猴子想吃香蕉，但高度不夠，拿不著。在b處有可移動(dòng)的臺(tái)子，若猴子站在臺(tái)子上，就可以拿到香蕉。問(wèn)題是制定機(jī)器人的行動(dòng)計(jì)劃，使猴子能拿到香蕉。 香蕉 a猴子 c b臺(tái)子7/7/202224第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 1.狀態(tài)空間法 【例23】猴子和香蕉問(wèn)題狀態(tài)空間法:四元數(shù)組描述：S=(w,x,y,z)其中： w：猴子所處水平位置 x：臺(tái)子所在水平位置 y：猴子是

11、否在臺(tái)子上（y=1:在;y=0:不在）z：猴子是否能拿到香蕉（z=1:拿到;z=0:沒(méi)拿到）可能出現(xiàn)的狀態(tài)如下：S0=(a,b,0,0)S1=(b,b,0,0)S2=(c,c,0,0)S3=(c,c,1,0)S4=(c,c,1,1)其中S0為初始狀態(tài)，S4為目標(biāo)狀態(tài)7/7/202225第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 24 與/或圖表達(dá)法 【例23】猴子和香蕉問(wèn)題允許的操作集為：F=f1,f2,f3,f4其中： f1(u)為猴子走到u處 (w,x,0,z)(u,x,0,z) f2(v)為猴子推臺(tái)子到v處 (x,x,0,0)(v,v,0,0) f3為猴子爬上臺(tái)子 (x,x,0,z)(x,x,1,z) f4為

12、猴子拿到香蕉 (c,c,1,0)(c,c,1,1)7/7/202226第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 24 與/或圖表達(dá)法 【例23】猴子和香蕉問(wèn)題允許的操作集為：F=f1,f2,f3,f4比較目標(biāo)狀態(tài)（S4）與初始狀態(tài)（S0）的差異，來(lái)選擇主操作。由于S0與S4中的四個(gè)狀態(tài)量都有差異，相應(yīng)的操作為f1,f2,f3和f4，都可選為主操作。因此，可將原問(wèn)題變換為四個(gè)新問(wèn)題，而新問(wèn)題又可分為幾個(gè)子問(wèn)題及子子問(wèn)題。這一過(guò)程與/或樹圖 7/7/202227第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 24 與/或圖表達(dá)法 【例23】猴子和香蕉問(wèn)題與/或樹圖 7/7/202228第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 習(xí)題練習(xí) （一） 例 2.1 梵塔問(wèn)

13、題（狀態(tài)空間法）。設(shè)有三根寶石桿,在1號(hào)桿上穿有A、B兩個(gè)金盤, A小于B，并且 A位于B的上面。要求：把這兩個(gè)金盤全部移到另一根桿上,而且規(guī)定每次只能移動(dòng)一個(gè)盤子,任何時(shí)刻都不能使B位于A的上面（小盤永遠(yuǎn)在大盤上面）。7/7/202229 圖 2.1 二階梵塔的全部狀態(tài) 7/7/202230第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 習(xí)題練習(xí) （一） 例 2.1 梵塔問(wèn)題（狀態(tài)空間法）。設(shè)用二元組(SA,SB)表示問(wèn)題的狀態(tài), SA表示小盤A所在的桿號(hào), SB表示大盤B所在的桿號(hào), 這樣, 全部可能的狀態(tài)有9種, 可表示如下： s0(1, 1), s1(1, 2), s2(1, 3)s3(2, 1), s4(2,

14、 2), s5(2, 3)S6(3, 1), S7(3, 2), S8(3, 3) 7/7/202231這里的操作算子就是盤子的搬動(dòng)規(guī)則，分別用A(i,j)及B(i,j)表示：A(i,j)表示把A盤（小盤）從第i號(hào)桿移到第j號(hào)桿上;B(i,j)表示把B盤（大盤）從第i號(hào)桿移到第j號(hào)桿上。經(jīng)分析，共有12個(gè)操作，它們分別是：A(1,2),A(1,3),A(2,1),A(2,3),A(3,1),A(3,2)B(1,2),B(1,3),B(2,1),B(2,3),B(3,1),B(3,2)7/7/202232這樣由題意,問(wèn)題的初始狀態(tài)為(1, 1),目標(biāo)狀態(tài)為(3, 3), 則二階梵塔問(wèn)題可用狀態(tài)圖

15、表示為 (1, 1), A(1, 2), , B(3, 2), (3, 3) 從初始節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的任何一跳通路都是一個(gè)解，其中的最短路徑長(zhǎng)度是3，它有三個(gè)算子組成：A（1，3）、B（1，2）、A（3，2）。 7/7/202233由本題可以得出結(jié)論（1）首先必須定義狀態(tài)的描述形式，通過(guò)使用這種描述形式可把問(wèn)題的全部狀態(tài)都表示出來(lái)。（2）其次還要有一組算子，通過(guò)使用算子可把問(wèn)題的一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)。（3）狀態(tài)圖就是通過(guò)一組算子將問(wèn)題的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)狀態(tài)。7/7/202234作 業(yè)（一）-傳教士與野人三個(gè)傳教士和三個(gè)野人來(lái)到一條河邊。河邊只有一只每次最多可供兩個(gè)人過(guò)河的小船。傳教士如何用

16、這只小船才能使河的兩邊的野人數(shù)目絕不會(huì)超過(guò)傳教士數(shù)目的狀態(tài)。指定狀態(tài)描述格式、開始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)，并畫出狀態(tài)圖（只要畫出“合法”的狀態(tài)，即河兩邊的野人數(shù)目沒(méi)有超過(guò)傳教士的數(shù)目）7/7/202235第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 三、 產(chǎn)生式系統(tǒng) 產(chǎn)生式系統(tǒng)(production system)描述若干個(gè)不同的以一個(gè)基本概念為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。這個(gè)基本概念就是產(chǎn)生式規(guī)則（或產(chǎn)生式條件）和操作對(duì)的概念 。論域知識(shí)分為兩部分：事實(shí)表示靜態(tài)知識(shí)，如事物、事件和它們之間的關(guān)系產(chǎn)生式規(guī)則表示推理過(guò)程和行為，如動(dòng)作，算子，變換等這類系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)主要用于存儲(chǔ)規(guī)則，因此又把此類系統(tǒng)稱為基于規(guī)則的系統(tǒng)(rule-based sy

17、stem) 7/7/202236第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)包含事實(shí)庫(kù)、規(guī)則集和規(guī)則解釋（控制器）三部分 7/7/202237第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 事實(shí)庫(kù)當(dāng)前已知的知識(shí)信息數(shù)據(jù)，包括推理過(guò)程中形成的中間結(jié)論知識(shí)，換句話說(shuō)，它用于存儲(chǔ)有關(guān)問(wèn)題的狀態(tài)、性質(zhì)等事實(shí)的敘述型知識(shí)，也稱為綜合數(shù)據(jù)庫(kù)或工作存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)是廣義的7/7/202238第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 規(guī)則集庫(kù)存儲(chǔ)有關(guān)問(wèn)題的狀態(tài)轉(zhuǎn)移、性質(zhì)變化等規(guī)則的過(guò)程型知識(shí)，或稱“規(guī)則庫(kù)”產(chǎn)生式規(guī)則的一般形式可以表述為：P1,P2,PmC1,C2,Cn每條產(chǎn)生式規(guī)則分為左部和

18、右部?jī)蓚€(gè)部分，左部表示激活該產(chǎn)生式規(guī)則的前提條件/規(guī)則前件，右部表示調(diào)用該產(chǎn)生式規(guī)則后所做的行為部分/規(guī)則后件/結(jié)論。可簡(jiǎn)述成“條件-動(dòng)作”對(duì)的形式。7/7/202239第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 產(chǎn)生式規(guī)則的形式與傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中條件語(yǔ)句非常相似，但實(shí)際上兩者之間存在根本的區(qū)別（具體見書上解釋）7/7/202240第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 規(guī)則解釋（控制器）根據(jù)有關(guān)問(wèn)題的控制型知識(shí)，選擇控制策略，將規(guī)則與事實(shí)進(jìn)行匹配，控制并利用知識(shí)進(jìn)行推理并求解問(wèn)題 通常從選擇規(guī)則到執(zhí)行操作分3步：匹配、沖突消解和操作由匹配器負(fù)責(zé)判斷規(guī)則條件是否成立，沖突消解器負(fù)責(zé)選擇可調(diào)用的規(guī)

19、則，解釋器負(fù)責(zé)執(zhí)行規(guī)則的動(dòng)作，并在滿足結(jié)束條件時(shí)終止產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行。7/7/202241第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 匹配當(dāng)前事實(shí)庫(kù)內(nèi)容與規(guī)則條件部分匹配。如果兩者完全匹配，則把這條規(guī)則稱為觸發(fā)規(guī)則。當(dāng)按規(guī)則的操作部分去執(zhí)行時(shí)，稱這條規(guī)則為啟用規(guī)則。 被觸發(fā)的規(guī)則不一定總是啟用規(guī)則，因?yàn)榭赡芡瑫r(shí)有幾條規(guī)則的條件部分被滿足，需解決沖突步驟中來(lái)解決。在復(fù)雜的情況下，在事實(shí)庫(kù)和規(guī)則的條件部分之間可能要進(jìn)行近似匹配2. 沖突解決當(dāng)有一條以上規(guī)則的條件部分和當(dāng)前事實(shí)庫(kù)相匹配時(shí)，就需要決定首先使用哪一條規(guī)則，這稱為沖突解決3. 操作執(zhí)行規(guī)則的操作部分，經(jīng)操作以后，當(dāng)前事實(shí)庫(kù)將被修改。然后，其它

20、的規(guī)則有可能被使用，即進(jìn)入下一循環(huán) 7/7/202242第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 如：設(shè)有以下兩條美式足球的規(guī)則： 規(guī)則R1 規(guī)則 R2 IF fourth dawn IF fourth dawn short yardage short yardage THEN punt within 30 yards(from the goal line) THEN field goalR1規(guī)則：如進(jìn)攻方在前三次進(jìn)攻中前進(jìn)的距離少于10碼(short yardage)，那么在第四次進(jìn)攻時(shí)(fourth dawn)，可以踢懸空球(punt)R2規(guī)則：如進(jìn)攻方在前三次進(jìn)攻中前進(jìn)的距離少于10碼，而

21、進(jìn)攻的位置又在離對(duì)方球門線30碼距離之內(nèi)，那么就可以射門(field goal)如果當(dāng)前事實(shí)庫(kù)包含事實(shí)“fourth dawn”和“short yardage”以及“within 30 yards”？ -則上述兩條規(guī)則都被觸發(fā)，這就需要用“沖突解決”來(lái)解決首先使用哪一條規(guī)則的問(wèn)題。7/7/202243第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 常見的沖突解決方案：專一性排序如某一規(guī)則條件部分規(guī)定的情況，比另一規(guī)則條件部分規(guī)定的情況更有針對(duì)性，則這條規(guī)則有較高的優(yōu)先級(jí)規(guī)則排序如規(guī)則編排的順序就表示了啟用的優(yōu)先級(jí)，則稱之為規(guī)則排序數(shù)據(jù)排序把規(guī)則條件部分的所有條件按優(yōu)先級(jí)次序編排起來(lái)，運(yùn)行時(shí)首先使用在條

22、件部分包含較高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的規(guī)則。規(guī)模排序按規(guī)則的條件部分的規(guī)模排列優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先使用被滿足的條件較多的規(guī)則就近排序把最近使用的規(guī)則放在最優(yōu)先的位置。這和人類的行為有相似之處上下文限制把產(chǎn)生式規(guī)則按它們所描述的上下文分組，也就是說(shuō)按上下文對(duì)規(guī)則分組。在某種上下文條件下，只能從與其相對(duì)應(yīng)的那組規(guī)則中選擇可應(yīng)用的規(guī)則 7/7/202244第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 【例24】動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)規(guī)則I1到I4這一組規(guī)則可用于把哺乳動(dòng)物和鳥類動(dòng)物區(qū)分開：規(guī)則I1 如果 該動(dòng)物有毛發(fā)，那么 它是哺乳動(dòng)物規(guī)則I2 如果 該動(dòng)物能產(chǎn)乳，那么 它是哺乳動(dòng)物規(guī)則I3 如果 該動(dòng)物有羽毛，那么 它是鳥類動(dòng)物規(guī)則

23、I4 如果 該動(dòng)物能飛行，它能生蛋，那么 它是鳥類動(dòng)物規(guī)則I5到I8把哺乳動(dòng)物又進(jìn)一步分為更細(xì)的類食肉動(dòng)物和有蹄動(dòng)物：規(guī)則I5 如果 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物，它吃肉，那么 它是食肉動(dòng)物規(guī)則I6 如果 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物，它長(zhǎng)有爪子，它長(zhǎng)有利齒，它眼睛前視，那么 它是食肉動(dòng)物規(guī)則I7 如果 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物，它長(zhǎng)有蹄，那么 它是有蹄動(dòng)物規(guī)則I8 如果 該動(dòng)物是哺乳動(dòng)物，它反芻，那么 它是有蹄動(dòng)物，并且是偶蹄動(dòng)物7/7/202245第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 【例24】動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)以下兩個(gè)規(guī)則對(duì)食肉動(dòng)物進(jìn)行細(xì)分：規(guī)則I9 如果 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物，它的顏色是黃褐色，它有深色的斑點(diǎn) 那么 它是獵豹

24、規(guī)則I10 如果 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物，它的顏色是黃褐色，它有黑色條紋 那么 它是老虎 以下兩個(gè)規(guī)則對(duì)有蹄動(dòng)物進(jìn)行細(xì)分：規(guī)則I11 如果 該動(dòng)物是有蹄動(dòng)物，它有長(zhǎng)腿，它有長(zhǎng)頸，它的顏色是黃褐色，它有深色的斑點(diǎn)，那么 它是長(zhǎng)頸鹿規(guī)則I12 如果 該動(dòng)物是有蹄動(dòng)物，它的顏色是白的，它有黑色條紋， 那么 它是斑馬 7/7/202246第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 【例24】動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng) 以下對(duì)鳥類進(jìn)行分類的規(guī)則：規(guī)則I13 如果 該動(dòng)物是鳥類，它不會(huì)飛，它有長(zhǎng)腿，它有長(zhǎng)頸，它的顏色是黑、白色相雜，那么 它是鴕鳥（規(guī)則I13的IF部分的條件“它有長(zhǎng)腿”和“它有長(zhǎng)頸”，也出現(xiàn)在規(guī)則I11的IF部分

25、。I11是有蹄動(dòng)物的，而I13是鳥的分類，無(wú)混淆）規(guī)則I14 如果 該動(dòng)物是鳥類，它不能飛行，它能游水，它的顏色是黑色和白色，那么 它是企鵝規(guī)則I15 如果 該動(dòng)物是鳥類，它善于飛行，那么 它是海燕 7/7/202247第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 【例24】動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別長(zhǎng)頸鹿的過(guò)程開始，觀察到：（動(dòng)物的顏色是黃褐色,深色斑點(diǎn)）規(guī)則I11還是規(guī)則I9？再看到該動(dòng)物給它的幼獸喂奶，并能反芻，于是事實(shí)庫(kù)內(nèi)容增為：（動(dòng)物的顏色是黃褐色,深色斑點(diǎn),能產(chǎn)乳,反芻）現(xiàn)用規(guī)則集與事實(shí)庫(kù)進(jìn)行匹配，I2首先可用，并更新事實(shí)庫(kù)為：（哺乳動(dòng)物,黃褐色,深色斑點(diǎn),能產(chǎn)乳,反芻）進(jìn)而I8又能用，更新事實(shí)庫(kù)

26、為：（有蹄動(dòng)物,偶蹄動(dòng)物,哺乳動(dòng)物,黃褐色,深色斑點(diǎn),能產(chǎn)乳,反芻）還無(wú)法識(shí)別，而事實(shí)庫(kù)也不能和其它規(guī)則的前提相匹配，需再觀察，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)該動(dòng)物腿和頸都很長(zhǎng)，即得到事實(shí)庫(kù)：（動(dòng)物有長(zhǎng)腿,有長(zhǎng)頸,有蹄動(dòng)物,偶蹄動(dòng)物,哺乳動(dòng)物,黃褐色,深色斑點(diǎn),能產(chǎn)乳,反芻）規(guī)則I11可使用，推理出該動(dòng)物為長(zhǎng)頸鹿問(wèn)題的求解過(guò)程可終止7/7/202248第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 產(chǎn)生式系統(tǒng)的問(wèn)題求解過(guò)程的步驟： 事實(shí)庫(kù)初始化 若存在未用規(guī)則前提能與事實(shí)庫(kù)相匹配則轉(zhuǎn)，否則轉(zhuǎn) 使用規(guī)則，更新事實(shí)庫(kù)，并標(biāo)記所用規(guī)則 事實(shí)庫(kù)是否包含解。若是，則終止求解過(guò)程，否則轉(zhuǎn) 要求更多的關(guān)于問(wèn)題的信息，若不能提供所要信息

27、，則求解失敗，否則更新事實(shí)庫(kù)并轉(zhuǎn) 7/7/202249 圖 6-2 推理機(jī)的一次推理過(guò)程 7/7/202250一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)生式系統(tǒng), 其目標(biāo)條件一般不會(huì)只經(jīng)一步推理就可滿足, 往往要經(jīng)過(guò)多步推理才能滿足或者證明問(wèn)題無(wú)解。 所以, 產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程,就是推理機(jī)不斷運(yùn)用規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則, 作用于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù), 不斷進(jìn)行推理并不斷檢測(cè)目標(biāo)條件是否滿足的過(guò)程。當(dāng)推理到某一步, 目標(biāo)條件被滿足, 則推理成功, 于是系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束；或者再無(wú)規(guī)則可用, 但目標(biāo)條件仍未滿足, 則推理失敗, 當(dāng)然系統(tǒng)也運(yùn)行結(jié)束。 7/7/202251控制策略與常用算法 產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理可分為正向推理和反向推理兩種基本方式。簡(jiǎn)單來(lái)

28、講, 正向推理就是從初始事實(shí)數(shù)據(jù)出發(fā), 正向使用規(guī)則進(jìn)行推理(即用規(guī)則前提與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)匹配, 或用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)測(cè)試規(guī)則的前提條件, 然后產(chǎn)生結(jié)論或執(zhí)行動(dòng)作),朝目標(biāo)方向前進(jìn)；反向推理就是從目標(biāo)出發(fā), 反向使用規(guī)則進(jìn)行推理(即用規(guī)則結(jié)論與目標(biāo)匹配, 又產(chǎn)生新的目標(biāo), 然后對(duì)新目標(biāo)再作同樣的處理),朝初始事實(shí)或數(shù)據(jù)方向前進(jìn)。下面我們給出產(chǎn)生式系統(tǒng)正向推理和反向推理的例子： 7/7/202252例動(dòng)物分類問(wèn)題的產(chǎn)生式系統(tǒng)描述及其求解。 設(shè)由下列動(dòng)物識(shí)別規(guī)則組成一個(gè)規(guī)則庫(kù), 推理機(jī)采用上述正向推理算法, 建立一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)。該產(chǎn)生式系統(tǒng)就是一個(gè)小型動(dòng)物分類知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)。 規(guī)則集： r1：

29、若某動(dòng)物有奶, 則它是哺乳動(dòng)物。 r2： 若某動(dòng)物有毛發(fā), 則它是哺乳動(dòng)物。 r3： 若某動(dòng)物有羽毛, 則它是鳥。 r4： 若某動(dòng)物會(huì)飛且生蛋, 則它是鳥。 7/7/202253r5： 若某動(dòng)物是哺乳動(dòng)物且有爪且有犬齒且目盯前方, 則它是食肉動(dòng)物。 r6： 若某動(dòng)物是哺乳動(dòng)物且吃肉, 則它是食肉動(dòng)物。 r7： 若某動(dòng)物是哺乳動(dòng)物且有蹄, 則它是有蹄動(dòng)物。 r8： 若某動(dòng)物是有蹄動(dòng)物且反芻（chu）食物, 則它是偶蹄動(dòng)物。 r9： 若某動(dòng)物是食肉動(dòng)物且黃褐色且有黑色條紋, 則它是老虎。 r10： 若某動(dòng)物是食肉動(dòng)物且黃褐色且有黑色斑點(diǎn), 則它是金錢豹。 7/7/202254r11： 若某動(dòng)物是有

30、蹄動(dòng)物且長(zhǎng)腿且長(zhǎng)脖子且黃褐色且有暗斑點(diǎn), 則它是長(zhǎng)頸鹿。 r12：若某動(dòng)物是有蹄動(dòng)物且白色且有黑色條紋, 則它是斑馬。 r13： 若某動(dòng)物是鳥且不會(huì)飛且長(zhǎng)腿且長(zhǎng)脖子且黑白色, 則它是駝鳥。 r14： 若某動(dòng)物是鳥且不會(huì)飛且會(huì)游泳且黑白色, 則它是企鵝。 r15： 若某動(dòng)物是鳥且善飛且不怕風(fēng)浪, 則它是海燕。 7/7/202255圖 6-4 規(guī)則集形成的部分推理網(wǎng)絡(luò) 7/7/202256再給出初始事實(shí)： f1：某動(dòng)物有毛發(fā)。f2：吃肉。f3：黃褐色。f4： 有黑色條紋。 目標(biāo)條件為： 該動(dòng)物是什么？易見, 該系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果為： 該動(dòng)物是老虎。其推理樹如圖 6-5所示。 7/7/202257圖 6

31、-5 關(guān)于“老虎”的正向推理樹 7/7/202258作業(yè)（二）-針對(duì)猴子摘香蕉問(wèn)題，請(qǐng)給出產(chǎn)生式系統(tǒng)描述。定義一個(gè)五元組：（M，B，Box，On，H）M猴子的位置； On=0猴子在地板上B香蕉的位置； On=1猴子在箱子上Box箱子的位置；H=0猴子沒(méi)有抓到香蕉 H=1猴子抓到香蕉7/7/202259作業(yè)（二）-請(qǐng)補(bǔ)充下列的規(guī)則集規(guī)則集：R1：IF（x，y，z，0，0） THEN（w，y，z，0，0）-代表猴子從x處走到w處R2：R3：R4：7/7/202260第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 26 知識(shí)的邏輯表達(dá)方法 邏輯的描述是人們思維活動(dòng)規(guī)律的反映和抽象表達(dá)人類思維和推理的最精確和最成功的方法通過(guò)計(jì)

32、算機(jī)可作精確處理與自然語(yǔ)言又非常接近7/7/202261數(shù)理邏輯（符號(hào)邏輯）是用數(shù)學(xué)方法研究形式邏輯的一個(gè)分支。它通過(guò)符號(hào)系統(tǒng)來(lái)表達(dá)客觀對(duì)象以及相關(guān)的邏輯推理。常用的是命題邏輯和謂詞邏輯7/7/2022621 命題邏輯的簡(jiǎn)述 命題 是能夠判斷真或假的陳述句通常用大寫字母來(lái)表示，如A, B, P, Q等命題的真假值一般用 T 或 F 來(lái)表示 7/7/202263例：雪是白的。（陳述句，T）雪是紅的。（陳述句，F(xiàn)）雪是黑的。（陳述句，F(xiàn)）他是工人。（陳述句，他泛指，無(wú)法判斷真假）你今天上課沒(méi)有？（疑問(wèn)句）請(qǐng)坐公共汽車！（祈使句） 7/7/202264命題邏輯是研究命題及命題之間關(guān)系的符號(hào)邏輯系統(tǒng)。

33、在命題邏輯中，表示單一意義的命題，稱之為原子命題。（燈關(guān)著， 天在下雨 ）原子命題通過(guò) “聯(lián)結(jié)詞” 構(gòu)成 復(fù)合命題。PQ：如果天在下雨，則天不晴7/7/202265五個(gè)聯(lián)結(jié)詞： “” 或 “” 表示 “非”復(fù)合命題 P 為真，當(dāng)且僅當(dāng)P為假。 “” 表示 “合取”復(fù)合命題“PQ”為真，當(dāng)且僅當(dāng)P和Q都為真。 7/7/202266 “” 表示 “蘊(yùn)含”復(fù)合命題“PQ”為假，當(dāng)且僅當(dāng)P為真且Q為假。 “” 表示 “析取”復(fù)合命題“PQ”為真，當(dāng)且僅當(dāng)P、Q兩者之一為真。 7/7/202267 “” 表示 “等價(jià)”復(fù)合命題“PQ”為真，當(dāng)且僅當(dāng)P、Q同時(shí)為真、或者同時(shí)為假。 聯(lián)接詞的優(yōu)先順序：非 、

34、合取 、析取 、蘊(yùn)含 、等價(jià)注：可以用括號(hào)表示優(yōu)先級(jí)7/7/202268命題變?cè)河梅?hào)P、Q等表示的不具有固定、具體含義的命題。它可以表示具有“真”、“假”含義的各種命題。命題變?cè)梢岳寐?lián)結(jié)詞構(gòu)成所謂的合適公式。 7/7/202269合適公式的定義若P為原子命題，則P為合適公式，稱為原子公式。若P是合適公式，則P也是一個(gè)合適公式。7/7/202270若P和Q是合適公式，則PQ、 PQ 、PQ 、PQ都是合適公式。經(jīng)過(guò)有限次使用規(guī)則1、2、3，得到的由原子公式、聯(lián)結(jié)詞和園括號(hào)所組成的符號(hào)串，也是合適公式。7/7/202271對(duì)于合適公式，規(guī)定下列運(yùn)算優(yōu)先級(jí)： 邏輯聯(lián)結(jié)詞的運(yùn)算優(yōu)先次序?yàn)椋?、

35、 、 、 同級(jí)聯(lián)結(jié)詞按出現(xiàn)順序優(yōu)先運(yùn)算 7/7/202272在命題邏輯中，主要研究推理的有效性。即：能否根據(jù)一些合適公式（前提）推導(dǎo)出新的合適公式（結(jié)論）。 一些合適公式（前提條件）合適公式（結(jié)論）？7/7/202273在命題邏輯中，最基本的單元是命題，它是作為一個(gè)不可分割的整體。例如：雪是黑的命題邏輯具有較大的局限性，不合適于表達(dá)比較復(fù)雜的問(wèn)題。7/7/202274例：所有科學(xué)都是有用的（假設(shè)1）。數(shù)理邏輯是科學(xué)（假設(shè)2）。所以，數(shù)理邏輯是有用的（結(jié)論）。很明顯，我們無(wú)法用兩個(gè)假設(shè)推斷出結(jié)論。7/7/202275謂詞邏輯是命題邏輯的擴(kuò)充和發(fā)展。它將一個(gè)原子命題分解成客體和謂詞兩個(gè)組成部分。例

36、如： 雪 是黑的 客體 謂詞本課程首先介紹一階謂詞邏輯。 7/7/2022762 謂詞 語(yǔ)法與語(yǔ)義謂詞邏輯的基本組成部分謂詞變量函數(shù)常量園括號(hào)、方括號(hào)、花括號(hào)和逗號(hào)7/7/202277例“機(jī)器人（Robot）在第一個(gè)房間（Room1）內(nèi)”，可以表示為： INROOM（ROBOT，R1）其中 INROOM是謂詞 ROBOT和R1是常量7/7/202278謂詞是指?jìng)€(gè)體（客體）所具有的性質(zhì)或者若干個(gè)體之間的關(guān)系。用大寫字母來(lái)表示。 個(gè)體是可以具體的（如，小張、3、5）也可以是抽象的（如，x, y）。7/7/202279例：小明是學(xué)生，A表示是“是學(xué)生”，x表示“小明”，記作A(x)。-性質(zhì)x大于y，

37、G表示“大于”，記作G（x, y）。-關(guān)系7/7/202280客體變?cè)憾x在某一個(gè)客體域（由個(gè)體組成的集合）上的變量（抽象的）。用x, y, z 來(lái)表示。函數(shù)：以個(gè)體為變量，以個(gè)體為值的函數(shù)。一般用小寫字母來(lái)表示，例如 f(x), f(x,a)。7/7/202281如果謂詞有 n 個(gè)客體變?cè)Q之為 n 元謂詞，并約定 0 元謂詞就是命題（謂詞的特例）。可以用客體域中任一個(gè)客體取代命題函數(shù)中的客體變?cè)瑥亩o相應(yīng)的謂詞公式賦予真、假值。7/7/202282謂詞公式的定義：原子謂詞公式由原子命題組成，如：Human（x）復(fù)合謂詞公式由原子謂詞公式 通過(guò)聯(lián)接詞構(gòu)成。7/7/202283(2)、連

38、詞和量詞聯(lián)結(jié)詞（連詞）就是命題邏輯中的五個(gè)，它們的含義也是一樣的。7/7/202284兩個(gè)量詞：全稱量詞，記作“x”,含義是 “對(duì)每一個(gè)x” 或“對(duì)一切x”。存在量詞，記作“x”，含義是 “存在某個(gè)x” 、“有一個(gè)x” 或者 “某些x”。 7/7/202285例1：“所有的機(jī)器人都是灰色的”，用謂詞邏輯可以表示成： （x）ROBOT(x) COLOR(x，gray)7/7/202286例2： “一號(hào)房間里有一個(gè)物體”，可以表示成 （x）INROOM（x, r1） 7/7/202287一階謂詞：只允許對(duì)客體變?cè)┘恿吭~，不允許對(duì)謂詞施加量詞。7/7/2022883 謂詞公式(1)、謂詞公式的定義

39、 利用連詞和量詞可以將原子（謂詞）公式組成復(fù)合謂詞公式，稱之為謂詞公式。 7/7/202289例：任何整數(shù)或者為正或者為負(fù)。數(shù)學(xué)表達(dá)：對(duì)于所有的x，如果x是整數(shù)，則x或者為正、或者為負(fù)。記作： I(x)：“x是整數(shù)”。（原子謂詞公式） P(x)：“x是正數(shù)”。（同上） N(x)：“x是負(fù)數(shù)”。 （同上）謂詞公式： （x）（I(x) (P(x) N(x)）7/7/202290第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 總結(jié) 謂詞邏輯命題邏輯的擴(kuò)充和發(fā)展 原子命題=客體+謂詞謂詞公式、原子謂詞公式、復(fù)合謂詞公式客體變?cè)豢腕w域；n元謂詞；x：全稱量詞；x：存在量詞 一階謂詞邏輯謂詞邏輯中最直觀的一種邏輯所有羅馬人或忠于

40、或仇恨愷撒:x Roman(x)loyalto(x,Caesar)hate(x,Caesar)7/7/202291第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 26 知識(shí)的邏輯表達(dá)方法 謂詞邏輯表達(dá)法的特性優(yōu)點(diǎn)嚴(yán)格性:保證其演繹推理結(jié)果的正確性，較精確地表達(dá)知識(shí)通用性:擁有通用的邏輯演算的方法和推理的規(guī)則 三段論法等自然性:一種接近于自然語(yǔ)言的形式語(yǔ)言。模塊性:便于用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)邏輯推理的機(jī)械化、自動(dòng)化缺點(diǎn)效率低:拋棄語(yǔ)義信息，使推理過(guò)程冗長(zhǎng)，效率低，出現(xiàn)“組合爆炸”。靈活性差:不便于表達(dá)和加入啟發(fā)性知識(shí)及元知識(shí)。7/7/202292第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 26 知識(shí)的邏輯表達(dá)方法 謂詞邏輯表達(dá)法的應(yīng)用自動(dòng)問(wèn)答系統(tǒng)Gre

41、en的QA-3為一通用系統(tǒng)，推理采用歸結(jié)法，控制采用啟發(fā)式，無(wú)約束的歸結(jié)是完備的 機(jī)器人行動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)Fikes等設(shè)計(jì)的STRIPS含兩類過(guò)程：?jiǎn)栴}應(yīng)答過(guò)程、規(guī)劃和解決問(wèn)題的過(guò)程。前者采用的是歸結(jié)法，后者采用是手段-目標(biāo)分析法 機(jī)器博弈系統(tǒng)Filman等設(shè)計(jì)的FOL系統(tǒng)是一證明系統(tǒng)。證明采用一階謂詞邏輯說(shuō)明，演繹采用Prawitz的自然演繹系統(tǒng)，邏輯精確性，過(guò)程控制形式化 問(wèn)題求解系統(tǒng)Kowalski等設(shè)計(jì)的PS系統(tǒng)，直接用邏輯子句表示知識(shí)，簡(jiǎn)易方便 7/7/202293作業(yè)（三）-用一階謂詞表示下面的句子1）我們都生活在一個(gè)黃色的房子里；2）所有選修人工智能的學(xué)生都喜歡玩游戲；3）并不是所有的

42、學(xué)生都選修了歷史和生物；4）有個(gè)理發(fā)師為城中所有不為自己理發(fā)的男人理發(fā)（選做）7/7/202294第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 5、 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 1968 Quillian提出概念；1970 Simmon用于自然語(yǔ)言理解的研究概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是一種采用網(wǎng)絡(luò)形式表示人類知識(shí)的方法形式上，一個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)帶標(biāo)識(shí)的有向圖內(nèi)容組織上，4個(gè)相關(guān)部分組成 詞法部分：決定表示詞匯表中允許有哪些符號(hào)，它涉及各個(gè)結(jié)點(diǎn)和弧線 結(jié)構(gòu)部分：敘述符號(hào)排列的約束條件，指定各弧線連接的結(jié)點(diǎn)對(duì) 過(guò)程部分：說(shuō)明訪問(wèn)過(guò)程，能用于建立和修正描述，以及回答相關(guān)問(wèn)題 語(yǔ)義部分：確定與描述相關(guān)的（聯(lián)想）意義的方法，即確定有關(guān)結(jié)點(diǎn)的排列及其占有物和對(duì)

43、應(yīng)弧線 7/7/202295圖72蘋果的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)7/7/202296 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是由節(jié)點(diǎn)和邊（也稱有向弧）組成的一種有向圖。其中節(jié)點(diǎn)表示事物、對(duì)象、概念、行為、性質(zhì)、狀態(tài)等；有向邊表示節(jié)點(diǎn)之間的某種聯(lián)系或關(guān)系。例如圖72就是一個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。其中，邊上的標(biāo)記就是邊的語(yǔ)義。7/7/202297第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 特性顯式/簡(jiǎn)明表達(dá)實(shí)體結(jié)構(gòu)、屬性與實(shí)體間因果關(guān)系利于以聯(lián)想方式對(duì)系統(tǒng)的解釋與概念相關(guān)的屬性和聯(lián)系被組織在一結(jié)點(diǎn)中易于被訪問(wèn)和學(xué)習(xí)更加直觀，更易于理解（繼承方式）符合人類思維習(xí)慣語(yǔ)義解釋依賴于結(jié)構(gòu)的推理過(guò)程（無(wú)結(jié)構(gòu)約定）推理不很有效結(jié)點(diǎn)聯(lián)系有線狀/樹狀/網(wǎng)狀/遞

44、歸狀知識(shí)存儲(chǔ)/檢索需較復(fù)雜的過(guò)程7/7/202298第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表達(dá)法的優(yōu)點(diǎn)自然性直接而明確地表達(dá)概念之間的語(yǔ)義關(guān)系，接近于人類的語(yǔ)義記憶方式聯(lián)想性著重于表達(dá)語(yǔ)義關(guān)系知識(shí)，體現(xiàn)了聯(lián)想思維過(guò)程，如通過(guò)正例、反例的比較，進(jìn)行學(xué)習(xí)的過(guò)程效率較高可通過(guò)語(yǔ)義關(guān)系檢索和推理，較快導(dǎo)出與問(wèn)題有關(guān)的概念和事實(shí)，不必歷遍整個(gè)知識(shí)庫(kù)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表達(dá)法的缺點(diǎn)不能象邏輯方法那樣保證推理的嚴(yán)格性和有效性不便于表達(dá)判斷性知識(shí)不便于表達(dá)深層知識(shí)，如與時(shí)間因素有關(guān)的動(dòng)態(tài)知識(shí) 7/7/202299語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力 由語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看出，語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)不僅可以表示事物的屬性、狀態(tài)、行為等，而且更

45、適合于表示事物之間的關(guān)系和聯(lián)系。而表示一個(gè)事物的層次、狀態(tài)、行為的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，也可以看作是該事物與其屬性、狀態(tài)或行為的一種關(guān)系。如圖73所示的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，就表示了專家系統(tǒng)這個(gè)事物（的內(nèi)涵），同時(shí)也可以看作是表示了專家系統(tǒng)與“智能系統(tǒng)”、“專家知識(shí)”、“專家思維”及“困難問(wèn)題”這幾個(gè)事物之間的關(guān)系或聯(lián)系。所以，抽象地說(shuō)，語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)可表示事物之間的關(guān)系。因此，關(guān)系（或聯(lián)系）型的知識(shí)和能化為關(guān)系型的知識(shí)都可以用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示。7/7/2022100圖73 專家系統(tǒng)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 7/7/2022101第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 基本命題的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示（以個(gè)體為中心） 1）實(shí)例聯(lián)系

46、 ISA 實(shí)例關(guān)系表示類與其實(shí)例（個(gè)體）之間的關(guān)系。這是最常見的一種語(yǔ)義關(guān)系。例如，“小華是一個(gè)大學(xué)生”就可表示為圖74。其中，關(guān)系“是一個(gè)”一般標(biāo)識(shí)為“is-a”，或ISA。 小華大學(xué)生是一個(gè)7/7/2022102第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 基本命題的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示（以個(gè)體為中心） 2）泛化聯(lián)系 AKO(A Kind Of) 7/7/2022103圖75 表示分類關(guān)系的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 泛化聯(lián)系是指事物間的類屬關(guān)系7/7/2022104第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 基本命題的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示（以個(gè)體為中心） 3）聚集聯(lián)系 part-of 桌子桌腿桌

47、面Part-ofPart-of7/7/2022105第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 基本命題的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示（以個(gè)體為中心） 4)屬性聯(lián)系 7/7/2022106第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 基本命題的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示（以謂詞或關(guān)系為中心 ） 設(shè)有n元謂詞或關(guān)系R(arg1,argn),arg1取值為a1,argn取值為an,R的等價(jià)一組二元關(guān)系如下： arg1(R,a1)arg2(R,a2) argn(R,an)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)：7/7/2022107第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 連接詞在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法合取giv

48、e(John,Mary,“戰(zhàn)爭(zhēng)與和平”)read(Mary,“戰(zhàn)爭(zhēng)與和平”)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)：7/7/2022108第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 連接詞在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法析取 John is a programmer or Mary is a lawyer 對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)：7/7/2022109第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 連接詞在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法否定 ISA，AKO及part-of的有向弧 give(John,Mary,“戰(zhàn)爭(zhēng)與和平”)read(Mary,“戰(zhàn)爭(zhēng)與和平”) 對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)：7/7/2022110第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù)

49、 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 連接詞在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法蘊(yùn)含一弧：命題前提條件ANTE，另一弧：規(guī)則結(jié)論CONSE 如果車庫(kù)起火，那么用CO2或沙來(lái)滅對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)：7/7/2022111第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 變?cè)土吭~在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法 存在量詞 直接用ISA弧全稱量詞 分塊方法 存在量詞：The dog bit the postman 7/7/2022112第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 變?cè)土吭~在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法 存在量詞 直接用ISA弧全稱量詞 分塊方法 全稱量詞：Every dog has bitten

50、 a postman (x)DOG(x)(y)POSTMAN(y)BITE(x,y)7/7/2022113第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 27 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示 變?cè)土吭~在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法 存在量詞 直接用ISA弧全稱量詞 分塊方法 全稱量詞：Every dog has bitten every postman用弧與結(jié)點(diǎn)P相連 7/7/2022114 基于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的推理 基于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的推理也是繼承。繼承也是通過(guò)匹配、搜索實(shí)現(xiàn)的。問(wèn)題求解時(shí)，首先根據(jù)待求問(wèn)題的要求構(gòu)造一個(gè)網(wǎng)絡(luò)片斷，然后在知識(shí)庫(kù)中查找可與之匹配的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)片斷中的詢問(wèn)部分與知識(shí)庫(kù)中的某網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)匹配時(shí)，則與詢問(wèn)處匹配的

51、事實(shí)，就是問(wèn)題的解。7/7/2022115 基于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的推理我們要通過(guò)圖7-1所示的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)(假設(shè)它已存入知識(shí)庫(kù)), 查詢富士蘋果有什么特點(diǎn)。那么, 我們可先構(gòu)造如圖7-15所示的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)片段。然后, 使其與知識(shí)庫(kù)中的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配。 匹配后X的值應(yīng)為“脆甜”。當(dāng)然, 這是一個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題。7/7/2022116圖715 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)片段 蘋果x富士 特點(diǎn)AKO7/7/2022117 基于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的推理如果問(wèn)題復(fù)雜, 也可能不能通過(guò)直接匹配得到結(jié)果, 那么還需要沿著有關(guān)邊進(jìn)行搜索, 通過(guò)繼承來(lái)獲得結(jié)果。例如要問(wèn)：吃富士蘋果對(duì)人的健康有何意義？ 那么, 通過(guò)上述網(wǎng)絡(luò)片斷不能直接獲得答案, 這時(shí), 就

52、需沿著邊“AKO”一直搜索到節(jié)點(diǎn)“水果”, 由水果的“富營(yíng)養(yǎng)”性, 通過(guò)特性繼承便得到富士蘋果也富營(yíng)養(yǎng)。 7/7/2022118第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 28 框架表達(dá)法 一個(gè)通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式存儲(chǔ)以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 框架框架 一個(gè)結(jié)構(gòu) 一種組織結(jié)構(gòu)或組織新資料可用從經(jīng)驗(yàn)中得到的概念來(lái)分析/解釋框架表示法 一結(jié)構(gòu)化表示方法框架 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)-槽-值表示結(jié)構(gòu)框架一組語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)和槽，這組結(jié)點(diǎn)和槽可以描述格式固定的事物、行動(dòng)和事件 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)可看作結(jié)點(diǎn)和弧線的集合 7/7/2022119第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 28 框架表達(dá)法 框架結(jié)構(gòu)框架(Frame)是一種組織和表示知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)框架名 槽(Sl

53、ot) 槽名 槽值/填充值 （任意數(shù)目）FRAME 槽名1： 側(cè)面名11：側(cè)面值11 側(cè)面名12：側(cè)面值12 側(cè)面名1m：側(cè)面值1m 槽名n： 側(cè)面名n1：側(cè)面值n1 側(cè)面名n2：側(cè)面值n2 側(cè)面名nm：側(cè)面值nm7/7/2022120第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 28 框架表達(dá)法 各種屬性的槽或側(cè)面缺省值（DEFAULT）側(cè)面用于說(shuō)明該側(cè)面的典型取值一鳥類框架，鳥是否會(huì)飛屬性槽可填“會(huì)飛”缺省值附加過(guò)程側(cè)面說(shuō)明槽值的計(jì)算過(guò)程和填槽時(shí)要做的動(dòng)作一組子程序槽或側(cè)面的取值類型數(shù)值型整型數(shù)（INTEGERS） 浮點(diǎn)數(shù)（FLOATS）地震框架中強(qiáng)度槽和財(cái)產(chǎn)損失槽的取值字符串（STRINGS）如地震框架中地點(diǎn)槽

54、和斷層槽取值約束類型可以通過(guò)上面給出的基本類型通過(guò)布爾運(yùn)算構(gòu)成 7/7/2022121 框架的概念 顧名思義，框架就是一種結(jié)構(gòu)，一種模式，其一般形式是: | | 7/7/2022122 | 即一個(gè)框架一般有若干個(gè)槽，一個(gè)槽有一個(gè)槽值或者有若干個(gè)側(cè)面，而一個(gè)側(cè)面又有若干個(gè)側(cè)面值。其中槽值和側(cè)面值可以是數(shù)值、字符串、布爾值，也可以是一個(gè)動(dòng)作或過(guò)程，甚至還可以是另一個(gè)框架的名字。7/7/2022123例7.1 下面是一個(gè)描述“教師”的框架：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:(中師，高師)類型:(，)7/7/2022124例7.2 下面是一個(gè)描述“大學(xué)教師”的框

55、架：框架名:類屬:學(xué)歷:(學(xué)士，碩士，博士)專業(yè):職稱:(助教，講師，副教授，教授)外語(yǔ):語(yǔ)種:范圍:(英，法，日，俄，德，) 缺省:英水平:(優(yōu)，良，中，差)缺省:良7/7/2022125例7.3 下面是描述一個(gè)具體教師的框架:框架名:類屬:姓名:李明性別:男年齡:25職業(yè):教師職稱:助教專業(yè):計(jì)算機(jī)應(yīng)用7/7/2022126 比較例7.2和例7.3中的框架，可以看出，前者描述的是一個(gè)概念，后者描述的則是一個(gè)具體的事物。二者的關(guān)系是，后者是前者的一個(gè)實(shí)例。因此，后者一般稱為前者的實(shí)例框架。這就是說(shuō)，這兩個(gè)框架之間存在一種層次關(guān)系。一般稱前者為父框架，后者為子框架。當(dāng)然，“父”和“子”是相對(duì)而

56、言的。例如“大學(xué)教師”雖然是“教師-1”的父框架，但它卻是“教師”框架的子框架，而“教師”又是“知識(shí)分子”的子框架。7/7/2022127 框架之間的這種層次關(guān)系對(duì)減少信息冗余有重要的意義。凡是父框架所具有的屬性，子框架也一定具有。于是，子框架就可以從父框架那里繼承某些槽值或側(cè)面值。除此之外，由于一個(gè)框架的槽值還可以是另一個(gè)框架名，這就將框架橫向聯(lián)系起來(lái)了。而框架間的“父子”關(guān)系又是一種縱向關(guān)系，于是，某一領(lǐng)域的全體框架便構(gòu)成了一個(gè)框架網(wǎng)絡(luò)或框架系統(tǒng)。7/7/2022128 基于框架的推理 基于框架的推理方法是繼承。所謂繼承，就是子框架可以擁有其父框架的槽及其槽值。實(shí)現(xiàn)繼承的操作有匹配、搜索和

57、填槽。 7/7/2022129框架名: 教師-1姓名: 李明性別: 男年齡: 25職稱: 助教專業(yè): 計(jì)算機(jī)應(yīng)用部門: 計(jì)算機(jī)系軟件教研室外語(yǔ)水平： 框架名:類屬:學(xué)歷:(學(xué)士，碩士，博士)專業(yè):職稱:(助教，講師，副教授，教授)外語(yǔ):語(yǔ)種:范圍:(英，法，日，俄，德，) 缺省:英水平:(優(yōu)，良，中，差) 缺省:良7/7/2022130第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 28 框架表達(dá)法 框架間的關(guān)系類框架 實(shí)例框架類超類關(guān)系（AKO）包含關(guān)系實(shí)例類關(guān)系（ISA）屬于關(guān)系主子調(diào)用關(guān)系（組成連接）指針框架系統(tǒng) 7/7/2022131第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 28 框架表達(dá)法 【例29】框架間關(guān)系例：機(jī)器人糾紛問(wèn)題

58、設(shè)機(jī)器人羅賓與蘇西在一起玩耍，淘氣的蘇西打了羅賓一下，其結(jié)果可以猜想，有兩種可能性：一是：羅賓憤怒，還擊蘇西一下；蘇西也不示弱，二人摔打起來(lái)另是：羅賓沒(méi)有還手，但感到委屈，哭了起來(lái) 7/7/2022132第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 28 框架表達(dá)法 【例210】自然災(zāi)害新聞報(bào)道“今天一次強(qiáng)度為里氏7級(jí)的地震襲擊了X地區(qū)，造成250人死亡和5百萬(wàn)人民幣的財(cái)產(chǎn)損失。有專家說(shuō)：多年來(lái)，靠近Y斷層的地方一直是一個(gè)危險(xiǎn)的地區(qū)。”地震框架 地點(diǎn)： X 日期： 今天 強(qiáng)度： 7 死亡人數(shù)： 250 財(cái)產(chǎn)損失： 5百萬(wàn)人民幣 斷層： Y框架系統(tǒng) 地震是一災(zāi)害事件，災(zāi)害事件還有洪水、颶風(fēng)等7/7/2022133 還需

59、指出的是，產(chǎn)生式規(guī)則也可用框架表示。例如，產(chǎn)生式 如果頭痛且發(fā)燒，則患感冒。用框架表示可為： 框架名： 前提：條件1:頭痛 條件2:發(fā)燒 結(jié)論:患感冒7/7/2022134第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 28 框架表達(dá)法 框架系統(tǒng)與產(chǎn)生式系統(tǒng)的結(jié)合規(guī)則框架：外部形式槽用來(lái)記錄用戶給出本規(guī)則的原始形式分析方法槽用相應(yīng)的方法將原始規(guī)則轉(zhuǎn)換成某種內(nèi)部形式，這種內(nèi)部表示包含一組表達(dá)式轉(zhuǎn)換的結(jié)果是向相應(yīng)的條件槽、結(jié)論槽和動(dòng)作槽填值條件槽結(jié)論槽動(dòng)作槽另外，也可以向規(guī)則框架中填入描述信息，如規(guī)則之間的關(guān)系、規(guī)則的用途、要達(dá)到的目標(biāo)等 7/7/2022135第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù) 28 框架表達(dá)法 框架系統(tǒng)特性：繼承性

60、一個(gè)框架系統(tǒng)=一種樹型結(jié)構(gòu)樹的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)=一個(gè)框架結(jié)構(gòu) ISA AKO連接通用性各種問(wèn)題 擴(kuò)充性 某細(xì)節(jié)另一框架預(yù)測(cè)性得到不直接信息判斷推理認(rèn)識(shí)某類事物修正性 不完整完善描述 7/7/2022136第二章 知識(shí)表達(dá)技術(shù)29 特征表表達(dá)法 特征表是通過(guò)對(duì)象特征來(lái)表達(dá)知識(shí)的一種表格形式人工智能語(yǔ)言LISP特征表 屬性和取值特點(diǎn)：便于表達(dá)敘述性知識(shí)便于表達(dá)過(guò)程性知識(shí)或控制性知識(shí)便于檢索不同問(wèn)題，不同對(duì)象，興趣特征不同屬性項(xiàng)目不同不同觀點(diǎn)，不同方法特征/屬性不同（同一問(wèn)題/對(duì)象）系統(tǒng)狀態(tài)不同取值不同(同一屬性)注意:各種屬性在不同地方重復(fù)出現(xiàn)，應(yīng)避免矛盾和不一致現(xiàn)象 7/7/2022137第二章 知識(shí)