第二章知識表示方法2.1知識和知識表示2.2狀態空間表示2.3問題歸約表示2.4謂詞邏輯表示2.5語義網絡表示2.6產生式表示2.7框架表示2.8面向對象表示2023/2/2人工智能導論-劉珊1產生式產生式通常用于表示事實、規則以及它們的不確定性度量，適合于表示事實性知識和規則性知識。事實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。規則領域知識2023/2/2人工智能導論-劉珊22.6產生式表示

四元組表示：（對象，屬性，值，置信度）

或者：（關系，對象1，對象2，置信度）例：老李年齡很可能是40歲:(Li，age，40，0.8)老李和老王不大可能是朋友:(friend，Li，Wang，0.1)產生式表示2023/2/2人工智能導論-劉珊31.確定性事實性知識的產生式表示2.不確定性事實性知識的產生式表示

三元組表示：（對象，屬性，值）

或者：（關系，對象1，對象2）例：老李年齡是40歲：（Li，age，40）

老李和老王是朋友：（friend，Li，Wang）2.6產生式表示產生式表示2023/2/2人工智能導論-劉珊43.確定性規則知識的產生式表示4.

不確定性規則知識的產生式表示

基本形式：IFPTHENQ

或者：PQ例如：

r4：IF動物會飛

AND

會下蛋

THEN該動物是鳥

基本形式：IFPTHENQ

（置信度）或者：PQ（置信度）

例如：IF發燒THEN感冒（0.6）2.6產生式表示產生式與蘊含式區別1除邏輯蘊含外，產生式還包括各種操作、規則、變換、算子、函數等。區別2蘊含式只能表示精確知識，而產生式不僅可以表示精確的知識，還可以表示不精確知識。蘊含式的匹配總要求是精確的。產生式匹配可以是精確的，也可以是不精確的，只要按某種算法求出的相似度落在預先指定的范圍內就認為是可匹配的。2023/2/2人工智能導論-劉珊52.6產生式表示產生式的形式描述及語義

——巴科斯范式BNF2023/2/2人工智能導論-劉珊6<產生式>::=<前提><結論><前提>::=<簡單條件>|<復合條件><結論>::=<事實>|<操作><復合條件>::=<簡單條件>AND<簡單條件>[AND<簡單

條件>…)]|<簡單條件>OR<簡單條件>[OR<

簡單條件>…)]<操作>::=<操作名>[(<變元>,…)]符號“::=”表示“定義為”；符號“|”表示“或者是”；符號“[]”表示“可缺省”。

2.6產生式表示產生式系統的基本結構2023/2/2人工智能導論-劉珊7控制規則庫推理機綜合數據庫2.6產生式表示8產生式系統的組成綜合數據庫它含有與具體任務有關的信息隨著應用情況的不同，這些數據庫可能簡單，或許復雜。規則庫用于對數據庫進行操作運算。每條規則由左部鑒別規則的適用性或先決條件以及右部描述規則應用時所完成的動作?？刂?、推理機確定應該采用哪一條適用規則，當數據庫的終止條件滿足時，停止計算。2023/2/2人工智能導論-劉珊2.6產生式表示控制和推理機的工作從規則庫中選擇與綜合數據庫中的已知事實進行匹配。匹配成功的規則可能不止一條，進行沖突消解。執行某一規則時，如果其右部是一個或多個結論，則把這些結論加入到綜合數據庫中：如果其右部是一個或多個操作，則執行這些操作。對于不確定性知識，在執行每一條規則時還要按一定的算法計算結論的不確定性。檢查綜合數據庫中是否包含了最終結論，決定是否停止系統的運行。2023/2/2人工智能導論-劉珊92.6產生式表示簡單的動物識別例：設有以下兩條規則r3：IF動物有羽毛THEN動物是鳥r15：IF動物是鳥AND動物善飛THEN動物是信天翁其中，r3和r15是上述兩條規則在動物識別系統中的規則編號。假設已知有以下事實：動物有羽毛，動物善飛，求滿足以上事實的動物是何種動物？2023/2/2人工智能導論-劉珊102.6產生式表示動物識別系統例：識別虎、金錢豹、斑馬、長頸鹿、鴕鳥、企鵝、信天翁的產生式系統2023/2/2人工智能導論-劉珊112.6產生式表示規則庫2023/2/2人工智能導論-劉珊12r1：

IF該動物有毛發

THEN該動物是哺乳動物r2：

IF該動物胎生

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該動物是食肉動物r6：

IF該動物有犬齒

AND有爪

AND眼盯前方

THEN該動物是食肉動物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是反芻動物

THEN該動物是有蹄類動物2.6產生式表示r9：IF該動物是哺乳動物AND是食肉動物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是食肉動物AND是黃褐色

AND身上有黑色條紋THEN該動物是虎

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

AND有黑白二色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該動物是信天翁規則庫2023/2/2人工智能導論-劉珊132.6產生式表示動物識別系統已知該動物身上有：暗斑點，長脖子，長腿，胎生，蹄，判斷它是什么動物。2023/2/2人工智能導論-劉珊14解：該已知事實存放在綜合數據庫中，根據規則庫進行推理：（1）從規則庫中取出r1，檢查其前提是否可與綜合數據庫中的已知事實匹配。匹配失敗，則r1不能被用于推理。然后取r2進行同樣的工作。匹配成功，則r2被執行。綜合數據庫更新為：該動物身上有：暗斑點，長脖子，長腿，胎生，蹄，哺乳動物2.6產生式表示動物識別系統（2）分別用r3，r4，r5，r6綜合數據庫中的已知事實進行匹配，均不成功。r7匹配成功，執行r72023/2/2人工智能導論-劉珊15（3）r11匹配成功，推出“該動物是長頸鹿”。綜合數據庫更新為：該動物身上有：暗斑點，長脖子，長腿，胎生，蹄，哺乳動物，有蹄類動物2.6產生式表示動物識別系統2023/2/2人工智能導論-劉珊162.6產生式表示產生式表示的特點主要優點自然性：與人類的判斷性知識基本一致。模塊性有效性：可以表示多種知識主要缺點效率較低不便于表示結構性知識2023/2/2人工智能導論-劉珊172.6產生式表示適合產生式表示的知識（1）領域知識間關系不密切，不存在結構關系。（2）領域問題的求解過程可被表示為一系列相對獨立的操作，且每個操作可被表示為一條或多條產生式規則。（3）經驗性及不確定性的知識，且相關領域中對這些知識沒有嚴格、統一的理論。2023/2/2人工智能導論-劉珊182.6產生式表示第二章知識表示方法2.1知識和知識表示2.2狀態空間表示2.3問題歸約表示2.4謂詞邏輯表示2.5語義網絡表示2.6產生式表示2.7框架表示2.8面向對象表示2023/2/2人工智能導論-劉珊19定義框架一種描述所論對象（事物、事件或概念）屬性的數據結構。一個框架由若干個被稱為“槽”的結構組成，每一個槽又可根據實際情況劃分為若干個“側面”。一個槽用于描述所論對象某一方面的屬性。一個側面用于描述相應屬性的一個方面。槽和側面所具有的屬性值分別被稱為槽值和側面值。2023/2/2人工智能導論-劉珊202.7框架表示框架的BNF描述2023/2/2人工智能導論-劉珊21<框架>::=<框架頭><槽部分>[<約束部分>]<框架頭>::=框架名<框架名的值><槽部分>::=<槽>，[<槽>]<約束部分>::=約束<約束條件>，[<約束條件>]<框架名的值>::=<符號名>|<符號名>（<參數>，[<參數>]）<槽>::=<槽名><槽值>|<側面部分><槽名>::=<系統預定義槽名>|<用戶自定義槽名><槽值>::=<靜態描述>|<過程>|<謂詞>|<框架名的值>|<空><側面部分>::=<側面>，[<側面>]<側面>::=<側面名><側面值><側面名>::=<系統預定義側面名>|<用戶自定義側面名><側面值>::=<靜態描述>|<過程>|<謂詞>|<側面名的值>|<空><靜態描述>::=<數值>|<字符串>|<布爾值>|<其它值><過程>::=<動作>|<動作>，[<動作>]<參數>::=<符號名>2.7框架表示

Frame<框架名>槽名1：側面名11側面值111，…，側面值11P1

┊┊

側面名1m

側面值1m1，…，側面值1mPm

槽名n：側面名n1側面值n11，…，側面值n1P1┊

側面名nm側面值nm1，…，側面值nmPm一般結構2023/2/2人工智能導論-劉珊222.7框架表示“缺省”值：當缺少有關事物的信息，同時又無直接反面證據時，就假設按慣例或者一般情況下的填充值。

“如果需要”值：過程信息?！叭绻尤搿敝担簯撟鍪裁吹男畔?。

框架的一般結構2023/2/2人工智能導論-劉珊23

Slot（槽）VALUE（值側面）

DEFAULT（缺省值側面）

IF-NEEDED（如果需要值側面）

IF-ADDED（如果加入值側面）2.7框架表示實例2023/2/2人工智能導論-劉珊24例：

一個描述碩士生有關情況的框架Frame<MASTER>Name：Unit（Last-name，First-name）

Sex：Area（male，female）

Default：maleAge：Unit（Years）

Major：Unit（Major）

Field：Unit（Field）

Advisor：Unit（Last-name，First-name）

Project：Area（National，Provincial，Other）

Default：NationalPaper：Area（SCI，EI，Core，General）

Default：CoreAddress：<S-Address>Telephone：HomeUnit（Number）

MobileUnit（Number）2.7框架表示實例框架2023/2/2人工智能導論-劉珊25碩士生-1框架：

Frame<Master-1>ISA：<Master>//是一個

Name：YangYeSex：femaleMajor：ComputerField：Web-Intelligence//方向Web智能

Advisor：LinHai//導師林海

Project：Provincial

//項目省部級2.7框架表示框架表示2023/2/2人工智能導論-劉珊26學生框架Frame<Student>Name：Unit（Last-name，First-name）

Sex：Area（male，female）

Default：male//缺省

Age：Unit（Years）

If-Needed：Ask-Age//詢問賦值

Address：<S-Address>Telephone：HomeUnit（Number）

MobileUnit（Number）

If-Needed：Ask-Telephone//詢問賦值2.7框架表示定義實例框架當人們把觀察或認識到的具體細節填入一個框架后得到的該框架的一個具體實例?？蚣芟到y把一組有關的框架連結起來可形成一個框架系統?？蚣芟到y推理由框架之間的協調來完成2023/2/2人工智能導論-劉珊272.7框架表示框架表示2023/2/2人工智能導論-劉珊28碩士生框架Frame<Master>AKO：<Student>//預定義槽名

Major：Unit（Major）

//專業

If-Needed：Ask-Major//詢問賦值

If-Added：Check-Major//后繼處理

Field：Unit（Direction-Name）

//方向

If-Needed：Ask–Field//詢問賦值

Advisor：Unit（Last-name，First-name）

//導師

If-Needed：Ask-Visor//詢問賦值

Project：Area（National，Provincial，Other）//項目

Default：National//缺省

Paper：Area（SCI，EI，Core，General）//論文

Default：Core//缺省2.7框架表示框架系統的基本結構框架系統的基本結構通過諸框架之間的橫向或縱向聯系來實現?？蚣苤g的橫向聯系一個框架的槽值或側面值可以是另外一個框架的名字框架之間的縱向聯系用框架表示具有演繹關系的知識結構時，下層框架與上層框架之間所具有的一種繼承關系具有橫向聯系及縱向聯系的一組框架稱為框架網絡2023/2/2人工智能導論-劉珊292.7框架表示框架網絡2023/2/2人工智能導論-劉珊30StudentCollegianMasterDoctorMaster-1Master-2S-AddressISAISAAKOAddressAKOAKO2.7框架表示框架的繼承特性的繼承通過ISA、AKO鏈來實現。繼承技術，通常由框架中設置的3個側面：Default、If-Needed、If-Added所提供的缺省推理功能來組合實現如果該槽提供有Default側面值，就繼承該默認值作為查詢結果返回。如果該槽提供有If-Needed側面供繼承，則執行If-Needed操作，去產生一個值作為查詢結果。如果對某個事物的某一屬性進行了賦值或修改操作，則系統會自動沿ISA和AKO鏈追溯到具有相應的類或超類框架，去執行If-Added操作，作相應的后繼處理。2023/2/2人工智能導論-劉珊312.7框架表示If-Needed與If-Added的區別主要區別在于激活時機和操作目的不同。If-Needed操作是在系統試圖查詢某個事物框架中未記載的屬性值時激活，并根據查詢需求，被動地即時產生所需要的屬性值；If-Added操作是在系統對某個事務框架的屬性作賦值或修改工作后激活，目的在于通過這些后繼處理，主動做好配套操作，以消除可能存在的不一致。2023/2/2人工智能導論-劉珊322.7框架表示繼承實例2023/2/2人工智能導論-劉珊33碩士生-2框架：

Frame<Master-2>ISA：<Master>Name：LiuQingAge：22Major：ComputerAdvisor：LinHaiPaper：EI碩士生框架Frame<Master>AKO：<Student>

Major：Unit（Major）

If-Needed：Ask-Major

If-Added：Check-Major

Field：Unit（Direction-Name）

If-Needed：Ask–Field

Advisor：Unit（Last-name，First-name）

If-Needed：Ask-Visor

Project：Area（National，Provincial，Other）

Default：National

Paper：Area（SCI，EI，Core，General）

Default：Core學生框架2.7框架表示框架表示2023/2/2人工智能導論-劉珊34機器人糾紛問題的框架描述2.7框架表示框架的推理框架沒有固定的推理機理框架系統的推理和語義網絡一樣遵循匹配和繼承原則?？蚣艿钠ヅ鋵嶋H上是通過對相應槽的槽名和槽值逐個進行比較，并利用繼承關系來實現的。2023/2/2人工智能導論-劉珊352.7框架表示推理實例2023/2/2人工智能導論-劉珊36例：假設前面討論的學生框架系統已建立在知識庫中，若要求從知識庫中找出一個滿足如下條件的碩士生：

male，Age<25，

Major：Computer，Project：National解：1、用框架表示這些條件，可得到初始問題框架

Frame：Master-xName：

Sex:male

Age：Years<25Major：ComputerProject：National

2、用此框架和知識庫中的框架匹配2.7框架表示框架表示的特點優點結構性深層性繼承性自然性缺點缺乏框架的形式理論缺乏過程性知識表示難以保證清晰些2023/2/2人工智能導論-劉珊372.7框架表示框架的程序語言實現FRL（FrameRepresentationLanguage）PROLOG例：“教師”框架用PROLOG表示

2023/2/2人工智能導論-劉珊38框架名:<教師>類屬:<知識分子>工作范圍:(教學，科研)缺省:教學性別:(男，女)學歷:(中師，高師)類型:(<小學教師>，<中學教師>，<大學教師>)frame(name("教師")，

kind--of("<知識分子>")，

work(scope(“教學”，“科研”)，

default("教學"))，

sex("男"，"女")，

reco--of--f--s("中師"，"高師")，

type(“<小學教師>”，“<中學教師>”，“<大學教師>”)).2.7框架表示劇本表示劇本是框架的一種特殊形式，用一組槽來描述某些時間的發生序列。劇本的組成(1)開場條件：給出在劇本中描述的事件發生的前提條件。(2)角色（支撐物）：用來表示在劇本所描述的事件中可能出現的有關人物的一些槽。(3)道具（線索）：用來表示在劇本所描述的事件中可能出現的有關物體的一些槽。(4)場景（場次）：描述事件發生的真實順序，可以由多個場景組成，每個場景又可以是其它的劇本。(5)結果（結局）：給出在劇本所描述的事件發生以后通常所產生的結果。2023/2/2人工智能導論-劉珊392.7框架表示40餐廳劇本（1）開場條件

（a）顧客餓了，需要進餐廳（b）顧客有足夠的錢（2）角色

顧客、服務員、廚師、老板（3）道具

食品、桌子、菜單、錢（4）場景

場景1

進入餐廳

（a）顧客走入餐廳（b）尋找桌子（c）在桌子旁坐下場景2

點菜

（a）服務員給顧客菜單（b）顧客點菜（c）顧客把菜單還給服務員（d）顧客等待服務員送菜場景3