2.5

語義網絡表示法

2.6

面向對象表示法

2.5語義網絡表示法一階謂詞邏輯---確定性產生式表示法---因果框架表示法---類屬語義網絡表示法—語義聯系QUILLIAN1972西蒙語義網絡表示法是一種表達能力很強而且靈活的知識表示方法。2.5.1語義網絡的定義語義網絡是通過概念及其語義關系來表示知識的一種網絡圖，是一個帶有標識的有向圖。它既可以表達事實性知識，也可以表示有關事實性知識之間的復雜聯系。有向圖的節點：表示各種事物、概念、屬性、動作、狀態等。有向圖的有向弧：表示它所連接的節點間的某種語義聯系。2.5.2語義網絡的表示：三元組：（節點1，弧，節點2）ABRAB其中A和B分別代表節點，而R則代表A和B之間的某種語義聯系。該三元組稱為基本網元。獵狗狗是一種R1R2

R3R6R4R5R7

R8FGEDCBA當把多個基本網元用相應的語義聯系關聯在一起時，就可得到一個語義網絡。如圖：語義網絡的BNF描述：<語義網絡>::=<基本網元>/merge<語義網絡><基本網元>::=<節點><語義聯系><節點><節點>::=（<屬性-值>，…）<屬性-值>::=<屬性名>:<屬性值><語義聯系>::=<系統預定義的語義聯系>/<用戶自定義的語義聯系>2.5.3與謂詞邏輯表示法和產生式表示法的聯系一個基本網元相當于一組一階二元謂詞。三元組：（節點1，弧，節點2）可寫成：P(個體1，個體2）其中：個體1——節點1

個體2——節點2

弧與節點關系——謂詞P例：“張三與李四是同學”可表示為：三元組：(張三，同學，李四）對應的語義網絡為：同學張三李四謂詞表示為：P(張三，李四），其中：謂詞P：張三和李四是同學。2.5.4語義網絡常用的語義聯系主要分類如下：類屬關系相近關系包含關系推論關系占有關系因果關系時間關系組成關系位置關系屬性關系?類屬關系1)實例聯系定義：用于表示類結點與所屬實例結點之間的聯系，通常標示為ISA。例：“燕子是一只鳥”，可表示為：燕子（實例）——ISA—鳥（類）張寧（實例）——ISA—人（類）一個實例結點可以通過ISA與多個類結點相連接，多個實例結點也可以通過ISA與一個類結點相連接。2)泛化聯系定義：

a.用于表示一種類結點（如鳥）與更抽象的類結點（如動物）之間的聯系。用AKO（AKindOf）表示。

b.用于表示一個事物是另一個事物的一個成員。用AMO(AMemberof)表示。AKO、AMO是一種偏序關系（≤）。蘋果樹——AKO—果樹張磊——AMO—共青團AKO、AMO將問題領域中的所有類結點組織成一個AKO、AMO層次網絡，如圖所示：

AKOAKO

AKOAKOAKOAKOAKOAKOAKO

AKO聯系實例動物哺乳動物鳥類動物老虎獵豹長頸鹿斑馬鴕鳥企鵝海燕泛化聯系的特點：允許低層類型繼承高層類型的屬性，可將公用屬性抽象到較高層次。由于這些共享屬性不在每個節點上重復，因此減少了對存儲空間的要求。?包含關系（聚集聯系）定義：用于表示某一個與其組成成分之間的聯系，通常用Part_of表示。其特征是將高層概念分解為若干低層概念的集合，而低層概念可看成是高層概念的屬性。

例：桌腿——part_of—桌子

?占有關系定義：占有關系是事物或屬性之間的“具有”關系。例：張三——Has—一支鋼筆

?時間關系定義：時間關系是指不同事件在其發生時間的“先后次序”關系，節點間的屬性不具有繼承性。常用的時間關系如下：

Before:表示一個事件在另一個事件之前發生。

After:表示一個事件在另一個事件之后發生。

During:表示某一事件或動作在某個時間段內發生。例：張三入學——Before—李四入學?位置關系定義：位置關系是指不同事物在位置方面的關系，節點間的屬性不具有繼承性。常用的位置關系如下：Located_on:表示某一事物處在某一位置之上;Located_at:表示某一事物處在某一位置;Located_under:表示某一事物處在某一位置之下;Located_inside:表示某一事物處在某一位置之內;Located_outside:表示某一事物處在某一位置之外;例：加油站——Located_at—桃園路

?相近關系定義：相近關系是指不同事物在形狀、內容等方面相似或接近。常用的相似關系有：Similar_to：表示某一事物與另一事物相似；Near_to：表示某一事物與另一事物接近。例：貓——Similar_to—虎

?推論關系定義：推論關系是指一個概念推出另一個概念的語義關系。例：身體好——推出—經常參加體育鍛煉。?因果關系定義：因果關系是指由于某一事物的發生而導致另一個事件的發生，適于表示規則性知識。常用的有：If_then可表示為：A——If_then—B?組成關系定義：組成關系是一種一對多的聯系，用于表示某一事物由其他一些事物構成。常見的有：Composed_of例：正整數整數—Composed_of——與零負整數

?屬性聯系定義：用于表示個體、屬性及其取值之間的聯系，通常用有向弧表示屬性，用弧指向的結點表示各自的值。如圖所示：

ISAsexprofession

ageheight

personJohnmale30180cmprogrammer屬性聯系實例2.5.5語義網絡表示知識的方法

概念事實性知識事物屬性知識分為

事件控制性知識情況動作

?事實性知識的表示（對有關領域內的概念、事實、事物的屬性、狀態及關系的描述）3)生活在山間紅冠會飛有生命能吃食

AKOAKOAKO

食谷類

產卵

有繁殖能力能運動

雪白的山雞雞山雞雞飛禽動物例：1）雪是白的。

2）山雞是一種雞。

3）山雞是一種雞，雞是一種飛禽，飛禽是一種動物。解：1)顏色2)是一種?情況和動作的表示(1)情況的表示說明：在語義網絡中，當表示那些不及物動詞表示的語句或沒有間接賓語的及物動詞表示的語句時，如果該語句的動詞表示了一些其他情況，如動作作用的時間等，則需設立一個情況節點。含有情況節點的語義網絡也適合表示那些具有因果關系的知識。

例：一只名叫“神飛”的小燕子從三月到十一月占有一個巢。（a）是一只是一種

占有者占有物是一種

開始于是是一種結束于是十一月情況三月時間巢鳥窩占有神飛小燕子鳥帶有情況節點的“神飛”語義網絡其中：設立了一個“占有”節點，通過該節點向外引出的弧，表示了小燕子“神飛”的占有物和占有時間。

該節點的設立，不僅指出了表示小燕子“神飛”占有了一個巢，而且還指出了它占有這個巢的時間是從春天到秋天。（b）是一只是一種占有是一種

神飛鳥小燕子鳥窩巢

不帶情況節點的“神飛”語義網絡

此時，該語義網絡只表示出了節點“神飛”與節點“巢”之間的一種關系，而“神飛”對“巢”的占有時間是無法表示出來的。(2)動作和事件的表示

說明：有些表示知識的語句涉及的動詞既有主語，又有直接賓語和間接賓語，即：既有發出動作的主體，又有接受動作的客體和動作所作用的客體。

在用語義網絡表示這樣的知識時，既可以把動作設立成一個動作節點，也可將所發生的動作當成一個事件，設立一個事件節點，動作和事件節點也有一些向外引出的弧，用于指出動作的主體與客體，或指出事件發生的動作以及該事件的主體與客體。例：張三送給李四一支鋼筆(b)將“張三送給李四一支鋼筆”作為一個事件

客體2

主體

客體1

動作一只鋼筆

張三

送給

李四

一只鋼筆

送給

李四

給予事件

張三

將“送給”作為動作節點

主體客體2客體1帶有動作節點的語義網絡帶有事件節點的語義網絡例：CUIT與UESTC兩校籃球隊在CUIT進行一場比賽，結局的比分是110:98。解：設立一個事件節點“籃球賽”

是一種客隊結局主隊體育比賽成信隊104:88籃球賽電子科大隊?邏輯關系的表示

命題之間的連接詞主要有：“與”、“或”、“否”、“蘊涵”關系。(1)合取定義：在語義網絡中，合取命題通過引入“與”結點來表示，即由與結點引出的弧構成的多元關系網絡。例：命題：give(John,Mary,“戰爭與和平”)∧read(Mary,“戰爭與和平”)可表示為下圖所示的“與”結點的語義網絡圖。與givereadJohnMary戰爭與和平giverrecipientobjectsubjectobject帶“與”結點的語義網絡實例(2)析取定義：析取命題通過引入“或”結點表示。例：命題JohnisaprogrammerorMaryisalawyer可表示為圖所示的語義網絡。

workerprofessionworkerprofession

或OC1OC2JohnMaryprogrammerLawyer

帶“或”結點的語義網絡實例OC1和OC2為兩個具體的職業關系，分別對應John為programmer及Mary為Lawyer。(3)否定

在語義網絡中，對于基本聯系的否定，可以直接采用﹁ISA、﹁AKO、﹁AMO及﹁part_of的有向弧來標注。通常是引進“非”結點來表示。例：命題：﹁give(John,Mary,“戰爭與和平”)∧﹁read(Mary,“戰爭與和平”)可表示為如下語義網絡。JohnMary戰爭與和平giveread與非非giverrecipientsubjectobjectobject含“非”結點的語義網絡實例(4)蘊涵定義：在語義網絡中，通過引入蘊涵關系結點來表示規則中前提條件和結論之間的因果聯系，從蘊涵關系結點出發，一條弧指向命題的前提條件，記為ANTE（anterior），另一條弧指向該規則的結論，記為CONSE(consequence)。例：如規則“如果車庫起火，那么用CO2或沙來滅火”可表示如下：ADDRESSASSTATEEVENTEVENTEVENT1蘊涵滅火或Co2沙車庫起火IsaLocStateAnteIsaIsaLocStateIsaIsaIsaConse材料上圖中：EVENT1表示特指車庫起火事件，它是一般事件的一個實例，任一事件包含地點屬性（Loc）及事件狀態屬性（State）。在抽象的EVENT類型結點中，用A表示一個地點，它是地點（ADDRESS）類的一個實例，用S表示一個狀態，它是狀態（STATE）類的一個實例。(5)變元和量詞在語義網絡中的表示方法

量詞：存在量詞(有些，有一個)和全稱量詞（所有，任何一個，一切）。用ISA弧表示存在量詞，用分塊表示全稱量詞。例：命題“Thedogbitthepostman”

所涉及的量詞為存在量詞，其相應的語義網絡圖如下:Thedogbitthepostman.

ISAISAISA

ASSAILANT

VICTIM

DOGBITEPOSTMANDBP其中D結點表示一特定的狗，P表示一特定的郵遞員，B表示一特定的咬人事件。咬人事件包括攻擊者和被攻擊者。結點D，B，P都是用ISA弧與概念結點DOG、BITE、POSTMAN相連，因此表示的是存在量詞。如進一步表示：Everydogbitapostman.”符號化為：(x)(DOG(x)(y)(POSTMAN(y)∧BITE(x,y)))

對全稱量詞，則可采用亨德里克提出的網絡分區技術。該技術的基本思想是：把一個復雜命題劃分為若干個子命題，每個子命題用一個較簡單的語義網絡表示，稱為一個子空間，多個子空間構成一個大空間。每個子空間看作是一個大空間中的一個節點，稱做超節點。空間可以逐層嵌套，子空間之間用弧線連接。要求：

Form/F指向的子空間中的所有非全稱變量的節點都應該是全稱變量的函數，否則應放在子空間的外面。

DOGSBITEPOSTMANGSGDPBFormAssailantVictimIsaIsaIsaIsaS1Everydogbitapostman

因為這里所指的狗應是每一條狗，所以把這個特定的斷言認做是斷言G。斷言G有兩部分:

第一部分是斷言本身，它說明所斷定的關系，叫做格式（Form）；

第二部分是代表全稱量詞的特殊弧，一根弧可表示一個全稱量化的變量。GS結點是一個概念結點，它表示具有全稱化的一般事件，G是GS的一個實例。此時，只有一個全稱量化的變量D，這個變量可代表DOGS這類物體中的每個成員，而其他兩個變量B和P仍被理解為存在量化的變量。此時表示每一條狗存在一個咬人事件B和一個郵遞員P，使得D是B中的攻擊者，而P是受害者。例：每個學生都學習了Java語言。

是一個是一個是一種是一種

F主體客體

學生學習程序設計語言GSGSJavaL2.5.6用語義網絡表示知識的步驟步驟如下：(1)確定問題中的所有對象以及各對象的屬性。(2)分析并確定語義網絡中所討論對象的關系。(3)根據語義網絡中所涉及的關系，對語義網絡中的節點及弧進行整理，包括增加節點、弧和歸并節點。2.5.7語義網絡表示知識舉例例1：用語義網絡表示下列命題(1)樹和草都是植物；(2)樹和草是有根有葉的；(3)水草是草，且長在水中；(4)果樹是樹，且會結果；(5)蘋果樹是果樹中的一種，它結蘋果。解：分析問題對象6個：植物、樹、草、水草、果樹、蘋果樹。各對象的屬性：樹和草的屬性是有根、葉；水草的屬性是長在水中；果樹的屬性是會結果；蘋果樹的屬性是結蘋果。各對象之間的關系是：AKO

植物水草草樹果樹蘋果樹AKOAKO

有根有根有葉有葉

AKOAKO

會結果長在水中

結蘋果

AKO

有關樹和草的語義網絡例2：獵狗是一種狗，狗是一種動物。狗除了動物有生命、能吃食物、有繁殖能力、能運動外，還有以下特點：身上有毛、有尾巴、四條腿；獵狗的特點是吃肉、個頭大、奔跑速度快、能狩獵；而獅子狗也是一種狗，它的特點是吃飼料、身體小、奔跑速度慢、不咬人、供觀賞。

解：分析問題的對象：獵狗、獅子狗、狗、動物各對象的屬性：獵狗和獅子狗都是一種狗狗是一種動物身上有毛、有尾巴、四條腿各對象之間的關系：AKO狗的語義網絡如下：

吃肉跑得快

有生命身上有毛

能狩獵能吃食物AKOAKO個頭大

供觀賞能運動AKO不咬人有繁殖能力有尾巴有四條腿個頭小

吃飼料跑得快

動物狗獅子狗獵狗狗的語義網絡

例3：山西大學是一所具有百年歷史的綜合性大學，位于太原市筆直寬廣的塢城路。張廣同志今年36歲，男性，中等身材，他工作在山西大學。解：問題的對象有：山西大學。太原市塢成路、張廣各對象的屬性：張廣是36歲、男性、中等身材山西大學是百年歷史、綜合性大學太原市塢城路是筆直、寬廣各對象的關系有：Work_at、Located則語義網絡圖如下：

男性綜合大學筆直

Work_atLocated

中等身材

36歲百年歷史寬廣張廣山西大學太原市塢城路練習例4:李心是一位年輕的女教師，中等身材，她在本年度第二學期給計算機軟件專業的學生講授“人工智能”課程，該課程是一門選修課，比較難。例5：我的飯桌是一張桌子，它有白色方形的桌面、四條灰色的桌腿。例4:李心是一位年輕的女教師，中等身材，她在本年度第二學期給計算機軟件專業的學生講授“人工智能”課程，該課程是一門選修課，比較難。解：分析問題的對象：李心、教師、學生、計算機軟件、人工智能、本年度第二學期等各對象的屬性：李心是年輕、中等身材、女性人工智能是選修課、比較難對象的關系有：ISA、Major其語義網絡圖如下：

選修課年輕女性比較難

客體2ISA主體客體1Major

持續于中等身材ISA

教師時間本年度第二學期計算機軟件學生講課李心人工智能例5：我的飯桌是一張桌子，它有白色方形的桌面、四條灰色的桌腿。

ISAAKO

part_ofpart_of

Numbercolorcolorform

描述桌子的語義網絡我的飯桌桌子家俱桌腿桌面4灰色白色方形該語義網絡如圖所示:語義網絡系統：用語義網絡表示知識的問題求解系統。知識庫：用語義網絡表示（即:已知事實的語義網絡）語義網絡推理機：利用語義網絡求解問題的程序推理：包括網絡匹配、繼承推理、網絡演繹三方面問題主要推理方法：匹配、繼承2.5.8語義網絡表示下的推理利用節點間的推論關系來確定不同結構網絡片段間的語義等價關系語義網絡求解問題的基本過程：伴隨繼承推理網絡演繹構造問題網絡片段在語義網絡知識庫中搜尋可與問題網絡片段匹配的網絡片段若問題網絡片段與知識庫中的某語義網絡片段匹配，則得解1、匹配推理推理步驟為：(1)根據提出的待求解問題，構造一個局部網絡或網絡片段，其中有的節點或弧標注是空的，表示有待求解的問題，稱作未知處。(2)根據這個局部網絡或網絡片段到知識庫中尋找可匹配的語義網絡，以便求得問題的解答（匹配可近似）。(3)問題的局部語義網絡與知識庫中的某種語義網絡片段匹配時，則與未知處相匹配的事實就是問題的解。例：設在語義網絡系統的知識庫中，有下列事實的語義網絡：CUIT是一個學校，位于成都市，建立時間是1956年。求解的