知識表示課件

6、1、2知識表示面向計算機得知識描述或表達形式與方法。面向人得知識表示可以就是語言、文字、數字、符號、公式、圖表、圖形、圖像等多種形式。這些表示形式就是人所能接受、理解與處理得形式。但面向人得這些知識表示形式,目前還不能完全直接用于計算機,因此就需要研究適于計算機得知識表示模式。具體來講,就就是要用某種約定得(外部)形式結構來描述知識,而且這種形式結構還要能夠轉換為機器得內部形式,使得計算機能方便地存儲、處理與利用。

6、1、3知識表示得語言實現上面談得知識表示僅指知識得邏輯結構或形式。要把這些外部得邏輯形式轉化為機器得內部形式,還需要程序語言支持。原則上講,一般得通用程序設計語言都可實現上述得大部分表示方法。但使用專用得面向某一知識表示得語言更為方便與有效。因此,幾乎每一種知識表示方法都有其相應得專用實現語言。例如,支持謂詞邏輯得語言有PROLOG與LISP,專門支持產生式得語言有OPS5,專門支持框架得語言有FRL,支持面向對象表示得語言有Smalltalk、C++與Java等,支持神經網絡表示得語言有AXON…、6、2框架

6、2、1框架得概念框架就是一種結構模式,其一般形式就是:<框架名><槽名1><槽值1>|<側面名11><側面值111,側面值112,…><側面名12><側面值121,側面值122,…><槽名2><槽值2>|<側面名21><側面值211,側面值212,…><側面名22><側面值221,側面值222,…>

…<槽名k><槽值k>|<側面名k1><側面值k11,側面值k12,…><側面名k2><側面值k21,側面值k22,…>

其中槽值與側面值可以就是數值、字符串、布爾值,也可以就是一個動作或過程,甚至還可以就是另一個框架得名字。例6、1一個描述“教師”得框架: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>)可以瞧出,這個框架得名字為“教師”,它含有5個槽,槽名分別就是“類屬”、“工作”、“性別”、“學歷”與“類型”。這些槽名得右面就就是其值,如“<知識分子>”、“男”、“女”、“高師”、“中師”等等。其中“<知識分子>”又就是一個框架名,“范圍”、“缺省”就就是側面名,其后就是側面值,如:“教學”、“科研”等。用<>括得槽值也就是框架名。例6、2一個描述“大學教師”得框架:框架名:<大學教師>類屬:<教師>學歷:(學士,碩士,博士)專業:<學科專業>職稱:(助教,講師,副教授,教授)外語:語種:范圍:(英,法,日,俄,德,…)

缺省:英水平:(優,良,中,差)缺省:良描述一個具體教師得框架:框架名:<教師-1>類屬:<大學教師>姓名:李明性別:男年齡:25學歷:博士職稱:助教專業:計算機應用外語:英水平:良部門:計算機系軟件教研室工作:參加工作時間:1995年8月工齡:當前年份-參加工作年份工資:<工資單>可以瞧出,兩個框架之間存在一種層次關系。一般稱前者為上位框架(或父框架),后者為下位框架(或子框架)。當然,上位與下位就是相對而言得。

6、2、2框架得表達能力由框架得形式可以瞧出,框架適合表達結構性得知識。所以,概念、對象等知識最適于用框架表示。其實,框架得槽就就是對象得屬性或狀態,槽值就就是屬性值或狀態值。框架還可以表示行為(動作),所以,有些過程性事件或情節也可用框架網絡來表示。例6、4關于房間得框架:框架名:<房間>墻數x1:

缺省:x1=4

條件:x1>0窗數x2:

缺省:x2=2

條件:x2≥0門數x3:

缺省:x3=1

條件:x3>0前墻:(墻框架(w1,d1))后墻:(墻框架(w2,d2))左墻:(墻框架(w3,d3))右墻:(墻框架(w4,d4))天花板:<天花板框架>地板:<地板框架>門:<門框架>窗:<窗框架>條件:w1+w2+w3+w4=x2d1+d2+d3+d4=x3類型:(<辦公室>,<教室>,<會客室>,<臥室>,<廚房>,<倉庫>,…)例6、5機器人糾紛問題得框架描述。圖6―1機器人糾紛問題

產生式規則也可用框架表示。例:產生式如果頭痛且發燒,則患感冒。用框架表示可為:框架名:<診斷1>

前提:條件1:頭痛條件2:發燒結論:患感冒

6、2、3基于框架得推理基于框架得推理方法就是繼承:子框架可以擁有其父框架得槽及其槽值。實現繼承得操作有匹配、搜索與填槽。匹配:問題框架同知識庫中得框架模式匹配。所謂問題框架,就就是要求解某個問題時,先把問題用一個框架表示出來,然后與知識庫中得已有框架進行匹配。如果匹配成功,就可獲得有關信息。搜索就就是沿著框架間得縱向與橫向聯系,在框架網絡中進行查找。搜索得目得就是為了獲得有關信息。大家學習辛苦了，還是要堅持繼續保持安靜

6、2、4框架得程序語言實現

PROLOG可方便地實現框架。用PROLOG實現框架表示,一般采用含結構或表得謂詞來實現。因為框架實際上就就是樹,而PROLOG得結構也就是樹、表得元素個數與層數都不限定,可動態變化,因此,更適于表示一般得框架。例如,前面得“教師”框架用PROLOG可表示如下: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>”))、

框架得通用表示形式參考:其中得subtreelist就是遞歸定義得。按此定義所有框架都取統一得表示形式。

domainsname=name(string)body=body(subtreelist)subtreelist=subtree*subtree=st(string,subtreelist)databaseframe(name,body)clausesframe(name(“教師”),

body(［st(“類屬”,［st(“<知識分子>”,［］)］),

st(“工作”,［st(“范圍”,［st(“教學”,［］),

st("科研",［］)］),st("缺省",［st("教學",［］)］)］),

st("性別",［st("男",［］),st("女",［］)］),

st("學歷",［st("中師",［］),st("高師",［］)］),

st("類型",［st("<小學教師>",［］),st("<中學教師>",［］),

st("<大學教師>"［］)］)］))6、3語義網絡

6、3、1語義網絡得概念語義網絡就是由節點與邊(也稱有向弧)組成得一種有向圖。其中節點表示事物、對象、概念、行為、性質、狀態等;有向邊表示節點之間得某種聯系或關系。例如圖就是一個語義網絡。其中,邊上得標記就是邊得語義。圖6―2蘋果得語義網絡

語義網絡得概念最先由Quillian提出來得(1968年,博士論文):把語義網絡作為人類聯想記憶得一個顯式心理模型。所以,語義網絡也稱聯想網絡。語義網絡可以劃分為五個級別:執行級、邏輯級、認識論級、概念級與語言學級。七種類型:

(1)命題語義網(包括分塊聯想網絡);

(2)數據語義網:以數據為中心得語義網絡;

(3)語言語義網:用于自然語言得分析與理解;

(4)結構語義網:描述客觀事物得結構,常見于模式識別與機器學習等領域;

(5)分類語義網:描述抽象概念及其層次;

(6)推理語義網:就是一種命題網,但它已在某種程度上規范化,更適于推理;

(7)框架語義網:與框架相結合得

6、3、2語義網絡得表達能力語義網絡不僅可以表示事物得屬性、狀態、行為等,而且更適合于表示事物之間得關系與聯系。而表示一個事物得層次、狀態、行為得語義網絡,也可以瞧作就是該事物與其屬性、狀態或行為得一種關系。抽象地說,語義網絡可表示事物之間得關系。因此,關系(或聯系)型得知識與能化為關系型得知識都可以用語義網絡來表示。

智能系統專家思維專家知識困難問題專家系統是一種能解決具有能模擬

1、實例關系實例關系表示類與其實例(個體)之間得關系。這就是最常見得一種語義關系。例如,“小華就是一個大學生”就可表示為圖6―4。其中,關系“就是一個”一般標識為“is-a”,或ISA。小華大學生ISA

2、分類(或從屬、泛化)關系分類關系就是指事物間得類屬關系,圖6―5就就是一個描述分類關系得語義網絡。其中下層概念節點除了可繼承、細化、補充上層概念節點得屬性外,還出現了變異得情況:鳥就是鴕鳥得上層概念節點,其屬性就是“有羽毛”、“會飛”,但鴕鳥得屬性只就是繼承了“有羽毛”這一屬性,而把鳥得“會飛”變異為“不會飛”。其中,關系“就是一種”一般標識為“akindof”或AKO。

3、組裝關系如果下層概念就是上層概念得一個方面或者一部分,則稱它們得關系就是組裝關系。例如圖6―6所示得語義網絡就就是一種聚集關系。其中,關系“一部分”一般標識為“apartof”。桌子桌腿桌面一部分apartof

4、屬性關系屬性關系表示對象得屬性及其屬性值。如圖表示simon就是一個人,男性,40歲,職業就是教師。張三計算機學會就是成員5、集合與成員關系意思就是“就是……得成員”,它表示成員(或元素)與集合之間得關系。例如,“張三就是計算機學會會員”。其中,關系“就是成員”一般標識為“a-member-of”。

6、邏輯關系如果一個概念可由另一個概念推出,兩個概念間存在因果關系,則稱它們之間就是邏輯關系。圖6―9所示得語義網絡就就是一個邏輯關系。雨天外出ANDOR帶雨披帶雨傘則

7、方位關系在描述一個事物時,經常需要指出它發生得時間、位置,或者指出它得組成、形狀等等,此時可用相應得方位關系語義網絡表示。例如事實:張宏就是石油學院得一名助教;石油學院位于西安市電子二路;張宏今年25歲。

電子2路石油學院張宏助教西安市區25歲位于工作在職務屬于年齡

8、所屬關系所屬關系表示“具有”得意思。例如“狗有尾巴”圖6―11表示所屬關系得語義網絡狗尾巴have語義網絡中得語義關系就是多種多樣得,一般根據實際關系定義。如常見得還有before、after、at等表示時間次序關系與located-on、located-under等表示位置關系。進一步,還可對帶有全稱量詞與存在量詞得謂詞公式得語義加以表示。語義網絡實際上就是一種復合得二元關系圖。網絡中得一條邊就就是一個二元關系,而整個網絡可以瞧作就是由這些二元關系拼接而成。

還可以從語句角度來考察語義網。例如,對于如下得語句(或事件):小王送給小李一本書。用語義網絡可表示如圖,其中S代表整個語句。這種表示被稱為就是自然語言語句得深層結構表示。送書小王小李書giverrecipientSobject語義網絡表示用謂詞公式表示得形式語言語句。例如:

x(student(x)∧read(x,三國演義))

即“某個學生讀過《三國演義》”,其語義網絡表示為:分塊語義網絡“每個學生都讀過《三國演義》”:其語義網絡表示為:

6、3、3基于語義網絡得推理基于語義網絡得推理也就是繼承。繼承也就是通過匹配、搜索實現得。問題求解時,首先根據待求問題得要求構造一個網絡片斷,然后在知識庫中查找可與之匹配得語義網絡,當網絡片斷中得詢問部分與知識庫中得某網絡結構匹配時,則與詢問處匹配得事實,就就是問題得解。蘋果x富士特點AKO語義網絡片段

6、3、4語義網絡得程序語言實現由于語義網絡就是一個二元關系圖,所以用PROLOG可方便地實現語義網絡知識表示。例如,圖6―1所示得語義網絡用PROLOG可表示如下:a_kind_of("蘋果","水果")、taste("蘋果","甜")、a_kind_of("富士","蘋果")、intro_from("富士","日本")、is_a("日本","亞洲國家")、a--kind--of("秦冠","蘋果")、produ--in("秦冠","陜西")、is--located--at("陜西","中國西部")、a--part--of("中國西部","中國")、………

也可以表示為arc(a--kind--of,"蘋果","水果")、arc(taste,"蘋果","甜")、arc(a--kind--of,"富士","蘋果")、arc(intro--from,"富士","日本")、arc(is--a,"日本","亞洲國家")、arc(a--kind--of,"秦冠","蘋果")、arc(produ--in,"秦冠","陜西")、arc(is--located--at,"陜西","中國西部")、arc(a--part--of,"中國西部","中國")、………

也可以將一個網絡或網絡片段組織在一個事實中。例如:

net1(a--kind--of(“蘋果”,“水果”),taste(“蘋果”,“甜”),a--kind--of(“秦冠”,“蘋果”),produ--in("秦冠","陜西"))、6、4面向對象知