人工智能202知識表達(dá)(演講稿)

1、人工智能202知識表達(dá)(演講稿)第二章 知識表達(dá)技術(shù)21 知識的概念與含義 智能行為即擁有知識即對知識的獲取、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” 感性知識與理性知識，經(jīng)驗知識與理論知識智能表現(xiàn)在：知識的獲取能力通過感知器官獲取感性知識知識的處理能力將感性知識上升為理性知識知識的運用能力采取行動，發(fā)揮知識的效用知識：是人們對自然現(xiàn)象的認(rèn)識和從中總結(jié)出來的規(guī)律、經(jīng)驗7/7/20222第二章 知識表達(dá)技術(shù)21 知識的概念與含義 知識模式 K = F+R+CK表示知識項(Knowledge items)F表示事實(Facts)人類對客觀世界、客觀事物的狀態(tài)、屬性、特征的描述

2、，以及對事物之間關(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)事實的含義規(guī)則語義說明等7/7/20223第二章 知識表達(dá)技術(shù) 22 知識表達(dá)技術(shù) 知識類型敘述型知識有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)、環(huán)境和條件，問題的概念、定義和事實的知識。過程型知識有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)變化、問題求解過程的操作、演算和行動的知識?？刂菩椭R有關(guān)如何選擇相應(yīng)的操作、演算和行動的比較、判斷、管理和決策的知識。例：對于從北京到上海，是乘飛機(jī)還是坐火車的問題。敘述型知識：北京、上海、飛機(jī)、火車、時間、費用。過程型知識：乘飛機(jī)、坐火車?？刂菩椭R：乘飛機(jī)較快、較貴；坐火車較慢、較便宜。

3、 7/7/20224知識的表達(dá)技術(shù)7/7/20225第二章 知識表達(dá)技術(shù) (一) 狀態(tài)空間表達(dá) 狀態(tài)用來表示系統(tǒng)狀態(tài),事實等敘述型知識的一組變量或數(shù)組Q=q1,q2,qnt操作是用來表示引起狀態(tài)變化的過程型知識的一組關(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，表示系統(tǒng)或問題的有關(guān)知識的符號體系，狀態(tài)空間是一個四元組（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)點到G結(jié)點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)空間的一個解(解往往不是唯一的) 7/7/20226第二章 知識表達(dá)技術(shù) 23 狀態(tài)空間表達(dá) 【例22】八數(shù)碼問題的狀態(tài)空間在一33方格盤，放1到8八個數(shù)碼，另一格為空?？崭袼闹苌舷伦笥覕?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狀態(tài)，所有的擺法為狀態(tài)集S，構(gòu)成了一個狀態(tài)空間，其大小為9！相應(yīng)操作算子是數(shù)碼移動，其操作算子共有4（方向）8（數(shù)碼）=32個。可簡化為4個：Up，Left，Down，Right7/7/20227狀態(tài)圖這種描述問題的有向圖被稱為狀態(tài)空間圖，簡稱狀態(tài)圖；許多智力問題

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)碼的移動規(guī)則就是該問題的狀態(tài)變換規(guī)則,即操作。經(jīng)分析, 該問題共有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)則也可以簡化為4條: 即空格上移（UP）、 下移（DOWN）、左移（LEFT）、右移（RIGHT）。不過,這時狀態(tài)(即棋局)就需要用矩陣來表示。 可以看出,這個狀態(tài)圖中僅給出了初始節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點, 并未給出其余節(jié)點。而其余節(jié)點需用狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則來產(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就是一個迷宮。如果我們把該迷宮的每一個格子以及入口和出口都作為節(jié)點, 把通道作為邊, 則該迷宮可以由一個有向圖表示(如圖3-2所示)。 那么, 走迷宮其實就是從該有向圖的初始節(jié)點(入口)出發(fā), 尋找目標(biāo)節(jié)點(出口)的問題, 或者是尋找通向目標(biāo)節(jié)點(出口)的路徑的問題。 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/或樹基于人們在求解問題時的兩種思維方法：分解：將復(fù)雜大問題分解為一組簡單小問題若所有子問題都解決了，則總問題也解決了，這是“與”的邏輯

8、關(guān)系“與”樹變換：將較難問題變換為較易等價/等效問題若一難問題可以等價變換為幾個容易問題，則任何一個容易問題解決了，也就解決了原有難問題，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)?。分析：分別連接B、D和B、D, 則原問題可分解為兩個子問題： Q1：證明ABDABD Q2：證明BCDBCD 7/7/202218圖3-12 四邊形ABCD和ABCD7/7/202219于是, 原問題的解決可歸結(jié)為這兩個子問題的解決。 換句話說,原問題

9、被解決當(dāng)且僅當(dāng)這兩個子問題都被解決。 進(jìn)一步,問題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)在考慮原問題與這兩組子問題的關(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 問題的分解與變換 7/7/202223第二章 知識表達(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處有可移動的臺子，若猴子站在臺子上，就可以拿到香蕉。問題是制定機(jī)器人的行動計劃，使猴子能拿到香蕉。 香蕉 a猴子 c b臺子7/7/202224第二章 知識表達(dá)技術(shù) 1.狀態(tài)空間法 【例23】猴子和香蕉問題狀態(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：臺子所在水平位置 y：猴子是

11、否在臺子上（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 知識表達(dá)技術(shù) 24 與/或圖表達(dá)法 【例23】猴子和香蕉問題允許的操作集為：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)為猴子推臺子到v處 (x,x,0,0)(v,v,0,0) f3為猴子爬上臺子 (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 知識表達(dá)技術(shù) 24 與/或圖表達(dá)法 【例23】猴子和香蕉問題允許的操作集為：F=f1,f2,f3,f4比較目標(biāo)狀態(tài)（S4）與初始狀態(tài)（S0）的差異，來選擇主操作。由于S0與S4中的四個狀態(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，可將原問題變換為四個新問題，而新問題又可分為幾個子問題及子子問題。這一過程與/或樹圖 7/7/202227第二章 知識表達(dá)技術(shù) 24 與/或圖表達(dá)法 【例23】猴子和香蕉問題與/或樹圖 7/7/202228第二章 知識表達(dá)技術(shù) 習(xí)題練習(xí) （一） 例 2.1 梵塔問

13、題（狀態(tài)空間法）。設(shè)有三根寶石桿,在1號桿上穿有A、B兩個金盤, A小于B，并且 A位于B的上面。要求：把這兩個金盤全部移到另一根桿上,而且規(guī)定每次只能移動一個盤子,任何時刻都不能使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 知識表達(dá)技術(shù) 習(xí)題練習(xí) （一） 例 2.1 梵塔問題（狀態(tài)空間法）。設(shè)用二元組(SA,SB)表示問題的狀態(tài), SA表示小盤A所在的桿號, SB表示大盤B所在的桿號, 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號桿移到第j號桿上;B(i,j)表示把B盤（大盤）從第i號桿移到第j號桿上。經(jīng)分析，共有12個操作，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)點到目標(biāo)節(jié)點的任何一跳通路都是一個解，其中的最短路徑長度是3，它有三個算子組成：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，通過使用這種描述形式可把問題的全部狀態(tài)都表示出來。（2）其次還要有一組算子，通過使用算子可把問題的一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)。（3）狀態(tài)圖就是通過一組算子將問題的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)狀態(tài)。7/7/202234作 業(yè)（一）-傳教士與野人三個傳教士和三個野人來到一條河邊。河邊只有一只每次最多可供兩個人過河的小船。傳教士如何用

16、這只小船才能使河的兩邊的野人數(shù)目絕不會超過傳教士數(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)目沒有超過傳教士的數(shù)目）7/7/202235第二章 知識表達(dá)技術(shù) 三、 產(chǎn)生式系統(tǒng) 產(chǎn)生式系統(tǒng)(production system)描述若干個不同的以一個基本概念為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。這個基本概念就是產(chǎn)生式規(guī)則（或產(chǎn)生式條件）和操作對的概念 。論域知識分為兩部分：事實表示靜態(tài)知識，如事物、事件和它們之間的關(guān)系產(chǎn)生式規(guī)則表示推理過程和行為，如動作，算子，變換等這類系統(tǒng)的知識庫主要用于存儲規(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)一個產(chǎn)生式系統(tǒng)包含事實庫、規(guī)則集和規(guī)則解釋（控制器）三部分 7/7/202237第二章 知識表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 事實庫當(dāng)前已知的知識信息數(shù)據(jù)，包括推理過程中形成的中間結(jié)論知識，換句話說，它用于存儲有關(guān)問題的狀態(tài)、性質(zhì)等事實的敘述型知識，也稱為綜合數(shù)據(jù)庫或工作存儲器。數(shù)據(jù)是廣義的7/7/202238第二章 知識表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 規(guī)則集庫存儲有關(guān)問題的狀態(tài)轉(zhuǎn)移、性質(zhì)變化等規(guī)則的過程型知識，或稱“規(guī)則庫”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、右部兩個部分，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?？珊喪龀伞皸l件-動作”對的形式。7/7/202239第二章 知識表達(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)計語言中條件語句非常相似，但實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)問題的控制型知識，選擇控制策略，將規(guī)則與事實進(jìn)行匹配，控制并利用知識進(jìn)行推理并求解問題 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)則的動作，并在滿足結(jié)束條件時終止產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行。7/7/202241第二章 知識表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 匹配當(dāng)前事實庫內(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，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，因為可能同時有幾條規(guī)則的條件部分被滿足，需解決沖突步驟中來解決。在復(fù)雜的情況下，在事實庫和規(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)前事實庫相匹配時，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)前事實庫將被修改。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(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)前事實庫包含事實“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”來解決首先使用哪一條規(guī)則的問題。7/7/202243第二章 知識表達(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)定的情況更有針對性，則這條規(guī)則有較高的優(yōu)先級規(guī)則排序如規(guī)則編排的順序就表示了啟用的優(yōu)先級，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)先級次序編排起來，運行時首先使用在條

22、件部分包含較高優(yōu)先級數(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，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，也就是說按上下文對規(guī)則分組。在某種上下文條件下，只能從與其相對應(yīng)的那組規(guī)則中選擇可應(yīng)用的規(guī)則 7/7/202244第二章 知識表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 【例24】動物識別系統(tǒng)規(guī)則I1到I4這一組規(guī)則可用于把哺乳動物和鳥類動物區(qū)分開：規(guī)則I1 如果 該動物有毛發(fā)，那么 它是哺乳動物規(guī)則I2 如果 該動物能產(chǎn)乳，那么 它是哺乳動物規(guī)則I3 如果 該動物有羽毛，那么 它是鳥類動物規(guī)則

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

24、規(guī)則I10 如果 該動物是食肉動物，它的顏色是黃褐色，它有黑色條紋 那么 它是老虎 以下兩個規(guī)則對有蹄動物進(jìn)行細(xì)分：規(guī)則I11 如果 該動物是有蹄動物，它有長腿，它有長頸，它的顏色是黃褐色，它有深色的斑點，那么 它是長頸鹿規(guī)則I12 如果 該動物是有蹄動物，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 知識表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 【例24】動物識別系統(tǒng) 以下對鳥類進(jìn)行分類的規(guī)則：規(guī)則I13 如果 該動物是鳥類，它不會飛，它有長腿，它有長頸，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“它有長腿”和“它有長頸”，也出現(xiàn)在規(guī)則I11的IF部分

25、。I11是有蹄動物的，而I13是鳥的分類，無混淆）規(guī)則I14 如果 該動物是鳥類，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 該動物是鳥類，它善于飛行，那么 它是海燕 7/7/202247第二章 知識表達(dá)技術(shù) 25 產(chǎn)生式系統(tǒng) 【例24】動物識別系統(tǒng)識別長頸鹿的過程開始，觀察到：（動物的顏色是黃褐色,深色斑點）規(guī)則I11還是規(guī)則I9？再看到該動物給它的幼獸喂奶，并能反芻，于是事實庫內(nèi)容增為：（動物的顏色是黃褐色,深色斑點,能產(chǎn)乳,反芻）現(xiàn)用規(guī)則集與事實庫進(jìn)行匹配，I2首先可用，并更新事實庫為：（哺乳動物,黃褐色,深色斑點,能產(chǎn)乳,反芻）進(jìn)而I8又能用，更新事實庫

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

27、，則求解失敗，否則更新事實庫并轉(zhuǎn) 7/7/202249 圖 6-2 推理機(jī)的一次推理過程 7/7/202250一個實際的產(chǎn)生式系統(tǒng), 其目標(biāo)條件一般不會只經(jīng)一步推理就可滿足, 往往要經(jīng)過多步推理才能滿足或者證明問題無解。 所以, 產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行過程,就是推理機(jī)不斷運用規(guī)則庫中的規(guī)則, 作用于動態(tài)數(shù)據(jù)庫, 不斷進(jìn)行推理并不斷檢測目標(biāo)條件是否滿足的過程。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)運行結(jié)束；或者再無規(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。簡單來

28、講, 正向推理就是從初始事實數(shù)據(jù)出發(fā), 正向使用規(guī)則進(jìn)行推理(即用規(guī)則前提與動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的事實匹配, 或用動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)測試規(guī)則的前提條件, 然后產(chǎn)生結(jié)論或執(zhí)行動作),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), 然后對新目標(biāo)再作同樣的處理),朝初始事實或數(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例動物分類問題的產(chǎn)生式系統(tǒng)描述及其求解。 設(shè)由下列動物識別規(guī)則組成一個規(guī)則庫, 推理機(jī)采用上述正向推理算法, 建立一個產(chǎn)生式系統(tǒng)。該產(chǎn)生式系統(tǒng)就是一個小型動物分類知識庫系統(tǒng)。 規(guī)則集： r1：

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

30、蹄動物且長腿且長脖子且黃褐色且有暗斑點, 則它是長頸鹿。 r12：若某動物是有蹄動物且白色且有黑色條紋, 則它是斑馬。 r13： 若某動物是鳥且不會飛且長腿且長脖子且黑白色, 則它是駝鳥。 r14： 若某動物是鳥且不會飛且會游泳且黑白色, 則它是企鵝。 r15： 若某動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： f1：某動物有毛發(fā)。f2：吃肉。f3：黃褐色。f4： 有黑色條紋。 目標(biāo)條件為： 該動物是什么？易見, 該系統(tǒng)的運行結(jié)果為： 該動物是老虎。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）-針對猴子摘香蕉問題，請給出產(chǎn)生式系統(tǒng)描述。定義一個五元組：（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猴子沒有抓到香蕉 H=1猴子抓到香蕉7/7/202259作業(yè)（二）-請補充下列的規(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 知識表達(dá)技術(shù) 26 知識的邏輯表達(dá)方法 邏輯的描述是人們思維活動規(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計

32、算機(jī)可作精確處理與自然語言又非常接近7/7/202261數(shù)理邏輯（符號邏輯）是用數(shù)學(xué)方法研究形式邏輯的一個分支。它通過符號系統(tǒng)來表達(dá)客觀對象以及相關(guān)的邏輯推理。常用的是命題邏輯和謂詞邏輯7/7/2022621 命題邏輯的簡述 命題 是能夠判斷真或假的陳述句通常用大寫字母來表示，如A, B, P, Q等命題的真假值一般用 T 或 F 來表示 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，無法判斷真假）你今天上課沒有？（疑問句）請坐公共汽車?。ㄆ硎咕洌?7/7/202264命題邏輯是研究命題及命題之間關(guān)系的符號邏輯系統(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 “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”復(fù)合命題“PQ”為真，當(dāng)且僅當(dāng)P、Q同時為真、或者同時為假。 聯(lián)接詞的優(yōu)先順序：非 、

34、合取 、析取 、蘊含 、等價注：可以用括號表示優(yōu)先級7/7/202268命題變元：用符號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。命題變元可以利用聯(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)詞和園括號所組成的符號串，也是合適公式。7/7/202271對于合適公式，規(guī)定下列運算優(yōu)先級： 邏輯聯(lián)結(jié)詞的運算優(yōu)先次序為： 、

35、 、 、 同級聯(lián)結(jié)詞按出現(xiàn)順序優(yōu)先運算 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，我們無法用兩個假設(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。它將一個原子命題分解成客體和謂詞兩個組成部分。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 語法與語義謂詞邏輯的基本組成部分謂詞變量函數(shù)常量園括號、方括號、花括號和逗號7/7/202277例“機(jī)器人（Robot）在第一個房間（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謂詞是指個體（客體）所具有的性質(zhì)或者若干個體之間的關(guān)系。用大寫字母來表示。 個體是可以具體的（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客體變元：定義在某一個客體域（由個體組成的集合）上的變量（抽象的）。用x, y, z 來表示。函數(shù)：以個體為變量，以個體為值的函數(shù)。一般用小寫字母來表示，例如 f(x), f(x,a)。7/7/202281如果謂詞有 n 個客體變元，稱之為 n 元謂詞，并約定 0 元謂詞就是命題（謂詞的特例）?？梢杂每腕w域中任一個客體取代命題函數(shù)中的客體變元，從而給相應(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，它們的含義也是一樣的。7/7/202284兩個量詞：全稱量詞，記作“x”,含義是 “對每一個x” 或“對一切x”。存在量詞，記作“x”，含義是 “存在某個x” 、“有一個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： “一號房間里有一個物體”，可以表示成 （x）INROOM（x, r1） 7/7/202287一階謂詞：只允許對客體變元施加量詞，不允許對謂詞施加量詞。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)合謂詞公式客體變元；客體域；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 知識表達(dá)技術(shù) 26 知識的邏輯表達(dá)方法 謂詞邏輯表達(dá)法的特性優(yōu)點嚴(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:一種接近于自然語言的形式語言。模塊性:便于用計算機(jī)實現(xiàn)邏輯推理的機(jī)械化、自動化缺點效率低:拋棄語義信息，使推理過程冗長，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)性知識及元知識。7/7/202292第二章 知識表達(dá)技術(shù) 26 知識的邏輯表達(dá)方法 謂詞邏輯表達(dá)法的應(yīng)用自動問答系統(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，無約束的歸結(jié)是完備的 機(jī)器人行動規(guī)劃系統(tǒng)Fikes等設(shè)計的STRIPS含兩類過程：問題應(yīng)答過程、規(guī)劃和解決問題的過程。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)計的FOL系統(tǒng)是一證明系統(tǒng)。證明采用一階謂詞邏輯說明，演繹采用Prawitz的自然演繹系統(tǒng)，邏輯精確性，過程控制形式化 問題求解系統(tǒng)Kowalski等設(shè)計的PS系統(tǒng)，直接用邏輯子句表示知識，簡易方便 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 知識表達(dá)技術(shù) 5、 語義網(wǎng)絡(luò) 1968 Quillian提出概念；1970 Simmon用于自然語言理解的研究概念語義網(wǎng)絡(luò)是一種采用網(wǎng)絡(luò)形式表示人類知識的方法形式上，一個語義網(wǎng)絡(luò)為一個帶標(biāo)識的有向圖內(nèi)容組織上，4個相關(guān)部分組成 詞法部分：決定表示詞匯表中允許有哪些符號，它涉及各個結(jié)點和弧線 結(jié)構(gòu)部分：敘述符號排列的約束條件，指定各弧線連接的結(jié)點對 過程部分：說明訪問過程，能用于建立和修正描述，以及回答相關(guān)問題 語義部分：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)點的排列及其占有物和對

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

44、歸狀知識存儲/檢索需較復(fù)雜的過程7/7/202298第二章 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)表達(dá)法的優(yōu)點自然性直接而明確地表達(dá)概念之間的語義關(guān)系，接近于人類的語義記憶方式聯(lián)想性著重于表達(dá)語義關(guān)系知識，體現(xiàn)了聯(lián)想思維過程，如通過正例、反例的比較，進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程效率較高可通過語義關(guān)系檢索和推理，較快導(dǎo)出與問題有關(guān)的概念和事實，不必歷遍整個知識庫語義網(wǎng)絡(luò)表達(dá)法的缺點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)判斷性知識不便于表達(dá)深層知識，如與時間因素有關(guān)的動態(tài)知識 7/7/202299語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力 由語義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點可以看出，語義網(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。而表示一個事物的層次、狀態(tài)、行為的語義網(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所示的語義網(wǎng)絡(luò)，就表示了專家系統(tǒng)這個事物（的內(nèi)涵），同時也可以看作是表示了專家系統(tǒng)與“智能系統(tǒng)”、“專家知識”、“專家思維”及“困難問題”這幾個事物之間的關(guān)系或聯(lián)系。所以，抽象地說，語義網(wǎng)絡(luò)可表示事物之間的關(guān)系。因此，關(guān)系（或聯(lián)系）型的知識和能化為關(guān)系型的知識都可以用語義網(wǎng)絡(luò)來表示。7/7/2022100圖73 專家系統(tǒng)的語義網(wǎng)絡(luò) 7/7/2022101第二章 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 基本命題的語義網(wǎng)絡(luò)表示（以個體為中心） 1）實例聯(lián)系

46、 ISA 實例關(guān)系表示類與其實例（個體）之間的關(guān)系。這是最常見的一種語義關(guān)系。例如，“小華是一個大學(xué)生”就可表示為圖74。其中，關(guān)系“是一個”一般標(biāo)識為“is-a”，或ISA。 小華大學(xué)生是一個7/7/2022102第二章 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 基本命題的語義網(wǎng)絡(luò)表示（以個體為中心） 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 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 基本命題的語義網(wǎng)絡(luò)表示（以個體為中心） 3）聚集聯(lián)系 part-of 桌子桌腿桌

47、面Part-ofPart-of7/7/2022105第二章 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 基本命題的語義網(wǎng)絡(luò)表示（以個體為中心） 4)屬性聯(lián)系 7/7/2022106第二章 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 基本命題的語義網(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的等價一組二元關(guān)系如下： arg1(R,a1)arg2(R,a2) argn(R,an)對應(yīng)的語義網(wǎng)絡(luò)：7/7/2022107第二章 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 連接詞在語義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法合取giv

48、e(John,Mary,“戰(zhàn)爭與和平”)read(Mary,“戰(zhàn)爭與和平”)對應(yīng)的語義網(wǎng)絡(luò)：7/7/2022108第二章 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 連接詞在語義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法析取 John is a programmer or Mary is a lawyer 對應(yīng)的語義網(wǎng)絡(luò)：7/7/2022109第二章 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 連接詞在語義網(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)爭與和平”)read(Mary,“戰(zhàn)爭與和平”) 對應(yīng)的語義網(wǎng)絡(luò)：7/7/2022110第二章 知識表達(dá)技術(shù)

49、 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 連接詞在語義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法蘊含一?。好}前提條件ANTE，另一弧：規(guī)則結(jié)論CONSE 如果車庫起火，那么用CO2或沙來滅對應(yīng)的語義網(wǎng)絡(luò)：7/7/2022111第二章 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 變元和量詞在語義網(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 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 變元和量詞在語義網(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 知識表達(dá)技術(shù) 27 語義網(wǎng)絡(luò) 語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示 變元和量詞在語義網(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P相連 7/7/2022114 基于語義網(wǎng)絡(luò)的推理 基于語義網(wǎng)絡(luò)的推理也是繼承。繼承也是通過匹配、搜索實現(xiàn)的。問題求解時，首先根據(jù)待求問題的要求構(gòu)造一個網(wǎng)絡(luò)片斷，然后在知識庫中查找可與之匹配的語義網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)片斷中的詢問部分與知識庫中的某網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)匹配時，則與詢問處匹配的

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

52、需沿著邊“AKO”一直搜索到節(jié)點“水果”, 由水果的“富營養(yǎng)”性, 通過特性繼承便得到富士蘋果也富營養(yǎng)。 7/7/2022118第二章 知識表達(dá)技術(shù) 28 框架表達(dá)法 一個通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式存儲以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 框架框架 一個結(jié)構(gòu) 一種組織結(jié)構(gòu)或組織新資料可用從經(jīng)驗中得到的概念來分析/解釋框架表示法 一結(jié)構(gòu)化表示方法框架 語義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點-槽-值表示結(jié)構(gòu)框架一組語義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點和槽，這組結(jié)點和槽可以描述格式固定的事物、行動和事件 語義網(wǎng)絡(luò)可看作結(jié)點和弧線的集合 7/7/2022119第二章 知識表達(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)面用于說明該側(cè)面的典型取值一鳥類框架，鳥是否會飛屬性槽可填“會飛”缺省值附加過程側(cè)面說明槽值的計算過程和填槽時要做的動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） 浮點數(shù)（FLOATS）地震框架中強度槽和財產(chǎn)損失槽的取值字符串（STRINGS）如地震框架中地點槽

54、和斷層槽取值約束類型可以通過上面給出的基本類型通過布爾運算構(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 | 即一個框架一般有若干個槽，一個槽有一個槽值或者有若干個側(cè)面，而一個側(cè)面又有若干個側(cè)面值。其中槽值和側(cè)面值可以是數(shù)值、字符串、布爾值，也可以是一個動作或過程，甚至還可以是另一個框架的名字。7/7/2022123例7.1 下面是一個描述“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:語種: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，前者描述的是一個概念，后者描述的則是一個具體的事物。二者的關(guān)系是，后者是前者的一個實例。因此，后者一般稱為前者的實例框架。這就是說，這兩個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“知識分子”的子框架。7/7/2022127 框架之間的這種層次關(guān)系對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，由于一個框架的槽值還可以是另一個框架名，這就將框架橫向聯(lián)系起來了。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): 計算機(jī)應(yīng)用部門: 計算機(jī)系軟件教研室外語水平： 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:語種: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 知識表達(dá)技術(shù) 28 框架表達(dá)法 框架間的關(guān)系類框架 實例框架類超類關(guān)系（AKO）包含關(guān)系實例類關(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，二人摔打起來另是：羅賓沒有還手，但感到委屈，哭了起來 7/7/2022132第二章 知識表達(dá)技術(shù) 28 框架表達(dá)法 【例210】自然災(zāi)害新聞報道“今天一次強度為里氏7級的地震襲擊了X地區(qū)，造成250人死亡和5百萬人民幣的財產(chǎn)損失。有專家說：多年來，靠近Y斷層的地方一直是一個危險的地區(qū)?！钡卣鹂蚣?地點： X 日期： 今天 強度： 7 死亡人數(shù)： 250 財產(chǎn)損失： 5百萬人民幣 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)論槽和動作槽填值條件槽結(jié)論槽動作槽另外，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、一個框架系統(tǒng)=一種樹型結(jié)構(gòu)樹的每一個節(jié)點=一個框架結(jié)構(gòu) ISA AKO連接通用性各種問題 擴(kuò)充性 某細(xì)節(jié)另一框架預(yù)測性得到不直接信息判斷推理認(rèn)識某類事物修正性 不完整完善描述 7/7/2022136第二章 知識表達(dá)技術(shù)29 特征表表達(dá)法 特征表是通過對象特征來表達(dá)知識的一種表格形式人工智能語言LISP特征表 屬性和取值特點：便于表達(dá)敘述性知識便于表達(dá)過程性知識或控制性知識便于檢索不同問題，不同對象，興趣特征不同屬性項目不同不同觀點，不同方法特征/屬性不同（同一問題/對象）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