知識表示方法

1、知 識 就 是 力 量F.Bacon(15611626)英國哲學(xué)和自然科學(xué)家歸納法的創(chuàng)立者“培根”1第2章 知識表示2.1 知識與知識表示的概念2.2 一階謂詞邏輯表示法2.3 產(chǎn)生式表示法22.1 知識與知識表示的概念2.1.1 知識的概念2.1.2 知識表示的概念32.1.1 知識的概念知識的一般概念 知識是人們在改造客觀世界的實踐中積累起來的認(rèn)識和經(jīng)驗 認(rèn)識：包括對事物現(xiàn)象、本質(zhì)、屬性、狀態(tài)、關(guān)系、聯(lián)系和 運動等的認(rèn)識 經(jīng)驗：包括解決問題的 微觀方法（如步驟、操作、規(guī)則、過程、技巧等）和宏觀方法（如戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)、計謀、策略等）。什么是知識？42.1.1 知識的概念知識的有代表性的定義 （1

2、）Feigenbaum（Father of expert systems；He received the ACM Turing Award in 1994 ）: 知識是經(jīng)過剪裁、塑造、解釋、選擇和轉(zhuǎn)換了的信息 （2）Bernstein：知識由特定領(lǐng)域的描述、關(guān)系和過程組成 （3）Heyes-Roth：知識=事實+信念+啟發(fā)式規(guī)則 （4）從知識庫的觀點看：知識是某領(lǐng)域中所涉及的各有關(guān)方面的一種符號表示。 52.1.1 知識的概念數(shù)據(jù)、信息、知識及其關(guān)系 數(shù)據(jù)是信息的載體，本身無確切含義，其關(guān)聯(lián)構(gòu)成信息 信息是數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，賦予數(shù)據(jù)特定的含義，僅可理解為描述性知識 知識可以是對信息的關(guān)聯(lián)，也可以是對

3、已有知識的再認(rèn)識 常用的關(guān)聯(lián)方式： if then 62.1.1 知識的概念知識的要素 事實：事物的分類、屬性、事物間關(guān)系、科學(xué)事實、客觀事實等。規(guī)則：事物的行動、動作和聯(lián)系的因果關(guān)系知識?？刂疲寒?dāng)有多個動作同時被激活時，選擇哪一個動作來執(zhí)行的知識。元知識：怎樣使用規(guī)則、解釋規(guī)則、校驗規(guī)則、解釋程序結(jié)構(gòu)等知識。72.1.2 知識表示的概念什么是知識表示? 知識表示方法是研究用機器表示知識的可行性、有效性的一般方法。 是對知識的描述，即用一組符號把知識表示成計算機可以接受的某種結(jié)構(gòu)。 知識表示方法不唯一。82.1.2 知識表示的概念知識表示方法的體系9第2章 知識表示2.1 知識與知識表示的概念

4、2.2 一階謂詞邏輯表示法2.3 產(chǎn)生式表示法2.4 框架表示法102.2 一階謂詞邏輯表示方法2.2.1 一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)2.2.2 謂詞邏輯表示方法2.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用2.2.4 謂詞邏輯表示的特性112.2.1 一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)一階謂詞邏輯表示法是一種基于數(shù)理邏輯的表示方法。數(shù)理邏輯是一門研究推理的學(xué)科?？煞譃椋阂浑A經(jīng)典邏輯： 一階經(jīng)典命題邏輯，一階經(jīng)典謂詞邏輯非一階經(jīng)典邏輯：指除經(jīng)典邏輯以外的那些邏輯，例如：二階邏輯，多值邏輯，模糊邏輯等。122.2.1 一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)命題的定義： 斷言：定義2.1 一個陳述句稱為一個斷言. 命題：具有真假意義

5、的斷言稱為命題.命題的真值： T：表示命題的意義為真 F：表示命題的意義為假命題真值的說明 一個命題不能同時既為真又為假 一個命題可在一定條件下為真，而在另一條件下為假132.2.1 一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)謂詞可分為謂詞名和個體兩部分。謂詞名：是命題的謂語，表示個體的性質(zhì)、狀態(tài)或個體之間的關(guān)系 個體：是命題的主語，表示獨立存在的事物或概念個體域：由所討論對象的全體構(gòu)成的集合個體：個體域中的元素 142.2.1 一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)定義2.2 設(shè)D是個體域，P：DnT，F(xiàn)是一個映射，其中 則稱P是一個n元謂詞，記為P(x1,x2,xn)，其中，x1,x2,xn為個體，可以是個體常量、變

6、元和函數(shù)。 例如：GREATER(x,6) x大于6 TEACHER(father(Wang Hong) 王宏的父親是一位教師152.2.1 一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)函數(shù)： 定義2-3 設(shè)D是個體域，f：DnD是一個映射，其中 則稱f是D上的一個n元函數(shù)，記作 P(x1,x2,xn) 謂詞與函數(shù)的區(qū)別： 謂詞是D到T，F(xiàn)的映射，函數(shù)是D到D的映射 謂詞的真值是T和F，函數(shù)的值（無真值）是D中的元素 謂詞可獨立存在，函數(shù)只能作為謂詞的個體 Teacher(Wang) Teacher(father(Wang)162.2.1 一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)連詞： ： “非”或者“否定”。表示對其后面的

7、命題的否定 ：“析取”。表示所連結(jié)的兩個命題之間具有“或”的關(guān)系：“合取”。 表示所連結(jié)的兩個命題之間具有“與”的關(guān)系。： “條件”或“蘊含”。表示“若則”的語義。讀作“如果P，則Q” 其中，P稱為條件的前件，Q稱為條件的后件。 ：稱為“雙條件”。它表示“當(dāng)且僅當(dāng)”的語義。即讀作“P當(dāng)且僅當(dāng)Q”。 例如，對命題P和Q，PQ表示“P當(dāng)且僅當(dāng)Q”，PQPPQPQPQPQTTFTTTTTFFTFFFFTTTFTFFFTFFTT172.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)量詞： ：全稱量詞，意思是“所有的”、“任一個” 命題( x)P(x)為真，當(dāng)且僅當(dāng)對論域中的所有x，都有P(x)為真 命題( x)P(

8、x)為假，當(dāng)且僅當(dāng)至少存在一個xi D，使得P(xi)為假 ：存在量詞，意思是“至少有一個”、“存在有” 命題( x)P(x)為真，當(dāng)且僅當(dāng)至少存在一個xi D，使得P(xi)為真 命題( x)P(x)為假，當(dāng)且僅當(dāng)對論域中的所有x，都有P(x)為假 182.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)項 定義2-4 項滿足如下規(guī)則： (1) 單獨一個個體詞是項； (2) 若t1,t2,tn是項，f是n元函數(shù)，則f(t1,t2,tn)是項； (3) 由(1)、(2)生成的表達式是項。 項是把個體常量、個體變量和函數(shù)統(tǒng)一起來的概念。原子謂詞公式 定義2-5 原子謂詞公式的含義為： 若t1,t2,tn是項，P

9、是謂詞，則稱P(t1,t2,tn)為原子謂詞公式。192.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)合式公式 定義2-6 滿足如下規(guī)則的謂詞演算可得到合式公式： (1) 單個原子謂詞公式是合式公式； (2) 若A是合式公式，則A也是合式公式； (3) 若A,B是合式公式，則AB，AB，AB，AB也都是合式公式； (4) 若A是合式公式，x是項，則( x)A(x)和( x)A(x)都是合式公式。 例如，P(x,y)Q(y)，( x)(A(x)B(x)，都是合式公式。連詞的優(yōu)先級 ,202.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)轄域：指位于量詞后面的單個謂詞或者用括弧括起來的合式公式約束變元：轄域內(nèi)與量詞中同名的

10、變元稱為約束變元自由變元：不受約束的變元稱為自由變元 例子：( x)(P(x，y)Q(x，y)R(x，y) 其中，(P(x，y)Q(x，y)是( x)的轄域 轄域內(nèi)的變元x是受( x)約束的變元 R(x，y)中的x和所有的y都是自由變元212.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)變元的換名： 謂詞公式中的變元可以換名。但需注意： 第一：對約束變元，必須把同名的約束變元都統(tǒng)一換成另外一個相同的名字，且不能與轄域內(nèi)的自由變元同名。 例，對( xP(x，y)，可把約束變元x換成z，得到公式( z)P(z，y)。 第二：對轄域內(nèi)的自由變元，不能改成與約束變元相同的名字。 例，對( x)P(x，y)，可把y

11、換成z， 得到( x)P(x，z) ，但不能換成x 。22例2.1 設(shè)變元x和y的個體域是D=1，2，謂詞P（x，y）表示x大于等于y，給出公式A=( )( )P(x,y)在D上的解釋，并指出在每一種解釋下公式A的真值。 2.2.1 一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)23解 由于在公式A中沒有包括個體常量和函數(shù)，所以可由謂詞P（x,y）的定義得出謂詞的真值指派。 設(shè)對謂詞P（x,y）在個體域D上的真值指派為：P(1,1)=T，P(1,2)=F，P(2,1)=T，P(2,2)=T 這就是公式A在D上的一個解釋。 在此解釋下，因為x=1時有y=1使P(x,y)的真值為T， x=2時也有y=1使P(x,y)

12、的真值為T， 即x對于D中的所有取值，都存在y=1，使P(x,y)的真值為T，所以在此解釋下公式A的真值為T。 2.2.1 一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)24謂詞公式的永真性、可滿足性、不可滿足性定義2.7 如果謂詞公式P對個體域D上的任何一個解釋都取得真值T，則稱公式P在域D上是永真的。如果P在每個非空個體域上均永真，則稱P是永真的。 2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)25定義2.8 對于謂詞公式P，如果至少存在一個解釋使得公式P在此解釋下的真值為T，則稱公式P是可滿足的。 2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)定義2.9 如果謂詞公式P對于個體域D上的任何一個解釋都取得真值F，則稱公式P在域D

13、上是永假的。如果P在每個非空個體域上均永假，則稱P是永假的。謂詞公式的永假性又稱為不可滿足性。 26 謂詞公式的等價性定義2.10 設(shè)P與Q是兩個謂詞公式，D是它們共同的個體域，若對D上的任何一個解釋，P與Q都有相同的真值，則稱公式P和Q在D上是等價的。如果D是任意的個體域，則稱P和Q是等價的。記為P Q。 2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)27主要的等價式（1）交換律PQ QPPQ QP（2）結(jié)合律(PQ)R P(QR)(PQ)R P(QR)2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)28（3）分配律P(QR) (PQ)(PR)P(QR) (PQ)(PR)（4）狄摩根律(PQ) PQ(PQ) PQ

14、2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)29（5）雙重否定律 P P（6）吸收律P(PQ) PP(PQ) P2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)30（7）補余律P P TP P F（8）連詞化歸律 PQ PQ T T T T F F T F T T F T T T F F 2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ) P Q31（9）量詞轉(zhuǎn)換律（ ）P ( ) (P)（ ）P ( ) (P)（10）量詞分配律( )(PQ) ( )P( )Q( )(PQ) ( )P( )Q2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)32謂詞公式的永真蘊含 定義2.11 對于謂詞公式P和Q，如果PQ永真，則稱P永真蘊含Q，且稱Q為P

15、的邏輯結(jié)論，稱P為Q的前提，記為P Q。 2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)33 推理規(guī)則、定理與證明 上面列出的等價式和永真蘊含式又稱為推理規(guī)則。推理規(guī)則用來由已知的合式公式推導(dǎo)出新的合式公式。在謂詞邏輯中，導(dǎo)出的合式公式稱為定理而所使用的推理規(guī)則的序列則構(gòu)成該定理的一個證明。2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)34 謂詞邏輯中還有如下的一些推理規(guī)則。 （1）P規(guī)則 P規(guī)則是指：在推理的任何步驟上都可引入前提。 （2）T規(guī)則 T規(guī)則是指：在推理時，如果前面步驟中有一個或多個公式永真蘊含公式S，則可把S引入推理過程中。 2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)352.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯

16、基礎(chǔ) （3）CP規(guī)則 CP規(guī)則是指：如果能從R和前提集合中推出S來，則可從前提集合推出RS。 （4）反證法規(guī)則 反證法規(guī)則是指：P Q，當(dāng)且僅當(dāng)PQ F。即：Q為P的邏輯結(jié)論，當(dāng)且僅當(dāng)PQ是不可滿足的。 36把反證法推廣到謂詞公式集，可得到以下反證法定理： 定理2.1 Q為P1，P2，Pn的邏輯結(jié)論，當(dāng)且僅當(dāng)（P1,P2,Pn）Q 是不可滿足的。該定理將在歸結(jié)反演中得到應(yīng)用，它是歸結(jié)反演的理論根據(jù)。 2.2.1一階謂詞邏輯表示的邏輯基礎(chǔ)372.2.2 謂詞邏輯表示方法表示步驟： (1)先根據(jù)要表示的知識定義謂詞 (2) 再用連詞、量詞把這些謂詞連接起來382.2.2 謂詞邏輯表示方法 例2.2

17、 用謂詞公式表示下列知識： 王林是計算機系的學(xué)生，但他不喜歡編程序。 人人愛勞動。解 首先定義下列謂詞： COMPUTER（x） 表示x是計算機系的學(xué)生 LIKE（x,y） 表示x喜歡y LOVE(x,y) 表示x愛y MAN（x） 表示x是人 可用謂詞公式把上述知識表示為： COMPUTER（Wang Lin）LIKE(Wang Lin,Programing) ( ) (MAN(x)LOVE(x，Labour) 392.2.2 謂詞邏輯表示方法例2.3 表示知識“所有教師都有自己的學(xué)生”。 定義謂詞：T (x)：表示x 是教師。 S (y)：表示y是學(xué)生。 TS(x, y)：表示x是y的老師

18、。 表示知識： ( x)( y)(T (x) TS(x, y) S (y) 可讀作：對所有x，如果x是一個教師，那么一定存在一個體y，y的老師是x，且y是一個學(xué)生。402.2.2 謂詞邏輯表示方法例2.4 表示知識“所有的整數(shù)不是偶數(shù)就是奇數(shù)”。 定義謂詞：I(x)：x是整數(shù)，E(x)：x是偶數(shù)， O(x)：x是奇數(shù) 表示知識：( x)(I(x) E(x)O(x) 例2.5 表示如下知識： 王宏是計算機系的一名學(xué)生。 王宏和李明是同班同學(xué)。 凡是計算機系的學(xué)生都喜歡編程序。 定義謂詞： COMPUTER(x)：表示x是計算機系的學(xué)生。 CLASSMATE(x,y)：表示x和y是同班同學(xué)。 LI

19、KE(x,y)：表示x喜歡y。 表示知識： COMPUTER(Wang Hong) CLASSMATE(Wang Hong, Li Ming) ( x)(COMPUTER(x) LIKE(x, programming)412.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用猴子摘香蕉問題(1/3)描述狀態(tài)的謂詞： AT(x, y)：x在y處 ONBOX：猴子在箱子上 HB：猴子得到香蕉 個體域： x ：monkey, box, banana Y：a, b, c 問題的初始狀態(tài) AT(monkey, a) , AT(box, b) ONBOX ， HB 問題的目標(biāo)狀態(tài) AT(monkey, c) ，AT(box, c

20、) ONBOX ， HBabc422.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用猴子摘香蕉問題(2/3)描述操作的謂詞 Goto(a, b)：猴子從a處走到b處 Pushbox(b, c)：猴子推著箱子從b處移到c處 Climbbox：猴子爬上箱子 Grasp：猴子摘取香蕉 各操作的條件和動作 Goto(a, b) 條件：ONBOX ，AT(monkey, a)， 動作：刪除表：AT(monkey, a) 添加表：AT(monkey, b) Pushbox(b, c) 條件： ONBOX ，AT(monkey, b)，AT(box, b) 動作：刪除表 AT(monkey, b)，AT(box, b) 添加表

21、 AT(monkey, c)，AT(box,c)432.2.3 謂詞邏輯表示的應(yīng)用猴子摘香蕉問題(3/3) Climbbox 條件： ONBOX ，AT(monkey, c)，AT(box,c) 動作：刪除表 ONBOX 添加表 ONBOX Grasp 條件：ONBOX，AT(box, c) 動作：刪除表 HB 添加表 HB442.2.4 謂詞邏輯表示的特征主要優(yōu)點 自然：一階謂詞邏輯是一種接近于自然語言的形式語言系統(tǒng)，謂詞邏輯表示法接近于人們對問題的直觀理解 明確：有一種標(biāo)準(zhǔn)的知識解釋方法，因此用這種方法表示的知識明確、易于理解 精確：謂詞邏輯的真值只有“真”與“假”，其表示、推理都是精確的

22、 靈活：知識和處理知識的程序是分開的，無須考慮處理知識的細節(jié) 模塊化：知識之間相對獨立，這種模塊性使得添加、刪除、修改知識比較容易進行452.2.4 謂詞邏輯表示的特征主要缺點 知識表示能力差：只能表示確定性知識，而不能表示非確定性知識、 過程性知識和啟發(fā)式知識 知識庫管理困難：缺乏知識的組織原則，知識庫管理比較困難 存在組合爆炸：由于難以表示啟發(fā)式知識，因此只能盲目地使用推理規(guī)則，這樣當(dāng)系統(tǒng)知識量較大時，容易發(fā)生組合爆炸 系統(tǒng)效率低：它把推理演算與知識含義截然分開，拋棄了表達內(nèi)容中所含有的語義信息，往往使推理過程冗長，降低了系統(tǒng)效率46第2章 知識表示2.1 知識與知識表示的概念2.2 一階

23、謂詞邏輯表示法2.3 產(chǎn)生式表示法472.3 產(chǎn)生式表示法2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類及其特點481. 產(chǎn)生式（Production） 是目前人工智能中使用最多的一種知識表示方法產(chǎn)生式方法表示知識的成功例子： 愛德華費根鮑姆(EdwardAlbert Feigenbaum)1965年和諾貝爾獎得主萊德伯格 (Joshua Lederberg)等人合作，開發(fā)出了世界上第一個專家系統(tǒng)程序 DENDRAL “In the Knowledge lies the power ” 知識只有被人所發(fā)掘和掌握時，才能生成力量。 2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)49事實的表示 確定性

24、知識，事實可用如下三元組表示： （對象，屬性，值）或（關(guān)系，對象1，對象2） 其中，對象就是語言變量。例如： (snow, color, white) 或（雪，顏色，白） (love, Wang Feng, country) 或（熱愛，王峰，祖國） 非確定性知識，事實可用如下四元組表示： （對象，屬性，值，可信度因子） 其中，“可信度因子”是指該事實為真的相信程度?？捎?,1之間的一個實數(shù)來表示。 2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)50規(guī)則的作用 描述事物之間的因果關(guān)系。 規(guī)則的產(chǎn)生式表示形式常稱為產(chǎn)生式規(guī)則，簡稱為產(chǎn)生式或規(guī)則。產(chǎn)生式的基本形式 PQ 或者 IF P THEN Q P是產(chǎn)生式的前

25、提，也稱為前件，它給出了該產(chǎn)生式可否使用的先決條件，由事實的邏輯組合來構(gòu)成； Q是一組結(jié)論或操作，也稱為產(chǎn)生式的后件，它指出當(dāng)前題P滿足時，應(yīng)該推出的結(jié)論或應(yīng)該執(zhí)行的動作。2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)51產(chǎn)生式的含義 如果前提P滿足，則可推出結(jié)論Q或執(zhí)行Q所規(guī)定的操作產(chǎn)生式規(guī)則的例子 r6: IF 動物有犬齒 AND 有爪 AND 眼盯前方 THEN 該動物是食肉動物 其中，r6是該產(chǎn)生式的編號；“動物有犬齒 AND 有爪 AND 眼盯前方”是產(chǎn)生式的前提 P； “該動物是食肉動物” 是產(chǎn)生式的結(jié)論Q2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)52與蘊涵式的主要區(qū)別： (1) 蘊涵式表示的知識只能是精確的

26、，產(chǎn)生式表示的知識可以是不確定的 原因是蘊涵式是一個邏輯表達式，其邏輯值只有真和假。 (2) 蘊含式的匹配一定要求是精確的，而產(chǎn)生式的匹配可以是不確定的 原因是產(chǎn)生式的前提條件和結(jié)論都可以是不確定的，因此其匹配也可以是不確定的。2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)53與條件語句的主要區(qū)別： (1) 前件結(jié)構(gòu)不同 產(chǎn)生式的前件可以是一個復(fù)雜的的結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)程序設(shè)計語言中的左部僅僅是一個布爾表達式 (2) 控制流程不同 產(chǎn)生式系統(tǒng)中滿足前提條件的規(guī)則被激活后，不一定被立即執(zhí)行，能否執(zhí)行將取決于沖突消解策略 傳統(tǒng)程序設(shè)計語言中是嚴(yán)格地從一個條件語句向其下一個條件語句傳遞。2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)542

27、產(chǎn)生式系統(tǒng)把一組產(chǎn)生式放在一起，并讓它們互相配合，協(xié)同作用，一個產(chǎn)生式生成的結(jié)論可以供另一個產(chǎn)生式作為已知事實使用，以求得問題的解決，這樣的系統(tǒng)稱為產(chǎn)生式系統(tǒng)。一個產(chǎn)生式系統(tǒng)由以下3個基本部分組成： 規(guī)則庫、綜合數(shù)據(jù)庫和控制機構(gòu)。 2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)控 制 機構(gòu)規(guī) 則 庫綜合數(shù)據(jù)庫55規(guī)則庫RB(Rule Base) 也稱知識庫KB(Knowledge Base) ,用于存放與求解問題有關(guān)的所有規(guī)則的集合 作用：是產(chǎn)生式系統(tǒng)問題求解的基礎(chǔ) 要求：知識的完整性、一致性、準(zhǔn)確性、靈活性和知識組織的合理性2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)56綜合數(shù)據(jù)庫DB(Data Base) 存放求解問題

28、的各種當(dāng)前信息 如：問題的初始狀態(tài) 輸入的事實 中間結(jié)論及最終結(jié)論等 用于推理過程的規(guī)則匹配 推理過程中，當(dāng)規(guī)則庫中某條規(guī)則的前提可以和綜合數(shù)據(jù)庫的已知事實匹配時，該規(guī)則被激活，由它推出的結(jié)論將被作為新的事實放入綜合數(shù)據(jù)庫，成為后面推理的已知事實。2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)57控制機構(gòu) 亦稱推理機，用于控制整個產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行，決定問題求解過程的推理線路。 控制系統(tǒng)的主要任務(wù) 選擇匹配：匹配是指把按一定策略從規(guī)則庫中所選規(guī)則的前提條件與綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實進行比較，若事實庫中存的事實與所選規(guī)則前提一致，則稱匹配成功，該規(guī)則為可用；否則，稱匹配失敗，該規(guī)則不可用。 沖突消解：對匹配成功的規(guī)

29、則，按照某種策略從中選出一條規(guī)則執(zhí)行。 執(zhí)行操作：對所執(zhí)行的規(guī)則，若其后件為一個或多個結(jié)論，則把這些結(jié)論加入綜合數(shù)據(jù)庫；若其后件為一個或多個操作時，執(zhí)行這些操作。 不確定推理：對不確定性知識，在執(zhí)行每一條規(guī)則時還要計算結(jié)論的不確定性。 路徑解釋：在問題求解過程中，記住應(yīng)用過的規(guī)則序列，以便最終能夠給出問題的解的路徑。 終止推理：檢查綜合數(shù)據(jù)庫中是否包含有目標(biāo)，若有，則停止推理。2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)58一個簡單的例子問題：設(shè)字符轉(zhuǎn)換規(guī)則ABCACDBCGBEFDE已知：A，B求：F59一個簡單的例子（續(xù)1）一、綜合數(shù)據(jù)庫x，其中x為字符二、規(guī)則集 1，IF AB THEN C2，IF

30、AC THEN D3，IF BC THEN G4，IF BE THEN F5，IF D THEN E60一個簡單的例子（續(xù)2）三、控制策略順序排隊四、初始條件A，B五、結(jié)束條件Fx61一個簡單的例子（續(xù)3）1，IF AB THEN C 2，IF AC THEN D3，IF BC THEN G 4，IF BE THEN F5，IF D THEN E求解過程62例 建立一個動物識別系統(tǒng)的規(guī)則庫，用以識別虎、豹、斑馬、長頸鹿、企鵝、鴕鳥、信天翁等7種動物。 解 為了識別這些動物，可以根據(jù)動物識別的特征，建立包含下述規(guī)則的規(guī)則庫： R1：if 動物有毛發(fā) then 動物是哺乳動物 R2：if 動物有奶

31、 then 動物是哺乳動物 R3：if 動物有羽毛 then 動物是鳥 2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)63 R4：if 動物會飛 and 會生蛋 then 動物是鳥 R5：if 動物吃肉 then 動物是食肉動物 R6：if 動物有犀利牙齒 and 有爪 and 眼向前方 then 動物是食肉動物 R7：if 動物是哺乳動物and有蹄then動物是有蹄類動物 R8：if 動物是哺乳動物and反芻then動物是有蹄類動物 R9：if 動物是哺乳動物and是食肉動物and有黃褐色 and 有暗斑點 then 動物是豹 2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)64 R10：if 動物是哺乳動物 and是食肉動

32、物and有黃褐色 and 有黑色條紋 then 動物是虎 R11：if動物是有蹄類動物 and 有長脖子and有長腿and有暗 斑點 then 動物是長頸鹿 R12：if 動物是有蹄類動物 and有黑色條紋 then 動物是斑馬 R13：if 動物是鳥and不會飛 and有長脖子and有長腿 and有 黑白二色 then 動物是鴕鳥 R14：if 動物是鳥 and不會飛 and會游泳 and有黑白二色 then 動物是企鵝 R15：if 動物是鳥 and善飛 then 動物是信天翁 2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)65有效地表達領(lǐng)域內(nèi)的過程性知識 7個動物 15條規(guī)則對知識進行合理的組織與管理

33、R1,R2,R5.R12 R3,R4,R13,R14,R152.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)66產(chǎn)生式系統(tǒng)的問題求解基本過程過程PRODUCTION1，DATA初始數(shù)據(jù)庫2，until DATA滿足結(jié)束條件，do3，4，在規(guī)則集中選擇一條可應(yīng)用于DATA 的規(guī)則R5，DATA R應(yīng)用到DATA得到的結(jié)果6，2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)67可見，問題的求解過程是一個不斷地從規(guī)則庫中選取可用規(guī)則與綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實進行匹配的過程，規(guī)則的每一次成功匹配與執(zhí)行都使綜合數(shù)據(jù)庫增加了新的事實，并向著問題的求解前進了一步，這一過程稱為推理。 2.3.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)682.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類

34、及其特點按產(chǎn)生式所表示的知識是否具有確定性可分為確定性產(chǎn)生式系統(tǒng)和不確定性產(chǎn)生式系統(tǒng)；按推理機的推理方向可分為正向、反向和雙向推理產(chǎn)生式系統(tǒng)。按規(guī)則庫及綜合數(shù)據(jù)庫的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征進行的分類，產(chǎn)生式系統(tǒng)可分為三類： 可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng) 可分解的產(chǎn)生式系統(tǒng) 可恢復(fù)的產(chǎn)生式系統(tǒng) 69 1可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng) 如果一個產(chǎn)生式系統(tǒng)對規(guī)則的使用次序是可交換的，無論先使用哪一條規(guī)則都可達到目的，即規(guī)則的使用次序?qū)栴}的最終求解是無關(guān)緊要的，則稱為可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng)。 2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類及其特點70例 設(shè)綜合數(shù)據(jù)庫DB的初始狀態(tài)是A,B,C，并設(shè)規(guī)則庫RB中有下述規(guī)則：R1：if A, B, C th

35、en A, B, C, ABR2： if A, B, C then A, B, C, BCR3:：if A, B, C then A, B, C, AC 現(xiàn)在希望通過推理使綜合數(shù)據(jù)庫DB中的內(nèi)容變?yōu)椋篈, B, C, AB, BC, AC 顯然，這三條規(guī)則各被使用一次后就可達到目的，且與規(guī)則使用的次序無關(guān)。所以由上述RB和DB構(gòu)成的產(chǎn)生式系統(tǒng)是一個可交換的產(chǎn)生式系統(tǒng)。 2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類及其特點71 2可分解的產(chǎn)生式系統(tǒng) 一個產(chǎn)生式系統(tǒng)可分解的要求是綜合數(shù)據(jù)庫DB的當(dāng)前狀態(tài)DBi可被分解為若干個獨立的部分： ， 且根據(jù)DB的狀態(tài)確定的推理過程的終止條件也可被分解為對這些獨立部分進行推

36、理的終止條件。 2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類及其特點72例 設(shè)綜合數(shù)據(jù)庫DB的初始內(nèi)容為DBo =D,B,Z，規(guī)則庫RB中有如下規(guī)則：R1：if C then D, LR2：if C then B, M R3：if B then M, M R4：if Z then B, B, M 終止條件是生成只包含M的綜合數(shù)據(jù)庫，即使綜合數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容變?yōu)镸, M, , M 2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類及其特點73由于規(guī)則庫RB中的每條規(guī)則的前件都只含有單一條件C或B或Z，因此可把綜合數(shù)據(jù)庫DB的初始狀態(tài)DBo=C, B, Z分解為獨立的三個部分： DB10=C, DB20=B, DB30=Z。而且每次對DB中的一部分執(zhí)行一條規(guī)則使其狀態(tài)為DBi后，若DBi中有m個事實，則把DBi分成m個獨立部分： 每一部分都只含有單一事實。若含有的單一事實是M，則對這一部分狀態(tài)不再使用規(guī)則；否則繼續(xù)使用合適規(guī)則。 2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類及其特點74C,B,ZCBZD,LB,MM,MB,B,MDLBMMMBMBM,MMMM,MM,MMMMMr1r2r3r4r3r3r3可分解的產(chǎn)生式系統(tǒng)示例2.3.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的分類及其特點75在上圖中，用圓弧連接起來