人工智能-第二章知識表示方法2014

第二章知識表示方法§2.1知識及知識表示§2.2狀態(tài)空間法§2.3問題規(guī)約法§2.4謂詞邏輯法§2.5語義網(wǎng)絡(luò)法§2.6框架表示§2.7劇本表示§2.8本體技術(shù)§2.9過程表示§2.1知識及知識表示

人工智能問題的求解是以知識表示為基礎(chǔ)的。如何將已獲得的有關(guān)知識以計算機內(nèi)部代碼形式加以合理地描述、存儲、有效地利用便是表示應(yīng)解決的問題。知識表示問題是人工智能要研究的根本問題之一，也是目前人工智能研究中最活躍的領(lǐng)域?！?.1知識及知識表示一.知識

1.知識的定義（難以給出明確的定義只能從不同側(cè)面加以理解）從認(rèn)識論的角度來看：人類認(rèn)識自然界的精神產(chǎn)物，是人類進行智能活動的基礎(chǔ)。Bernstein：知識是由特定領(lǐng)域的描述、關(guān)系和過程組成的。Hayes-roth：知識是事實、信念和啟發(fā)式規(guī)則。知識庫的觀點：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?！?.1知識及知識表示一.知識2.分類（計算所處理的知識，按其作用大致分為三類）描述性知識：表示對象及概念的特征及其相互關(guān)系的知識以及問題求解狀況的知識，也稱事實性知識。判斷性知識：表示與領(lǐng)域有關(guān)的問題求解知識，如推理規(guī)則等，也稱為啟發(fā)性知識。

過程性知識：表示問題求解的控制策略，即如何應(yīng)用判斷性知識進行推理的知識。

§2.1知識及知識表示一.知識3.層次對象級知識：直接描述有關(guān)領(lǐng)域?qū)ο蟮闹R或稱領(lǐng)域相關(guān)的知識。元級知識：描述對象級知識的知識，如關(guān)于領(lǐng)域知識的內(nèi)容、特征、應(yīng)用范圍、可信程度的知識以及如何運用這些知識的知識，也稱為關(guān)于知識的知識。

§2.1知識及知識表示二.知識表示1.知識表示

知識表示可看成是為描述事物所作的一組約定，是把知識符號化的過程知識的表示與知識的獲取、管理、處理、解釋等有直接的關(guān)系，對于問題能否求解、以及問題求解的效率有重大的影響§2.1知識及知識表示二.知識表示2.知識表示的要求表示能力：能夠?qū)栴}求解所需的知識正確有效地表達出來可理解性：所表達的知識簡單、明了、易于理解可訪問性：能夠有效地利用所表達的知識可擴充性：能夠方便靈活地對知識進行擴充§2.1知識及知識表示二.知識表示3.按表示特征分為兩大類敘述性表示：將知識與控制分開，把知識的使用方法即控制部分留給計算機程序。特點：嚴(yán)密性強、易于模塊化，具有推理的完全性，但推理的效率比較低。過程性表示：把知識與控制結(jié)合起來，因此推理效率比較高?！?.1知識及知識表示二.幾種主要的知識表示方法1.狀態(tài)空間基于解答空間的問題表示和求解方法就是狀態(tài)空間法。它是把求解的問題表示成問題狀態(tài)、操作、約束、初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)。狀態(tài)空間就是所有可能的狀態(tài)的集合。求解一個問題就是從初始狀態(tài)出發(fā)，不斷應(yīng)用可應(yīng)用的操作，在滿足約束的條件下達到目標(biāo)狀態(tài)。問題求解過程就可以看成是問題狀態(tài)在狀態(tài)空間的移動。§2.1知識及知識表示二.幾種主要的知識表示方法2.謂詞邏輯法

采用一階謂詞邏輯表示知識，是一種敘述性的知識表示方法。它的推理機制采用歸結(jié)原理，主要用于自動定理證明?！?.1知識及知識表示二.幾種主要的知識表示方法3.語義網(wǎng)絡(luò)法采用結(jié)點與結(jié)點之間的弧表示對象、概念及其相互之間的關(guān)系，現(xiàn)已廣泛用于基于知識的系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)中，常與產(chǎn)生式規(guī)則一起共同表示知識?！?.1知識及知識表示二.幾種主要的知識表示方法4.框架表示把對象或概念的所有信息和知識都存儲在一起的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，框架的層次結(jié)構(gòu)可以表示對象之間的相互關(guān)系。在專家系統(tǒng)中，也常與產(chǎn)生式規(guī)則一起共同表示知識。§2.1知識及知識表示二.幾種主要的知識表示方法5.劇本表示用于描述固定的事件序列，結(jié)構(gòu)類似與框架，不同的是，劇本更強調(diào)事件之間的因果關(guān)系。劇本中描述的事件形成了一個巨大的因果鏈，鏈的開始是一組進入條件，它使劇本中的第一個事件得以發(fā)生。鏈的末尾是一組結(jié)果，它使后繼事件得以發(fā)生。與框架相比，框架是一種通用的結(jié)構(gòu)，劇本則對某些專門知識更為有效?！?.2狀態(tài)空間法

把求解的問題表示成問題狀態(tài)、操作、約束、初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)。狀態(tài)空間就是所有可能的狀態(tài)的集合。求解一個問題就是從初始狀態(tài)出發(fā)，不斷應(yīng)用可應(yīng)用的操作，在滿足約束的條件下達到目標(biāo)狀態(tài)。問題求解過程就可以看成是問題狀態(tài)在狀態(tài)空間的移動。從初始到目標(biāo)狀態(tài)所使用的算符序列就得到該問題的一個解?！?.2狀態(tài)空間法一、問題狀態(tài)描述1.狀態(tài)：為描述某類不同事物間的差別而引入的一組最少變量q0，q1，…，qn的有序集合，矢量形式如下：

Q=[q0，q1，…，qn]T

式中每個元素qi(i=0，1，…，n)為集合的分量，稱為狀態(tài)變量。給定每個分量的一組值就得到一個具體的狀態(tài)，如

Qk=[q0k，q1k，…，qnk]T§2.2狀態(tài)空間法一、問題狀態(tài)描述2.操作符：使問題從一種狀態(tài)變化為另一種狀態(tài)的手段。操作符可分為走步、過程、規(guī)則、數(shù)學(xué)算子、運算符號或邏輯符號等。3.問題的狀態(tài)空間是一個表示該問題全部可能狀態(tài)及其關(guān)系的圖。記為三元狀態(tài)(S、F、G)

其中：S所有可能的問題初始狀態(tài)集合

F操作符集合

G目標(biāo)狀態(tài)集合舉例：8數(shù)碼問題的狀態(tài)空間§2.2狀態(tài)空間法二、狀態(tài)圖示法為了便于理解，可以用有向圖來描述(解釋).狀態(tài)：用節(jié)點來表示算符：用有向弧來表示狀態(tài)空間問題求解，實際上就是搜索某個狀態(tài)空間以求得操作符序列的一個解答的過程。Q0Q1Q2Q3Q11Q12Q13f1f2f3f1f2§2.2狀態(tài)空間法三、狀態(tài)空間表示舉例猴子摘香蕉問題房間內(nèi)有一只猴子、一個箱子和一束香蕉，香蕉掛在天花板下方，猴子碰不到它，猴子怎樣才能摘到香蕉呢？cba采用狀態(tài)空間法來表示用用四元列表（W,x,Y,z）來表示問題狀態(tài)其中： W：猴子的水平位置

x：當(dāng)猴子在箱子頂上時取1，否則取0 Y：箱子的水平位置

z：猴子抓到香蕉時取1，否則取0操作：⑴goto(U)猴子走到水平位置u(W,0,Y,z)goto(U)(U,0,Y,z)

⑵pushbox(v)猴子把箱子推到水平位置v(W,0,W,z)pushbox(V)(V,0,V,z)

采用狀態(tài)空間法來表示用⑶climbbox猴子爬上箱頂

(W,0,W,z)climbbox(W,1,W,z)

⑷grasp猴子摘到香蕉

(c,1,c,0)grasp(c,1,c,1)

初始狀態(tài)(a,0,b,0)目標(biāo)狀態(tài) (c,1,c,1)

求解過程的狀態(tài)空間圖由此，把初始狀態(tài)變換為目標(biāo)狀態(tài)的操作序列為{goto(b),pushbox(c),climbbox,grasp}(a,0,b,0)(U,0,b,0)(b,1,b,0)(V,0,V,0)(U,0,V,0)(c,1,c,0)(c,1,c,1)初始狀態(tài)goto(U)goto(U)U=bU=b,climbboxPushbox(V)goto(U)V=c,climbboxgoto(U)U=Vgrasp目標(biāo)狀態(tài)推薦習(xí)題設(shè)有3個傳教士和3個野人來到河邊，打算乘一只船從右岸渡到左岸去。該船的負(fù)載能力為兩人。在任何時候，如果野人人數(shù)超過傳教士人數(shù)，那么野人就會把傳教士吃掉。他們怎樣才能用這條船安全地把所有人都渡過河去？§2.3問題規(guī)約法

基本思想：已知問題的描述，通過一些列變換，把此問題最終變?yōu)橐粋€子問題集合，子問題的解可以直接得到，從而解決了初始問題。

實質(zhì)：從目標(biāo)出發(fā)逆向推理，逐步走向事實?！?.3.1問題規(guī)約一.問題引出

梵塔難題圓盤移動要求：每次只許移動一個，而且只能先搬動柱子頂部的圓盤，還不允許把尺寸較大的圓盤堆放在尺寸較小的原盤上123(b)目標(biāo)配置ABC123(a)初始配置ABC此問題可分解成：⑴AB移至柱子2123（111）123（122）CABABC⑵C移至柱子3123（122）CAB123（322）CAB123（322）CAB123（333）CAB⑶AB移至柱子3原始難題歸約(簡化）為3個難題

梵塔問題歸約圖(111)→(333)(122)→(322)(111)→(122)(322)→(333)(113)→(123)(111)→(113)(123)→(322)(322)→(321)(321)→(331)(331)→(333)§2.3.1問題規(guī)約

二.問題歸約描述組成：一個初始問題描述一套把問題變換為子問題的操作符一套原本問題描述具體問題描述可以有各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式，如：表列、樹、字符串、矢量、數(shù)組。所有問題歸約的目的是最終產(chǎn)生具有明顯解答的本原問題。為分析方便，一般采用與或圖來模擬歸約過程…§2.3.2與或圖表示

一.與或圖1.將要解決的問題用節(jié)點表示，起始節(jié)點對應(yīng)原始問題。2.將算符應(yīng)用于節(jié)點，產(chǎn)生子問題節(jié)點。算符作為有向弧，同時將各弧用小弧線連接，這些節(jié)點稱為與節(jié)點。3.將不同算符應(yīng)用于節(jié)點，產(chǎn)生的子問題節(jié)點，稱為或節(jié)點。4.子問題節(jié)點為本原問題，則為終葉結(jié)點。ABCDEFH§2.3.2與或圖表示

三.搜索過程1.可解結(jié)點⑴終葉節(jié)點是可解節(jié)點（因為它們與本原問題相關(guān)連）⑵如果某個非終葉節(jié)點含有或后繼節(jié)點，那么只有當(dāng)其后繼節(jié)點至少有一個是可解的時，此非終葉節(jié)點才是可解的。⑶如果某個非終葉節(jié)點含有與后繼節(jié)點，那么只有當(dāng)其后繼節(jié)點全部為可解時，此非終葉節(jié)點才是可解的?！?.3.2與或圖表示

三.搜索過程2.不可解結(jié)點⑴沒有后裔的非終葉節(jié)點是不可解節(jié)點。⑵如果某個非終葉節(jié)點含有或后繼節(jié)點，那么只有當(dāng)全部后裔節(jié)點為不，此非終葉節(jié)點才是不可解的。⑶如果某個非終葉節(jié)點含有與后繼節(jié)點，那么只有當(dāng)其后裔節(jié)點至少有一個為不可解時，此非終葉節(jié)點才是不可解的§2.3.2與或圖表示

三.搜索過程3.求解過程一個問題的求解過程是由生成與或圖的足夠部分，并證明起始節(jié)點是有解而得以完成的?！?.4謂詞邏輯法

基本思想：采用謂詞合適公式和一階謂詞演算把要解決的問題變?yōu)橐粋€有待證明的問題，然后采用消解定理與消解反演來證明一個新語句是從已知的正確語句導(dǎo)出的，從而證明了這個新語句是正確的，主要用于自動定理證明，是一種敘述性的知識表示方法。缺點：難于表達過程性知識和啟發(fā)性知識?！?.4.1一階謂詞邏輯一、合式公式謂詞邏輯的合法表達式，由原子公式、連接詞和量詞組成1.原子公式：最基本的合適公式，由謂詞、括號和括號中的項組成，其中項可以是常量、變量和函數(shù)。例：“盒子在桌子上”這一事實用原子公式表示為

ON(BOX，TABLE)“張某比王某的哥哥高”

TALLER[ZHANG，brother(WANG)]一般常量用大寫字母，變量用小寫字母表示不確定的個體§2.4.1一階謂詞邏輯一個事實可以用多種形式的原子公式表示例：“盒子是藍色的”可以表示成

BULE(BOX)COLOR(BOX，BLUE)VALVE(COLOR，BOX，BLUE)針對一個合適公式，可以規(guī)定其中的謂詞、常數(shù)和函數(shù)與論域中的關(guān)系、實體和函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，從而建立起一個解釋。這樣當(dāng)該公式在論域?qū)?yīng)的語句為真時，該公式舊有值“真”?！?.4.1一階謂詞邏輯2.連接詞用來組合原子公式以形成較復(fù)雜的合適公式⑴“∧”合取P、Q為合適公式，則P∧Q表示P與Q的合取，P、Q稱為合取項；當(dāng)P、Q均為“真”值時，P∧Q取值”真“，否則“假”⑵“∨”析取P、Q為合適公式，則P∨Q表示P與Q的析取，P、Q稱為析取項；當(dāng)P、Q有一個為“真”值時，P∨Q取值”真“，否則“假”⑶“

”蘊涵P、Q為合適公式，P

Q稱為蘊涵，P為前項、Q為后項；后項取值為“真”或前項取值為“假”時，P

Q取值”真“，否則“假”⑶“

”否定

P稱為合適公式P的否定；當(dāng)P為真時，P取值“假”，否則“真”§2.4.1一階謂詞邏輯3.量化在有變量的合適公式中，加量詞以說明變量的范圍，稱為量化⑴全程量詞

P(x)為合適公式，在某個解釋下對論域中實體x的所有可能值P(x)都為“真”時，(x)P(x)

在該解釋下取值“真”。例：“所有的大象都是灰色的”

x[ELEPHANT(x)COLOR(x,GRAY)]方括弧內(nèi)的范圍為量詞作用范圍。⑵存在量詞

P(x)為合適公式，只要在某個解釋下對論域中實體x至少有一個值使P(x)為“真”，(x)P(x)

在該解釋下取值“真”。例：“有件東西在桌子上”

xON(x，TABLE)§2.4.1一階謂詞邏輯

合適公式中經(jīng)過量化的變量稱為約束變量，否則稱為自由變量。我們感興趣的主要是僅包含約束變量的公式，這樣的合適公式稱為句子。在一階謂詞邏輯中，只允許對變量進行量化，不允許對謂詞和函數(shù)進行量化?！?.4.1一階謂詞邏輯4.合適公式基本成分是原子公式，把原子公式用連接詞組合起來仍然是合適公式；量化合適公式中的變量所得的公式也是合適公式。對于復(fù)雜的合適公式，可以用圓括弧、方括弧和花括弧作為合適公式組的分界。例：“張某送給屋里的人每人一件禮物”(y)[IN(y，ROOM)∧HUMAN(y)]

(x)[GIVE(ZHANG，x，y)]∧PRESENT(x)]§2.4.1一階謂詞邏輯課后練習(xí)§2.4.1一階謂詞邏輯二、合式公式的性質(zhì)兩個合適公式，無論如何解釋，其真值表都是相同的，則稱其為等價，用“≡”表示。1.否定之否定

(P)≡PP∨Q≡PQ3.狄.摩亙定律

(P∨Q)≡

P∧

Q

(P∧Q)≡

P∨

Q4.分配律P∧(Q∨R)≡(P∧Q)∨(P∧R)P∨(Q∧R)≡(P∨Q)∧(P∨R)§2.4.1一階謂詞邏輯5.交換律P∧Q≡Q∧PP∨Q≡Q∨P6.結(jié)合律P∧(Q∧R)≡(P∧Q)∧RP∨(Q∨R)≡(P∨Q)∨R7.逆否率

PQ≡

QP§2.4.1一階謂詞邏輯8.

(x)P(x)≡(x)[

P(x)]

(x)P(x)

≡(x)[

P(x)]9.(x)[P(x)∧Q(x)]

≡(x)P(x)∧(x)Q(x)](x)[P(x)∨Q(x)]

≡(x)P(x)∨(x)Q(x)]10.(x)P(x)

≡(y)P(y)(x)P(x)≡(y)P(y)說明合適公式中的約束變量用哪一個符號是不重要的，它可以用任意一個不出現(xiàn)在公式中的其它變量符號代替?！?.4.2置換與合一有兩個重要的推理規(guī)則

假元推理W1和W1W2產(chǎn)生W2全程化推理

xW(x)產(chǎn)生W(A)A為任意常量符號推理過程中同時應(yīng)用兩個規(guī)則

x[W1(x)W2(x)]和W1(A)生成W2(A)這就是我們尋找的A對x的置換，使W1(A)與W1(x)一致。§2.4.2置換與合一一.置換1.置換：就是在表達式中用置換項置換變量

例：s={z/x，w/y}P[x，f(y)，B]s=P(z，f(w)，B)2性質(zhì)⑴(Ls1)s2=L(s1s2)L為公式⑵(s1s2)s3=s1(s2s3)s1、s2、s3為置換一般說來，置換是不可交換的即S1S2≠S2S1§2.4.2置換與合一二.合一1.合一：尋找項對變量的置換，以便兩個表達式一致2.表達式集{Ei}是可合一的如果存在一個置換s，使E1s=E2s=E3s…S稱為{Ei}的合一者例：{P[x，f(y)，B]，P[x，F(xiàn)(B)，B]}的合一者為s={A/x,B/y}因為P[x，f(y)，B]s=P[x，F(xiàn)(B)，B]s=P[A，F(xiàn)(B)，B]§2.4.2置換與合一如果s是{Ei}的任一合一者，又存在某個s’使得

{Ei}s={Ei}gs’成立，則稱g為{Ei}的最通用合一者，記為mgu上述例子中最一般合一者

g={B/y}§2.4.2置換與合一3.合一算法分歧集：設(shè)有一非空有限公式集F={F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n}，從F中各公式的第一個符號同時向右比較，直至發(fā)現(xiàn)第一個彼此不盡相同的符號止，從F的各個公式中取出那些以第一個不一致符號開始的最大的子表達式為元素，組成一個集合D，稱為F的分歧集?！?.4.2置換與合一合一算法設(shè)F為非空有限表達式集合，則可按下列步驟求其mgu:⑴置k=0，F(xiàn)k=F，gk=

(空置換，即不含元素的置換)⑵若Fk只含有一個表達式，則算法停止，gk就是所求的mgu⑶找出的Fk分歧集Dk⑷若Dk中存在元素ak和tk，其中ak是變元，tk是項目，且ak不在其中出現(xiàn)，則置

gk+1=gk+{tk/ak}Fk+1=Fk{tk/ak}k=k+1，轉(zhuǎn)⑵⑸算法停止，F(xiàn)的mgu不存在§2.4.2置換與合一例：求公式集

F={p(a，x，f(g(y)))，P(z，h(z，u)，f(u))}解：由上述合一算法，首先置

K=0，F(xiàn)0=F，g0=

F0不是單一表達式，有D0={a，z}

其中z是變元，且不在a中出現(xiàn)，所以有

g1=g0+{a/z}=

+{a/z}={a/z}F1=F0{a/z}={p(a，x，f(g(y)))，P(a，h(a，u)，f(u))}k=1§2.4.2置換與合一F1不是單一表達式，有D1={x，h(a，u)}

其中x是變元，且不在h(a，u)中出現(xiàn)，所以有

g2=g1+{h(a，u)/x}={a/z}+{h(a，u)/x}={a/z，h(a，u)/x}F2=F1{h(a，u)/x}={p(a，h(a，u)，f(g(y)))，P(a，h(a，u)，f(u))}k=2§2.4.2置換與合一F2不是單一表達式，有D2={g(y)，u}

其中u是變元，且不在g(y)中出現(xiàn)，所以有

g3=g2+{g(y)/u}={a/z，h(a，u)/x}+{g(y)/u}={a/z，h(a，u)/x，g(y)/u}F3=F3{g(y)/u}={p(a，h(a，u)，f(g(y)))}k=3F3已是單一表達式，所以

g3={a/z，h(a，u)/x，g(y)/u}

是F的最一般合一者§2.4.3小結(jié)一.謂詞邏輯法是應(yīng)用最廣的方法之一，其原因是：謂詞邏輯與數(shù)據(jù)庫，特別是關(guān)系數(shù)據(jù)庫就有密切的關(guān)系。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，邏輯代數(shù)表達式是謂詞表達式之一。因此，如果采用謂詞邏輯作為系統(tǒng)的理論背景，則可將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)擴展改造成知識庫。一階謂詞邏輯具有完備的邏輯推理算法。如果對邏輯的某些外延擴展后，則可把大部分的知識表達成一階謂詞邏輯的形式。（知識易表達）………..§2.4.3小結(jié)一.謂詞邏輯法是應(yīng)用最廣的方法之一，其原因是：………..謂詞邏輯本身具有比較扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，知識的表達方式?jīng)Q定了系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。因此，對知識表達方式的嚴(yán)密科學(xué)性要求就比較容易得到滿足。這樣對形式理論的擴展導(dǎo)致了整個系統(tǒng)框架的發(fā)展。邏輯推理是公理集合中演繹而得出結(jié)論的過程。由于邏輯及形式系統(tǒng)具有的重要性質(zhì)，可以保證知識庫中新舊知識在邏輯上的一致性（或通過相應(yīng)的一套處理過程檢驗）、和所演繹出來的結(jié)論的正確性。而其它的表示方法在這點上還不能與其相比?！?.4.3小結(jié)二.存在問題： 謂詞表示越細，推力越慢、效率越低，但表示清楚。實際中是要折衷的?！?.5語義網(wǎng)絡(luò)法邏輯和產(chǎn)生式表示方法常用于表示有關(guān)領(lǐng)域中各個不同狀態(tài)間的關(guān)系。然而用于表示一個事物同其各個部分間的分類知識就不方便了。語義網(wǎng)絡(luò)是Quillian等人在1968年提出的，最初用于描述英語的詞義，它采用節(jié)點與節(jié)點之間的弧表示對象、概念及其相互之間的關(guān)系，目前已廣泛用于基于知識的系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)中常與產(chǎn)生式規(guī)則一起共同表示知識。語義網(wǎng)絡(luò)從數(shù)學(xué)意義上說就是一種帶有標(biāo)記的有向圖，語義網(wǎng)絡(luò)同一階邏輯有相同的表達能力§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法一.語義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)有節(jié)點和節(jié)點之間的弧組成，一般節(jié)點用于表示物理實體、概念或狀態(tài)，弧表示他們之間的相互關(guān)系。例：MYCHARLEATHERCHARFURNITURESEATTANBROWNMEPERSONAKOISAPARTISACOLORAKOCOVERINGOWNERISA§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法其中“ISA”和“AKO”是語義網(wǎng)絡(luò)中常用的關(guān)系“ISA”表示某一個個體是某一集合的一個元素，讀為“是…的一個實例”“AKO”(A-KINF-OF)表示一個集合是另一個集合的子集合其余關(guān)系“ISPART”、“OWNER”、“COLOR”與“COVERING”表示節(jié)點對象的屬性MYCHARLEATHERCHARFURNITURESEATTANBROWNMEPERSONAKOISAPARTISACOLORAKOCOVERINGOWNERISA§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法二.多元語義網(wǎng)絡(luò)的表示從本質(zhì)上講，節(jié)點之間的連接是二元關(guān)系，要想讓語義網(wǎng)絡(luò)表示多元關(guān)系，要把多元關(guān)系轉(zhuǎn)化成一組二元關(guān)系的組合或二元關(guān)系的合取。需要引入附加節(jié)點。例：北京大學(xué)和清華大學(xué)籃球隊在北大進行了一場比賽的比分是85比89。G25BUGAME83-89TUISASCOREHOMETEAMVISITINGTEAM§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法說明：允許節(jié)點既可以表示一個物體或一組物體，也可以表示情況和動作，每種情況節(jié)點可以有一組向外的弧(事例弧)，稱為事例框，用以說明與該事例有關(guān)的各種變量。G25BUGAME83-89TUISASCOREHOMETEAMVISITINGTEAM§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法三.邏輯關(guān)系的表示

1.合?。阂粋€節(jié)點連結(jié)著的弧，在不加說明的情況下，各個弧是合取關(guān)系。例：JohugaveMarythebookG1MARYGIVEB23JohnISAOBJECTRECIPIENTGIVERBOOKB23表示一件給人的東西§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法三.邏輯關(guān)系的表示

2.析?。涸谡Z義網(wǎng)絡(luò)中，通過在析取關(guān)系的連接上加注析取界限，并標(biāo)記Dis來表示析取關(guān)系。例：ISA(A，B)∨PART-OF(B，C)BCADISPART-OFISA§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法三.邏輯關(guān)系的表示例：JohnisaprogrammerorMaryisalawyerOC1OCCUPATIONEVENTSJohnCONJDISISAOC2ProgrammerLowyerMaryCONJISAWORKERWORKERPROFESSORPROFESSOR為了避免混亂，嵌套在DIS界限內(nèi)的合取關(guān)系，要同時標(biāo)注合取界限CONJ§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法三.邏輯關(guān)系的表示

3.否定：可以采用

ISA和PART-OF關(guān)系或標(biāo)注NEG界限來表示否定關(guān)系。 例：

(AisaB)(BpartofC)(ISA(A,B)∧PART-OF(B,C))BCANEGPART-OFISABAISABC

PART-OF§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法三.邏輯關(guān)系的表示

4.蘊涵：在語義網(wǎng)絡(luò)中,用ANTE界限標(biāo)注先決條件,CONST標(biāo)注結(jié)果,并用一個虛線將其相連,以此表示蘊涵。 例：Everyonewholivesat37MapleStreetisaprogrammer.YADDRESSANTEISA37-MAPLEXOCCUPATIONO(x,y)PROGRAMMERISALOCPERSONPROFESSIONCONSTWORKER§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法三.邏輯關(guān)系的表示

YADDRESSANTEISA37-MAPLEXOCCUPATIONO(x,y)PROGRAMMERISALOCPERSONPROFESSIONCONSTWORKERY是一個特定的地址事件，用PERSON鏈與x節(jié)點相連，x表示與此事件相關(guān)的人們，是一個變量。O(x,y)節(jié)點代表一個特定的職業(yè)事件，以x和y的skolem函數(shù)的形式來表示§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法三.邏輯關(guān)系的表示

5.量化：存在量詞在語義網(wǎng)絡(luò)中，直接用ISA鏈來表示。 例：ThedogbitthepostmanPBITEVICTINASSAILIANTISABDOGISADPOSTMAN攻擊者ISA受害者D節(jié)點表示特定的狗，P表示特定的郵遞員，B表示特定的咬人事件?！?.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法三.邏輯關(guān)系的表示

5.量化：全程量詞是通過將語義網(wǎng)絡(luò)分割成空間分層集合，每個空間相應(yīng)于一個或幾個變量的范圍來表示的

例：Everydoghasbittenapostman謂詞邏輯

xDOG(x)x[postman(y)∧BITE(x，y)]

PBITEVICTINASSAILIANTISABDOGISADPOSTMAN攻擊者ISA受害者GGS

ISAFORM§2.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法三.邏輯關(guān)系的表示

PBITEVICTINASSAILIANTISABDOGISADPOSTMAN攻擊者ISA受害者GGS

ISAFORMG為斷言，有兩部分第一部分為斷言本身，說明斷言的關(guān)系，叫做格式(FORM)

第二部分代表全稱量化的特殊鏈，一根鏈可表示一個全程化的變量。GS節(jié)點是一個概念節(jié)點，表示具有全程化的一般事件，G是GS的一個實例?！?.5.1語義網(wǎng)絡(luò)表示法三.邏輯關(guān)系的表示例：Everydoghasbittenapostman

PBITEVICTINASSAILIANTISABDOGISADPOSTMAN攻擊者ISA受害者GGS

ISAFORM

§2.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程

語義網(wǎng)絡(luò)表示法是依匹配來進行推理的，根據(jù)提出的問題可構(gòu)成局部網(wǎng)絡(luò)，其中有的結(jié)點或弧的標(biāo)注是空的，表示有待解決，依據(jù)這個局部網(wǎng)絡(luò)來到知識庫中尋找匹配的網(wǎng)絡(luò)，以便求得問題的解答。語義網(wǎng)絡(luò)中的推理過程主要有兩種，一種是繼承，一種是匹配。§2.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程一.有關(guān)術(shù)語值節(jié)點：鏈尾部的節(jié)點槽：取不同名字的鏈例：BRICKTOYBRICK12REDISACOLOR磚塊BRICK12有兩個槽一個顏色槽有一個值RED

一個ISA槽有兩個值BRICK和TOY§2.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程二.繼承繼承：把對事物的描述從概念節(jié)點或類節(jié)點傳遞到實例節(jié)點。例：WEDGESHAPE這種推理過程，類似與人的思維過程，一旦知道了某種事物的身份以后，可以聯(lián)想起很多關(guān)于這件事物的一般描述。WEDGE18TRIANGULARBLOCKBRICKBRICK12RECTANGULARSHAPEISAISAAKOAKO§2.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程

一共有3種繼承過程：值繼承、“如果需要”繼承和“默認(rèn)”繼承1.值繼承利用LSA和AKO鏈表示的類成員關(guān)系以及子類和類之間的關(guān)系實現(xiàn)繼承值繼承程序(在合適的節(jié)點尋找合適的槽)設(shè)F是給定的節(jié)點，S是給定的槽⑴建立一個由F以及所有和F以LSA鏈相連的類節(jié)點的表，其中F節(jié)點排在第1⑵檢查表中第一個元素的S槽中有值，直到表為空或找到一個值§2.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程⑵檢查表中第一個元素的S槽中有值，直到表為空或找到一個值

(a)如果表中第一個元素在S槽中有值，就認(rèn)為找到了一個值。

(b)否則，從表中刪除第一個元素，并把AKO鏈與此第一個元素相連的節(jié)點，加入到這個表的末尾。

(c)如果找到了一個值，那就說這個值是F節(jié)點的S槽的值，否則宣布失敗。值繼承過程所進行的是寬度優(yōu)先搜索。在一個槽中可能有不止一個值，可能發(fā)現(xiàn)一個以上的值，這些所有發(fā)現(xiàn)的值都要記錄?！?.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程2.“如果需要”繼承利用已知的信息，計算出槽值，進行計算的程序稱為if-needed程序。為此需要改進點-槽-值的結(jié)構(gòu)，允許槽有幾種類型的值，這樣，每個槽又可以有若干個側(cè)面，以儲存這些不同類型的值，值存放在“值側(cè)面”中，if-needed程序存放在if-needed側(cè)面中?！?.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程舉例：BLOCKBLOCK-WEIGHTPROCEDUREBRICKBRICK1240011WEIGHT(If-NEEDED)AKOISAVOLUMEDENSITY其中計算重量的If-NEEDED程序如果在VOLUME(體積)和DENSITY(密度)槽中有值⑴把這兩個槽中值的乘積放入WEIGHT槽中⑵把上述乘積記下作為結(jié)點的重量值If-NEEDED側(cè)面中的程序也可以被繼承§2.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程“如果需要”繼承程序設(shè)F是給定的節(jié)點，S是給定的槽⑴建立一個由F以及所有和F以LSA鏈相連的類節(jié)點的表，其中F節(jié)點排在第一位。⑵檢查表中第一個元素的S槽的If-NEEDED側(cè)面中是否存有一個過程，直到表為空或找到一個成功的If-NEEDED過程為止。

(a)如果側(cè)面中存有一個過程并且如果這個過程產(chǎn)生一個值，就認(rèn)為已找到一個值。

(b)否則，從表中刪除第一個元素，并把AKO鏈與此第一個元素相連的節(jié)點，加入到這個表的末尾。⑶如果一個過程找到一個值，那么就找到的值是F節(jié)點的槽值，否則宣布失敗。§2.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程3.“默認(rèn)”繼承具有相當(dāng)程度的真實性，又不能十分肯定的值稱為“默認(rèn)”值，被放入槽的DEFAULT側(cè)面中。

WEDGEWEDGE18BRICKBLOCKBRICK12BLUEREDISAISAAKOAKOCOLOR(DEFAULT)COLOR(DEFAULT)§2.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程“默認(rèn)”繼承程序設(shè)F是給定的節(jié)點，S是給定的槽⑴建立一個由F以及所有和F以LSA鏈相連的類節(jié)點的表，其中F節(jié)點排在第一位。⑵檢查表中第一個元素的S槽的DEFAULT側(cè)面中是否有值，直到表為空或找到一個默認(rèn)值為止。

(a)如果表中第一個元素的S槽的DEFAULT側(cè)面中有值，就認(rèn)為已找到了一個值。

(b)否則，從表中刪除第一個元素，并把AKO鏈與此第一個元素相連的節(jié)點，加入到這個表的末尾。

(c)如果找到了一個值，那么就找到的值是F節(jié)點的S槽的默認(rèn)值?！?.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程三.匹配主要針對涉及多部分組成事物的推理例：TOY-HOUSEPARTPARTSTRUCTURE35WEDGE18BRICK12PARTPARTWEDGEBRICKISASUPPORTSUPPORT§2.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程由于STRUCTRE35是TOY-HOUSE的一個實例在TOY-HOUSE中BRICK和WEDGE有SUPPORT關(guān)系由于WEDGE18與TOY-HOUSE中的WEDGE匹配

BRICK12與TOY-HOUSE中的BRICK匹配它們之間有SUPPORT關(guān)系§2.5.2語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程§2.6框架表示法基本觀點：人腦已存儲有大量的典型情景，當(dāng)人們面臨新的情景時，就從記憶中選擇(相匹配)一個稱作框架的基本知識結(jié)構(gòu)，這個框架是以前記憶的一個知識空框，而其具體內(nèi)容依新的情景而改變，對這個空架的細節(jié)加工、修改和補充，形成對新情景的認(rèn)識又記憶于人腦中。框架是把關(guān)于一個對象或概念的所有信息和知識都存儲在一起的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。框架是一種結(jié)構(gòu)化表示法?！?.6.1框架的構(gòu)成一.框架的一般結(jié)構(gòu)＜框架名＞＜槽名1＞

＜側(cè)面11＞＜值111＞┉

＜側(cè)面12＞＜值121＞┉┋

＜槽名2＞

＜側(cè)面21＞＜值211＞┉

＜側(cè)面22＞＜值221＞┉┋

＜側(cè)面nm＞＜值nm1＞┉框架通常是由描述事物的各個方面的槽組成，每個槽可以擁有若干個側(cè)面，而每個側(cè)面又可以擁有若干個值。§2.6.1框架的構(gòu)成舉例：汽車框架示例

Name:汽車

super-class：運載工具

sub-class：轎車、小轎車、客貨兩用車車輪個數(shù)：

Value-class：

整數(shù)

default：4

Value：未知長度：

Value-class：

浮點數(shù)

unit：米

Value：未知┉其中每個槽表示對象的一個屬性，槽的值就是對象的屬性值，它可以是具體值，還可以是另一個框架，還可以附加過程?！?.6.1框架的構(gòu)成上例中槽“super-class”和“sub-class”分別表示該對象的超類和子類各個框架之間可通過超類、子類關(guān)系和成員關(guān)系形成一個層次結(jié)構(gòu)例：運載工具汽車飛機輪船轎車┉車1小轎車客貨兩用車子類關(guān)系┉┉成員關(guān)系§2.6.1框架的構(gòu)成二.框架表示的特點1.框架可為實體屬性、關(guān)系和默認(rèn)值等提供顯式的表示，其中提供默認(rèn)值特別重要，它相當(dāng)于人類根據(jù)以往的經(jīng)驗對情況的預(yù)測，非常適合于表示常識性知識，在推理過程中遇到不知道的情況，可用默認(rèn)值代替，這樣比較接近人類的推理。2.容易附加過程信息，槽的過程附件不僅提供了附加的推理機制，還可進行矛盾檢測，用于知識庫的一致性維護。3.框架的層次結(jié)構(gòu)提供了繼承特性?？蚣艿膶傩约案郊舆^程都可以從高層次的框架繼承下來，與語義網(wǎng)絡(luò)類似，應(yīng)用繼承性可以實現(xiàn)高效的推理§2.6.2框架的推理除匹配和特性繼承外，由于框架用于描述固定格式的事物、動作和事件，因此可以在新的情況下，推出未被觀察到的事實。一.推理途徑1.框架包含它所描述的情況或物體的多方面的信息，這些信息可以被引用，就象已經(jīng)直接觀察到這些信息一樣。例：訪問一個ROOM框架時，無論是否有證據(jù)說明屋子里有門，都可以推論出，在屋子離至少有一個門。§2.6.2框架的推理2.框架包含物體必須具有的屬性。在填充框架的各個槽時，要用到這些屬性。建立對某一情況的描述要求先建立對此情況的各個方面的描述。與描述這種情況的框架中的各個槽有關(guān)的信息，可用來指導(dǎo)如何建立這些方面的描述。3.框架描述他們所代表的概念的典型事例。如果某一情況在很多方面和一個框架相匹配，只有少部分相互之間存在不同之處，這些不同之處很可能對應(yīng)于當(dāng)前情況的重要方面，也許應(yīng)該對這些不同之處作出解釋。例：一個椅子被認(rèn)為有4條腿，如果某一椅子只有3條腿，那么或許這把椅子需要修理。§2.6.2框架的推理2.框架包含物體必須具有的屬性。在填充框架的各個槽時，要用到這些屬性。建立對某一情況的描述要求先建立對此情況的各個方面的描述。與描述這種情況的框架中的各個槽有關(guān)的信息，可用來指導(dǎo)如何建立這些方面的描述。3.框架描述他們所代表的概念的典型事例。如果某一情況在很多方面和一個框架相匹配，只有少部分相互之間存在不同之處，這些不同之處很可能對應(yīng)于當(dāng)前情況的重要方面，也許應(yīng)該對這些不同之處作出解釋。例：一個椅子被認(rèn)為有4條腿，如果某一椅子只有3條腿，那么或許這把椅子需要修理?！?.6.2框架的推理二.框架的選擇在以某種方式應(yīng)用框架以前，首先要確認(rèn)這個框架是適用于所研究的情況的，這時可以利用一定數(shù)量的部分證據(jù)來初步選擇侯選框架，這時候選框架就被具體化，以建立一個描述當(dāng)前情況的實例。用框架來具體體現(xiàn)一個特定情況的過程中，碰到障礙時，有下列辦法：⑴選擇最佳匹配⑵繼續(xù)應(yīng)用當(dāng)前框架⑶查詢框架中專門保存的鏈以提出應(yīng)朝哪個方向進行試探的建議⑷沿著框架系統(tǒng)排列的層次結(jié)構(gòu)向上移動，直到找到一個足夠通用，并不與已有事實矛盾的框架?！?.7劇本表示

用于描述固定的事件序列，結(jié)構(gòu)類似與框架，不同的是，劇本更強調(diào)事件之間的因果關(guān)系。劇本中描述的事件形成了一個巨大的因果鏈，鏈的開始是一組進入條件，它使劇本中的第一個事件得以發(fā)生。鏈的末尾是一組結(jié)果，它使后繼事件得以發(fā)生。與框架相比，框架是一種通用的結(jié)構(gòu)，劇本則對某些專門知識更為有效?！?.7劇本表示一.劇本的構(gòu)成1.開場條件給出在劇本中描述的事件發(fā)生的前提條件2.角色用來表示在劇本所描述的事件中可能出現(xiàn)的有關(guān)人物的一些槽3.道具用來表示在劇本所描述的事件中可能出現(xiàn)的有關(guān)物體的一些槽4.場景描述事件發(fā)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(jié)果給出在劇本所描述的事件發(fā)生以后通常所產(chǎn)生的結(jié)果§2.7劇本表示舉例：餐廳劇本1.開場條件⑴顧客餓了，需要進餐⑵顧客有足夠的錢2.角色顧客、服務(wù)員、廚師、老板3.道具食品、桌子、菜單、錢4.場景⑴進入餐廳

Ⅰ顧客進入餐廳

Ⅱ?qū)ふ易雷?/p>

Ⅲ在桌子旁坐下§2.7劇本表示4.場景⑵點菜

Ⅰ.服務(wù)員給顧客菜單

Ⅱ.顧客點菜

Ⅲ.顧客把菜單還給服務(wù)員

Ⅳ.顧客等待服務(wù)員送菜⑶等待

Ⅰ.服務(wù)員把顧客所點的菜告訴廚師

Ⅱ.廚師做菜⑷吃菜

Ⅰ.廚師把做好的菜給服務(wù)員

Ⅱ.服務(wù)員給顧客送菜

Ⅲ.顧客吃菜§2.7劇本表示4.場景⑸離開

Ⅰ.服務(wù)員拿來帳單

Ⅱ.顧客付錢給服務(wù)員

Ⅲ.顧客離開餐廳5.結(jié)果⑴顧客吃了飯，不餓了⑵顧客花了錢⑶老板爭了錢⑷餐廳食品少了§2.7劇本表示二.劇本的推理運用劇本可以預(yù)測沒有明顯提及的事件的發(fā)生例：“昨晚約翰到了餐廳，他訂了牛排，當(dāng)他要付款時錢已用完，因為下雨了，所以他趕緊回家了?！碧釂枺骸白蛲?，約翰吃飯了嗎？”借助于餐廳劇本，可以回答：“他吃了”§2.7劇本表示二.劇本的推理但一旦一個典型的事件被中斷，也就是給定情節(jié)中的某個事件與劇本中的事件不能對應(yīng)時，則劇本便不能預(yù)測被中斷以后的事件了。例：“約翰走進餐廳，他被帶到餐桌前，訂了一大塊牛排之后，他坐在那兒等了許久，于是他生氣地走了。”此時不能斷定其是否吃了飯

劇本結(jié)構(gòu)，比起框架這樣的一些通用結(jié)構(gòu)來，要呆板得多，知識表達的范圍也很窄，因此不適用于表達各種知識，但對于表達預(yù)先構(gòu)思好的特定知識，如理解故事情節(jié)等是非常有效的?！?.8本體技術(shù)（OntologyTechnoloy）2.8.1本體的概念本體是共享概念的明確的形式化規(guī)范說明.四層含義:概念化（cerptualization）明確（explicit）形式化（formal）共享（share）概念化涉及通過標(biāo)示某個現(xiàn)象的相關(guān)概念而得到的這個現(xiàn)象的抽象模型。顯式地指出所用的概念的類型，以及定義概念所使用的約束。形式化是指本體應(yīng)該是機器可讀的。共享反映了這樣一個觀念，即本體獲取了一致的知識，它不是某個個體私有的，而是可以被一個群體所接受的。2.8.1本體的概念

通俗地講,本體是用來描述某個領(lǐng)域甚至更廣范圍內(nèi)的概念以及概念之間的關(guān)系,使得這些概念和關(guān)系在共享的范圍內(nèi)具有大家共同認(rèn)可的明確的唯一的定義,這樣,人機之間以及機器之間就可以進行交流.本體就是通過對于概念、術(shù)語及其相互關(guān)系的規(guī)范化描述，勾畫出某一領(lǐng)域的基本知識體系和描述語言。Ontology的提出在根本上是由于交流的需要而產(chǎn)生的。§2.8.1本體的概念形式定義定義1領(lǐng)域空間(domainspace)定義為<D,W>，其中D表示領(lǐng)域，W表示D中最大事物狀態(tài)（或可能世界）的集合。定義2概念關(guān)系(conceptualrelation)<D,W>上的n元概念關(guān)系定義為

n:W2Dn，是從集合W到域D中所有n元關(guān)系集合的映射，即全函數(shù)。定義3概念化(conceptualization)域D的概念化是一個有序三元組C=<D,W,?>，其中<D,W>為領(lǐng)域空間，?

為<D,W>上概念關(guān)系的集合。§2.8.1本體的概念定義4意圖結(jié)構(gòu)(intendedstructure)W,SC是可能世界關(guān)于C的意圖結(jié)構(gòu)，SC=<D,RC>,其中RC=<(

)|

?>，表示?中概念關(guān)系的關(guān)于

的外延集合。

符號SC表示概念化C的所用意圖世界結(jié)構(gòu)，SC=<SC

|W>定義5模型(model)假設(shè)邏輯語言L具有詞匯表V，詞匯表V由常量符號集合和謂詞符號集合構(gòu)成。邏輯語言L的模式定義為結(jié)構(gòu)<S，I>，其中S=<D,R>，表示一個世界結(jié)構(gòu)，I：V

D

R表示一個解釋函數(shù)，把V中的常量符號映射為D中的元素，把V中的謂詞符號映射為R中的元素?！?.8.1本體的概念定義6本體承諾(ontologicalcommitment)邏輯語言L的一個本體承諾K=<C,?>定義為L的一個內(nèi)涵解釋模型，其中C=〈D,W,?〉，?：V

D

?表示一個解釋函數(shù)，把V中的常量符號映射為D中的元素，把V中的謂詞符號映射為R中的元素。

如果K=<C,?>是邏輯語言L的本體承諾，稱邏輯語言L通過本體承諾K承諾于概念化C，同時C是K的基本概念化。已知邏輯語言L和其詞匯表V，K=<C,?>是邏輯語言的本體承諾，則模型<S,I>與K兼容需要滿足以下條件：SSC;對每一個常量c,I(c)=?(c);存在一個可能世界

，對每一個謂詞符號p，滿足I把謂詞映射為?(p)允許的外延。即存在一個概念上的關(guān)系

，滿足?(p)=(

)=I(p).§2.8.1本體的概念定義7意圖模型(intendedmodel)邏輯語言L的所有與K兼容的模型M(L)構(gòu)成一個集合，稱為L關(guān)于K的內(nèi)涵模型，記作IK(L).

給定邏輯語言L和其本體承諾K=<C,?>，L的本體是按照使本體的模型集合最逼近于L關(guān)于K的內(nèi)涵模型集合的方式設(shè)計的公理系統(tǒng)。定義8本體(ontology)本體是一種說明形式化詞匯內(nèi)涵的邏輯理論，即一種詞匯世界特定概念化的本體承諾。使用該詞匯表的邏輯語言L的內(nèi)涵模型受本體承諾K的約束?！?.8.1本體的概念語言L、本體O與概念化C之間關(guān)系示意圖。概念化C語言L承諾K=<C,?>本體O模型M(L內(nèi)涵模型IK(L)2.8.2本體的組成與分類一、本體的組成一個完整的本體應(yīng)由概念、關(guān)系、函數(shù)、公理和實例五類基本元素構(gòu)成。本體的組成概念：除一般意義上的概念外，也可以是任務(wù)、功能、行為、策略、推理過程等。關(guān)系：表示概念之間的一類關(guān)聯(lián)。函數(shù)：是一種特殊關(guān)系，其中第n個元素對于前面n-1個元素是唯一確定的。一般用F:C1

…

Cn-1

Cn表示。公理：用于描述一些永真式。具體地說，公理是領(lǐng)域中在任何情況下都成立的斷言。實例：屬于某個概念的具體實例，特定領(lǐng)域的所用實例構(gòu)成領(lǐng)域概念類在該領(lǐng)域中的指稱域。2.8.2本體的組成與分類實例：

FORALLPerson1,Person2Person1:Researcher[cooperatesWith->>Person2]

Person2:Researcher[cooperatesWith->>Person1]

FORALLPerson1,Publication1Publication1:Publication[author->>Person1]

Person1:Personr[Publication->>Publication1]2.8.2本體的組成與分類二、本體的分類知識表示本體：是指在一個特定的知識表示體系中，用來獲取對知識進行形式化的表達元詞(即詞根)的本體。通用常識本體：不依賴于特定的問題或?qū)W科領(lǐng)域，包括與事物、事件、時間、空間和地區(qū)等相關(guān)的詞匯表。領(lǐng)域本體：是專業(yè)性的本體，被表示的知識是針對特定學(xué)科領(lǐng)域的。語言學(xué)本體：是指關(guān)于語言、詞匯等的本體。任務(wù)本體：既依賴于某個特定領(lǐng)域又依賴于某項課題的知識，與解決問題的方法相關(guān)聯(lián)。主要涉及動態(tài)知識，而不是靜態(tài)知識。2.8.3

本體的建模

一、本體建模方法

過程分為非形式化階段和形式化階段。

非形式化階段本體模型通過自然語言和圖表來描述，例如用概念圖表示本體，形成本體原型。

形式化階段通過知識表示語言（例如：RDF，DAML+OIL等）對本體模型進行編碼，形成便于人們交流的、無歧義的、可被軟件或Agent直接解釋的本體。2.8.3

本體的建模

以建立NUDT5本體（描述某信息系統(tǒng)與管理實驗室的狀況）為例，介紹甘唐(Gandon)提出的五階段法

階段1：數(shù)據(jù)收集和分析

從組織的文檔、報告中抽取有關(guān)的概念：“Something、Entity、Document、Person、OrganizationGroup、SomeRelation、Author、FamilyName、Title”2.8.3

本體的建模

階段2：建立一個字典

獲取這些概念的定義

Entity：獨立存在的能區(qū)別于其他東西的東西Document：包含可以表示思想的元素的實體Author：表示一個文檔被一個人創(chuàng)造的關(guān)系Title：指定一個文檔的文字2.8.3

本體的建模

階段3：對字典進行求精，建立內(nèi)容更豐富的表對概念進行分類，建立更詳細的表

類父類自然語言定義Something一種有形的、無形的或者抽象存在的東西EntitySomething獨立存在的能區(qū)別于其他東西的東西…………頂層概念表中間層概念表類父類自然語言定義DocumenEntity包含可以表示思想的元素的實體PersonEntity人類的一個單獨的個體…………2.8.3

本體的建模

關(guān)系領(lǐng)域范圍父輩關(guān)系自然語言定義SomeRelationSomething兩個事物之間屬于、連接、刻畫等抽象………………頂層關(guān)系表中間層關(guān)系表關(guān)系領(lǐng)域范圍父輩關(guān)系自然語言定義AuthorDocumentPersonSomeRelation表示一個文檔被一個人創(chuàng)造的關(guān)系TitleDocumentLiteral(RDF)SomeRelation指定一個文檔的文字………………2.8.3

本體的建模

本體概念的層次結(jié)構(gòu)SomethingDocumentPersonOrganizationGroupLocationActivityTopicEntityArticalBookReportEngineerEmployeeMultiAgentSystemTopicScienceFictionTopic2.8.3

本體的建模

本體關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)AuthorTitlehasWritedFamilynameFirstNameyBirthDateSomeRelationIsInterestedByHireDateEmployedByOrganizedByDesignationSituatedSomeRelationHasForWorkInterestHasForPersonalInterestHasPhoneNumInludeIsMemberOfCreationDateConcernSomeRelationHasForActivity2.8.3

本體的建模

階段4：用RDFS(RDFSehema，描述資源的一種定義語言)語言描述上述各表rdfs和rdf是W3C定義的兩個RDFS<?xmlversion="1.0"encoding=“ISO-9999-9"?><rdf:RDFxmlns:rdfs=/2000/01/rdf-schema#xmlns:rdf="/1999/02/22-rdf-syntax-ns#">

本體分為三層：頂層概念和關(guān)系、中間層概念和關(guān)系、擴展層概念和關(guān)系。其中頂層本體是最抽象的一層，它對于所有的問題和領(lǐng)域都是可以重用的；中間層本體對于相似領(lǐng)域都可以重用的；擴展層本體只是在本領(lǐng)域內(nèi)可用，對于其他領(lǐng)域，需要重新建立這部分本體。2.8.3

本體的建模

階段5：定義關(guān)系的代數(shù)屬性，定義知識的推理規(guī)則

<rdf:Propertyrdf:ID=“Author"><rdfs:inverserdf:resource=“#hasWrited”/></rdf:Property><rdf:Propertyrdf:ID=“hasWrited"><rdfs:inverserdf:resource=“#Author”/></rdf:Property>本體NUDTS的建立過程個體層個體擴展層SomethingEntitySomeRelationDocumenPersonTopicAuthorTitle概念層SomethingEntityDocumenPersonTopicSomeRelationSomSomAuthorTitleDocDocPerLitMultiAgentSystemTopicScienceFictionTopic2.8.3

本體的建模

二、本體建模語言建立了本體之后，應(yīng)該按照一定的規(guī)范格式對本體進行描述和存儲，用來描述本體的語言稱為本體描述語言。它應(yīng)該滿足以下要求：(1)良好定義的語法；(2)良好定義的語義；(3)有效的推理支持；(4)充分的表達能力(5)便于表達2.8.3

本體的建模

二、本體建模語言具體描述本體的方法很多，按照表示和描述的形式化的程度不同，可以將本體分為：完全非形式化本體、半非形式化本體、半形式化本體和嚴(yán)格形式化的本體。自然語言、框架、語義網(wǎng)絡(luò)或邏輯語言等都可以用來描述本體。本體建模語言大致可分為兩類：