第二章 知識(shí)表示方法(三)

第二章知識(shí)表示方法

第五節(jié)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示

?語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的基本概念

耳什么是語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

＞語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是一種用實(shí)體及其語(yǔ)義關(guān)系來(lái)表達(dá)知識(shí)的有向圖。

■帶標(biāo)志的有向圖

■語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是知識(shí)的一種結(jié)構(gòu)化圖解表示方法

■由節(jié)點(diǎn)（node）和弧線或鏈線組成

＞節(jié)點(diǎn)：表示實(shí)體，表示各種事物、概念、情況、屬性、狀態(tài)、事件、動(dòng)作等。

＞弧線：代表語(yǔ)義關(guān)系，表示它所連接的兩個(gè)實(shí)體之間的語(yǔ)義聯(lián)系

＞在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)和弧都必須有標(biāo)志，用來(lái)說(shuō)明它所代表的實(shí)體或

語(yǔ)義。

＞語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

■詞法：詞匯表中允許有哪些符號(hào)，它涉及各個(gè)節(jié)點(diǎn)和弧

■結(jié)構(gòu)：符號(hào)排列的約束條件，指定各弧線連接的節(jié)點(diǎn)對(duì)

■過(guò)程：訪問(wèn)過(guò)程，這些過(guò)程能用來(lái)建立和修正描述，以及回答相關(guān)問(wèn)題

■語(yǔ)義：確定有關(guān)節(jié)點(diǎn)的排列及其占有物和對(duì)應(yīng)弧線

＞從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)一般由一些最基本的語(yǔ)義單元組成。這些最基本的語(yǔ)義

單元被稱為語(yǔ)義基元。語(yǔ)義基元可用如（節(jié)點(diǎn)1,弧，節(jié)點(diǎn)2）這樣一個(gè)三元組來(lái)

描述。它的結(jié)構(gòu)可以用一個(gè)基本網(wǎng)元來(lái)表示。

＞基本網(wǎng)元：指一個(gè)語(yǔ)義基元對(duì)應(yīng)的有向圖。

例如：若有語(yǔ)義基元（A,R,B）,其中，A、B分別表示兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，R表示A與B之間的

某種語(yǔ)義聯(lián)系，則它所對(duì)應(yīng)的基本網(wǎng)元如下圖所示：

R

A--------->B

當(dāng)把多個(gè)語(yǔ)義基元用相應(yīng)的語(yǔ)義聯(lián)系關(guān)聯(lián)到一起就形成了語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中弧的方向

是有意義的，不能隨意調(diào)換。

》語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)與謂詞邏輯

＞語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示和謂詞邏輯表示有著對(duì)應(yīng)的表示能力。從邏輯上看，一個(gè)基本網(wǎng)元

相當(dāng)于一組二元謂詞。三元組（節(jié)點(diǎn)1,弧，節(jié)點(diǎn)2）可用謂詞邏輯表示為P（節(jié)

點(diǎn)1,節(jié)點(diǎn)2）,其中弧的功能由謂詞完成。

4基本語(yǔ)義關(guān)系

＞實(shí)例關(guān)系：即一個(gè)事物是另一個(gè)事物的具體例子。例如"我是一個(gè)人"。弧上的

語(yǔ)義標(biāo)記為"ISA",即為"isa",含義為"是一個(gè)"。

＞分類關(guān)系（泛化關(guān)系）：表示一個(gè)事物是另一個(gè)事物的一個(gè)成員，體現(xiàn)的是子類

H

與父類的關(guān)系，弧的語(yǔ)義標(biāo)記為"AKO",即為akindofo

AKOII

鳥-----------------H動(dòng)物

＞成員關(guān)系：體現(xiàn)個(gè)體與集體的關(guān)系，表示一個(gè)事物是另一個(gè)事物的成員型?；〉?/p>

語(yǔ)義標(biāo)志為"A-Member-of*'。

----------|A_Member_Of------------

李-------J黨員

上述關(guān)系的主要特征一屬性繼承，處在具體層的結(jié)點(diǎn)可以繼承抽象層結(jié)點(diǎn)的所有屬性。

＞包含關(guān)系（聚類關(guān)系）：是指具有組織或結(jié)構(gòu)特征的"部分與整體”之間的關(guān)

系。弧的語(yǔ)義標(biāo)志為“Part-o『。跟分類關(guān)系最主要區(qū)別在于包含關(guān)系一般不具備

屬性的繼承性。

Part-of

手----------------A人

＞屬性關(guān)系：指事物和其屬性之間的關(guān)系，一個(gè)結(jié)點(diǎn)是另一個(gè)結(jié)點(diǎn)的屬性值。常用的

屬性關(guān)系有：Is,Can等；或具體的屬性名詞。

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A擁有關(guān)系：Have,Own

Has

李---------*Car

＞時(shí)間關(guān)系：表示時(shí)間上的先后次序關(guān)系。常用的時(shí)間關(guān)系有:

■Before：表示一個(gè)事件在另一個(gè)事件之前發(fā)生

■After：表示一個(gè)事件在另一個(gè)事件之后發(fā)生

Before

唐朝------------1宋朝

＞位置關(guān)系：是指不同的事物在位置方面的關(guān)系，常用的有:

■Located-on：表示某一物體在另一物體上面

■Located-at：表示某一物體所處的位置

■Located-under：表示某一物體在另一物體下方

■Located-inside:表示某一物體在另一物體內(nèi)

■Located-outside:表示某一物體在另一物體外

當(dāng)把多個(gè)基元用相應(yīng)語(yǔ)義關(guān)聯(lián)在一起時(shí)，就可以得到一個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

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?語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法的應(yīng)用

府語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示一元關(guān)系

＞所謂一元關(guān)系就是一些最簡(jiǎn)單、最直觀的事物或概念，例如"雪是白的"、"天

是藍(lán)的"。

■具體的表示就如同上面"我是一個(gè)人"這個(gè)例子，這就是一個(gè)一元關(guān)系。

■再例如，"狗能吃，會(huì)跑"

府語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示二元關(guān)系

首先讓我們用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示一些簡(jiǎn)單的事實(shí)。

例如：

(1)所有的燕子(swallow)都是鳥(bird)。建立兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，SWALLOW和

BIRD,分別表示燕子和鳥。兩節(jié)點(diǎn)以"是一個(gè)"(ISA)鏈相連，如圖2.17(a)所示。

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(2)再如，我們希望表示小燕(xiaoyan)是一只燕子。那么，只需要在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)上

增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)(XIAOYAN)和一根ISA鏈，如圖圖2.17(b)所示。

(3)除了按分類學(xué)對(duì)物體進(jìn)行分類以外，人們通常需要表示有關(guān)物體性質(zhì)的知識(shí)。例

如，要用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示鳥有翹膀的事實(shí)，我們可按圖2.17(c)來(lái)建立語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。

＞事物與概念的表示

■例如：動(dòng)物能吃、能運(yùn)動(dòng)

鳥是一種動(dòng)物，鳥有翅膀、會(huì)飛

魚是一種動(dòng)物，魚生活在水中、會(huì)游泳

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＞情況的表示：

由西蒙斯（Simmons）和斯洛克姆（Slocum）提出來(lái)的方法允許節(jié)點(diǎn)既可以表示一個(gè)

物體或一組物體,也可以表示情況和動(dòng)作。每一情況節(jié)點(diǎn)可以有一組向外的弧（事例

?。?，稱為事例框,用以說(shuō)明與該事例有關(guān)的各種變量。

例如，應(yīng)用具有事例弧的情況節(jié)點(diǎn)表示“小燕從春天到秋天占有一個(gè)巢"這個(gè)事實(shí)的

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)就如圖所示。圖中設(shè)立了"占有權(quán)-1"（OWN-1）節(jié)點(diǎn)，表示小燕有自己的

巢。當(dāng)然，小燕還可以有其它東西。所以，占有權(quán)-1只是占有權(quán)（ownership）的一個(gè)

實(shí)例。而占有權(quán)又只是一種特定的"情況"（situation）。小燕是占有權(quán)-1的一個(gè)特定

的“物主"（owner）,而巢-1是占有權(quán)-1的一個(gè)特定的“占有物"（ownee）。小燕

占有"占有權(quán)-1"的時(shí)間從春天（spring）到秋天（fall春天"和"秋天"又被

定為"時(shí)間"（time）的實(shí)例。

＞事件和動(dòng)作的表示：

用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示事件或動(dòng)作時(shí)需要設(shè)立一個(gè)事件節(jié)點(diǎn)。事件節(jié)點(diǎn)有一些向外引出的

弧，表示動(dòng)作的主體和客體。

例如，"我給他一本書"

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府多元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的表示

＞基本網(wǎng)絡(luò)單元只能表示一元或二元語(yǔ)義關(guān)系，如何處理多元語(yǔ)義呢？

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，只能表示二元關(guān)系。解決這個(gè)矛盾的一種方法是把這個(gè)

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。具體來(lái)說(shuō)，多元關(guān)系

R(XI,X2,...,Xn)總可以轉(zhuǎn)換成

R(Xll,X12)AR2(X21,X22)A...ARn(Xnl,Xn2)

■例如，要表達(dá)北京大學(xué)(BEIJINGUniversity，簡(jiǎn)稱BU)和清華大學(xué)

(TSINGHUAUniversity，簡(jiǎn)稱TU)兩?；@球隊(duì)在北大進(jìn)行的一場(chǎng)比賽的比分是

85比89。若用謂詞邏輯可表示為SCORE(BU,TU,(85—89))。要在語(yǔ)義網(wǎng)

絡(luò)中進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換需要引入附加節(jié)點(diǎn)。對(duì)于上述球賽，我們可以建立一個(gè)G25節(jié)

點(diǎn)來(lái)表示這場(chǎng)特定的球賽。然后，把有關(guān)球賽的信息和這場(chǎng)球賽聯(lián)系起來(lái)

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■例如，三根線a,b,c組成一個(gè)三角形。這可表示成TRIANGLE(a,b,c)。這個(gè)

三元關(guān)系可轉(zhuǎn)換成一組二元關(guān)系的合取，即

CAT(a,b)ACAT(b,c)ACAT(c,a)其中,CAT表示串彳亍連接。

?連接詞和量化的表示

＞合取

多元關(guān)系可以被轉(zhuǎn)換成一組二元關(guān)系的合取，從而可以用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的形式表示出來(lái)。

例如：JohngaveMarythebook這個(gè)事實(shí)，可用謂詞邏輯表示為GIVE(JOHN,

MARY,BOOK)

其中包括3項(xiàng)。若用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示這個(gè)事實(shí)，就如圖2.22所示。其中引入了一個(gè)附加

的節(jié)點(diǎn)G1,表示一個(gè)特定的給某人東西的事件。B23表示一件給人的東西。與節(jié)點(diǎn)

G1相連的鏈GIVER、OBJECT以及RECIEPIENT之間是合取關(guān)系。因此，在語(yǔ)義網(wǎng)

絡(luò)中，如不加標(biāo)志，就意味著連接之間的關(guān)系是合取。

＞析取

在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中，為與合取關(guān)系相區(qū)別，在析取關(guān)系的連接上加注析取界限，并標(biāo)記

DIS0例如要表示ISA(A,B)vPART-OF(B,C)

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這時(shí)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)就如圖所示。如果沒有加注析取界限，則這個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)被解釋為

ISA(A,B)APART-OF(B,C)

當(dāng)2條(或多條)關(guān)系弧有邏輯"或”關(guān)系時(shí)，可以用虛線框?qū)⒃谶@些弧圍起來(lái)，并在

虛線框上加標(biāo)記DIS(disjunction)。

＞否定

為表示否定關(guān)系，我們可以采用~ISA和~PARTOF關(guān)系或標(biāo)注NEG界限，如圖所

示,其中(a)和(b)分別表示~(AisaB)和~(BpartofC).

FA

AB

Cb)

如果我們要用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示~[ISA(A,b)人PART-OF(B,C)]

一種方法可以利用狄?摩根定理使否定關(guān)系只作用于ISA和PART-OF關(guān)系。這時(shí)，仍

可利用~ISA和~PART-OF來(lái)表示這個(gè)事實(shí)。如果，不希望改變這個(gè)表達(dá)式的形式,

那么可以利用NEG界限，如圖所示

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1IEG

(c)

＞蘊(yùn)涵

在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中可用標(biāo)注ANTE和CONSE界限來(lái)表示蘊(yùn)涵關(guān)系。ANTE和CONSE界限

分別用來(lái)把與先決條件(antecedent)及與結(jié)果(consequence)相關(guān)的鏈聯(lián)系在一起

例如，“如果學(xué)校組織大學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)，那

么李強(qiáng)就參加比賽”,該蘊(yùn)涵關(guān)系的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)如下

圖。

?語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的推理過(guò)程

府語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的推理過(guò)程主要有兩種，一種是繼承，另一種是匹配。

府繼承：是指把對(duì)事物的描述從抽象節(jié)點(diǎn)傳遞到具體節(jié)點(diǎn)。通過(guò)繼承

(沿著ISA、AKO這些弧)可以得到所需節(jié)點(diǎn)的一些屬性值。繼承可

分為值繼承、如果需要繼承和缺省繼承等類型。

＞值繼承(ISA、AKO)：把知識(shí)從某一層直接傳遞到另一層，子節(jié)點(diǎn)直接繼承父節(jié)點(diǎn)

的屬性

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A"如果需要”繼承：某些情況下，對(duì)事物的描述不能直接從概念節(jié)點(diǎn)或類節(jié)點(diǎn)繼

承得到，但可利用已知信息來(lái)計(jì)算，這種計(jì)算程序稱為if-needed程序

假設(shè)我們希望計(jì)算圖中BRICK12節(jié)點(diǎn)的重量，BLOCK節(jié)點(diǎn)中的程序就根據(jù)

BRLCK12的體積和密度計(jì)算重量，并把計(jì)算結(jié)果存入BRICK12的WHIGHT槽的

值側(cè)面中

>“缺省"繼承：把具有相當(dāng)程度的真實(shí)性，但又不能十分肯定的值放入槽的

DEFAULT（缺省）側(cè)面中。例如，我們可以認(rèn)為法官可能是誠(chéng)實(shí)的，但不一定是；

或認(rèn)為寶石可能是很昂貴的，但不一定是。

>一般過(guò)程：

1.建立一個(gè)節(jié)點(diǎn)表，用來(lái)存放待解節(jié)點(diǎn)和所有以ISA、AKO等繼承弧于此節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)

點(diǎn)。初始情況下，節(jié)點(diǎn)表中只有待解節(jié)點(diǎn)。

2.檢查表中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否有繼承弧。若有則把該弧所指的所有節(jié)點(diǎn)放入節(jié)點(diǎn)表末

尾。記錄這些節(jié)點(diǎn)的屬性，并從節(jié)點(diǎn)表中刪除第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。若沒有則直接刪除第一個(gè)

節(jié)點(diǎn)。

3.重復(fù)第2步，直到節(jié)點(diǎn)表為空。

記錄下的全部屬性就是待解節(jié)點(diǎn)繼承來(lái)的屬性。

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求出鳥（待解節(jié)點(diǎn)）可以（Can）進(jìn)行的活動(dòng)？

①將鳥（待求解節(jié)點(diǎn)）加入節(jié)點(diǎn)表

②檢查第一個(gè)節(jié)點(diǎn)（鳥）的繼承弧，將繼承弧所指的節(jié)點(diǎn)（動(dòng)物）加入節(jié)點(diǎn)表，刪除第一

個(gè)節(jié)點(diǎn)（鳥）

③檢查第一個(gè)節(jié)點(diǎn)（動(dòng)物）的繼承弧，不存在繼承弧，刪除第一個(gè)節(jié)點(diǎn)（動(dòng)物），并記錄

第一個(gè)節(jié)點(diǎn)（動(dòng)物）Can對(duì)應(yīng)的屬性（運(yùn)動(dòng)，吃）。

故鳥Can運(yùn)動(dòng)和吃。

府匹配：是指在知識(shí)庫(kù)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中尋找與待求解問(wèn)題相符的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

模式。

＞根據(jù)待求解問(wèn)題的要求，構(gòu)造一個(gè)網(wǎng)絡(luò)片斷，該網(wǎng)絡(luò)片斷中有些結(jié)點(diǎn)或弧的標(biāo)識(shí)

是空的，稱為詢問(wèn)處，它反映的是待求解的問(wèn)題。

＞根據(jù)該語(yǔ)義片斷到知識(shí)庫(kù)中去尋找所需要的信息。

＞當(dāng)待求解問(wèn)題的網(wǎng)絡(luò)片斷與知識(shí)庫(kù)中的某語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)片斷相匹配時(shí)，則與詢問(wèn)處相

匹配的事實(shí)就是問(wèn)題的解。

例：假設(shè)系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中有下列語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。問(wèn)李在哪個(gè)公司工作。

解：根據(jù)這個(gè)問(wèn)題的要求，可構(gòu)造如下語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)片斷。到知識(shí)庫(kù)中匹配，找到下

圖的匹配片段，可知李為“理想公司”工作。

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?匹配

例：設(shè)在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中，存在下列事實(shí)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)："山西大學(xué)是一個(gè)

學(xué)校，位于太原市，建立時(shí)間是1902年"。這一事實(shí)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示如下：

太原市l(wèi)ocatedat—山西大學(xué)一ISA>學(xué)校

J建立于

1902年

假如要求解的問(wèn)題是：山西大學(xué)位于哪個(gè)城市？

解：首先將待求解的問(wèn)題表示成一個(gè)局部的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，如下圖：

?(locatedat—山西大學(xué)一ISA>學(xué)校

然后到語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中去匹配，就會(huì)找到相匹配的事實(shí)是“太原市"。

第六節(jié)框架表示

?框架的構(gòu)成

府框架理論

>框架理論認(rèn)為，我們對(duì)世間事物的認(rèn)識(shí)都是以類似框架的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在記憶中的。

當(dāng)遇到一個(gè)新事物就從記憶中找出一個(gè)合適的框架，并根據(jù)新的情況對(duì)齊細(xì)節(jié)加

以修改、補(bǔ)充，從而形成對(duì)這個(gè)新事物的認(rèn)識(shí)。

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＞用以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)新事物使人們常用的方法，但是我們又不可能把過(guò)往發(fā)生過(guò)的

所有經(jīng)驗(yàn)都存在腦海中，而只能用一種通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)把它們存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)新情

況發(fā)生的時(shí)候只需把新的數(shù)據(jù)添加到已有的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中便可以實(shí)例化一個(gè)具

體的實(shí)體。這種通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是框架。

＞框架也是一種語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，其中繼承性是其重要特性

府框架的構(gòu)成

框架是一種描述所討論對(duì)象（事物、事件、概念等）屬性和行為的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由以下

部分構(gòu)成：

＞框架名：每個(gè)框架都有一個(gè)框架名子，唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)框架。

＞槽（Slot）、槽名、槽值

■一個(gè)框架由若干個(gè)槽構(gòu)成，每個(gè)槽都有槽名；

■一個(gè)槽用于說(shuō)明框架某一方面的屬性；

■屬性的值即為槽值。

＞側(cè)面（Facet）、側(cè)面名、側(cè)面值

■一個(gè)槽有可能劃分為若干個(gè)側(cè)面，具有相應(yīng)的側(cè)面名；

■一個(gè)槽可能含有若干細(xì)分屬性，一個(gè)側(cè)面用來(lái)說(shuō)明其中的一個(gè)屬性；

■屬性的值即為側(cè)面值。

＞約束條件：用來(lái)約束、限制槽值、側(cè)面值的填寫。一般不單獨(dú)列出，而包含在值

的填寫約束中。

府常用槽

通常在框架系統(tǒng)中定義一些供用、常用且標(biāo)準(zhǔn)的槽名，并把這些槽名稱為系統(tǒng)預(yù)定

義槽名

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AISA槽：用于指出對(duì)象間抽象概念上的類屬關(guān)系。直觀意義是"是一個(gè)"，"是

一種"，"是一只"。一般情況下用ISA槽指出的聯(lián)系都具有繼承性

〈運(yùn)動(dòng)員〉

姓名：

年齡：

性別：

〈棋手〉

ISA:〈運(yùn)動(dòng)員〉

腦力：擅長(zhǎng)

>AKO槽：用于具體地指出對(duì)象間的類屬關(guān)系。直觀意義是"是一種"。當(dāng)用它作

為某下層框架的槽時(shí)，就明確地指出了該下層框架所描述的事務(wù)是其上層框架所

描述事務(wù)中的一種，下層框架可繼承上層框架中的值或?qū)傩?/p>

>Instance槽：表示AKO槽的逆關(guān)系。當(dāng)用它作為某上層框架的槽時(shí)，可在該槽中

指出它所聯(lián)系的下層框架。

〈運(yùn)動(dòng)員〉

Instance:〈棋手〉，〈足球運(yùn)動(dòng)員〉，〈排球運(yùn)動(dòng)員〉

年齡：

性別：

>Part-of槽：用于指出部分和全體的關(guān)系。當(dāng)用其作為某框架的一個(gè)槽時(shí)，槽中所

填的值稱為該框架的上層框架名，該框架所描述的對(duì)象只是其上層框架所描述對(duì)

象的一部分。

15

例如：汽車和輪胎。上層框架是對(duì)汽車的描述，下層框架是對(duì)輪胎的描述，顯然

輪胎是汽車的一部分。Part-of指出下層是上層的一個(gè)子結(jié)構(gòu)

＞Infer槽：指出兩個(gè)框架間的邏輯推理關(guān)系，可表示相應(yīng)的產(chǎn)生式規(guī)則

>Possible-Reason槽：與Infer槽相反

設(shè)有下面知識(shí)：如果咳嗽，發(fā)燒且流涕，則八成是患了感冒，需服用感冒膠囊，一日3

次，每次2-3粒。并要多喝開水。對(duì)該知識(shí)，可用如下兩個(gè)框架表示：

-

及新規(guī)則＞、

r〈結(jié)-論;〉

癥狀1：咳嗽

病名：感冒

癥狀2：發(fā)燒

癥狀3：流涕治療方法：月艮用感冒膠囊，一日3次，每次2-3拉

Infer：（結(jié)論〉注意事項(xiàng)：多喝開水

UT信度：0.8Possible-Reason：（含新規(guī)則〉

府框架網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)知識(shí)比較復(fù)雜時(shí)，往往需要通過(guò)各框架之間的橫向或縱向聯(lián)系形成一種框架系統(tǒng)。

＞框架之間的縱向聯(lián)系

指具有繼承關(guān)系的上下層框架之間的聯(lián)系；縱向聯(lián)系是通過(guò)定義槽名AKO、ISA來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

框架名：〈教師〉框架名：〈教職工〉

繼承：〈教職工〉繼承：〈師生員工〉

部門：?jiǎn)挝唬ㄏ?、教研室）工作類型：范圍（教師、干部、工人?/p>

語(yǔ)種：范圍（英語(yǔ)、法語(yǔ)、德語(yǔ)、日缺?。航處?/p>

語(yǔ)、俄語(yǔ)）開始工作時(shí)間：?jiǎn)挝唬?，月?/p>

缺?。河⒄Z(yǔ)健康狀況：范圍（健康、一般、差）

外語(yǔ)水平：范圍（優(yōu)、良、中、差）截止工作時(shí)間：?jiǎn)挝唬辏拢?/p>

缺?。毫既笔。含F(xiàn)在

研究方向：離退休狀況：范圍（離休、退休）

＞框架之間的橫向聯(lián)系

16

指以另外一個(gè)框架名作為一個(gè)槽的槽值或側(cè)面值建立起來(lái)的框架之間的聯(lián)系

框架名：〈師生員工〉

姓名：?jiǎn)挝唬ㄐ?，名?/p>

年齡：?jiǎn)挝唬q）

性別：范圍（男、女）

缺?。耗?/p>

健康狀況：范圍（健康、一般、差）

缺省：一般

住址：〈住址框架〉

缺?。和诵?/p>

》框架推理

在框架系統(tǒng)中，問(wèn)題求解主要是通過(guò)對(duì)框架的繼承、匹配與填槽來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

■問(wèn)題求解過(guò)程：

1.首先要把該問(wèn)題用框架表示出來(lái)。

2.然后利用框架之間的繼承關(guān)系，把它與知識(shí)庫(kù)中的已有框架進(jìn)行匹配，找出一個(gè)或多個(gè)候

選框架，并在這些候選框架引導(dǎo)下進(jìn)一步獲取附加信息，填充盡量多的槽值，以建立一個(gè)

描述當(dāng)前情況的實(shí)例。

3.最后再用某種評(píng)價(jià)方法對(duì)候選框架進(jìn)行評(píng)價(jià)，以決定是否接收該框架。

＞繼承

由于框架的槽包含多個(gè)側(cè)面，框架系統(tǒng)可以提供功能強(qiáng)大的特性繼承技術(shù)。

框架有三種側(cè)面：Value、If-Needed和If-Added

＞匹配

■將待解問(wèn)題用框架表示

匹配通過(guò)對(duì)相應(yīng)槽的槽名和值逐個(gè)比較實(shí)現(xiàn)

17

■比較往往牽涉到其它框架

■問(wèn)題的隨機(jī)性也使匹配復(fù)雜化

＞填槽

■查詢：中間結(jié)果或用戶輸入

■默認(rèn)

■繼承

■附加過(guò)程計(jì)算

第七節(jié)本體技術(shù)

?本體的概念

府本體是概念化的一個(gè)顯式的規(guī)范說(shuō)明或表示

府本體是概念化某些方面的一個(gè)顯式規(guī)范說(shuō)明或表示

府對(duì)"概念化”的形式解釋和規(guī)范說(shuō)明

在計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息科學(xué)領(lǐng)域，理論上，本體是指一種"形式化的，對(duì)于共享概

念體系的明確而又詳細(xì)的說(shuō)明"。本體提供的是一種共享詞表，也就是特定領(lǐng)域之中

那些存在著的對(duì)象類型或概念及其屬性和相互關(guān)系；或者說(shuō),本體就是一種特殊類型

的術(shù)語(yǔ)集，具有結(jié)構(gòu)化的特點(diǎn)，且更加適合于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中使用；或者說(shuō)，本體

實(shí)際上就是對(duì)特定領(lǐng)域之中某套概念及其相互之間關(guān)系的形式化表達(dá)(formal

representation)。本體是人們以自己興趣領(lǐng)域的知識(shí)為素材，運(yùn)用信息科學(xué)的本體論

原理而編寫出來(lái)的作品。本體一般可以用來(lái)針對(duì)該領(lǐng)域的屬性進(jìn)行推理，亦可用于定

義該領(lǐng)域(也就是對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行建模)。此外，有時(shí)人們也會(huì)將"本體"稱為"本體

論"。

府本體(Ontology)的概念源自于哲學(xué)領(lǐng)域，在哲學(xué)中的定義為"對(duì)世

界上客觀事物的系統(tǒng)描述，即存在論"。哲學(xué)中的本體關(guān)心的是客觀

18

現(xiàn)實(shí)的抽象本質(zhì)。而在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，本體可以在語(yǔ)義層次上描述知

識(shí)，可以看成描述某個(gè)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的一個(gè)通用概念模型。

4本體可定義為被共享的概念化的一個(gè)形式規(guī)范說(shuō)明

府這個(gè)定義包含了四層含義

(1)共享(share):指本體中體現(xiàn)的知識(shí)是共同認(rèn)可的，反映在領(lǐng)域中公認(rèn)的術(shù)語(yǔ)

集合。

(2)概念化(Conceptualization):指本體對(duì)于事物的描述表示成一組概念。

(3)明確性(Explicit):指本體中全部的術(shù)語(yǔ)、屬性及公理都有明確的定義。

(4)形式化(Formal):指本體能夠被計(jì)算機(jī)所處理，是計(jì)算機(jī)可讀的。

府本體通常用來(lái)描述領(lǐng)域知識(shí)。可以這樣理解它：本體是從客觀世界中

抽象出來(lái)的一個(gè)概念模型，這個(gè)模型包含了某個(gè)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的基本術(shù)

語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)之間的關(guān)系(或者稱為概念以及概念之間的關(guān)系)。本體不

等同于個(gè)體，它是團(tuán)體的共識(shí)，是相應(yīng)領(lǐng)域內(nèi)公認(rèn)的概念集合。

4本體的組成

＞概念(類)：描述領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際概念，既可是實(shí)際存在的事物，也可是抽象的概

念；如大學(xué)、電影、人等；

＞關(guān)系：用于描述類(概念)之間的關(guān)系；如part-of.kind-of等；

＞函數(shù)：是一類特殊的關(guān)系，在這種關(guān)系中前n-1個(gè)元素可以唯一決定第n個(gè)元素；

如mother-of關(guān)系就是一個(gè)函數(shù)，mother-of(x,y)表示y是x的母親，x可以唯

一確定它的母親y；

＞公理：代表本體內(nèi)存在的事實(shí)，可以對(duì)本體內(nèi)類或者關(guān)系進(jìn)行約束；如概念甲屬

于概念乙的范圍；

＞實(shí)例：表示具體某個(gè)類的實(shí)際存在；如鄭大是大學(xué)的一個(gè)實(shí)例；

19

*本體中類（概念）之間的四種基本關(guān)系

>part-of局部與整體的關(guān)系

>kind-of父類與子類之間的關(guān)系

>Instance-of在類中填充實(shí)例，類與實(shí)例之間的關(guān)系

>Attribute-of類的屬性,有對(duì)象屬性和數(shù)據(jù)屬性

府本體的分類

根據(jù)本體應(yīng)用主題，將本體劃分為五種類型：領(lǐng)域本體、通用或常識(shí)本體、知識(shí)本

體、語(yǔ)言學(xué)本體和任務(wù)本體。

依據(jù)本體的層次和領(lǐng)域依賴度，Guarino等人將其分為四類

■頂層本體：研究通用的概念以及概念之間的關(guān)系，如空間、時(shí)間、事件、行為等，與具體

的應(yīng)用無(wú)關(guān)，完全獨(dú)立于限定的領(lǐng)域，因此可以在較大范圍內(nèi)進(jìn)行共享。

■領(lǐng)域本體：研究的是特定領(lǐng)域內(nèi)概念及概念之間的關(guān)系。

■任務(wù)本體：定義一些通用任務(wù)或者相關(guān)的推理活動(dòng)，用來(lái)表達(dá)具體任務(wù)內(nèi)的概念及概念之

間關(guān)系。

■應(yīng)用本體：用來(lái)描述一些特定的應(yīng)用，既可以引用領(lǐng)域本體中特定的概念，又可以引用任

務(wù)本體中出現(xiàn)的概念。

府本體的構(gòu)建方法

20

本體的構(gòu)建方法多種多樣，常見的有如下幾種。

1、TOVE法：TOVE是指多倫多虛擬企業(yè)（TorontoVirtualEnterprise）專門用于構(gòu)建TOVE本

體（關(guān)于企業(yè)建模過(guò)程的本體）。

2、METHONTOLOGY法：專用于構(gòu)建化學(xué)本體（有關(guān)化學(xué)元素周期表的本體）。

3、骨架法：專門用于構(gòu)建企業(yè)本體，建立在企業(yè)本體基礎(chǔ)之上，是相關(guān)商業(yè)企業(yè)間術(shù)語(yǔ)和定

義的集合。

4、KACTUS工程法：是基于KACTUS項(xiàng)目而產(chǎn)生的，KACTUS是指關(guān)于多用途復(fù)雜技術(shù)系

統(tǒng)的知識(shí)建模工程。

5、七步法：斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院開發(fā)的七步法，用于領(lǐng)域本體構(gòu)建。七步驟為：確定領(lǐng)域本體

的范疇；復(fù)用現(xiàn)有的本體；列出領(lǐng)域內(nèi)的術(shù)語(yǔ)；定義類和類的等級(jí)關(guān)系；定義類的屬性；定義

屬性的分面；填充實(shí)例。

6、基于敘詞表的領(lǐng)域本體構(gòu)建：敘詞表又稱為主題詞表，是一種語(yǔ)義詞典，由術(shù)語(yǔ)及術(shù)語(yǔ)之

間的關(guān)系組成，能夠反映某學(xué)科領(lǐng)域的語(yǔ)義相關(guān)概念。由于敘詞表包含豐富的領(lǐng)域概念和一定

的語(yǔ)義關(guān)系，在表達(dá)和知識(shí)結(jié)構(gòu)上與本體有著天然聯(lián)系，包含了本學(xué)科比較完整的術(shù)語(yǔ)，因

此，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都在嘗試將敘詞表轉(zhuǎn)換為本體。國(guó)內(nèi)目前基于敘詞表已經(jīng)轉(zhuǎn)化成型的本體

原型有《國(guó)防科學(xué)技術(shù)敘詞表》和《中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)敘詞表》。

4本體的描述語(yǔ)言

本體的描述語(yǔ)言眾多，而W3c推薦的本體描述語(yǔ)言主要有RDF、RDFS和OWL。

1、RDF（ResourceDescriptionFramework,資源描述框架）

客觀世界中任何一種關(guān)系都可以用一個(gè)三元組（主體/主語(yǔ)、謂語(yǔ)、客體/賓語(yǔ)）來(lái)進(jìn)行

表達(dá)。RDF用于描述web上的資源，是使用XML語(yǔ)言編寫、計(jì)算機(jī)可讀的,不是為了向用戶

展示。RDF使用web標(biāo)識(shí)符（主體/主語(yǔ)）來(lái)標(biāo)記資源，使用屬性（謂語(yǔ)）和屬性值（客體/賓

語(yǔ)）來(lái)描述資源。這里的資源、屬性和屬性值就構(gòu)成了一個(gè)陳述（或者被稱為陳述中的主體、

謂語(yǔ)和客體）。

比如—個(gè)陳述：Theauthorofbookisfengxianhe.

這里，陳述的主體是book,謂語(yǔ)是author,客體是fengxianheo

21

本體中的類（概念）就是RDF三元組中的主體/客體，類的屬性就是RDF三元組中的

謂語(yǔ)。RDF數(shù)據(jù)也可以被表示為一個(gè)帶有標(biāo)記的有向圖，圖上的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)三元組中的主體和

客體，邊對(duì)應(yīng)謂語(yǔ)。

2、RDFS（RDFSchem,RDF詞匯描述語(yǔ)言）

RDFS是在RDF基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展而形成的本體語(yǔ)言，解決了RDF模型原有的缺

點(diǎn)，定義了類、屬性、屬性值來(lái)描述客觀世界，并且通過(guò)定義域和值域來(lái)約束資源，更加形象

化表達(dá)了知識(shí)。

3、OWL（WebOntologyLanguage,Web本體語(yǔ)言）

OWL是由W3c開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)本體語(yǔ)言,用來(lái)對(duì)本體進(jìn)行語(yǔ)義描述。OWL保持了原有

RDF、RDFS的兼容性，有保證率較好的語(yǔ)義表達(dá)能力，根據(jù)表達(dá)能力的增強(qiáng)順序OWL分為

三種子語(yǔ)言：OWL-Lite、OWL-DL和OWL-Full。OWL本體中有3中基本元素：類、屬性和

實(shí)例。

府本體的開發(fā)工具

大規(guī)模領(lǐng)域本體的構(gòu)建比較復(fù)雜，耗時(shí)耗力，而且需要具備領(lǐng)域背景知識(shí)的專家參

與。手工構(gòu)建一個(gè)規(guī)?；念I(lǐng)域本體是不可能的，為了方便領(lǐng)域本體的構(gòu)建，國(guó)外研

究機(jī)構(gòu)提出了半自動(dòng)化構(gòu)建領(lǐng)域本體的方法，借助流行的本體編輯工具protege。

protege是斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院基于Java語(yǔ)言編寫的，本體構(gòu)建工具，它提供了一個(gè)圖形

化和交互式的知識(shí)本體開發(fā)環(huán)境。支持RDF、RDFS、OWL等本體語(yǔ)言在系統(tǒng)外對(duì)本

體進(jìn)行編輯和修改。

22

第八節(jié)過(guò)程表示

?過(guò)程表示法的概念

概念

＞所謂過(guò)程表示法，就是把問(wèn)題求解的總目標(biāo)劃分為一個(gè)個(gè)過(guò)程(Procedure)目標(biāo)，再

結(jié)合知識(shí)利用環(huán)節(jié)確定為若干操作步驟，表示為一個(gè)個(gè)過(guò)程。每一個(gè)過(guò)程就是一

段程序，用于完成對(duì)一個(gè)具體事件或情況的處理。在問(wèn)題求解中，當(dāng)需要使用某

個(gè)過(guò)程時(shí)，就調(diào)用相應(yīng)的程序并執(zhí)行之。這樣，問(wèn)題的求解與推理，就轉(zhuǎn)換成為

一個(gè)又一個(gè)過(guò)程的程序組織與調(diào)用了。

＞簡(jiǎn)言之，依據(jù)問(wèn)題的求解目標(biāo)，按照事物的發(fā)展過(guò)程規(guī)律，用相關(guān)知識(shí)加以設(shè)計(jì)

和描述其求解過(guò)程的方法，稱之為過(guò)程表示法。

＞對(duì)比前述各種非過(guò)程表示法，往往只從個(gè)體動(dòng)作'自身行為的獨(dú)立作用和影響出

發(fā)，注重于個(gè)體環(huán)境的靜態(tài)描述。而過(guò)程表示法把問(wèn)題相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)、信息及

控制策略等，均隱含表示為一個(gè)或多個(gè)求解問(wèn)題的過(guò)程，并著重于動(dòng)態(tài)過(guò)程的描

述；具體描述其控制行為所導(dǎo)致的一系列狀態(tài)變遷,關(guān)注的是某個(gè)對(duì)象發(fā)出的看

干個(gè)連續(xù)操作而導(dǎo)致的過(guò)程目標(biāo)。

＞過(guò)程式不像陳述式那樣具有固定的形式，如何描述知識(shí)完全取決于具體的問(wèn)題

》舉例

這里以九宮問(wèn)題(又叫做八數(shù)碼難題)求解過(guò)程狀態(tài)的描述為例，來(lái)說(shuō)明過(guò)程表示法的

求解方法及其推理形式。如圖示，可用Xo~X8來(lái)標(biāo)記問(wèn)題中的九個(gè)小方格的對(duì)應(yīng)位

置，如圖⑵為問(wèn)題的目標(biāo)狀態(tài)Sg。其中，數(shù)字1?8是對(duì)應(yīng)棋子的名稱，中間的小方

格是可供移動(dòng)的空位。求解從任意初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的解路徑。

23

X1X2X3123

X8XoX484

X7X6Xs765

（1）任意初始狀態(tài)⑵目標(biāo)狀態(tài)Sg

步1,首先檢查棋盤布局，若So/Sg,則檢查XI處棋子是否為數(shù)碼1。是，則轉(zhuǎn)步

3；否則任意移動(dòng)棋牌，使棋子1和空格均不在X3位置上。

步2,按照?qǐng)D（a）所示的環(huán)形箭頭逆時(shí)針（或順時(shí)針）方向移動(dòng)空格，并依次移動(dòng)棋

牌，直到數(shù)碼1位于XI位置，空格位于X8位置時(shí)為止。

步3,保持Xl=l不動(dòng)，按照?qǐng)D（b）所示的箭頭方向（或相反方向）移動(dòng)棋子和空格,

直到數(shù)碼2位于X2位置，空格位于X0位置時(shí)為止。若這時(shí)剛好數(shù)碼3在X3位置

上，則轉(zhuǎn)第7步。

步4,按照?qǐng)D（c）所示環(huán)形的逆時(shí)針（或順時(shí)針）方向移動(dòng)空格，并依次移動(dòng)棋牌，直

到數(shù)碼3位于X0位置，空格位于X8位置時(shí)為止。

步5,按照?qǐng)D（d）所示的環(huán)形順時(shí)針方向移動(dòng)空格，并依次移動(dòng)棋牌，直到空格到

X0為止。

24

步6,按照?qǐng)D（e）所示的環(huán)形方向移動(dòng)空格,并依次移動(dòng)棋牌，直到空格又回到X8

為止。

步7,按照?qǐng)D（c）所示的環(huán)形方向，依次移動(dòng)空格，直到數(shù)碼4位于X4位置，空格

位于X0位置。若這時(shí)數(shù)碼5剛好位于X5位置上,則轉(zhuǎn)第11步。

步8,按照?qǐng)D（g）所示的環(huán)形方向移動(dòng)空格,并依次移動(dòng)棋牌，直到數(shù)碼5位于X0,

空格位于X8位置時(shí)為止。

步9,依次移動(dòng)棋牌，使得空格位置按照?qǐng)D（f）所示的環(huán)形方向移動(dòng)空格,并依次移動(dòng)

棋牌，直到空格位于X4位置時(shí)為止。這時(shí)，使數(shù)碼5插入X4位置,再使X6位置數(shù)

碼插入X0位置,則空格位于X6位置。

25

步io,按照?qǐng)D(f)所示的環(huán)形方向移動(dòng)空格,并依次移動(dòng)棋牌，直到數(shù)碼5位于

X5o

步11,按照?qǐng)D(g)所示的環(huán)形方向移動(dòng)空格,并依次移動(dòng)棋牌，直到狀態(tài)如圖

(21)_Sgl的目標(biāo)狀態(tài)，則問(wèn)題得解；否則可得到圖(22)_Sg2所示,說(shuō)明了所給初始狀

態(tài)達(dá)不到所要求的目標(biāo)狀態(tài)。

XX12X2X

XX(4)

XX0

XXXXX

U(4)

2__3X12X

(5)