人工智能-知识表示方法课件_002

第二章第二章 知知识表示方法表示方法2024/5/22内容内容简介介2.2 2.2 一一阶谓词逻辑表示法表示法2.3 2.3 产生式表示法生式表示法2.4 2.4 框架表示法框架表示法2.6 2.6 面向面向对象表示法象表示法62342.1 2.1 概述概述12.5 2.5 语义网网络表示法表示法52024/5/222.1.1 2.1.1 知知识知知知知识识定定定定义义 Feigenbaum Bernstein知识与信息不一样，知识信息经过加工整理、解释、挑选和改造而形成。简单地说，知识是经过加工的信息。知识是由特定领域的描述、关系和过程组成的。Hayes-Roth知识是事实、信念和启发式规则。从知识库的观点看，知识是某领域中所涉及的各有关方面的一种符号表示。BaconBacon知识就是力量2024/5/22知知识总之，可以认为知识是经过加工的信息，它包括事实、信念和启发式规则。2024/5/222.1.1 2.1.1 知知识 事事实 规则是关于对象和物体的知识，常以“是”的形式出现。事实是静态、可共享、可公开获得、公认的知识，位于知识库的底层有关问题中与事物的行动、动作相联系的因果关系知识，是动态的，常以“如果那么”形式出现。特别是启发式知识属于专门经验知识。控制控制有关问题的求解步骤、技巧性知识，告诉怎么做一件事。元知元知识有关知识的知识，是知识库中的高层知识。例如，怎样使用规则，解释规则、校验规则、解释程序结构等知识。它可以决定哪一个知识库适用。知知知知识识要素要素要素要素2024/5/222.1.1 2.1.1 知知识北京是中国的首都；太湖在北京是中国的首都；太湖在苏州的西州的西边怎怎样制作松鼠桂制作松鼠桂鱼；手机；手机维修法。修法。微分方程刻划了一个函数的行微分方程刻划了一个函数的行为。例如例如例如例如燕子低燕子低飞；南京是江；南京是江苏省的省会。省的省会。谜语“山叠叠而不高，路遥遥而不山叠叠而不高，路遥遥而不远，雷，雷轰轰而不雨，雪而不雨，雪飘飘而不寒而不寒”-（石磨）（石磨）一个一个计算机算机辅助教学系助教学系统要知道用要知道用户理解的理解的程度；程度；事事实性知性知识过程性知程性知识行行为性知性知识知知知知识识分分分分类类实例性知例性知识类比性知比性知识元知元知识2024/5/222.1.2 2.1.2 知知识表示表示选取知取知识表示的因素表示的因素l表示知识的范围是否广泛l是否适于推理l是否适于计算机处理l是否有高效的求解算法l能否表示不精确知识知知识表示的分表示的分类陈述性知述性知识表示表示：将知识表示与知识的运用分开处理，在表示知识时，并不涉及如何运用知识的问题，是一种静态的描述方法。如学生统计表。过程性知程性知识表示表示：将知识表示与知识的运用相结合，知识包含于程序中，是一种动态的描述方法。如转置矩阵的程序隐含了专职矩阵的知识。知知识表示的定表示的定义可看成是一组事物的约定，以把人类知识表示成机器能处理的数据结构。对知识进行表示的过程就是把知识编码成某种数据结构的过程。l能否在同一层次上和不同层次上模块化l知识和元知识能否用统一的形式表示l是否适合于加入启发信息l过程性表示还是说明性表示l表示方法是否自然返回返回2024/5/222.2 2.2 一一阶谓词逻辑表示法表示法一种重要的知一种重要的知识表示方法，它以数理表示方法，它以数理逻辑为基基础，是到目前，是到目前为止能止能够表达人表达人类思思维和推理的一种最精确的形式和推理的一种最精确的形式语言。它的表言。它的表现方式和人方式和人类自然自然语言非常接近，它能言非常接近，它能够被被计算机算机进行精确推理。行精确推理。一一一一阶谓词逻阶谓词逻辑辑表示法表示法表示法表示法2024/5/22相关概念相关概念2024/5/22命命题逻辑命命题逻辑就是研究命题和命题之间关系的符号逻辑系统。通常用大写字母P、Q、R、S等来表示命题。如：P：今天下雨 P是命题的名或命题标识符命命题常量常量：命题标识符表示一个确定的命题。命命题变元元：命题标识符只表示任意命题的位置标志。当命题变元P用一个特定的命题取代时，P才能确定真值，这时称为对P进行指派。命命题的分的分类原子命原子命题：不能分解成更简单的陈述语句。复合命复合命题：由联结词、标点符号和原子命题等复合构成的命题。命命题逻辑所谓命题就是具有真假意义的陈述句。如“今天下雨”、“1+100=101”，真或假用符号T或F表示。2024/5/22语法法2024/5/222024/5/22(1)命命题常元和命常元和命题变元是命元是命题公式，也称公式，也称为原子公式。原子公式。(2)如果P、Q是命题公式，那么P、PQ、PQ、PQ和PQ也是命题公式。(3)只有有限步引用（1）、（2）条款所组成的符号串是命题公式。5个联结词的优先级顺序为：、。命命题公式公式命命题符号包括以下几种符号包括以下几种(1)命命题常元：常元：True(T)或False(F)表示；(2)命命题符号符号：P、Q、R等；(3)连接接词：(否定，not)，P称为“非P”；(合取，conjunction)，PQ表示“PQ”；(析取，disjunction)，PQ表示“PQ”；(蕴含，implication)，PQ表示“P蕴含Q”，P称为蕴含的前件，Q称为蕴含的后件；(等价，equivalent)，PQ表示“P当且仅当Q”。2024/5/22联结词的的语义2024/5/222024/5/222024/5/22真真值表表联结词的的语义定定义如下如下 P为真，当且仅当P为假。PQ为真，当且仅当P和Q都为真。PQ为真，当且仅当P为真，或者Q为真。PQ为真，当且仅当P为假，或者Q为真。PQ 为真，当且仅当PQ为真，并且QP为真。PQPPQPQPQPQPQPQP PQ Q TTFTTTTTFFFTFFFTTFTTFFFTFFTT2024/5/22谓词一阶谓词逻辑根据对象和对象上的谓词(即对象的属性和对象之间的关系)，通过使用联结词和量词来表示世界。主要思想：世界是由对象组成的，可以由标识符和属性来区分它们。在这些对象中，还包含着相互间的关系。2024/5/22谓词语法法2024/5/222024/5/222024/5/22谓词逻辑的的语法元素表示法元素表示谓词用于刻画个体的性质、状态和个体之间关系的语言成分就是谓词。如，李静是研究生。Graduate(张静)谓词形式：P（x1,x2,xn）其中，P是谓词，x1,x2,xn是个体。2024/5/22一一阶或多或多阶谓词任何函数符号和谓词符号都取指定个数变元。若函数符号f中包含的个体数目为n，则称f为n元函数元函数符号符号。如father(x)是一元函数若谓词符号P中包含的个体数目为n，则称P为n元元谓词符号符号。如Less(x,y)是二元谓词。如果谓词P中的所有个体都是个体常量、变元或函数，则称该谓词为一一阶谓词；如果某个个体本身又是一个一阶谓词，则称P为二二阶谓词，依次类推。个体变元的取值范围称为个体域个体域。其可以是有限或无限的。2024/5/222.2.1 2.2.1 知知识的的谓词逻辑表示法表示法用谓词公式既可表示事物的状态、属性和概念等事实性的知识，也可表示事物间具有因果关系的规则性知识。用用谓词公式公式表示知表示知识的的一般步一般步骤2.根据所要表达的根据所要表达的事物或概念，事物或概念，为每个每个谓词中的中的变元元赋以特定的以特定的值。1.定定义谓词及个体，及个体，确定每个确定每个谓词及及个体的确切含个体的确切含义。3.根据所要表达的根据所要表达的知知识的的语义，用，用适当的适当的连接符将接符将各个各个谓词连接起接起来形成来形成谓词公式。公式。2024/5/222.2.2 2.2.2 谓词逻辑表示知表示知识举例例用谓词逻辑表示下列知识：张三是学生，李四也是学生。例例1 1第一步第一步第二步第二步第三步第三步定义谓词如下：ISStudent(x)：x是一个学生张三是个体 李四也是个体根据语义，用逻辑连接符连接ISStudent(张三)ISStudent(李四)将个体代入谓词中，得到 ISStudent(张三)，ISStudent(李四)2024/5/222.2.2 2.2.2 谓词逻辑表示知表示知识举例例用谓词逻辑表示下列知识：武汉是一个美丽的城市，但她不是一个沿海城市。如果马亮是男孩，张红是女孩，则马亮比张红长得高。例例2 2第一步第一步第二步第二步第三步第三步定义谓词如下：BCity(x)：x是一个美丽的城市 HCity(x)：x是一个沿海城市Boy(x):x是男孩 Girl(x):x是女孩 High(x,y):x比y长得高根据语义，用逻辑连接符连接BCity(wuhan)HCity(wuhan)(Boy(mal)Girl(zhangh)High(mal,zhangh)将个体代入谓词中，得到 BCity(wuhan),HCity(wuhan),Boy(mal),Girl(zhangh),High(mal,zhangh)2024/5/222.2.2 2.2.2 谓词逻辑表示知表示知识举例例2024/5/22用谓词逻辑表示下列知识：人人爱劳动。自然数都是大于零的整数。所有整数，不是偶数就是奇数。例例3 3第一步第一步第二步第二步第三步第三步定义谓词如下：MAN(x)：x是人 LOVE(x，y)：x爱y N(x):x是自然数 I(x):x是整数 E(x):x是偶数 O(x):x是奇数 GZ(x):x大于零根据语义，用逻辑连接符连接(x)(MAN(x)LOVE(x，labour)(x)(N(x)GZ(x)I(x)(x)(I(x)E(x)O(x)将个体代入谓词中，得到 LOVE(x，labour)2024/5/222.2.32.2.3一一阶谓词逻辑表示法特点表示法特点优优点点点点缺点缺点缺点缺点严密性密性易于易于实现知知识易表达易表达通用性通用性自然性自然性效率低效率低,过程冗程冗长灵活性差，不确定知灵活性差，不确定知识组合爆炸合爆炸返回返回2024/5/222.3 2.3 产生式表示法生式表示法 它使用它使用类似文法的似文法的规则。用。用该方法求解方法求解问题时的思路与人的思路与人类很相似。目前大部很相似。目前大部分的分的专家系家系统都采用都采用产生式系生式系统的的结构构来构建。来构建。产产生式知生式知生式知生式知识识表示方法表示方法表示方法表示方法19431943年由美国数学家年由美国数学家E.PostE.Post提出。提出。2024/5/22产生式系生式系统的的组成成2024/5/22产产生式系生式系生式系生式系统统的基本要素的基本要素的基本要素的基本要素控制系控制系统或策略是或策略是规则的的解解释程序。它程序。它规定了如何定了如何选择一条可一条可应用的用的规则对数据数据库进行操作即决定了行操作即决定了问题的推理路的推理路线。产生式系生式系统所使用的主要数所使用的主要数据据结构，用来表述构，用来表述问题状状态或有关事或有关事实，即它含有所求，即它含有所求问题的信息，期中有些部分的信息，期中有些部分可以是不可以是不变的，有些部分可的，有些部分可能只与当前能只与当前问题的的节有关。有关。一般形式：一般形式：ifthen描述了描述了应用用这条条规则所采用的行所采用的行动或得出的或得出的结论。综合合数据数据库 一个一个控制系控制系统一一组产生生式式规则2024/5/222.3.1 2.3.1 产生式的基本形式生式的基本形式产生式通常用于表示具有因果关系的知生式通常用于表示具有因果关系的知识，其基本形式是，其基本形式是PQ 或或 IF P THEN Q 其中，其中，P是是产生式的前提或条件，用于指出生式的前提或条件，用于指出该产生式是生式是否是可用的条件；否是可用的条件；Q是一是一组结论或或动作，用于指出作，用于指出该产生式生式的前提条件的前提条件P P被被满足足时，应该得出的得出的结论或或应该执行的操作。行的操作。P和和Q都可以是一个或一都可以是一个或一组数学表达式或自然数学表达式或自然语言。言。2024/5/22 对于于规则，表示事物，表示事物间的因果关系，以下式描述：的因果关系，以下式描述：“if Condition then actionif Condition then action”聪明人智力明人智力竞赛：主持人在三个：主持人在三个竞赛者者头上戴一上戴一顶帽子，帽子，帽子帽子颜色分色分红白两种，但至少有一白两种，但至少有一顶是白帽，是白帽，题目是目是说出自己所戴帽子的出自己所戴帽子的颜色。戴色。戴毕，主持人，主持人连问两次，三人两次，三人面面相面面相觑，无一人能答。，无一人能答。问到第三次到第三次时，某甲，某甲抢先先给出出了答案。了答案。试问某甲的判断的依据是什么？某甲的判断的依据是什么？举例例12024/5/22举例例(1)帽色帽色(聪明人明人A，红)帽色帽色(聪明人明人B，红)AB 帽色帽色(自己，白自己，白)(2)帽色帽色(聪明人明人A，红)帽色帽色(聪明人明人B，白，白)答不出答不出(聪明人明人B)帽色帽色(自己，白自己，白)(3)帽色帽色(聪明人明人A，红)帽色帽色(聪明人明人B，白，白)答出答出(聪明人明人B)帽色帽色(自己，自己，红)(4)帽色帽色(聪明人明人A，白，白)帽色帽色(聪明人明人B，白，白)答不出答不出(聪明人明人A)答不出答不出(聪明人明人B)帽色帽色(自己，白自己，白)(5)帽色帽色(聪明人明人A，白，白)帽色帽色(聪明人明人B，白，白)答不出答不出(聪明人明人A)答不出答不出(聪明人明人B)第二次答出第二次答出(聪明人明人B)帽色帽色(自己，自己，红)产生式系生式系统设计2024/5/22使用产生式系统求解问题：设字符转换规则有A BC,ACD,BCG,BEF,DE,已知字符A和B，求F。举例例2 2第一步第一步第二步第二步第三步第三步定义综合数据库：x，x是字符控制策略控制策略:顺序排序排队规则集:(1)A BC,(2)ACD,(3)BCG,(4)BEF,(5)DE第四步第四步初始条件：x，x是字符 结束条件：Fx第五步第五步2024/5/22求解求解过程：程：数据库可触发规则被触发规则A,B(1)(1)A,B,C(2)(3)(2)A,B,C,D,G(3)(5)(3)A,B,C,D,G,E(5)(5)A,B,C,D,G,E,F(4)(4)2024/5/22事事实与与规则的表示的表示 产生式表示方法容易描述事生式表示方法容易描述事实、规则以及他以及他们的不确的不确定性度量。定性度量。事事实可看成是断言一个可看成是断言一个语言言变量的量的值或者多个或者多个语言言变量量间的关系的的关系的陈述句。述句。一般用三元一般用三元组(对象，属性，象，属性，值)或或(关系，关系，对象象1 1，对象象2)2)表示。若考表示。若考虑不确定性就用四元不确定性就用四元组表示。表示。(张宏宏,身份身份,教教师)(李静李静,身份身份,大学生大学生)(张宏宏,班主任班主任,李静李静)三元三元组举例例2024/5/222.3.2 2.3.2 产生式表示知生式表示知识方法方法确定性和不确定性确定性和不确定性确定性和不确定性确定性和不确定性规则规则知知知知识识的的的的产产生式表示生式表示生式表示生式表示确定性确定性规则知知识 可用前面介绍的产生式的基本形式表示即可。不确定性不确定性规则知知识 用如下形式表示 PQ（可信度）或者 IF P THEN Q （可信度）IF P THEN Q（可信度）或者 IF P THEN Q（可信度）其中，P是产生式的前提或条件，用于指出该产生式是否是可用的条件；Q是一组结论或动作，用于指出该产生式的前提条件P被满足时，应该得出的结论或应该执行的操作。2024/5/222.3.2 2.3.2 产生式表示知生式表示知识方法方法2024/5/22确定性和不确定性事确定性和不确定性事实实性知性知识识的的产产生式表示生式表示 确定性事实性知识 一般使用三元组的形式表示如下（对象，属性，值）或（关系，对象1，对象2）例（Zhangsan,Age,25）(Father,Gechunzhuang,Geyou)不确定性事实性知识 一般用四元组的形式表示如下（对象，属性，值，不确定度量值）或（关系，对象1，对象2，不确定度量值）例 （Zhangsan,Age,25，0.9）（Father,Chenqiang,Chenchong,0.2）2024/5/222024/5/22不确定性问题的表示：（1）张红这次英语四级考试的成绩可能及格的概率是九成；（2）王伟有七成的把握拿我校羽毛球冠军。举例例第一步第一步第二步第二步定义谓词：PASS(X)，x通过英语四级;TEST(X):x参加英语四级考试；Match（y，z）：y参加z比赛；Champion（u）:u赢得校级冠军；常量：badminton，张红，王伟产生式表示生式表示:（1）TEST(张红)PASS(英语四级)（0.9）（2）Match（王伟，羽毛球）Champion（王伟）（0.7）第三步第三步三元三元组表示表示:（1）(张红，英语四级，及格，0.9）（2）(王伟，羽毛球，学校冠军，0.7）2024/5/222.3.32.3.3产生式系生式系统的的组成成推理机推理机推理机推理机规则库规则库数据数据数据数据库库产生式系生式系统的基本的基本结构构把一把一组产生式放在一起，相互配合，生式放在一起，相互配合，协同作用，一个同作用，一个产生生式的式的结论可以供另一个可以供另一个产生式作生式作为前提，以求得前提，以求得问题的解，的解，该系系统称称为产生式系生式系统。产生式系生式系统通常由通常由规则库、数据、数据库和推理机和推理机这3 3个基本部个基本部分分组成。成。2024/5/222.3.32.3.3产生式系生式系统的的组成成产生式系生式系统用于描述某用于描述某领域内知域内知识的的产生式集合，是某生式集合，是某领域知域知识（规则）的存）的存储器。器。用来存放用来存放输入事入事实、外部数据外部数据库输入的入的事事实以及中以及中间结果果和最后和最后结果。果。由一由一组程序程序组成，成，用来控制用来控制协调规则库与数据与数据库的运行，的运行，包含了推理方式和包含了推理方式和控制策略。控制策略。规则库数据数据库推理机推理机2024/5/222.3.42.3.4产生式系生式系统推理方式推理方式产生式系生式系统推理机的推理方式有正向推理、反向推理机的推理方式有正向推理、反向推理和双向推理三种。推理和双向推理三种。推理推理过程程从已知事从已知事实出出发，通，通过规则求得求得结论。或称数据。或称数据驱动方式也称作自底向方式也称作自底向上的方式。上的方式。（1）规则集中的规则与数据库中的事实进行匹配，得匹配的规则集合。（2）使用冲突解决算法，从匹配规则集合中选择一条规则作为启用规则。（3）执行启用规则的后件。将该启用规则的后件送入数据库。重复这个过程直至达到目标。正向推理正向推理正向推理正向推理2024/5/222.3.42.3.4产生式系生式系统推理方式推理方式反向推理反向推理反向推理反向推理推理推理过程程从目从目标（作（作为假假设）出）出发，反向使用，反向使用规则，求得已知事，求得已知事实。这种推理方式也称目种推理方式也称目标驱动方式或称自方式或称自顶向下的方式。向下的方式。（1）规则库中的规则后件与目标事实进行匹配，得匹配的规 则集合。（2）使用冲突解决算法，从匹配规则集合中选择一条规则作为启用规则。（3）将启用规则的前件作为子目标。重复这个过程直至各子目标均为已知事实成功结束。2024/5/222.3.42.3.4产生式系生式系统推理方式推理方式双向推理是一种既自顶向下、又自底向上的推理方式，推理从两个方向同时进行，直至某个中间界面上两方向结果相符便成功结束。这种双向推理较正向或反向推理所形成的推理网络小，从而有更高的推理效率。双向推理双向推理双向推理双向推理2024/5/222.3.52.3.5产生表示法的特点生表示法的特点控制控制控制控制饱饱和和和和问题问题组组合爆炸合爆炸合爆炸合爆炸问题问题可信度因子可信度因子可信度因子可信度因子自然性自然性自然性自然性模模模模块块化化化化清晰性清晰性清晰性清晰性产生表示法的特点生表示法的特点返回返回2024/5/222.4 2.4 框架表示法框架表示法它是以框架理它是以框架理论为基基础发展起来的一种展起来的一种结构化的知构化的知识表示，它适用于表达多种表示，它适用于表达多种类型的知型的知识。框架理。框架理论的基本的基本观点是：人点是：人脑已存已存储有大量的典型情景，当有大量的典型情景，当面面临新的情景新的情景时，就从，就从记忆中中选择一个称作框架的一个称作框架的基本知基本知识结构，其具体内容依新的情景而改构，其具体内容依新的情景而改变，形，形成成对新情景的新情景的认识又又记忆于人于人脑中。中。框架表示法框架表示法框架表示法框架表示法1975年，Minsky在论文“A Framework for Representing Knowledge”中提出了框架理论。2024/5/222.4.1 2.4.1 框架的构成框架的构成 框架是由若干个框架是由若干个节点和关系点和关系(统称称为槽槽)构成的网构成的网络。框架是表示某一框架是表示某一类情景的情景的结构化的一种数据构化的一种数据结构构。其。其顶层是固定的一是固定的一类事物。框架由框架名和一些槽事物。框架由框架名和一些槽组成，每个槽有一些成，每个槽有一些值，槽，槽值可以是可以是逻辑的、数字的的、数字的、可以是程序、条件、默、可以是程序、条件、默认值或是一个框架。或是一个框架。槽槽值含有如何使用框架信息、下一步可能含有如何使用框架信息、下一步可能发生的生的信息、信息、预计未未实现该如何做的信息。如何做的信息。2024/5/22框架的表示框架的表示一般一般结构构框架框架(frame)名名 槽名槽名(slot)1 侧面面(facet)11 值111值11k1 侧面面1n1 值1n11值1n1kn1 槽名槽名2 侧面面12 值121值1211 侧面面1n2 值1n21值1n21n2 2024/5/22框架表示框架表示举例例“椅子”的框架。框架名：类属：腿的数量：一个整数（缺省：4）靠背样式：直背式,靠垫式 扶手的数目：0,1或2 例例1 1“张红的椅子”的框架。框架名：类属：腿的数量：4 靠背样式：靠垫式 扶手的数目：0 2024/5/22关于关于侧面的面的说明明说明明在框架中，每个在框架中，每个侧面有面有4种填写方式种填写方式:(1)通通过已知的情况或物体属性提供；已知的情况或物体属性提供；(2)通通过默默认隐含；含；(3)通通过调用框架的用框架的继承关系承关系实现属性属性值继承；承；(4)对附加附加过程程侧面面通通过执行附加行附加过程程实现。在框架系在框架系统的框架之的框架之间，除有，除有继承关系外，承关系外，还可能可能具有嵌套关系。具有嵌套关系。2024/5/222.4.1 2.4.1 框架的构成框架的构成表示表示对象象间关系的常用槽名：关系的常用槽名：聚集聚集联系用于表示部分和全体的系用于表示部分和全体的关系。用关系。用Part-of槽指出所描述的槽指出所描述的下下层框架和上框架和上层框架之框架之间的的联系。系。不具有不具有继承性。承性。属性属性联系用来表示个体、属性及其系用来表示个体、属性及其取取值之之间的的联系。通常用有向弧表系。通常用有向弧表示属性，用弧指向的示属性，用弧指向的结点表示属性点表示属性的的值。实例例联系用于系用于类结点与点与实例例结点之点之间的的联系，直系，直观意意义是是“是一个是一个”，“是一只是一只”等。一般用等。一般用ISA槽指槽指出的出的联系都具有系都具有继承性。承性。泛化泛化联系用于表示系用于表示类就点就点结(如熊猫如熊猫)与抽象与抽象层次更高的次更高的类结点点(哺乳哺乳动物物)之之间的关系。表示的关系。表示“是一种是一种”。ISA槽槽Instance槽槽AKO槽槽Part-of槽槽槽名槽名2024/5/22实实例例例例联联系系系系举举例例例例例例1 1小黑狗ISA王伟大学生ISA苏州历史文化名城ISA2024/5/22动物AKO哺乳动物鸟类动物熊猫狗猪大象泛化泛化泛化泛化联联系系系系实实例例例例例例2 2熊猫燕子麻雀AKOAKOAKOAKOAKOAKO2024/5/22聚集聚集聚集聚集联联系系系系实实例例例例例例3 3笔芯圆珠笔笔杆Part-ofPart-of车身小轿车车胎Part-ofPart-of2024/5/22属性属性属性属性联联系系系系实实例例例例例例4 4男张伟1.75m性别30教师年龄身高职业黑汽车宝马X5颜色小轿车4909*1938*1772类型型号尺寸2024/5/222.4.22.4.2框架表示知框架表示知识举例例“教师”的框架。框架名：类属：工作：范围：（教学，科研）缺省：教学 性别：（男，女）学历：（中专，大学）类别：（，）例例1-11-1分析分析框架名：“教师”含有5个槽，槽名分别为：“类属”、“工作”、“性别”、“学历”和“类别”。槽名后面是其槽值。槽值“”又是一个框架名。“范围”、“缺省”是槽“工作”的两个不同的侧面，其后是侧面值。2024/5/222024/5/22“大学教师”的框架。框架名：类属：学位：范围：（学士，硕士，博士）缺省：硕士 专业：职称：范围：（助教，讲师，副教授，教授）缺省：讲师 水平：范围：（优，良，中，差）缺省：良例例1-21-2分析分析框架名：“大学教师”含有5个槽，槽名分别为：“类属”、“学位”、“专业”、“职称”和“水平”。槽名后面是其槽值。槽值“”又是一个框架名。大学教师是教师的下层框架。“范围”、“缺省”是槽“工作”的两个不同的侧面，其后是侧面值。2024/5/222024/5/22“教师-1”的框架。框架名：类属：姓名：张宇 性别：男 年龄：35 职称：副教授 部门：计算机系 研究方向：计算机软件与理论 参加工作时间：2000年7月 工龄：当前年份-20000 工资：例例1-31-32024/5/222024/5/222024/5/22“立方体积木块”的框架。框架名：物体：立方体 视状：六角形 上面：面A斜视图（L1，L2，L3，L4）下左面：面B斜视图（L5，L4，L6，L8）下右面：面C斜视图（L3，L7，L9，L6）边：L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7，L8，L9 姿态：平卧 负载面：A 接地面：B，C例例2-12-1分析分析框架名：“积木上方斜视图”含有10个槽，槽名分别为：“物体”、“视角”、“视状”、“上面”。槽名后面是其槽值。2024/5/222.4.3框架系框架系统的推理的推理匹配匹配 对一个一个给定的定的问题，框架推理主要完成两种推，框架推理主要完成两种推理活理活动：填槽填槽根据已知事根据已知事实寻找合适的候找合适的候选框架。框架。填写候填写候选框架中未知槽框架中未知槽值，从而，从而寻找出未被找出未被给出或出或尚未尚未发现的事的事实。2024/5/222024/5/22框架名：类属：姓名：彭嘉 性别：男 年龄：53 职业：职称：教授 部门：计算机系 研究方向：计算机应用 参加工作时间:1981年7月 工龄：当前年份-1981 工资：举例例当前要解决的问题：从知识库中找出满足下面条件的教师:男性，年龄50以上，职称为教授按上述条件,可得框架：框架名：框架名：姓名：姓名：性性别：男：男 年年龄：职业：职称：教授称：教授分析分析找到例例2-12-12024/5/22求解求解问题-匹配推理步匹配推理步骤（3 3）使用一种）使用一种评价准价准则(或方法或方法)对于初于初选框架框架进行行评价，以便决价，以便决定是否接受它。定是否接受它。（1 1）把待解决的）把待解决的问题用一个框架表示出来。用一个框架表示出来。（4 4）若可接受，）若可接受，则与与问题框架空槽相匹配的事框架空槽相匹配的事实就是就是问题解。否解。否则从下面的从下面的预选框架框架选出最合适的出最合适的预选框架，作框架，作为初初选框架。框架。转(3);(3);否否则未找到，未找到，结束匹配。束匹配。（2 2）与知）与知识库中中预先存先存储的框架的框架进行匹配，即逐槽比行匹配，即逐槽比较，从中找出，从中找出 一个或几个最合适的一个或几个最合适的预选框架，作框架，作为初初选框架。框架。2024/5/22求解求解问题-填槽活填槽活动 推理过程中填槽的方式有4种：查询、默认、继承和附加过程计算。查询：是指使用系统前面推理得出的中间结果或需录入数据库中的数据。默认和继承方式：直接填槽，不需推理。附加过程计算：需通过特定领域的知识进行推理。2024/5/222.4.4 2.4.4 框架表示法的特点框架表示法的特点继承性承性结构化构化自然性自然性推理灵推理灵活多活多变A AB BC CD D框架表示法的主要不足之框架表示法的主要不足之处：还没有形成完整的理没有形成完整的理论体系，框架、槽、体系，框架、槽、侧面等面等表示表示单元缺乏清晰的元缺乏清晰的语义；不善于表达不善于表达过程性知程性知识。返回2024/5/222.5 2.5 语义网网络表示法表示法语义网网络是是J.R.QuillianJ.R.Quillian于于19681968年在博年在博士士论文中提出。文中提出。SimonSimon于于19701970年正式提出年正式提出语义网网络概念。已在概念。已在专家系家系统和自然和自然语言理解等言理解等领域得到域得到应用。用。语义语义网网网网络络表表表表示法示法示法示法2024/5/222.5.12.5.1语义网网络概念及概念及结构构 语义网络是一种通过概念及其语义联系来表示知识的有向图，结点和弧必须带有标注。其中有向图的各结点用来表示各种事务、概念、情况、属性、状态、事件和动作等，结点上的标注用来区分各结点所表示的不同对象，每个结点可以带有多个属性，以表征其所表示的对象的特性。弧是有方向的，表示了结点间的主次关系。2024/5/222.5.12.5.1语义网网络概念及概念及结构构语义语义网网网网络络一般由一些最基本的语义单元组成。这些最基本的语义单元被称为语义基元，可用如下三元组来表示为 （节点1，弧，节点2）ABRAAAAR5R4R2R1R3语义基元结构语义网络结构2024/5/22类属属关系关系类属关系属关系是指具体有共同属性的不同事物是指具体有共同属性的不同事物间的分的分类关系、成关系、成员关系或关系或实例关系，它体例关系，它体现的是的是“具体与抽象具体与抽象”、“个体与集体个体与集体”的的层次分次分类。常用的常用的类属关系有：属关系有：AKO(A-Kind-of):表示一个事物是另一个事物的一种表示一个事物是另一个事物的一种类型。型。AMO(A-Member-of):表示一个事物是另一个事物的成表示一个事物是另一个事物的成员。ISA(Is-a):表示一个事物是另一个事物的表示一个事物是另一个事物的实例。例。AKO动物猫ISA鱼类AMO共产党员王芳2.5.2语义网网络基本基本语义联系系鲫鱼2024/5/222.5.2语义网网络基本基本语义联系系包含关系包含关系也称也称为聚聚类关系，是指具有关系，是指具有组织或或结构特征的构特征的“部部分与整体分与整体”之之间的关系，它和的关系，它和类属关系的最主要的区属关系的最主要的区别就是就是包含关系一般不具包含关系一般不具备属性的属性的继承性。承性。常用的包含关系的有：常用的包含关系的有：Part_of:表示一个事物是另一个事物的一部分，或表示一个事物是另一个事物的一部分，或说是部分是部分与整体的关系。用它与整体的关系。用它连接的上下接的上下层节点的属性很可能是很不点的属性很可能是很不相同的，即相同的，即Part_of联系不具系不具备属性的属性的继承性。承性。包含包含关系关系Part-of汽车轮胎Part-of苏州科技学院电子学院2024/5/222.5.22.5.2语义网网络基本基本语义联系系属性关系属性关系是指事物和其属性之是指事物和其属性之间的关系。的关系。常用的属性的关系有：常用的属性的关系有：Have：表示一个：表示一个结点具有另一个点具有另一个结点所描述的属性。点所描述的属性。Can：表示一个：表示一个结点能做另一个点能做另一个结点的事情。点的事情。属性属性关系关系Have翅膀鸟Can电视节目电视机Have教师学校Can跑汽车2024/5/222.5.2语义网网络基本基本语义联系系时间关系关系是指不同事件在其是指不同事件在其发生生时间方面的先后方面的先后关系，关系，结点点间不具不具备属性属性继承性。承性。常用的常用的时间关系有：关系有：Before：表示一个事件在一个事件之前：表示一个事件在一个事件之前发生。生。After：表示一个事件在一个事件之后：表示一个事件在一个事件之后发生。生。时间关系关系Before黎明毕业王芳毕业After香港回归澳门回归Before西安事变五四运动After王芳毕业黎明毕业2024/5/222.5.22.5.2语义网网络基本基本语义联系系位置关系是指不同事物在位置方面的关系。位置关系是指不同事物在位置方面的关系。节点点间的不具的不具备属性属性继承性。常用的位置关系有：承性。常用的位置关系有：Located-on:表示一物体在另一物体之上。表示一物体在另一物体之上。Located-at:表示一物体在某一位置。表示一物体在某一位置。Located-under:表示一物体在另一物体之下。表示一物体在另一物体之下。Located-inside:表示一物体在另一物体之中。表示一物体在另一物体之中。Located-outside:表示一物体在另一物体之外。表示一物体在另一物体之外。位置位置关系关系Located-at桂子山华中师范大学Located-on书桌计算机Located-inside书包写字笔Located-under出发大厅到达大厅2024/5/222.5.2语义网网络基本基本语义联系系相近关系相近关系是指不同事物在形状、内容等方面相似和接近。是指不同事物在形状、内容等方面相似和接近。常用的相近关系有：常用的相近关系有：Similar-to:表示一事物与另一事物相似。表示一事物与另一事物相似。Near-to:表示一事物与另一事物接近。表示一事物与另一事物接近。相近相近关系关系Similar-to狼狗Similar-to驴马Near-to郭亮村挂壁公路Near-to苏州无锡2024/5/222.5.22.5.2语义网网络基本基本语义联系系因果关系因果关系是指由于某一事件的是指由于某一事件的发生而生而导致另一事致另一事物的物的发生，适合表示生，适合表示规则性知性知识。通常用。通常用If-then联系表示两个系表示两个节点之点之间的因果关系，其含的因果关系，其含义是是“如果如果，那么，那么”。因果因果关系关系If-then小明骑电动车上班天晴If-then王红去美国读书考过雅思2024/5/222.5.2语义网网络基本基本语义联系系组成关系成关系一种一一种一对多的多的联系，用于表示某一事物系，用于表示某一事物由其它一些事物构成，通常用由其它一些事物构成，通常用Composed-of联系系表示。表示。Composed-of联系所系所连接的接的结点点间不具不具备属性属性继承性。承性。组成成关系关系整数与正整数零负整数Composed-of2024/5/222.5.3 2.5.3 语义网网络表示知表示知识的方法及步的方法及步骤事事实性知性知识的的表示表示对于一些简单的事实，例如“鸟有翅膀”，“轮胎是汽车的一部分”，这里要描述这些事实需要两个节点，用前面给出的基本语义联系或自定义的基本语义联系就可以表示了。对于稍微复杂一点的事实，比如在一个事实中涉及到多个事物时，如果语义网络只被用来表示一个特定的事物或概念，那么当有更多的实例时，就需要更多的语义网络。苹果树果树 树 根 叶 AKO AKO Have Have表示“苹果是一种果树，果树又是树的一种，树有根、有叶而且树是一种植物。”2024/5/222.5.3 语义网网络表示知表示知识的方法及步的方法及步骤（1 1）情况的表示）情况的表示在用语义网络表示表示那些不及物动词表示的语句或没有间接宾语的及物动词表示的语句时，如果该语句的动作表示了一些其它情况，如动作作用的时间等，则需要增加一个情况节点用于指出各种不同的情况。情况情况动作作和事和事件的件的表示表示情况归还 2014年5月 图书 AKO Before Object表示“请在2014年5月之前归还图书。”2024/5/222.5.3 2.5.3 语义网网络表示知表示知识的方法及步的方法及步骤（2 2）动作的表示作的表示有些表示知识的语句既有发出动作的主体，又有接受动作的客体。在用语义网络表示这样的知识时，可以增加一个动作节点用于指出动作的主体和客体。情况情况动作作和事和事件的件的表示表示校长送给 李老师 书 主体主体 客体客体1 客体客体2表示“校长送给李老师一本书。”2024/5/222.5.3 语义网网络表示知表示知识的方法及步的方法及步骤（3 3）事件的表示）事件的表示如果要表示的知识可以看成是发生的一个事，那么可以增加一个事件节点来描述这条知识。情况情况动作作和事和事件的件的表示表示中国国家足球队足球赛 3：2 体育比赛 主主队 结局局 AKO伊拉克国家足球队 客客队2024/5/222.5.3 2.5.3 语义网网络表示知表示知识的方法及步的方法及步骤（1 1）合取与析取的表示）合取与析取的表示当用语义网络来表示知识时，为了能表示知识中体现出来的“合取与析取”的语义联系，可通过增加合取节点与析取节点来表示。只是在使用时要注意其语义，不应出现不合理的组合情况。连词和量和量词的的表示表示与或或男女老少2024/5/22是一个（2 2）存在量）存在量词与全称量与全称量词的表示的表示在用语义网络表示知识时，对存在量词可以直接用“是一种”、“是一个”等语义关系来表示。对全称量词可以采用亨德里克(G.G.Hendrix)提出的语义网络分区技术来表示。连词和量和量词的的表示表示2.5.3 语义网网络表示知表示知识的方法及步的方法及步骤gGS学生学习外语srp是一个是一种是一种客体客体FA2024/5/222.5.3 2.5.3 语义网网络表示知表示知识的方法及步的方法及步骤用用语义网网络表示知表示知识的步的步骤1 1确定确定问题总所有所有对象和象和各各对象的属象的属性。性。确定所确定所讨论对象象间的关的关系。系。根据根据语义网网络中所涉及中所涉及的关系，的关系，对语义网网络中中的的节点及弧点及弧进行整理，行整理，包括增加包括增加节点、弧和点、弧和归并并节点等。点等。将各将各对象作象作为语义网网络的一个的一个节点，点，而各而各对象象间的关系作的关系作为网网络中各中各节点的弧，点的弧，连接形成接形成语义网网络。2 23 34 42024/5/22饭桌桌腿桌面4棕描述桌子的描述桌子的描述桌子的描述桌子的语义语义网网网网络络例例黑方形桌子数量颜色颜色式样家具Part-ofPart-ofISAAKO2024/5/222.5.42.5.4语义网网络知知识表示表示举例例 用语义网络表示下列命题（1）猪和羊都是动物；（2）猪和羊都是哺乳动物；（3）野猪是猪，但生长在森林中；（4）山羊是羊，头上长着角；（5）绵羊是一种羊，它能生产羊毛。例例分析分析对象有猪、羊都、动物、哺乳动物、野猪、山羊、绵羊、森林、羊毛、角等。语义关系，“动物”和“哺乳动物”、“哺乳动物”和“猪”、“哺乳动物”和“羊”、“羊”和“山羊”及“绵羊”、“野猪”和“猪”之间的关系是“是一种”的关系，可用AKO来表示。“山羊”和“头上有角”之间是一种属性关系，可用IS来描述；“绵羊”和“羊毛”之间是一种属性关系，可用HAVE来描述；“野猪”和“森林”之间是位置关系，可用Locate-at来表示。2024/5/222.5.42.5.4语义网网络知知识表示表示举例例语义语义网网网网络络AKOAKOISHAVELocate-at山羊动物羊猪绵羊野猪哺乳动物头上有角羊毛森林AKOAKOAKOAKO猪和羊的语义网络2024/5/222.5.5 2.5.5 语义网网络的推理的推理过程程用用语义网网络表示知表示知识的的问题求解系求解系统主要有两大部分主要有两大部分组成，成，一部分是由一部分是由语义网网络构成的知构成的知识库，另一部分是用于，另一部分是用于问题求解的推理机。求解的推理机。语义网网络的推理的推理过程主要有两种程主要有两种继承推理承推理匹配推理匹配推理继承是指把对事物的描述从抽象结点传递到具体结点。通过继承可以得到所需结点的一些属性值，它通常是沿着ISA、AKO、AMO等继承弧进行的。所谓匹配就是在知识库的语义网络中寻找与待求问题相符的语义网络模式。2024/5/222024/5/22ClydebirdRobinISAOwnsISAOwn1Nest1NestISAOwnerOwershipSitutionISAISA(a)事实网络(b)目标网络网络的匹配过程ClydeOwnsOwn?OwnerOwershipISAWhat does Clyde own?What does Clyde own?的的的的语义语义网网网网络络推理推理推理推理例例2 22024/5/222.5.5 2.5.5 语义网网络的推理的推理过程程123建立建立结点表，存点表，存放待求放待求结点和所点和所有以有以ISAISA、AKOAKO、AMOAMO等等继承弧与此承弧与此结点相点相连的那些的那些结点。初始情况点。初始情况下，只有待求解下，只有待求解的的结点。点。检查表中的第一个是否表中的第一个是否有有继承弧。如果有，就承弧。如果有，就从从该弧所指的所有弧所指的所有结点点放入放入结点表的末尾，点表的末尾，记录这些些结点的所有属性，点的所有属性，并从并从结点表中点表中删除第一除第一个个结点。如果没有，点。如果没有，仅从从结点表中点表中删除第一个除第一个结点。点。重复重复检查表中的表中的第一个是否有第一个是否有继承弧，直到承弧，直到结点点表表为空。空。记录下下来的属性就是待来的属性就是待求求结点的所有属点的所有属性。性。匹配推理主要匹配推理主要匹配推理主要匹配推理主要过过程程程程2024/5/222.5.5 2.5.5 语义网网络的推理的推理过程程123根据根据问题的要求的要求构造网构造网络片断，片断，该网网络片断中有片断中有些些结点或弧点或弧为空，空，标记待求解的待求解的问题（询问处）。）。根据根据该语义网网络片断在知片断在知识库中中寻找相找相应的信息。的信息。当待求解的当待求解的语义网网络片断和知片断和知识库中的中的语义网网络片断相匹配片断相匹配时，则与与询问处相匹相匹配的事配的事实就是就是问题的解。的解。匹配推理主要匹配推理主要匹配推理主要匹配推理主要过过程程程程2024/5/222.5.62.5.6语义网网络表示法特点表示法特点结结构性构性构性构性自然性自然性自然性自然性自索自索自索自索引性引性引性引性联联想性想性想性想性非非非非严严格性格性格性格性返回返回2024/5/222.6 2.6 面向面向对象表示法象表示法 几年来，在智能系几年来，在智能系统的的设计和构造中，和构造中，人人们开始使用面向开始使用面向对象的的思想、方法和象的的思想、方法和开开发技技术，并在知，并在知识表示、知表示、知识库的的组成成与管理、与管理、专家系家系统设计等方面取得了快速等方面取得了快速的的进展。展。面向面向面向面向对对象表象表象表象表示法示法示法示法2024/5/222.6.12.6.1面向面向对象的基本概念象的基本概念对象象类封装封装广义地讲，“对象”指客观世界中的任何事物，它既可以是一个具体的简单事物，也可以是由多个简单事物组合而成的复杂事物。从问题求解的角度讲，对象是与问题领域有关的客观事物。指一个对象的状态只能由它的私有操作来改变它，其它对象的操作不能直接改变它的状态。是一种信息隐藏技术，封装是面向对象方法的重要特征之一。是对一组相似对象的抽象。一个类实际上定义了一种对象类型，它描述了属于该对象类型的所有对象的性质。2024/5/222.6.12.6.1面向面向对象的基本概念象的基本概念消息消息指在通信双方之间传递的任何书面、口头或代码的内容。同一消息可以送往不同的对象，不同对象对于相同形式的信息可以有不同的解释和不同的反应。一个对象可以接收不同形式、不同内容的多个消息。继承承指父类所具有的数据和操作可以被子类继承，除非在子类对相应数据及操作重新进行了定义。面向对象的继承关系与框架间属性的继承关系类似，可以避免信息的冗余。2024/5/222.6.22.6.2面向面向对象的知象的知识表示表示描述描述形式形式Class ：Structure Method Restraint End Class 返回2024/5/22面向面向对象知象知识表示的特点表示的特点动态动态的的的的消息模消息模消息模消息模式式式式子子子子类类连连接接接接规则规则的的的的内部性内部性内部性内部性应应用用用用广广广广2024/5/22谢谢！2024/5/22