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第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 课程的根本内容课程的根本内容知识的概念与含义，知识类型知识的概念与含义，知识类型(lixng)(lixng)和知识模型的变换；和知识模型的变换；重重点点介介绍绍几几种种常常用用的的知知识识表表达达法法状状态态空空间间表表示示法法、与与/或或图图表表示示法法、产产生生式式系系统统、知知识识的的逻逻辑辑表表达达方方法法、语语义义网网络络、框框架架表表达达法法、特特征征表表表表达达法法和和面面向向对对象象的的表表达达法。法。课程的根本要求课程的根本要求掌掌握握知知识识表表达达的的根根本本概概念念，学学会会划划分分知知识识的的类类型型和和理理解解知知识模型变换在解决人工智能问题的过程中的作用与意义；识模型变换在解决人工智能问题的过程中的作用与意义；学学会会如如何何将将一一个个具具体体的的问问题题，用用所所介介绍绍的的知知识识表表达达方法来表示；方法来表示；初初步步体体会会在在各各种种知知识识表表达达方方法法中中，其其知知识识机机构构是是如如何随知识的运用而变化的。何随知识的运用而变化的。第一页，共一百五十四页。5/22/20241第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术21 知知识的概念与含的概念与含义 智能行智能行为(xngwi)(xngwi)即即拥有知有知识即即对知知识的的获取取、表表达达、搜搜索索、分分析析、解解答答等等智智能能力能能力 人的智能的核心也在于人的智能的核心也在于“知知识 感感性性知知识与与理理性性知知识，经验知知识与与理理论知知识智能表智能表现在：在：知知识的的获取能力取能力通通过感知器官感知器官获取感性知取感性知识知知识的的处理能力理能力将感性知将感性知识上升上升为理性知理性知识知知识的运用能力的运用能力采取行采取行动，发挥知知识的效用的效用知知识：是是人人们对自自然然现象象的的认识和和从从中中总结出出来来的的规律律、经验第二页，共一百五十四页。5/22/20242第二章第二章 知识表达技术知识表达技术(jsh)(jsh)21 知知识的概念与含的概念与含义 知知知知识识模式模式模式模式 K=F+R+C K=F+R+C K=F+R+C K=F+R+CK K K K表示知表示知表示知表示知识项识项(Knowledge items)(Knowledge items)(Knowledge items)(Knowledge items)F F F F表表表表示示示示事事事事实实(Facts)(Facts)(Facts)(Facts)人人人人类类对对客客客客观观世世世世界界界界、客客客客观观事事事事物物物物的的的的状状状状态态、属属属属性性性性、特特特特征征征征的的的的描描描描述述述述，以以以以及及及及对对事事事事物物物物之之之之间间关关关关系的描述系的描述系的描述系的描述 R R R R表表表表示示示示规规那那那那么么么么(Rules)(Rules)(Rules)(Rules)能能能能表表表表达达达达在在在在前前前前提提提提与与与与结结论论之之之之间间的因果关系的一种的因果关系的一种的因果关系的一种的因果关系的一种(y zhn)(y zhn)(y zhn)(y zhn)形式形式形式形式 C C C C表表表表示示示示概概概概念念念念(Concepts)(Concepts)(Concepts)(Concepts)事事事事实实的的的的含含含含义义规规那那那那么么么么语语义义说说明明明明等等等等第三页，共一百五十四页。5/22/20243第二章第二章 知识知识(zh shi)(zh shi)表达技术表达技术 2 22 2 知识表达技术知识表达技术 知知知知识类识类型型型型表表表表达达达达型型型型知知知知识识有有有有关关关关系系系系统统状状状状态态、环环境境境境和和和和条条条条件件件件，问问题题的的的的概概概概念念念念、定定定定义义和事和事和事和事实实的知的知的知的知识识。过过程程程程型型型型知知知知识识有有有有关关关关系系系系统统状状状状态态变变化化化化、问问题题求求求求解解解解过过程程程程的的的的操操操操作作作作、演算和行演算和行演算和行演算和行动动的知的知的知的知识识。控控控控制制制制型型型型知知知知识识有有有有关关关关如如如如何何何何选选择择相相相相应应的的的的操操操操作作作作、演演演演算算算算和和和和行行行行动动的的的的比比比比较较、判断、管理和决策的知、判断、管理和决策的知、判断、管理和决策的知、判断、管理和决策的知识识。例：例：例：例：对对于从北京到上海，是乘于从北京到上海，是乘于从北京到上海，是乘于从北京到上海，是乘飞飞机机机机还还是坐火是坐火是坐火是坐火车车的的的的问题问题。表达型知表达型知表达型知表达型知识识：北京、上海、：北京、上海、：北京、上海、：北京、上海、飞飞机、火机、火机、火机、火车车、时间时间(shjin)(shjin)(shjin)(shjin)、费费用。用。用。用。过过程型知程型知程型知程型知识识：乘：乘：乘：乘飞飞机、坐火机、坐火机、坐火机、坐火车车。控制型知控制型知控制型知控制型知识识：乘：乘：乘：乘飞飞机机机机较较快、快、快、快、较贵较贵；坐火；坐火；坐火；坐火车较车较慢、慢、慢、慢、较较廉价。廉价。廉价。廉价。第四页，共一百五十四页。5/22/20244知识的表达(biod)技术第五页，共一百五十四页。5/22/20245第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术(一一)状状态空空间表达表达 状状态用来表示系用来表示系统状状态,事事实等表达型知等表达型知识的一的一组变量或数量或数组 Q=q1,q2,qntQ=q1,q2,qnt操作是用来表示引起状操作是用来表示引起状态变化的化的过程型知程型知识的一的一组关系或函数关系或函数F:f1,f2,fmF:f1,f2,fm状状态空空间(State(State Space)Space)是是利利用用状状态变量量和和操操作作符符号号，表表示示系系统或或问题的的有有关关知知识的符号体系，状的符号体系，状态空空间是一个四元是一个四元组S S，O O，S0S0，G G：SS状状态集合集合;O;O操作算子集合操作算子集合;S0;S0初始状初始状态,S0,S0 S;GS;G目的状目的状态,G,G S,S,(G(G可假可假设干具体状干具体状态，也可，也可满足某些性足某些性质的路径信息描述的路径信息描述)从从S0S0结点点(ji din)(ji din)到到G G结点点(ji din)(ji din)的路径被称的路径被称为求解路径。求解路径。状状态空空间一解是一有限操作算子序列，它使初始状一解是一有限操作算子序列，它使初始状态转换为目目标状状态：O1 O2 O3 Ok O1 O2 O3 Ok S0S0S1S1S2S2G G其中其中O1O1，OkOk即即为状状态空空间的一个解的一个解(解往往不是唯一的解往往不是唯一的)第六页，共一百五十四页。5/22/20246第二章第二章 知识知识(zh shi)(zh shi)表达技术表达技术 2 23 3 状状态空空间表达表达 【例【例2 22 2】八数码问题的状态空间】八数码问题的状态空间在在一一3333方方格格盘盘，放放1 1到到8 8八八个个数数码码，另另一一格格为为空空。空空格格四四周上下左右数码可移到空格。一布局：周上下左右数码可移到空格。一布局：2 3 1 2 3 1 5 8 5 8 4 6 7 4 6 7八八数数码码任任何何一一种种摆摆法法就就是是一一个个状状态态，所所有有的的摆摆法法为为状状态态集集S S，构构成成了一个状态空间，其大小为了一个状态空间，其大小为9 9！相相应应操操作作算算子子是是数数码码移移动动(ydng)(ydng)，其其操操作作算算子子共共有有4 4方方向向88数码数码=32=32个。可简化为个。可简化为4 4个：个：UpUp，LeftLeft，DownDown，RightRight第七页，共一百五十四页。5/22/20247状态图这种描述问题的有向图被称为状态空间图，简称状态图；许多智力问题都可以(ky)归结为在某一状态中寻找目标或路径的问题。第八页，共一百五十四页。5/22/20248X1X2X3XX0X4X7X6X5例例 3.8 3.8八数码难题的状态图表示(biosh)。我们将棋局 用向量(xingling)A(X0,X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8)表示,Xi为变量,Xi的值就是方格Xi内的数字。于是,向量A就是该问题的状态(zhungti)空间表达式。第九页，共一百五十四页。5/22/20249 设初始状态(zhungti)和目标状态(zhungti)分别为 So(0,2,8,3,4,5,6,7,1)Sg(0,1,2,3,4,5,6,7,8)易见,数码的移动规那么就是该问题的状态变换规那么,即操作。经分析,该问题共有24条移码规那么,可分为9组。第十页，共一百五十四页。5/22/2024100组规那么(n me):1组规那么(n me):第十一页，共一百五十四页。5/22/2024112组规那么组规那么(nme):8组规那么(n me):于是,八数码问题(wnt)的状态空间状态图可表示为(So,r1,r2,r24,Sg)第十二页，共一百五十四页。5/22/202412 当然,上述24条规那么也可以简化为4条:即空格上移UP、下移DOWN、左移LEFT、右移RIGHT。不过,这时状态(即棋局)就需要用矩阵来表示。可以看出,这个状态图中仅给出了初始节点和目标节点,并未给出其余节点。而其余节点需用状态转换规那么来产生。类似(li s)于这样表示的状态图称为隐式状态图,或者说状态图的隐式表示。第十三页，共一百五十四页。5/22/202413状状态态空空 间间表表 示示例2 走迷宫是人们熟悉的一种游戏,如图31就是一个(y)迷宫。如果我们把该迷宫的每一个(y)格子以及入口和出口都作为节点,把通道作为边,那么该迷宫可以由一个(y)有向图表示(如图3-2所示)。那么,走迷宫其实就是从该有向图的初始节点(入口)出发,寻找目标节点(出口)的问题,或者是寻找通向目标节点(出口)的路径的问题。第十四页，共一百五十四页。5/22/202414图 3-1 迷宫(mgng)图 第十五页，共一百五十四页。5/22/202415图 3-2 迷宫(mgng)的有向图表示 第十六页，共一百五十四页。5/22/202416第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 二二 与与/或图表达或图表达(biod)(biod)法法 超超图 树图 与与/或或树基于人基于人们在求解在求解问题时的两种思的两种思维方法：方法：分解：将复分解：将复杂大大问题分解分解为一一组简单小小问题假假设所所有有子子问题都都解解决决(jiju)(jiju)了了，那那么么总问题也也解解决决(jiju)(jiju)了了，这是是“与的与的逻辑关系关系“与与树变换：将：将较难问题变换为较易等价易等价/等效等效问题假假设一一难问题可可以以等等价价变换为几几个个容容易易问题，那那么么任任何何一一个个容容易易问题解解决决了了，也也就就解解决决了了原原有有难问题，这是是“或或的的逻辑关系关系“或或树兼用兼用“分解和分解和“变换方法方法“与与/或或树 第十七页，共一百五十四页。5/22/202417与与或或图图搜搜索索与或图与或图我们仍用例子引入与或图的概念。我们仍用例子引入与或图的概念。例例 如如下下图图,设设有有四四边边形形ABCDABCD和和ABCD,ABCD,要要求求证证明明(zhngmng)(zhngmng)它它们们全等。全等。分分析析：分分别别连连接接B B、D D和和BB、D,D,那那么么原原问问题题可可分分解解为为两两个个子子问题：问题：Q1 Q1：证明：证明ABDABDABDABD Q2 Q2：证明：证明BCDBCD BCDBCD 第十八页，共一百五十四页。5/22/202418图3-12 四边形ABCD和ABCD第十九页，共一百五十四页。5/22/202419于是,原问题(wnt)的解决可归结为这两个子问题(wnt)的解决。换句话说,原问题(wnt)被解决当且仅当这两个子问题(wnt)都被解决。进一步,问题Q1还可再被分解为 Q11：证明ABAB Q12：证明ADAD Q13：证明AA或 Q11：证明ABAB Q12：证明ADAD Q13：证明 BDBD 第二十页，共一百五十四页。5/22/202420问题(wnt)Q2还可再被分解为 Q21：证明 BCBC Q22：证明 CDCD Q23：证明 CC或 Q21：证明 BCBC Q22：证明 CDCD Q23：证明 BDBD 第二十一页，共一百五十四页。5/22/202421现在考虑原问题与这两组子问题的关系,我们便得到图3-13。图中的弧线表示所连边为“与关系,不带弧线的边为或关系。这个图中既有与关系又有或关系,因此被称为(chn wi)与或图。但这个与或图是一种特殊的与或图,称为(chn wi)与或树。第二十二页，共一百五十四页。5/22/202422图 3-13 问题(wnt)的分解与变换 第二十三页，共一百五十四页。5/22/202423第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 2 24 4 状状态图、与、与/或或图表达法表达法 【例【例【例【例2 2 2 23 3 3 3】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉问题问题两种方法都两种方法都两种方法都两种方法都试试试试设设机机机机器器器器人人人人“猴猴猴猴子子子子位位位位于于于于a a a a处处，目目目目的的的的物物物物“香香香香蕉蕉蕉蕉挂挂挂挂在在在在c c c c处处上上上上方方方方，猴猴猴猴子子子子想想想想吃吃吃吃香香香香蕉蕉蕉蕉，但但但但高高高高度度度度不不不不够够，拿拿拿拿不不不不着着着着。在在在在b b b b处处有有有有可可可可移移移移动动的的的的台台台台子子子子，假假假假设设猴猴猴猴子站在台子上，就可以拿到香蕉。子站在台子上，就可以拿到香蕉。子站在台子上，就可以拿到香蕉。子站在台子上，就可以拿到香蕉。问题问题是制定机器人的行是制定机器人的行是制定机器人的行是制定机器人的行动动(xngdng)(xngdng)(xngdng)(xngdng)方案，使猴子能拿到香蕉。方案，使猴子能拿到香蕉。方案，使猴子能拿到香蕉。方案，使猴子能拿到香蕉。香蕉香蕉香蕉香蕉 a a a a猴子猴子猴子猴子 c c c c b b b b台子台子台子台子第二十四页，共一百五十四页。5/22/202424第二章第二章 知识表达技术知识表达技术(jsh)(jsh)1.1.状状态空空间法法 【例【例【例【例2 2 2 23 3 3 3】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉问题问题状状状状态态空空空空间间法法法法:四元数四元数四元数四元数组组描述：描述：描述：描述：S=(w,x,y,z)S=(w,x,y,z)S=(w,x,y,z)S=(w,x,y,z)其中：其中：其中：其中：w w w w：猴子所：猴子所：猴子所：猴子所处处水平位置水平位置水平位置水平位置(wi zhi)(wi zhi)(wi zhi)(wi zhi)x x x x：台子所在水平位置：台子所在水平位置：台子所在水平位置：台子所在水平位置 y y y y：猴子是否在台子上：猴子是否在台子上：猴子是否在台子上：猴子是否在台子上y=1:y=1:y=1:y=1:在在在在;y=0:;y=0:;y=0:;y=0:不在不在不在不在z z z z：猴子是否能拿到香蕉：猴子是否能拿到香蕉：猴子是否能拿到香蕉：猴子是否能拿到香蕉z=1:z=1:z=1:z=1:拿到拿到拿到拿到;z=0:;z=0:;z=0:;z=0:没拿到没拿到没拿到没拿到可能出可能出可能出可能出现现的状的状的状的状态态如下：如下：如下：如下：S0=(a,b,0,0)S0=(a,b,0,0)S0=(a,b,0,0)S0=(a,b,0,0)S1=(b,b,0,0)S1=(b,b,0,0)S1=(b,b,0,0)S1=(b,b,0,0)S2=(c,c,0,0)S2=(c,c,0,0)S2=(c,c,0,0)S2=(c,c,0,0)S3=(c,c,1,0)S3=(c,c,1,0)S3=(c,c,1,0)S3=(c,c,1,0)S4=(c,c,1,1)S4=(c,c,1,1)S4=(c,c,1,1)S4=(c,c,1,1)其中其中其中其中S0S0S0S0为为初始状初始状初始状初始状态态，S4S4S4S4为为目目目目标标状状状状态态第二十五页，共一百五十四页。5/22/202425第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 2 24 4 与与/或或图表达法表达法 【例【例【例【例2 2 2 23 3 3 3】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉(xingjio)(xingjio)(xingjio)(xingjio)问题问题允许的操作集为：F=f1,f2,f3,f4其中：f1(u)为猴子走到u处 (w,x,0,z)(u,x,0,z)f2(v)为猴子推台子到v处 (x,x,0,0)(v,v,0,0)f3为猴子爬上台子 (x,x,0,z)(x,x,1,z)f4为猴子拿到香蕉 (c,c,1,0)(c,c,1,1)第二十六页，共一百五十四页。5/22/202426第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 2 24 4 与与/或或图表达法表达法 【例【例【例【例2 2 2 23 3 3 3】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉问题问题允允允允许许的操作集的操作集的操作集的操作集为为：F=f1,f2,f3,f4F=f1,f2,f3,f4F=f1,f2,f3,f4F=f1,f2,f3,f4比比比比较较目目目目标标状状状状态态S4S4S4S4与与与与初初初初始始始始状状状状态态S0S0S0S0的的的的差差差差异异异异，来来来来选选择择主主主主操操操操作作作作。由由由由于于于于S0S0S0S0与与与与S4S4S4S4中中中中的的的的四四四四个个个个状状状状态态量量量量都都都都有有有有差差差差异异异异，相相相相应应的的的的操操操操作作作作为为f1,f2,f3f1,f2,f3f1,f2,f3f1,f2,f3和和和和f4f4f4f4，都都都都可可可可选选为为主主主主操操操操作作作作。因因因因此此此此，可可可可将将将将原原原原问问题题变变换换为为四四四四个个个个新新新新问问题题，而而而而新新新新问问题题又又又又可可可可分分分分为为(fn(fn(fn(fn wi)wi)wi)wi)几几几几个个个个子子子子问问题题及子子及子子及子子及子子问题问题。这这一一一一过过程程程程与与与与/或或或或树图树图 第二十七页，共一百五十四页。5/22/202427第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 2 24 4 与与/或或图表达法表达法 【例【例【例【例2 2 2 23 3 3 3】猴子】猴子】猴子】猴子(hu zi)(hu zi)(hu zi)(hu zi)和香蕉和香蕉和香蕉和香蕉问题问题与/或树图 第二十八页，共一百五十四页。5/22/202428第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 习题练习习题练习 一一 例例 2.1 梵塔问题状态空间法。梵塔问题状态空间法。设设有有三三根根宝宝石石杆杆,在在1号号杆杆上上穿穿有有A、B两两个个金金盘盘,A小小于于B，并并且且 A位位于于B的上面。的上面。要要求求：把把这这两两个个金金盘盘全全部部移移到到另另一一根根杆杆上上,而而且且规规定定每每次次只只能能(zh nn)移移动动一个盘子一个盘子,任何时刻都不能使任何时刻都不能使B位于位于A的上面小盘永远在大盘上面。的上面小盘永远在大盘上面。第二十九页，共一百五十四页。5/22/202429 图 2.1 二阶梵塔的全部(qunb)状态 第三十页，共一百五十四页。5/22/202430第二章第二章 知识知识(zh shi)(zh shi)表达技术表达技术 习题练习习题练习 一一 例例 2.1 梵塔问题状态空间法。梵塔问题状态空间法。设设用用二二元元组组(SA,SB)表表示示问问题题的的状状态态,SA表表示示小小盘盘A所所在在的的杆杆号号,SB表表示示大大盘盘B所所在在的的杆杆号号,这这样样(zhyng),全全部部可可能能的的状状态态有有9种种,可可表示如下：表示如下：s0(1,1),s1(1,2),s2(1,3)s3(2,1),s4(2,2),s5(2,3)S6(3,1),S7(3,2),S8(3,3)第三十一页，共一百五十四页。5/22/202431这里的操作算子就是盘子的搬动规那么，分别用A(i,j)及B(i,j)表示(biosh)：A(i,j)表示(biosh)把A盘小盘从第i号杆移到第j号杆上;B(i,j)表示(biosh)把B盘大盘从第i号杆移到第j号杆上。经分析，共有12个操作，它们分别是：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)第三十二页，共一百五十四页。5/22/202432这样(zhyng)由题意,问题的初始状态为(1,1),目标状态为(3,3),那么二阶梵塔问题可用状态图表示为(1,1),A(1,2),B(3,2),(3,3)从初始节点到目标节点的任何一跳通路都是一个解，其中的最短路径(ljng)长度是3，它有三个算子组成：A1，3、B1，2、A3，2。第三十三页，共一百五十四页。5/22/202433由此题可以(ky)得出结论1首先必须定义状态的描述形式，通过使用(shyng)这种描述形式可把问题的全部状态都表示出来。2其次还要有一组算子，通过使用算子可把问题的一种状态转换为另一种状态。3状态图就是通过一组算子将问题的初始状态转换为目标状态。第三十四页，共一百五十四页。5/22/202434作 业一-传教士与野人(y rn)三个传教士和三个野人来到一条河边。河边只有一只每次最多可供两个人过河的小船。传教士如何用这只小船才能使河的两边的野人数目绝不会超过(chogu)传教士数目的状态。指定状态描述格式、开始状态和目标状态，并画出状态图只要画出“合法的状态，即河两边的野人数目没有超过传教士的数目第三十五页，共一百五十四页。5/22/202435第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 三、三、产生式系生式系统 产产生式系生式系生式系生式系统统(production system)(production system)(production system)(production system)描描描描述述述述假假假假设设干干干干个个个个不不不不同同同同的的的的以以以以一一一一个个个个根根根根本本本本概概概概念念念念为为根根根根底底底底的的的的系系系系统统。这这个个个个根根根根本本本本概概概概念念念念就就就就是是是是产产生生生生式式式式规规那那那那么么么么或或或或产产生生生生式式式式条条条条件件件件和和和和操作操作操作操作对对的概念的概念的概念的概念 。论论域知域知域知域知识识分分分分为为两局部：两局部：两局部：两局部：事事事事实实表示静表示静表示静表示静态态(jngti)(jngti)(jngti)(jngti)知知知知识识，如事物、事件和它，如事物、事件和它，如事物、事件和它，如事物、事件和它们们之之之之间间的关系的关系的关系的关系产产生生生生式式式式规规那那那那么么么么表表表表示示示示推推推推理理理理过过程程程程和和和和行行行行为为，如如如如动动作作作作，算算算算子子子子，变变换换等等等等这这类类系系系系统统的的的的知知知知识识库库主主主主要要要要用用用用于于于于存存存存储储规规那那那那么么么么，因因因因此此此此又又又又把把把把此此此此类类系系系系统统称称称称为为基基基基于于于于规规那那那那么么么么的的的的系系系系统统(rule-based(rule-based(rule-based(rule-based system)system)system)system)第三十六页，共一百五十四页。5/22/202436第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 2 25 5 产生式系生式系统 产生式系统的根本结构产生式系统的根本结构产生式系统的根本结构产生式系统的根本结构一一一一个个个个(y(y(y(y)产产产产生生生生式式式式系系系系统统统统包包包包含含含含事事事事实实实实库库库库、规规规规那那那那么么么么集集集集和和和和规规规规那那那那么么么么解解解解释控制器三局部释控制器三局部释控制器三局部释控制器三局部 第三十七页，共一百五十四页。5/22/202437第二章第二章 知识知识(zh shi)(zh shi)表达技术表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 事事实实库库当当前前的的知知识识信信息息数数据据，包包括括推推理理过过程程中中形形成成的的中中间间结结论论(jiln)(jiln)(jiln)(jiln)知知识识，换换句句话话说说，它它用用于于存存储储有有关关问问题题的的状状态态、性性质质等等事事实实的的表表达达型型知知识识，也也称称为为综综合合数数据据库库或或工工作作存存储储器。数据是广义的器。数据是广义的第三十八页，共一百五十四页。5/22/202438第二章第二章 知识知识(zh shi)(zh shi)表达技术表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 规规规规那那那那么么么么集集集集库库库库存存存存储储储储有有有有关关关关问问问问题题题题的的的的状状状状态态态态转转转转移移移移、性性性性质质质质变变变变化化化化(binhu)(binhu)(binhu)(binhu)等规那么的过程型知识，或称等规那么的过程型知识，或称等规那么的过程型知识，或称等规那么的过程型知识，或称“规那么库规那么库规那么库规那么库产生式规那么的一般形式可以表述为：产生式规那么的一般形式可以表述为：产生式规那么的一般形式可以表述为：产生式规那么的一般形式可以表述为：P1,P2,PmP1,P2,PmP1,P2,PmP1,P2,Pm C1,C2,CnC1,C2,CnC1,C2,CnC1,C2,Cn每每每每条条条条产产产产生生生生式式式式规规规规那那那那么么么么分分分分为为为为左左左左部部部部和和和和右右右右部部部部两两两两个个个个局局局局部部部部，左左左左部部部部表表表表示示示示激激激激活活活活该该该该产产产产生生生生式式式式规规规规那那那那么么么么的的的的前前前前提提提提条条条条件件件件/规规规规那那那那么么么么前前前前件件件件，右右右右部部部部表表表表示示示示调调调调用用用用该该该该产产产产生生生生式式式式规规规规那那那那么么么么后后后后所所所所做做做做的的的的行行行行为为为为局局局局部部部部/规规规规那么后件那么后件那么后件那么后件/结论。可简述成结论。可简述成结论。可简述成结论。可简述成“条件条件条件条件-动作对的形式。动作对的形式。动作对的形式。动作对的形式。第三十九页，共一百五十四页。5/22/202439第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 2 25 5 产生式系生式系统 产生式规那么的形式与传统程序设计语言中条件语句非常相似(xin s)，但实际上两者之间存在根本的区别具体见书上解释第四十页，共一百五十四页。5/22/202440第二章第二章 知识知识(zh shi)(zh shi)表达技术表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 规规那那么么解解释释控控制制器器根根据据有有关关问问题题的的控控制制型型知知识识，选选择择控控制制策策略略，将将规规那那么么与与事事实实进进行行匹匹配配，控控制制并并利用知识进行推理并求解问题利用知识进行推理并求解问题 通常从选择规那么到执行操作通常从选择规那么到执行操作(cozu)(cozu)分分3 3步：步：匹匹配配、冲冲突突消消解解和和操操作作由由匹匹配配器器负负责责判判断断规规那那么么条条件件是是否否成成立立，冲冲突突消消解解器器负负责责选选择择可可调调用用的的规规那那么么，解解释释器器负负责责执执行行规规那那么么的的动动作作，并并在在满满足足结结束束条条件件时时终终止止产产生生式式系系统统的运行。的运行。第四十一页，共一百五十四页。5/22/202441第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 2 25 5 产生式系生式系统 1.1.1.1.匹匹匹匹配配配配当当当当前前前前事事事事实实实实库库库库内内内内容容容容与与与与规规规规那那那那么么么么条条条条件件件件局局局局部部部部匹匹匹匹配配配配。如如如如果果果果两两两两者者者者完完完完全全全全匹匹匹匹配配配配，那那那那么么么么把把把把这这这这条条条条规规规规那那那那么么么么称称称称为为为为触触触触发发发发规规规规那那那那么么么么。当当当当按按按按规规规规那那那那么么么么的操作局部去执行时，称这条规那么为启用规那么。的操作局部去执行时，称这条规那么为启用规那么。的操作局部去执行时，称这条规那么为启用规那么。的操作局部去执行时，称这条规那么为启用规那么。2.2.2.2.被被被被触触触触发发发发的的的的规规规规那那那那么么么么不不不不一一一一定定定定总总总总是是是是启启启启用用用用规规规规那那那那么么么么，因因因因为为为为可可可可能能能能同同同同时时时时有有有有几几几几条条条条规规规规那那那那么么么么的的的的条条条条件件件件局局局局部部部部被被被被满满满满足足足足，需需需需解解解解决决决决冲冲冲冲突突突突(chngt)(chngt)(chngt)(chngt)步步步步骤骤骤骤中中中中来来来来解解解解决决决决。在在在在复复复复杂杂杂杂的的的的情情情情况况况况下下下下，在在在在事事事事实实实实库库库库和和和和规规规规那那那那么么么么的的的的条条条条件件件件局局局局部部部部之之之之间间间间可可可可能能能能要进行近似匹配要进行近似匹配要进行近似匹配要进行近似匹配3.3.3.3.2.2.2.2.冲冲冲冲突突突突解解解解决决决决当当当当有有有有一一一一条条条条以以以以上上上上规规规规那那那那么么么么的的的的条条条条件件件件局局局局部部部部和和和和当当当当前前前前事事事事实实实实库库库库相相相相匹配时，就需要决定首先使用哪一条规那么，这称为冲突解决匹配时，就需要决定首先使用哪一条规那么，这称为冲突解决匹配时，就需要决定首先使用哪一条规那么，这称为冲突解决匹配时，就需要决定首先使用哪一条规那么，这称为冲突解决4.4.4.4.3.3.3.3.操操操操作作作作执执执执行行行行规规规规那那那那么么么么的的的的操操操操作作作作局局局局部部部部，经经经经操操操操作作作作以以以以后后后后，当当当当前前前前事事事事实实实实库库库库将将将将被修改。然后，其它的规那么有可能被使用，即进入下一循环被修改。然后，其它的规那么有可能被使用，即进入下一循环被修改。然后，其它的规那么有可能被使用，即进入下一循环被修改。然后，其它的规那么有可能被使用，即进入下一循环 第四十二页，共一百五十四页。5/22/202442第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 2 25 5 产生式系生式系统 如：设有以下两条美式足球的规那么：规那么R1 规那么 R2 IF fourth dawn IF fourth dawn short yardage short yardage THEN punt within 30 yards(from the goal line)THEN field goalR1规那么：如进攻方在前三次进攻中前进的距离少于10码(short yardage)，那么在第四次进攻时(fourth dawn)，可以(ky)踢悬空球(punt)R2规那么：如进攻方在前三次进攻中前进的距离少于10码，而进攻的位置又在离对方球门线30码距离之内，那么就可以射门(field goal)如果当前事实库包含事实“fourth dawn和“short yardage以及“within 30 yards？-那么上述两条规那么都被触发，这就需要用“冲突解决来解决首先使用哪一条规那么的问题。第四十三页，共一百五十四页。5/22/202443第二章第二章 知识知识(zh shi)(zh shi)表达技术表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 常见的冲突解决方案：常见的冲突解决方案：常见的冲突解决方案：常见的冲突解决方案：专专专专一一一一性性性性排排排排序序序序如如如如某某某某一一一一规规规规那那那那么么么么条条条条件件件件局局局局部部部部规规规规定定定定的的的的情情情情况况况况，比比比比另另另另一一一一规规规规那那那那么么么么条条条条件件件件局局局局部部部部规规规规定定定定的的的的情情情情况况况况更更更更有有有有针针针针对对对对性性性性，那那那那么么么么这这这这条条条条规规规规那么有较高的优先级那么有较高的优先级那么有较高的优先级那么有较高的优先级规规规规那那那那么么么么排排排排序序序序如如如如规规规规那那那那么么么么编编编编排排排排的的的的顺顺顺顺序序序序就就就就表表表表示示示示了了了了启启启启用用用用的的的的优优优优先先先先级级级级，那那那那么么么么称之为规那么排序称之为规那么排序称之为规那么排序称之为规那么排序数数数数据据据据排排排排序序序序把把把把规规规规那那那那么么么么条条条条件件件件局局局局部部部部的的的的所所所所有有有有条条条条件件件件按按按按优优优优先先先先级级级级次次次次序序序序编编编编排排排排起起起起来来来来，运运运运行行行行时时时时首首首首先先先先使使使使用用用用在在在在条条条条件件件件局局局局部部部部包包包包含含含含较较较较高高高高优优优优先先先先级级级级数据的规那么。数据的规那么。数据的规那么。数据的规那么。规规规规模模模模排排排排序序序序按按按按规规规规那那那那么么么么的的的的条条条条件件件件局局局局部部部部的的的的规规规规模模模模排排排排列列列列优优优优先先先先级级级级，优优优优先先先先使使使使用用用用被被被被满足的条件较多的规那么满足的条件较多的规那么满足的条件较多的规那么满足的条件较多的规那么就就就就近近近近排排排排序序序序把把把把最最最最近近近近使使使使用用用用的的的的规规规规那那那那么么么么放放放放在在在在最最最最优优优优先先先先的的的的位位位位置置置置。这这这这和和和和人人人人类类类类的行为有相似之处的行为有相似之处的行为有相似之处的行为有相似之处上上上上下下下下文文文文限限限限制制制制把把把把产产产产生生生生式式式式规规规规那那那那么么么么按按按按它它它它们们们们所所所所描描描描述述述述(mio(mio(mio(mio sh)sh)sh)sh)的的的的上上上上下下下下文文文文分分分分组组组组，也也也也就就就就是是是是说说说说按按按按上上上上下下下下文文文文对对对对规规规规那那那那么么么么分分分分组组组组。在在在在某某某某种种种种上上上上下下下下文文文文条条条条件件件件下下下下，只只只只能能能能从与其相对应的那组规那么中选择可应用的规那么从与其相对应的那组规那么中选择可应用的规那么从与其相对应的那组规那么中选择可应用的规那么从与其相对应的那组规那么中选择可应用的规那么 第四十四页，共一百五十四页。5/22/202444第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 2 25 5 产生式系生式系统 【例【例【例【例2 2 2 24 4 4 4】动动物物物物识别识别系系系系统统规规那么那么那么那么I1I1I1I1到到到到I4I4I4I4这这一一一一组规组规那么可用于把哺乳那么可用于把哺乳那么可用于把哺乳那么可用于把哺乳动动物和物和物和物和鸟类动鸟类动物区分开：物区分开：物区分开：物区分开：规规那么那么那么那么I1 I1 I1 I1 如果如果如果如果 该动该动物有毛物有毛物有毛物有毛发发(mof)(mof)(mof)(mof)，那么，那么，那么，那么 它是哺乳它是哺乳它是哺乳它是哺乳动动物物物物规规那么那么那么那么I2 I2 I2 I2 如果如果如果如果 该动该动物能物能物能物能产产乳，那么乳，那么乳，那么乳，那么 它是哺乳它是哺乳它是哺乳它是哺乳动动物物物物规规那么那么那么那么I3 I3 I3 I3 如果如果如果如果 该动该动物有羽毛，那么物有羽毛，那么物有羽毛，那么物有羽毛，那么 它是它是它是它是鸟类动鸟类动物物物物规规那么那么那么那么I4 I4 I4 I4 如果如果如果如果 该动该动物能物能物能物能飞飞行，它能生蛋，那么行，它能生蛋，那么行，它能生蛋，那么行，它能生蛋，那么 它是它是它是它是鸟类动鸟类动物物物物规规那么那么那么那么I5I5I5I5到到到到I8I8I8I8把哺乳把哺乳把哺乳把哺乳动动物又物又物又物又进进一步分一步分一步分一步分为为更更更更细细的的的的类类食肉食肉食肉食肉动动物和有蹄物和有蹄物和有蹄物和有蹄动动物：物：物：物：规规那么那么那么那么I5 I5 I5 I5 如果如果如果如果 该动该动物是哺乳物是哺乳物是哺乳物是哺乳动动物，它吃肉，那么物，它吃肉，那么物，它吃肉，那么物，它吃肉，那么 它是食肉它是食肉它是食肉它是食肉动动物物物物规规那么那么那么那么I6 I6 I6 I6 如果如果如果如果 该动该动物是哺乳物是哺乳物是哺乳物是哺乳动动物，它物，它物，它物，它长长有爪子，它有爪子，它有爪子，它有爪子，它长长有利有利有利有利齿齿，它眼睛前它眼睛前它眼睛前它眼睛前视视，那么，那么，那么，那么 它是食肉它是食肉它是食肉它是食肉动动物物物物规规那么那么那么那么I7 I7 I7 I7 如果如果如果如果 该动该动物是哺乳物是哺乳物是哺乳物是哺乳动动物，它物，它物，它物，它长长有蹄，那么有蹄，那么有蹄，那么有蹄，那么 它是有蹄它是有蹄它是有蹄它是有蹄动动物物物物规规那么那么那么那么I8 I8 I8 I8 如果如果如果如果 该动该动物是哺乳物是哺乳物是哺乳物是哺乳动动物，它反物，它反物，它反物，它反刍刍，那么那么那么那么 它是有蹄它是有蹄它是有蹄它是有蹄动动物，并且是偶蹄物，并且是偶蹄物，并且是偶蹄物，并且是偶蹄动动物物物物第四十五页，共一百五十四页。5/22/202445第二章第二章 知识知识(zh shi)(zh shi)表达技术表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 【例【例【例【例2 2 2 24 4 4 4】动动物物物物识别识别系系系系统统以下两个以下两个以下两个以下两个规规那么那么那么那么(n me)(n me)(n me)(n me)对对食肉食肉食肉食肉动动物物物物进进行行行行细细分：分：分：分：规规那么那么那么那么I9 I9 I9 I9 如果如果如果如果 该动该动物是食肉物是食肉物是食肉物是食肉动动物，它的物，它的物，它的物，它的颜颜色是黄褐色，它有深色的斑点色是黄褐色，它有深色的斑点色是黄褐色，它有深色的斑点色是黄褐色，它有深色的斑点 那么那么那么那么 它是它是它是它是猎猎豹豹豹豹规规那么那么那么那么I10 I10 I10 I10 如果如果如果如果 该动该动物是食肉物是食肉物是食肉物是食肉动动物，它的物，它的物，它的物，它的颜颜色是黄褐色，它有黑色条色是黄褐色，它有黑色条色是黄褐色，它有黑色条色是黄褐色，它有黑色条纹纹 那么那么那么那么 它是老虎它是老虎它是老虎它是老虎 以下两个以下两个以下两个以下两个规规那么那么那么那么对对有蹄有蹄有蹄有蹄动动物物物物进进行行行行细细分：分：分：分：规规那么那么那么那么I11 I11 I11 I11 如果如果如果如果 该动该动物是有蹄物是有蹄物是有蹄物是有蹄动动物，它有物，它有物，它有物，它有长长腿，它有腿，它有腿，它有腿，它有长颈长颈，它的，它的，它的，它的颜颜色是黄色是黄色是黄色是黄褐色，它有深色的斑点，那么褐色，它有深色的斑点，那么褐色，它有深色的斑点，那么褐色，它有深色的斑点，那么 它是它是它是它是长颈长颈鹿鹿鹿鹿规规那么那么那么那么I12 I12 I12 I12 如果如果如果如果 该动该动物是有蹄物是有蹄物是有蹄物是有蹄动动物，它的物，它的物，它的物，它的颜颜色是白的，它有黑色条色是白的，它有黑色条色是白的，它有黑色条色是白的，它有黑色条纹纹，那么那么那么那么 它是斑它是斑它是斑它是斑马马 第四十六页，共一百五十四页。5/22/202446第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 2 25 5 产生式系生式系统 【例【例【例【例2 2 2 24 4 4 4】动动物物物物识别识别系系系系统统 以下以下以下以下对鸟类进对鸟类进行分行分行分行分类类的的的的规规那么：那么：那么：那么：规规那么那么那么那么I13 I13 I13 I13 如果如果如果如果 该动该动物是物是物是物是鸟类鸟类，它不会，它不会，它不会，它不会飞飞，它有，它有，它有，它有长长腿，它有腿，它有腿，它有腿，它有长颈长颈，它它它它的的的的颜颜色色色色是是是是黑黑黑黑、白白白白色色色色(bis)(bis)(bis)(bis)相相相相杂杂，那那那那么么么么 它它它它是是是是鸵鸟鸵鸟规规那那那那么么么么I13I13I13I13的的的的IFIFIFIF局局局局部部部部的的的的条条条条件件件件“它它它它有有有有长长腿腿腿腿和和和和“它它它它有有有有长长颈颈，也也也也出出出出现现在在在在规规那那那那么么么么I11I11I11I11的的的的IFIFIFIF局局局局部部部部。I11I11I11I11是是是是有有有有蹄蹄蹄蹄动动物物物物的的的的，而而而而I13I13I13I13是是是是鸟鸟的的的的分分分分类类，无无无无混淆混淆混淆混淆规规那么那么那么那么I14 I14 I14 I14 如果如果如果如果 该动该动物是物是物是物是鸟类鸟类，它不能，它不能，它不能，它不能飞飞行，它能游水，行，它能游水，行，它能游水，行，它能游水，它的它的它的它的颜颜色是黑色和白色，那么色是黑色和白色，那么色是黑色和白色，那么色是黑色和白色，那么 它是企它是企它是企它是企鹅鹅规规那么那么那么那么I15 I15 I15 I15 如果如果如果如果 该动该动物是物是物是物是鸟类鸟类，它善于，它善于，它善于，它善于飞飞行，那么行，那么行，那么行，那么 它是海燕它是海燕它是海燕它是海燕 第四十七页，共一百五十四页。5/22/202447第二章第二章 知识表达知识表达(biod)(biod)技术技术 2 25 5 产生式系生式系统 【例【例【例【例2 2 2 24 4 4 4】动动物物物物识别识别系系系系统统识别长颈识别长颈鹿的鹿的鹿的鹿的过过程程程程开始，开始，开始，开始，观观察到：察到：察到：察到：动动物的物的物的物的颜颜色是黄褐色色是黄褐色色是黄褐色色是黄褐色,深色斑点深色斑点深色斑点深色斑点规规那么那么那么那么I11I11I11I11还还是是是是规规那么那么那么那么I9I9I9I9？再看到再看到再看到再看到该动该动物物物物给给它的幼它的幼它的幼它的幼兽兽喂奶，并能反喂奶，并能反喂奶，并能反喂奶，并能反刍刍，于是事，于是事，于是事，于是事实库实库内容增内容增内容增内容增为为：动动物的物的物的物的颜颜色是黄褐色色是黄褐色色是黄褐色色是黄褐色,深色斑点深色斑点深色斑点深色斑点,能能能能产产乳乳乳乳,反反反反刍刍现现用用用用规规那么集与事那么集与事那么集与事那么集与事实库进实库进行匹配，行匹配，行匹配，行匹配，I2I2I2I2首先首先首先首先(shuxin)(shuxin)(shuxin)(shuxin)可用，并更新事可用，并更新事可用，并更新事可用，并更新事实库为实库为：哺乳哺乳哺乳哺乳动动物物物物,黄褐色黄褐色黄褐色黄褐色,深色斑点深色斑点深色斑点深色斑点,能能能能产产乳乳乳乳,反反反反刍刍进进而而而而I8I8I8I8又能用，更新事又能用，更新事又能用，更新事又能用，更新事实库为实库为：有蹄有蹄有蹄有蹄动动物物物物,偶蹄偶蹄偶蹄偶蹄动动物物物物,哺乳哺乳哺乳哺乳动动物物物物,黄褐色黄褐色黄褐色黄褐色,深色斑点深色斑点深色斑点深色斑点,能能能能产产乳乳乳乳,反反反反刍刍还还无无无无法法法法识识别别，而而而而事事事事实实库库也也也也不不不不能能能能和和和和其其其其它它它它规规那那那那么么么么的的的的前前前前提提提提相相相相匹匹匹匹配配配配，需需需需再再再再观观察察察察，进进一一一一步步步步发发现现该该动动物物物物腿腿腿腿和和和和颈颈都都都都很很很很长长，即得到事，即得到事，即得到事，即得到事实库实库：动动物有物有物有物有长长腿腿腿腿,有有有有长颈长颈,有蹄有蹄有蹄有蹄动动物物物物,偶蹄偶蹄偶蹄偶蹄动动物物物物,哺乳哺乳哺乳哺乳动动物物物物,黄褐色黄褐色黄褐色黄褐色,深色斑点深色斑点深色斑点深色斑点,能能能能产产乳乳乳乳,反反反反刍刍规规那么那么那么那么I11I11I11I11可使用，推理出可使用，推理出可使用，推理出可使用，推理出该动该动物物物物为长颈为长颈鹿鹿鹿鹿问题问题的求解的求解的求解的求解过过程可程可程可程可终终止止止止第四十八页，共一百五十四页。5/22/202448第二章第二章 知识知识(zh shi)(zh shi)表达技术表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 产生式系统的问题求解过程的步骤：产生式系统的问题求解过程的步骤：产生式系统的问题求解过程的步骤：产生式系统的问题求解过程的步骤：事实库初始化事实库初始化事实库初始化事实库初始化 假假假假设设设设存存存存在在在在未未未未用用用用规规规规那那那那么么么么前前前前提提提提能能能能与与与与事事事事实实实实库库库库相相相相匹匹匹匹配配配配那那那那么么么么转转转转，否否否否那么转那么转那么转那么转 使用规那么，更新事实库，并标记所用规那么使用规那么，更新事实库，并标记所用规那么使用规那么，更新事实库，并标记所用规那么使用规那么，更新事实库，并标记所用规那么 事事事事实实实实库库库库是是是是否否否否包包包包含含含含解解解解。假假假假设设设设是是是是，那那那那么么么么终终终终止止止止求求求求解解解解过过过过程程程程，否否否否那么转那么转那么转那么转 要要要要求求求求更更更更多多多多的的的的关关关关于于于于(guny)(guny)(guny)(guny)问问问问题题题题的的的的信信信信息息息息，假假假假设设设设不不不不能能能能提提提提供供供供所所所所要信息，那么求解失败，否那么更新事实库并转要信息，那么求解失败，否那么更新事实库并转要信息，那么求解失败，否那么更新事实库并转要信息，那么求解失败，否那么更新事实库并转 第四十九页，共一百五十四页。5/22/202449 图 6-2 推理(tul)机的一次推理(tul)过程 第五十页，共一百五十四页。5/22/202450一个实际的产生式系统,其目标条件一般不会只经一步推理就可满足,往往要经过多步推理才能满足或者证明问题无解。所以,产生式系统的运行过程(guchng),就是推理机不断运用规那么库中的规那么,作用于动态数据库,不断进行推理并不断检测目标条件是否满足的过程(guchng)。当推理到某一步,目标条件被满足,那么推理成功,于是系统运行结束；或者再无规那么可用,但目标条件仍未满足,那么推理失败,当然系统也运行结束。第五十一页，共一百五十四页。5/22/202451控制策略与常用算法控制策略与常用算法 产产生生式式系系统统的的推推理理可可分分为为正正向向推推理理和和反反向向推推理理两两种种根根本本方方式式。简简单单来来讲讲,正正向向推推理理就就是是从从初初始始事事实实数数据据出出发发,正正向向使使用用规规那那么么进进行行推推理理(即即用用规规那那么么前前提提与与动动态态数数据据库库中中的的事事实实匹匹配配(ppi)(ppi),或或用用动动态态数数据据库库中中的的数数据据测测试试规规那那么么的的前前提提条条件件,然然
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