人工智能第二章 知识表示方法

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第二章 知识表示方法,2024/11/28,内容简介,2.2,一阶谓词逻辑表示法,2.3,产生式表示法,2.4,框架表示法,2.6,面向对象表示法,6,2,3,4,2.1,概述,1,2.5,语义网络表示法,5,2024/11/28,2.1.1,知识,知识是智能的基础,智能活动的过程就是获取并应用知识,人工智能对问题的求解是以知识为基础,知识获取能力,知识处理能力,知识应用能力,如何将已有的知识以计算机内部代码的形式进行描述和存储，以便利用知识就是,知识表示,需要解决的问题,什么是知识？,将数字、字符串等关于客观事物的数量、属性等描述称“数据”；数据不等于数字，姓名、性别也是数据；,数据是信息的载体和表示，信息是数据在特定场合下的含义，如“,6”,个人；,知识是数据和信息的结合；,2024/11/28,知识的定义,Feigenbaum,Bernstein,知识是经过削减、塑造、解释和转换的信息。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。,总结：知识是把有关信息关联在一起形成的信息结构,例如：以如果,则,关联起来的信息,2024/11/28,知识要素,事实,规则,有关问题环境的一些事物的知识，常以“,是,”,的形式出现，表示静态的知识。,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。,控制,有关问题的求解步骤、技巧性知识，告诉怎么做一件事。,元知识,有关知识的知识，是知识库中的高层知识。包括怎样使用规则，解释规则、校验规则、解释程序结构等知识。,2024/11/28,知识的特性,相对正确性,不确定性,任何知识都只是在一定条件下产生的，只在一定条件下才是正确的：“以胖为美”,;1+1=2;,知识不只有真和假两种状态，也可能具有很多不确定性的状态，因为信息可能是不精确的。,知识的不确定性可能由随机、模糊、不完全性引起的。,可表示性,知识可以用适当形式表示出来，如使用语言、文字、图形；,2024/11/28,知识分类,事实性知识,过程性知识,行为性知识,根据表达内容,实例性知识,类比性知识,元知识,真理、常识性知识,处理问题的方法，具有一定规律性,常表示为某种数学模型,只给出实例，规律隐藏在其中,只给相似性的描述，不能完整刻画事物,关于知识的知识，用于寻找需要的知识,2024/11/28,2.1.2,知识表示,知识需要合适的表示方式,任何国家民族都需要自己的语言文字来交流、记录知识；,二进制使得数据可以在计算机中存储；,需要研究人类智能在计算机上的表示方式，才能实现人工智能；,2024/11/28,2.1.2,知识表示,分类,-,根据表示与运用的关系划分,陈述性知识表示,：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：语义网络,优点：灵活简洁，只需存储每个事实一次；,缺点：工作效率低下，推理过程不透明；,过程性知识表示,：将知识表示与知识的运用相结合，知识寓于程序中，是一种动态的描述方法。如：产生式系统,优点：推理过程直接、清晰，易于推理知识；,缺点：表示不够严谨，知识交叉重叠，灵活性差；,知识表示的定义,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。,需要考虑知识的存储与使用,2024/11/28,选取知识表示的因素,表示知识的范围是否广泛,是否适于推理,是否适于计算机处理,是否有高效的求解算法,能否表示不精确知识,自然界许多知识都是不精确的，对确定性方法有时需要加入不确定性度量,能否在同一层次上和不同层次上模块化,只具有全局知识库无疑不够灵活,知识和元知识能否用统一的形式表示,是否适合于加入启发信息,过程性表示还是说明性表示,表示方法是否自然,自然与效率常是矛盾的，如,PROLOG,与,VC,的区别；,2024/11/28,2.2,一,阶,阶,谓,谓,词,词,逻,逻,辑,辑,表,表,示,示,法,法,一,种,种,重,重,要,要,的,的,知,知,识,识,表,表,示,示,方,方,法,法,，,，,它,它,以,以,数,数,理,理,逻,逻,辑,辑,为,为,基,基,础,础,，,，,是,是,到,到,目,目,前,前,为,为,止,止,能,能,够,够,表,表,达,达,人,人,类,类,思,思,维,维,和,和,推,推,理,理,的,的,一,一,种,种,最,最,精,精,确,确,的,的,形,形,式,式,语,语,言,言,。,。,它,它,的,的,表,表,现,现,方,方,式,式,和,和,人,人,类,类,自,自,然,然,语,语,言,言,非,非,常,常,接,接,近,近,，,，,它,它,能,能,够,够,被,被,计,计,算,算,机,机,作,作,精,精,确,确,推,推,理,理,。,。,一阶谓,词,词逻辑,表,表示法,2022/12/31,知识的,谓,谓词逻,辑,辑表示,法,法,用谓词,公,公式既,可,可表示,事,事物的,状,状态、,属,属性和,概,概念等,事,事实性,的,的知识,，,，也可,表,表示事,物,物间具,有,有因果,关,关系的,规,规则性,知,知识。,用谓词,公,公式表,示,示知识,的,的一般,步,步骤,2.,根据所,要,要表达,的,的事物,或,或概念,，,，为每,个,个谓词,中,中的变,元,元赋以,特,特定的,值,值。,1.,定义谓,词,词及个,体,体，确,定,定每个,谓,谓词及,个,个体的,确,确切含,义,义。,3.,根据所,要,要表达,的,的知识,的,的语义,，,，用适,当,当的连,接,接符将,各,各个谓,词,词连接,起,起来形,成,成谓词,公,公式。,2022/12/31,谓词,公,公式,连词,非连,词,词,或连,词,词,：,：用,连,接,接两,个,个命,题,题称,为,为,析取,。,与连,词,词,：,：用,连,接,接两,个,个命,题,题称,为,为,合取,。,蕴合,连,连词,：,它,它表,示,示,“,“如,果,果P,，,，则Q”,，,，其,中,中P,称,称为,前,前件,，,，Q,称,称为,后,后件,。,。,量词,全称,量,量词,（,（,x,）：,表,表示,对,对个,体,体域X中的,所,所有,（,（或,任,任一,个,个）,个,个体,x,。,存在,量,量词,（,（,x,）：,表,表示,在,在个,体,体域X中,存,存在,个,个体,x,。,2022/12/31,由下,述,述规,则,则得,到,到的,谓,谓词,公,公式,称,称为,合式,公,公式,：,单个,谓,谓词,和,和单,个,个谓,词,词的,否,否定,称,称为,原,原子,谓,谓词,公,公式,，,，原,子,子谓,词,词公,式,式是,合,合式,公,公式,。,。,若A,是,是合,式,式公,式,式，,则,则A也,是,是合,式,式公,式,式。,若A,、,、B,都,都是,合,合式,公,公式,，,，则AB、AB、,AB也,都,都是,合,合式,公,公式,。,。,若A,是,是合,式,式公,式,式，,x,是任,一,一个,体,体变,元,元，,则,则(,x,)A,和,和(,x,)A,也,也都,是,是合,式,式公,式,式。,在合式公,式,式中，连,词,词的优先,级,级别依序,为,为：，,，,2022/12/31,谓词公式,的,的解释,在命题逻,辑,辑中，对,命,命题公式,中,中各个命,题,题的一次,真,真值指派,称,称为命题,公,公式的一,个,个,解释,。,一个谓词,公,公式的解,释,释可能有,很,很多个。,对,对于每一,个,个解释，,谓,谓词公式,都,都可求出,一,一个真值,（,（,T,或,F,）。,2022/12/31,谓词逻辑,表,表示知识,举,举例,用谓词逻,辑,辑表示下,列,列知识：,武汉是一,个,个美丽的,城,城市，但,她,她不是一,个,个沿海城,市,市。,如果马亮,是,是男孩，,张,张红是女,孩,孩，则马,亮,亮比张红,长,长得高。,例,第一步,第二步,第三步,定义谓词,如,如下：,BCity(x),：,x,是一个美,丽,丽的城市,HCity(x),：,x,是一个沿,海,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,连接符连,接,接,BCity(wuhan),HCity(wuhan),(Boy(mal)Girl(zhangh)High(mal,zhangh),将个体代,入,入谓词中,，,，得到,BCity(wuhan),HCity(wuhan),Boy(mal),Girl(zhangh),High(mal,zhangh),2022/12/31,例：用谓,词,词公式表,示,示下列知,识,识,自然数是,大,大于零的,整,整数。,所有整数,不,不是偶数,就,就是奇数,。,。,偶数除以,2,是整数。,2022/12/31,（1）定,义,义谓词,N(,x,)表示,x,是自然数,I(,x,)表示,x,是整数,E(,x,)表示,x,是偶数,O(,x,)表示,x,是奇数,GZ(,x,)表示,x,大于零,S,(,x,)表示,x,除以,2,（2）谓词公式知识表示,(,x,)(N(,x,)GZ(,x,)I(,x,),自然数是大于零的整数,(,x,)(I(,x,)E(,x,)O(,x,),所有整数不是偶数就是奇数,(,x,)(E(,x,)I(,S,(,x,),偶数除以,2,是整数,2022/12/31,一阶谓词逻,辑,辑表示法特,点,点,优点,缺点,严密性,易于实现,知识易表达,通用性,自然性,效率低,灵活性差,组合爆炸,返回,只能表达确,定,定的知识,2022/12/31,2.3,产生式表示,法,法,1943,年,E.Post,第一次提出,称,称为“,Post,机”的计算,模,模型（,计算理论,）,一种描述形,式,式语言的语,法,法又称为产,生,生式规则表,示,示法，它和,图,图灵机有相,同,同的计算能,力,力。目前产,生,生式表示法,已,已成为人工,智,智能中应用,最,最多的一种,知,知识表示方,法,法。,产生式知识,表,表示方法,1972,年纽厄尔和,西,西蒙在研究,人,人类知识模,型,型开发了基,于,于规则的产,生,生式系统。,2022/12/31,产生式的基,本,本形式,产生式通常,用,用于表示具,有,有因果关系,的,的知识，其,基,基本形式是,PQ,或,IF PTHENQ,其中，,P,是产生式的,前,前提或条件,，,，用于指出,该,该产生式是,否,否是可用的,条,条件；,Q,是一组结论,或,或动作，用,于,于指出该产,生,生式的前提,条,条件,P,被满足时，,应,应该得出的,结,结论或应该,执,执行的操作,。,。,P,和,Q,都可以是一,个,个或一组数,学,学表达式或,自,自然语言。,谓词逻辑中,的,的蕴含式与,产,产生式的差,别,别：,蕴含式只,能,能表示精确,知,知识；产生,式,式可以表示,精,精确知识，,也,也可以表示,不,不精确知识,。,。,蕴含式要,求,求匹配是精,确,确的；产生,式,式匹配可以,是,是精确的，,也,也可以是不,精,精确的；可,以,以按某种确,信,信度进行匹,配,配。,可以把蕴含,式,式看出产生,式,式的一个特,例,例,2022/12/31,产生式表示,知,知识方法,确定性和不,确,确定性规则,知,知识的产生,式,式表示,确定性规则,知,知识,可用前面介,绍,绍的产生式,的,的基本形式,表,表示即可。,不确定性规,则,则知识,用如下形式,表,表示,PQ,（可信度）,或,或者,IF PTHENQ,（可信度）,其中，,P,是产生式的,前,前提或条件,，,，用于