几种结构化知识表示及其推理.ppt

2020/4/27,1,第7章几种结构化知识表示及其推理,2020/4/27,2,第7章几种结构化知识表示及其推理,7.1框架7.2语义网络7.3类与对象*,2020/4/27,3,7.1框架,1975年Minsky在论文中提出了框架理论。他从心理学的证据出发，认为人的知识以框架结构记存在人脑中。当人们面临新的情况，或对问题的看法有重要变化时，总是从自己的记忆中找出一个合适的框架，然后根据细节加以修改补充，从而形成对新观察到的事物的认识。人类对于一件事的了解，表现在对于这件事物的诸方面，即属性的了解。掌握了事物的属性，也就有了关于事物的知识，知识表示是从属性描述开始的。,2020/4/27,4,7.1框架,7.1.1框架的概念7.1.2框架的表达能力7.1.3基于框架的推理7.1.4框架的程序语言实现,2020/4/27,5,7.1.1框架的概念,|约束：条件1条件2,讨论对象的属性,讨论对象的属性,2020/4/27,6,7.1.1框架的概念-示例(1),例7.1描述“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：（中师，高师）类型：（，）,|,2020/4/27,7,7.1.1框架的概念-示例(2),例7.2描述“大学教师”的框架,框架名：类属：学历：（学士、硕士、博士）专业：职称：（助教、讲师、副教授、教授）外语：语种：范围：（英，法，日，俄，德，）缺省：英水平：（优，良，中，差）缺省：良,|,2020/4/27,8,7.1.1框架的概念-示例(3),例7.3描述一个具体教师的框架,框架名：类属：姓名：李明性别：男职业：教师职称：助教专业：计算机应用部门：计算机系软件教研室工作：参加工作时间：1995年8月工龄：当前年份参加工作年份工资：,2020/4/27,9,7.1.1框架的概念,上位框架：一般描述概念下位框架上位框架具有的属性，下位框架一定具有，下位框架从上位框架中继承某些槽值或侧面名。实例框架：一般描述一个具体事物,2020/4/27,10,7.1.1框架的概念-框架网络,一个框架的槽值可以是另一个框架的名，这就把有关框架横向联系了起来。框架间的“父子”关系是框架间的一种纵向联系。某一论域的全体框架构成了一个框架网络或框架系统。框架的槽值可以是规则或逻辑式、运算式甚至过程调用等。,2020/4/27,11,7.1.1框架的概念-框架网络（例）,师生员工框架,教职工框架,学生框架,教师框架,职工框架,电子系学生框架,管理系学生框架,教师-1,教师-N,本科生,硕士生,2020/4/27,12,7.1.2框架的表达能力,框架适合表达结构性知识概念对象等知识用框架表示框架的槽是对象的属性或状态框架的值是属性值或状态值框架网络可以表示过程性事件或情节,2020/4/27,13,7.1.2框架的表达能力-示例(1),例7.4关于房间的框架（1）,框架名：墙数x1：缺省：x14条件：x10窗数x2：缺省：x22条件：x2=0门数x3：缺省：x31条件：x30前墙：（墙框架（w1,d1）后墙：（墙框架（w2,d2）,2020/4/27,14,7.1.2框架的表达能力-示例(2),左墙：（墙框架（w3,d3）右墙：（墙框架（w4,d4）天花板：地板：门：窗：条件：w1w2w3w4x2d1d2d3d4x3类型:(，),2020/4/27,15,7.1.2框架的表达能力-示例(3),例7.5机器人纠纷问题的框架描述,框架名：动作：打动作发出者：罗宾动作接受者：苏西后果：（）,框架名：动作：打动作发出者：苏西动作接受者：罗宾后果：（）,框架名：动作：哭动作发出者：苏西后果：（得意，懊悔）,框架名：动作：哭动作发出者：罗宾后果：心理平衡,2020/4/27,16,7.1.2框架的表达能力-示例(4),例：某次关于地震的报道：“今天一次强度为里氏8.5级的强烈地震袭击了下斯洛文尼亚（LowSlabovia）地区，造成25人死亡和5亿美元的财产损失。下斯洛文尼亚的主席说：多年来，靠近SadieHawkins断层的重灾区一直是一个危险的地区。”,2020/4/27,17,7.1.2框架的表达能力-与语义网络结合,灾害事件,地震,地震-1,今天,25,500,000,000,8.5,SadieHawkins,洪水,飓风,Low-Slabovia,时间,地点,死亡,损失,震级,断层,ISA,AKO,AKO,AKO,2020/4/27,18,7.1.2框架的表达能力,产生式规则也可以用框架表示如果头疼且发烧，则患感冒。框架名：前提：条件1：头痛条件2：发烧结论：患感冒,2020/4/27,19,7.1.3基于框架的推理(1),基于框架的推理方法是继承。就是子框架可以拥有其父框架的槽及槽值。实现继承的操作有：匹配将问题框架同知识库中的框架的模式匹配。搜索沿着框架间的纵向和横向联系，在框架网络中进行查找。填槽问题框架同某一框架匹配时，可以通过它的父框架来将它的空槽值填上。,2020/4/27,20,7.1.3基于框架的推理(2),例：关于教师1外语水平的推理（1）构造问题框架，与知识库匹配（2）搜索（3）填槽,框架名：姓名：李明性别：男年龄：25职称：助教专业：计算机应用部门：计算机系软件教研室外语水平：,2020/4/27,21,7.1.4框架的程序语言实现（1）,FRL程序设计语言PROLOG语言,2020/4/27,22,例:frame(name(教师)，kind_of()，work(scope(教学，科研),default(教学)，sex(男，女)，reco_of_f_s(中师，高师)，type(,).,7.1.4框架的程序语言实现（2）,2020/4/27,23,如何建立某个事物的框架,（1）框架知识学习对当前事物或对象进行观察与分析，把要认识的对象与选定的框架知识表示进行比对，完成相关对象属性及其知识的了解与学习。（2）建立框架模式与概念（3）框架的资料数值填写,2020/4/27,24,框架-小结,结构化知识表示方式框架理论可作为人类理解视觉、自然语言及其他复杂行为的基础。-Minsky缺点没有明确的推理机制保证问题求解的可行性框架子系统中各子框架的数据结构不一致，会影响系统的清晰性，造成推理困难。,2020/4/27,25,7.2语义网络,1968年Quillian的博士论文建议用一种语义网络来描述人对事物的认知，实际上是对人脑功能的模拟。语义网络是人类联想记忆的一个心理学模型。也是一种知识表示方法。语义网络同一阶逻辑有相同的能力。多用于专家系统和自然语言处理领域。普林斯顿大学开发的电子英语词典WordNet，根据语义网络、以同义词集为基础结点，通过上下文结点，整体与部分的关系构成网络。,2020/4/27,26,7.2语义网络,7.2.1语义网络的概念7.2.2语义网络的表达能力7.2.3基于语义网络的推理7.2.4语义网络的程序实现,2020/4/27,27,7.2.1语义网络的概念(1),语义网络由节点和有向边组成的有向图。节点表示事物、对象、概念、行为、性质、状态等。有向边表示节点之间的某种联系或关系。语义网络的级别划分执行级逻辑级认识论级概念级语言学级,2020/4/27,28,7.2.1语义网络的概念-示例,苹果的语义网络,2020/4/27,29,7.2.1语义网络的类型,语义网络类型命题语义网（分块联想网络）数据语义网：以数据为中心的语义网络语言语义网：用于自然语言分析和理解结构语义网：描述客观事物的结构分类语义网：描述抽象概念及层次推理语义网：命题网框架语义网：与框架相结合的语义网。,2020/4/27,30,补充知识表示（分类语义网络）,图中的四种弧线表示:N1N2：表示N2是N1的子集。N1N2：表示N2是N1的子集，和其他用ds的子集不相交。N1N2：表示N2是N1的元素。N1N2：表示N2是N1的元素，和其他用de的元素不相交。,S,ds,e,de,PROSPECTOR的分类语义网络,2020/4/27,31,补充知识表示（推理语义网）,PROSPECTOR的推理网络,2020/4/27,32,7.2.2语义网络的表达能力（1）,语义网络可以表示事物之间的联系和关系.语义网络对事件的表示语义网络对含有全称量词和存在量词的谓词的表示,2020/4/27,33,7.2.2语义网络的表达能力（2）,实例关系表示类与实例之间的关系。（isa,ISA）,小华,大学生,是一个,ISA,2020/4/27,34,7.2.2语义网络的表达能力（3）,分类（从属、泛化）关系指事物之间的类属关系。（akindof，AKO）,2020/4/27,35,7.2.2语义网络的表达能力（4）,组装关系下层概念是上层概念的一部分。（apartof,APO）,2020/4/27,36,7.2.2语义网络的表达能力（5）,属性关系对象的属性及其属性值。,2020/4/27,37,7.2.2语义网络的表达能力（6）,集合与成员关系表示成员与集合之间的关系。（amemberof，AMO）,2020/4/27,38,7.2.2语义网络的表达能力（7）,逻辑关系一个概念可由另一个概念推出，存在因果关系。,2020/4/27,39,7.2.2语义网络的表达能力（8）,方位关系事实：张宏是石油学院的一名助教；石油学院位于西安市电子二路；张宏今年25岁。,2020/4/27,40,7.2.2语义网络的表达能力（9）,所属关系表示具有的意思，描述事物与属性之间的关系。(have),2020/4/27,41,7.2.2语义网络的表达能力（9）,所属关系表示“能”和会，表示上层节点能够执行下层节点所描述的功能(can),2020/4/27,42,7.2.2语义网络的表达能力（10）,事件的语义网络例句：小王送给小李一本书。,2020/4/27,43,7.2.2语义网络的表达能力（11）,谓词公式的语义网络表示（1）苹果是一种水果小李和小王是朋友,FRUIT(apple),FRIEND(li,wang),2020/4/27,44,7.2.2语义网络的表达能力（12）,谓词公式的语义网络表示（2）在一场足球比赛中，AC米兰主场以0：1的比分输给国际米兰,SCORE(AC-ML,INTER-ML,0:1),G22,0：1,Score,谓词逻辑的多元关系转化为语义网络,INTER-ML,AC-ML,Soccergame,ISA,Host,Guest,2020/4/27,45,7.2.2语义网络的表达能力（13）,谓词公式的语义网络表示（3）x(student(x)Read(x,三国演义)某个学生读过三国演义。,student,read,ISA,book,三国演义,read1,x,object,subject,ISA,ISA,2020/4/27,46,7.2.2语义网络的表达能力（14）,谓词公式的语义网络表示（3）x(student(x)Read(x,三国演义)每个学生读过三国演义。,student,read,ISA,book,三国演义,read1,x,object,subject,ISA,ISA,R,GS,F,ISA,分块语义网络,全称量化的命题类节点,读关系,全称变量,2020/4/27,47,7.2.2语义网络的表达能力（15）,分块语义网络的基本思想把整个网络划分成若干个块，每一块（叫做一个语义空间）表示一句完整的叙述。=将复杂命题拆成多个子命题，每个子命题又可以拆成更小的子命题，若一个子命题已经易于用语义网络来表示时，则将它表示出来，相应的可以给出一个节点来代表该网络。分块语义网络的要求语义子空间中的每个节点都应该是全称变量节点或依赖于全称变量节点。,2020/4/27,48,知识表示（分块语义网络）,角闪石部分地转化为黑云母,2020/4/27,49,补充练习：,AllroadsleadtoRome.Everydoghasbitteneverypostman.,2020/4/27,50,7.2.3基于语义的推理,基于语义网络的推理也是继承，继承通过匹配、搜索实现。推理步骤首先根据待求问题要求构造一个网络片断在知识库中查找与之匹配的语义网络，当网络片断中询问部分与知识库中某网络结构匹配时，则与询问处匹配的事实就是问题的解。匹配的结果不一定是完全匹配，需考虑匹配的程度。,2020/4/27,51,语义网络是一个二元关系图例：a_kind_of(苹果，水果).taste(苹果，甜).a_kind_of(富士，苹果).intro_from(富士，日本).is_a(日本，亚洲国家).,7.2.4语义网络的程序语言实现,2020/4/27,52,也可以表示为arc(a_kind_of，苹果，水果).arc(taste，苹果，甜).arc(a_kind_of，富士，苹果).arc(intro_from，富士，日本).arc(is_a，日本，亚洲国家).或者net1(a_kind_of(“苹果”，“水果”)，taste(“苹果”，“甜”)，a_kind_of(“秦冠”，“苹果”)，produ_in(秦冠，陕西).,7.2.4语义网络的程序语言实现,2020/4/27,53,语义网络小结,一种结构化的知识表示法把事物之间的属性以及事物间的各种语义联系显式表现出来，下层节点可继承、新增、变异上层节点的属性，从而实现信息共享。缺点：推理规则不明了。,2020/4/27,54,7.3类与对象,结构化的表示方法，类似于框架。具有封装性，使知识表示更加模块化。,2020/4/27,55,TheEnd！,