第二章知識與知識表示-東南大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院

1、第二章 知識與知識表示,第一節(jié) 引言一、知識知識是信息經(jīng)過加工整理、解釋、挑選和改造而成的。二、知識類型1、事實性知識一般采用直接表示形式。注：1）若事實性知識是批量的、有規(guī)律的，則往往以表格、圖冊，甚至數(shù)據(jù)庫等形式出現(xiàn)；2）某些事實性知識表現(xiàn)為規(guī)則的形式（盡管有時事實和規(guī)則分開處理）,第二章 知識與知識表示,第一節(jié) 引言二、知識類型2、過程性知識描述做某事的過程，使人或計算機照此去做。3、行為性知識不直接給

2、出事實本身，只給出它在某方面的行為。注：從某種意義上說，行為性知識是描述事物的內(nèi)涵，而非外延。4、實例性知識只給出一些實例，關(guān)于事物的知識就隱藏在這些實例中。,第二章 知識與知識表示,第一節(jié) 引言二、知識類型4、實例性知識注：實例性知識和事實性知識的主要區(qū)別是：人們感興趣的一般不是這些實例本身，而是在大批實例后面隱藏的規(guī)律性知識。5、類比性知識既不給出外延，也不給出內(nèi)涵，只給出它與其它事物的某些相似之處。,第二章 知

3、識與知識表示,第一節(jié) 引言二、知識類型5、類比性知識注：類比性知識一般不能完整地刻劃事物，有時會以偏概全，但它可以啟發(fā)人們在不同領(lǐng)域的知識間架起橋梁，利用一個領(lǐng)域的知識去解決另一個領(lǐng)域的問題。6、元知識關(guān)于知識的知識。注：元知識經(jīng)常以控制知識的形式出現(xiàn)。,第二章 知識與知識表示,第一節(jié) 引言三、知識表示原則1、表示知識的范圍是否廣泛？注：邏輯是一種廣譜的知識表示工具。2、是否適合于推理？注：人工智能主要對適合推理

4、的知識表示感興趣。3、是否適合于計算機處理？4、是否有高效的算法？5、能否表示不精確知識？注：自然界的信息具有先天的模糊性和不精確性。,第二章 知識與知識表示,第一節(jié) 引言三、知識表示原則6、能否模塊化，以便于知識分層？7、知識和元知識能否用統(tǒng)一的形式表示？8、是否適合于加入啟發(fā)式信息？控制知識（元知識）信息—啟發(fā)式信息9、過程性表示還是說明性表示？說明性表示：只給出事物本身的屬性及事物之間的相互關(guān)系，對問題的解

5、答就隱含在這些知識之中。,第二章 知識與知識表示,第一節(jié) 引言三、知識表示原則9、過程性表示還是說明性表示？過程性表示：給出解決一個問題的具體過程。注：說明性表示涉及細節(jié)少，抽象程度高，可靠性較好，修改方便，但執(zhí)行效率較低。10、表示方式是否自然？,第二章 知識與知識表示,第一節(jié) 引言四、常見的知識表示形式1、演繹系統(tǒng)2、產(chǎn)生式系統(tǒng)3、框架結(jié)構(gòu)4、語義網(wǎng)絡(luò)5、過程性知識表示6、面向?qū)ο笾R表示7、基于本體的

6、知識表示法,第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)一、謂詞演算1、命題 陳述2、謂詞 帶有參數(shù)的命題注：1）謂詞比命題有更強的表達能力，可將知識單元細分；2）謂詞可代表變化著的情況，謂詞的真假值可因參數(shù)而異；3）可利用謂詞在不同的知識之間建立聯(lián)系，使用同名參數(shù)。,第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)一、謂詞演算3、謂詞解釋 人為地指派給謂詞的含義注：1）由于解釋的不同，謂詞的真假值也就不同；

7、2）對于復(fù)雜的謂詞公式，研究其不同的解釋具有更大的重要性；3）對一個謂詞公式可給出多種甚至無窮多種不同的解釋。,第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)一、謂詞演算3、謂詞解釋 人為地指派給謂詞的含義注：4）每種解釋由下列基本部分組成：A）一組基本域Di,i=1…nB）每個常量均是某個Di中的一個元素C）每個變量均在某個Di中取值D）每個m目函數(shù)均是一個映射Di1?Di2 ?... ?Dim?Dim+1（對

8、于j?k,可以有Dij=Dik),第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)一、謂詞演算3、謂詞解釋 人為地指派給謂詞的含義注：4）每種解釋由下列基本部分組成：E）每個m目謂詞均是一個映射Di1?Di2 ?... ?Dim?（T，F(xiàn)）（T代表真，F(xiàn)代表假)5）若一個謂詞公式在所有解釋下均為真，則稱此公式為永真公式。,第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)一、謂詞演算3、謂詞解釋 人為地指派給謂詞的含義

9、注：5）利用謂詞演算進行邏輯推理的核心任務(wù)就是判斷一個謂詞公式是否永真。但判斷一個謂詞公式的永真性比較困難，甚至有人證明，根本不存在這樣的算法。,第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)一、謂詞演算4、謂詞演算 謂詞及謂詞之間關(guān)系的研究1）符號集 真值常量：T、F 聯(lián)結(jié)符號：?、?、?、?、? 運算符：= 量詞：?、? 常量：函數(shù)常量、謂詞常量 變量：函數(shù)變量、

10、謂詞變量注：對于變量，可使用量詞。,第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)一、謂詞演算4、謂詞演算 謂詞及謂詞之間關(guān)系的研究2）項 A）常量和變量是項 B）若t1,t2,..,tn是項，則fn(t1,t2,…,tn)和Fn(t1,t2,…,tn)也是項(fn 為n目函數(shù)常量， Fn 為n目函數(shù)變量)。3）原子公式和合式公式(wff),第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)一、謂詞演算5、

11、主要的謂詞演算命題演算?一階謂詞演算?二階謂詞演算其中，最重要的是一階謂詞演算。,第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)二、自然演繹系統(tǒng)給定一個有限的或遞歸的公理集，及一個有限推理規(guī)則集，構(gòu)成一個自然演繹系統(tǒng)。注：1）若在某個確定的范圍內(nèi)，任何永真公式均可由一個演繹系統(tǒng)推導(dǎo)出，則稱此演繹系統(tǒng)對于該范圍來說是完備的。2）（Godel）對于一階謂詞演算，存在著完備的演繹系統(tǒng)，對于二階謂詞演算，不存在著完備的演繹系統(tǒng)。,第二章

12、 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)二、自然演繹系統(tǒng)注：3）在實際應(yīng)用中，僅推演永真式是不夠的，任何有意義的知識推理系統(tǒng)均需處理非永真公式，它的謂詞被指派以某種解釋，即語義。我們應(yīng)該使用含有語義的演繹系統(tǒng)。,第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)三、與或句演繹系統(tǒng)1、與或句只有與符號(?)、或符號(?)、謂詞(也稱原子)和前有非符號的謂詞(也稱負原子，正負原子統(tǒng)稱句節(jié))以及看不見的全稱量詞的合式公式稱為與或句。2、與或句

13、的生成步驟1）化成前束范式，使所有量詞均在合式公式的最前面，且每個量詞的轄域均是整個公式。2）消去存在量詞，只剩下全稱量詞。,第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)三、與或句演繹系統(tǒng)3、置換規(guī)則左部只能有一個句節(jié)，右部可以是任意的與或句。注：1）與或句演繹系統(tǒng)的推理方法是將已知條件變成與或句，然后根據(jù)置換規(guī)則將已知條件按句節(jié)逐步置換2）與或句演繹系統(tǒng)可以用于求證某個目標(biāo)推理，也可以進行反向推理。當(dāng)用作反向推理時，比較實

14、用。,第二章 知識與知識表示,第二節(jié) 演繹系統(tǒng)四、子句演繹系統(tǒng)1、子句只有或符號和非符號的合式謂詞公式稱為子句，用或符號連接多個句節(jié)而成。2、子句演繹方法消解法—Robinson 基于Horn子句邏輯3、消解法基本思想把已知條件表示成一組子句，把求證目標(biāo)先表示成子句，后在前面加非符號，把加了非符號的目標(biāo)子句和條件子句組合，若通過消解推出空子句，則目標(biāo)得以證明。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)一、基本概念

15、1、產(chǎn)生式 在自然界的各種知識單元之間存在著大量的因果關(guān)系。這是前提和結(jié)論之間的關(guān)系，可用產(chǎn)生式（或稱規(guī)則）來表示。 產(chǎn)生式（規(guī)則）：前提和結(jié)論之間的關(guān)系式。 表示形式：前提?結(jié)論2、事實 無需前提條件的產(chǎn)生式，可用于表示已知的事實。 表示形式： ?事實,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)一、基本概念3、產(chǎn)生式系統(tǒng) 將一組產(chǎn)生式放在一起，讓它們互相配合、協(xié)調(diào)作用，一個產(chǎn)生式生成的結(jié)論可供另一個產(chǎn)生

16、式作為前提使用。以這種方式求得問題的解決的系統(tǒng)，稱為產(chǎn)生式系統(tǒng)。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征1、產(chǎn)生式系統(tǒng)構(gòu)成a)一組規(guī)則(即產(chǎn)生式本身) 每個規(guī)則分為左部(LHS)和右部(RHS)。 一般說來，左部表示情形，即什么條件發(fā)生時此產(chǎn)生式應(yīng)該被調(diào)用。右部表示動作，即此產(chǎn)生式被調(diào)用后所做的事情。 在核實左部情形時，通常采用匹配的方法，即查看當(dāng)前數(shù)據(jù)基中是否存在規(guī)則左部所指示的情形。若存在

17、，則認為匹配成功，否則認為匹配不成功。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征1、產(chǎn)生式系統(tǒng)構(gòu)成a)一組規(guī)則(即產(chǎn)生式本身) 匹配成功時，執(zhí)行右部規(guī)定的動作。這種動作一般是對數(shù)據(jù)基中的數(shù)據(jù)作某種處理。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征1、產(chǎn)生式系統(tǒng)構(gòu)成b)數(shù)據(jù)基 每個產(chǎn)生式系統(tǒng)均有一個數(shù)據(jù)基，其中存放的數(shù)據(jù)既是構(gòu)成產(chǎn)生式的基本元素，又是產(chǎn)生式作用的對象。 注：

18、數(shù)據(jù)基不同于數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)基中的數(shù)據(jù)是廣義的，可以是常量、變量、多元組、謂詞、表結(jié)構(gòu)、圖象等等。其意義往往指一個事實或斷言，可看成一個知識元。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征1、產(chǎn)生式系統(tǒng)構(gòu)成c)一個解釋程序 負責(zé)整個產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行，包括規(guī)則左部和數(shù)據(jù)基的匹配、從匹配成功的規(guī)則（可能不止一個）中選出一個加以執(zhí)行、解釋執(zhí)行規(guī)則右部的動作，并掌握時機結(jié)束產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行等等。注：其中每一步均可有不同

19、的含義。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征2、產(chǎn)生式系統(tǒng)特點a)相對固定的格式 任何產(chǎn)生式均由LHS和RHS組成，左部匹配，右部動作。 匹配提供的信息只有兩種：成功或失敗。 匹配過程中不允許產(chǎn)生副作用。規(guī)則匹配失敗時，對數(shù)據(jù)基無影響。 匹配一般無遞歸，無復(fù)雜的計算。右部的動作一般是最基本的，無復(fù)雜的控制。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征2、產(chǎn)生式系統(tǒng)特

20、點b)知識的模塊化 在每個具體的產(chǎn)生式系統(tǒng)所適用的專門領(lǐng)域知識被分成許多知識元，存于數(shù)據(jù)基中。而每個規(guī)則指明了有關(guān)知識元之間的關(guān)系及其使用方法。 規(guī)則本身也可看成是知識元，這種知識元不同于通常數(shù)據(jù)基中存放的知識元，因為它是指示如何使用數(shù)據(jù)基中存放的知識元，因此，也稱為元知識，即關(guān)于知識的知識。由此可見，元知識也是模塊化的。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征2、產(chǎn)生式系統(tǒng)特點b)知識的模塊化

21、 此外，還有如何使用這些規(guī)則的知識，包括規(guī)則匹配的次序、匹配沖突的解決等解釋系統(tǒng)中所包含的功能。這種有關(guān)元知識的知識稱為高階元知識。它們也可模塊化并寫成規(guī)則的形式。不過，只有少數(shù)系統(tǒng)能做到，而大部分系統(tǒng)是將高階元知識不明確地寫成規(guī)則的形式，不以任何明確的形式顯示出來，規(guī)則使用方法隱含在系統(tǒng)本身的定義中。這是模塊化不徹底的表現(xiàn)，可擴展性差。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征2、產(chǎn)生式系統(tǒng)特點b)知識的

22、模塊化 注：知識的模塊化使得知識基（包括數(shù)據(jù)基和規(guī)則基）的補充和修改變得非常容易。但要注意任何修改和擴充必須保持知識基的無矛盾性和一致性。這種一致性檢驗最好由系統(tǒng)自動執(zhí)行，至少檢驗到一定程度。因為從理論上，在某些情形下徹底的一致性檢驗是不現(xiàn)實的。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征2、產(chǎn)生式系統(tǒng)特點c)相互影響的間接性 產(chǎn)生式系統(tǒng)一般是“數(shù)據(jù)驅(qū)動”，看不見控制流。 一個產(chǎn)生式的調(diào)用對其

23、它產(chǎn)生式的影響不是直接傳送過去，而是通過修改數(shù)據(jù)基來間接實現(xiàn)（當(dāng)其它產(chǎn)生式的左部與數(shù)據(jù)基匹配時，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)基內(nèi)容已變，從而，各產(chǎn)生式執(zhí)行效果也就跟著發(fā)生變化）。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征2、產(chǎn)生式系統(tǒng)特點c)相互影響的間接性 注：這個特點有利于知識模塊性，但使產(chǎn)生式系統(tǒng)的效率受到影響。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征2、產(chǎn)生式系統(tǒng)特點d)機器可讀性 包括機器

24、識別產(chǎn)生式、語法檢查和某種程度上的語義檢查。 語法檢查包括無矛盾性檢驗和冗余檢查。 語義檢查涉及知識的具體領(lǐng)域，如通常數(shù)據(jù)庫中的一致性檢驗。 可讀性的另一含義是對產(chǎn)生式作出解釋，是對產(chǎn)生式系統(tǒng)為解決某一問題所給答案的解釋，即，對推理過程作出解釋。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)二、基本特征2、產(chǎn)生式系統(tǒng)特點注：產(chǎn)生式系統(tǒng)對某些領(lǐng)域的應(yīng)用是很有效的，如醫(yī)療診斷，而對另一些領(lǐng)域不那么適用，如數(shù)學(xué)。其關(guān)鍵

25、在于知識能否模塊化。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)三、產(chǎn)生式的知識元形式1、常量字符串 是知識元的最簡單形式。 匹配有精確匹配、不完全匹配(只要求LHS中的知識元是當(dāng)前數(shù)據(jù)基中某個知識元的子串即可)。 匹配成功后，RHS的動作是把數(shù)據(jù)基內(nèi)該知識元中所含的子串換成在RHS中出現(xiàn)的子串。 注：這種產(chǎn)生式系統(tǒng)稱為置換系統(tǒng)。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)三、產(chǎn)生

26、式的知識元形式2、變量 若產(chǎn)生式的左部均只有一個符號，則這些符號也稱為變量。 注：引進變量的一個效果是把命題化為謂詞，引進變量后，可構(gòu)造由謂詞構(gòu)成的產(chǎn)生式系統(tǒng)，它的表達能力要強得多。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)三、產(chǎn)生式的知識元形式3、元組 在許多專家系統(tǒng)中，經(jīng)常以（對象,屬性,值）的三元組形式作為產(chǎn)生式系統(tǒng)的知識元。4、樹和圖,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)三、

27、產(chǎn)生式的知識元形式注：1)知識元可涉及復(fù)雜的計算，如exist(x,D) 2)一般地，變量的作用域僅限于它所在的產(chǎn)生式。若在匹配過程中，某規(guī)則中的一個變量被約束為某個值，則同一規(guī)則中所有同名變量必須約束為同一個值，但對其它規(guī)則中的同名變量無任何影響。同時，不論是規(guī)則匹配失敗或成功地結(jié)束，被約束的變量均要恢復(fù)原狀，即只起一種形式參數(shù)的作用。但是也有例外，如在許多語法置換系統(tǒng)中，同一字符串中的幾個同名變量可被置換為不同的子

28、串。另一例外是作用域的放大。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向1、最基本推理方式 a)向前推理：數(shù)據(jù)驅(qū)動推理。 b)向后推理：目標(biāo)驅(qū)動推理。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向2、向前推理基本原理 每個產(chǎn)生式的左部有一組條件，右部有一組動作。每當(dāng)數(shù)據(jù)基的當(dāng)前狀態(tài)符合某一產(chǎn)生式左部的所有條件時，相應(yīng)產(chǎn)生式被激發(fā)，并執(zhí)行其右部的動作。這些動作一般要修改數(shù)據(jù)基的內(nèi)容

29、，動作執(zhí)行完畢，數(shù)據(jù)基的狀態(tài)可能已經(jīng)發(fā)生改變。此時，再找一個產(chǎn)生式，…，如此循環(huán)反復(fù)。,,,S1,…...,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向2、向前推理基本原理 注：1)在大部分向前推理的產(chǎn)生式系統(tǒng)中，每個條件用一個謂詞來表示，產(chǎn)生式的左部是一串謂詞，產(chǎn)生式的右部也是一串謂詞。產(chǎn)生式的左部與當(dāng)前數(shù)據(jù)基匹配成功的含義是：對產(chǎn)生式左部所有謂詞中出現(xiàn)的變量可以實行一種統(tǒng)一的置換，使得置換后的謂詞均是當(dāng)前數(shù)據(jù)基中

30、某個謂詞的樣品。執(zhí)行產(chǎn)生式右部動作的含義是：把左部匹配成功時實行的那個變量置換傳播到右部來，使右部謂詞中出現(xiàn)的變量按同一方式實行置換。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向2、向前推理基本原理 注：2)向前推理可形成一片森林。 3)對于產(chǎn)生式的激發(fā)還應(yīng)加一個條件：當(dāng)執(zhí)行一個產(chǎn)生式右部的動作不能改變數(shù)據(jù)基的狀態(tài)時，即使產(chǎn)生式左部能與數(shù)據(jù)基匹配，也不應(yīng)當(dāng)激發(fā)該產(chǎn)生式。即，當(dāng)產(chǎn)生式的右部不能為數(shù)

31、據(jù)基增添新的謂詞時，就不應(yīng)激發(fā)此產(chǎn)生式，否則會產(chǎn)生許多無用的空轉(zhuǎn)，可能使產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行不能停止。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向2、向前推理基本原理 注：4)在一般情況下，運行產(chǎn)生式系統(tǒng)應(yīng)有一個目標(biāo)。每執(zhí)行一次向前推理，就要將當(dāng)前數(shù)據(jù)基狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)比較一下，若已達到目標(biāo)，則停止運行。 5)有時，無目標(biāo)的向前推理也是需要的。這往往是為了推出所需要的全部結(jié)果。,第二章 知識與知識表

32、示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理a)基本原理 設(shè)目標(biāo)狀態(tài)為S1,則首先查看數(shù)據(jù)基的當(dāng)前狀態(tài)是否已是S1。若是，則不必做任何工作，問題已解決，否則，查看有無這樣的規(guī)則R1，可把狀態(tài)S2轉(zhuǎn)換為S1。若有，則查看當(dāng)前數(shù)據(jù)基的狀態(tài)是否是S2，若是，則只要執(zhí)行R1，即可達到狀態(tài)S1，問題也可解決。若當(dāng)前數(shù)據(jù)基的狀態(tài)不是S2，則進一步查看有無這樣的規(guī)則R2，可把狀態(tài)S3轉(zhuǎn)換為S2，若有，則查看當(dāng)前數(shù)據(jù)基的狀態(tài)是否是S3,

33、…，如此反復(fù)，得到一條向后推理鏈。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理a)基本原理,,,S1,S3,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理b)實現(xiàn)方式 對于這類產(chǎn)生式系統(tǒng)，推理目標(biāo)也可取一個謂詞的形態(tài)，稱為目標(biāo)謂詞。 推理步驟是：以目標(biāo)謂詞為樹根，首先查看當(dāng)前數(shù)據(jù)基中是否有這樣的謂詞存在，它們與目標(biāo)謂詞存在最廣通代。若有n個這樣的謂詞，則

34、從樹根生出n枝“或枝”，每枝或叉的終點是上述數(shù)據(jù)基謂詞經(jīng)過最廣通代之后的一個樣品；然后，再查看有無這樣的規(guī)則，它們的右部謂詞與目標(biāo)謂詞之間存在最廣通代，若有m個這樣的規(guī)則，,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理b)實現(xiàn)方式 (推理步驟)：則從樹根再生出m枝“或叉”，每枝或叉的終點是上述規(guī)則的右部謂詞經(jīng)過最廣通代之后的樣品。若和某個右部謂詞相對應(yīng)的左部有k個謂詞，則從相應(yīng)或叉的終點又生出k枝“

35、與叉”，每枝與叉的終點對應(yīng)于一個左部謂詞，其中的所有變元均已按照右部謂詞所作的最廣通代作了相應(yīng)的置換。 在上述過程中，或叉的起點稱為或結(jié)點，其終點稱為與結(jié)點；與叉的起點稱為與結(jié)點，其終點稱為或結(jié)點。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理b)實現(xiàn)方式 (推理步驟)：由上可知：或結(jié)點和與結(jié)點互為因果。按此辦法不斷進行下去，可使與叉和或叉，與結(jié)點和或結(jié)點循環(huán)輪回，生成一棵樹，稱為與或樹。

36、它可以是有窮的，也可是無窮的。 若從一個或結(jié)點生出的所有或叉中，有一枝或叉的終點是當(dāng)前數(shù)據(jù)基中某個謂詞的一個樣品，則稱此或結(jié)點成功，它的子與結(jié)點(即上述謂詞樣品)自然也成功，并且是與或樹的一個葉結(jié)點。若從一個或結(jié)點不能生出任何或叉，則稱此或結(jié)點失敗，它也與或樹的一個葉結(jié)點。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理b)實現(xiàn)方式 (推理步驟)：若一個或結(jié)點的所有子與結(jié)點皆失敗，則該父或結(jié)點

37、也失敗。若一個與結(jié)點成功，則它的父或結(jié)點也成功。若一個父與結(jié)點的所有子或結(jié)點皆成功，則該父與結(jié)點也成功。 若由于某些葉結(jié)點的成功，使得根結(jié)點(它一定是或節(jié)點)成功，則整個推理成功。若到某個時刻，由于某些葉結(jié)點的失敗而使得推理不再能進行，則整個推理失敗，否則，與或樹有可能無窮地生長下去。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)四、推理方向3、向后推理c)最廣通代定義定義1[通代] 若有一組謂詞W={?1,?2,…,

38、 ?n}，又有一個代換?，使 ?1?=?2?=…=?n?，則稱?為謂詞組W的通代。定義2[廣通代] 若?1和?2均是謂詞組W的通代，另有一個代換?3，使得：[W?1]?3=W?2 ，則稱通代?1較通代?2為廣。定義3[最廣通代] 設(shè)?是謂詞組W的一個通代,若對任意其它通代?，?均比?廣，則稱?為W的一個最廣通代。注：最廣通代可不唯一。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)五、框架問題1、框架問題 一般，每個謂

39、詞只有已知其真假和還未知道其真假的區(qū)別，不會原先是真的，后來變假了，或反過來，原先是假的，后來變真了。即，真的假不了，假的真不了。 但對于一些系統(tǒng)，謂詞的真假值會在推理過程中發(fā)生變化，且數(shù)據(jù)基的狀態(tài)每次只改變一些。而其余部分則沒有變化。這就是框架問題。 注：具有框架問題的系統(tǒng)主要是用于描述客觀世界中狀態(tài)變遷的系統(tǒng)。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)五、框架問題2、處理方法 a)直接指明法 在每個產(chǎn)

40、生式中直接指明增加哪些謂詞，刪去哪些謂詞。 b)引入狀態(tài)參數(shù)法 在每個謂詞中增加一個狀態(tài)參數(shù)，以使得一個謂詞在不同狀態(tài)可取不同值。 注：具有不同狀態(tài)參數(shù)的同一謂詞是不同的謂詞樣品，從而完全可有不同的值。 c)謂詞函數(shù)化(高階邏輯法) 所用的謂詞全部寫成函數(shù)的形式，這樣謂詞樣品就是項。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)六、非確定性匹配 不要求產(chǎn)生式的左部能與數(shù)據(jù)基中的數(shù)據(jù)完全匹配，往往只需要部分

41、的匹配(主要是由于已有的信息不是十完備)，就可推出某些結(jié)論性的信息。 注：可采用權(quán)、可信度來表示和確定事實與規(guī)則的匹配程度,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)七、匹配沖突的解決1、匹配沖突 在向前推理時，有n個產(chǎn)生式(n>1)的左部均能與當(dāng)前數(shù)據(jù)基中的數(shù)據(jù)匹配成功，或有m組不同數(shù)據(jù)(m>1)均能和同一產(chǎn)生式的左部匹配成功，或兩種情況的組合。 在向后推理時，有n個產(chǎn)生式(n>1

42、)的右部均能和同一子目標(biāo)匹配成功，或有m組不同數(shù)據(jù)(m>1)均能和同一子目標(biāo)匹配成功，或有l(wèi)個子目標(biāo)(l>1)均能找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)或產(chǎn)生式右部并匹配成功，或三種情況的復(fù)合。 這就形成了匹配沖突。,第二章 知識與知識表示,第三節(jié) 產(chǎn)生式系統(tǒng)七、匹配沖突的解決1、匹配沖突 注：產(chǎn)生式系統(tǒng)中的解釋執(zhí)行系統(tǒng)必須具有某種選擇功能，以便排除上面列舉的二義性。這是在設(shè)計產(chǎn)生式系統(tǒng)時應(yīng)該考慮的一個策略問題，這就是解決

43、匹配沖突的策略。2、解決沖突的策略a)按事先排好的固定順序b)按通用性和針對性排序c)按數(shù)據(jù)的新鮮性排序d)按子目標(biāo)的新鮮性排序e)按使用產(chǎn)生式和數(shù)據(jù)的公平性排序f)按匹配程度排序,第二章 知識與知識表示,第四節(jié) 框架結(jié)構(gòu)一、事物的屬性1、屬性 用于描述事物特性的項 注：1)掌握了事物的屬性，就有關(guān)于事物的知識 2)屬性一般具有屬性名和相應(yīng)值 3)屬性是

44、描述事物的最小元素2、屬性表 將同一事物的各方面屬性列成一張表，構(gòu)成該事物的屬性表 注：1)屬性表是屬性的集合，用于描述事物的整體特性 2)屬性表中的屬性之間可存在依賴關(guān)系,第二章 知識與知識表示,第四節(jié) 框架結(jié)構(gòu)一、事物的屬性3、屬性框架 對于具有同樣一些屬性的事物,可將這些屬性確定為屬性框架 注：1)只要在此框架內(nèi)對諸屬性賦以不同的值,就可得到對同一類事物不同個體的描述

45、 2)屬性框架與數(shù)據(jù)庫中關(guān)系表的定義非常相似，但屬性框架中的某些屬性可被看作事物而擁有自己的屬性表，從而可形成層次式的嵌套結(jié)構(gòu) 3)在對事物進行推理的過程中，事物的屬性有時也要一起參加推理，推理可包含對有關(guān)屬性的運算，運算結(jié)果組成推理結(jié)果的一部分,第二章 知識與知識表示,第四節(jié) 框架結(jié)構(gòu)一、事物的屬性3、屬性框架 對于具有同樣一些屬性的事物,可將這些屬性確定為屬性框架 注：4)屬性框架內(nèi)的屬性之間可存在橫

46、向關(guān)系和縱向關(guān)系，且縱向關(guān)系更能深刻地反映客觀世界中各事物之間的關(guān)系 5)在事物子類的屬性和事物母類的屬性之間存在一種繼承和發(fā)展的關(guān)系。繼承可以是直接繼承，也可是經(jīng)過計算以新的值繼承；可以是全盤繼承，也可是有選擇的繼承 6)將事物及其屬性分類-分層加以描述的方法是框架理論的基礎(chǔ),第二章 知識與知識表示,第四節(jié) 框架結(jié)構(gòu)二、框架1、概念 用于表示事物各方面的屬性、事物之間的類屬關(guān)系及事物的特征和變異等的概念2、

47、基本思想 使用“套套”—事物狀態(tài)、屬性、發(fā)展過程和相互關(guān)系的規(guī)律,第二章 知識與知識表示,第四節(jié) 框架結(jié)構(gòu)二、框架3、框架的主要特征a)有一個框架名（可帶有參數(shù)）b)有一組屬性，每個屬性稱為一個槽，里面可存放屬性值c)每個屬性對值有要求，不同屬性的類型可不同d)有些屬性值可為子框架調(diào)用（可帶參數(shù)）e)有些屬性值是預(yù)先確定，有些屬性值需在生成實例時代入f)有些屬性值在代入時需滿足一定條件，有時，在不同屬性的屬性值之

48、間還有一些條件需要滿足,第二章 知識與知識表示,第四節(jié) 框架結(jié)構(gòu)二、框架4、框架系統(tǒng)應(yīng)具備的功能a)描述 通過工具建立和管理（查閱、修改、推理、…）對某類客觀事物的一個描述。 注：1)描述可由一組相互聯(lián)系、互相支持的框架組成 2)在建立單個框架時，可根據(jù)需要設(shè)置一組槽，規(guī)定每個槽的性質(zhì)，及槽之間的關(guān)系3)每個槽在框架中被認為無內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，但當(dāng)需要時，它本身又可擴充為一個有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框架,第二章 知識與知識表示,第四

49、節(jié) 框架結(jié)構(gòu)二、框架4、框架系統(tǒng)應(yīng)具備的功能b)子類 將復(fù)雜的事物分為子類,再將子類分成更小的子類,定義更小的框架。c)實例 注：子類的最低層是實例,它已不是一個類,而只是一個個體的描述,它是框架體系樹的樹葉,第二章 知識與知識表示,第四節(jié) 框架結(jié)構(gòu)二、框架4、框架系統(tǒng)應(yīng)具備的功能d)匹配注：1)框架匹配一般是部分匹配，完全匹配是特殊情形 2)框架不完全符合實際事物的可能性有：規(guī)定的屬性不存在、規(guī)定的屬性值不

50、符、屬性的缺省值和被匹配事物相應(yīng)屬性值不符、為某個屬性的值規(guī)定的類型或條件不成立3)可通過規(guī)定必要條件、規(guī)定允許誤差范圍、規(guī)定計算偏差度、規(guī)定屬性加權(quán)、設(shè)置一組判定產(chǎn)生式、既規(guī)定充分因子又規(guī)定必要因子、不局限于絕對成功的匹配來確定匹配成功條件,第二章 知識與知識表示,第四節(jié) 框架結(jié)構(gòu)二、框架4、框架系統(tǒng)應(yīng)具備的功能e)預(yù)測 根據(jù)框架對客觀事物進行預(yù)測注：1)預(yù)測實際上是一種框架內(nèi)部的推理 2)預(yù)測的用途有：指導(dǎo)進一步

51、的觀察、假定還未觀察到的或難以觀察到的事物,第二章 知識與知識表示,第四節(jié) 框架結(jié)構(gòu)二、框架4、框架系統(tǒng)應(yīng)具備的功能f)繼承注：繼承除了子類繼承，還可有如下情形的繼承：有限制地繼承和排斥屬性、有限制地繼承和排斥屬性值、有限制地繼承和排斥條件、給出屬性值的映射函數(shù)、指明屬性的分裂等,第二章 知識與知識表示,第四節(jié) 框架結(jié)構(gòu)二、框架4、框架系統(tǒng)應(yīng)具備的功能g)變異 用于處理實際事物與框架很不一致的反?，F(xiàn)象注：變異的概

52、念使框架匹配的定義進一步精確化。h)更新 注：在發(fā)生變異的情形下需更新i)修改 對老框架進行修改，以符合變異要求j)查找 注：查找時，可能需要回溯,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)一、基本思想1、用一個有向圖表示概念和概念之間的關(guān)系，其中節(jié)點代表概念，節(jié)點之間的連接弧(也稱聯(lián)想弧)代表概念之間的關(guān)系2、尋找兩個概念之間關(guān)系的方法是：從此兩個概念出發(fā)，分別以廣度優(yōu)先的方法沿著連接弧向前搜索，這兩個搜索圈逐漸

53、擴大，若某個時刻兩者碰上，即形成一條連接兩個概念的通路，則認為是找到了兩個概念之間的聯(lián)系,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)二、 常見的語義網(wǎng)絡(luò)形式1、命題語義網(wǎng)絡(luò)2、數(shù)據(jù)語義網(wǎng)絡(luò) E-R圖（實體-關(guān)系圖）3、語言語義網(wǎng)絡(luò),第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、命題語義網(wǎng)絡(luò)1、簡單命題語義網(wǎng)絡(luò) a)基本思想 用節(jié)點表示命題，弧表示命題關(guān)系,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、

54、命題語義網(wǎng)絡(luò)1、簡單命題語義網(wǎng)絡(luò) b)舉例 例1：她身穿大紅襖，頭戴一枝花,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、命題語義網(wǎng)絡(luò)1、簡單命題語義網(wǎng)絡(luò) b)舉例 例2：他用激光打印機打印了這份文件,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、命題語義網(wǎng)絡(luò)2、一般謂詞語義網(wǎng)絡(luò) a)基本思想 使用網(wǎng)絡(luò)分塊化技術(shù)：將復(fù)雜命題拆成許多子命題，每個子命題用一個小的語義網(wǎng)絡(luò)表示，稱為一個

55、空間，復(fù)雜命題構(gòu)成大空間，子命題構(gòu)成子空間，它本身又可看作大空間中的一個節(jié)點，子空間可層層嵌套，也可用弧互相連接,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、命題語義網(wǎng)絡(luò)2、一般謂詞語義網(wǎng)絡(luò) b)舉例 例1： 每個學(xué)生都讀過一本書 ?x?y(學(xué)生(x)?書(y) ?讀過(x,y)),第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、命題語義網(wǎng)絡(luò)2、一般謂詞語義網(wǎng)絡(luò) b)舉例 例2：每個學(xué)生都讀過所有的

56、書 ?x ? y(學(xué)生(x)?書(y) ?讀過(x,y)),第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、命題語義網(wǎng)絡(luò)2、一般謂詞語義網(wǎng)絡(luò) b)舉例 例3：每個學(xué)生都讀過一本所有作家都喜歡的書 ?x (學(xué)生(x)??y(書(y) ?讀過(x,y) ??z(作家(z) ?喜歡(z,y))),第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、命題語義網(wǎng)絡(luò)2、一般謂詞語義網(wǎng)絡(luò) b)舉例 例3：每個學(xué)生都

57、讀過一本所有作家都喜歡的書,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、命題語義網(wǎng)絡(luò)2、一般謂詞語義網(wǎng)絡(luò) c)子空間(塊)偏序排序規(guī)則 1)若從子空間S1內(nèi)的某個節(jié)點有弧通向子空間S2中的某個節(jié)點(或S2完全包含S1)，則稱S2在S1之上，或S1在S2之下。 2)若S2在S1之上，S3又在S2之上，則S3也在S1之上（滿足傳遞性） 注：1)這里，各子空間的節(jié)點之間不允許形成循環(huán)，它們形成一個偏序

58、，一般說來還構(gòu)成一個半格 2)在語義網(wǎng)絡(luò)的推理和實現(xiàn)技術(shù)上，偏序有其特殊的意義，可將偏序解釋為“可見”,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、命題語義網(wǎng)絡(luò)2、一般謂詞語義網(wǎng)絡(luò) c)子空間(塊)偏序排序規(guī)則 注：3)可見的定義為：若子空間S2在S1之上，則S1對于S1來說，是可見的。顯然，可見關(guān)系具有自反和傳遞兩種性質(zhì)，但沒有對稱性。事實上，它是反對稱的(因不允許循環(huán)) 4)子空間偏序相當(dāng)于傳統(tǒng)程序設(shè)計

59、語言中的嵌套結(jié)構(gòu) 5)利用“可見性”，能使系統(tǒng)提高系統(tǒng)的運行效率，因為在一個子空間中進行操作時，只需考慮相關(guān)可見空間，這樣可減少搜索和推理范圍,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、命題語義網(wǎng)絡(luò)2、一般謂詞語義網(wǎng)絡(luò) d)間接和嵌套命題的表示 例：李平說他想看紅樓夢 三個命題： 1)李平說…. 2)他想…. 3)他看紅樓夢,第二章 知識與知識表示

60、,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)三、命題語義網(wǎng)絡(luò)2、一般謂詞語義網(wǎng)絡(luò) d)間接和嵌套命題的表示 例：李平說他想看紅樓夢,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)四、數(shù)據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)1、基本概念 以數(shù)據(jù)為中心的語義網(wǎng)絡(luò)。2、導(dǎo)因 利用數(shù)據(jù)時，需要數(shù)據(jù)的語義和數(shù)據(jù)間的關(guān)系，以向用戶提供數(shù)據(jù)的有關(guān)知識，包括支持用戶對數(shù)據(jù)實行推理的功能3、作用 用于知識型數(shù)據(jù)庫的一種知識表示方法,第二章 知識與知識表示,第五節(jié)

61、 語義網(wǎng)絡(luò)四、數(shù)據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)4、主要形式 a)DBTG模型 系—二級樹 b)E-R模型,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)四、數(shù)據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)4、主要形式 c)Su-Lo語義聯(lián)系模型 以實體之間的聯(lián)系為中心,使用九種基本聯(lián)系模型,以確切地表達各種數(shù)據(jù)之間的關(guān)系 1)成員聯(lián)系 表示由屬于同一概念的一組原子元素或下層概念構(gòu)成的一個集合,稱作CC(概念類)節(jié)點,,,,CC,CC

62、,CC,,,,,,學(xué)校,院系,部處,,,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)四、數(shù)據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)4、主要形式 c)Su-Lo語義聯(lián)系模型 2)特征聯(lián)系 由一組特征構(gòu)成某一實體的完整描述，有兩類節(jié)點：DE(表示一組特征刻劃了一個可獨立存在的實體)、CE (表示一組特征刻劃了一個不可獨立存在的實體) 注：CE的存在依賴于由某個DE聯(lián)系表達的獨立存在的實體,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)

63、四、數(shù)據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)4、主要形式 c)Su-Lo語義聯(lián)系模型 3)相互作用聯(lián)系 用EI節(jié)點表示，用以描述兩個實體之間的相互作用，其聯(lián)系的實體中必須包含兩個分量：AG(動作主體)、DO(動作對象)。另外，可包含對相互作用加以修飾的成分(用MD表示) 注：AG,DO,MD標(biāo)記在弧上,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)四、數(shù)據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)4、主要形式 c)Su-Lo語義聯(lián)系模型 4)集合關(guān)系聯(lián)系

64、 用SR節(jié)點表示 (1)子集關(guān)系 母集用ST弧聯(lián)系，子集用SB弧連接 (2)互斥關(guān)系 均用SX弧連接 (3)相交關(guān)系 均用SI弧連接,(4)對應(yīng)關(guān)系 均用SE弧連接,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)四、數(shù)據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)4、主要形式 c)Su-Lo語義聯(lián)系模型 5)合成聯(lián)系 用CP節(jié)點表示，分概念本身用COP弧連接 6

65、)因果聯(lián)系 用CF節(jié)點表示，用于建立原因(一般以相互作用節(jié)點表示)與結(jié)果(相互作用節(jié)點或其它概念節(jié)點)之間的聯(lián)系，用CA和EF分別標(biāo)記連接原因和結(jié)果的弧,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)四、數(shù)據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)4、主要形式 c)Su-Lo語義聯(lián)系模型 7)活動方式聯(lián)系 用AM節(jié)點表示，聯(lián)系的一方是一個活動(用相互作用聯(lián)系表示)，另一方是一些此活動的實體或聯(lián)系。前者用AC弧連接,后者用MAC弧連接

66、 8)活動目的聯(lián)系 用AP節(jié)點表示，聯(lián)系的一方是活動(可用EI或DE等節(jié)點表示)，另一方是活動的目的，也可用同類節(jié)點表示。前者用AC弧連接,后者用PR弧連接,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)四、數(shù)據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)4、主要形式 c)Su-Lo語義聯(lián)系模型 9)蘊涵聯(lián)系 用LRI節(jié)點表示，聯(lián)系的一方是前提 (可用EI或DE等節(jié)點表示)，另一方是結(jié)論。前者用IF弧連接,后者用THEN弧連接 注

67、：Su-Lo語義聯(lián)系模型要用大量的附加一致性規(guī)則，即語義過程，去補充，從而使得語義過程不是網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，使得由網(wǎng)絡(luò)表示的知識很不完整，也不直觀。,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)五、語言語義網(wǎng)絡(luò)1、基本思想 在分析語句時，以動詞為中心，而將所有其它成分都看作是對動詞(動作)的修飾。每一種修飾稱為一個格，不同形式的格是對句子理解的重要支柱。其結(jié)構(gòu)包括兩個部分：一部分為純語法性質(zhì)，以為代表，另一部分是語義性質(zhì)，稱為

68、格結(jié)構(gòu)。一個格結(jié)構(gòu)由許多格變元組成，每個格變元從語法上講是一個名詞短語，從語義上講分別屬于五種格關(guān)系(動作主體、主題、地點、源泉、目標(biāo)),第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)五、語言語義網(wǎng)絡(luò)2、舉例 例：豬八戒背媳婦,,背,現(xiàn)在時說明式肯定式,,豬八戒,,媳婦,,語態(tài),格一,格二,地點,主題,第二章 知識與知識表示,第五節(jié) 語義網(wǎng)絡(luò)六、幾種特殊的語義網(wǎng)絡(luò)1、結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 用于描述客觀事物結(jié)構(gòu) 注：結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)常