【正文】 ⑴ 在草原上歌唱 (美貌姑娘 )∧ 藍(lán)的 (天 )∧ 飄 (白云 )∧ 吃草 (牛羊 )∧ 飛翔 (百鳥(niǎo) )； ⑵ (彐 x){好姑娘 (x) ∧ 居住的地方 (z， x) ∧ 遙遠(yuǎn)的 (z)∧( ?y)[人 (y)∧ 行走經(jīng)過(guò) (y, z)→ 回頭留戀地張望 (y)]}. 謂詞邏輯的知識(shí)表示 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 21 用謂詞邏輯和公式表達(dá)各種意境 例 31 請(qǐng)分析下面的命題和謂詞邏輯，并盡可能正確地表述它的含義： ⑴ 在草原上歌唱 (美貌姑娘 )∧ 藍(lán)的 (天 )∧ 飄 (白云 )∧ 吃草 (牛羊 )∧ 飛翔 (百鳥(niǎo) )； 解 ： ⑴ 這是由 “ 合取 ” 符連接起來(lái)并已命題化的一元謂詞邏輯公式 。 從字面上來(lái)看 ， 它表達(dá)了一種美麗的自然景觀：草原上 ，藍(lán)藍(lán)的天 ， 白云飄飄 ， 鳥(niǎo)兒在飛翔 。 有一位美貌的姑娘 ， 一邊在放牧牛羊 ， 一邊在放聲歌唱 …… 謂詞邏輯的知識(shí)表示 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 22 用謂詞邏輯和公式表達(dá)各種意境 例 31 請(qǐng)分析下面的命題和謂詞邏輯，并盡可能正確地表述它的含義： ⑵ ( 彐 x){ 好姑娘 (x)∧ 居住的地方 (z ， x)∧ 遙 遠(yuǎn) 的(z)∧( ?y)[人 (y)∧ 行走經(jīng)過(guò) (y, z)→ 回頭留戀地張望 (y)]}. 解 ： ⑵ 這是一個(gè)既有謂詞表示 ， 又有命題邏輯表達(dá)；既有連接詞 ， 又有全稱量詞和存在量詞的較復(fù)雜的謂詞公式 。 字面上看 ，使人立刻聯(lián)想到王洛賓的那首 《 在那遙遠(yuǎn)的地方 》 的民歌 ， 一種生動(dòng)的意境描述：在那遙遠(yuǎn)的地方 ， 有位好 姑娘 ， 人們走過(guò)她 的身旁 ， 都要 回頭留戀地張望 。 謂詞邏輯的知識(shí)表示 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 23 用謂詞邏輯表示知識(shí)單元 依據(jù)事物名稱或關(guān)鍵詞，可把知識(shí)庫(kù)劃分為知識(shí)單元結(jié)構(gòu) , 使用謂詞邏輯進(jìn)行知識(shí)單元描述表示。 例 32 設(shè)有若干記錄： ①阿亮的職業(yè)是編輯； ②阿亮給阿鈴送去了玫瑰花； ③阿鈴是一名護(hù)士 ； ④阿亮住址在長(zhǎng)江大道 1151號(hào)； ⑤阿鈴住址在淮海路 947號(hào)。 請(qǐng)用謂詞邏輯 (中或英文 )表示上述各條記錄，并分成必要的知識(shí)單元。 解 ： 首先定義謂詞，并注意直接用常量替代謂詞變?cè)蛊涿}化。 謂詞邏輯的知識(shí)表示 用謂詞邏輯表示知識(shí)單元 解 ： 則得 ： ① OCCUPATION(aliang， staffer)； ② GIVE(aliang， aling， rose)；③ OCCUPATION(aling， nurse)； ④ ADDRESS(aliang, 1151changjiangst)； ⑤ ADDRESS(aling, 947huaihaird). 可以把主要的個(gè)體常量作為關(guān)鍵詞來(lái)劃分知識(shí)單元。例如 aliang， aling， rose等。 aliang： ① OCCUPATION(aliang， staffer)； ② GIVE(aliang， aling， rose)； ④ ADDRESS(aliang, 1151changjiangst)； aling： ② GIVE(aliang， aling， rose)； ③ OCCUPATION(aling， nurse)； ⑤ ADDRESS(aling, 947 huaihai rd)； rose： ② GIVE(aliang， aling， rose)。 關(guān)鍵詞 aliang集中表示了關(guān)于阿亮的具體情況，尤其阿亮具有的性格特點(diǎn) —— 喜歡給女孩子獻(xiàn)殷勤，送花買(mǎi)禮物等； 而關(guān)鍵詞 rose表現(xiàn)了玫瑰花被傳遞的情況。 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 25 用謂詞邏輯描述智能行為過(guò)程的求解 用謂詞邏輯描述智能行為過(guò)程，關(guān)鍵在于恰當(dāng)定義謂詞及連接，首先定義謂詞并給出每個(gè)謂詞的確切含義；其次，注意個(gè)體域和量詞轄域的約束與劃定；然后，根據(jù)意境邏輯，利用連接詞、量詞把這些謂詞關(guān)聯(lián)起來(lái)。形成謂詞邏輯描述。 例 25 如圖示，設(shè)在一個(gè)含有凹室 (alcove)的房間內(nèi)，有桌子 A和書(shū)架B，一個(gè)機(jī)器人 (robot)和 一疊書(shū) (book)。現(xiàn)在要求機(jī)器人 (robot)從凹室出發(fā)，把桌子 A上的書(shū)搬到 B處書(shū)架上，完成任務(wù)后回到凹室。請(qǐng)用謂詞邏輯描述機(jī)器人完成這一工作的全過(guò)程。 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 26 用謂詞邏輯描述智能行為過(guò)程的求解 圖 22 讓機(jī)器人完成搬書(shū)的任務(wù) 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 27 用謂詞邏輯描述智能行為過(guò)程的求解 解： ⑴ 為了能夠描述這個(gè)機(jī)器人世界的有關(guān)環(huán)境和狀態(tài)變遷 ， 要求必須先定義謂詞 。 注意這里需要定義兩類(lèi)謂詞：一類(lèi)用來(lái)描述環(huán)境狀態(tài) ，另一類(lèi)謂詞用來(lái)表示機(jī)器人的操作 。 首先定義描述環(huán)境狀態(tài)的謂詞 。 TABLE(x)： x是桌子 ， 個(gè)體域： x∈{a }； BOOKCASE(z)： z是書(shū)架 ， 個(gè)體域： z∈{b }； EMPTY(y)： y手中是空的 ， 個(gè)體域： y∈{robot} ； HOLDS(y， u)： y手中拿著 u， 個(gè)體域： u∈{books} ； AT(y， w)： y在 w處 ， 個(gè)體域： w∈{a ， b， alcove }； ON(u， x)： u被放在 x之上； CLEAR(v)： v上 (中 )是空的 ， v∈{a ， b }. 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 28 用謂詞邏輯描述智能行為過(guò)程的求解 解： ⑵ 使用謂詞以及連接詞、量詞等來(lái)表示環(huán)境狀態(tài)。 這樣，問(wèn)題的初始狀態(tài)可表示為： S0： AT(robot, alcove)∧EMPTY(robot) ∧ON(books, a)∧CLEAR(b) TABLE(a)∧BOOKCASE (b) 要求達(dá)到的目標(biāo)狀態(tài)為： Sg： AT(robot, alcove)∧EMPTY(robot) ∧ON(books, b)∧CLEAR(a) TABLE(a)∧BOOKCASE (b) 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 29 用謂詞邏輯描述智能行為過(guò)程的求解 解： ⑶ 從初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的變遷，必須由機(jī)器人一步一步地執(zhí)行相應(yīng)的操作序列，得以逐步實(shí)現(xiàn)。因此，必須要定義操作類(lèi)謂詞。仔細(xì)加以分析，必要的操作謂詞共有三類(lèi)。 GOTO(x, w)：機(jī)器人從 x走到 w處； PICKUP(x) ：機(jī)器人在 x處拿起書(shū)； SETDOWN(w) ：機(jī)器人在 w處放下書(shū)。 一般說(shuō)來(lái)，如果定義謂詞太多，將造成信息冗余，增加了問(wèn)題的復(fù)雜度；如果定義謂詞太少，就不夠用。因此，定義的謂詞性質(zhì)與數(shù)量要合適。 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 30 用謂詞邏輯描述智能行為過(guò)程的求解 解 ： ⑷ 按照行動(dòng)規(guī)劃，仔細(xì)選擇操作，一步步進(jìn)行狀態(tài)替換，直到達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。即要求把狀態(tài)變遷過(guò)程和操作序列記錄下來(lái)，來(lái)描述問(wèn)題解。 下面寫(xiě)出該過(guò)程的最優(yōu)路徑： AT(robot, alcove)∧ EMPTY(robot)∧ ON(books, a) CLEAR(b)∧ TABLE(a)∧ BOOKCASE(b) AT(robot, a)∧ EMPTY(robot)∧ ON(books, a) CLEAR(b)∧ TABLE(a)∧ BOOKCASE (b) AT(robot, a)∧ HOLDS(robot， books)∧ CLEAR(a) CLEAR(b)∧ TABLE(a)∧ BOOKCASE (b) GOTO(alcove, a) PICKUP（ a） 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 31 用謂詞邏輯描述智能行為過(guò)程的求解 解 ： AT(robot, a)∧ HOLDS(robot， books)∧ CLEAR(a) CLEAR(b)∧ TABLE(a)∧ BOOKCASE (b) AT(robot, b)∧ HOLDS(robot， books)∧ CLEAR(a) CLEAR(b)∧ TABLE(a)∧ BOOKCASE (b) AT(robot, b)∧ EMPTY(robot)∧ ON(books, b) CLEAR(a)∧ TABLE(a)∧ BOOKCASE (b) AT(robot, alcove)∧ EMPTY(robot)∧ ON(books, b) CLEAR(a)∧ TABLE(a)∧ BOOKCASE (b) （解畢） GOTO（ b, alcove） GOTO（ a, b） SETDOWN（ b） 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 32 用謂詞邏輯描述智能行為過(guò)程的求解 解 ： 這樣 ,得到目標(biāo)為 AT(robot, alcove)∧ EMPTY(robot)∧ ON(books, b) CLEAR(a)∧ TABLE(a)∧ BOOKCASE (b) 這里順便指出，若機(jī)器人智商不高，這個(gè)任務(wù)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生許多冗余。比如，機(jī)器人拿著書(shū)，找不到 b處，無(wú)所適從而又扛回來(lái)了；或者 …… 等?？梢?jiàn)，實(shí)際的機(jī)器人智能控制要更加復(fù)雜得多，雖然有時(shí)也很有趣。 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 33 謂詞邏輯知識(shí)表示特性 謂詞邏輯是一種傳統(tǒng)經(jīng)典也是最基本的形式化方法。謂詞邏輯知識(shí)表示 :規(guī)范性嚴(yán)，邏輯性強(qiáng)，自然性好，推理過(guò)程嚴(yán)密，易于實(shí)現(xiàn)。 這些優(yōu)良特性使得謂詞邏輯最早用于人工智能機(jī)器定理證明，并獲得了成功。但是，必須看到，謂詞邏輯屬于標(biāo)準(zhǔn)的二值（ T與 F）邏輯，難以直接進(jìn)行不確定性問(wèn)題的處理； 對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的求解問(wèn)題，容易陷入冗長(zhǎng)演繹推理中，常常不可避免地帶來(lái)求解效率低 ,甚至產(chǎn)生 “ 組合爆炸 ”問(wèn)題。因此，針對(duì)謂詞邏輯，尚待人們不斷加以改進(jìn)，以便尋求自然性好而效率更高的技術(shù)方法。 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 34 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是人工智能常用的知識(shí)表示法之一。它作為人類(lèi)聯(lián)想記憶的一個(gè)顯示心理學(xué)模型，是由 1968年在他的博士論文中首先提出，并用于自然語(yǔ)言處理。隨后，在二十世紀(jì)七十年代， Simon，Winston， Hendrix等人分別都對(duì)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共使用了三種圖形符號(hào)：框、帶箭頭及文字標(biāo)識(shí)的線條和文字標(biāo)識(shí)線。分別稱為 : 節(jié) (結(jié) )點(diǎn) 。 弧 (又叫做邊或支路 )。 指針 。 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 35 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念 節(jié)點(diǎn) (Node)： 也稱為結(jié)點(diǎn)。用圓形、橢圓、菱形或長(zhǎng)方形的框圖來(lái)表示，用來(lái)表示事物的名稱、概念、屬性、情況、動(dòng)作、狀態(tài)等。 弧 (Arc)： 這是一種有向弧，又稱之為支路（ Branch）。節(jié)點(diǎn)之間用帶箭頭及文字標(biāo)識(shí)的有向線條來(lái)聯(lián)結(jié)，用以表示事物之間的結(jié)構(gòu)，即語(yǔ)義關(guān)系。 指針 (Pointer)： 也叫指示器。是在節(jié)點(diǎn)或者弧線的旁邊，另外附加必要的線條及文字標(biāo)識(shí)，用來(lái)對(duì)節(jié)點(diǎn)、弧線和語(yǔ)義關(guān)系作出相宜的補(bǔ)充、解釋與說(shuō)明。 可見(jiàn)，語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是一種使用概念及其語(yǔ)義關(guān)系來(lái)表達(dá)知識(shí)的有向圖。 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 36 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示 基本語(yǔ)義關(guān)系 任何復(fù)雜的語(yǔ)義關(guān)系，都可以通過(guò)許多基本的語(yǔ)義關(guān)系予以關(guān)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，簡(jiǎn)單語(yǔ)義關(guān)系是構(gòu)成復(fù)雜語(yǔ)義關(guān)系的基礎(chǔ)。事實(shí)上，簡(jiǎn)單語(yǔ)義關(guān)系具有多樣性和靈活性，作為參考，我們下面僅對(duì)一些最常見(jiàn)的簡(jiǎn)單語(yǔ)義關(guān)系加以討論。 （ 1）屬性關(guān)系 :表示對(duì)象及其屬性間的關(guān)系。常用屬性關(guān)系有： HAVE：含義為 “ 有 ” ，表示上層結(jié)點(diǎn)具有下層結(jié)點(diǎn)所描述的屬性值； CAN：含義為 “ 能 ” 或 “ 會(huì) ” ，表示上層結(jié)點(diǎn)能夠執(zhí)行下層結(jié)點(diǎn)的功能。 例如，企鵝是一種有翅膀、會(huì)游泳的鳥(niǎo)。 其中， “ 有翅膀 ” 、 “ 會(huì)游泳 ” 就分別表示了企鵝所具有及所能夠進(jìn)行的屬性關(guān)系。 2020/11/29 第 3章知識(shí)與知識(shí)表示 趙東晉 37 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示 基本語(yǔ)義關(guān)系 （ 2）包含關(guān)系 : 又稱為聚類(lèi)關(guān)系，表示了下層概念是上層概念的一個(gè)組成部分的關(guān)系。與分類(lèi)關(guān)系不同的是包含關(guān)系一般不具備屬性的繼承性。常用的包含