【正文】 人工智能 Artificial Intelligence 第二章 史忠植 中國科學院計算技術(shù)研究所 知識表示 Knowledge Representation 內(nèi)容提要 狀態(tài)空間 面向?qū)ο蟮闹R表示 劇 本 本體 小結(jié) 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 2 概述 謂詞邏輯 產(chǎn)生式系統(tǒng) 語義網(wǎng)絡(luò) 框架 什么是知識 ?數(shù)據(jù)一般指單獨的事實，是信息的載體，數(shù)據(jù)項本身沒有什么意義，除非在一定的上下文中，否則沒有什么用處。 ?信息由符號組成，如文字和數(shù)字，但是對符號賦予了一定的意義，因此有一定的用途或價值 。 ?知識也是由符號組成，但是還包括了符號之間的關(guān)系以及處理這些符號的規(guī)則或過程。 – 知識在信息的基礎(chǔ)上增加了上下文信息，提供了更多的意義因此也就更加有用和有價值。 – 知識是隨著時間的變化而動態(tài)變化的，新的知識可以根據(jù)規(guī)則和已有的知識推導出來。 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 3 什么是知識 ?因此可以認為知識是經(jīng)過加工的信息（Feigenbaum）， 它包括事實、信念和啟發(fā)式規(guī)則（ HayesRoth）。 ?關(guān)于知識的研究稱為認識論（ Epistemology）， 它涉及知識的本質(zhì)、結(jié)構(gòu)和起源。 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 4 知識的特性 ?相對正確性 ?在一定的條件及環(huán)境下，知識一般是正確的，可信任的 ?不確定性 ?由隨機性引起的不確定性 ?由模糊性引起的不確定性 ?由不完全性引起的不確定性 ?由經(jīng)驗性引起的不確定性 ?可表示性和可利用性 ?知識是可以表示出來的 ?知識是可以利用的 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 5 知識表示 ?知識表示就是研究用機器表示知識的可行性 、有效性的一般方法 ， 可以看作是將知識符號化并輸入到計算機的過程和方法 。 ?知識表示在智能系統(tǒng)的建造中起到關(guān)鍵的作用。 可以說正是以適當?shù)姆椒ū硎玖酥R ， 才導致智能系統(tǒng)展示出了智能行為 。 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 6 知識類型 知識類型有三種： ?陳述性知識： 也稱為描述性知識 ， 是描述客觀事物的特點及其關(guān)系的知識 。 陳述性知識主要包括三個層次：符號表征 、 概念 、 命題 。 ?過程性知識： 也稱為程序性知識 ， 是關(guān)于問題求解的操作步驟和過程的知識 。 這類知識主要用來解決 “ 做什么” 和 “ 如何做 ” 的問題 ， 可用來進行操作和實踐 。 ?控制性 知識： 也稱為 元知識 、 控制策略 ， 是有關(guān)各種處理過程的策略和結(jié)構(gòu)的知識 ， 用于選擇問題求解的方法和技巧 ， 協(xié)調(diào)整個問題求解的過程 。 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 7 知識表示方法的要求 ?充分表示領(lǐng)域知識 :首先考慮能不能充分表示領(lǐng)域知識.要能反應(yīng)出領(lǐng)域的特點 ?有利于知識的利用 :表示的目的是為了利用知識 ,求解問題 ?便于對知識的組織 ,維護和管理 :便于今后的更新 ,維護,保證其一致性和完整性 ?便于理解和實現(xiàn) :容易讓人理解并符合人的習慣 .還有容易在計算機上實現(xiàn) 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 8 內(nèi)容提要 狀態(tài)空間 面向?qū)ο蟮闹R表示 劇 本 本體 小結(jié) 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 9 概述 謂詞邏輯 產(chǎn)生式系統(tǒng) 語義網(wǎng)絡(luò) 框架 10 謂詞邏輯法 邏輯在知識的形式化表示和機器自動定理證明方面發(fā)揮了重要的作用，其中最常用的邏輯是謂詞邏輯，命題邏輯可以看做謂詞邏輯的一種特殊形式。謂詞邏輯 嚴格地按照相關(guān)領(lǐng)域的特定規(guī)則，以符號串形式描述該領(lǐng)域有關(guān)客體的表達式能夠把邏輯論證符號化，并用于證明定理，求解問題。 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 11 謂詞演算 語法與語義 – 基本符號：謂詞符號、變量符號、函數(shù)符號、 常量符號、括號和逗號 – 謂詞演算的解釋： ? 謂詞符號 —— 對應(yīng)關(guān)系， ? 常量符號 —— 論域?qū)嶓w， ? 函數(shù)符號 —— 對應(yīng)函數(shù)； – 原子公式：由若干謂詞符號和項組成的謂詞演算。原子公式是謂詞演算基本積木塊。項包括常量符號、變量符號、函數(shù)符號等。定義原子公式為真值或假值就表示了某種語義。 – 無變量的原子公式取值確定，包含變量的原子公式取值不定。 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 12 連詞 ? 與、合取 （ conjunction)：用連詞 ∧ 把幾個公式連接起來而構(gòu)成的公式。合取項是合取式的每個組成部分。 例： LIKE(I， MUSIC)∧LIKE(I ， PAINTING) （我喜愛音樂和繪畫。） ? 或、析取 （ disjunction）：用連詞 ∨ 把幾個公式連接起來而構(gòu)成的公式。析取項是析取式的每個組成部分 例： PLAYS(LILI， BASKETBALL)∨PLAYS(LILI ， FOOTBALL) （李力打籃球或踢足球。） ? 蘊涵 （ Implication） :“=” 表示“如果 — 那么”（ IF— THEN）關(guān)系，其所構(gòu)成的公式叫做蘊涵。 ? 非 （ Not）表示否定，～、 — 均可表示 謂詞演算 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 13 量詞 若一個原子公式 P（ x），對于所有可能變量 x都具有T值， 則用 （ ? x） P（ x）表示 例如 : 所有的機器人都是灰色的 （ ? x ） [ ROBOT(x) = COLOR(x,GRAY) ] ? 存在量詞 （ Existential Quantifier） 若一個原子公式 P（ x），至少有一個變元 x，可使 P （ x）為 T值， 則用（ ? x） P（ x）表示。 例： (?x)INROOM(x,r1)（ 1號房間內(nèi)有個物體） 謂詞演算 ? 全稱量詞 （ Universal Quantifier） 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 14 謂詞公式 ? 原子公式的的定義： 用 P(x1， x2， … ， xn)表示一個 n元謂詞公式，其中 P為n元謂詞， x1,x2,… ， xn為客體變量或變元。通常把P(x1,x2,…, xn)叫做謂詞演算的 原子公式 ，或 原子謂詞公式 。 ? 謂詞公式 可以用連詞把原子謂詞公式組成復(fù)合謂詞公式，并把它叫做 謂詞公式 。 謂詞演算 2020/11/4 史忠植 人工智能：知識表示 15 ? 合式公式（ WFF， wellformed formulas） – 合式公式的遞歸定義 (1)原子謂詞公式是合式公式。 (2)若 A為合適公式，則～ A也是一個合式公式。 (3)若 A和 B都是合式公式，則 (A∧B) ， (A∨B) ，(A B)和 (A←→B) 也都是合式公式。 (4)若 A是合式公式， x為 A中的自由變元，則 ( x)A和 ( x)A