【正文】 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 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 過程性知識 描述做某事的過程，使人或計算機(jī)照此去做。 行為性知識 不直接給出事實本身，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。 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 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。 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 知識與知識表示 第一節(jié) 引言 二、知識類型 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。 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 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。 是否適合于推理？ 注：人工智能主要對適合推理的知識表示感興趣。 是否適合于計算機(jī)處理？ 是否有高效的算法？ 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 能否模塊化，以便于知識分層？ 知識和元知識能否用統(tǒng)一的形式表示？ 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 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 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(xì)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。 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 演繹系統(tǒng) 產(chǎn)生式系統(tǒng) 框架結(jié)構(gòu) 語義網(wǎng)絡(luò) 過程性知識表示 面向?qū)ο笾R表示 基于本體的知識表示法 第二章 知識與知識表示 第二節(jié) 演繹系統(tǒng) 一、謂詞演算 命題 陳述 謂詞 帶有參數(shù)的命題 注： 1）謂詞比命題有更強(qiáng)的表達(dá)能力，可將知識單元細(xì)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 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； 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 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…n B）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 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） （ T代表真， F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 謂詞解釋 人為地指派給謂詞的含義 注： 5） 利用謂詞演算進(jìn)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 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(yùn)算符： = 量詞： ?、 ? 常量：函數(shù)常量、謂詞常量 變量：函數(shù)變量、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 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 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 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) 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(fù)原子，正負(fù)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。 與或句的生成步驟 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) 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(jìn)行反向推理。當(dāng)用作反向推理時，比較實用。 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) 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。 子句演繹方法 消解法 —Robinson 基于 Horn子句邏輯 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 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 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 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 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，則認(rèn)為匹配成功，否則認(rèn)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 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 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：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 產(chǎn)生式系統(tǒng)構(gòu)成 c)一個解釋程序 負(fù)責(zé)整個產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)結(jié)束產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行等等。 注：其中每一步均可有不同的含義。 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 產(chǎn)生式系統(tǒng)特點(diǎn) 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 產(chǎn)生式系統(tǒng)特點(diǎn) 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 產(chǎn)生式系統(tǒng)特點(diǎn) b)知識的模塊化 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(kuò)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 產(chǎn)生式系統(tǒng)特點(diǎn) b)知識的模塊化 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(bǔ)充和修改變得非常容易。但要注意任何修改和擴(kuò)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 產(chǎn)生式系統(tǒng)特點(diǎn) 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)