【正文】 以形式化描述 ， 表示成為便于機(jī)器 （ 計算機(jī) ） 存儲 、 管理和調(diào)用的某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式 。2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 1 第 3章 人工智能知識與知識表示 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 2 第 3章 知識與知識表示 知識表示概述 謂詞邏輯的知識表示 產(chǎn)生式表示法 語義網(wǎng)絡(luò)表示法 框架知識表示法 過程知識表示法 Petri網(wǎng)模型表示法 面向?qū)ο蟮闹R表示 其它知識表示法 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 3 知識表示概述 知識表示 (Knowledge Representation)， 即把知識用計算機(jī)可接受的符號并以某種形式描述出來 。 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 4 知識表示概述 目前 ， 人工智能的知識表示方法已有 幾十種之多 。 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 5 知識表示概述 ? 什么是知識 ? 知識的特性 ? 知識的分類 ? 知識映射原理 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 6 知識表示概述 ? 什么是知識 ? 知識是人類世界特有的概念 。 ? 通常人們獲取知識的重要手段是：利用信息 ， 把各種信息提煉 、 概括并關(guān)聯(lián)在一起 ， 就形成了知識 。 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 10 知識表示概述 ? 知識的特性 ? 1. 知識的相對正確性 ? 常言道：實踐出真知 。 ? 例如 ， 計算式 1+1=10是正確的嗎 ？ ? 再如 ， 在一般的工程計算中 ， 使用牛頓力學(xué)運(yùn)動定律 ， 足以滿足一般精度要求而且很方便；但在接近光速的運(yùn)行檢測或進(jìn)行核加速器中的粒子計算時 ， 就必須以量子力學(xué)和相對論為依據(jù)來考察了 。 ? 例如 ， 在我國中南地區(qū) ， 根據(jù)天上出現(xiàn)彩虹的方向及其位置 ， 可以預(yù)示天氣的變化 。 您認(rèn)為甲一定是青年人 ， 乙就是老年人嗎 ？ 不能完全肯定 ， 因為相反的事例是很多的 。 ? 盡管不確定性知識給人們帶來了一些迷惑 ， 但它反映了客觀世界的多樣性 、 豐富性和復(fù)雜性 。在人類的發(fā)展史中 ， 知識的可利用性與可發(fā)展性是不言而喻的 。 目前 ， 知識的更新和知識的總量 ， 正以前所未有的速率迅速地增長 。 ? 1. 事實性知識： 關(guān)于問題領(lǐng)域的性質(zhì)及求解目標(biāo) 、 求解環(huán)境及其已知條件 、 相關(guān)特性等方面的靜態(tài)知識 。 例如 ， ① 若信道暢通 ， 請發(fā)綠色信號；如果異常時 ， 請按紅色信號開關(guān) 。 例如 ， 為了使一組機(jī)器人能協(xié)同完成某項任務(wù) ，既要有監(jiān)控他們相互配合情況的有關(guān)知識 ， 還要有協(xié)調(diào)他們分工合作的決策性知識等 。 因而知識表示是知識信息處理系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 。 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 18 知識表示及其映射原理 知識表示及其 映射 原理 ， 如圖 31加以示意說明 。 在自然科學(xué)實際應(yīng)用研究中 ， 利用映射 （ 稱為變換 ） 原理迂回求解的思想 ， 是一種非常有效而廣為使用的重要手段 。 用謂詞邏輯和公式表達(dá)各種意境 使用謂詞邏輯和公式表達(dá)各種意境，首先應(yīng)抓住一般自然語言主語、謂語結(jié)構(gòu)特點，再依據(jù)謂詞邏輯公式關(guān)于意境描述及連接詞、量詞這些關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行綜合分析，逐步形成關(guān)于意境描述的真實生動完整表達(dá)。 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 ， 一種生動的意境描述：在那遙遠(yuǎn)的地方 ， 有位好 姑娘 ， 人們走過她 的身旁 ， 都要 回頭留戀地張望 。 解 ： 首先定義謂詞，并注意直接用常量替代謂詞變元，使其命題化。 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 —— 喜歡給女孩子獻(xiàn)殷勤，送花買禮物等； 而關(guān)鍵詞 rose表現(xiàn)了玫瑰花被傳遞的情況?，F(xiàn)在要求機(jī)器人 (robot)從凹室出發(fā)，把桌子 A上的書搬到 B處書架上，完成任務(wù)后回到凹室。 首先定義描述環(huán)境狀態(tài)的謂詞 。仔細(xì)加以分析，必要的操作謂詞共有三類。 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 30 用謂詞邏輯描述智能行為過程的求解 解 ： ⑷ 按照行動規(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)。可見，實際的機(jī)器人智能控制要更加復(fù)雜得多，雖然有時也很有趣。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)行不確定性問題的處理； 對于復(fù)雜系統(tǒng)的求解問題，容易陷入冗長演繹推理中，常常不可避免地帶來求解效率低 ,甚至產(chǎn)生 “ 組合爆炸 ”問題。隨后，在二十世紀(jì)七十年代， Simon，Winston， Hendrix等人分別都對語義網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。 指針 。節(jié)點之間用帶箭頭及文字標(biāo)識的有向線條來聯(lián)結(jié)，用以表示事物之間的結(jié)構(gòu)，即語義關(guān)系。 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 36 語義網(wǎng)絡(luò)知識表示 基本語義關(guān)系 任何復(fù)雜的語義關(guān)系，都可以通過許多基本的語義關(guān)系予以關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)。常用屬性關(guān)系有： HAVE：含義為 “ 有 ” ，表示上層結(jié)點具有下層結(jié)點所描述的屬性值； CAN：含義為 “ 能 ” 或 “ 會 ” ，表示上層結(jié)點能夠執(zhí)行下層結(jié)點的功能。與分類關(guān)系不同的是包含關(guān)系一般不具備屬性的繼承性。 教學(xué) 學(xué)生 教師 課程 APO APO APO 房 子 門 窗戶 CO CO 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 39 語義網(wǎng)絡(luò)知識表示 基本語義關(guān)系 （ 3）從屬關(guān)系 : ISA（ isa） ： 含義為 “ 是一個 ” ，表示某事或某物是一個具體的實例。 常用這類關(guān)系有： ? AFTER： 含義為 “ 在 … 之后 ” ，表示上層結(jié)點事實發(fā)生在下層結(jié)點所描述的事件之后；或者表示下層結(jié)點對象在上層結(jié)點對象的位置之后。 此外，相應(yīng)于多個對象，還可以有比較、相互接近等關(guān)系的組合。 ? OR(或 )等 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 44 復(fù)合語義關(guān)系 （ 3） 復(fù)合邏輯關(guān)系 : ? NOR(非 )。于是就可立即發(fā)現(xiàn)：提問結(jié)點中所設(shè)定的 “ x”就是被海浪發(fā)出的 動作 “ 搖動 ” 的對象 —— 到底是戰(zhàn)艦、戰(zhàn)船、浮標(biāo) …… 還是別的什么呢？ 搖動 輕輕地 X 海浪 方式 對象 主體 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 49 繼承 ? 繼承 是指系統(tǒng)具有這樣一種特性： 能把事物屬性從上層對象結(jié)點，傳遞到下層的具體實例結(jié)點上的作用 。 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 50 繼承 運(yùn)動 吃 CAN MAY 下蛋 翅膀 動物 游泳 喂養(yǎng) 繁殖 CAN HAVE ISA CAN MAY ISA ISA 展翼 鳥 魚 觀賞 CAN ISA ISA CAN 孔雀 金魚 圖 215 語義網(wǎng)絡(luò)的繼承推理 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 51 語義網(wǎng)絡(luò)知識表示特性 語義網(wǎng)絡(luò)是一種結(jié)構(gòu)化知識表示方法，具有 表 達(dá)直觀，方法靈活，容易掌握和理解的特點 。 ? 雖然語義網(wǎng)絡(luò)知識表示和推理具有較大的靈活性和多樣性，但是沒有公認(rèn)嚴(yán)密的形式表達(dá)體系，卻不可避免地帶來了非一致性和程序設(shè)計與處理上的復(fù)雜性，這也是語義網(wǎng)絡(luò)知識表示尚待深入研究解決的一個課題。 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 53 框架知識表示法 按照 Minsky提出的框架理論 ， 自然界各種事物都可用框架 (Frame)組織構(gòu)成 。 ……… 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 55 這種知識表示法實際上是一種多層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式 。 對當(dāng)前事物或?qū)ο筮M(jìn)行觀察與分析 ， 把要認(rèn)識的對象與選定的框架知識表示進(jìn)行比對 ， 完成對象屬性及其知識的了解與學(xué)習(xí)； （ 2） 建立框架模式與概念 。 例如關(guān)于人物的知識 ， 可設(shè)計為如下一張簡單表格： S .NO1 . 姓名 性別 年齡 民族 職業(yè) 工作單位 興趣與愛好 N X … … … … … … S .NO2 . 最喜歡的顏色 個性 最動容的事 最厭惡的事 座右銘 … … … … … 通過幾項調(diào)查 ， 就可以把關(guān)于某個人物的知識情況等 ， 了解得清清楚楚 。 ? 框架名： 〈 大學(xué)教師 〉 ? 姓名：單位（姓，名） ? 年齡：單位（歲） ? 性別：范圍 (（男，女）缺?。耗?) ? 學(xué)歷：范圍（學(xué)士，碩士，博士） ? 職稱：范圍 (（教授，副教授，講師，助教）缺?。褐v師 ) ? 部門：范圍（學(xué)院（或系、處）） ? 住址： 〈 住址框架 〉 ? 工資： 〈 工資框架 〉 ? 參加工作時間：單位（年，月） ? 健康狀況：范圍（健康，一般，較差） ? 其它：范圍（ 〈 個人家庭框架 〉 ， 〈 個人經(jīng)濟(jì)狀況框架 〉 ） ? 上述框架共有 十一個槽 ，分別描述了關(guān)于 “ 大學(xué)教師 ” 的十一個方面的知識及其屬性。 2020/11/29 第 3章知識與知識表示 趙東晉 61 框架知識表示特性 ? 框架知識表示也是一種結(jié)構(gòu)化知識表示方法。 ? （ 2） 可使用模式匹配的推理。 ? 框架表示法支持上層框架概念抽象和下層框架信息繼承共享的思想 ，不僅減少了框架信息和屬性知識表達(dá)的冗余，而且保證了上、下層框架知識表達(dá)的一致性。在問題求解中，當(dāng)需要使用某個過程時，就調(diào)用相應(yīng)的程序并執(zhí)行之。而過程表示法把問題相關(guān)領(lǐng)域的知識、信息及控制策略等，均隱含表示為一個或多個求解問題的過程，并著重于動態(tài)過程的描述；具體描述其控制行為所導(dǎo)致的一系列狀態(tài)變遷，關(guān)注的是某個對象發(fā)出的若干個連續(xù)操作而導(dǎo)致的過程目標(biāo)。求解從任意初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的解路徑。 ? 步 2，按照圖 317（ a）所示的環(huán)形箭頭逆時針 (或順時針 )方向移動空格，并依 次移動棋牌，直到棋子 1位于 X1位置，空格位于 X8位置時為止。 經(jīng)過以上 4步，得到的狀態(tài)如圖 318（ a）所示。 ? 步 6， 按照圖 317（ e）所示的環(huán)形方向移動空格，并依次移動棋牌，直到空格又回到 X8為止。 ? 步 8，按照圖 317（ g）所示的環(huán)形方向移動空格 , 并依次移動棋牌，直到數(shù)碼 5位于 X0，空格位于 X8位置時為止。 ? 步 11，按照圖 317（ g）所示的環(huán)形方向移動空格 , 并依次移動棋牌，直到狀態(tài)如圖 319 (11)_Sg1的目標(biāo)狀態(tài)，則問題得解；否則可得到圖 319(11)_Sg2所示，說明了所給初始狀態(tài)達(dá)不到所要求的目標(biāo)狀態(tài)。求解從任意初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)狀態(tài)的解路徑。 1 1 2 X X X X X X ?（ 3） （ 1） ?（ 4） 1 2 X （ 4） ? 1 2 X 3 X X X X ? （ 5） ? （ 5） 2 3 X 1 X X X X ? （ 6） 1 2 3 X X