【文章內(nèi)容簡介】 、關(guān)系等，它包括了事物的概念、事物的分類、事物的描述等。動(dòng)態(tài)知識是關(guān)于問題求解的知識，它常常是一種過程，說明怎樣操作已有的數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)知識以達(dá)到問題的求解，是反映動(dòng)作過程的過程，如一個(gè)問題領(lǐng)域內(nèi)關(guān)于推理路徑的方向、推理過程、可理解性等方面的知識、啟發(fā)性方法等。知識按表示的形式可分為：陳述性知識和過程性知識。陳述性知識用于描述事實(shí)性知識，知識描述是靜態(tài)的。過程性知識用于描述控制策略，說明知識的使用過程，表示形式就是含150 / 37有一系列操作的計(jì)算機(jī)程序，知識描述是動(dòng)態(tài)的。知識具有非常深廣的內(nèi)涵，從不同的角度有不同的分類，但是知識都具有如下的屬性。a) 真假性。知識是對客觀事物及客觀世界的反映，它具有真假性，可以通過實(shí)踐檢驗(yàn)其真?zhèn)?，也可以通過邏輯推理證明其真假。b) 相對性。一般知識不可能無條件的真，即其絕對正確；但也不可能無條件的假，即絕對謬誤，都是具有相對性的。在一定條件下或特定時(shí)刻為真的知識，當(dāng)時(shí)間、條件或環(huán)境發(fā)生變化時(shí)可能變成假。c) 不完全性。知識往往是不完全的。這里不完全大致分為條件不完全和結(jié)論不完全兩大類。d) 具有模糊性和不精確性?，F(xiàn)實(shí)中知識的真與假，往往并不總是“非真即假” ，可能處于某種中間狀態(tài)，即所謂具有真與假之間的某個(gè)“真度” ，即模糊度和不精確度。例如“水頭低了，水輪機(jī)的出力就小了” 。 “低了” ， “小了”都是一些模糊概念。在知識處理中必須應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)或統(tǒng)計(jì)方法等來處理模糊的或不精確的知識。e) 可表示性。知識作為人類經(jīng)驗(yàn)存在于人腦之中，雖然不是一種物質(zhì)東西，但可以用各種方法表示出來。一般表示方式包括符號表示法、圖形表示法和物理表示法。f) 可存儲(chǔ)性、可傳遞性和可處理性。既然知識可以表示出來，那么就可以把它存儲(chǔ)起來；知識既可以通過書本來傳遞，也可以通過教師的講授來傳播，還可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等來傳鉛，知識可以從一種表示形式轉(zhuǎn)換為另一種表示形式：知識一旦表示出來，就可以同數(shù)據(jù)一樣進(jìn)行處理。g) 相容性。相容性是關(guān)于知識集合的一個(gè)屬性．即存在于一體(如專家系統(tǒng)的知識庫) 識之入應(yīng)該是相互不矛盾的．即從這些知識出發(fā)，不能推出相互矛盾的命題。 知識表示知識表示法又稱知識表示模式。知識表示是 ES 研究中的一個(gè)基本問題。什么是知識表示呢？一般認(rèn)為知識表示是描述客觀世界的一組約定，是知識的形式化或符號化的過程。知識表示方法是研究各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并把一個(gè)問題領(lǐng)域的知識通過這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)合到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)過程中。知識表示方法的好壞對知識處理的效率和應(yīng)用范圍影響很大，對知識獲取和學(xué)習(xí)機(jī)制的研究也有直接的影響。知識的表示往往與知識的獲取和知識的運(yùn)用結(jié)合起來研究，以求知識處理的最佳效果。選擇合適的知識表示方法要考慮以下幾個(gè)方面的因素：a) 準(zhǔn)確性和一致性。表示方法應(yīng)具備良好的定義的規(guī)則保證推理的正確性，所表示的知識之間不應(yīng)出現(xiàn)自相矛盾，以便能明確的表示各類知識。b) 獨(dú)立性。表示方法對于各類知識的表示機(jī)制應(yīng)該是盡可能避免重復(fù)或冗余，使表示方法簡單明了。c) 易理解性。所表示的知識應(yīng)易讀、易懂、便于知識獲取、知識庫檢查、修改及維護(hù)。d) 可訪問性。應(yīng)能有效地利用知識庫中的知識。151 / 37e) 可擴(kuò)充性。應(yīng)能方便、靈活地?cái)U(kuò)充知識庫。f) 完備性和弱完備性。應(yīng)能正確地、有效地將問題求解所需的各類知識表示出來。近年來，知識表示作為人工智能領(lǐng)域中一個(gè)專門被研究的課題發(fā)展很快。專家系統(tǒng)中的各種知識表示方法大致可分為兩類；陳述性知識表示法和過程性知識表示法。陳述性表示法，把知識表示成為一個(gè)靜態(tài)的事實(shí)集合。并附有處理它們的一些通用程序。過程性表示法，將一組知識表示成如何運(yùn)用這些知識的過程，粗略地說，一個(gè)子程序或一個(gè)函數(shù)可以是某種知識的過程性表示。陳述性表示的優(yōu)點(diǎn)是；形式簡單，采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示知識，清晰明確，易于理解，增加了知識的可讀性，模塊性好，減少知識間的聯(lián)系，便于知識的獲取、修改和擴(kuò)充。其缺點(diǎn)是：陳述性表示的知識不能直接執(zhí)行，需要其它程序解釋它的含義，因此執(zhí)行速度較慢。過程性表示的優(yōu)點(diǎn)是：過程性表示的知識可以被計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行，處理速度快；便于表達(dá)如何處理問題的知識；易于表達(dá)怎樣高效處理問題的啟發(fā)性知知識。其缺點(diǎn)是：不易表達(dá)大量的知識，且表示的知識難于修改和理解；適合于表示確定性知識；適合于處理完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。專家系統(tǒng)的知識表示從表示方法上主要有狀態(tài)空間法、Petri 網(wǎng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、語義網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)生式規(guī)則、框架結(jié)構(gòu)法、腳本（Script）表示和謂詞邏輯等多種知識表示方法。 邏輯表示邏輯模式是最早廣泛用于知識表示的模式，它能夠通過計(jì)算機(jī)作精確處理，其表現(xiàn)方式和人類自然語言又非常接近。邏輯表示法是人工智能中使用較多的知識表示方法，其中一階謂詞表示法應(yīng)用最為廣泛，這種方法主要用于自動(dòng)定理證明、問題解答等領(lǐng)域。目前，使用邏輯表示法建造的專家系統(tǒng)還不多見，但隨著基于一階謂詞邏輯與歸結(jié)原理的 PROLOG(Programming in logic)語言的推廣，使用這種表示方法的專家系統(tǒng)逐漸多起來。謂詞邏輯的合法表達(dá)式也稱為合式公式 wff(well formed formula)公式，合式公式由原子公式、連接詞和量詞組成的，下面分別加以介紹。所謂謂詞是刻劃個(gè)體的性質(zhì)或幾個(gè)個(gè)體間關(guān)系的模式。一般地，包含 n 個(gè)個(gè)體變元的謂詞叫 n 元謂詞，如 P(x1,x2…,xn)是 n 元謂詞．從邏輯角度來講，一個(gè)命題是相應(yīng)謂詞個(gè)體變量取為某個(gè)固定值所得．如，定義謂詞P(X)：x 是故障，則 P(定子松動(dòng)) 表示是故障；定義謂詞 R(x， y，： z)： x+y＝ z 則 R(2，3，5)表示“2 加 3 等于 5”。進(jìn)一步，我們可以用邏輯聯(lián)結(jié)詞∧( 合取) 、∨(析取)、￣ (非)、→(蘊(yùn)含)等把一些簡單命題組合成復(fù)雜命題來表示復(fù)雜的知識或事實(shí)。例如， “導(dǎo)葉開度大流量大”這樣一句話，通過定義謂詞：A( x)：x 導(dǎo)葉開度大，B(y)： y 流量大，可以表示為：A(x) → B(y)。邏輯表示法的表達(dá)能力是很強(qiáng)的，它所表達(dá)的范圍依賴于原子謂詞(不含任何聯(lián)結(jié)詞和量詞的謂詞)的種類和語義，形式上任一謂詞合式公式都是由原子謂詞經(jīng)聯(lián)結(jié)詞的連接和兩種量詞的約束而組成的。謂詞合式公式可以歸納定義如下：a) 原子謂詞是謂詞合式公式的基本單位。b) 若 A 是謂詞合式公式，則 也是謂詞合式公式。Ac) 若 A 和 B 都是謂詞合式公式，則 A 和 B 與邏輯連接詞之間的組合也是謂詞合式公式。152 / 37d) 只有有限次復(fù)合的合式公式才是謂詞合式公式。原子公式是最基本的合式公式，它由謂詞，括號和括號中的項(xiàng)組成的，其中項(xiàng)可以是常量，變量和函數(shù)。例如“立式機(jī)組的發(fā)電機(jī)在水輪機(jī)上面” 。這一事實(shí)可以用原子公式表示為： ON(stand(GENERATOR, TURBINE))其中，GENERATOR 和 TURBINE 是常量，用英文大寫字母書寫，表示個(gè)體。ON( 在上) 是謂詞，用英文大寫字母書寫，表示 GENERATOR 和 TURBIN 的關(guān)系。Stand 是函數(shù)，用英文小寫字母書寫，表示 GENERATOR 和 TURBINE 的類型。邏輯模式的主要優(yōu)點(diǎn)可歸納以下幾點(diǎn)：a) 符號簡單，描述易于理解。b) 自然、嚴(yán)密、靈活和模塊化。c) 具有嚴(yán)密的形式定義。d) 每項(xiàng)事實(shí)僅需表示一次，且利用定理證明技術(shù)可以從老的事實(shí)推理出新的事實(shí)。其主要缺點(diǎn)是：a) 難于表示過程式知識和啟發(fā)式知識。b) 由于缺乏組織原則，利用該方法表示的知識庫難于管理。c) 由于弱證明過程，當(dāng)事實(shí)的數(shù)目增大時(shí)易產(chǎn)生組合爆炸。用邏輯模式求解一個(gè)問題的全過程是：a） 用謂詞演算將問題形式化。b） 在邏輯表示的形式上建立控制系統(tǒng)。c） 證明從初始狀態(tài)到達(dá)終結(jié)狀態(tài)（目標(biāo)） 。 框架表示法框架表示法是 1975 年由美國麻省理工學(xué)院提出的，框架一經(jīng)提出后、得到了人工智能領(lǐng)域的廣泛重視與研究。這種表示模式一定程度上能正確地體現(xiàn)人的心理反應(yīng)；另一方面適合于計(jì)算機(jī)處理，是一種較好的知識表示方法。框架是把某一特殊事件或?qū)ο蟮乃兄R存儲(chǔ)在一起的一種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通常用來描述具有固定形式的對象。一個(gè)框架（Frame）由一組槽（Slot ）組成，每個(gè)槽表示對象的一個(gè)屬性，槽的值（Filler）就是對象的屬性值。一個(gè)槽可以由若干個(gè)側(cè)面（Faces）組成，每個(gè)側(cè)面可以有一個(gè)或多個(gè)值（Value） ?？蚣艿慕Y(jié)構(gòu)可表示如下： ＜框架名＞ 槽 1：側(cè)面 11＜值 11l，值 112…值 11n＞ 側(cè)面 12＜值 121，值 122…值 12n＞ …………………………………………… …………………………………………… …………………………………………… 槽 i： 側(cè)面 i1＜值 i11，值 i12…值 i1n＞相互關(guān)聯(lián)的框架連接起來組成框架系統(tǒng)，或稱框架網(wǎng)。不同的框架網(wǎng)絡(luò)又可通過信息檢索網(wǎng)絡(luò)組成更大的系統(tǒng)，代表一次完整的知識。153 / 37框架可以按應(yīng)用進(jìn)行分類：一種是情景框架（situation frame） 特定情景下期望出現(xiàn)的知識；一種是行為框架(action frame)包含在特定情景下所執(zhí)行的行為槽；另一種是因果知識框架(Causal knowledge frame)，它是情景與行為框架的組合，表示因果關(guān)系。以混流式水輪機(jī)框架為例：該圖通過對混流式水輪機(jī)框架的構(gòu)造給出了構(gòu)造一般知識框架的過程和方法?？蚣苣Ｊ降闹饕獌?yōu)點(diǎn)：a) 有利于“期望制導(dǎo)”的處理，即人們所在的特定環(huán)境尋找期望的事情。b) 給定的狀況下，通過設(shè)計(jì)能決定其本身的可利用性或提供其它框架。c) 知識組織方式有利于推理。其主要缺點(diǎn)：a) 許多實(shí)際情況與原型不符.b) 對新的情況不易適應(yīng)。在基于框架的系統(tǒng)中，在框架網(wǎng)絡(luò)上主要有兩種活動(dòng)：一是填槽，即框架未知內(nèi)容的槽的填寫；二是匹配，根據(jù)已知事件尋找合適的框架，用于描述當(dāng)前事件，并對未知事件進(jìn)行預(yù)測。上述兩種活動(dòng)均引起推理，其推理形式有：繼承推理，在框架網(wǎng)絡(luò)中，各框架通過范疇鏈構(gòu)成繼承關(guān)系。在填槽過程中，如果沒有特別說明，子框架的槽值將繼承父框架的槽值；匹配，對于一個(gè)給定的事件，利用部分已知信息選擇初始候選框架；預(yù)測、聯(lián)想與直覺，根據(jù)已知的信息尋找部分匹配的框架，從觀察事實(shí)形成合理假設(shè)。 產(chǎn)生式規(guī)則表示產(chǎn)生式規(guī)則表示是目前專家系統(tǒng)中使用最廣泛的知識表示法，采用這種表示法的專家系統(tǒng)稱為基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。產(chǎn)生式規(guī)則表示法一般用于所謂的產(chǎn)生式系統(tǒng)。產(chǎn)生式表示法名稱（name）： 水輪機(jī)（turbine）型號（type）： 混流式 （Francis） 總重（weight） 單位（unit）：噸（10 3Kg）值（Value）：未知（unknown）屬性（property）： 材料（material）：未知(unknown) 直徑(diameter)： 單位(unit)：毫米(mm) 值(value)： 未知(unknown) 葉片數(shù)(vane number)：未知(unknown) 最大外徑高度：單位(unit)：毫米(mm) 值(value)： 未知(unknown)圖 66 混流式水輪機(jī)框架154 / 37是一種比較成熟的表示方法，許多著名的專家系統(tǒng)采用了這種表示法，如 MYCIN 系統(tǒng)等。一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)有三個(gè)基本組成部分；綜合數(shù)據(jù)庫(global database)、規(guī)則庫(production rules)和控制系統(tǒng)(control system) 。綜合數(shù)據(jù)庫是一組描述過程處理對象的符號集合。在處理具體問題時(shí)，它用于問題描述和環(huán)境描述，包括與特定問題有關(guān)的各種臨時(shí)信息，紀(jì)錄處理問題的中間結(jié)果、和最終結(jié)論。例如，水電機(jī)組診斷維修問題中，它可以記錄某個(gè)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)的癥狀、征兆、采集數(shù)據(jù)、診斷過程、診斷結(jié)果等數(shù)據(jù)和信息。通常把綜合數(shù)據(jù)庫稱為短期記憶器或工作存儲(chǔ)器。對綜合數(shù)據(jù)庫的組織、數(shù)據(jù)表示方法等，產(chǎn)生式系統(tǒng)沒有具體規(guī)定，一般根據(jù)問題領(lǐng)域的特點(diǎn)選擇合適的表示方法，如集合、線性表、鏈表、樹結(jié)構(gòu)、圖等都可用于表示綜合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。在建立綜合數(shù)據(jù)庫時(shí)，應(yīng)注意使庫中數(shù)據(jù)便于檢索。規(guī)則庫是由一組產(chǎn)生式規(guī)則組成的，在產(chǎn)生式系統(tǒng)中，一個(gè)規(guī)則的條件部分通常是可以和綜合數(shù)據(jù)庫匹配的任何模式，通常允許包含些變量，這些變量在匹配過程中可能以不同的形式被約束。而動(dòng)作部分一般是能引起綜合數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)改變的斷言或操作。當(dāng)綜合數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)與某一條規(guī)則的條件匹配時(shí)，執(zhí)行該規(guī)則的動(dòng)作部分，并可以改變綜合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。對于一條規(guī)則應(yīng)該用什么方式表示，產(chǎn)生式系統(tǒng)未作明確規(guī)定，因此可以靈活地選擇表示方法。一般而言，在選擇規(guī)則的表示方式時(shí)，盡量做到條件部分和動(dòng)作部分的表示法與綜合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表示形式保持一致，這樣便于規(guī)則條件與綜合數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容進(jìn)行比較，判別條件部分是否成立，同時(shí)也便于根據(jù)動(dòng)作部分修改綜合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。還有，在可以有效表達(dá)領(lǐng)域知識的前提下，盡可能使條件部分和動(dòng)作部分的表示簡單化，以便于后續(xù)控制系統(tǒng)的推理機(jī)處理規(guī)則。對于規(guī)則知識庫的組織方式，可根據(jù)領(lǐng)域特點(diǎn)選擇合適的方案。比較常用而且簡單的方法是順序存放所有規(guī)則。但是當(dāng)規(guī)則數(shù)目較大時(shí)，這種方法給知識的匹配與檢索帶來不便，需要分體存放或采用啟發(fā)性的組織方式。與綜合數(shù)據(jù)庫不同，規(guī)則庫中的知識是公共知識，并不是關(guān)于某一具體的特定問題