《人工智能基礎(chǔ)》知識(shí)表示作業(yè)-天津大學(xué)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上人工智能基礎(chǔ)知識(shí)表示作業(yè)學(xué) 院 專(zhuān) 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 年 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 聯(lián)系方式（電話(huà)） （電子郵箱）目錄第一章 概述1.1 知識(shí)表示概述知識(shí)表示（Knowledge Representation）,即把知識(shí)用計(jì)算機(jī)可接受的符號(hào)以某種形式描述出來(lái)，諸如語(yǔ)法樹(shù)、圖表結(jié)構(gòu)、樹(shù)形或網(wǎng)狀表達(dá)等等。知識(shí)表示就是對(duì)知識(shí)的符號(hào)化過(guò)程，即把相關(guān)問(wèn)題的知識(shí)加以形式化描述，表示成為便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理和調(diào)用的某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式。1.2 知識(shí)概述知識(shí)是信息接受者通過(guò)對(duì)信息的提煉和推理而獲得的正確結(jié)論，是人對(duì)自然世界、人類(lèi)社會(huì)以及思維方式與運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)與掌握，是人的大腦通過(guò)思維重新

2、組合和系統(tǒng)化的信息集合。Feigenbaum認(rèn)為知識(shí)是經(jīng)過(guò)削減、塑造、解釋和轉(zhuǎn)換的信息。簡(jiǎn)單地說(shuō)，知識(shí)是經(jīng)過(guò)加工的信息。Bernstein說(shuō)知識(shí)是特定領(lǐng)域的描述、關(guān)系和過(guò)程組成。Hayes-Roth認(rèn)為知識(shí)是事實(shí)、信念和啟發(fā)式規(guī)則。信息關(guān)聯(lián)后所形成的信息結(jié)構(gòu)：事實(shí)&規(guī)則。1.3 人工智能系統(tǒng)所關(guān)心的知識(shí)一個(gè)智能程序高水平的運(yùn)行需要有關(guān)的事實(shí)知識(shí)、規(guī)則知識(shí)、控制知識(shí)和元知識(shí)。1.事實(shí)：是有關(guān)問(wèn)題環(huán)境的一些事物的知識(shí)，常以“是”的形式出現(xiàn)。如事物的分類(lèi)、屬性、事物間關(guān)系、科學(xué)事實(shí)、客觀事實(shí)等，在知識(shí)庫(kù)中屬于低層的知識(shí)。如雪是白色的、鳥(niǎo)有翅膀、張三李四是好朋友。2.規(guī)則：是有關(guān)問(wèn)題中與事物的行動(dòng)、動(dòng)

3、作相聯(lián)系的因果關(guān)系知識(shí)，是動(dòng)態(tài)的，常以“如果那么”形式出現(xiàn)。特別是啟發(fā)式規(guī)則是屬于專(zhuān)家提供的專(zhuān)門(mén)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，這種知識(shí)雖無(wú)嚴(yán)格解釋但很有用處。3.控制：是有關(guān)問(wèn)題的求解步驟，技巧性知識(shí)，告訴怎么做一件事。也包括當(dāng)有多個(gè)動(dòng)作同時(shí)被激活時(shí)應(yīng)選哪一個(gè)動(dòng)作來(lái)執(zhí)行的知識(shí)。4.元知識(shí)：是有關(guān)知識(shí)的知識(shí)，是知識(shí)庫(kù)中的高層知識(shí)。包括怎樣使用規(guī)則、解釋規(guī)則、校驗(yàn)規(guī)則、解釋程序結(jié)構(gòu)等知識(shí)。第二章 知識(shí)的分類(lèi)與特性2.1 知識(shí)的分類(lèi)2.1.1 事實(shí)性知識(shí)關(guān)于問(wèn)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(shí)，事實(shí)性知識(shí)一般采用直接表示形式，用以記敘及描述有關(guān)的概念、事實(shí)、事物的狀態(tài)及屬性等。2.1

4、.2 過(guò)程性知識(shí)指那些能依據(jù)一定的規(guī)則，推導(dǎo)出相關(guān)的結(jié)論與目標(biāo)的規(guī)律性知識(shí)和能夠?qū)嵤┢ヅ涞男蛄胁僮餍灾R(shí)。2.1.3 控制性知識(shí)一種用于取舍問(wèn)題的求解策略，控制信息實(shí)施方法，決定推理路線(xiàn)的選取原則等方面知識(shí)。2.1.4 其他分類(lèi)按照知識(shí)結(jié)構(gòu)和表現(xiàn)特點(diǎn)劃分，可分為邏輯性知識(shí)和形象性知識(shí)按照知識(shí)確定性與不確定性劃分，可分為確定性知識(shí)和不確定性知識(shí)按照知識(shí)的作用范圍劃分，可分為常識(shí)性知識(shí)和領(lǐng)域性知識(shí) 圖2-1 知識(shí)不同劃分2.2 知識(shí)的特性2.2.1 相對(duì)正確性相對(duì)應(yīng)于一定的客觀環(huán)境與條件下，知識(shí)是正確的，但當(dāng)客觀環(huán)境與條件發(fā)生改變時(shí)，知識(shí)的正確性就要接受檢驗(yàn)，必要時(shí)就要對(duì)原來(lái)的認(rèn)識(shí)加以修正或補(bǔ)充，

5、以至全部更新而取而代之。例如：1+1=10，在二進(jìn)制條件下為正確的，但在十進(jìn)制條件下是錯(cuò)誤的；在一般工程計(jì)算中，牛頓定律滿(mǎn)足計(jì)算要求并且很方便，但在接近光速的運(yùn)行檢測(cè)等等偏差會(huì)很大，需要以量子力學(xué)和相對(duì)論為依據(jù)來(lái)考察。2.2.2 知識(shí)的確定與不確定性由于證據(jù)不足、地域時(shí)區(qū)不同、各種變化因素及現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性，造成客觀后果及其知識(shí)的不確定性；模糊性概念及模糊關(guān)系比比皆是，形成了知識(shí)的不確定性；概率事件發(fā)生常常不可避免，一般都具有隨機(jī)不確定性的規(guī)律；經(jīng)驗(yàn)性及各種不完備的積累過(guò)程，導(dǎo)致相關(guān)知識(shí)的不確定性等2.2.3 知識(shí)的可利用性和可發(fā)展性可采用多種形式來(lái)記錄、描述、表示和利用知識(shí)，諸如采用語(yǔ)言、文

6、字，使用書(shū)籍，結(jié)合文學(xué)、戲劇、繪畫(huà)、攝影等藝術(shù)及電影、電視、多媒體等手段，進(jìn)行知識(shí)的演播、學(xué)習(xí)與欣賞等。第三章 知識(shí)表示的分類(lèi)方法3.1 分類(lèi)人工智能中知識(shí)表示方法注重知識(shí)的運(yùn)用，知識(shí)表示方法可粗略地分為敘述式表示和過(guò)程式表示兩大類(lèi)：3.1.1 敘述式表示敘述式表示把知識(shí)表示為一個(gè)靜態(tài)的事實(shí)集合，并附有處理它們的一些通用程序，即敘述式表示描述事實(shí)性知識(shí)，給出客觀事物所涉及的對(duì)象是什么。對(duì)于敘述式的知識(shí)表示，它的表示與知識(shí)運(yùn)用（推理）是分開(kāi)處理的。敘述式表示法易于表示“做什么”。1.優(yōu)點(diǎn)：(1).形式簡(jiǎn)單、采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示知識(shí)、清晰明確、易于理解、增加了知識(shí)的可讀性。(2).模塊性好、減少了知識(shí)

7、間的聯(lián)系、便于知識(shí)的獲取、修改和擴(kuò)充。(3).可獨(dú)立使用，這種知識(shí)表示出來(lái)后，可用于不同目的。2.缺點(diǎn)：(1).不能直接執(zhí)行，需要其他程序解釋它的含義，因此執(zhí)行速度較慢。3.1.2 過(guò)程式表示過(guò)程式表示將知識(shí)用使用它的過(guò)程來(lái)表示。即過(guò)程式表示描述規(guī)則和控制結(jié)構(gòu)知識(shí)，給出一些客觀規(guī)律，告訴怎么做，一般可用一段計(jì)算機(jī)程序來(lái)描述。例如，矩陣求逆程序，其中表示了矩陣的逆和求解方法的知識(shí)。這種知識(shí)是隱含在程序之中的，機(jī)器無(wú)法從程序的編碼中抽出這些知識(shí)。過(guò)程式表示法一般是表示“如何做”的知識(shí)。1.優(yōu)點(diǎn)：可以被計(jì)算機(jī)直接執(zhí)行，處理速度快。2.缺點(diǎn)：不易表達(dá)大量的知識(shí)，且表示的知識(shí)難于修改和理解。3.2表示方

8、法3.2.1 謂詞邏輯表示法雖然命題邏輯( propositional logic)能夠把客觀世界的各種事實(shí)表示為邏輯命題,但是它具有較大的局限性,不適合于表示比較復(fù)雜的問(wèn)題。謂詞邏輯( predicate logic)允許表達(dá)那些無(wú)法用命題邏輯表達(dá)的事情。邏輯語(yǔ)句,更具體地說(shuō),一階謂詞演算( first order predicate calculus)是一種形式語(yǔ)言，其根本目的在于把數(shù)學(xué)中的邏輯論證符號(hào)化。如果能夠采用數(shù)學(xué)演繹的方式證明一個(gè)新語(yǔ)句是從那些已知正確的語(yǔ)句導(dǎo)出的，那么也就能斷定這個(gè)新語(yǔ)句也是正確的。例題：在一個(gè)屋子里，機(jī)器人在x處，y處的棚上吊著一串香蕉，z有一個(gè)凳子，要求機(jī)器

9、人從x處出發(fā)，到z處搬上凳子桌上到y(tǒng)處踩在凳子上取香蕉，用謂詞邏輯來(lái)表示機(jī)器人的行動(dòng)過(guò)程:解：(1)表示：兩個(gè)謂詞 p（x,y,z,s） 在狀態(tài)s時(shí)，機(jī)器人r、香蕉b、凳子c分別在位置x,y,z處。R（s）: 狀態(tài)s成功三個(gè)函詞:walk(x,y,z,s) 一個(gè)新的狀態(tài)由s經(jīng)過(guò)“r由y到z”后產(chǎn)生的一個(gè)狀態(tài)carry(y,z,s) 一個(gè)新的狀態(tài)由s經(jīng)過(guò)“r從y到z”產(chǎn)生climb(s) 一個(gè)新的狀態(tài)由s經(jīng)過(guò)“r踩到凳子c”產(chǎn)生四個(gè)常量：、 分別表示r、c、b的初始位置、初始狀態(tài) 四個(gè)公理：a. x y (p(x,y,z,s)p(z,y,z,walk(x,z,s)b. x y s z (p p(

10、x,y,x,s)p(y,y,y,carry(x,y,s)c. s (p(,s) R(climb(s)d. P(,)(2)應(yīng)用格林技巧(3)歸結(jié)反演 p(x,y,z,s) p(y,y,y,walk(x,z,s) p(,) p(,walk(,) p(x,y,x,s) p(y,y,y,carry(x,y,s) p(,carry(,walk(,) (p(,s) R(climb(s) R(climb(carry(,walk(,) R(s) R(s) R(climb(carry(,walk(,) (4)生成規(guī)則：機(jī)器人走到凳子的位置，搬起凳子到香蕉處爬上凳子獲得香蕉1. 優(yōu)點(diǎn)：精確，自然，嚴(yán)密，易于實(shí)現(xiàn)2

11、. 缺點(diǎn)：表示和處理分離，組合爆炸導(dǎo)致效率低。3.2.2 產(chǎn)生式表示法對(duì)于規(guī)則是表示事物間的因果關(guān)系，以下列形式表示：condition-action。 一般使用三元組（對(duì)象，屬性，值）或（關(guān)系，對(duì)象1，對(duì)象2）來(lái)表示事實(shí)。如事實(shí)“老李年齡是35歲”，便寫(xiě)成（Lee,age,35），事實(shí)“老李、老張是朋友”，可寫(xiě)成（friend,Lee,Zhang）1. 結(jié)構(gòu)：其常用結(jié)構(gòu)包含：原因結(jié)果：天下雨，地上濕；條件結(jié)論：將冰加熱到0度以上，冰會(huì)融化成水；前提操作：如果能找到合適的杠桿和支點(diǎn)，則可以翹起地球；事實(shí)進(jìn)展：夜來(lái)風(fēng)雨聲，花落知多少；情況行為：手機(jī)開(kāi)機(jī)了，則意味著可以收到別人發(fā)我的信息了。2.組

12、成：產(chǎn)生式系統(tǒng)，由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)兩部分組成。其中知識(shí)庫(kù)由規(guī)則庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)組成。規(guī)則庫(kù)是產(chǎn)生式規(guī)則的集合，數(shù)據(jù)庫(kù)是事實(shí)的集合。圖3-1 產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖規(guī)則是以產(chǎn)生式表示的。規(guī)則集蘊(yùn)涵著將問(wèn)題從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換解狀態(tài)的那些變換規(guī)則，規(guī)則庫(kù)是專(zhuān)家系統(tǒng)的核心。規(guī)則可表成與或樹(shù)形式，基于數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)對(duì)這與或樹(shù)的求值過(guò)程就是推理。數(shù)據(jù)庫(kù)中存放著初始事實(shí)、外部數(shù)據(jù)庫(kù)輸入的事實(shí)、中間結(jié)果事實(shí)和最后結(jié)果事實(shí)。推理機(jī)是一個(gè)程序，控制協(xié)調(diào)規(guī)則庫(kù)與數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行，包含推理方式和控制策略。3.產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理方式包含以下三種：a.正向推理：從已知事實(shí)出發(fā)，通過(guò)規(guī)則庫(kù)求得結(jié)論，或稱(chēng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式；b.反向推理：從目標(biāo)（作為假設(shè)

13、）出發(fā)，反向使用規(guī)則，求得已知事實(shí)，或稱(chēng)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)方式；c.雙向推理：同時(shí)使用正向推理又使用反向推理。3.2.3 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是知識(shí)的一種結(jié)構(gòu)化圖解表示,它由節(jié)點(diǎn)和弧線(xiàn)或鏈線(xiàn)組成。節(jié)點(diǎn)用于表示實(shí)體、概念和情況等,弧線(xiàn)用于表示節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系。1.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示由下列4個(gè)相關(guān)部分組成：(1)詞法部分 決定詞匯表中允許有哪些符號(hào),它涉及各個(gè)節(jié)點(diǎn)和弧線(xiàn)。(2)結(jié)構(gòu)部分 敘述符號(hào)排列的約束條件,指定各弧線(xiàn)連接的節(jié)點(diǎn)對(duì)。(3)過(guò)程部分 說(shuō)明訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程,這些過(guò)程能用來(lái)建立和修正描述,以及回答相關(guān)問(wèn)題(4)語(yǔ)義部分 確定與描述相關(guān)的(聯(lián)想)意義的方法,即確定有關(guān)節(jié)點(diǎn)的排列及其占有物和對(duì)應(yīng)弧線(xiàn)。2.基本的語(yǔ)義

14、關(guān)系包含以下幾種：a. 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,CANHAVE：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 圖3-2 屬性關(guān)系圖b. 包含關(guān)系：有成聚類(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（不具備屬性的繼承性）。常用的包含關(guān)系有CO(Composed-Of),APO(A-Part-Of)CO(Composed-Of):含義為“由所構(gòu)成”，表示某一事物是另一事物的一個(gè)組成部分APO(A-Part-Of):含義為“是中的一部分”c. 從屬關(guān)系：表示對(duì)象及其屬性間的關(guān)系，常用屬

15、性關(guān)系有HAVE,CANISA(is-a)：表示某事物“是之中的一種”，即某類(lèi)中的一個(gè)AKO(A-Kind-Of)：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AMO(A-Member-Of):表示某物“是之中的一員”，即某類(lèi)中的一員d. 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,CANHAVE：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e. 時(shí)間空間復(fù)合關(guān)系：時(shí)空復(fù)合關(guān)系表示了事物或事件發(fā)生的時(shí)間和位置地點(diǎn)，常用這里關(guān)系有：AFTER:含義為“在之后”表示，上層結(jié)點(diǎn)事實(shí)發(fā)生在下層結(jié)點(diǎn)所描述

16、的事件。；或者表示下層結(jié)點(diǎn)對(duì)象在上層結(jié)點(diǎn)對(duì)象的位置之后。BEFORE:含義為“在之前”，表示上層結(jié)點(diǎn)事實(shí)發(fā)生在下層結(jié)點(diǎn)所描述的事情之前；或者表示下層結(jié)點(diǎn)對(duì)象在上層結(jié)點(diǎn)對(duì)象的位置之前ON:含義為“在之上”，表示下層結(jié)點(diǎn)所描述的事實(shí)對(duì)象位于上層結(jié)點(diǎn)的事物之下。AT:含義為“在 時(shí)刻”或“在地點(diǎn)”。f. 復(fù)合邏輯關(guān)系：NOR(非)， AND(與)，OR(或)3.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法是依匹配和繼承來(lái)進(jìn)行推理的。 (1).繼承。把對(duì)事物的描述從抽象節(jié)點(diǎn)傳遞到具體節(jié)點(diǎn)，通常沿著類(lèi)屬關(guān)系ISA, AKO等具有繼承關(guān)系的邊進(jìn)行。 (2).匹配。把待求解問(wèn)題構(gòu)造為網(wǎng)絡(luò)片段，其中某些節(jié)點(diǎn)或邊的標(biāo)識(shí)是空的，稱(chēng)為詢(xún)問(wèn)點(diǎn)。將

17、網(wǎng)絡(luò)片段與知識(shí)庫(kù)中的某個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)片段進(jìn)行匹配，則與詢(xún)問(wèn)點(diǎn)相匹配的事實(shí)就是該問(wèn)題的解。4.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法優(yōu)點(diǎn)：(1).結(jié)構(gòu)性、聯(lián)想性、自索引性、自然語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換性(2).善于處理結(jié)構(gòu)性的知識(shí)5.缺點(diǎn)：(1).不嚴(yán)格性、處理復(fù)雜(2).本質(zhì)和謂詞演算等價(jià)3.2.4 框架表示法心理學(xué)的研究結(jié)果表明,在人類(lèi)日常的思維和理解活動(dòng)中,當(dāng)分析和解釋遇到新情況時(shí),要使用過(guò)去經(jīng)驗(yàn)積累的知識(shí)。這些知識(shí)規(guī)模巨大而且以很好的組織形式保留在人們的記憶中。例如,當(dāng)走進(jìn)一家從未來(lái)過(guò)的飯店時(shí),根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),可以預(yù)見(jiàn)在這家飯店將會(huì)看到菜單、桌子、服務(wù)員等。當(dāng)走進(jìn)教室時(shí),可以預(yù)見(jiàn)在教室里可以看到椅子、黑板等。人們?cè)噲D用以往的經(jīng)驗(yàn)

18、來(lái)分析解釋當(dāng)前所遇到的情況,但無(wú)法把過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)一一都存在腦子里,而只能以一個(gè)通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式存儲(chǔ)以往的經(jīng)驗(yàn)。這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱(chēng)為框架( frame)?？蚣芴峁┝艘粋€(gè)結(jié)構(gòu),一種組織。在這個(gè)結(jié)構(gòu)或組織中,新的資料可以用經(jīng)驗(yàn)中得到的概念來(lái)分析和解釋。因此,框架也是一種結(jié)構(gòu)化表示法。1.具體框架的設(shè)計(jì)思路:(1).依據(jù)要表示的問(wèn)題定義框架名；(2).為了表現(xiàn)事物關(guān)聯(lián)信息及各部分細(xì)節(jié)，框架可包含若干子框架；主框架表示主問(wèn)題，子框架表示子問(wèn)題。(3).賦以槽號(hào)和指針加以連接；(4).每一框架還可劃分側(cè)面，由側(cè)面名和值加以區(qū)分；(5).列舉數(shù)據(jù)項(xiàng)與記錄值，如相關(guān)槽值、側(cè)面值等表示屬性和特征。2.具體框架的

19、設(shè)計(jì)步驟:（1）框架知識(shí)學(xué)習(xí)。對(duì)當(dāng)前事物或?qū)ο筮M(jìn)行觀察與分析，把要認(rèn)識(shí)的對(duì)象與選定的框架知識(shí)表示進(jìn)行比對(duì)，完成對(duì)象屬性及其知識(shí)的了解與學(xué)習(xí)；（2）建立框架模式與概念。依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，可在腦海的記憶中勾畫(huà)出一個(gè)粗略的框架模式，予以裝配，并給定一個(gè)框架名表示其概念；（3）框架的資料數(shù)值填寫(xiě)。在對(duì)該事物有了更加全面深入的了解后，再依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況比照框架體的細(xì)節(jié)加以替換、修改和補(bǔ)充，按照框架的數(shù)據(jù)項(xiàng)（所定義的框架槽名和框架的側(cè)面名）的要求，完成相關(guān)對(duì)象屬性及其知識(shí)等資料數(shù)值的填寫(xiě)，以便逐步形成一個(gè)完整而具體的框架結(jié)構(gòu)。例子：框架名：大學(xué)教師 姓名：?jiǎn)挝唬ㄐ?，名?年齡：?jiǎn)挝唬q） 性別：范圍(（男，女）

20、缺?。耗? 學(xué)歷：范圍（學(xué)士，碩士，博士） 職稱(chēng)：范圍(（教授，副教授，講師，助教）缺?。褐v師) 部門(mén)：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(shí)間：?jiǎn)挝唬?，月?健康狀況：范圍（健康，一般，較差） 其它：范圍（個(gè)人家庭框架，個(gè)人經(jīng)濟(jì)狀況框架）3.特性：（1）結(jié)構(gòu)化的知識(shí)表示?？蚣芙Y(jié)構(gòu)表現(xiàn)了人類(lèi)經(jīng)驗(yàn)和抽象思維的特性，每個(gè)框架就是一個(gè)獨(dú)立的知識(shí)單元，形成了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)模塊。因此，框架法具有模塊化表達(dá)的特點(diǎn)：有直觀、自然，描述層次簡(jiǎn)潔，易于擴(kuò)充、修改等優(yōu)點(diǎn)。（2）可使用模式匹配的推理?？蚣鼙硎痉òl(fā)揮了人、機(jī)都可采用的模式匹配的經(jīng)驗(yàn)手段來(lái)模擬推理，巧妙地利用了人、機(jī)都

21、可以進(jìn)行細(xì)微比較的智能。又可以按照框架的多方面多層次分別進(jìn)行模式匹配，便于控制推理過(guò)程的精度和效率。（3）支持上、下層框架屬性知識(shí)表達(dá)的繼承。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(shí)表達(dá)的冗余，而且保證了上、下層框架知識(shí)表達(dá)的一致性。4.主要缺點(diǎn)：框架表示法過(guò)于死板，難以描述諸如機(jī)器人糾紛等類(lèi)問(wèn)題的動(dòng)態(tài)交互過(guò)程生動(dòng)性。3.2.5 過(guò)程表示法語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)和框架等知識(shí)表示方法,均是對(duì)知識(shí)和事實(shí)的一種靜止的表達(dá)方法,稱(chēng)這類(lèi)知識(shí)表達(dá)方式為陳述式知識(shí)表達(dá),它強(qiáng)調(diào)的是事物所涉及的對(duì)象是什么,是對(duì)事物有關(guān)知識(shí)的靜態(tài)描述,是知識(shí)的一種顯示表達(dá)形式。而對(duì)于如何使用這些

22、知識(shí),則通過(guò)控制策略來(lái)決定。過(guò)程表示法，就是把問(wèn)題求解的總目標(biāo)劃分為一個(gè)個(gè)過(guò)程(Procedure)目標(biāo)，再結(jié)合知識(shí)利用環(huán)節(jié)確定為若干操作步驟，表示為一個(gè)個(gè)過(guò)程。每一個(gè)過(guò)程就是一段程序，用于完成對(duì)一個(gè)具體事件或情況的處理。在問(wèn)題求解中，當(dāng)需要使用某個(gè)過(guò)程時(shí)，就調(diào)用相應(yīng)的程序并執(zhí)行之。這樣，問(wèn)題的求解與推理，就轉(zhuǎn)換成為一個(gè)又一個(gè)過(guò)程的程序組織與調(diào)用了。簡(jiǎn)言之，依據(jù)問(wèn)題的求解目標(biāo)，按照事物的發(fā)展過(guò)程規(guī)律，用相關(guān)知識(shí)加以設(shè)計(jì)和描述其求解過(guò)程的方法，稱(chēng)之為過(guò)程表示法。對(duì)比前述各種非過(guò)程表示法,往往只從個(gè)體動(dòng)作自身行為的獨(dú)立作用和影響出發(fā)，注重于個(gè)體環(huán)境的靜態(tài)描述。而過(guò)程表示法把問(wèn)題相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)、信息

23、及控制策略等，均隱含表示為一個(gè)或多個(gè)求解問(wèn)題的過(guò)程，并著重于動(dòng)態(tài)過(guò)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(gè)對(duì)象發(fā)出的若干個(gè)連續(xù)操作而導(dǎo)致的過(guò)程目標(biāo)。1.特性：（1）目標(biāo)明確。過(guò)程表示法把問(wèn)題求解的總目標(biāo)劃分為若干確定的過(guò)程目標(biāo)與操作步驟，使問(wèn)題求解始終瞄準(zhǔn)總目標(biāo)進(jìn)行，不會(huì)偏離方向。（2）易于實(shí)現(xiàn)。過(guò)程表示法著重于表現(xiàn)事物變化動(dòng)態(tài)過(guò)程的描述，針對(duì)問(wèn)題的求解目標(biāo)而設(shè)計(jì)操作步驟，符合事物發(fā)展變化規(guī)律，易于人們理解。同時(shí)，求解中將其控制性知識(shí)融入了系統(tǒng)過(guò)程，故控制系統(tǒng)就可以按照過(guò)程來(lái)規(guī)劃，便于程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，也便于保證過(guò)程操作中具有較好的可測(cè)試性，這對(duì)于系統(tǒng)的順利實(shí)現(xiàn)也是有利

24、的。（3）效率較高。使用過(guò)程表示知識(shí)，而過(guò)程就是程序。程序能夠準(zhǔn)確而清楚地表明過(guò)程先做什么，后做什么以及怎樣做。用戶(hù)可直接將啟發(fā)信息和必要的控制性知識(shí)嵌入到過(guò)程中，避免了不必要的路徑選擇與跟蹤，使問(wèn)題的求解一步步逼近最終目標(biāo)，因而提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。（4）局限性可維護(hù)性有待提高。其主要不足之處是：系統(tǒng)一旦確立，則不易修改及添加新的情況。原因是當(dāng)我們要對(duì)某一過(guò)程進(jìn)行修改時(shí)，有可能影響到其它的過(guò)程，這給系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)帶來(lái)了諸多不便。3.2.6 Petri網(wǎng)表示法依據(jù)Petri網(wǎng)知識(shí)表示法的思想，可定義若干元素構(gòu)成一種多元組模型，來(lái)表示任何有限狀態(tài)的智能系統(tǒng)。不同系統(tǒng)，其定義的元素意義及數(shù)目可有

25、所不同。三種基本元素：位置集P（Place Set）、轉(zhuǎn)換集T（Transition Set）及標(biāo)記集M（Marker Set或Token Set），從而可用一個(gè)三元組模型來(lái)表示它們之間的關(guān)系： 即 S =（P，T，M）并可用如圖3-20所示的有向圖來(lái)加以描述。圖3-3 Petri網(wǎng)圖圖中，pi 能 和pj 分別表示位置集合中的位置節(jié)點(diǎn)，位置節(jié)點(diǎn)用小圓圈代表，可分別加以標(biāo)記為mi、mj，也可不必另加標(biāo)記。ti表示轉(zhuǎn)換集合T中的第i轉(zhuǎn)換操作節(jié)點(diǎn)，并用一黑短線(xiàn)條代表。位置節(jié)點(diǎn)與轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了一對(duì)序偶，連同它們之間的關(guān)系，用帶箭頭的線(xiàn)段作為有向弧線(xiàn)加以聯(lián)結(jié)，表示了它們之間的狀態(tài)變遷關(guān)系與方向，可表示

26、為： （pi，ti）（ti，pj）.有了上述定義，就可以對(duì)任何一個(gè)有限狀態(tài)系統(tǒng)建立模型表示了。3.2.7 面向?qū)ο蟮闹R(shí)表示人們認(rèn)識(shí)世界是以世界劃分為一些事和物為基礎(chǔ)的，這里的物指物體，事指物體間的聯(lián)系。面向?qū)ο蟊硎痉ㄖ械膶?duì)象指物體，消息指物體間的聯(lián)系，通過(guò)發(fā)送消息使對(duì)象間相互作用來(lái)求得所需的結(jié)果。1.其基本原則有三條： (1).一切事物都是對(duì)象；(2).任何系統(tǒng)都由對(duì)象構(gòu)成，系統(tǒng)本身也是對(duì)象；(3).系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)化過(guò)程都是由系統(tǒng)的內(nèi)部對(duì)象和外部對(duì)象之間（也包括內(nèi)部對(duì)象與內(nèi)部對(duì)象之間）的相互作用完成的。2.面向?qū)ο蟮母拍钆c特性:（1）對(duì)象（Object）：即系統(tǒng)中能獨(dú)立存在，具有屬性（att

27、ribute）及協(xié)同作用的行為主體。具體說(shuō)來(lái)，對(duì)象可以是一個(gè)具體的簡(jiǎn)單事物，也可以是一個(gè)要求解的問(wèn)題或系統(tǒng)。廣義來(lái)說(shuō)，整個(gè)世界也可被認(rèn)為是一個(gè)最復(fù)雜的對(duì)象。（2）面向?qū)ο螅∣bject Oriented）：人們對(duì)于什么是面向?qū)ο?，持有許多不同的看法。而計(jì)算機(jī)學(xué)者P.Coad和E.Yourdon 認(rèn)為： 面向?qū)ο?= 對(duì)象+類(lèi)+繼承+通信這個(gè)簡(jiǎn)潔的等式表明，若一個(gè)系統(tǒng)具有等式右邊的四個(gè)概念及其疊加的功能特性，該系統(tǒng)就可稱(chēng)為面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)。 （3）類(lèi)（Class）：類(lèi)是關(guān)于對(duì)象的抽象，是一組具有共同屬性的對(duì)象的集合。因此，類(lèi)又可以被看作是一個(gè)賦予了集體屬性的更高一級(jí)層次的對(duì)象。一個(gè)類(lèi)的上層稱(chēng)為“超

28、類(lèi)”，下層稱(chēng)為“子類(lèi)”，從而形成了類(lèi)的層次結(jié)構(gòu)。例如，辦公桌、課桌，都是具體對(duì)象，可把它們抽象為“桌子”類(lèi)；桌子是一個(gè)類(lèi)對(duì)象，椅子也是一個(gè)類(lèi)對(duì)象，還有諸如凳子、柜子等，其集合又形成了更高層次的“家具”類(lèi)等。這樣，高級(jí)類(lèi)、類(lèi)、具體對(duì)象就形成了一個(gè)層次結(jié)構(gòu)。并且層次越高越抽象，層次愈低則愈具體。（4）繼承（Inheritance）：是指 “子類(lèi)”（Subclass）對(duì)“父類(lèi)”（Super-class）全部屬性的一種繼續(xù)承接的作用關(guān)系。對(duì)象相對(duì)于對(duì)象類(lèi)也應(yīng)遵從繼承關(guān)系。此外，“子類(lèi)”比“父類(lèi)”還可以有更多的自有屬性，或者說(shuō)“子類(lèi)”對(duì)“父類(lèi)”屬性可以有擴(kuò)展。通過(guò)繼承作用，可以實(shí)現(xiàn)底層對(duì)高層屬性作用的多

29、重復(fù)用與擴(kuò)展?！白宇?lèi)”自然地繼承了“父類(lèi)” 所具有的數(shù)據(jù)、操作和屬性等，從而避免了在底層的信息重復(fù)描述和冗余表達(dá)，提高了知識(shí)表達(dá)的效率。（5）通信（Communication）及“封裝”：通信指對(duì)象間，按某種約定協(xié)議方式，實(shí)現(xiàn)消息 (Message)和操作命令的互相傳遞作用。往往一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)只能由其私有操作來(lái)改變，其它對(duì)象的操作不能直接改變其狀態(tài)。這種把私有操作局限于對(duì)象之內(nèi)的現(xiàn)象，又稱(chēng)為“封裝”。要打破對(duì)象之間的封裝，唯有使用通信手段。例如，當(dāng)一個(gè)對(duì)象需要改變另一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)時(shí)，它只能用通信的方式首先向該對(duì)象發(fā)送消息。當(dāng)這個(gè)對(duì)象接受消息并響應(yīng)之，才會(huì)根據(jù)消息的模式匹配來(lái)找出相應(yīng)的操作，從而

30、執(zhí)行操作來(lái)改變自己的狀態(tài)?？梢?jiàn)，封裝是一種信息隱藏技術(shù)。封裝是一種信息隱藏技術(shù)，同時(shí)，封裝也是面向?qū)ο笾R(shí)表示系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。它使得對(duì)象的用戶(hù)可以不必去了解其它對(duì)象行為具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只要用消息通信來(lái)訪(fǎng)問(wèn)和聯(lián)系其它對(duì)象。這樣，既簡(jiǎn)化了面向?qū)ο笙到y(tǒng)的內(nèi)部知識(shí)表示關(guān)系，同時(shí)仍然十分清晰地顯示了系統(tǒng)的工作過(guò)程。也就是說(shuō)，在面向?qū)ο笾R(shí)表示中，正是借用了通信手段，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)象之間的相互激活、信息交互和處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高級(jí)功能。一個(gè)智能求解系統(tǒng)可以用具有層次結(jié)構(gòu)四元組的模型來(lái)表示： SID，DS，MS，MIS：依據(jù)系統(tǒng)反映的主題（Subject）來(lái)命名，稱(chēng)之為主題層。ID：對(duì)象標(biāo)識(shí)符，又稱(chēng)

31、為對(duì)象名，反映了當(dāng)前對(duì)象及其所屬類(lèi)別。DS：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)屬性層，描述了當(dāng)前對(duì)象的內(nèi)部狀態(tài)及靜態(tài)屬性。常定義一個(gè)“屬性名”附加“屬性值” 的二元組來(lái)表示，記為屬性名，屬性值MS：采用的方法集，表明了系統(tǒng)內(nèi)部所具有的策略支持和服務(wù)操作集合，稱(chēng)之為操作層或服務(wù)層。MI：消息接口，稱(chēng)之為連接層，用于接收外部對(duì)象發(fā)送的信息，并可配備消息模式集及給定的參數(shù)表來(lái)傳遞相關(guān)信息。 2. 知識(shí)表示特性：（1）獨(dú)立封裝，求解效率高：面向?qū)ο蟮闹R(shí)表示具有模塊化構(gòu)成和便于打包與封裝的特點(diǎn)。一個(gè)對(duì)象就是一個(gè)獨(dú)立存在的實(shí)體，每個(gè)對(duì)象將自己的功能實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)封裝起來(lái)。其內(nèi)部狀態(tài)不直接受到外界的影響，便于系統(tǒng)靈活地調(diào)用和自由地

32、應(yīng)用。由于用戶(hù)不必知道其內(nèi)部細(xì)節(jié)就可使用它，從而加快了系統(tǒng)求解的效率。（2）繼承與擴(kuò)展：正如“子類(lèi)”能夠繼承或共享“父類(lèi)”全部的屬性一樣，底層對(duì)象能夠繼承上層對(duì)象或?qū)ο箢?lèi)的全部的屬性及其資料。此外，“子類(lèi)”比“父類(lèi)”還可以有更多的私有屬性，或者說(shuō)“子類(lèi)”對(duì)“父類(lèi)”屬性還具有擴(kuò)展作用。（3）多態(tài)性：多態(tài)是指同名不同義，可作多種解釋。例如，運(yùn)算符“+”既可作為算術(shù)數(shù)字相加，也可理解為實(shí)數(shù)的代數(shù)和相加，甚至可以解釋為是某種含義的混同，但它們執(zhí)行的操作方式全然不同。在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，利用對(duì)象的封裝特性，使用重名操作，讓各個(gè)對(duì)象根據(jù)實(shí)際情況按照自己的方式去執(zhí)行，絲毫不會(huì)引起混亂。（4）易擴(kuò)充性：在面向?qū)?/p>

33、象的程序系統(tǒng)中，所謂程序設(shè)計(jì)就是定義相關(guān)對(duì)象并建立這些對(duì)象間的通信關(guān)系；類(lèi)是系統(tǒng)的基本構(gòu)件，系統(tǒng)的功能需求變化通常不會(huì)影響對(duì)象類(lèi)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，而只需要適當(dāng)改變它們的組裝形式。這樣，基本構(gòu)件易于擴(kuò)充，具有良好的可重用性。（5）易維護(hù)性：在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)中，類(lèi)是對(duì)象的抽象，對(duì)象則是對(duì)象類(lèi)的具體。面向?qū)ο笙到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)了抽象和封裝的功能，這就使描述對(duì)象的錯(cuò)誤具有局部性，不會(huì)傳播，便于檢測(cè)和修改，便于維護(hù)。3.2.8 問(wèn)題歸約表示問(wèn)題歸約( problem reduction)是另一種基于狀態(tài)空間的問(wèn)題描述與求解方法。已知問(wèn)題的描述,通過(guò)一系列變換把此問(wèn)題最終變?yōu)橐粋€(gè)子問(wèn)題集合;這些子問(wèn)題的求解可以直接得到,從而解決了初始問(wèn)題。1.問(wèn)題歸