人工智能知識(shí)表示

人工智能知識(shí)表示二)與或圖表示法與或圖基于人們求解問題時(shí)的兩種思維方法：分解—與樹：將復(fù)雜的大問題分解為一組簡(jiǎn)單的小問題，將總問題分解為若干子問題。若所有的子問題都解決了，則總問題也解決了，這是與的邏輯關(guān)系。變換—或樹：將較難的問題變換為較易的等價(jià)或等效的問題。若一個(gè)難問題可以等價(jià)變換為幾個(gè)容易問題，則任何一個(gè)容易問題解決了，也就解決了原有的難問題，這是或的邏輯關(guān)系。三)產(chǎn)生式系統(tǒng)產(chǎn)生式系統(tǒng)是一種最早被使用且直到現(xiàn)在仍被廣泛使用的知識(shí)表示方法.在產(chǎn)生式系統(tǒng)中，知識(shí)分為兩部分：用事實(shí)表示靜態(tài)知識(shí);用產(chǎn)生式規(guī)則表示推理過程和行為.三個(gè)基本部分組成：一個(gè)綜合數(shù)據(jù)庫（事實(shí)庫）、一組產(chǎn)生式規(guī)則（規(guī)則集）和一個(gè)控制系統(tǒng)（控制器）。四)邏輯表達(dá)方法邏輯是最早也是最廣泛用于知識(shí)表示的模式之一.原因在于1)包含:一個(gè)公理系統(tǒng)，說明什么關(guān)系和蘊(yùn)含可以形式化；一個(gè)演繹結(jié)構(gòu)，即推理規(guī)則集合.2)邏輯及其形式系統(tǒng)的演繹都保證正確.3)演繹可以完全機(jī)械化，它是定理證明中使用得較為成功的一種技術(shù).優(yōu)點(diǎn):嚴(yán)格性通用性自然性模塊性缺點(diǎn):效率低靈活性差6.2知識(shí)表示的概念與含義

從知識(shí)的觀點(diǎn)，智能表現(xiàn)在：知識(shí)的獲取能力,知識(shí)的處理能力,知識(shí)的運(yùn)用能力。要使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有人的智能能力，則必須以人的知識(shí)為基礎(chǔ)。因此，什么是知識(shí)，這是AI首先要解決的問題。知識(shí)是人們對(duì)自然現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和從中總結(jié)出來的規(guī)律、經(jīng)驗(yàn)。表示是使用人造的體系對(duì)自然界事物的運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行概括與抽象的模型。知識(shí)表示是概括智能的模型，知識(shí)表示是人工智能研究的一個(gè)重要課題，不同的知識(shí)有不同的表示方法,合理的知識(shí)表示可以使問題的求解變得容易，并且有較高的求解效率。6.3知識(shí)類型和知識(shí)模型的變換知識(shí)類型：知識(shí)的表達(dá)就是研究知識(shí)的形式化方法。人類所擁有的知識(shí)需要用適當(dāng)?shù)姆椒▉肀硎?，才能夠在?jì)算機(jī)中存儲(chǔ)、檢索、運(yùn)用、增刪和修改。在AI中，知識(shí)可分為3種類型：1）、敘述型知識(shí)。有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)、環(huán)境和條件，問題的概念、定義和事實(shí)的知識(shí)。2）、過程型知識(shí)。有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)變化、問題求解過程的操作、演算和行動(dòng)的知識(shí)。3）、控制型知識(shí)。有關(guān)如何選擇相應(yīng)的操作、演算和行動(dòng)的比較、判斷、管理和決策的知識(shí)。例如：對(duì)于從北京到上海，是乘飛機(jī)還是坐火車的問題，有關(guān)的知識(shí)可以歸結(jié)如下：敘述型知識(shí)：北京、上海、飛機(jī)、火車、時(shí)間、費(fèi)用過程型知識(shí)：乘飛機(jī)、坐火車控制型知識(shí)：乘飛機(jī)較快、較貴；坐火車較慢、較便宜。知識(shí)模型的變換：對(duì)于不同的知識(shí)表達(dá)方法，則有各種不同的形式化知識(shí)模型。同構(gòu)變換可使問題更明確，便于求解，同構(gòu)問題的解答等價(jià)于原始問題的解答。同態(tài)變換可使問題更加簡(jiǎn)化，易于求解。原始問題有解，則同態(tài)問題有解，同態(tài)問題無解，則原始問題無解，它們之間是蘊(yùn)涵關(guān)系。通過同構(gòu)或同態(tài)變換，可以把原始問題轉(zhuǎn)化為比較清晰、簡(jiǎn)單的同構(gòu)或同態(tài)問題，如下圖所示例、方格棋盤分割問題，如下圖所示1）、原始問題：在2n×2n的方格棋盤中，去掉對(duì)頂角上兩個(gè)小方格后，如圖（a）所示，問能否將它分割為若干1×2的小長(zhǎng)方塊？(“組合爆炸”)。2）、同構(gòu)問題：將棋盤中小方格相間著色，將其化為同構(gòu)問題，如圖（b）所示，由此可見，無論n為何值，對(duì)頂角上兩個(gè)小方格是同色的，去掉它們后，小白格和小黑格的數(shù)目之間的差值為2。由于每個(gè)（1×2）長(zhǎng)方塊只能包括一個(gè)小白格和小黑格，因此無論如何分割，最后剩下的必定是同色的兩個(gè)小方格，無法分割成原始問題要求的小長(zhǎng)方塊。3）同態(tài)問題：引入序?qū)Γㄐ『诟駭?shù)，小白格數(shù)），用以表示待分割的棋盤的狀態(tài)，化為同態(tài)問題，

1.初態(tài)：（2n2，2n2-2）；

2.目標(biāo)：（0，0）；

3.分割操作：每次操作，分割出一個(gè)小長(zhǎng)方塊，割去一個(gè)小黑格和一個(gè)小白格，使?fàn)顟B(tài)變量都減去1，如第一次分割，使原始狀態(tài)變成狀態(tài)（2n2-1，2n2-3）。顯然，經(jīng)過2n2-2次操作后，狀態(tài)變?yōu)椋?，0），不可能達(dá)到所求的目標(biāo)狀態(tài)（0，0）。6.4語義網(wǎng)絡(luò)

6.4.1語義網(wǎng)絡(luò)的概念和特性概念：語義網(wǎng)絡(luò)是一種采用網(wǎng)絡(luò)形式表示人類知識(shí)的方法。形式上，一個(gè)語義網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)帶標(biāo)識(shí)的有向圖，其中帶有標(biāo)識(shí)的節(jié)點(diǎn)表示問題領(lǐng)域中的物體、概念、事件、動(dòng)作或態(tài)勢(shì)，節(jié)點(diǎn)之間的有向弧也帶有標(biāo)識(shí)，表示節(jié)點(diǎn)之間的語義聯(lián)系。有時(shí)又將弧稱為聯(lián)想弧，所以語義網(wǎng)絡(luò)又稱為聯(lián)想網(wǎng)絡(luò)。語義網(wǎng)絡(luò)是自然語言/邏輯語言中語義含義的一種結(jié)構(gòu)化表示方法。優(yōu)點(diǎn)有自然性,聯(lián)想性,效率較高;缺點(diǎn)有不嚴(yán)格,不便于表達(dá)判斷性知識(shí),深層知識(shí).6.4.2語義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表達(dá)

1、基本命題的語義網(wǎng)絡(luò)表示 在語義網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)一般劃分為實(shí)例節(jié)點(diǎn)和類節(jié)點(diǎn)兩種類型。有向弧用于刻畫節(jié)點(diǎn)之間的語義聯(lián)系，是語義網(wǎng)絡(luò)組織知識(shí)的關(guān)鍵。比較典型的語義聯(lián)系有：以個(gè)體為中心組織知識(shí)的語義聯(lián)系1）實(shí)例聯(lián)系。用于表示類節(jié)點(diǎn)與所屬實(shí)例節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系，通常標(biāo)識(shí)為ISA。例如“燕子是一只鳥”可以表示為：2）泛化聯(lián)系：用于表示一種類節(jié)點(diǎn)（如鳥）與更抽象的類節(jié)點(diǎn)（如動(dòng)物）之間的聯(lián)系，通常用AKO（AKindOf）表示。通過AKO可以將問題領(lǐng)域中的所有類節(jié)點(diǎn)組織成一個(gè)AKO層次網(wǎng)絡(luò)。泛化聯(lián)系允許低層類型繼承高層類型的屬性，這樣可以將公用屬性抽象到較高層次。減少了對(duì)存儲(chǔ)空間的要求。3）聚集聯(lián)系：用于表示某一個(gè)體與其組成成分之間的聯(lián)系，通常用part-of表示。聚集聯(lián)系基于概念的分解性，將高層概念分解為若干低層概念的集合。翅膀鳥Part-of4）屬性聯(lián)系：用于表示個(gè)體、屬性及其取值之間的聯(lián)系，通常用有向弧表示屬性，用這些弧指向的節(jié)點(diǎn)表示各自的值。如下圖所示，約翰的性別是男性，年齡為30歲等。以謂詞關(guān)系為中心組織知識(shí)的語義聯(lián)系從本質(zhì)上講,語義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的連接是二元關(guān)系,一元和多元關(guān)系很容易轉(zhuǎn)換為語義網(wǎng)絡(luò).如鳥是動(dòng)物.Animal(bird)一元ISA(bird,animal)二元火箭和活塞在本周一場(chǎng)NBA籃球比賽中的比分是92:104,其邏輯表示法為score(火箭,活塞,92:104).多元方法:可以引入一個(gè)類:籃球比賽,和一個(gè)個(gè)體:NBA火箭-活塞本周比賽,將多元關(guān)系表示成二元關(guān)系的組合.2、連接詞在語義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法任何具有表達(dá)謂詞公式能力的語義網(wǎng)絡(luò)，除具備表達(dá)基本命題的能力外，還必須具備表達(dá)命題之間的“與”、“或”、“非”以及“蘊(yùn)涵”關(guān)系的能力。（1）合取。合取命題通過引入“與”節(jié)點(diǎn)來表示。如命題

give(John,Mary,“戰(zhàn)爭(zhēng)與和平”)read(Mary,“戰(zhàn)爭(zhēng)與和平”)

可以表示為下圖所示的帶“與”節(jié)點(diǎn)的語義網(wǎng)絡(luò)。（2）析取。析取命題通過引入“或”節(jié)點(diǎn)來表示。例如命題JohnisaprogrammerorMaryisalawyer可以表示為下圖所示的語義網(wǎng)絡(luò)。其中，OC1和OC2為兩個(gè)具體的職業(yè)關(guān)系，分別對(duì)應(yīng)John為programmer及Mary為lawyer。（3）否定。對(duì)于基本聯(lián)系的否定可以直接采用ISA，AKO及part-of的有向弧來標(biāo)注。通常,需要通過引進(jìn)“非”節(jié)點(diǎn)來表示。如命題give(John,Mary,“戰(zhàn)爭(zhēng)與和平”)read(Mary,“戰(zhàn)爭(zhēng)與和平”)可以表示為下圖所示的語義網(wǎng)絡(luò)。（4）蘊(yùn)含。通過引入蘊(yùn)含關(guān)系節(jié)點(diǎn)來表示規(guī)則中前提條件和結(jié)論之間的因果聯(lián)系。從蘊(yùn)含關(guān)系節(jié)點(diǎn)出發(fā)，一條弧指向命題的前提條件，記為ANKE，另一條弧指向該規(guī)則的結(jié)論，記為CONSE。如規(guī)則“如果車庫起火，那么用CO2或沙來滅火”可以表示為下圖所示的語義網(wǎng)絡(luò)。3、變?cè)土吭~在語義網(wǎng)絡(luò)中的表示方法存在量詞在語義網(wǎng)絡(luò)中直接用ISA弧表示。而全稱量詞就要用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)的分塊來表示。例如，命題：Thedogbitethepostman這句話意味著所涉及的是存在量詞。下圖（a）給出了相應(yīng)的語義網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中D節(jié)點(diǎn)表示一特定的狗；P表示一特定的郵遞員；B表示一特定的咬人事件。咬人事件B包括兩部分，一部分是攻擊者，另一部分是受害者。節(jié)點(diǎn)D，B和P都是用ISA弧與概念節(jié)點(diǎn)DOG，BITE以及POSTMAN相連，因此表示的是存在量詞。如果我們進(jìn)一步要表示：Everydoghasbittenapostman這個(gè)事實(shí)，用謂詞邏輯可表示為（x）DOG（x）→（y）[POSTMAN（y）BITE（x，y）]上述謂詞公式中包含有全稱量詞。方法是利用分級(jí)把網(wǎng)絡(luò)分割成空間分層集合。每一個(gè)空間對(duì)應(yīng)于一個(gè)或幾個(gè)變量的范圍。下圖（b）是上述事實(shí)的語義網(wǎng)絡(luò).分級(jí)網(wǎng)絡(luò):引入一個(gè)類節(jié)點(diǎn)GS,它是對(duì)客觀世界的一般性描述;要表示的語句是GS的一個(gè)個(gè)體(實(shí)例)G,如果G中含有n個(gè)全稱變量,G在網(wǎng)絡(luò)中有n+1條弧射出:第一條:格式（FORM）,它指向全稱量詞管轄的子網(wǎng)絡(luò)(S1是一個(gè)特定的分割，它表示一個(gè)斷言：Adoghasbittenapostman);后n條:,分別指向被全稱量化的變量;這樣的語義網(wǎng)絡(luò)表示對(duì)每一條狗存在一個(gè)咬人事件B和一個(gè)郵遞員P，使得D是B中的攻擊者，而P是受害者。為進(jìn)一步說明如何表示量化變量，可考慮如何表示下述事實(shí)：Everydoghasbitteneverypostman。只需對(duì)圖（b）做簡(jiǎn)單的修改，增加一條弧與節(jié)點(diǎn)P相連。這樣做的含義是每條狗咬了每個(gè)郵遞員，如圖（c）所示。6.8框架

6.8.1基本概念1975年由提出，用于表示客觀事物的層次關(guān)系.與語義網(wǎng)絡(luò)一樣，是一種結(jié)構(gòu)化表示方法。人們通常使用一種通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式來存儲(chǔ)以往的經(jīng)驗(yàn)。這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為框架.一個(gè)框架系統(tǒng)中,一般都含有多個(gè)框架.6.8.2框架的結(jié)構(gòu)

框架（frame）由框架名和一組用于描述對(duì)象各方面具體屬性的槽（slot）組成。每個(gè)槽又擁有一定數(shù)量的側(cè)面，每個(gè)側(cè)面又擁有若干個(gè)側(cè)面值。約束條件是為了給框架,槽,側(cè)面附加說明信息的,可提高框架結(jié)構(gòu)的表達(dá)能力和推理能力。由此，一個(gè)框架可以形式地表示如下：

FRAME<框架名>

槽名A：側(cè)面名A1：值A(chǔ)11,值A(chǔ)12,值A(chǔ)13

……

側(cè)面名A2：值A(chǔ)21,值A(chǔ)22,值A(chǔ)23

……

槽名B：側(cè)面名B1：值B11,值B12,值B13

……

側(cè)面名B2：值B21,值B22,值B23

……

槽名C：側(cè)面名C1：值C11,值C12,值C13

……

側(cè)面名C2：值C21,值C22,值C23

……

約束條件:約束條件1

約束條件2

約束條件3我們看一個(gè)一層一層嵌套的框架結(jié)構(gòu),前2個(gè)描述的是概念,最后一個(gè)描述的是具體實(shí)例.例1：描述學(xué)校的框架框架名：<學(xué)校>

類屬：<教育機(jī)構(gòu)>

類型:范圍

(大學(xué),中學(xué),小學(xué))

位置:(省,市)

面積：?jiǎn)挝?平方米)

教工人數(shù)：學(xué)生人數(shù)：例2：描述大學(xué)的框架框架名：<大學(xué)>

類屬：<學(xué)校>

類型:范圍

(綜合性,專科性)

專業(yè):默認(rèn)值:綜合學(xué)院數(shù)：教學(xué)樓：教工人數(shù)：職工人數(shù)：學(xué)生人數(shù)：位置:(省,市)

面積：?jiǎn)挝?平方米)

例3：描述北京工業(yè)大學(xué)的框架框架名：<大學(xué)1>

類