第二章 知識表示方法

第二章知識表示方法2.1基本概念2.2謂詞邏輯表示法2.3狀態(tài)空間法2.4問題歸約法2.6語義網(wǎng)絡法2.7框架表示法2.8小結(jié)中南大學智能系統(tǒng)與智能軟件研究所第2.1節(jié)基本概念2.1.1什么是知識2.1.2知識的特性2.1.3知識的分類2.1.4知識的表示22.1.1什么是知識什么是知識（1）數(shù)據(jù)與信息用一組符號及其組合表示的信息稱為數(shù)據(jù)，泛指對客觀事物的數(shù)量、屬性、位置及其相互關系的的抽象表示。例：12ABC中午32.1.1什么是知識數(shù)據(jù)是信息的載體和表示，信息是數(shù)據(jù)在特定場合下的具體含義，即信息是數(shù)據(jù)的語義。兩者只有密切結(jié)合，才能實現(xiàn)世界中某一具體事務的描述。例如：2可以表示成2本書或2個人知識：把有關信息關聯(lián)起來所形成的信息結(jié)構42.1.2知識的特性相對正確性知識是否正確是有前提條件的，比如說唐朝人以胖為美；1+1=10不確定性信息與關聯(lián)是構成知識的兩個要素信息：精確地，不確定的，模糊的關聯(lián)：確定的，不確定的，除了真假之外還有其他狀態(tài)52.1.2知識的特性可表示性和可利用性表示：語言、圖形、文字、神經(jīng)元網(wǎng)絡等利用：用知識解決所面臨的各種各樣的問題62.1.2知識的特性（1）由隨機性引起的不確定性例如：隨機事件拋幣（2）由模糊性引起的不確定性由模糊概念，模糊關系所形成的知識是不確定的比如，個子的高低72.1.2知識的特性（3）由不完全性引起的不確定性只有積累了大量的感性認識才能升華到理性認識的高度例如：疾病（4）由經(jīng)驗性形成的不確定性專家的經(jīng)驗—專家系統(tǒng)—精確描述有問題82.1.3知識的分類從作用范圍劃分（1）常識性知識：通用性知識是人們普遍知道的知識，適用于所有領域（2）領域性知識：是面向某個領域的知識，是專業(yè)性知識，只有相應專業(yè)的人員才能掌握并用來求解領域內(nèi)的問題92.1.3知識的分類從知識的作用劃分（1）事實性知識：用于描述領域內(nèi)有關概念、事實、事物的屬性和狀態(tài)等例如：糖的甜的一年有春夏秋冬四個季節(jié)102.1.3知識的分類（2）過程性知識：是指領域相關的知識，用于指出如何處理與領域相關的信息，以求得問題的解。用產(chǎn)生式規(guī)則和語義網(wǎng)絡求解（3）控制性知識：又稱深層知識。用已有的知識進行問題求解的知識，即關于知識的知識112.1.3知識的分類從確定性劃分（1）確定性知識：可指出真值是“真”和“假”的知識（2）不確定性知識：是對不精確，不完全，模糊性知識的總稱。122.1.3知識的分類從知識結(jié)構及表現(xiàn)形式劃分（1）邏輯性知識：反映人們邏輯思維過程的知識，一般具有因果關系和難以精確描述的特點，通?；趯＜医?jīng)驗。一階謂詞邏輯，產(chǎn)生式表示法用來表示這種知識132.1.3知識的分類（2）形象性知識：例如：樹從抽象、整體的觀點劃分（1）零級知識事實，領域，方程，常識性知識及原理性知識（2）一級知識經(jīng)驗性啟發(fā)性知識（3）二級知識運用以上兩級知識的知識142.1.4知識的表示知識的表示：在選擇知識表示方法時，應考慮以下幾個方面（1）充分表示領域知識在醫(yī)療診斷領域，只是具有經(jīng)驗性，因果性，適合于用產(chǎn)生式表示法進行表示152.1.4知識的表示在設計領域，一個部件由多個子部件組成，它們即有共性又有個性，需要用框架表示法和產(chǎn)生式表示結(jié)合起來。（2）有利于對知識的利用表示：領域知識—形式化—計算機內(nèi)部存儲利用：使用知識進行推理，求解現(xiàn)實問題表示的目的是利用，利用的基礎是表示162.1.4知識的表示（3）便于對知識的組織，維護和管理組織：依賴于知識的表示方法維護：知識的質(zhì)量、數(shù)量、性能方面補充、修改、刪除管理：保持知識的一致性、完整性（4）便于理解和實現(xiàn)17謂詞邏輯是在命題邏輯的基礎上發(fā)展來的，命題邏輯是謂詞邏輯的一種特殊形式命題：是具有某種真假意義的語句。代表人們進行思維是的一種判斷，或為肯定，或為否定。永真：太陽是東升西落的。2.2謂詞邏輯法18謂詞：一個謂詞可分為謂詞名+個體兩部分，謂詞名用于刻畫個體的性質(zhì)、狀態(tài)或個體間的關系，個體用于表示某個獨立存在的事物或某個抽象的概念。謂詞的一般形式：P(x1,x2…..xn)謂詞名用大寫字母個體用小寫字母，可為常量、變元、函數(shù)謂詞中包含的個體的數(shù)目稱為謂詞的元數(shù)P(x):一元謂詞P(x,y):二元謂詞P(x1,x2…..xn):n元謂詞2.2謂詞邏輯法19P(x1,x2…..xn)中，若xi都是個體常量、變元、函數(shù)稱它為一階謂詞。如果xi本身又是一個一階謂詞，稱為二階謂詞。例：老張是教師。Teacher（zhang）小張的母親是教師Teacher(mother(zhang))202.2.1謂詞邏輯的語法語義謂詞邏輯的基本組成是謂詞符號、變量符號、函數(shù)符號和常量符號，并用圓括號、方括號、花括號、逗號隔開，以表示論域內(nèi)的關系。例如：機器人在1號房間(Room1)內(nèi)INROOM(ROBOT,r1)212.2.1謂詞邏輯的語法語義常量符號是簡單的項，用來表示論域內(nèi)的物體和實體，也可以是實際的問題和人，也可以是概念或者是具有名字的任何事情。變量符號也是項，但是不必明確涉及是哪一個實體。函數(shù)符號表示論域內(nèi)的函數(shù)222.2.1謂詞邏輯的語法語義對于每個謂詞符號，必須規(guī)定定義域內(nèi)的一個相應關系；對于每個常量符號，必須規(guī)定定義域內(nèi)相應的一個實體；對于每個函數(shù)符號，則必須規(guī)定定義域內(nèi)相應的一個函數(shù)。232.2.2謂詞邏輯的連詞和量詞謂詞公式（1）、連接詞~：否定、非、P為真，~P為假：合取，與：析取，或：蘊含：雙條件，P當且僅當Q242.2.2謂詞邏輯的連詞和量詞用連詞符號組合多個原子公式以構成比較復雜的合式公式。我喜愛音樂和繪畫李住在一棟黃色的房子里李明打籃球或踢足球252.2.2謂詞邏輯的連詞和量詞如果該書是何平的，那么它是藍色的如果劉華跑的最快，那么他取得冠軍機器人不在2號房間內(nèi)262.2.2謂詞邏輯的連詞和量詞一個原子公式P(x)，對于所有可能的變量x都具有T，這個特性可以在P(x)前面加上全稱量詞來表示。如果至少一個x值可使P(x)具有真值T，那么這一特性可由P(x)前面加上存在量詞來表示。例如：所有機器人都是灰色的1號房間內(nèi)有個物體272.2.3謂詞公式原子公式的的定義：用P(x1，x2，…，xn)表示一個n元謂詞公式，其中P為n元謂詞，x1,x2,…，xn為客體變量或變元。通常把P(x1,x2,…,xn)叫做謂詞演算的原子公式，或原子謂詞公式。分子謂詞公式可以用連詞把原子謂詞公式組成復合謂詞公式，并把它叫做分子謂詞公式。2.3謂詞邏輯法28合式公式的遞歸定義：（1）原子謂詞公式是合式公式（2）若A是合式公式，則~A也是合式公式（3）若A和B是合式公式，則也是合式公式（4）若A是合式公式，X是A中的自由變元，則都是合式公式29等價—如果兩個合式公式，無論如何解釋，其真值表都是相同的，那么就稱此二者是等價的。~（~P）等價于P等價于

等價于等價于302.2.4置換與合一假元推理—由合式公式W1和W1W2產(chǎn)生合式公式W2的運算。全程化推理—它是由合式公式產(chǎn)生合式W(A)，其中A為任意常量符號。綜合推理---同時應用假元推理和全程化推理，可由合式公式和

W1(A)生成合式公式W2(A)，即尋找A對x的替換，使W1(A)和W1(x)一致。312.2.4置換與合一置換一個表達式可為變量符號、常量符號或函數(shù)表達式。函數(shù)表達式由函數(shù)符號和項組成。一個表達式的置換就是在該表達式中用置換項置換變量。例2.2表達式P[x,f(y),B]的四個置換為s1={z/x,w/y}s2={A/y}s3={q(z)/x,A/y}s4={c/x,A/y}置換P[x,f(y),B]后得：322.2.4置換與合一置換P[x,f(y),B]s1=P[z,f(w),B]P[x,f(y),B]s2=P[x,f(A),B]P[x,f(y),B]s3=P[q(z),f(A),B]P[x,f(y),B]s4=P[c,f(A),B]33合一（Unification)合一：尋找項對變量的置換，以使兩表達式一致?？珊弦唬喝绻粋€置換s作用于表達式集{Ei}的每個元素，則我們用{Ei}s來表示置換例的集。我們稱表達式集{Ei}是可合一的。如果存在一個置換s使得：E1s=E2s=E3s=…….那么就稱s為{Ei}合一者2.3謂詞邏輯法34合一例2.3表達式集{P[x,f(y),B],P[x,f(B),B]}的合一者為s={A/x,B/y}

P[x,f(y),B]s=P[x,f(B),B]s=P[A,f(B),B]

即s使表達式成為單一形式p[A,f(B),B]352.2.5一階謂詞邏輯表示法2.2.4.1表示知識的方法謂詞邏輯適合于表示事物的狀態(tài)、屬性、概念等事實性的知識，事務間確定的因果關系。首先確定謂詞，然后用連詞連接例:362.2.5.1表示知識的方法有下列知識：自然數(shù)都是大于零的整數(shù)所以整數(shù)不是偶數(shù)就是奇數(shù)偶數(shù)除以2是整數(shù)定義謂詞為：N（x）：x是自然數(shù)I（x）：x是整數(shù)E（x）：x是偶數(shù)O（x）：x是奇數(shù)G（x）：x大于零S（x）：表示x除以2372.2.5.1表示知識的方法連詞連接表示：自然數(shù)都是大于零的整數(shù)所有整數(shù)不是偶數(shù)就是奇數(shù)偶數(shù)除以2是整數(shù)382.2.5.1表示知識的方法例2設在房間c處有一個機器人，在a及b處各有一張桌子，a桌子上有一個盒子，為了讓機器人把盒子從a處拿到b處的桌子上，然后再回到c處，需要制定相應的行動規(guī)則，用一階謂詞邏輯來描述機器人的行動過程392.2.5.1表示知識的方法謂詞定義：Table（x）：x是桌子Empty（y）：y手中是空的At（y，z）：y在z的附近Holds（y，w）：y拿著wOn（w，x）：w在x上面402.2.5.1表示知識的方法域x的個體域{a，b}y的個體域{robot}z的個體域{a，b，c}w的個體域{box}412.2.5.1表示知識的方法狀態(tài)初始狀態(tài)At（robot，c）Empty（robot）On（box，a）Table（a）Table（b）422.2.5.1表示知識的方法狀態(tài)目標狀態(tài)At（robot，c）Empty（robot）On（box，b）Table（a）Table（b）432.2.5.1表示知識的方法操作：條件+動作條件：謂詞方式動作：通過動作前后的狀態(tài)變化表示Goto（x，y）：從x走到y(tǒng)處Pick-up（x）：在x處拿起盒子Set-down（x）：在x處放下盒子442.2.5.1表示知識的方法行動規(guī)則452.2.5.1表示知識的方法462.2.5.1表示知識的方法一階謂詞邏輯表示法的特點（1）優(yōu)點自然性、精確性、嚴密性、容易實現(xiàn)（2）局限性不能表示不確定的知識組合爆炸效率低472.3狀態(tài)空間法

（StateSpaceRepresentation）問題求解技術主要是兩個方面：問題的表示求解的方法狀態(tài)空間法狀態(tài)（state）算符（operator）狀態(tài)空間方法482.3狀態(tài)空間法

（StateSpaceRepresentation）狀態(tài)：是為描述某類不同事物間的差別而引入的一組最少變量q0，q1，…，qn的有序集合，其矢量形式如下：

Q=［q0,q1,…,qn］T

式中每個元素qi(i=0,1，…，n)為集合的分量，稱為狀態(tài)變量。給定每個分量的一組值就得到一個具體的狀態(tài)，如

=［q0k,q1k,…，qnk］T492.3狀態(tài)空間法

（StateSpaceRepresentation）算符：使問題從一種狀態(tài)變化為另一種狀態(tài)的手段稱為操作符或算符。操作符可為走步、過程、規(guī)則、數(shù)學算子、運算符號或邏輯符號等。502.3狀態(tài)空間法

（StateSpaceRepresentation）問題的狀態(tài)空間(statespace)是一個表示該問題全部可能狀態(tài)及其關系的圖，它包含三種說明的集合，即所有可能的問題初始狀態(tài)集合S、操作符集合F以及目標狀態(tài)集合G。因此，可把狀態(tài)空間記為三元狀態(tài)(S，F(xiàn)，G)。512.3狀態(tài)空間法

（StateSpaceRepresentation）狀態(tài)空間表示法對一個問題的狀態(tài)描述，必須確定3件事：(1)該狀態(tài)描述方式，特別是初始狀態(tài)描述；

(2)操作符集合及其對狀態(tài)描述的作用；

(3)目標狀態(tài)描述的特性。522.

狀態(tài)空間表示概念詳釋例如下棋、迷宮及各種游戲。OriginalStateMiddleStateGoalState2.1狀態(tài)空間法53例:三數(shù)碼難題

（3puzzleproblem）123123123312312312初始棋局目標棋局2.1狀態(tài)空間法542.3狀態(tài)空間法

（StateSpaceRepresentation）狀態(tài)空間表示舉例—產(chǎn)生式系統(tǒng)552.3.1產(chǎn)生式表示法“產(chǎn)生式”這一術語是由美國數(shù)學家波斯特在1943年提出的，它根據(jù)串代替原則提出了一種被稱為波斯特機的計算機模型，模型中每條規(guī)則稱為一個產(chǎn)生式。1965年年美國的紐厄爾和西蒙利用這一原理建立了一個人類的認知模型。562.3.1產(chǎn)生式表示法一個產(chǎn)生式系統(tǒng)由下列3部分組成：總數(shù)據(jù)庫(globaldatabase)，它含有與具體任務有關的信息。用于存儲求解過程中各種當前信息的數(shù)據(jù)結(jié)構，如問題的初始狀態(tài)、事實或證據(jù)、中間推理結(jié)論和最后結(jié)果等。當產(chǎn)生式規(guī)則中某條規(guī)則的前提與總數(shù)據(jù)庫中的某些事實相匹配時，該規(guī)則被激活。并把其結(jié)論作為新的事實存入數(shù)據(jù)庫。572.3.1產(chǎn)生式表示法一套規(guī)則，用于存放與求解問題有關的某個領域的知識的規(guī)則集合及其交換規(guī)則。它對數(shù)據(jù)庫進行操作運算。每條規(guī)則由左右兩部分組成，左部鑒別規(guī)則的適用性或先決條件，右部描述規(guī)則應用時所完成的動作。應用規(guī)則來改變數(shù)據(jù)庫。582.3.1產(chǎn)生式表示法控制策略為一推理機構，由一組程序組成，用來控制產(chǎn)生式系統(tǒng)的運行，決定問題求解過程的推理線路，實現(xiàn)對問題的求解。59有向圖路徑代價圖的顯示說明圖的隱示說明2.3.2狀態(tài)圖示法AB2.1狀態(tài)空間法602.3.2狀態(tài)圖示法有向圖：一對節(jié)點用弧線連接起來，從一個節(jié)點指向另外一個節(jié)點，這種圖稱為有向圖。路徑：代價：給各弧線指定代價以表示加在相應算符上的代價。用c(ni,nj)來表示從節(jié)點ni指向節(jié)點nj上的代價。兩節(jié)點上路徑的代價等于連接該路徑上各節(jié)點的所有弧線的代價之和。612.3.2狀態(tài)圖示法圖的顯示表示：各個節(jié)點及其具有代價的弧線由一張表明確給出。圖的每一個節(jié)點，后繼節(jié)點，連接弧線的代價622.3.3狀態(tài)空間表示舉例在一個房間內(nèi)有一只猴子（可把這只猴子看做一個機器人）、一個箱子和一束香蕉。香蕉掛在天花板下方，但猴子的高度不足以碰到它。那么這只猴子怎樣才能摘到香蕉呢？圖1表示出猴子、香蕉和箱子在房間內(nèi)的相對位置。用四元表列（W,x,Y,z）來表示這個問題的狀態(tài)。63

狀態(tài)空間表示舉例例：猴子和香蕉問題2.1狀態(tài)空間法642.3.3狀態(tài)空間表示舉例其中，W－猴子的水平位置x－當猴子在箱子頂上時取x=1；否則取x=0Y－箱子的水平位置z－當猴子摘到香蕉時取z=1；否則取z=0652.3.3狀態(tài)空間表示舉例這個問題中的操作（算符）如下：

1、goto(U)猴子走到水平位置U

或者用產(chǎn)生式規(guī)則表示為 （W，0，Y，z）goto（U）（U，0，Y，z）(W，0，Y，z)變換為狀態(tài)(U，0，Y，z)。662.3.3狀態(tài)空間表示舉例2、pushbox（V）猴子把箱子推到水平位置V用產(chǎn)生式規(guī)則表示為（W，0，W，z）pushbox（V）（V，0，V，z）672.3.3狀態(tài)空間表示舉例條件：猴子與箱子必須在同一位置上，并且，猴子不是在箱子頂上。應當注意的是，要應用算符pushbox（V），就要求產(chǎn)生式規(guī)則的左邊，猴子與箱子必須在同一位置上，并且，猴子不是在箱子頂上。這種強加于操作的適用性條件，叫做產(chǎn)生式規(guī)則的先決條件682.3.3狀態(tài)空間表示舉例3、climbbox猴子爬上箱頂，即有

（W，0，W，z）climbbox

（W，1，W，z）條件：猴子和箱子應當在同一位置上，而且猴子在箱頂上。

692.3.3狀態(tài)空間表示舉例4、grasp猴子摘到香蕉，即有（c，1，c，0）grasp（c，1，c，1）

條件：猴子和箱子都在位置c上，并且猴子已在箱子頂上。702.3.3狀態(tài)空間表示舉例求解過程令初始狀態(tài)為(a,0,b,0)。這時，goto(U)是唯一適用的操作，并導致下一狀態(tài)(U，0，b,0)?，F(xiàn)在有3個適用的操作，即goto(U)，pushbox(V)和climbbox(若U=b)。其中，c是香蕉正下方的地板位置。712.3.3狀態(tài)空間表示舉例該初始狀態(tài)變換為目標狀態(tài)的操作序列為：{goto(b),pushbox(c),climbbox,grasp}722.3.3狀態(tài)空間表示舉例應當說明的是，在這種情況下，算符（操作）的適用性及作用均由產(chǎn)生式規(guī)則表示。例如，對于規(guī)則（2），只有當算符pushbox(V)的先決條件，即猴子與箱子在同一位置上而且猴子不在箱頂上這些條件得到滿足時，算符pushbox(V)才是適用的。732.3.3狀態(tài)空間表示舉例這一操作算符的作用是猴子把箱子推到位置ｖ。在這一表示中，目標狀態(tài)的集合可由任何最后元素為1的表列來描述。74(b，1，b，0)（U，0，b，0）（V，0，V，0）（c，1，c，0）（U，0，V，0）（c，1，c，1）（a，0，b，0）目標狀態(tài)goto（U）goto（U）U=b，climbboxgoto（U）U=bpushbox（V）猴子和香蕉問題的狀態(tài)空間圖goto（U）U=V2.1狀態(tài)空間法752.4問題歸約法

（ProblemReductionRepresentation）子問題1子問題n原始問題子問題集本原問題76問題歸約是另一種基于狀態(tài)空間的問題描述與求解方法。已知問題的描述，通過一系列變換把此問題最終變?yōu)橐粋€子問題集合，這些子問題的解可以直接得到，從而解決了初始問題。77問題歸約表示的組成部分：一個初始問題描述；一套把問題變換為子問題的操作符；一套本原問題描述。問題歸約的實質(zhì)：從目標(要解決的問題)出發(fā)逆向推理，建立子問題以及子問題的子問題，直至最后把初始問題歸約為一個平凡的本原問題集合。2.2問題規(guī)約法782.4.1問題歸約描述

（ProblemReductionDescription）梵塔難題123CBA2.2問題規(guī)約法79(1)移動圓盤A和B至柱子2的雙圓盤難題(2)移動圓盤C至柱子3的單圓盤難題(3)移動圓盤A和B至柱子3上的雙圓盤難題80解題過程（3個圓盤問題）1231231231231231231232.2問題規(guī)約法81梵塔問題歸約圖（113）（123）

（111）（113）

（123）（122）

（111）（333）

（122）（322）

（111）（122）

（322）（333）

（321）（331）

（322）（321）

（331）（333）

2.2問題規(guī)約法822.4.2與或圖表示與或圖表示能夠方便的用一個類似于圖的結(jié)構來表示把問題規(guī)約為后繼問題的替換集合，畫出規(guī)約問題圖。模擬問題規(guī)約方法的相關結(jié)構是一個與或圖。與或圖的中的節(jié)點之一—起始節(jié)點對應于原始問題描述，而對應于本源問題的節(jié)點叫做終葉節(jié)點。832.4.2與或圖表示1.與圖、或圖、與或圖2.2問題規(guī)約法ABCD與圖ABC或圖842.2問題規(guī)約法BCDEFGAHMBCDEFGAN852.一些關于與或圖的術語2.2問題規(guī)約法HMBCDEFGAN父節(jié)點與節(jié)點弧線或節(jié)點子節(jié)點終葉節(jié)點863.定義2.2問題規(guī)約法與或圖例子ttttttttt（a）（b）有解節(jié)點無解節(jié)點終葉節(jié)點87不可解節(jié)點的一般定義沒有后裔的非終葉節(jié)點為不可解節(jié)點。全部后裔為不可解的非終葉節(jié)點且含有或后繼節(jié)點，此非終葉節(jié)點才是不可解的。后裔至少有一個為不可解的非終葉節(jié)點且含有與后繼節(jié)點，此非終葉節(jié)點才是不可解的。2.2問題規(guī)約法88與或圖構成規(guī)則1、與或圖中的每一個節(jié)點代表一個要解決的單一問題或問題集合。圖中所含起始節(jié)點對應于原始問題。2、對應于本源問題的節(jié)點，叫做終葉節(jié)點，它沒有后裔3、對于把算符應用于問題A的每種可能情況，都把問題變換為子問題集合。4、對于代表兩個或兩個以上子問題集合的每個節(jié)點，有向弧從此節(jié)點指向此子問題集合的各個節(jié)點。892.6語義網(wǎng)絡表示法語義網(wǎng)絡的概念語義網(wǎng)絡是通過概念及其語義關系來表達知識的一種網(wǎng)絡圖。從圖論的觀點看，它是一個“帶標識的有向圖”。90語義網(wǎng)絡表示法有向圖的節(jié)點：表示各種事物，狀態(tài)，概念，情況，屬性，動作等?；。罕硎靖鞣N語義關系，指明它所連接的結(jié)點間的某種語義關系。91語義網(wǎng)絡表示法語義網(wǎng)絡具有下列特點：(1)能把實體的結(jié)構、屬性與實體間的因果關系顯式和簡明的表達出來，與實體相關的事實、特征和關系可以通過相應的節(jié)點弧線推導出來。(2)由于概念相關的屬性和聯(lián)系被組織在一個相應的節(jié)點中，因而使概念易于受訪和學習(3)表示問題更加直觀，易于理解(4)語義網(wǎng)絡的語義解釋依賴于該結(jié)構的推理過程而沒有結(jié)構的約定，因而得到的推理不能保證像謂詞邏輯法那樣有效(5)節(jié)點間的聯(lián)系可以是線狀、樹狀或網(wǎng)狀，存儲和檢索比較復雜922.6.1語義網(wǎng)絡基本概念由語義單元構成，稱為語義基元，用三元組表示：（結(jié)點1，弧，結(jié)點2）基本網(wǎng)元：932.6.1語義網(wǎng)絡基本概念雪是白的李麗22歲王老師教小剛942.6.1語義網(wǎng)絡基本概念例：所有的燕子都是鳥。小燕是一只燕子。鳥有翅膀。952.6.1語義網(wǎng)絡基本概念語義網(wǎng)絡與謂詞邏輯有相似的表示能力（結(jié)點1，弧，結(jié)點2）

P（個體1，個體2）一個語義基元相當于一個二元謂詞，謂詞邏輯中的個體也就是語義網(wǎng)絡中相關的實體?；〖捌渑c上的關系相當于謂詞P的意義。96以上例子用謂詞表示Color（snow，white）Age（Lilee，22）ISKINDOF(燕子，鳥)Bird(燕子)972.6.2基本語義關系類屬關系包含關系屬性關系位置關系相近關系推論關系982.6.2基本語義關系類屬關系：指具有共同屬性的不同事物間的分類關系、成員關系或?qū)嵗P系。--具有屬性的繼承性A-kind-ofA-member-ofIs-a992.6.2基本語義關系包含關系指具有組織中結(jié)構特征的“部分與整體”之間的關系Part-of100屬性關系--指事物和其屬性之間的關系，如具有某種屬性，有某種能力等。--HaveCan101時間關系：指不同事件在其發(fā)生時間方面的先后次序關系。--BeforeAfter102位置關系：指不同事物在物理位置方面的關系。103相近關系：指不同事物在形狀和內(nèi)容等方面的相似和相近

Similar-toNear-to104推論關系：指從一個概念推出另一個概念的語義關系在實際的應用中可以選擇以上通用的語義關系，也可以根據(jù)具體實體關系來自己定義語義關系1052.6.2語義網(wǎng)絡的知識表示方法一元關系的語義網(wǎng)絡表示--是指用一元謂詞P（x）表示的關系二元關系的語義網(wǎng)絡表示--是指用二元謂詞P（x，y）表示的關系多元關系的語義網(wǎng)絡表示是指用多元關系P（x1，x2，….）表示的關系邏輯關系的表示--連接詞與量詞的表示方法106一元關系的語義網(wǎng)絡表示一元關系：實體的性質(zhì)、屬性等STUDENT(LiMing)FLY(Bird)SHINE(sun)表示方法：用結(jié)點1表示實體，結(jié)點2表示實體的屬性或性質(zhì)等，用弧表示結(jié)點1和結(jié)點2之間的關系107二元關系的語義網(wǎng)絡二元關系例：所有的燕子都是鳥例：小燕是一只燕子，燕子是鳥，巢-1是小燕的巢，巢-1是巢中的一個108多元關系表示方法：通過增加關系結(jié)點、動作結(jié)點、事件結(jié)點或情況結(jié)點等方法把多元關系轉(zhuǎn)化為多個二元關系。例：長河給江濤一張磁盤

GIVE（長河，江濤，一張磁盤）--長河，江濤，一張磁盤之間找不到一個可以把三者都聯(lián)系起來的關系或?qū)嶓w109考慮增加結(jié)點使得各實體與此結(jié)點都能建立聯(lián)系，形成網(wǎng)絡：動作結(jié)點（給）或事件結(jié)點（給予事件）帶動作結(jié)點的語義網(wǎng)絡的表示方法110多元關系（3）用語義網(wǎng)絡表示比較復雜的知識簡單—有聯(lián)系—組織111112帶事件結(jié)點的語義網(wǎng)絡113（2）用語義網(wǎng)絡表示事實間的關系分類關系114聚集關系—下層概念是其上層概念的一個方面或者是一個部分115多元關系的語義網(wǎng)絡表示小燕子這只燕子從春天到秋天占一個巢OCCUPATION（小燕子，燕子，春天，秋天，巢）116邏輯關系表示合取與析取的表示-是知識的常用邏輯關系-方法：添加合取結(jié)點和析取結(jié)點存在量詞和全稱量詞表示-謂詞邏輯中的存在量詞通過添加一個實體結(jié)點，并用“is-a”，“a-kind-of”等語義關系與其它實體結(jié)點相聯(lián)接。117邏輯關系表示合取、析取關系的語義網(wǎng)絡1182.6.3存在量詞和全稱量詞的表示全稱量詞：要用網(wǎng)絡分區(qū)技術來實現(xiàn)?；舅枷胧前岩粋€表示復雜知識的命題劃為若干個子命題，每個子命題用一個較簡單的語義網(wǎng)絡表示，稱為子空間，多個子空間構成一個大空間。空間可以逐層嵌套，子空間之間用弧互相連接。1192.6.3存在量詞和全稱量詞的表示例：每個學生都背誦了一首唐詩

s是全稱變量，表示任一個學生

r是存在量詞，表示某一次背誦

p是存在量詞，表示某一首唐詩

s，r，p及其語義網(wǎng)絡構成了一個子網(wǎng)

g是子空間的代表

F指出它代表的子空間的具體形式1202.6.3存在量詞和全稱量詞的表示指出s是個全稱變量GS代表整個空間1212.6.4語義網(wǎng)絡的推理過程語義網(wǎng)絡表示的系統(tǒng)--知識庫：語義網(wǎng)絡表示知識--推理機構語義網(wǎng)絡的推理--繼承：是指把對事物的描述從概念結(jié)點或類結(jié)點傳遞到實例結(jié)點。--匹配：就是在知識庫的語義網(wǎng)絡中尋找與待求解問題相符的語義網(wǎng)絡模式。1222.6.4語義網(wǎng)絡的推理過程繼承例：已知事實：李華的汽車是紅色的。通過結(jié)點關系可知，李華的汽車繼承了所有汽車具有的屬性。1232.6.4語義網(wǎng)絡的推理過程繼承的過程：（1）建立一個結(jié)點表F，將待求解結(jié)點放入F。建立一個集合S，存放待求結(jié)點的屬性。（2）從F表頭放入取出一個結(jié)點，將與此結(jié)點以繼承弧相連的所有結(jié)點放入F表尾，同時將它們的所有屬性放入集合S。刪除F表的第一個結(jié)點。（3）重復2知道F為空。則S是待求解結(jié)點繼承來的所有屬性。124匹配--對于針對語義網(wǎng)中的某個或某些概念提出的問題，通過語義網(wǎng)絡的匹配來回答--何時，何地，做什么，誰做，x是什么，什么是x，x的原因，x的目的，求證等。125匹配例：海浪把戰(zhàn)艦輕輕的搖海浪在輕輕的搖什么？怎么搖動？搖動是什么意思？126匹配過程（1）將待求解問題用語義網(wǎng)絡表達出來，用未知結(jié)點表示待求答案。（2）在知識庫中求解與問題語義網(wǎng)絡相匹配的網(wǎng)絡片段。（3）當找到與問題語義網(wǎng)絡相匹配的網(wǎng)絡片段時，網(wǎng)絡片段中與未知結(jié)點對應的結(jié)點就是所求解的問題。127匹配海浪在輕輕的搖什么？問題語義網(wǎng)絡表示：128匹配的語義網(wǎng)絡片段129方法初始問題算符目標結(jié)果

狀態(tài)空間法

歸約法謂詞邏輯法

語義網(wǎng)絡法狀態(tài)結(jié)點合式公式結(jié)點算符弧子句集（setofclause）置換合一消解反演鏈目標狀態(tài)結(jié)點根結(jié)點目標網(wǎng)絡解答路徑（path）解答樹（tree）nil語義網(wǎng)絡知識表示方法間的關系1302.7框架表示法2.7.1框架理論--人們對現(xiàn)實世界各種事物的認識都是以一種類似于框架的結(jié)構存儲在記憶中。--當遇到新事物時，就從記憶中找到一個合適的框架，并根據(jù)新的情況對其加以修改、補充，從而形成對這個新事物的認識，稱為實例框架。1312.7.1框架表示法--框架是知識的基本單位，一組相關框架連接起來就形成了一個框架系統(tǒng)?？蚣苁潜硎灸撤N對象屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構1322.7.2框架和實例框架框架的基本結(jié)構1332.7.2框架和實例框架框架名：<教師>姓名：單位（姓，名）年齡：單位（歲）性別：范圍（男，女）職稱：范圍（教授，副教授，講師，助教）部門：單位（系，教研室）住址：<住址-1>工資：<工資-1>開始工作時間：單位（年，月）截止時間：單位（年，月）缺?。含F(xiàn)在1342.7.2框架和實例框架框架名：<教師-1>姓名：陳華年齡：36性別：女職稱：副教授部門：計算機系教研室住址：<住址框架>工資：<工資框架>開始時間：2001.3截止時間：2009.61352.7.2框架及實例框架1362.7.2框架及實例框架實例框架：把具體信息填入其槽及側(cè)面1372.7.3框架系統(tǒng)框架系統(tǒng)：多個相互聯(lián)系的框架組織起來就形成了框架系統(tǒng)?；窘Y(jié)構：橫向和縱向聯(lián)系--橫向聯(lián)系：一個框架的槽值或側(cè)面值是另外一個框架的名字，即對另一個框架的調(diào)用。--縱向聯(lián)系：具有繼承關系的框架之間構成的縱向聯(lián)系。138框架網(wǎng)絡：用框架名作為槽值，建立框架間的橫向聯(lián)系；用繼承槽建立框架間的縱向聯(lián)系，像這樣具有橫向和縱向聯(lián)系的一組框架成為框架網(wǎng)絡。師生員工框架教職工框架學生框架教師框架工人框架電子系學生框架機械系學生框架教師1教師2學生1學生21392.7.3框架系統(tǒng)框架名：<師生員工>姓名：單位（姓，名）年齡：單位（歲）性別：范圍（男，女）缺?。耗薪】禒顩r：范圍（健康，一般，差）缺?。阂话阕≈罚?lt;住址框架>1402.7.3框架系統(tǒng)框架名：<教職工>繼承：師生員工工作類型：范圍（教師、干部、工人）缺?。航處熼_始工作時間：單位（年，月）截止工作時間：單位（年，月）缺?。含F(xiàn)在離退休狀況：范圍（離休，退休）缺?。和诵?412.7.3框架系統(tǒng)框架名<教師>繼承：教職工部門：單位（系，教研室）語種：范圍（英語，法語，日語，德語）缺?。河⒄Z外語水平：范圍（優(yōu)、良、中、差）缺?。毫悸毞Q：范圍（教授，副教授，講師，助教）缺?。褐v師1422.7.3框架系統(tǒng)1432.7.3框架系統(tǒng)1442.7.4框架中槽的設置與組織框架中槽的設置與組織(1)、充分表達事物有關方面的屬性系統(tǒng)設計目標所要求的屬性，問題求解可能用到的屬性僅對有關屬性設立槽，不可面面俱到(2)、充分表達相關事物間的各種關系在框架系統(tǒng)中，事物之間的聯(lián)系是通過在槽中填相應的框架名來實現(xiàn)的，至于他們之間的關系，由槽名指定，常定義一些標準槽名，直接引用不說明。1452.7.4框架中槽的設置與組織框架表示法中的標準槽名ISA槽AKO槽Subclass槽Instance槽Part-of槽Infer槽Possible-reason槽Similar槽Rotation槽1462.7.4框架中槽的設置與組織ISA槽：用于指出事物間抽象概念上類屬關系(是一個，是一種，是一只)。當他作為下層框架的槽時，表示該下層框架所描述的事物是其上層框架的一個特列，上層框架是下層框架的更一般或更抽象的概念例：“運動員”框架----“棋手”框架AKO槽：具體指出事物間類屬關系Subclass槽：指出子類與類之間的類屬關系Instance槽：用來建立AKO槽的逆關系，建立上層與下層之間的繼承性1472.7.4框架中槽的設置與組織Part-of槽：指出部分—全體的關系，不具有共性和繼承性，例如汽車和輪胎Infer槽：用來指出兩個框架描述事物的邏輯推論關系，用它可以表示相應的產(chǎn)生式規(guī)則1482.7.4框架中槽的設置與組織框架名：<診斷規(guī)則>框架名：<結(jié)論>癥狀1：咳嗽病名：感冒癥狀2：發(fā)燒治療方法：服用感冒清癥狀3：流涕注意事項：多喝開水infer：<結(jié)論>預后：良好

可信度：0.81492.7.4框架中槽的設置與組織Possible-reason槽：與infer槽作用相反，它用來把某個結(jié)論與原因聯(lián)系起來例感冒感染流感病毒(3)對槽和側(cè)面進行合理的組織盡量把不同框架描述的相同屬性抽取出來構成上層框架，而在下層框架中只描述相應事物