幾種結(jié)構(gòu)化知識表示及其推理

幾種結(jié)構(gòu)化知識表示及其推理2024/12/81第7章幾種結(jié)構(gòu)化知識表示及其推理7.1框架7.2語義網(wǎng)絡(luò)7.3類與對象*2024/12/827.1框架1975年Minsky在論文中提出了框架理論。他從心理學(xué)的證據(jù)出發(fā)，認(rèn)為人的知識以框架結(jié)構(gòu)記存在人腦中。當(dāng)人們面臨新的情況，或?qū)栴}的看法有重要變化時，總是從自己的記憶中找出一個合適的框架，然后根據(jù)細(xì)節(jié)加以修改補(bǔ)充，從而形成對新觀察到的事物的認(rèn)識。人類對于一件事的了解，表現(xiàn)在對于這件事物的諸方面，即屬性的了解。掌握了事物的屬性，也就有了關(guān)于事物的知識，知識表示是從屬性描述開始的。2024/12/837.1框架7.1.1框架的概念7.1.2框架的表達(dá)能力7.1.3基于框架的推理7.1.4框架的程序語言實現(xiàn)2024/12/847.1.1框架的概念<框架名><槽名1><槽值1>|<側(cè)面名11><側(cè)面值111,側(cè)面值112,…><側(cè)面名12><側(cè)面值121,側(cè)面值122,…>

<槽名2><槽值2>|<側(cè)面名21><側(cè)面值211,側(cè)面值212

，…><側(cè)面名22><側(cè)面值221,側(cè)面值222

，…>

…<槽名k><槽值k>|<側(cè)面名k1><側(cè)面值k11,側(cè)面值k12

，

…><側(cè)面名k2><側(cè)面值k21

，側(cè)面值k22

，…>

約束：條件1

條件2

…………討論對象的屬性討論對象的屬性可以是數(shù)字、字符串、布爾值或動作2024/12/857.1.1框架的概念-示例(1)例7.1描述“教師”的框架框架名：<教師>類屬：<知識分子>工作：

范圍：（教學(xué)，科研）缺?。海ń虒W(xué)）性別：

（男，女）學(xué)歷：

（中師，高師）類型：

（<小學(xué)教師>，<中學(xué)教師>，<大學(xué)教師>）<槽名k><槽值k>|<側(cè)面名k1><側(cè)面值k11,…><側(cè)面名k2><側(cè)面值k21,…>2024/12/867.1.1框架的概念-示例(2)例7.2描述“大學(xué)教師”的框架框架名：<大學(xué)教師>類屬：<教師>學(xué)歷：

（學(xué)士、碩士、博士）專業(yè)：<學(xué)科專業(yè)>職稱：

（助教、講師、副教授、教授）外語：語種：范圍：（英，法，日，俄，德，…）

缺?。河?/p>

水平：（優(yōu)，良，中，差）

缺?。毫?lt;槽名k><槽值k>|<側(cè)面名k1><側(cè)面值k11，…><側(cè)面名k2><側(cè)面值k21，…>2024/12/877.1.1框架的概念-示例(3)例7.3描述一個具體教師的框架框架名：<教師－1>類屬：<大學(xué)教師>姓名：李明性別：男職業(yè)：教師職稱：助教專業(yè)：計算機(jī)應(yīng)用部門：計算機(jī)系軟件教研室工作：參加工作時間：1995年8月

工齡：當(dāng)前年份－參加工作年份

工資：<工資單>2024/12/887.1.1框架的概念上位框架：一般描述概念下位框架上位框架具有的屬性，下位框架一定具有，下位框架從上位框架中繼承某些槽值或側(cè)面名。實例框架：一般描述一個具體事物2024/12/897.1.1框架的概念-框架網(wǎng)絡(luò)一個框架的槽值可以是另一個框架的名，這就把有關(guān)框架橫向聯(lián)系了起來?？蚣荛g的“父子”關(guān)系是框架間的一種縱向聯(lián)系。某一論域的全體框架構(gòu)成了一個框架網(wǎng)絡(luò)或框架系統(tǒng)。框架的槽值可以是規(guī)則或邏輯式、運算式甚至過程調(diào)用等。2024/12/8107.1.1框架的概念-框架網(wǎng)絡(luò)（例）師生員工框架教職工框架學(xué)生框架教師框架職工框架電子系學(xué)生框架管理系學(xué)生框架教師-1教師-N本科生碩士生2024/12/8117.1.2框架的表達(dá)能力框架適合表達(dá)結(jié)構(gòu)性知識概念對象等知識用框架表示框架的槽是對象的屬性或狀態(tài)框架的值是屬性值或狀態(tài)值框架網(wǎng)絡(luò)可以表示過程性事件或情節(jié)2024/12/8127.1.2框架的表達(dá)能力-示例(1)例7.4關(guān)于房間的框架（1）框架名：<房間>墻數(shù)x1

：缺?。簒1＝4

條件：x1>0窗數(shù)x2

：缺?。簒2＝2

條件：x2>=0門數(shù)x3

：缺?。簒3＝1

條件：x3>0前墻：（墻框架（w1,d1））后墻：

（墻框架（w2,d2））2024/12/8137.1.2框架的表達(dá)能力-示例(2)左墻：

（墻框架（w3,d3））右墻：

（墻框架（w4,d4））天花板：<天花板框架>地板：<地板框架>門：<門框架>窗：<窗框架>條件：w1＋w2＋w3＋w4＝x2

d1＋d2＋d3＋d4＝x3類型:(<辦公室>，<教室>，<會客室>，<臥室>，

<廚房>，<倉庫>…)2024/12/8147.1.2框架的表達(dá)能力-示例(3)例7.5機(jī)器人糾紛問題的框架描述框架名：<打人－1>動作：打動作發(fā)出者：羅賓動作接受者：蘇西后果：（<打人－2><哭－1>）框架名：<打人－2>動作：打動作發(fā)出者：蘇西動作接受者：羅賓后果：（<打人－1><哭－2>）框架名：<哭－1>動作：哭動作發(fā)出者：蘇西后果：（得意，懊悔）框架名：<哭－2>動作：哭動作發(fā)出者：羅賓后果：心理平衡2024/12/8157.1.2框架的表達(dá)能力-示例(4)例：某次關(guān)于地震的報道：“今天一次強(qiáng)度為里氏8.5級的強(qiáng)烈地震襲擊了下斯洛文尼亞（LowSlabovia）地區(qū)，造成25人死亡和5億美元的財產(chǎn)損失。下斯洛文尼亞的主席說：多年來，靠近SadieHawkins斷層的重災(zāi)區(qū)一直是一個危險的地區(qū)?！?024/12/8167.1.2框架的表達(dá)能力-與語義網(wǎng)絡(luò)結(jié)合災(zāi)害事件地震地震-1今天25500,000,0008.5SadieHawkins洪水颶風(fēng)Low-Slabovia時間地點死亡損失震級斷層ISAAKOAKOAKO2024/12/8177.1.2框架的表達(dá)能力產(chǎn)生式規(guī)則也可以用框架表示如果頭疼且發(fā)燒，則患感冒。

框架名：<診斷1>

前提：條件1：頭痛

條件2：發(fā)燒

結(jié)論：患感冒2024/12/8187.1.3基于框架的推理(1)基于框架的推理方法是繼承。就是子框架可以擁有其父框架的槽及槽值。實現(xiàn)繼承的操作有：匹配將問題框架同知識庫中的框架的模式匹配。搜索沿著框架間的縱向和橫向聯(lián)系，在框架網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行查找。填槽問題框架同某一框架匹配時，可以通過它的父框架來將它的空槽值填上。2024/12/8197.1.3基于框架的推理(2)例：關(guān)于教師－1外語水平的推理（1）構(gòu)造問題框架，與知識庫匹配（2）搜索（3）填槽框架名：<教師－1>姓名：李明性別：男年齡：25職稱：助教專業(yè)：計算機(jī)應(yīng)用部門：計算機(jī)系軟件教研室外語水平：2024/12/820組裝關(guān)系下層概念是上層概念的一部分。4語義網(wǎng)絡(luò)的程序語言實現(xiàn)屬性關(guān)系對象的屬性及其屬性值。語義網(wǎng)絡(luò)對含有全稱量詞和存在量詞的謂詞的表示缺?。河?語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（3）<槽名1><槽值1>|<側(cè)面名11><側(cè)面值111,側(cè)面值112,…>（1）構(gòu)造問題框架，與知識庫匹配PROSPECTOR的推理網(wǎng)絡(luò)reco_of_f_s("中師"，"高師")，沒有明確的推理機(jī)制保證問題求解的可行性他從心理學(xué)的證據(jù)出發(fā)，認(rèn)為人的知識以框架結(jié)構(gòu)記存在人腦中。x(student(x)Read(x,三國演義))type("<小學(xué)教師>","<中學(xué)教師>","<大學(xué)教師>")).1框架的概念-示例(3)7.1.4框架的程序語言實現(xiàn)（1）FRL程序設(shè)計語言PROLOG語言2024/12/821例:frame(name("教師")，

kind_of("<知識分子>")，

work(scope("教學(xué)"，"科研"),default("教學(xué)"))，

sex("男"，"女")，

reco_of_f_s("中師"，"高師")，

type("<小學(xué)教師>","<中學(xué)教師>","<大學(xué)教師>")).7.1.4框架的程序語言實現(xiàn)（2）2024/12/822如何建立某個事物的框架（1）框架知識學(xué)習(xí)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，完成相關(guān)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（3）框架的資料數(shù)值填寫2024/12/823框架-小結(jié)結(jié)構(gòu)化知識表示方式框架理論可作為人類理解視覺、自然語言及其他復(fù)雜行為的基礎(chǔ)。-Minsky缺點沒有明確的推理機(jī)制保證問題求解的可行性框架子系統(tǒng)中各子框架的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一致，會影響系統(tǒng)的清晰性，造成推理困難。2024/12/8247.2語義網(wǎng)絡(luò)1968年Quillian的博士論文建議用一種語義網(wǎng)絡(luò)來描述人對事物的認(rèn)知，實際上是對人腦功能的模擬。語義網(wǎng)絡(luò)是人類聯(lián)想記憶的一個心理學(xué)模型。也是一種知識表示方法。語義網(wǎng)絡(luò)同一階邏輯有相同的能力。多用于專家系統(tǒng)和自然語言處理領(lǐng)域。普林斯頓大學(xué)開發(fā)的電子英語詞典WordNet，根據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)、以同義詞集為基礎(chǔ)結(jié)點，通過上下文結(jié)點，整體與部分的關(guān)系構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。2024/12/8257.2語義網(wǎng)絡(luò)7.2.1語義網(wǎng)絡(luò)的概念7.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力7.2.3基于語義網(wǎng)絡(luò)的推理7.2.4語義網(wǎng)絡(luò)的程序?qū)崿F(xiàn)2024/12/8267.2.1語義網(wǎng)絡(luò)的概念(1)語義網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點和有向邊組成的有向圖。節(jié)點表示事物、對象、概念、行為、性質(zhì)、狀態(tài)等。有向邊表示節(jié)點之間的某種聯(lián)系或關(guān)系。語義網(wǎng)絡(luò)的級別劃分執(zhí)行級邏輯級認(rèn)識論級概念級語言學(xué)級節(jié)點1節(jié)點2語義關(guān)系基本語義網(wǎng)絡(luò)單元結(jié)構(gòu)2024/12/8277.2.1語義網(wǎng)絡(luò)的概念-示例水果甜北方蘋果日本富士秦冠陜西國家脆甜高產(chǎn)中國西部營養(yǎng)味道富有引進(jìn)于是一個特點特點位于產(chǎn)于是一種是一種產(chǎn)于是一種蘋果的語義網(wǎng)絡(luò)2024/12/8287.2.1語義網(wǎng)絡(luò)的類型語義網(wǎng)絡(luò)類型命題語義網(wǎng)（分塊聯(lián)想網(wǎng)絡(luò)）數(shù)據(jù)語義網(wǎng)：以數(shù)據(jù)為中心的語義網(wǎng)絡(luò)語言語義網(wǎng)：用于自然語言分析和理解結(jié)構(gòu)語義網(wǎng)：描述客觀事物的結(jié)構(gòu)分類語義網(wǎng)：描述抽象概念及層次推理語義網(wǎng)：命題網(wǎng)框架語義網(wǎng)：與框架相結(jié)合的語義網(wǎng)。2024/12/829補(bǔ)充知識表示（分類語義網(wǎng)絡(luò)）圖中的四種弧線表示:N1N2：表示N2是N1的子集。N1N2：表示N2是N1的子集，和其他用ds的子集不相交。N1N2：表示N2是N1的元素。N1N2：表示N2是N1的元素，和其他用de的元素不相交。SdsedePROSPECTOR的分類語義網(wǎng)絡(luò)2024/12/830<槽名2><槽值2>|<側(cè)面名21><側(cè)面值211,側(cè)面值212，…>填槽問題框架同某一框架匹配時，可以通過它的父框架來將它的空槽值填上。條件2：發(fā)燒語言語義網(wǎng)：用于自然語言分析和理解1語義網(wǎng)絡(luò)的概念-示例他從心理學(xué)的證據(jù)出發(fā)，認(rèn)為人的知識以框架結(jié)構(gòu)記存在人腦中。語義子空間中的每個節(jié)點都應(yīng)該是全稱變量節(jié)點或依賴于全稱變量節(jié)點。前墻：（墻框架（w1,d1））●語義網(wǎng)絡(luò)是一個二元關(guān)系圖4語義網(wǎng)絡(luò)的程序?qū)崿F(xiàn)他從心理學(xué)的證據(jù)出發(fā)，認(rèn)為人的知識以框架結(jié)構(gòu)記存在人腦中。net1(a_kind_of(“蘋果”，“水果”)，集合與成員關(guān)系表示成員與集合之間的關(guān)系。2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（13）語義網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點和有向邊組成的有向圖。補(bǔ)充知識表示（推理語義網(wǎng)）PROSPECTOR的推理網(wǎng)絡(luò)2024/12/8317.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（1）語義網(wǎng)絡(luò)可以表示事物之間的聯(lián)系和關(guān)系.語義網(wǎng)絡(luò)對事件的表示語義網(wǎng)絡(luò)對含有全稱量詞和存在量詞的謂詞的表示2024/12/8327.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（2）實例關(guān)系表示類與實例之間的關(guān)系。（isa,ISA）小華大學(xué)生是一個ISA2024/12/8337.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（3）分類（從屬、泛化）關(guān)系指事物之間的類屬關(guān)系。（akindof，AKO）動物水羽毛魚鳥草魚鯊魚鸚鵡鴕鳥飛水草AKOAKOAKOAKOAKOAKO不會吃有生活于2024/12/8347.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（4）組裝關(guān)系下層概念是上層概念的一部分。（apartof,APO）桌子桌腿桌面一部分一部分2024/12/8357.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（5）屬性關(guān)系對象的屬性及其屬性值。SimonteachermalesexageISAPerson40profession2024/12/836條件2：發(fā)燒………后果：（<打人－2><哭－1>）PROSPECTOR的推理網(wǎng)絡(luò)把事物之間的屬性以及事物間的各種語義聯(lián)系顯式表現(xiàn)出來，下層節(jié)點可繼承、新增、變異上層節(jié)點的屬性，從而實現(xiàn)信息共享?？蚣艿牟凼菍ο蟮膶傩曰驙顟B(tài)普林斯頓大學(xué)開發(fā)的電子英語詞典WordNet，根據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)、以同義詞集為基礎(chǔ)結(jié)點，通過上下文結(jié)點，整體與部分的關(guān)系構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。普林斯頓大學(xué)開發(fā)的電子英語詞典WordNet，根據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)、以同義詞集為基礎(chǔ)結(jié)點，通過上下文結(jié)點，整體與部分的關(guān)系構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。補(bǔ)充知識表示（推理語義網(wǎng)）（1）構(gòu)造問題框架，與知識庫匹配在一場足球比賽中，AC米蘭主場以0：1的比分輸給國際米蘭<側(cè)面名k2><側(cè)面值k21，側(cè)面值k22，…>組裝關(guān)系下層概念是上層概念的一部分。net1(a_kind_of(“蘋果”，“水果”)，7.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（6）集合與成員關(guān)系表示成員與集合之間的關(guān)系。（amemberof，AMO）張三計算機(jī)學(xué)會AMO2024/12/8377.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（7）邏輯關(guān)系一個概念可由另一個概念推出，存在因果關(guān)系。外出雨天則ANDOR帶雨披帶雨傘2024/12/8387.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（8）方位關(guān)系事實：張宏是石油學(xué)院的一名助教；石油學(xué)院位于西安市電子二路；張宏今年25歲。電子二路石油學(xué)院年齡張宏助教25歲西安市區(qū)職稱工作于位于屬于2024/12/8397.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（9）所屬關(guān)系表示具有的意思，描述事物與屬性之間的關(guān)系。(have)狗尾巴have2024/12/8407.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（9）所屬關(guān)系表示“能”和會，表示上層節(jié)點能夠執(zhí)行下層節(jié)點所描述的功能(can)鳥飛can2024/12/8417.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（10）事件的語義網(wǎng)絡(luò)

例句：小王送給小李一本書。小王giver送書小李recipient書objectS2024/12/8427.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（11）謂詞公式的語義網(wǎng)絡(luò)表示（1）蘋果是一種水果小李和小王是朋友FRUIT(apple)蘋果水果AKO謂詞邏輯的一元關(guān)系轉(zhuǎn)化為語義網(wǎng)絡(luò)FRIEND(li,wang)liwangfriend謂詞邏輯的二元關(guān)系轉(zhuǎn)化為語義網(wǎng)絡(luò)2024/12/843填槽問題框架同某一框架匹配時，可以通過它的父框架來將它的空槽值填上。所屬關(guān)系表示具有的意思，描述事物與屬性之間的關(guān)系。匹配將問題框架同知識庫中的框架的模式匹配。語義網(wǎng)絡(luò)可以表示事物之間的聯(lián)系和關(guān)系.水平：（優(yōu)，良，中，差）reco_of_f_s("中師"，"高師")，PROSPECTOR的推理網(wǎng)絡(luò)2框架的表達(dá)能力-示例(1)x(student(x)Read(x,三國演義))填槽問題框架同某一框架匹配時，可以通過它的父框架來將它的空槽值填上。3描述一個具體教師的框架框架的槽值可以是規(guī)則或邏輯式、運算式甚至過程調(diào)用等。1框架的概念-框架網(wǎng)絡(luò)（例）7.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（12）謂詞公式的語義網(wǎng)絡(luò)表示（2）在一場足球比賽中，AC米蘭主場以0：1的比分輸給國際米蘭SCORE(AC-ML,INTER-ML,0:1)G220：1Score謂詞邏輯的多元關(guān)系轉(zhuǎn)化為語義網(wǎng)絡(luò)INTER-MLAC-MLSoccergameISAHostGuest2024/12/8447.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（13）謂詞公式的語義網(wǎng)絡(luò)表示（3）

x(student(x)

Read(x,三國演義))

某個學(xué)生讀過《三國演義》。studentreadISAbook三國演義read1xobjectsubjectISAISA2024/12/8457.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（14）謂詞公式的語義網(wǎng)絡(luò)表示（3）

x(student(x)Read(x,三國演義))

每個學(xué)生讀過《三國演義》。studentreadISAbook三國演義read1xobjectsubjectISAISARGSF

ISA分塊語義網(wǎng)絡(luò)全稱量化的命題類節(jié)點讀關(guān)系全稱變量2024/12/8467.2.2語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（15）分塊語義網(wǎng)絡(luò)的基本思想把整個網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個塊，每一塊（叫做一個語義空間）表示一句完整的敘述。=>

將復(fù)雜命題拆成多個子命題，每個子命題又可以拆成更小的子命題，若一個子命題已經(jīng)易于用語義網(wǎng)絡(luò)來表示時，則將它表示出來，相應(yīng)的可以給出一個節(jié)點來代表該網(wǎng)絡(luò)。分塊語義網(wǎng)絡(luò)的要求語義子空間中的每個節(jié)點都應(yīng)該是全稱變量節(jié)點或依賴于全稱變量節(jié)點。2024/12/847知識表示（分塊語義網(wǎng)絡(luò)）角閃石部分地轉(zhuǎn)化為黑云母2024/12/848補(bǔ)充練習(xí)：AllroadsleadtoRome.Everydoghasbitteneverypostman.2024/12/8497.2.3基于語義的推理基于語義網(wǎng)絡(luò)的推理也是繼承，繼承通過匹配、搜索實現(xiàn)。推理步驟首先根據(jù)待求問題要求構(gòu)造一個網(wǎng)絡(luò)片斷在知識庫中查找與之匹配的語