第10章-31(49-2014上课)

1、0871-50313012022年2月20日星期日1 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法第十章第十章 知识表示知识表示10.1 10.1 概述概述10.2 10.2 表示观表示观10.3 10.3 表示方法表示方法0871-50313012022年2月20日星期日2 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 Feigenbaum：知识是经过消减、塑造、解释和转换的：知识是经过消减、塑造、解释和转换的信息。信息。 Bernstein：知识是由特定领域的描述、关系和过程组成：知识是由特定领域的描述、关系和过程组成的。的。 Hayes-roth：知识是事实、信念和启发式规则。：知识是事实、信念

2、和启发式规则。 知识库的观点：知识是某领域中所涉及的各有关方面的知识库的观点：知识是某领域中所涉及的各有关方面的一种符号表示。一种符号表示。概述概述知识的定义知识的定义0871-50313012022年2月20日星期日3 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 事实性知识：采用直接表示的形式事实性知识：采用直接表示的形式 例如：凡是正常人都有眼睛例如：凡是正常人都有眼睛 过程性知识：描述做某件事的过程过程性知识：描述做某件事的过程 例如：电视维修法例如：电视维修法 行为性知识：不直接给出事实本身，只给出它在某方面的行为性知识：不直接给出事实本身，只给出它在某方面的行为行为 例如：微分方程（事

3、物的内涵）例如：微分方程（事物的内涵）概述概述知识的种类知识的种类0871-50313012022年2月20日星期日4 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 实例性知识：只给出一些实例，知识藏在实例中。实例性知识：只给出一些实例，知识藏在实例中。 类比性知识：不给出外延、内涵，只给出它和其他事物类比性知识：不给出外延、内涵，只给出它和其他事物的某些相似之处的某些相似之处 例如：比喻、谜语例如：比喻、谜语 元知识：有关知识的知识。最重要的元知识是如何使用元知识：有关知识的知识。最重要的元知识是如何使用知识的知识，如何从知识库中找到想要的知识。知识的知识，如何从知识库中找到想要的知识。概述概述

4、0871-50313012022年2月20日星期日5 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 知识表示研究用机器表示知识的可行性、有效性的一般知识表示研究用机器表示知识的可行性、有效性的一般方法。方法。 知识表示是理智推理的部分理论。知识表示是理智推理的部分理论。 知识表示是有效计算的载体知识表示是有效计算的载体 知识表示是交流的媒介（如语义网络）知识表示是交流的媒介（如语义网络）概述概述知识表示的定义知识表示的定义0871-50313012022年2月20日星期日6 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法表示范围是否广泛表示范围是否广泛是否适于推理是否适于推理是否适于计算机处理是否适于计

5、算机处理是否有高效的算法是否有高效的算法是否能表示不精确知识是否能表示不精确知识是否模块化是否模块化知识和元知识是否能用统一的形式表示知识和元知识是否能用统一的形式表示是否加入启发信息是否加入启发信息过程性表示还是说明性表示过程性表示还是说明性表示表示方法是否自然表示方法是否自然概述概述选取知识表示方法的因素选取知识表示方法的因素0871-50313012022年2月20日星期日7 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 总之，总之，AI问题的求解是以知识表示为基础的。如何问题的求解是以知识表示为基础的。如何将已获得的有关知识以计算机内部代码形式加以合理地将已获得的有关知识以计算机内部代码形

6、式加以合理地描述、存储、有效地利用便是表示应解决的问题。描述、存储、有效地利用便是表示应解决的问题。概述概述选取知识表示方法的因素选取知识表示方法的因素0871-50313012022年2月20日星期日8 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 表示观的研究：表示观的研究： 认识论、本体论、知识工程认识论、本体论、知识工程 表示方法的研究：表示方法的研究： 直接法、代替法（局部、分布，直接法、代替法（局部、分布，） 概述概述知识表示研究内容知识表示研究内容0871-50313012022年2月20日星期日9 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法智能行为特有的灵活性。智能行为特有的灵活性。

7、“常识问题常识问题”不能概括为一类简不能概括为一类简洁的理论，而是大量小理论的集合。洁的理论，而是大量小理论的集合。AI的任务受到计算装置的约束，这导致了所采用的的任务受到计算装置的约束，这导致了所采用的“表示表示”必须同时满足必须同时满足“刻画智能现象刻画智能现象”和和“计算装置可以接受计算装置可以接受”，这两个有时是矛盾的条件。这两个有时是矛盾的条件。 概述概述知识表示研究的特点知识表示研究的特点0871-50313012022年2月20日星期日10 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法表示观表示观认识论表示观认识论表示观本体论表示观本体论表示观知识工程表示观知识工程表示观表示观即对于

8、表示观即对于“什么是表示什么是表示”这一基本问题这一基本问题的不同理解和采用的方法论。的不同理解和采用的方法论。0871-50313012022年2月20日星期日11 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法表示观表示观认为表示是对自然世界的表述，表述自身不显示任何智能认为表示是对自然世界的表述，表述自身不显示任何智能行为。其唯一的作用就是携带知识。行为。其唯一的作用就是携带知识。McCarthy论文：将论文：将AI问题分成两部分：认识论部分和启发问题分成两部分：认识论部分和启发式部分。式部分。认为认为AI的核心任务就是的核心任务就是“常识常识”形式化形式化认识论表示观认识论表示观0871-5

9、0313012022年2月20日星期日12 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法特点：特点： 表示是在特定环境下对世界观察的结果表示是在特定环境下对世界观察的结果 启发式方法不属于表示研究的内容启发式方法不属于表示研究的内容 对常识知识的形式化是重要任务对常识知识的形式化是重要任务认识论表示观认识论表示观0871-50313012022年2月20日星期日13 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法表示观表示观由由D. Lenta提出。认为表示是对自然世界的一种近似，它提出。认为表示是对自然世界的一种近似，它规定了看待自然世界的方式。即一个约定的集合。约定是规定了看待自然世界的方式。即一个

10、约定的集合。约定是相对的。相对的。表示是描述了关系的一部分，逼真是不可能的。表示需要表示是描述了关系的一部分，逼真是不可能的。表示需要对世界的某个部分给予特别的注意，而对其他部分衰减，对世界的某个部分给予特别的注意，而对其他部分衰减，以达到有效的求解。以达到有效的求解。推理是表示观中必要部分，表示研究应和启发式搜索联系推理是表示观中必要部分，表示研究应和启发式搜索联系起来。认为不考虑推理的纯粹表示是不存在的。起来。认为不考虑推理的纯粹表示是不存在的。本体论表示观本体论表示观0871-50313012022年2月20日星期日14 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法表示观表示观最常用的表示法

11、都反映了知识工程表示观最常用的表示法都反映了知识工程表示观特点：特点： 一般将表示理解为一类数据结构（逻辑）及在其上的操作。一般将表示理解为一类数据结构（逻辑）及在其上的操作。对知识的内容更强调和领域相关。对知识的内容更强调和领域相关。强调工程实现性。强调工程实现性。知识工程表示观知识工程表示观0871-50313012022年2月20日星期日15 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法无论持何种表示观的无论持何种表示观的AI研究者都认为，表示是刻画智能行研究者都认为，表示是刻画智能行为的理论。为的理论。表示无论采用什么样的方式，无论所建立的表示方法和立表示无论采用什么样的方式，无论所建立的

12、表示方法和立足于什么样的表示观，均需要满足和智能现象一致的条件。足于什么样的表示观，均需要满足和智能现象一致的条件。鉴于智能现象的复杂性，采用什么表示观，应当取决于所鉴于智能现象的复杂性，采用什么表示观，应当取决于所面临的问题。笼统强调某种表示观好坏无意义。面临的问题。笼统强调某种表示观好坏无意义。近年来一些研究者主张各种表示观应相互渗透。近年来一些研究者主张各种表示观应相互渗透。表示观表示观0871-50313012022年2月20日星期日16 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 直接表示直接表示 逻辑表示逻辑表示 产生式规则表示法产生式规则表示法 语义网络表示法语义网络表示法 框架表

13、示法框架表示法 脚本方法脚本方法 过程表示过程表示 混合型知识表示方法混合型知识表示方法 面向对象的表示方法面向对象的表示方法表示方法表示方法0871-50313012022年2月20日星期日17 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法替代表示法：替代表示法： 局部表示：最充分也是传统局部表示：最充分也是传统AI最常使用的。最常使用的。 分布式表示分布式表示:对局部表示法在智能行为表述尚不够充分对局部表示法在智能行为表述尚不够充分 而作的补充。而作的补充。直接表示法：直接表示法：很难完全独立存在。考虑到很难完全独立存在。考虑到“任何表示方法必须被计算机任何表示方法必须被计算机所接受所接受”这

14、个先决条件，直接表示需要借助局部表示形式。这个先决条件，直接表示需要借助局部表示形式。表示方法表示方法0871-50313012022年2月20日星期日18 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法表示方法表示方法表示方法表示方法替代表示替代表示直接表示直接表示分布表示分布表示局部表示局部表示陈述性表示陈述性表示过程性表示过程性表示逻辑表示逻辑表示产生式表示产生式表示语义网络表示语义网络表示框架表示框架表示脚本表示脚本表示0871-50313012022年2月20日星期日19 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法1963年由年由Gelernter提出，用于基于传统欧式几何证明的几提出，用于

15、基于传统欧式几何证明的几何定理证明器。何定理证明器。它的输入是对前提和目标的陈述以及图示它的输入是对前提和目标的陈述以及图示(用一系列坐标来用一系列坐标来表示表示)在证明过程中，证明器把图示作为启发式信息，排除在图在证明过程中，证明器把图示作为启发式信息，排除在图示中不正确的子目标，从而大大减少搜索空间。示中不正确的子目标，从而大大减少搜索空间。表示方法表示方法直接表示直接表示0871-50313012022年2月20日星期日20 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法长期以来直接表示无长足发展，原因：长期以来直接表示无长足发展，原因： 计算机对直接表示的信息难以处理计算机对直接表示的信息难

16、以处理 难以表示定量信息（语言设计失败）难以表示定量信息（语言设计失败） 不能描述自然世界的全部信息不能描述自然世界的全部信息近年发展：用其他媒体表示的方法去补充直接表示的不足近年发展：用其他媒体表示的方法去补充直接表示的不足表示方法表示方法直接表示直接表示0871-50313012022年2月20日星期日21 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 谓词逻辑和数据库，特别是关系数据库有密切的关系。在关系谓词逻辑和数据库，特别是关系数据库有密切的关系。在关系数据库中，逻辑代数表达式是谓词表达式之一。数据库数据库中，逻辑代数表达式是谓词表达式之一。数据库知识库知识库 一阶谓词逻辑具有完备的逻辑

17、推理算法。可以把大部分知识表一阶谓词逻辑具有完备的逻辑推理算法。可以把大部分知识表达成一阶谓词逻辑的形式。达成一阶谓词逻辑的形式。 有扎实的数学基础，对知识的表达方式的严密科学性要求易满有扎实的数学基础，对知识的表达方式的严密科学性要求易满足。足。 逻辑推理是公理集合中演绎而得出结论的过程。可以保证知识逻辑推理是公理集合中演绎而得出结论的过程。可以保证知识库中新旧知识在逻辑上的一致性、和演绎出来的结论的正确性。库中新旧知识在逻辑上的一致性、和演绎出来的结论的正确性。表示方法表示方法逻辑表示逻辑表示一阶谓词逻辑是谓词逻辑中最直观的一种逻辑。谓一阶谓词逻辑是谓词逻辑中最直观的一种逻辑。谓词逻辑是应

18、用最广的方法之一，原因：词逻辑是应用最广的方法之一，原因：0871-50313012022年2月20日星期日22 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法存在问题：存在问题：谓词表示越细，推理越慢、效率越低，但表示清楚，实际谓词表示越细，推理越慢、效率越低，但表示清楚，实际中是要折中的。中是要折中的。表示方法表示方法逻辑表示逻辑表示0871-50313012022年2月20日星期日23 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法最早的产生式系统：数学家最早的产生式系统：数学家Post1943年提出了一种计算形年提出了一种计算形式体系里所使用的术语，主要是使用类似文法的规则，对式体系里所使用的术语

19、，主要是使用类似文法的规则，对符号串做替换运算。符号串做替换运算。60年代，产生式系统成为认知心理学研究人类心理活动中年代，产生式系统成为认知心理学研究人类心理活动中信息加工过程的基础。心理学家认为，人脑对知识的存储信息加工过程的基础。心理学家认为，人脑对知识的存储就是产生式形式。就是产生式形式。目前，产生式系统已发展成为人工智能系统中最典型最普目前，产生式系统已发展成为人工智能系统中最典型最普遍的一种结构。产生式表示方法是专家系统的第一选择的遍的一种结构。产生式表示方法是专家系统的第一选择的知识表达方法。知识表达方法。表示方法表示方法产生式规则表示法产生式规则表示/p>

20、022年2月20日星期日24 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法事实的表示：可看成是断言一个语言变量的值或是多个语事实的表示：可看成是断言一个语言变量的值或是多个语言变量间的关系的陈述句。言变量间的关系的陈述句。例：煤炭是黑色的。语言变量例：煤炭是黑色的。语言变量煤炭，值煤炭，值黑色的黑色的例：小李羡慕小王。例：小李羡慕小王。 语言变量语言变量小李、小王小李、小王 关系值关系值羡慕羡慕常用三元组（对象、属性、值）或（关系、对象常用三元组（对象、属性、值）或（关系、对象1、对象、对象2） 例如例如: (Li, Age, 25) (Friend, Li, Wang)表示方法表示方法产生式规则

21、表示法产生式规则表示法表示形式表示形式0871-50313012022年2月20日星期日25 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 一组规则：即产生式本身一组规则：即产生式本身 基本形式：基本形式： IF P THEN Q （PQ）例如：例如： 天上下雨天上下雨 地上湿地上湿 北京在中国北京在中国左边表示情况，即什么条件。发生时产生式被调用。通常左边表示情况，即什么条件。发生时产生式被调用。通常用匹配方法核实情况。匹配成功时，可执行右边规定的动用匹配方法核实情况。匹配成功时，可执行右边规定的动作。作。 数据库：数据库： 存放的数据是构成产生式的基本元素，又是产存放的数据是构成产生式的基本元

22、素，又是产生式作用的对象。数据包括常量、变量、多元组谓词、表、生式作用的对象。数据包括常量、变量、多元组谓词、表、图像等。图像等。 解释程序解释程序 从匹配成功的规则从匹配成功的规则(可能不止一个可能不止一个)中选出一个加以执行。中选出一个加以执行。产生式系统的基本特征产生式系统的基本特征0871-50313012022年2月20日星期日26 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法产生式系统基本结构产生式系统基本结构表示方法表示方法产生式规则表示法产生式规则表示法推理机知识库数据库规则库0871-50313012022年2月20日星期日27 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法工作存储器

23、：存放当前已知的数据，包括推理过程中形成的工作存储器：存放当前已知的数据，包括推理过程中形成的中间结论。中间结论。产生式规则：产生式规则： IF P THEN Q 满足条件的规则被激活但不一定立即执行，取决于产生满足条件的规则被激活但不一定立即执行，取决于产生式系统的冲突消解策略。式系统的冲突消解策略。规则解释程序规则解释程序匹配器：判断规则是否成立匹配器：判断规则是否成立冲突消解器：选择可调用的规则冲突消解器：选择可调用的规则解释器：执行规则的动作，并在满足条件时终解释器：执行规则的动作，并在满足条件时终 止产生式系统运行。止产生式系统运行。产生式系统基本结构产生式系统基本结构表示方法表示方

24、法产生式规则表示法产生式规则表示法0871-50313012022年2月20日星期日28 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法推理方法：推理方法：正向，向前推理，数据驱动正向，向前推理，数据驱动反向，向后推理，目标驱动反向，向后推理，目标驱动双向双向（与或树表示）（与或树表示）表示方法表示方法产生式规则表示法产生式规则表示法0871-50313012022年2月20日星期日29 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法虎吃肉有爪有犬齿眼盯前方食肉动物哺乳动物有蹄嚼反刍黄褐色黑条纹长脖子有蹄类长腿有暗斑点长颈鹿0871-50313012022年2月20日星期日30 / 信 息 学 院人工智能

25、 一种现代方法推理方法的选择取决于推理的目标和搜索空间的形状。推理方法的选择取决于推理的目标和搜索空间的形状。 如果目标是从一组给定事实出发，找到所有可能的结论，如果目标是从一组给定事实出发，找到所有可能的结论，则常用正向推理。则常用正向推理。 如果目标是证实或否定某一特定结论，则常用反向推理。如果目标是证实或否定某一特定结论，则常用反向推理。否则，从一组初始事实出发盲目地正向推理，可能得出许否则，从一组初始事实出发盲目地正向推理，可能得出许多和要证实的结论无关的结论。多和要证实的结论无关的结论。表示方法表示方法产生式规则表示法产生式规则表示法0871-50313012022年2月20日星期日

26、31 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 产生式系统求解问题的过程和人类求解问题的思维很相像，产生式系统求解问题的过程和人类求解问题的思维很相像，因而可用来模拟人类求解问题的思维过程。因而可用来模拟人类求解问题的思维过程。 可以把产生式系统作为可以把产生式系统作为AI系统的基本结构单元或基本模型系统的基本结构单元或基本模型看待，就好像是积木世界中的积木块一样，因而产生式系看待，就好像是积木世界中的积木块一样，因而产生式系统的基本问题就具有一般意义。统的基本问题就具有一般意义。 表示的格式固定、形式单一、规则间相互独立，所以建立表示的格式固定、形式单一、规则间相互独立，所以建立容易；推理方

27、式单纯、知识库和推理机分离，修改方便。容易；推理方式单纯、知识库和推理机分离，修改方便。特点特点表示方法表示方法产生式规则表示法产生式规则表示法0871-50313012022年2月20日星期日32 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法优点优点 模块性模块性规则和规则之间相互独立规则和规则之间相互独立 灵活性灵活性知识库容易增加、修改、删除知识库容易增加、修改、删除 自然性自然性方便地表示专家的启发性知识和经验方便地表示专家的启发性知识和经验 透明性透明性 易于保留动作所产生的变化、轨迹易于保留动作所产生的变化、轨迹表示方法表示方法产生式规则表示法产生式规则表示/p>

28、022年2月20日星期日33 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法缺点缺点知识库维护难知识库维护难效率低效率低理解难，规则之间不能调用。理解难，规则之间不能调用。应用实例：应用实例：用于化工工业测定分子结构的用于化工工业测定分子结构的DENDRAL用于诊断脑膜炎和血液病毒感染的用于诊断脑膜炎和血液病毒感染的MYCIN估计矿藏的估计矿藏的PROSPECTOR表示方法表示方法产生式规则表示法产生式规则表示法0871-50313012022年2月20日星期日34 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法语义网络表示法语义网络表示法1970年年Simon正式提出语义网络的概念。正式提出语义网络的概

29、念。语义网络多用于自然语言处理。语义网络多用于自然语言处理。逻辑和产生式表示方法常用于表示有关领域中各个不同状态间的关逻辑和产生式表示方法常用于表示有关领域中各个不同状态间的关系，然而用于表示一个事物同其各部分间的分类知识就不方便。系，然而用于表示一个事物同其各部分间的分类知识就不方便。分类：命题语义网络、数据语义网络、语言语义网络、结构语分类：命题语义网络、数据语义网络、语言语义网络、结构语义网络等。义网络等。 1968年年Quillian的博士论文提出用网络形式描述的博士论文提出用网络形式描述人对事物的认知，主张在处理自然语言词义理解问题人对事物的认知，主张在处理自然语言词义理解问题时，必

30、须把语义放第一位，一个词的含义只有根据所时，必须把语义放第一位，一个词的含义只有根据所属的上下文环境才能准确地把握。属的上下文环境才能准确地把握。0871-50313012022年2月20日星期日35 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法当把多个语义基元用相应的语义联系关联在一起的时候，当把多个语义基元用相应的语义联系关联在一起的时候，就形成了一个语义网络。就形成了一个语义网络。语义网络表示法和产生式表示法以及谓词逻辑表示法之间语义网络表示法和产生式表示法以及谓词逻辑表示法之间有着对应的表示能力。有着对应的表示能力。表示形式（采用网络形式表示人类的知识）表示形式（采用网络形式表示人类的知识

31、） 每一个要表达的事实用一个每一个要表达的事实用一个“节点节点”表示，事表示，事实间的关系用实间的关系用“弧线弧线”表示。即表示。即有向有向图表示的三元图表示的三元组，组，(节点节点1，弧，节点，弧，节点2)连接而成。连接而成。节点1节点2语义关系语义关系bananayellowColor语义网络表示法语义网络表示法0871-50313012022年2月20日星期日36 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法语义网络表示法语义网络表示法0871-50313012022年2月20日星期日37 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法个体为中心的语义联系个体为中心的语义联系实例联系：小丽是女孩实

32、例联系：小丽是女孩 ISA泛化联系：一类节点和更抽象节点泛化联系：一类节点和更抽象节点 AKO聚集联系：个体和其组成部分聚集联系：个体和其组成部分 PARTOF属性联系：个体、属性、值之间的关系属性联系：个体、属性、值之间的关系 age,语义网络表示法语义网络表示法0871-50313012022年2月20日星期日38 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法类属关系：具有共同属性的不同事物间的分类联系、成员关类属关系：具有共同属性的不同事物间的分类联系、成员关系或实例关系。体现的是系或实例关系。体现的是“具体和抽象具体和抽象”、“个体和集体个体和集体”的概念。的概念。最主要特征是属性的继承性

33、，处于具体层的节点可继承抽象最主要特征是属性的继承性，处于具体层的节点可继承抽象层节点的所有属性。层节点的所有属性。语义网络表示法语义网络表示法谓词或关系为中心的语义联系谓词或关系为中心的语义联系0871-50313012022年2月20日星期日39 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法注：在类属关系中，具体层的节点除了具有抽象层节点的注：在类属关系中，具体层的节点除了具有抽象层节点的所有属性外，还可以增加一些自己的个性。所有属性外，还可以增加一些自己的个性。语义网络表示法语义网络表示法灵长类动物A-kind-of小王学生A-member-of鲫鱼鱼类Is-a常用关系：常用关系：A-kin

34、d-of:表示一个事物是另一事物的一种类型表示一个事物是另一事物的一种类型 A-member-of:表示一个事物是另一事物的成员表示一个事物是另一事物的成员 Is-a：表示一个事物是另一事物的实例：表示一个事物是另一事物的实例0871-50313012022年2月20日星期日40 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法也称为聚类关系，是指具有组织或结构特征的也称为聚类关系，是指具有组织或结构特征的“部分和整部分和整体体”之间的关系。之间的关系。注：它和类属关系的主要区别是包含关系一般不具备属性注：它和类属关系的主要区别是包含关系一般不具备属性的继承性。的继承性。常用的包含关系：常用的包含关系

35、：Part-of：表示一个事物是另一事物的一部分：表示一个事物是另一事物的一部分包含关系包含关系轮胎汽车Part-of显示器PCPart-of语义网络表示法语义网络表示法0871-50313012022年2月20日星期日41 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法常用的属性关系：常用的属性关系：Have：表示一个节点具有另一节点所描述的属性。：表示一个节点具有另一节点所描述的属性。Can：表示一个节点能做另一节点描述的事情。：表示一个节点能做另一节点描述的事情。例：鸟有翅膀例：鸟有翅膀属性关系：事物和其属性之间的关系。属性关系：事物和其属性之间的关系。语义网络表示法语义网络表示法鸟翅膀hav

36、e0871-50313012022年2月20日星期日42 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法常用的位置关系：常用的位置关系：Located-on: 一物在另一物之上一物在另一物之上Located-at: 一物何位置一物何位置Located-under: 一物在另一物之下一物在另一物之下Located-inside: 一物在另一物之内一物在另一物之内Located-outside: 一物在另一物之外一物在另一物之外位置关系：不同事物在位置方面的关系。位置关系：不同事物在位置方面的关系。语义网络表示法语义网络表示法0871-50313012022年2月20日星期日43 / 信 息 学 院人工

37、智能 一种现代方法常用的相近关系：常用的相近关系：Similar-to: 相似相似Near-to:接近接近相近关系：不同事物在形状、内容等方面相似或相近关系：不同事物在形状、内容等方面相似或接近。接近。语义网络表示法语义网络表示法0871-50313012022年2月20日星期日44 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法常用的时间关系：常用的时间关系：Before: 表示一个事件在另一事件之前发生表示一个事件在另一事件之前发生After： 表示一个事件在另一事件之后发生表示一个事件在另一事件之后发生时间关系：不同事物在其发生时间方面的先后时间关系：不同事物在其发生时间方面的先后关系。关系。

38、语义网络表示法语义网络表示法0871-50313012022年2月20日星期日45 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法例：例：AC米兰队和国际米兰队在一场足球比赛中的成绩为米兰队和国际米兰队在一场足球比赛中的成绩为0:1 逻辑表示法：逻辑表示法：SCORE(AC-MILAN, INTER-MILAN, 0:1) 可以通过加入附加节点将其用语义网络法表示：可以通过加入附加节点将其用语义网络法表示： 根本方法是将多元关系表示成二元关系的组合。根本方法是将多元关系表示成二元关系的组合。多元逻辑关系多元逻辑关系语义网络表示法语义网络表示法AC-MLInter-MLG220:1SoccerGame

39、GuestscoreHostisa原来的多元关原来的多元关系都变成系都变成G22节点属性。节点属性。0871-50313012022年2月20日星期日46 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法例：例：Mike是雇员，是雇员，Jack是他的老板，是他的老板，Mike踢了踢了他的老板。他的老板。PersonKickedEventBossEmployeeMikeJackAgentObjectisIsaIsaAkoAkoBoss-of语义网络表示法语义网络表示法0871-50313012022年2月20日星期日47 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法网络匹配：结构上的匹配，包括节点和弧的匹配

40、。网络匹配：结构上的匹配，包括节点和弧的匹配。继承推理：利用如：成员联系、特征联系、相互作用联系、继承推理：利用如：成员联系、特征联系、相互作用联系、集合联系、合成联系、因果联系、活动方式联系、蕴涵联集合联系、合成联系、因果联系、活动方式联系、蕴涵联系等具有继承性质的语义联系建立一些并不一定显式存在系等具有继承性质的语义联系建立一些并不一定显式存在于网络知识库中的网络结构。于网络知识库中的网络结构。语义网络上的推理：网络上的搜索过程，正向、逆向、双语义网络上的推理：网络上的搜索过程，正向、逆向、双向向还可将语义网络引入逻辑含义，表示与、或、非关系，用还可将语义网络引入逻辑含义，表示与、或、非关

41、系，用归结推理方法。归结推理方法。语义网络表示法语义网络表示法推理方法推理方法特点：不十分明了。特点：不十分明了。0871-50313012022年2月20日星期日48 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法继承的一般规则：继承的一般规则：IF X (AKO) Y and Y (AKO) Z then X (AKO) ZIF X (ISA) Y and Y (AKO) Z then X (ISA) ZIF X (AKO) Y and Y (属性属性) Z then X (属性属性) ZIF X (ISA) Y and Y (属性属性) Z then X (属性属性) ZIF X (属性属性)

42、 Y and Y (AKO) Z then X (属性属性) ZIF X (属性属性) Y and Y (ISA) Z then X (属性属性) Z语义网络表示法语义网络表示法0871-50313012022年2月20日星期日49 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法结论：结论： 语义网络的优点是直观语义网络的优点是直观 缺点是表达范围有限。例如，一旦有多个节点，而且各缺点是表达范围有限。例如，一旦有多个节点，而且各节点之间又有联系，则这个网络就很难辨清。节点之间又有联系，则这个网络就很难辨清。 推理规则比较模糊，不明确。推理规则比较模糊，不明确。语义网络表示法语义网络表示法0871-5

43、0313012022年2月20日星期日50 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法框架表示法框架表示法1975年年Minsky提出了框架理论提出了框架理论: 从心理学的论据从心理学的论据出发，认为人的知识以框架结构记存在人脑中。出发，认为人的知识以框架结构记存在人脑中。当人们面临新的情况，或对问题的看法有重要变当人们面临新的情况，或对问题的看法有重要变化时，总是从自己的记忆中找出一个合适的框架，化时，总是从自己的记忆中找出一个合适的框架，然后根据细节加以修改补充，从而形成对新观察然后根据细节加以修改补充，从而形成对新观察到的事物的认识。到的事物的认识。人类对一事物的了解，表现在对于这件事的诸

44、方面，即属性人类对一事物的了解，表现在对于这件事的诸方面，即属性的了解。掌握了事物的属性，就有了关于事物的知识，知识的了解。掌握了事物的属性，就有了关于事物的知识，知识表示是从属性描述开始的。表示是从属性描述开始的。槽和填槽表示方法便于表示这种分类知识。这种表示方法槽和填槽表示方法便于表示这种分类知识。这种表示方法包括语义网络、框架、概念从属和脚本。包括语义网络、框架、概念从属和脚本。0871-50313012022年2月20日星期日51 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法定义定义框架是由若干个节点和关系框架是由若干个节点和关系(统称为槽统称为槽)构成的网络。是语义构成的网络。是语义网络

45、的一般化形式的一种结构。同语义网络没有本质的区别。网络的一般化形式的一种结构。同语义网络没有本质的区别。将语义网络节点间弧上的标注也放到槽内就成了框架表示形将语义网络节点间弧上的标注也放到槽内就成了框架表示形式。式。表示形式：表示形式：由框架名、槽名、侧面、值组成由框架名、槽名、侧面、值组成框架表示法框架表示法0871-50313012022年2月20日星期日52 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法【框架名框架名】槽名槽名A 侧面名侧面名A1 值值A11，值，值A12， 值值A13 侧面名侧面名A2 值值A21，值，值A22， 值值A23 槽名槽名B 侧面名侧面名B1 值值B11，值，值

46、B12， 值值B13 侧面名侧面名B2 值值B21，值，值B22， 值值B23 槽名槽名C 侧面名侧面名C1 值值C11，值，值C12， 值值C13 侧面名侧面名C2 值值C21，值，值C22， 值值C23 约束条件：约束条件约束条件：约束条件1 约束条件约束条件2 约束条件约束条件3框架表示法框架表示法0871-50313012022年2月20日星期日53 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法例例1：性别性别: 男男职业职业: 职称：讲师职称：讲师身高身高: 185cm体重体重: 79kg年龄年龄: 30专业：计算机应用专业：计算机应用框架表示法框架表示法0871-50313012022

47、年2月20日星期日54 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法例例2：类属：类属：专业：专业：职称职称: (助教，讲师，副教授，教授助教，讲师，副教授，教授)外语：语种外语：语种: (英，法，日，俄，德，英，法，日，俄，德，) 默认：英语默认：英语工作：范围工作：范围: (科研，教学，辅助科研，教学，辅助) 默认：教学默认：教学 例1是例2的一个实例，称例2的实例框架。 框架之间的这种层次关系对减少信息冗余是有重要意义，凡是上层框架具有的属性，下层框架一定具有，可继承某些槽值或侧面值。 某一论域的全体框架构成一个框架网络0871-50313012022年2月20日星期日55 / 信 息 学

48、院人工智能 一种现代方法框架名：框架名：类属：类属：类型：类型： 范围：范围：(大学，中学，小学大学，中学，小学)位置：位置：(省省(直辖市直辖市)，市，市)面积：单位面积：单位(平方米平方米)教工人数：教工人数：学生人数：学生人数：框架表示法框架表示法框架名：框架名：类属：类属：类型：范围：类型：范围：(综合性大学，综合性大学，工科院校工科院校)专业：默认值：综合专业：默认值：综合学院数：学院数：教学楼：教学楼：教工人数：教工人数：学生人数：学生人数：位置：位置：(省省(直辖市直辖市)，市，市)面积：单位面积：单位(平方米平方米)0871-50313012022年2月20日星期日56 / 信

49、 息 学 院人工智能 一种现代方法框架名：框架名：类属：类属：校名：昆明医学院校名：昆明医学院专业：医学专业：医学学院数：学院数：10教学楼：教学楼：20学生宿舍：学生宿舍：20教工人数：教工人数：5000学生人数：学生人数：20000位置：昆明位置：昆明面积：面积：10000(平方米平方米)创建时间：创建时间：1990年年框架表示法框架表示法0871-50313012022年2月20日星期日57 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法框架系统结构框架系统结构框架表示法框架表示法幼幼儿教儿教育框架育框架高等高等教教育框架育框架幼幼儿园儿园框架框架中中学学框架框架教教育机育机构构框架框架大大学

50、学框架框架盲人盲人学学校校综综合合医学医学初等初等教教育框架育框架特殊特殊教教育框架育框架小小学学框架框架专专科科昆明昆明医学医学院院0871-50313012022年2月20日星期日58 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法框架表示法框架表示法框架之间的关系框架之间的关系is_a槽槽AKO槽槽Subclass槽槽Instance槽槽Part_of槽槽Infer槽槽 （指定两个框架所描述事物间的逻辑推理关系）（指定两个框架所描述事物间的逻辑推理关系）Similar槽槽预定义槽名预定义槽名0871-50313012022年2月20日星期日59 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法框架名：

51、框架名：症状症状1：咳嗽：咳嗽症状症状2：发烧：发烧症状症状3：打喷嚏：打喷嚏Infer: 可信度：可信度：0.8框架名：框架名：病名：感冒病名：感冒用药：口服康泰克用药：口服康泰克服法：一日服法：一日3次，每次次，每次2粒粒0871-50313012022年2月20日星期日60 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法例如，要确定一个人的年龄，已匹配的知识库中的框架为例如，要确定一个人的年龄，已匹配的知识库中的框架为【槽名【槽名 Age NIL If needed ASK If added CHECK】启动过程如下：启动过程如下：1. 如果没有默认值，如果没有默认值，if needed 条件

52、满足条件满足2. 启动启动ASK，向用户查询并等待输入，向用户查询并等待输入3. 若有输入若有输入(if added)，执行，执行CHECK，检查输入的合法性，检查输入的合法性若有默认值而无输入，则不执行若有默认值而无输入，则不执行CHECK框架表示法框架表示法推理方法：推理方法：匹配：和语义网络一样遵循匹配原理。匹配：和语义网络一样遵循匹配原理。槽计算：继承槽计算：继承(属性值、属性、限制属性值、属性、限制)，即附加在数据，即附加在数据结构上，启动时计算槽值结构上，启动时计算槽值0871-50313012022年2月20日星期日61 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 对事物进行描述。

53、而且对其中某些细节做进一步描述，可对事物进行描述。而且对其中某些细节做进一步描述，可将其扩展为另外一些框架。将其扩展为另外一些框架。 可以通过它对一些从感官中没有直接得到的信息进行预测。可以通过它对一些从感官中没有直接得到的信息进行预测。 可以在它基础上进行判断推理可以在它基础上进行判断推理 可通过它来认识某一类事物可通过它来认识某一类事物 可以通过一系列实例来修正框架对某些事物的不完整描述。可以通过一系列实例来修正框架对某些事物的不完整描述。（填充空的框架，修改默认值）（填充空的框架，修改默认值）框架表示法框架表示法特点特点0871-50313012022年2月20日星期日62 / 信 息

54、学 院人工智能 一种现代方法 脚本方式是采用一个专用的框架，用来表示特定领域知识。脚本方式是采用一个专用的框架，用来表示特定领域知识。 脚本通过一些元语作为槽名来代表要表示的对象的基本行脚本通过一些元语作为槽名来代表要表示的对象的基本行为。为。 有些像电影剧本。有些像电影剧本。脚本表示法脚本表示法0871-50313012022年2月20日星期日63 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法开场条件开场条件1.病人有病。病人有病。2.病人的病需要找医生诊治。病人的病需要找医生诊治。3.病人能支付医药费病人能支付医药费4.病人能够去医院病人能够去医院角色：病人、医生、护士角色：病人、医生、护士道

55、具：医院、挂号室、椅子、道具：医院、挂号室、椅子、桌子、药房、药方、药、钱桌子、药房、药方、药、钱脚本表示法脚本表示法场景场景场景场景1 进入医院进入医院(1)病人走进医院病人走进医院(2)病人挂号病人挂号(3)病人在椅子上坐下等待病人在椅子上坐下等待场景场景2 看病看病(1)病人进入医生办公室病人进入医生办公室(2)病人向医生说病状病人向医生说病状(3)医生给病人开药方医生给病人开药方场景场景3 交费交费(1)病人到交费处病人到交费处(2)病人递药方、交钱病人递药方、交钱(3)病人取回药方和收据病人取回药方和收据场景场景4 取药取药(1)病人到药房病人到药房(2)病人递交药方病人递交药方(3

56、)病人取药病人取药场景场景5 离开离开(1)病人离开医院病人离开医院0871-50313012022年2月20日星期日64 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法结果：结果：1.病人看病了，明白了病因。病人看病了，明白了病因。2.病人花了钱，买了药。病人花了钱，买了药。3.医生付出了劳动医生付出了劳动4.医院的药品少了。医院的药品少了。脚本表示法脚本表示法0871-50313012022年2月20日星期日65 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法 脚本表示的知识有强烈的因果结构，系统对事件的处理必脚本表示的知识有强烈的因果结构，系统对事件的处理必须是一个动作完成后才能完成另一个。整个过程

57、的启动取须是一个动作完成后才能完成另一个。整个过程的启动取决于开场条件。满足开场条件，脚本中的事件才有可能发决于开场条件。满足开场条件，脚本中的事件才有可能发生，而脚本的结果就是动作完成后的系统结果。生，而脚本的结果就是动作完成后的系统结果。 以非常固定的形式描述，因此在预言一些没有直接提到的以非常固定的形式描述，因此在预言一些没有直接提到的事件方面特别有用。事件方面特别有用。 若事件被强行中断，即给定的情节中的某个事件和脚本中若事件被强行中断，即给定的情节中的某个事件和脚本中的事件不能对应时，脚本就不能预测被中断以后的事件。的事件不能对应时，脚本就不能预测被中断以后的事件。脚本表示法脚本表示

58、法0871-50313012022年2月20日星期日66 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法前述知识表示方法均是知识和事实的一种静止的表示，前述知识表示方法均是知识和事实的一种静止的表示，称为陈述式表达。它所强调的是事物所涉及到的对象是什称为陈述式表达。它所强调的是事物所涉及到的对象是什么，是对事物有关知识的静态描述，是知识的一种显示、么，是对事物有关知识的静态描述，是知识的一种显示、说明性知识表达形式。说明性知识表达形式。说明性表示知识给出事物本身的属性和事物间的关系。说明性表示知识给出事物本身的属性和事物间的关系。过程性知识则给出解决问题的具体过程。过程性知识则给出解决问题的具体过程。过程表示法过程表示法0871-50313012022年2月20日星期日67 / 信 息 学 院人工智能 一种现代方法过程性表示就是将有关某一问题领域的知识连同如何使用这过程性表示就是将有关某一问题领域的知识连同如何使用这些知识的方法隐式地表达为一个求解过程。些知识的方法隐式地表达为一个求解过程。它所给出的是事物的一些客观规律，表达的是如何求解问题，它所给出的是事物的一些客观规律，表达的是如何求解问题，知识的描述形式就是程序。所有信息均隐含在程序