人工智能(四)知识表示VIP

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ArtificialIntelligence北京信息科技高校计算机学院李宝安2第四部分AI学问表达产生式规则----最为普遍一阶谓词逻辑----具有严谨的公理体系，适用于“机器定理证明”单元表示语义网络概念从属框架表示脚本表示过程表示3单元表示由谓词演算引伸而来将全部信息描述为一组单元，每个单元建立一些槽，槽有槽值，用于描述信息之间的逻辑关系单元表示---具有模块化的特点，易于添加信息和进行修改槽值可以是常量、变量或着函数表达式4单元名称槽名1：槽名2：槽名n：……槽值1槽值2槽值n5G1self：giver：recip：(element-ofGIVING-EVENTS)JohnBookMARYobj：例John给了MARY一本书。6例John给了MARY一本书。Bill将钢笔给了从John那里得到书的那个人。槽值------为一个函数表达式G1self：giver：recip：(element-ofGIVING-EVENTS)JohnBookMARYobj：G2self：giver：recip：(element-ofGIVING-EVENTS)BillPenRecip(G1)obj：7G3self：giver：recip：(element-ofGIVING-EVENTS)(element-ofPERSONS)BookMARYobj：例事务语义：某人给了MARY一本书。-----------槽值为一个存在量词量化的变量8G(x)self：giver：recip：(element-ofGIVING-EVENTS)JohnSk(x)xobj：例事务语义：John给了每个人一样东西。-----------槽值为一个全称量词量化的变量为skolem函数，即与全称量词约束变量有关的函数，可用于消退存在量词，得到一前束的标准范式9在单元表示中引入集合及集合成员关系引进：函数“the-set-of”，如“the-set-of（Li, Wang,Liu)”表示由Li, Wang,Liu组成的集合交：intersection并：UNION补：complement10B1self：giver：bought：(element-ofBUYING-EVENTS)John(element-ofinsection(UNION(PEN,BALL-PEN),complement(RED-thing)))例John买了一支笔，它是钢笔或圆珠笔，它不是红色的。11G4self：giver：recip：(element-ofGIVING-EVENTS)JohnBook(element-ofthe-set-of(MARY,Bill))obj：例John将书给了MARY或者Bill。12对单元表示的运用通过提问单元和事实单元的“匹配”判别来得到问题的解答。例如：提问“Bill给了谁钢笔？”可现将该提问用单元表示如下：Xself：giver：recip：(element-ofGIVING-EVENTS)BillPENYobj：13“提问单元X”,可与以上事实单元G2相匹配。匹配过程中有置换{G2/X，recip(G1)/Y}，其中通过recip(G1)在G1中查找recip槽值可得到MARY。推出最终置换：{G2/X，MARY/Y}，得到问题的解答。14用单元来表示规则例：若Y是X部门的经理，则Y在X部门工作。单元规则表示如下：RULE1self：Manager：CONSE：(element-ofDEPARTMENTS)YXYWorks-in：ANTE：X15语义网络最初由Quillion和Raphael(1968)提出,用来表达英文的语义的.在自然语言理解中应用最多,是一种对学问的图解表示方法.特殊适合于表达分类学的学问,以及其间的困难推理关系,如PROSPECTOR探矿系统,用于表示矿石的各种分类关系.还适于表示事物特性的学问。语义网络由节点和弧线所组成.节点用于表示实体、概念和状况等，弧线用于表示节点之间的关系。16BIRDSWALLOWISA(a)BIRDSWALLOWISAXIAOYANGISA(b)BIRDSWALLOWISAXIAOYANGISAWINGSHAS-PART(c)语义网络应用实例1----表示事物特性的学问17BIRDSWALLOWISAXIAOYANGISANESTNEST1ISAOWNS(d)WINGSHAS-PART语义：小燕是一只燕子。燕子是鸟。鸟有翅膀。小燕拥有一个巢NEST1。NEST1是一个鸟巢。18语义网络应用实例2----表示事物特性的学问TEACHERFACULTYISAPERSONNELISA30MALEHEALTH(e)TEACHER-1ISAMAYINHEDUSEXAGENAME19语义网络应用实例3

----矿石分类关系网络物质矿石岩石硫化矿氧化矿硫化铅硫化铁方铅矿黄铁矿白铁矿火成岩水成岩变成岩流汶岩英安岩subst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofelement-ofelement-ofelement-ofelement-ofelement-of20语义网络应用实例4语义：John给了MARY一本书。GIVING-EVENTSG1JohnMARYBOOKPERSONSPHYS-OBJSISAgiverrecipobjISAISAISA21框架表示（frame)由Minskey(1975)最早提出。是一种结构化的学问表达方法。适合于表示块状学问，如医学诊断学问、军事目标分解学问等，易于对大量有关的“联想”学问进行表示。框架与框架之间还可形成纵向或横向的框架网络，便于进行推理和问题求解。22<框架名><槽1><侧面11><值111>…<侧面12><值121>……<槽2><侧面21><值211>…<侧面22><值221>……<槽n><侧面n1><值n11>…<侧面nm><值nm1>……框架的一般结构:23框架应用实例:(1)关于教职工的框架FRAMEFACULTYAGE:INTEGER[1860]HEALTH:ONEOF(EGNP)(DEFAULT=N)RETIRE:IF-NEED(COND((OR(AND(EQ(SLOT-VALx‘SEX)MALE)(GREATERP(SLOT-VALx‘AGE)60))(AND(EQ(SLOT-VALx‘SEX)FEMALE)(GREATERP(SLOT-VALx‘AGE)55)))(REMOVEx))24(2)关于老师的框架FRAMEFACULTY-TEACHERISA:FACULTYAGE:IF-NEEDED(COND((SLOT-VALx‘YEAR)(PLUS(SLOT-VALx‘YEAR)23))(T23))EDU:HLAN:RANGEASUBSETOF(EJFGR)DEFAULTELEVELONEOF(EGFP)ADDRESS:ANADDRESS(DEFAULT=BITI-BUILDING3)25(3)具体老师的框架FRAMETEACHER-1ISA:FACULTY-TEACHERNAME:ZHAO-GANGSEX:MALEAGE:NILLAN:RANGEEJLEVELGWORK:TEACHINGADDRESS:BUILDING-4RELATION:FACULTY-CADRE26框架网络PERSONNELFACULTYFACULTY-TEACHERFACULTY-CADRETEACHER-1TEACHER-2ISAISAISAISAISASTUDENTISAISAISA框架的层次结构不仅有利于查询、检索，而且可以节约大量的存储量。27框架表示的推理方法应用实例：关于急性肾结石的框架框架名称急性肾结石槽名典型症状外观（浮肿位置=面部……）症状（厌食……)逻辑决策标准充分的症状(无)必要的症状(无)必定没有的症状(无)其他框架的补充关系引起疾病的缘由(链球菌感染……)会引起的疾病(纳潴留……)加剧发病的缘由(急性肾功能衰减……)加剧其他的疾病(蜂窝组织炎……)鉴别诊断慢性高血压说明有慢性肾结石复发性水肿说明有肾综合症评分((若病人是儿童->0.8)(若病人是中年->-0..5)……….)(浮肿程度不大->0.1)(浮肿程度大->-1.0)………)28关于过程表示语义网络、框架、剧本等学问表示方法，均是对学问和事实的一种静态表达方法，我们称这类学问表达方式为陈述式学问表达，它所强调的是事物所涉及的对象是什么，是对事物有关学问的静态描述，是学问的显式表达形式。而对于如何运用这些学问，则通过限制策略来确定。学问的过程式表示，是将有关问题领域的学问，连同如何运用这些学问的方法，均隐式地表达为一个求解问题的过程。对于学问的过程表示，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，其学问描述形式就是程序，全部信息均隐含在程序之中。从求解效率上来看，过程式表达要比陈述式表达高得多。特殊适合像军事“突发事务的处理”一类要求快速响应的学问类型。29对AI学问表达方法的综合运用在实际AI系统中，常常须要依据具体问题领域的特点，综合运用各种学问表达方法学问库不确定就一个，可以是多个，分别放入不同类型的学问。例如限制学问，放在一个学问库中（一般接受规则形式，为顶层学问库），限制学问可用于选择方案。处理学问放在一个学问库中（中间层学问库），可以接受框架表示方法，可用于对目标进行分解，以便知道须要进行哪些子目标的处理。具体学问的处理，放在底层学问库中，可以接受过程或者规则表示形式，用于描述对具体子目标的处理方法。30顶层学问库中层学问库底层学问库规则表示框架表示过程表示“红山II号”专家系统学问库结构示例31AI学问表达结构的探讨---补充1.制约与(传统与)条件1条件N结论……表示假如条件1…条件N均成立,则结论成立.在操作语义上对条件1…条件N无要求.322.整体与子任务1子任务N任务……表示任务可以分解为子任务1…子任务N,在操作语义上“整体与”与“制约与”没什么分别，只是“整体与”面对过程分解，而“制约与”面对逻辑关系。333.成员与子任务1子任务N任务……表示任务可以分解为子任务1…子任务N,并不要求子任务的全部成功完成。在操作语义上，它要求必需将全部子任务执行一次，尽可能多地得出结论。