知识表示人工智能课件

知识表示人工智能课件第1页，共52页，2023年，2月20日，星期一知识表达法基本知识表达法：谓词逻辑、规则等。结构化知识表达法：语义网、框架、脚本等。第2页，共52页，2023年，2月20日，星期一§2.1.2

用谓词逻辑表示知识

例：用谓词公式表示下列句子：

Aformulawhosemainconnectiveisa“→”isequivalenttosomeformulawhosemainconnectiveisa“∨”.第3页，共52页，2023年，2月20日，星期一解：

首先引入下列谓词：

F(x):xisaformulaMC(x,y):themainconnectiveofxisyEQ(x,y):xisequivalenttoy第4页，共52页，2023年，2月20日，星期一解：

Aformulawhosemainconnectiveisa“→”isequivalenttosomeformulawhosemainconnectiveisa“∨”.

(x){[F(x)∧MC(x,imp)]→(y)[F(y)∧MC(y,or)∧EQ(x,y)]}第5页，共52页，2023年，2月20日，星期一§2.2

产生式表示法§2.2.1

产生式与产生式系统产生式

if前提条件

then结论或

if前提条件

then操作产生式又称为规则（

rule）。前提条件、结论、规则均可附加一个可信度。第6页，共52页，2023年，2月20日，星期一例：

(1)如果：炉温超过上限,

则：立即关闭风门。

(2)如果：胶卷感光度为200,

光线条件为晴天,

目标距离不超过5米,

则：快门速度取250,光圈大小取f16。第7页，共52页，2023年，2月20日，星期一注：便于描述人处理问题的局部过程。人处理问题的整体过程可用一个规则序列表示。第8页，共52页，2023年，2月20日，星期一系统组成推理机IE规则库RB状态数据库DB第9页，共52页，2023年，2月20日，星期一系统组成DB：状态数据库，描述当前求解状态（初始事实、推出的结论）RB：状态转换规则库IE：推理机（

InferenceEngine）

按一定策略从RB中选择规则，作用于DB，直到DB变为目标状态（如推出特定结论）。第10页，共52页，2023年，2月20日，星期一控制策略

如何找出可用于当前状态的规则（匹配）

如何选出最佳规则（消除冲突）第11页，共52页，2023年，2月20日，星期一1.

匹配

将规则的前提条件逐个与DB比较，如果每个条件都成立，则该规则可用于当前状态。例：

DB=（b,d,g,f,h）

Ri：if(eorf)andhthenc第12页，共52页，2023年，2月20日，星期一例：

DB=（b,d,g,f,h）

Ri：if(eorf)andhthenc①检验

(eorf)是否成立:

√

②检验

h是否成立:

√

∴将结论c加入DB得：

DB=（b，d，g，f，h，c）第13页，共52页，2023年，2月20日，星期一注：当规则含有变量时，首先进行变量代换。参：第三章3.1.3模式匹配与变量代换对于不精确规则，需要计算前提和结论的可信度参：第六章第14页，共52页，2023年，2月20日，星期一2.消除冲突（优先序）

处理专门、特殊情况的规则，优先于处理一般情况者。如：

R1：ifaandbtheneR2：ifaandbandcthenf第15页，共52页，2023年，2月20日，星期一消除冲突首先匹配者优先静态有序。给各前提赋予不同的优先级，含高优先级条件者优先执行（质优先）。前提条件多的优先（量优先）。隐含各前提的优先级相同。第16页，共52页，2023年，2月20日，星期一推理方向

1.

正向推理（Forward）

F规则事实

结论

第17页，共52页，2023年，2月20日，星期一例：

DB=（f1，f2，f3，f4，f5）

R1：c1∧f4

→c2R2：f1∧f2∧f3

→c1R3：f3

∧f5→c3R4：f2

∧f3

∧~f5

→c4R5：f1

∧c3→

c5第18页，共52页，2023年，2月20日，星期一解：

假设采用“首先匹配者优先”策略，则推理过程如下：（1）使用R2：f1∧f2∧f3

→c1推出c1（2）使用R1：c1∧f4

→c2推出c2（3）使用R3：f3

∧f5→c3推出c3（4）使用R5：f5

∧c3→

c5推出c5第19页，共52页，2023年，2月20日，星期一2.

逆向推理（backward）

B规则事实

目标（结论）

第20页，共52页，2023年，2月20日，星期一例：

已知：DB=（f1，f2，f3，……，f10，f11）

R1：c2

∧f5

∧p2→cgR2：f1

∧c1→c2R3：f2

∧f3

∧f4→c1R4：p1

∧f6→p2R5：c4

∧f11→cgR6：f7

∧c3

∧f10→c4R7：f8

∧f9→c3

其中：ci表示推出的中间结论，pi表示在本例中不成立的前提。第21页，共52页，2023年，2月20日，星期一逆向推理图示：Cg

C2f5

P2

C4f11

f1C1

P1f6f7C3f10

f1f3f4f8f9第22页，共52页，2023年，2月20日，星期一3.混合推理正向推理不足：可能推出大量无关结论。逆向推理不足：可能尝试大量无关假设。混合推理的方式：用启发式规则进行粗略的正向推理，提出一个假设的可能目标，再用较详细的规则进行详细的逆向推理，以便验证假设。在逆向推理的基础上，用正向推理推出更多的相关结论。第23页，共52页，2023年，2月20日，星期一4.

双向推理。当前事实集：初始事实

、正向推理推出的中间结论。当前目标集：原目标、为证明原目标而归约、分解出的子目标交替使用正向推理和逆向推理，直到当前目标集与当前事实集匹配。第24页，共52页，2023年，2月20日，星期一小结产生式系统是AI最基本的结构形式。

特点：便于模拟人的知识积累过程便于实现datadriven处理方式：新数据输入

行为改变便于增删规则集各规则之间相对独立。第25页，共52页，2023年，2月20日，星期一§2.3

框架（frame）

同类事物或过程重现特定模式第26页，共52页，2023年，2月20日，星期一框架的使用识别激活

问题

特征

模式引用

参考处理方案

第27页，共52页，2023年，2月20日，星期一框架的引入

为表达上述模式化知识，引入框架表示法：

框架

认知模式

框架系统：包括框架、子框架。通常组织成层次结构或网状结构。可以借助类层次描述。第28页，共52页，2023年，2月20日，星期一框架的表示方法特性值：①可为另一个知识表示子结构。如谓词逻辑、子框架、规则集等。

②可为特殊处理过程。（注视特定条件的守护程序）

如：

if—neededif—addedif—deniedif—fail

可实现微观控制机制，数据驱动，随机应变。第29页，共52页，2023年，2月20日，星期一框架的基本形式：

框架名称

侧面11值11

槽1……

……

侧面1m值1m

槽2侧面21值21……

……

侧面22值2m

……

……

第30页，共52页，2023年，2月20日，星期一一种具体框架模式框架名称

槽1value真实值

default缺省值

if_needed推断值的过程

槽2………………………………

……

……第31页，共52页，2023年，2月20日，星期一§2.3.2框架的推理方法

回溯

激活

确认

当前状态

侯选框架

可用框架

应用

联想

处理当前情况

第32页，共52页，2023年，2月20日，星期一框架推理

1、选择候选框架利用各框架的关键特征与当前状态进行初步特征匹配。

2、确认候选框架进一步利用其余特征进行详细的匹配（逆向），需要采用启发式经验进行灵活匹配。第33页，共52页，2023年，2月20日，星期一框架推理

3、重选候选框架

当无法确认时：

利用相似框架联想规则。利用框架系统的分类层次结构向上移动，找出一个能够概括当前情况的一般框架，再沿另一条路径向下找出一个候选框架。

第34页，共52页，2023年，2月20日，星期一框架推理

4、应用确认框架①

引用现成结论（what）如诊断型问题。②

构造当前状态的具体解释

即给出例示框架：无结构信息

有结构信息（例示框架）第35页，共52页，2023年，2月20日，星期一框架推理

4、应用确认框架③

引用相应处理方案或推理知识（how）。④

引导注意力：不匹配的部分，可能对应特殊情况：

Ⅰ）实际存在而未发现：进一步寻找。

Ⅱ）故障。（损毁）

Ⅲ）确实不存在：修正框架模式。

第36页，共52页，2023年，2月20日，星期一§2.4语义网络（Semanticnetwork）最初：表达人类记忆模型及理解自然语言。事物之间存在自然的关系，在人脑中形成自然的联想网络（associativenet）。自然关系

联想网络主要用于表示不含变量的命题信息，又称为命题网（Propositionalnet）。第37页，共52页，2023年，2月20日，星期一§2.4.1语义网络表示方法：

1.基本表示法

实体：概念、实例（抽象或具体）

关系（特性）：

分类：AKO，ISA，…

组成：ISPART，HASPART，EL，…

结构：SUPPORTEDBY，…

性质：COLOR，OWNER，…

…………第38页，共52页，2023年，2月20日，星期一语义网络基本表示法大学城西北大学李明助教郭杜镇25岁位于单位职务位于年龄长安区属于西安市属于第39页，共52页，2023年，2月20日，星期一多元关系表示法

例：“a队与b队比赛，比分为1∶3”

用谓词表示为：game（a，b，1∶3）用语义网表示如下：

gameg1ba1:3主队客队ISASCORE第40页，共52页，2023年，2月20日，星期一多元关系表示法studentISA三国演义readbookJohnread1ISAISAsubjectobject第41页，共52页，2023年，2月20日，星期一实现语义网具体实现一个语义网：利用实体——特性——特性值对象——属性——值

三元组

(OAV：Object—attribute—value)第42页，共52页，2023年，2月20日，星期一例：

用PROLOG子句（谓词）也可以方便地表示语义网：

ISA（氧气，单质）.

化学性质（氧气，RA_1）.

化学性质（氧气，RA_2）.第43页，共52页，2023年，2月20日，星期一例：

a_kind_of("苹果"，"水果").taste("苹果"，"甜").a_kind_of("富士"，"苹果").intro_from("富士"，"日本").is_a("日本"，"亚洲国家").

…

…

…第44页，共52页，2023年，2月20日，星期一量词的表示①存在量词的表示可直接用

ISA

链表示②全称量词的表示例：下面语句“Everydoghadbittenapostman”

可表示如下：第45页，共52页，2023年，2月20日，星期一量词的表示S1：Form，whichstatestherelationthatisbeingasserted.Form中的其它变量B，P为存在变量。

ISAS1GSGS1DOGBITEPOSTMANDBPFormISAISAISA攻击者受害者第46页，共52页，2023年，2月20日，星期一§2.4.2语义网络推理方法

语义网表示法无统一的形式语义，具体网络结构的含义由具体的应用决定，相应的推理方法，或使用网络的方法各异。常用推理过程：搜索、匹配（PROLOG）、继承，可信度传播（PROSPECTOR）。第47页，共52页，2023年，2月20日，星期一匹配：

（1）构造一个含有未知结点或未知关系的

问