知识表示课件

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6、1、2知识表示面向计算机得知识描述或表达形式与方法。面向人得知识表示可以就是语言、文字、数字、符号、公式、图表、图形、图像等多种形式。这些表示形式就是人所能接受、理解与处理得形式。但面向人得这些知识表示形式,目前还不能完全直接用于计算机,因此就需要研究适于计算机得知识表示模式。具体来讲,就就是要用某种约定得(外部)形式结构来描述知识,而且这种形式结构还要能够转换为机器得内部形式,使得计算机能方便地存储、处理与利用。

6、1、3知识表示得语言实现上面谈得知识表示仅指知识得逻辑结构或形式。要把这些外部得逻辑形式转化为机器得内部形式,还需要程序语言支持。原则上讲,一般得通用程序设计语言都可实现上述得大部分表示方法。但使用专用得面向某一知识表示得语言更为方便与有效。因此,几乎每一种知识表示方法都有其相应得专用实现语言。例如,支持谓词逻辑得语言有PROLOG与LISP,专门支持产生式得语言有OPS5,专门支持框架得语言有FRL,支持面向对象表示得语言有Smalltalk、C++与Java等,支持神经网络表示得语言有AXON…、6、2框架

6、2、1框架得概念框架就是一种结构模式,其一般形式就是:<框架名><槽名1><槽值1>|<侧面名11><侧面值111,侧面值112,…><侧面名12><侧面值121,侧面值122,…><槽名2><槽值2>|<侧面名21><侧面值211,侧面值212,…><侧面名22><侧面值221,侧面值222,…>

…<槽名k><槽值k>|<侧面名k1><侧面值k11,侧面值k12,…><侧面名k2><侧面值k21,侧面值k22,…>

其中槽值与侧面值可以就是数值、字符串、布尔值,也可以就是一个动作或过程,甚至还可以就是另一个框架得名字。例6、1一个描述“教师”得框架:框架名:<教师>类属:<知识分子>工作:范围:(教学,科研;缺省:教学)性别:(男,女)学历:(中师,高师)类型:(<小学教师>,<中学教师>,<大学教师>)可以瞧出,这个框架得名字为“教师”,它含有5个槽,槽名分别就是“类属”、“工作”、“性别”、“学历”与“类型”。这些槽名得右面就就是其值,如“<知识分子>”、“男”、“女”、“高师”、“中师”等等。其中“<知识分子>”又就是一个框架名,“范围”、“缺省”就就是侧面名,其后就是侧面值,如:“教学”、“科研”等。用<>括得槽值也就是框架名。例6、2一个描述“大学教师”得框架:框架名:<大学教师>类属:<教师>学历:(学士,硕士,博士)专业:<学科专业>职称:(助教,讲师,副教授,教授)外语:语种:范围:(英,法,日,俄,德,…)

缺省:英水平:(优,良,中,差)缺省:良描述一个具体教师得框架:框架名:<教师-1>类属:<大学教师>姓名:李明性别:男年龄:25学历:博士职称:助教专业:计算机应用外语:英水平:良部门:计算机系软件教研室工作:参加工作时间:1995年8月工龄:当前年份-参加工作年份工资:<工资单>可以瞧出,两个框架之间存在一种层次关系。一般称前者为上位框架(或父框架),后者为下位框架(或子框架)。当然,上位与下位就是相对而言得。

6、2、2框架得表达能力由框架得形式可以瞧出,框架适合表达结构性得知识。所以,概念、对象等知识最适于用框架表示。其实,框架得槽就就是对象得属性或状态,槽值就就是属性值或状态值。框架还可以表示行为(动作),所以,有些过程性事件或情节也可用框架网络来表示。例6、4关于房间得框架:框架名:<房间>墙数x1:

缺省:x1=4

条件:x1>0窗数x2:

缺省:x2=2

条件:x2≥0门数x3:

缺省:x3=1

条件:x3>0前墙:(墙框架(w1,d1))后墙:(墙框架(w2,d2))左墙:(墙框架(w3,d3))右墙:(墙框架(w4,d4))天花板:<天花板框架>地板:<地板框架>门:<门框架>窗:<窗框架>条件:w1+w2+w3+w4=x2d1+d2+d3+d4=x3类型:(<办公室>,<教室>,<会客室>,<卧室>,<厨房>,<仓库>,…)例6、5机器人纠纷问题得框架描述。图6―1机器人纠纷问题

产生式规则也可用框架表示。例:产生式如果头痛且发烧,则患感冒。用框架表示可为:框架名:<诊断1>

前提:条件1:头痛条件2:发烧结论:患感冒

6、2、3基于框架得推理基于框架得推理方法就是继承:子框架可以拥有其父框架得槽及其槽值。实现继承得操作有匹配、搜索与填槽。匹配:问题框架同知识库中得框架模式匹配。所谓问题框架,就就是要求解某个问题时,先把问题用一个框架表示出来,然后与知识库中得已有框架进行匹配。如果匹配成功,就可获得有关信息。搜索就就是沿着框架间得纵向与横向联系,在框架网络中进行查找。搜索得目得就是为了获得有关信息。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静

6、2、4框架得程序语言实现

PROLOG可方便地实现框架。用PROLOG实现框架表示,一般采用含结构或表得谓词来实现。因为框架实际上就就是树,而PROLOG得结构也就是树、表得元素个数与层数都不限定,可动态变化,因此,更适于表示一般得框架。例如,前面得“教师”框架用PROLOG可表示如下:frame(name("教师"),

kind_of("<知识分子>"),

work(scope("教学","科研"),default("教学")),

sex("男","女"),

reco_of_f_s("中师","高师"),

type(“<小学教师>”,“<中学教师>”,“<大学教师>”))、

框架得通用表示形式参考:其中得subtreelist就是递归定义得。按此定义所有框架都取统一得表示形式。

domainsname=name(string)body=body(subtreelist)subtreelist=subtree*subtree=st(string,subtreelist)databaseframe(name,body)clausesframe(name(“教师”),

body(［st(“类属”,［st(“<知识分子>”,［］)］),

st(“工作”,［st(“范围”,［st(“教学”,［］),

st("科研",［］)］),st("缺省",［st("教学",［］)］)］),

st("性别",［st("男",［］),st("女",［］)］),

st("学历",［st("中师",［］),st("高师",［］)］),

st("类型",［st("<小学教师>",［］),st("<中学教师>",［］),

st("<大学教师>"［］)］)］))6、3语义网络

6、3、1语义网络得概念语义网络就是由节点与边(也称有向弧)组成得一种有向图。其中节点表示事物、对象、概念、行为、性质、状态等;有向边表示节点之间得某种联系或关系。例如图就是一个语义网络。其中,边上得标记就是边得语义。图6―2苹果得语义网络

语义网络得概念最先由Quillian提出来得(1968年,博士论文):把语义网络作为人类联想记忆得一个显式心理模型。所以,语义网络也称联想网络。语义网络可以划分为五个级别:执行级、逻辑级、认识论级、概念级与语言学级。七种类型:

(1)命题语义网(包括分块联想网络);

(2)数据语义网:以数据为中心得语义网络;

(3)语言语义网:用于自然语言得分析与理解;

(4)结构语义网:描述客观事物得结构,常见于模式识别与机器学习等领域;

(5)分类语义网:描述抽象概念及其层次;

(6)推理语义网:就是一种命题网,但它已在某种程度上规范化,更适于推理;

(7)框架语义网:与框架相结合得

6、3、2语义网络得表达能力语义网络不仅可以表示事物得属性、状态、行为等,而且更适合于表示事物之间得关系与联系。而表示一个事物得层次、状态、行为得语义网络,也可以瞧作就是该事物与其属性、状态或行为得一种关系。抽象地说,语义网络可表示事物之间得关系。因此,关系(或联系)型得知识与能化为关系型得知识都可以用语义网络来表示。

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1、实例关系实例关系表示类与其实例(个体)之间得关系。这就是最常见得一种语义关系。例如,“小华就是一个大学生”就可表示为图6―4。其中,关系“就是一个”一般标识为“is-a”,或ISA。小华大学生ISA

2、分类(或从属、泛化)关系分类关系就是指事物间得类属关系,图6―5就就是一个描述分类关系得语义网络。其中下层概念节点除了可继承、细化、补充上层概念节点得属性外,还出现了变异得情况:鸟就是鸵鸟得上层概念节点,其属性就是“有羽毛”、“会飞”,但鸵鸟得属性只就是继承了“有羽毛”这一属性,而把鸟得“会飞”变异为“不会飞”。其中,关系“就是一种”一般标识为“akindof”或AKO。

3、组装关系如果下层概念就是上层概念得一个方面或者一部分,则称它们得关系就是组装关系。例如图6―6所示得语义网络就就是一种聚集关系。其中,关系“一部分”一般标识为“apartof”。桌子桌腿桌面一部分apartof

4、属性关系属性关系表示对象得属性及其属性值。如图表示simon就是一个人,男性,40岁,职业就是教师。张三计算机学会就是成员5、集合与成员关系意思就是“就是……得成员”,它表示成员(或元素)与集合之间得关系。例如,“张三就是计算机学会会员”。其中,关系“就是成员”一般标识为“a-member-of”。

6、逻辑关系如果一个概念可由另一个概念推出,两个概念间存在因果关系,则称它们之间就是逻辑关系。图6―9所示得语义网络就就是一个逻辑关系。雨天外出ANDOR带雨披带雨伞则

7、方位关系在描述一个事物时,经常需要指出它发生得时间、位置,或者指出它得组成、形状等等,此时可用相应得方位关系语义网络表示。例如事实:张宏就是石油学院得一名助教;石油学院位于西安市电子二路;张宏今年25岁。

电子2路石油学院张宏助教西安市区25岁位于工作在职务属于年龄

8、所属关系所属关系表示“具有”得意思。例如“狗有尾巴”图6―11表示所属关系得语义网络狗尾巴have语义网络中得语义关系就是多种多样得,一般根据实际关系定义。如常见得还有before、after、at等表示时间次序关系与located-on、located-under等表示位置关系。进一步,还可对带有全称量词与存在量词得谓词公式得语义加以表示。语义网络实际上就是一种复合得二元关系图。网络中得一条边就就是一个二元关系,而整个网络可以瞧作就是由这些二元关系拼接而成。

还可以从语句角度来考察语义网。例如,对于如下得语句(或事件):小王送给小李一本书。用语义网络可表示如图,其中S代表整个语句。这种表示被称为就是自然语言语句得深层结构表示。送书小王小李书giverrecipientSobject语义网络表示用谓词公式表示得形式语言语句。例如:

x(student(x)∧read(x,三国演义))

即“某个学生读过《三国演义》”,其语义网络表示为:分块语义网络“每个学生都读过《三国演义》”:其语义网络表示为:

6、3、3基于语义网络得推理基于语义网络得推理也就是继承。继承也就是通过匹配、搜索实现得。问题求解时,首先根据待求问题得要求构造一个网络片断,然后在知识库中查找可与之匹配得语义网络,当网络片断中得询问部分与知识库中得某网络结构匹配时,则与询问处匹配得事实,就就是问题得解。苹果x富士特点AKO语义网络片段

6、3、4语义网络得程序语言实现由于语义网络就是一个二元关系图,所以用PROLOG可方便地实现语义网络知识表示。例如,图6―1所示得语义网络用PROLOG可表示如下: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")、a--kind--of("秦冠","苹果")、produ--in("秦冠","陕西")、is--located--at("陕西","中国西部")、a--part--of("中国西部","中国")、………

也可以表示为arc(a--kind--of,"苹果","水果")、arc(taste,"苹果","甜")、arc(a--kind--of,"富士","苹果")、arc(intro--from,"富士","日本")、arc(is--a,"日本","亚洲国家")、arc(a--kind--of,"秦冠","苹果")、arc(produ--in,"秦冠","陕西")、arc(is--located--at,"陕西","中国西部")、arc(a--part--of,"中国西部","中国")、………

也可以将一个网络或网络片段组织在一个事实中。例如:

net1(a--kind--of(“苹果”,“水果”),taste(“苹果”,“甜”),a--kind--of(“秦冠”,“苹果”),produ--in("秦冠","陕西"))、6、4面向对象知