[从业资格考试]第二章知识表示方法.ppt

第二章 知识表示方法,2.1 基本概念2.2 一阶谓词逻辑表示法2.3 状态空间法2.4 问题归约法2.5 谓词逻辑法2.6 语义网络法2.7 其他方法2.8 小结,2,第2.1节 基本概念,2.1.1 什么是知识2.1.2 知识的特性2.1.3知识的分类2.1.4知识的表示,3,2.1.1什么是知识,什么是知识（1）数据与信息用一组符号及其组合表示的信息称为数据，泛指对客观事物的数量、属性、位置及其相互关系的的抽象表示。例：12 ABC 中午,4,2.1.1什么是知识,数据是信息的载体和表示，信息是数据在特定场合下的具体含义，即信息是数据的语义。两者只有密切结合，才能实现世界中某一具体事务的描述。例如：2可以表示成2本书或2个人知识：把有关信息关联起来所形成的信息结构,5,2.1.2知识的特性,相对正确性知识是否正确是有前提条件的，比如说唐朝人以胖为美；1+1=10不确定性信息与关联是构成知识的两个要素信息：精确地，不确定的，模糊的关联：确定的，不确定的，除了真假之外还有其他状态,6,2.1.2知识的特性,可表示性和可利用性表示：语言、图形、文字、神经元网络等利用：用知识解决所面临的各种各样的问题,7,2.1.2知识的特性,（1）由随机性引起的不确定性例如：随机事件 抛币（2）由模糊性引起的不确定性由模糊概念，模糊关系所形成的知识是不确定的比如，个子的高低,8,2.1.2知识的特性,（3）由不完全性引起的不确定性只有积累了大量的感性认识才能升华到理性认识的高度 例如：疾病（4）由经验性形成的不确定性专家的经验专家系统精确描述有问题,9,2.1.3知识的分类,从作用范围划分（1）常识性知识：通用性知识是人们普遍知道的知识，适用于所有领域（2）领域性知识：是面向某个领域的知识，是专业性知识，只有相应专业的人员才能掌握并用来求解领域内的问题,10,2.1.3知识的分类,从知识的作用划分（1）事实性知识：用于描述领域内有关概念、事实、事物的属性和状态等例如：糖的甜的 一年有春夏秋冬四个季节,11,2.1.3知识的分类,（2）过程性知识：是指领域相关的知识，用于指出如何处理与领域相关的信息，以求得问题的解。用产生式规则和语义网络求解（3）控制性知识：又称深层知识。用已有的知识进行问题求解的知识，即关于知识的知识,12,2.1.3知识的分类,从确定性划分（1）确定性知识：可指出真值是“真”和“假”的知识（2）不确定性知识：是对不精确，不完全，模糊性知识的总称。,13,2.1.3知识的分类,从知识结构及表现形式划分（1）逻辑性知识：反映人们逻辑思维过程的知识，一般具有因果关系和难以精确描述的特点，通常基于专家经验。一阶谓词逻辑，产生式表示法用来表示这种知识,14,2.1.3知识的分类,（2）形象性知识：例如：树从抽象、整体的观点划分（1）零级知识 事实，领域，方程，常识性知识及原理性知识（2）一级知识 经验性启发性知识（3）二级知识 运用以上两级知识的知识,15,2.1.4知识的表示,知识的表示：在选择知识表示方法时，应考虑以下几个方面（1）充分表示领域知识在医疗诊断领域，只是具有经验性，因果性，适合于用产生式表示法进行表示,16,2.1.4知识的表示,在设计领域，一个部件由多个子部件组成，它们即有共性又有个性，需要用框架表示法和产生式表示结合起来。（2）有利于对知识的利用表示：领域知识形式化计算机内部存储利用：使用知识进行推理，求解现实问题表示的目的是利用，利用的基础是表示,17,2.1.4知识的表示,（3）便于对知识的组织，维护和管理组织：依赖于知识的表示方法维护：知识的质量、数量、性能方面补充、修改、删除管理：保持知识的一致性、完整性（4）便于理解和实现,18,2.2一阶谓词逻辑表示法,2.2.1表示知识的方法谓词逻辑适合于表示事物的状态、属性、概念等事实性的知识，事务间确定的因果关系。首先确定谓词，然后用连词连接例:,19,2.2.1表示知识的方法,有下列知识：自然数都是大于零的整数所以整数不是偶数就是奇数偶数除以2是整数定义谓词为：N（x）：x是自然数I（x）：x是整数 E（x）：x是偶数O（x）：x是奇数 G（x）：x大于零S（x）：表示x除以2,20,2.2.1表示知识的方法,连词连接表示：自然数都是大于零的整数 所有整数不是偶数就是奇数偶数除以2是整数,21,2.2.1表示知识的方法,例2 设在房间c处有一个机器人，在a及b处各有一张桌子，a桌子上有一个盒子，为了让机器人把盒子从a处拿到b处的桌子上，然后再回到c处，需要制定相应的行动规则，用一阶谓词逻辑来描述机器人的行动过程,22,2.2.1表示知识的方法,谓词定义：Table（x）：x是桌子Empty（y）：y手中是空的At（y，z）：y在z的附近Holds（y，w）：y拿着wOn（w，x）：w在x上面,23,2.2.1表示知识的方法,域x的个体域a，by的个体域robotz的个体域a，b，cw的个体域box,24,2.2.1表示知识的方法,状态 初始状态 At（robot，c）Empty（robot）On（box，a）Table（a）Table（b）,25,2.2.1表示知识的方法,状态目标状态At（robot，c）Empty（robot）On（box，b）Table（a）Table（b）,26,2.2.1表示知识的方法,操作：条件+动作条件：谓词方式动作：通过动作前后的状态变化表示Goto（x，y）：从x走到y处Pick-up（x）：在x处拿起盒子Set-down（x）：在x处放下盒子,27,2.2.1表示知识的方法,行动规则,28,2.2.1表示知识的方法,29,2.2.1表示知识的方法,一阶谓词逻辑表示法的特点（1）优点 自燃性、精确性、严密性、容易实现（2）局限性不能表示不确定的知识组合爆炸效率低,30,2.3状态空间法（State Space Representation）,问题求解技术主要是两个方面：问题的表示求解的方法状态空间法状态（state）算符（operator）状态空间方法,31,2.3状态空间法（State Space Representation）,状态：是为描述某类不同事物间的差别而引入的一组最少变量q0，q1，qn的有序集合，其矢量形式如下：Q=q0,q1,qnT 式中每个元素qi(i=0,1，n)为集合的分量，称为状态变量。给定每个分量的一组值就得到一个具体的状态，如=q0k,q1k,，qnkT,32,2.3状态空间法（State Space Representation）,算符：使问题从一种状态变化为另一种状态的手段称为操作符或算符。操作符可为走步、过程、规则、数学算子、运算符号或逻辑符号等。,33,2.3状态空间法（State Space Representation）,问题的状态空间(state space)是一个表示该问题全部可能状态及其关系的图，它包含三种说明的集合，即所有可能的问题初始状态集合S、操作符集合F以及目标状态集合G。因此，可把状态空间记为三元状态(S，F，G)。,34,2.3状态空间法（State Space Representation）,状态空间表示法对一个问题的状态描述，必须确定3件事：(1)该状态描述方式，特别是初始状态描述；(2)操作符集合及其对状态描述的作用；(3)目标状态描述的特性。,35,2.3状态空间法（State Space Representation）,状态空间表示举例产生式系统一个产生式系统由下列3部分组成：一个总数据库(global database)，它含有与具体任务有关的信息。一套规则，它对数据库进行操作运算。每条规则由左右两部分组成，左部鉴别规则的适用性或先决条件，右部描述规则应用时所完成的动作。应用规则来改变数据库。,36,2.3.1 问题状态描述,定义状态：描述某类不同事物间的差别而引入的一组最少变量q0，q1，qn的有序集合。算符：使问题从一种状态变化为另一种状态的手段称为操作符或算符。问题的状态空间：是一个表示该问题全部可能状态及其关系的图，它包含三种说明的集合，即三元状态（S，F，G）。,2.1 状态空间法,37,2.状态空间表示概念详释,例如下棋、迷宫及各种游戏。,MiddleState,GoalState,2.1 状态空间法,38,例:三数码难题（3 puzzle problem）,初始棋局,目标棋局,2.1 状态空间法,39,有向图路径代价图的显示说明图的隐示说明,2.3.2 状态图示法,A,B,2.1 状态空间法,40,2.3.3 状态空间表示举例,产生式系统（production system）一个总数据库：它含有与具体任务有关的信息随着应用情况的不同，这些数据库可能简单，或许复杂。一套规则：它对数据库进行操作运算。每条规则由左部鉴别规则的适用性或先决条件以及右部描述规则应用时所完成的动作。一个控制策略：它确定应该采用哪一条适用规则，而且当数据库的终止条件满足时，就停止计算。,2.1 状态空间法,41,状态空间表示举例,例：猴子和香蕉问题,2.1 状态空间法,42,解题过程,用一个四元表列（W，x，Y，z）来表示这个问题状态.,这个问题的操作（算符）如下：2 goto（U）表示猴子走到水平位置U或者用产生式规则表示为（W，0，Y，z）goto（U）（U，0，Y，z）,2.1 状态空间法,43,pushbox（V）猴子把箱子推到水平位置V，即有（W，0，W，z）pushbox（V）（V，0，V，z）,climbbox猴子爬上箱顶，即有（W，0，W，z）climbbox（W，1，W，z）,2.1 状态空间法,44,grasp猴子摘到香蕉，即有（c，1，c，0）grasp（c，1，c，1）,该初始状态变换为目标状态的操作序列为goto(b),pushbox(c),climbbox,grasp,2.1 状态空间法,45,2.1 状态空间法,46,猴子和香蕉问题自动演示：,2.1 状态空间法,47,2.4问题归约法（Problem Reduction Representation）,48,问题归约表示的组成部分：一个初始问题描述；一套把问题变换为子问题的操作符；一套本原问题描述。,问题归约的实质：从目标(要解决的问题)出发逆向推理，建立子问题以及子问题的子问题，直至最后把初始问题归约为一个平凡的本原问题集合。,2.2 问题规约法,49,2.4.1 问题归约描述（Problem Reduction Description）,梵塔难题,2.2 问题规约法,50,解题过程（3个圆盘问题）,2.2 问题规约法,51,多圆盘梵塔难题演示,2.2 问题规约法,52,2.4.2与或图表示,1.与图、或图、与或图,2.2 问题规约法,53,2.2 问题规约法,54,2.一些关于与或图的术语,2.2 问题规约法,55,3.定义,2.2 问题规约法,56,不可解节点的一般定义没有后裔的非终叶节点为不可解节点。全部后裔为不可解的非终叶节点且含有或后继节点，此非终叶节点才是不可解的。后裔至少有一个为不可解的非终叶节点且含有与后继节点，此非终叶节点才是不可解的。与或图构成规则,2.2 问题规约法,57,