人工智能技术导论第6章知识表示课件.ppt
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1、第6章 知识表示,6.1 知识及其表示 6.2 框 架6.3 语义网络6.4 面向对象知识表示,第6章 知识表示 6.1 知识及其表示,6.1 知识及其表示,6.1.1 知识的概念 “知识”是我们熟悉的名词。但究竟什么是知识呢?我们认为,知识就是人们对客观事物(包括自然的和人造的)及其规律的认识,知识还包括人们利用客观规律解决实际问题的方法和策略等。,6.1 知识及其表示 6.1.1 知识的概念,对客观事物及其规律的认识,包括对事物的现象、本质、属性、状态、关系、联系和运动等的认识,即对客观事物的原理的认识。利用客观规律解决实际问题的方法和策略,包括解决问题的步骤、操作、规则、过程、技术、技巧
2、等具体的微观性方法;也包括诸如战术、战略、计谋、策略等宏观性方法。所以,就内容而言,知识可分为(客观)原理性知识和(主观)方法性知识两大类。 就形式而言,知识可分为显式的和隐式的。,对客观事物及其规律的认识,包括对事物,人工智能技术导论第6章知识表示课件,人工智能技术导论第6章知识表示课件,6.1.3 知识表示的语言实现 上面谈的知识表示,仅是指知识的逻辑结构或形式。那么,要把这些外部的逻辑形式转化为机器的内部形式,还需要程序语言的支持。原则上讲,一般的通用程序设计语言都可实现上述的大部分表示方法。但使用专用的面向某一知识表示的语言更为方便和有效。因此,几乎每一种知识表示方法都有其相应的专用实
3、现语言。例如,支持谓词逻辑的语言有PROLOG和LISP,专门支持产生式的语言有OPS5,专门支持框架的语言有FRL,支持面向对象表示的语言有Smalltalk、C+和Java等,支持神经网络表示的语言有AXON。,6.1.3 知识表示的语言实现,6.2 框 架,6.2.1 框架的概念 顾名思义,框架就是一种结构,一种模式,其一般形式是: | ,6.2 框 架 6.2.1 框架的概念,| | ,|侧面值211,侧面值,即一个框架一般有若干个槽,一个槽有一个槽值或者有若干个侧面,而一个侧面又有若干个侧面值。其中槽值和侧面值可以是数值、字符串、布尔值,也可以是一个动作或过程,甚至还可以是另一个框架
4、的名字。,即一个框架一般有若干个槽,一个槽有一,例6.1 下面是一个描述“教师”的框架:框架名:类属:工作:范围:(教学,科研)缺省:教学性别:(男,女)学历:(中师,高师)类型:(,),例6.1 下面是一个描述“教师”的框架:,可以看出,这个框架的名字为“教师”,它含有5个槽,槽名分别是“类属”、“工作”、“性别”、“学历”和“类型”。这些槽名的右面就是其值,如“”、“男”、“女”、“高师”、“中师”等等。其中“”又是一个框架名,“范围”、“缺省”就是侧面名,其后是侧面值,如:“教学”、“科研”等。另外,用括的槽值也是框架名。,可以看出,这个框架的名字为“教师”,例6.2 下面是一个描述“大
5、学教师”的框架:框架名:类属:学历:(学士,硕士,博士)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,例6.2 下面是一个描述“大学教师”的框架:,例6.3 下面是描述一个具体教师的框架:框架名:类属:姓名:李明性别:男年龄:25职业:教师职称:助教专业:计算机应用,例6.3 下面是描述一个具体教师的框架:,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:,部门:计算机系软件教研室,比较例6.2和例6.3中的框架,可以看出,前者描述的是一个概念,后者描述的则是一个具体的事
6、物。二者的关系是,后者是前者的一个实例。因此,后者一般称为前者的实例框架。这就是说,这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,上位和下位是相对而言的。例如“大学教师”虽然是“教师-1”的上位框架,但它却是“教师”框架的下位框架,而“教师”又是“知识分子”的下位框架。,比较例6.2和例6.3中的框架,可以,6.2.2 框架的表达能力 由框架的形式可以看出,框架适合表达结构性的知识。所以,概念、对象等知识最适于用框架表示。其实,框架的槽就是对象的属性或状态,槽值就是属性值或状态值。不仅如此,框架还可以表示行为(动作),所以,有些过程性事件或
7、情节也可用框架网络来表示。,6.2.2 框架的表达能力,例6.4 下面是关于房间的框架:框架名:墙数x1: 缺省:x1=4 条件:x10窗数x2: 缺省:x2=2 条件:x20门数x3: 缺省:x3=1 条件:x30,例6.4 下面是关于房间的框架:,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:地板:门:窗:条件:w1+w2+w3+w4=x2d1+d2+d3+d4=x3类型:(,),前墙:(墙框架(w1,d1),例6.5 机器人纠纷问题的框架描述如图6-1所示。,图61 机器人纠纷问题,例6.5 机器人纠纷问题的框架描
8、述如图6-1所,还需指出的是,产生式规则也可用框架表示。 例如,产生式 如果头痛且发烧,则患感冒。 用框架表示可为: 框架名: 前提:条件1:头痛 条件2:发烧 结论:患感冒,还需指出的是,产生式规则也可用框,6.2.3 基于框架的推理 基于框架的推理方法是继承。所谓继承,就是子框架可以拥有其父框架的槽及其槽值。实现继承的操作有匹配、搜索和填槽。 匹配就是问题框架同知识库中的框架的模式匹配。所谓问题框架,就是要求解某个问题时,先把问题用一个框架表示出来,然后与知识库中的已有框架进行匹配。如果匹配成功,就可获得有关信息。搜索就是沿着框架间的纵向和横向联系,在框架网络中进行查找。搜索的目的是为了获
9、得有关信息。,6.2.3 基于框架的推理,6.2.4 框架的程序语言实现 有一种名为FRL(Frame Representation Language)的程序设计语言,就是专门基于框架的程序设计语言。用它就可以方便地实现框架知识表示。不过,用PROLOG也可方便地实现框架表示。用PROLOG实现框架表示,一般采用含结构或表的谓词来实现。因为框架实际上就是树,而PROLOG的结构也是树,表又是特殊的结构,它的元素个数和层数都不限定,可动态变化,因此,更适于表示一般的框架。,6.2.4 框架的程序语言实现,例如,前面的“教师”框架用PROLOG可表示如下: frame(name(教师), kind
10、-of(), work(scope(教学,科研),default(教学), sex(男,女), reco-of-f-s(中师,高师), type(“”,“”,“”). 如果要给出框架的一个通用表示形式,则下面的表示方式可供参考。,例如,前面的“教师”框架用PROLOG可表示如下:,frame(name(教师),body(st(类属,st(,),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(,),st(,),=st(),frame(name(教师),,这是
11、一个PROLOG的“事实”,其谓词及领域说明如下: domains name=name(string) body=body(subtree list) subtreelist=subtree* subtree=st(string,subtreelist)database frame(name,body) 其中的subtreelist是递归定义的。按此定义所有框架都取统一的表示形式。,这是一个PROLOG的“事实”,其谓词及领域说明如下:,6.3 语义网络,6.3.1 语义网络的概念 语义网络是由节点和边(也称有向弧)组成的一种有向图。其中节点表示事物、对象、概念、行为、性质、状态等;有向边表示
12、节点之间的某种联系或关系。例如图62就是一个语义网络。其中,边上的标记就是边的语义。,6.3 语义网络 6.3.1 语义网络的概念,图62 苹果的语义网络,图62 苹果的语义网络,语义网络的概念最先是由Quillian提出来的,他于1968年在他的博士论文中,把语义网络作为人类联想记忆的一个显式心理模型。所以,语义网络也称联想网络。 现在,语义网络的理论已经有了长足的发展。有人把它划分为五个级别:执行级、逻辑级、认识论级、概念级和语言学级。并分为七种类型:,语义网络的概念最先是由Quilli,(1)命题语义网(包括分块联想网络); (2)数据语义网:以数据为中心的语义网络; (3)语言语义网:
13、用于自然语言的分析和理解; (4)结构语义网:描述客观事物的结构,常见于模式识别和机器学习等领域; (5)分类语义网:描述抽象概念及其层次; (6)推理语义网: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:与框架相结合的语义网。,(1)命题语义网(包括分块联想网络);,6.3.2 语义网络的表达能力 由语义网络的结构特点可以看出,语义网络不仅可以表示事物的属性、状态、行为等,而且更适合于表示事物之间的关系和联系。而表示一个事物的层次、状态、行为的语义网络,也可以看作是该事物与其属性、状态或行为的一种关系。,6.3.2 语义网络的表达能力,如图63所示的语义网络,就表示
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