【教学课件】第四章知识表示.ppt
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1、第四章 知识表示,概述表示方法,概述,人工智能研究中最基本的问题之一在知识处理中总要问到:“如何表示知识?”,“知识是用什么来表示的?”。怎样使机器能懂,能对之进行处理,并能以一种人类能理解的方式将处理结果告诉人们。在AI系统中,给出一个清晰简洁的描述是很困难的。有研究报道认为。严格地说AI对知识表示的认真、系统的研究才刚刚开始。,概述,知识的定义(难以给出明确的定义只能从不同侧面加以理解)Feigenbaum:知识是经过消减、塑造、解释和转换 的信息。Bernstein:知识是由特定领域的描述、关系和过程 组成的。Hayes-roth:知识是事实、信念和启发式规则。知识库的观点:知识是某领域
2、中所涉及的各有关方 面的一种符号表示。,概述,知识的种类事实性知识:采用直接表示的形式如:凡是猴子都有尾巴过程性知识:描述做某件事的过程如:电视维修法元知识:有关知识的知识。最重要的元知识是如何使用知识的知识,如何从知识库中找到想要的知识。,概述,知识的要素事实:事物的分类、属性、事物间关系、科学事实、客观事实等。(最低层的知识)规则:事物的行动、动作和联系的因果关系知识。(启发式规则)。控制:当有多个动作同时被激活时,选择哪一个动作来执行的知识。(技巧性)元知识:高层知识。怎样实用规则、解释规则、校验规则、解释程序结构等知识。,概述,知识表示的定义知识表示研究用机器表示知识的可行性、有效性的
3、一般方法。,概述,选取知识表示的因素表示范围是否广泛是否适于推理是否适于计算机处理是否有高效的算法能否表示不精确知识能否模块化总之,知识和元知识能否用统一 的形式表示是否加入启发信息过程性表示还是说明性表示表示方法是否自然,概述,选取知识表示的因素.总之,人工智能问题的求解是以知识表示为基础的。如何将已获得的有关知识以计算机内部代码形式加以合理地描述、存储、有效地利用便是表示应解决的问题。,概述,知识表示研究的特点智能行为特有的灵活性。“常识问题”不能概括为一类简洁的理论,是大量小理论的集合。AI的任务受到计算装置的约束。这导致了所采用的“表示”必须同时满足“刻画智能现象”与“计算装置可以接受
4、”,这两个有时是矛盾的条件。,表示方法 概述,表示方法,直接表示,局部表示,分布表示,陈述性表示,过程性表示,语义网络表示,产生式表示,逻辑表示,框架表示,脚本表示,替代表示,表示方法产生式规则表示法,美国数学家Post,1943年提出了一种计算形式体系里所使用的术语。主要是使用类似文法的规则,对符号串做替换运算。这就是最早的一个产生式系统。到了60年代,产生式系统成为认知心理学研究人类心理活动中信息加工过程的基础,由此心理学家认为,人脑对知识的存储就是产生式形式。因此,用它来建立人类认知模型。到目前为止,产生式系统已发展成为人工智能系统中最典型最普遍的一种结构。产生式表示方法是专家系统的第一
5、选择的知识表达方式。,表示方法产生式规则表示法,表示形式事实的表示:可看成是断言一个语言变量的值或是多个语言变量间的关系的陈述句,语言变量的值或语言变量间的关系可以是一个词,不一定是数字。例1:香蕉是黄色的。语言变量香蕉,值黄色的 例2:小李喜欢小莉。语言变量小李、小莉,关系值喜欢 一般用三元组(对象,属性,值)或(关系,对象1,对象2)例:(Li,Age,25),(Friend,Li,Chang),表示方法产生式规则表示法,产生式系统的基本特征:一组规则,即产生式本身。每个规则分左边右边。如:天上下雨 地上湿 中国的首都是北京一般左边表示情况,即什么条件。发生时产生式被调用。通常用匹配方法和
6、式情况。匹配成功时,执行右边规定的动作。,表示方法产生式规则表示法,产生式系统的基本特征:数据库存放的数据是构成产生式的基本元素,又是产生式作用的对象。这里的数据是广义的常量、变量、多元组谓词、表、图像等。往往事实或断言知识元 一个解释程序从匹配成功的规则(可能不止一个)中选出一个加以执行。,表示方法产生式规则表示法,产生式系统基本结构,产生式系统结构图,表示方法产生式规则表示法,产生式系统基本结构工作存储器(数据库):存放当前已知的数据,包括推理过程中形成的中间结论。数据是广义的,可以是常量、多元数组、谓词、表示结构等。产生式规则:每条产生式规则分为左右两个部分。左部表示激活该产生式规则的条
7、件,右部表示调用该产生式规则后所作的动作。条件是一组复杂的模式,规则之间的控制也不是语句的传递,而且满足条件的规则被激活但不一定立即执行,取决于产生式系统的冲突消解策略。.,表示方法产生式规则表示法,产生式系统基本结构.规则解释程序匹配器:判断规则条件是否成立。冲突消解器:选择可调用的规则。解释器:执行规则的动作。并且在满足结束条件时终止产生式系统运行。,表示方法产生式规则表示法,推理方法:正向、反向、双向,与或树。例:,表示方法产生式规则表示法,正向推理方法:从已知事实出发,逐步推导出最后结论。其推理过程大致是:用工作存储器中的事实与产生式规则的前提条件进行匹配。按冲突消解策略从匹配的规则中
8、选择一条规则。执行选中规则的动作(依次)。修改工作存储器。用更新后的工作存储器,重复上述工作,直到得出结论或工作存储器不再发生变化为止。,表示方法产生式规则表示法,反向推理方法:首先提出假设,然后验证这些假设的真假性,找到假设成立的所有证据或事实。其推理过程大致是:看假设是否存在于工作存储器中,若在,则假设成立,推理结束。找出结论与此假设匹配的规则。按冲突消解策略从匹配的规则实例中选择一条规则。将选中的规则的前提条件作为新的假设,重复上述工作,直到假设的真假性被验证或不存在激活的规则。,表示方法产生式规则表示法,双向推理方法:即自顶向下、又自底向上作双向推理,直至某个中间界面上两方向结果相符便
9、成功结束。该方法较正向或反向推理所形成的推理网络小,从而推理效果更高。,与或树,表示方法产生式规则表示法,推理方法的选择推理方法的选择取决于推理的目标和搜索空间的形状。如果目标是从一组给定事实出发,找出所有可能的结论,那么,通常使用正向推理。如果目标是证实或否定某一特定结论,那么,通常使用反向推理,否则,从一组初始事实出发盲目地正向推理,可能得出许多和所要证实的结论无关的结论。,表示方法产生式规则表示法,特点用产生式系统结构求解问题的过程和人类求解问题时的思维很相像。因而可以用它来模拟人类求解问题的思维过程。可以把产生式系统作为人工智能系统的基本结构单元或基本模型看待。就好像是积木世界中的积木
10、块一样。因而研究产生式系统的基本问题就具有一般意义。表示的格式固定、形式单一、规则间相互独立,所以建立容易;推理方式单纯、知识库与推理机分离,修改方便、容易理解。,表示方法产生式规则表示法,优点模块性。规则与规则之间相互独立灵活性。知识库易于增加、修改、删除自然性。方便地表示专家的启发性知识与经验透明性。易于保留动作所产生的变化、轨迹,表示方法产生式规则表示法,缺点:知识库维护难。效率低。为了模块一致性。理解难。由于规则一致性彼此之间不能调用。应用实例:用于化工工业测定分子结构的DENDRAL用于诊断脑膜炎和血液病毒感染的MYCIN估计矿藏的PROSPECTOR,表示方法语义网络表示法,概述1
11、968年Quillian的博士论文建议用一种语义网络来描述人对事物的认知,实际上是对人脑功能的模拟。逻辑和产生式表示方法常用于表示有关领域中各个不同状态间的关系。然而用于表示一个事物同其各个部分间的分类知识就不方便了。槽和填槽表示方法便于表示这种分类知识。这种表示方法包括语义网络、框架、概念从属和脚本。语义网络方法的特点就在于提出了槽和填槽的结构。语义网络同一阶逻辑有相同的能力。多用于自然语言处理。,表示方法语义网络表示法,表示形式 每一个要表达的事实用一个“结点”表示,而事实之间的关系用“弧线”表示。即,有向图表示的三元组,(结点1,弧,结点2)连接而成。,表示方法语义网络表示法,类属关系类
12、属关系是指具体有共同属性的不同事物间的分类关系、成员关系或实例关系。注:它体现的是“具体与抽象”、“个体与集体”的概念。类属关系的一个最主要特征是属性的继承性,处在具体层的结点可以继承抽象层结点的所有属性。常用的属性有:A-Kind-of:表示一个事物是另一个事物的一种类型A-Member-of:表示一个事物是另一个事物的成员Is-a:表示一个事物是另一个事物的实例类属关系实例注:在类属关系中,具体层的结点除了具有抽象层结点的所有属性外,还可以增加一些自己的个性。,表示方法语义网络表示法,包含关系包含关系也称为聚类关系,是指具有组织或结构特征的“部分与整体”之间的关系。注:它和类属关系的最主要
13、的区别就是包含关系一般不具备属性的继承性。常用的包含关系的有:Part_of:表示一个事物是另一个事物的一部分 包含关系实例,表示方法语义网络表示法,属性关系属性关系是指事物和其属性之间的关系。常用的属性的关系有:Have:表示一个结点具有另一个结点所描述的属性Can:表示一个结点能做另一个结点的事情例:鸟有翅膀 属性关系实例,表示方法语义网络表示法,位置关系位置关系是指不同事物在位置方面的关系。常用的位置关系:Located-on:一物在另一物之上Located-at:一物在何位置Located-under:一物在另一物之下Located-inside:一物在另一物之中Located-out
14、side:一物在另一物之外,表示方法语义网络表示法,相近关系相近关系是指不同事物在形状、内容等方面相似和接近。常用的相近关系:Similar-to:相似Near-to:接近,表示方法语义网络表示法,时间关系是指不同事件在其发生时间方面的先后关系。常用的时间关系有:Before:表示一个事件在一个事件之前发生After:表示一个事件在一个事件之后发生。例如:香港回归之后,澳门也会回归了。,表示方法语义网络表示法,多元逻辑关系例如AC米兰队和国际米兰队在一场足球比赛中的成绩为0:1,逻辑表示法为SCORE(AC-MILAN,INTER-MILAN,0:1),可以通过加入附加结点的办法将其改成语义网
15、络表示法,其根本方法是将多元关系表示成二元关系的组合或合取。本例通过加入附加结点G22。多元逻辑关系语义网络实例从图中可以看出,原来的多元关系都变成了G22结点属性。,例,Micheal is an employee and Jack is his boss.Someday Micheal kicked his boss.语义描述,表示方法语义网络表示法,推理方法网络匹配:结构上的匹配,包括结点和弧的匹配继承推理:利用如:成员联系、特征联系、相互作用联系、集合联系、合成联系、因果联系、活动方式联式、活动目标联系、蕴含联系等具有继承性质的语义联系建立一些并不一定显示存在于网络知识库中的网络结构。
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