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人工智能原理第二讲知识表示 之Introduction主讲：王祖喜主讲：王祖喜 华中科技大学图像所华中科技大学图像所1/16/20231经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用本本章章主主要要讨讨论论了了知知识识表表示示问问题题，介介绍绍了了几几种种知知识识表表示示方方法法：如如状状态态空空间间法法、问问题题归归约约法法、谓谓词词演演算算法法、语语义义网网络络法法、框框架架表表示示、面面向向对对象象表表示示、剧本表示、过程表示等。剧本表示、过程表示等。1/16/20232经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用知识是智能的基础。知识是智能的基础。为为了了使使计计算算机机具具有有智智能能，使使它它能能模模拟拟人人类类的的智智能能 行行为为，就就必必须须使使它它具具有有知知识识。但但知知识识是是需需要要用用适适当当的的模模式式表表示示出出来来才才能能存存储储到到计计算算机机中中去去的的，因因此此关关于于知知识识的的表表示示问问题题就就成成为为人人工工智智能能中中的的一一个个重要的研究课题。重要的研究课题。知识定义、分类及表示1/16/20233经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用1.关于知识的定义信息信息(information)信息是伴随着宇宙的形成而产生的，它普遍存信息是伴随着宇宙的形成而产生的，它普遍存在于自然界、人类社会及思维活动中。但怎样在于自然界、人类社会及思维活动中。但怎样给信息下一个定义呢？给信息下一个定义呢？由于各学派研究的内容、方法不尽相同，对信由于各学派研究的内容、方法不尽相同，对信息产生了各种各样的看法，信息作为一门新兴息产生了各种各样的看法，信息作为一门新兴学科，由于它涉及的领域广，内容丰富，至今学科，由于它涉及的领域广，内容丰富，至今还没有一个统一的，为大家所公认的定义。还没有一个统一的，为大家所公认的定义。1/16/20234经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用总结归纳一下，信息的定义包括以下几个要点：总结归纳一下，信息的定义包括以下几个要点：(1)信信息息是是客客观观存存在在的的。控控制制论论的的奠奠基基人人维维纳纳有有一一句句名名言言“信信息息就就是是信信息息，不不是是物物质质，也也不不是是能能量量”，讲的是信息的客观永恒性；，讲的是信息的客观永恒性；(2)信信息息是是物物质质世世界界普普遍遍存存在在的的东东西西，一一切切物物质质都都无无时无刻不在发出信息，一切信息都是物质产生的。时无刻不在发出信息，一切信息都是物质产生的。(3)信信息息是是客客观观世世界界中中各各种种事事物物变变化化和和特特征征的的反反映映。任任何何事事物物都都在在不不停停地地运运动动和和变变化化着着，呈呈现现出出不不同同的的状状态态和和特特征征，伴伴随随着着的的信信息息也也总总是是在在不不断断地地生生长和传递着。长和传递着。1/16/20235经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(4)信信息息是是客客观观事事物物之之间间全全面面相相互互作作用用、全全面面相相互互联联系系的的表表征征。客客观观世世界界中中各各种种事事物物在在一一定定条条件件下下相相互互作作用用、全全面面联联系系，引引起起事事物物的的物物质质结结构构和和量量度度的变化，是由信息来表现的。的变化，是由信息来表现的。(5)信信息息都都是是要要经经过过传传递递的的。只只有有传传递递才才能能反反映映事事物物的的存存在在方方式式和和运运动动状状态态，任任何何信信息息只只有有经经过过传传递递才能被人们接受和利用。才能被人们接受和利用。(6)人人们们获获得得了了信信息息，经经过过加加工工和和有有序序化化过过程程，实实际际上上就是获得了知识。就是获得了知识。1/16/20236经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用知识知识(knowledge)知知识识是是人人们们在在长长期期的的生生活活及及社社会会实实践践中中积积累累起起来来的的对对客客观观世世界界的的认认识识与与经经验验，人人们们把把实实践践中中获得的信息关联在一起，就获得了知识获得的信息关联在一起，就获得了知识。如如：把把“大大雁雁向向南南飞飞”与与“冬冬天天就就要要来来临临了了“这这两两个个信信息息关关联联在在一一起起，得得到到了了如如下下一一条条知知识识：“如如果果大大雁雁向向南南飞飞，则则冬冬天天就就要要来来临临了。了。”1/16/20237经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用知知识识反反映映了了客客观观世世界界中中事事物物间间的的关关系系，不不同同事事物物或或者者相相同同事事物物间间的的不不同同关关系系形形成成了了不不同同的的知知识。识。如如：“雪雪是是白白色色的的”是是一一条条知知识识，它它反反映映了了雪与颜色之间的关系。雪与颜色之间的关系。在在人工智能人工智能中，这种知识称为中，这种知识称为“facts”。1/16/20238经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用而而“如如果果头头疼疼且且流流鼻鼻涕涕，则则可可能能是是患患了了感感冒冒“，反反映映了了头头疼疼流流鼻鼻涕涕与与感感冒冒之之间间的的一一种因果关系。种因果关系。在在人人工工智智能能中中，这这种种知知识识，即即用用“如如果果则则”关联起来的知识称为关联起来的知识称为“rules”。1/16/20239经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用人人们们所所涉涉及及到到的的知知识识是是十十分分广广泛泛的的。有有的的属属多多数数人人所所熟熟悉悉的的，有有的的只只是是有有关关专专家家才才掌掌握握的的专专门领域知识。门领域知识。对对于于“知知识识”难难以以给给出出明明确确的的定定义义，只只能能从从不不同侧面加以理解。同侧面加以理解。Feigenbaum认认为为知知识识是是经经过过削削减减、塑塑造造、解解释释和和转转换换的的信信息息。简简单单地地说说，知知识识是是经经过过加加工工的的信息。信息。Bernstein说说知知识识是是由由特特定定领领域域的的描描述述、关关系系和和过程组成的。过程组成的。Hayes-Roth认认为为知知识识是是事事实实、信信念念和和启启发发式式规规则。则。1/16/202310经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用从知识库观点看，知识是某论域中所涉及的各从知识库观点看，知识是某论域中所涉及的各有关方面、状态的一种符号表示。有关方面、状态的一种符号表示。知识可从知识可从(范围，目的，有效性范围，目的，有效性)加以三维描述。加以三维描述。其中其中知识的范围是由具体到一般知识的范围是由具体到一般知识的目的是由说明到指定知识的目的是由说明到指定知识的有效性是由确定到不确定。知识的有效性是由确定到不确定。例如例如“为了证明为了证明ABAB，只需证明，只需证明AAB B是不是不可满足的可满足的”这种知识是一般性、指示性、确这种知识是一般性、指示性、确定性的。定性的。而像而像 桌子有四条腿桌子有四条腿 这种知识是具体的、说这种知识是具体的、说明性、不确定性的。明性、不确定性的。1/16/202311经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.知识的特性(1)相对正确性相对正确性(RelativelyCorrect)知知识识是是人人们们对对客客观观世世界界认认识识的的结结晶晶，并并且且受受到到长长期期检检验验。因因此此在在一一定定条条件件和和环环境境下下，知知识识一一般般是是正正确确的的，可可信信任任的的。这这里里的的一一定定条条件件和和环环境是必不可少的，是知识正确性的前提。境是必不可少的，是知识正确性的前提。1/16/202312经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(2)不确定性不确定性(Uncertainty)知知识识并并不不总总是是只只有有“真真”与与“假假”这这两两种种状状态态，而而是是在在“真真假假”之之间间存存在在很很多多中中间间状状态态，知知识识的这一特性称为不确定性。的这一特性称为不确定性。知识不确定性的原因很多。概括起来有以下几知识不确定性的原因很多。概括起来有以下几种：种：由随机性引起的不确定性由随机性引起的不确定性由模糊性引起的不确定性由模糊性引起的不确定性由不完全性引起的不确定性由不完全性引起的不确定性由经验引起的不确定性由经验引起的不确定性1/16/202313经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(3)可表示性与可利用性可表示性与可利用性(RepresentationandUtility)知识是可用适当形式表示出来的，如：语言、知识是可用适当形式表示出来的，如：语言、文字、图形、神经网络等，所以它才得以被存文字、图形、神经网络等，所以它才得以被存储并被传播；储并被传播；知识当然也可被利用，我们时时都在利用它解知识当然也可被利用，我们时时都在利用它解决各种问题。决各种问题。1/16/202314经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用按知识的作用范围分：常识性知识，领域性知识。按知识的作用范围分：常识性知识，领域性知识。常识性知识常识性知识人们普遍知道的知识，适用于人们普遍知道的知识，适用于所有领域；所有领域；领域性知识领域性知识面向某个具体领域的知识，是面向某个具体领域的知识，是专业性知识，专家系统主要是以领域性知识为专业性知识，专家系统主要是以领域性知识为基础建立起来的。基础建立起来的。3.知识的分类1/16/202315按按知知识识的的作作用用及及表表示示分分：事事实实性性知知识识，过过程程性性知知识，控制性知识识，控制性知识事事实实性性知知识识（陈陈述述性性知知识识）用用于于表表示示描描述述领域内有关概念、事实、事物的属性及状态等；领域内有关概念、事实、事物的属性及状态等；事事实实性性知知识识一一般般采采用用直直接接表表达达的的形形式式，如如用用谓词公式表示等。谓词公式表示等。过过程程性性知知识识主主要要指指领领域域知知识识，用用于于指指出出如如何何处处理理与与问问题题相相关关的的信信息息以以求求得得问问题题的的解解，由由领域内的规则、定律、定理及经验构成；领域内的规则、定律、定理及经验构成；其其表表示示方方法法既既可可以以是是一一组组产产生生式式规规则则，也也可可以是语义网络等。以是语义网络等。1/16/202316经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用控控制制性性知知识识又又称称深深层层知知识识或或元元知知识识，是是关关于于如如何何运运用用已已有有的的知知识识进进行行问问题题求求解解的的知知识，又称识，又称“关于知识的知识关于知识的知识”。例例如如问问题题求求解解中中的的推推理理策策略略（正正向向推推理理及及逆逆向向推推理理)；信信息息传传播播策策略略 (如如不不确确定定性性的的传传递递算算法法)；搜搜索索策策略略(广广度度优优先先、深深度度优优先先、启启发发式式搜搜索索等等)；求求解解策策略略(求求第第一一个解、全部解、严格解、最优解等个解、全部解、严格解、最优解等)。1/16/202317经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用按知识的确定性来分：确定性知识，不确定知识按知识的确定性来分：确定性知识，不确定知识确确定定性性知知识识可可以以指指出出其其值值为为“真真”或或“假假”的知识，是精确性知识；的知识，是精确性知识；不不确确定定性性知知识识指指具具有有“不不确确定定”特特性性的的知知识识，它它是是对对不不精精确确、不不完完全全及及模模糊糊性性知知识识的的总总称。称。1/16/202318经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用按知识的结构及表现形式：逻辑性知识，形象性按知识的结构及表现形式：逻辑性知识，形象性知识知识逻辑性知识逻辑性知识反映人类逻辑思维过程的知识，反映人类逻辑思维过程的知识，如人类的经验性知识。这种知识一般都具有因如人类的经验性知识。这种知识一般都具有因果关系及难以精确描述的特点，它们通常是基果关系及难以精确描述的特点，它们通常是基于专家的经验，以及对一些事物的直观感觉。于专家的经验，以及对一些事物的直观感觉。在下面讨论的知识表示方法中，一阶谓词逻在下面讨论的知识表示方法中，一阶谓词逻辑表示法，产生式表示法都是用来表示这种辑表示法，产生式表示法都是用来表示这种知识的；知识的；1/16/202319经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用形象性知识形象性知识在人类的思维中，还有一种是在人类的思维中，还有一种是形象思维，通过事物的形象（如：一棵树，看形象思维，通过事物的形象（如：一棵树，看过之后在脑子里建立起的概念）建立起来的知过之后在脑子里建立起的概念）建立起来的知识，成为形象性知识。识，成为形象性知识。目前人们正在研究利用神经元网络连接机制目前人们正在研究利用神经元网络连接机制来表示这种知识。来表示这种知识。1/16/202320经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用从抽象、整体的观点来分：零级知识，一级知识，从抽象、整体的观点来分：零级知识，一级知识，二级知识二级知识零级知识零级知识指问题领域内的事实、定律、定指问题领域内的事实、定律、定理、方程等常识性知识和原理性知识；理、方程等常识性知识和原理性知识；一级知识一级知识具有经验性和启发性的知识；具有经验性和启发性的知识；二级知识二级知识如何运用上述两级知识的知识，如何运用上述两级知识的知识，即元知识。即元知识。1/16/202321经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用4.知识的表示(1)定义定义所所谓谓知知识识的的表表示示实实际际上上是是对对知知识识的的一一种种描描述述，或或者者说说一一种种约约定定，一一种种计计算算机机可可以以接接受受的的用用于于描述知识的数据结构。描述知识的数据结构。对对知知识识的的表表示示过过程程就就是是把把知知识识编编码码成成某某种种数数据据结构的过程。结构的过程。知知识识表表示示是是研研究究用用机机器器表表示示知知识识的的可可行行性性、有有效效性性的的一一般般方方法法，是是一一种种数数据据结结构构与与控控制制结结构构的的统统一一体体，既既考考虑虑知知识识的的存存储储又又考考虑虑知知识识的的使使用用。知知识识表表示示可可看看成成是是一一组组描描述述事事物物的的约约定定，以把人类知识表示成机器能处理的数据结构。以把人类知识表示成机器能处理的数据结构。1/16/202322经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(2)分类分类粗略地分为两类：粗略地分为两类：符号表示法：符号表示法：用各种包含具体涵义的符号，以用各种包含具体涵义的符号，以各种不同的方式和次序组织起来表示知识的一各种不同的方式和次序组织起来表示知识的一类方法，主要用来表示逻辑性知识。本课程所类方法，主要用来表示逻辑性知识。本课程所要讨论的各种知识表示方法多属于这一类。要讨论的各种知识表示方法多属于这一类。连接机制表示法连接机制表示法：是用神经网络技术表示知识：是用神经网络技术表示知识的一种方法，它把各种物理对象以不同的方式的一种方法，它把各种物理对象以不同的方式和次序连接起来，并在其间相互传递及加工各和次序连接起来，并在其间相互传递及加工各种包含具体意义的信息，以此来表示相关的概种包含具体意义的信息，以此来表示相关的概念及知识。它特别适合于表示各种形象性知识。念及知识。它特别适合于表示各种形象性知识。这部分内容可参看人工神经网。这部分内容可参看人工神经网。1/16/202323经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(3)对表示的要求对表示的要求充充分分性性：能能够够将将问问题题求求解解所所需需的的知知识识正正确确有有效效的表达出来；的表达出来；可理解性：所表达知识简单、明了、易于理解；可理解性：所表达知识简单、明了、易于理解；可利用性：能够有效地利用所表达的知识；可利用性：能够有效地利用所表达的知识；可可扩扩充充性性：能能够够方方便便、灵灵活活的的对对所所表表达达的的知知识识进行维护和扩充；进行维护和扩充；1/16/202324经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(4)常用表示方法常用表示方法.一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法采用一阶谓词逻辑表示知识采用一阶谓词逻辑表示知识属叙述性知识表示属叙述性知识表示有严格的数学基础有严格的数学基础.产生式规则表示法产生式规则表示法将知识表示成将知识表示成“ifthen”的形式；的形式；表示方法自然、简洁；表示方法自然、简洁；III.语义网网络表示法表示法采采用用结结点点和和结结点点间间的的弧弧表表示示对对象象、概概念念及及其其相互关系。相互关系。1/16/202325经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用.框架表示法框架表示法将将知知识识表表示示为为层层状状结结构构，一一个个对对象象或或概概念念的的所有信息均属于该层次的结构中；所有信息均属于该层次的结构中；该层次结构还可以表示对象间的关系；该层次结构还可以表示对象间的关系；该该层层次次结结构构由由一一系系列列的的“槽槽”和和相相关关于于“槽槽”的一系列的一系列“侧面侧面”组成；组成；.其它表示法其它表示法状态空间法；状态空间法；与或图与或图PETRI网网概念图概念图1/16/202326经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用陈述式知识表示与过程式知识表示陈述式知识表达陈述式知识表达语语义义网网络络、框框架架和和剧剧本本等等知知识识表表示示方方法法，均均是是对对知知识识和和事事实实的的一一种种静静止止的的表表达达方方法法，我我们们称称这这类类知知识识表表达达方方式式为为陈陈述述式式知知识识表表达达，它它所所强强调调的的是是事事物物所所涉涉及及的的对对象象是是什什么么，是是对对事事物物有有关关知知识识的的静静态态描描述述，是是知知识识的的一一种种显显式式表表达达形形式式。而而对对于于如何使用这些知识，则通过控制策略来决定。如何使用这些知识，则通过控制策略来决定。1/16/202327经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用过程式知识表示过程式知识表示和和知知识识的的陈陈述述式式表表示示相相对对应应的的是是知知识识的的过过程程式式表表示示。所所谓谓过过程程式式表表示示就就是是将将有有关关某某一一问问题题领领域域的的知知识识，连连同同如如何何使使用用这这些些知知识识的的方方法法，均均隐隐式式地地表表达达为为一一个个求求解解问问题题的的过过程程。它它所所给给出出的的是是事事物物的的一一些些客客观观规规律律，表表达达的的是是如如何何求求解解问问题题。知知识识的的描描述述形形式式就就是是程程序序，所所有有信信息息均均隐隐含含在在程程序序中中，因而难于添加新知识和扩充功能，适用范围较窄。因而难于添加新知识和扩充功能，适用范围较窄。1/16/202328经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用人工智能系统所关心的知识一一个个智智能能程程序序高高水水平平的的运运行行需需要要有有关关的的事事实实知知识识、规则知识规则知识、控制知识控制知识和和元知识元知识。事事实实是是有有关关问问题题环环境境的的一一些些事事物物的的知知识识，常常以以“是是”的的形形式式出出现现。如如事事物物的的分分类类、属属性性、事事物物间间关关系系、科科学学事事实实、客客观观事事实实等等，事事实实是是静静态态的的为为人人们们共共享享的的可可公公开开获获得得的的公公认认的的知知识识，在在知知识识库库中中属属低低层层的的知知识识。如如雪雪是是白白色色的的、鸟鸟有有翅翅膀、张三李四是好朋友、这辆车是张三的。膀、张三李四是好朋友、这辆车是张三的。1/16/202329经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用规规则则是是有有关关问问题题中中与与事事物物的的行行动动、动动作作相相联联系系的的因因果果关关系系知知识识，是是动动态态的的，常常以以如如果果那那么么形形式式出出现现。特特别别是是启启发发式式规规则则是是属属专专家家提提供供的的专专门门经经验验知知识识，这这种种知知识识虽虽无无严严格格解解释释但但很很有有用用处处。控控制制是是有有关关问问题题的的求求解解步步骤骤、技技巧巧性性知知识识，告告诉诉怎怎么么做做一一件件事事。也也包包括括当当有有多多个个动动作作同同时时被被激激活活时应选哪一个动作来执行的知识。时应选哪一个动作来执行的知识。1/16/202330经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用元知识元知识 是有关知识的知识，是知识库中的高层知是有关知识的知识，是知识库中的高层知识。包括怎样使用规则、解释规则、校验规则、识。包括怎样使用规则、解释规则、校验规则、解释程序结构等知识。元知识与控制知识是有重解释程序结构等知识。元知识与控制知识是有重迭的，对一个大的程序来说，以元知识或说元规迭的，对一个大的程序来说，以元知识或说元规则形式体现控制知识更为方便，因为元知识存于则形式体现控制知识更为方便，因为元知识存于知识库中，而控制知识常与程序结合在一起出现，知识库中，而控制知识常与程序结合在一起出现，从而不容易修改。从而不容易修改。1/16/202331经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用人工智能学科体系人工智能学科体系的层次人工智能学科体系的层次人工智能理论基础人工智能理论基础数数学学基基础础:数数理理逻逻辑辑，计计算算的的数数学学理理论论，离离散散数学数学,模糊数学模糊数学思思维维科科学学理理论论:认认知知心心理理学学,逻逻辑辑或或抽抽象象思思维维学学,形象或直感思维学形象或直感思维学 计算机工程技术计算机工程技术:硬件硬件,软件技术软件技术人工智能原理人工智能原理知识的表达知识的表达,知识的处理知识的处理,知识的获取与学习知识的获取与学习,利用知识求解问题利用知识求解问题.1/16/202332经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用人工智能工程系统人工智能工程系统专家咨询系统专家咨询系统,专家系统开发工具与环境专家系统开发工具与环境,自自然语言理解系统然语言理解系统,图像理解与识别系统图像理解与识别系统,智能智能机器人系统机器人系统1/16/202333经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用知识的表示方法知识的表示方法概括有以下几种：知识的表示方法概括有以下几种：谓词逻辑法谓词逻辑法 状态空间法状态空间法问题归约法问题归约法语义网络法语义网络法 框架表示法框架表示法 面向对象表示面向对象表示 剧本剧本(script)(script)表示表示 过程过程(procedure)(procedure)表示表示1/16/202334人工智能原理第二讲知识表示 之谓词逻辑/产生式表示主讲：王祖喜主讲：王祖喜 华中科技大学图像所华中科技大学图像所1/16/202335经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用知识的表示方法谓词逻辑法谓词逻辑法 状态空间法状态空间法问题归约法问题归约法语义网络法语义网络法 框架表示法框架表示法 面向对象表示面向对象表示 剧本剧本(script)(script)表示表示 过程过程(procedure)(procedure)表示表示 小结小结1/16/202336经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用数理逻辑数理逻辑：用数学方法来研究推理的形式结构和数理逻辑：用数学方法来研究推理的形式结构和推理规律的数学学科推理规律的数学学科与数学其它分支、计算机科学、与数学其它分支、计算机科学、AI、语言学有密、语言学有密切的联系切的联系数理逻辑的内容数理逻辑的内容逻辑演算逻辑演算命题逻辑、谓词逻辑命题逻辑、谓词逻辑 证明论证明论 公理集合论公理集合论 递归论递归论 模型论模型论1/16/202337经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用提纲提纲命题逻辑命题逻辑一阶谓词逻辑一阶谓词逻辑1/16/202338经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用用用形形式式逻逻辑辑（尤尤其其是是一一阶阶谓谓词词逻逻辑辑）表表示示知知识识是是AI研究中提出使用的一种普遍方法。研究中提出使用的一种普遍方法。命命题题逻逻辑辑和和谓谓词词逻逻辑辑是是最最先先应应用用于于人人工工智智能能的的两两种种逻逻辑辑，谓谓词词逻逻辑辑是是在在命命题题逻逻辑辑基基础础上上发发展展起起来来的的，命命题题逻逻辑辑可可以以看看作作是是谓谓词词逻逻辑辑的的一一种种特特殊殊形形式。式。1/16/202339经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一、命题逻辑命题命题定义：定义：能够判断真假的陈述句能够判断真假的陈述句真值真值真：正确的判断真：正确的判断;真值真值1,T1,T假：错误的判断假：错误的判断;真值真值0,F0,F例子：例子：2 2是素数是素数雪是黑色的雪是黑色的3 3能够被能够被2 2整除整除地球以外的星球上也有人地球以外的星球上也有人1/16/202340经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一些不是命题的句子X+Y5 X,Y未知，真假不定未知，真假不定这朵花多美呀！这朵花多美呀！感叹句感叹句明天下午有会吗？明天下午有会吗？疑问句疑问句请你把门关上！请你把门关上！祈使句祈使句1/16/202341经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用判断是否为命题的方法陈述句陈述句真值确定真值确定真值是确定的真值是确定的可以不知道可以不知道1/16/202342经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用原子命题与命题符号化原子命题（简单命题）原子命题（简单命题）不能够再分解的命题不能够再分解的命题命题符号化命题符号化使用小写的字母表示命题使用小写的字母表示命题放在命题的前面放在命题的前面p,q,r,pi,qi,rip:2是素数是素数 真命题真命题q:雪是黑的雪是黑的 假命题假命题1/16/202343经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用命题常量和命题变量命题常量：其真值是确定的简单命题命题常量：其真值是确定的简单命题命题变量（命题变元）命题变量（命题变元）定义：真值不确定的简单陈述句定义：真值不确定的简单陈述句表示：也用小写字母表示：表示：也用小写字母表示：p,q,r,pi,qi,ri性质：命题变量不是命题性质：命题变量不是命题例子：例子：X+y51/16/202344经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用复合命题定义：由简单命题用联结词联结而成的命题定义：由简单命题用联结词联结而成的命题例子例子3不是偶数不是偶数2是素数和偶数是素数和偶数林芳学过英语或日语林芳学过英语或日语如果角如果角A和角和角B是对顶角，则角是对顶角，则角A和角和角B相等相等1/16/202345经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用否定、合取联结词定定义义1：设设p为为任任一一命命题题，复复合合命命题题“非非p”称称为为p的的否否定定式式，记记做做p。为为否否定定联联结结词词，p为为真真当当且且仅当仅当p为假。为假。p:3是偶数、是偶数、p:3不是偶数不是偶数定定义义2：设设p,q为为二二命命题题，复复合合命命题题“p并并且且q”称称作作p和和q的的合合取取式式，记记做做pq，为为合合取取联联结结词词，pq为真当且仅当为真当且仅当p，q同时为真同时为真p:李平聪明李平聪明q:李平用功李平用功pq：李平不但聪明，而且用功：李平不但聪明，而且用功pq：李平聪明：李平聪明,但不用功但不用功1/16/202346经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用析取联结词定定义义3：设设p,q为为二二命命题题，复复合合命命题题“p或或q”称称作作p和和q的的析析取取式式，记记做做pq，为为析析取取联联结结词词，pq为真当且仅当为真当且仅当p和和q中至少有一个为真中至少有一个为真p:李平聪明李平聪明q:李平用功李平用功pq：李平聪明或者用功：李平聪明或者用功pq：李平聪明或者不用功：李平聪明或者不用功1/16/202347经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用蕴涵联结词定定义义4：设设p,q为为二二命命题题，复复合合命命题题“如如果果p，则则q”称称作作p和和q的的蕴蕴涵涵式式，记记做做pq，为为蕴蕴涵涵联联结结词词，pq为假当且仅当为假当且仅当p为真，为真，q为假为假如果如果pq为真，记做为真，记做pq，称为定理，称为定理与与自自然然语语言言不不一一样样，蕴蕴涵涵式式的的前前件件和和后后件件可可以以没没有内在联系有内在联系例：如例：如224，则太阳从西边出来，则太阳从西边出来蕴涵式的真值表蕴涵式的真值表1/16/202348经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用蕴涵联结词将下列命题符号化将下列命题符号化只要不下雨，我就骑自行车上班只要不下雨，我就骑自行车上班只有不下雨，我才骑自行车上班只有不下雨，我才骑自行车上班p:下雨下雨q:骑自行车上班骑自行车上班pqqp1/16/202349经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用等价联结词定定义义5：设设p,q为为二二命命题题，复复合合命命题题“p当当且且仅仅当当q”称称作作p和和q的的等等价价式式，记记做做pq，为为等等价价联联结结词词，pq为假当且仅当为假当且仅当p与与q的真值不相同的真值不相同与与自自然然语语言言不不一一样样，等等价价式式的的2个个命命题题可可以以没没有有内内在联系在联系例如：例如：224，当且仅当太阳从西边出来，当且仅当太阳从西边出来蕴涵式的真值表蕴涵式的真值表1/16/202350经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用逻辑联结词的优先级1/16/202351经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用命题符号化的例子分析出简单命题，将之符号化分析出简单命题，将之符号化用用联联结结词词将将简简单单命命题题联联结结起起来来，形形成成复复合合命命题题的的符号化符号化例子：例子：1：小王是游泳冠军或是百米赛跑冠军：小王是游泳冠军或是百米赛跑冠军2：如果我上街，我就去书店看看，除非我很累：如果我上街，我就去书店看看，除非我很累1：pq,其其中中：q:小小王王是是游游泳泳冠冠军军；q:小小王王是是百百米赛跑冠军米赛跑冠军2：r(pq),其其中中p:我我上上街街,q:我我去去书书店店看看看看,r:我很累我很累1/16/202352经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用命题公式及分类复合命题：复合命题：p,pq,pq,pq,pq如果如果p,q为命题常量，这些复合命题为命题为命题常量，这些复合命题为命题如果如果p,q为命题变量，这些复合命题为命题公式为命题变量，这些复合命题为命题公式命题公式：由命题常量、命题变量、逻辑联结词、命题公式：由命题常量、命题变量、逻辑联结词、括号等构成的有效字符串括号等构成的有效字符串1/16/202353经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用命题公式及分类定义定义6：1.单单个个命命题题常常项项或或变变项项p,q,r,pi,qi,ri,0,1是合式公式是合式公式2.如果如果A是合式公式，则（是合式公式，则（A）为合式公式）为合式公式3.如如果果A,B是是合合式式公公式式，则则（AB）,（AB）,（AB）,（A B）也是合式公式）也是合式公式4.只只有有有有限限次次地