知识表达-人工智能研究生教学.ppt

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1、第第2章章知识表达知识表达智能的核心事实上就是知识，有多少知识，运用知识的效率。知识是智能活智能的核心事实上就是知识，有多少知识，运用知识的效率。知识是智能活动的基础，智能活动过程就是一个不断地获取知识并运用知识的过程。动的基础，智能活动过程就是一个不断地获取知识并运用知识的过程。知识表示问题，把知识用计算机可接受的方式，以某种形式描述出来。知识表示问题，把知识用计算机可接受的方式，以某种形式描述出来。2.1知识与知识表示概述知识与知识表示概述(KnowledgeRepresentation)2.1.1知识的概念知识的概念知识是人类世界特有的概念。知识是人类世界特有的概念。它是人类对客观世界一

2、种它是人类对客观世界一种较较为准确、全面的认识和理解的结晶。为准确、全面的认识和理解的结晶。知识的正确性不是绝对的，而只有相对正确的特性。知识的正确性不是绝对的，而只有相对正确的特性。模糊性、矛盾性、条件局限、不确定成了难点模糊性、矛盾性、条件局限、不确定成了难点1生物形式生物形式机器形式机器形式？AI语言语言函数型函数型Lisp逻辑逻辑Prolog2.1.2数据、信息、知识数据、信息、知识数据：数据：描述客观事物的数量、属性及其相互关系而引入一组数字、符号、描述客观事物的数量、属性及其相互关系而引入一组数字、符号、文字等文字等 的相关表示的相关表示；信息：信息：构成一定含义的一组数据称为信息

3、。构成一定含义的一组数据称为信息。数据是信息的载体及其属性形态的表示，而信息则是数结构内含的解释与说明。数据是信息的载体及其属性形态的表示，而信息则是数结构内含的解释与说明。数据和信息都是对客观事物的某种描述，但它们都还不是知识。数据和信息都是对客观事物的某种描述，但它们都还不是知识。例如，例如，某位同学名叫某位同学名叫“国庆国庆”，年龄，年龄“25”“25”，该同学的父亲名字叫，该同学的父亲名字叫“建国建国”，年龄年龄“61”“61”。“国庆国庆”、“建国建国”、“25”“25”、“61”“61”等都是数据。等都是数据。可以组成若干条不同的信息：可以组成若干条不同的信息：“国庆国庆2525岁

4、岁”，“建国建国6161岁岁”，“建国建国6161周年周年”等。等。知识：知识：把把信息经过加工、整理、选择和充实，并能对其来龙去脉加以解释，信息经过加工、整理、选择和充实，并能对其来龙去脉加以解释，形成对客观世界的一种规律性的认识。形成对客观世界的一种规律性的认识。把有关信息关联在一起，形成的把有关信息关联在一起，形成的 关于客观世界某种规律性认识的动态信息结构称为知识。关于客观世界某种规律性认识的动态信息结构称为知识。利用信息关联构成知识的形式有多种多样。利用信息关联构成知识的形式有多种多样。例：例：“如果如果，则，则”如果大雁南飞，则预示冬天临近；如果大雁南飞，则预示冬天临近；“建国老师

5、生于建国老师生于19491949年年”，“10.1“10.1是国庆同学的生日是国庆同学的生日”，则把这些信息关联，则把这些信息关联 在一起的一条知识可表达为在一起的一条知识可表达为（升华升华）“如果你了解建国老师，则明白他和儿子分别起名建国和国庆的含义。如果你了解建国老师，则明白他和儿子分别起名建国和国庆的含义。”（！）22.1.3知识的特性（属性）知识的特性（属性）1 1 知识的真假性、相对正确性知识的真假性、相对正确性知识相应于一定的客观环境与条件前提下，无疑是正确而可信的。但是，当客观环境知识相应于一定的客观环境与条件前提下，无疑是正确而可信的。但是，当客观环境与条件发生改变时，知识的正

6、确性就要接受检验，必要时就要对原来的认识加以补充与条件发生改变时，知识的正确性就要接受检验，必要时就要对原来的认识加以补充或予以修正，甚至完全取而代之予以知识更新或予以修正，甚至完全取而代之予以知识更新2 2 确定性与不确定性确定性与不确定性知识可以由若干信息关联的结构来组成。其中有信息是精确，有信息是不精确知识可以由若干信息关联的结构来组成。其中有信息是精确，有信息是不精确概率事件发生常常不可避免，一般都具有随机不确定性的规律概率事件发生常常不可避免，一般都具有随机不确定性的规律;模糊性概念及模糊关系比比皆是，形成了知识的不确定性模糊性概念及模糊关系比比皆是，形成了知识的不确定性;经验性及各

7、种不完备的积累过程，导致了相关知识的不确定性经验性及各种不完备的积累过程，导致了相关知识的不确定性;证据不足、地域时区不同、各种变化因素及现实世界的复杂性，造成证据不足、地域时区不同、各种变化因素及现实世界的复杂性，造成客观后果及其知识的不确定性等；客观后果及其知识的不确定性等；3 3 矛盾和相容性矛盾和相容性 不同知识之间的对立和不一致不同知识之间的对立和不一致4 4 知识的可表示性、可利用性和可发展性知识的可表示性、可利用性和可发展性知识的可表示性知识的可表示性使得发展人工智能知识表示技术成为可行；使得发展人工智能知识表示技术成为可行；知识的可利用性知识的可利用性使得机器或计算机也能利用知

8、识成为现实；使得机器或计算机也能利用知识成为现实；可发展性可发展性 知识的更新知识的更新 32.1.4知识分类知识分类(1)(1)事实性知识事实性知识关于该问题的领域和性质、求解的环境与目标、已知条件及相关的特性关于该问题的领域和性质、求解的环境与目标、已知条件及相关的特性等方等方面的静态知识，用以记叙及描述有关的概念、事实、事物的状态面的静态知识，用以记叙及描述有关的概念、事实、事物的状态及属性等。及属性等。事实性知识一般采用直接表示形式。事实性知识一般采用直接表示形式。(2)(2)控制性知识控制性知识（元知识）（元知识）关于求解策略、控制信息实施方法、推理路线的选取原则等知识。关于求解策略

9、、控制信息实施方法、推理路线的选取原则等知识。控制性知识是关于如何运用相关知识的知识。控制性知识是关于如何运用相关知识的知识。(3)(3)过程性知识过程性知识按照问题的前提和相关信息进行匹配的知识，能依据一定的规则，推导按照问题的前提和相关信息进行匹配的知识，能依据一定的规则，推导出相关的结论与目标的规律性知识，是由问题领域内的相关规则、出相关的结论与目标的规律性知识，是由问题领域内的相关规则、定律、定理及经定律、定理及经 验等要素构成的知识。过程性知识用以描述做某事的验等要素构成的知识。过程性知识用以描述做某事的过程，使人或计算机可以照此模式完成，过程，使人或计算机可以照此模式完成，按知识的

10、作用范围来划分，按知识的作用范围来划分，常识性知识、专业知识或领域性知识；常识性知识、专业知识或领域性知识；按知识结构和表现特点来划分，按知识结构和表现特点来划分，逻辑性知识、形象性知识；逻辑性知识、形象性知识；知识还可以分知识还可以分确定性知识和不确定性知识等。确定性知识和不确定性知识等。42.1.5知识表示概述知识表示概述知识表示，实际上就是对知识的一种描述或约定。对智能机器系统而言，其本质就是知识表示，实际上就是对知识的一种描述或约定。对智能机器系统而言，其本质就是采用某种技术模式，把所要求解问题的相关知识，变换成为一种便于找到该问题解的采用某种技术模式，把所要求解问题的相关知识，变换成

11、为一种便于找到该问题解的数据结构；对知识进行表示的过程，就是把相关知识变换，或称映射，编码数据结构；对知识进行表示的过程，就是把相关知识变换，或称映射，编码)成为某种成为某种数据结构的过程。数据结构的过程。图图2.1知识表示及其变换知识表示及其变换 52.1.5知识表示概述知识表示概述2一个智能系统的智能性很大程度上取决于知识的数量及其可利一个智能系统的智能性很大程度上取决于知识的数量及其可利用程度，该系统的可利用知识越多，其智能性就可能越高。要用程度，该系统的可利用知识越多，其智能性就可能越高。要用计算机模拟人类智能，就必须使它具有知识，即必须把所需用计算机模拟人类智能，就必须使它具有知识，

12、即必须把所需知识用适当的形式表示出来并存放到计算机中。知识用适当的形式表示出来并存放到计算机中。知识表示的要求知识表示的要求 (1)(1)表示能力表示能力 (2)(2)可利用性可利用性 (3)(3)可组织性与可维护性可组织性与可维护性 (4)(4)可实现性可实现性 (5)(5)自然性与可理解性自然性与可理解性 62.2谓词逻辑表示法谓词逻辑表示法命题命题(Proposition)(例例)X：西安是一座历史名城。：西安是一座历史名城。FCITY(x)，Y：煤球是白的。：煤球是白的。Z：3+4=7。定义命题：即具有真定义命题：即具有真(T)假假(F)意义的陈述性语句。意义的陈述性语句。(1)命题反

13、映了人脑进行思维的一种判断，可见命题表达自身就含有命题反映了人脑进行思维的一种判断，可见命题表达自身就含有智能特性。智能特性。(2)命题一定是陈述性语句。命题一定是陈述性语句。(3)命题既可用自然语言命题既可用自然语言(包括中、外文包括中、外文)形式表示，也可用大写的英文形式表示，也可用大写的英文字符或字符串来命名字符或字符串来命名。个体个体命题中的行为中心对象，称为个体。命题中的行为中心对象，称为个体。个体的取值范围又称为个体域。（有限的，无限的）个体的取值范围又称为个体域。（有限的，无限的）命题逻辑的关系表达直观，生动而简洁，加以简单的形式化，就能扩展应命题逻辑的关系表达直观，生动而简洁，

14、加以简单的形式化，就能扩展应用于谓词逻辑推理中。用于谓词逻辑推理中。命题逻辑是谓词逻辑得以发展的前导和基础。命题逻辑是谓词逻辑得以发展的前导和基础。7主谓宾，主系表结构主谓宾，主系表结构谓词和变元谓词和变元谓词是一种用来刻画个体群之间的相互关系、性质及其逻辑结构的数谓词是一种用来刻画个体群之间的相互关系、性质及其逻辑结构的数学表示，采用这种学表示，采用这种表示的运算又叫表示的运算又叫谓词逻辑谓词逻辑。“？是一座历史名城是一座历史名城”。FCITY(x)（计算机（计算机ASCLL）定义一种类同数学函数形式的、含有变元参量的字符或字符串来表示。定义一种类同数学函数形式的、含有变元参量的字符或字符串

15、来表示。字符串字符串FCITY(x)就是就是谓词谓词。FCITY是是谓词名谓词名，(它可以由使用者自行定义它可以由使用者自行定义)；括号中的参量括号中的参量x叫做谓词的叫做谓词的变元变元；一个谓词可以有一个谓词可以有n(n=0，1，2，)个变元，并称之为个变元，并称之为n元谓词元谓词。谓词的变元可在相应个体域集合中取值任意一个元素，故又把谓词的变元可在相应个体域集合中取值任意一个元素，故又把x叫做项叫做项（变元之一个），（变元之一个），通常，谓词名采用自然语言中的谓语动作词根来表示，通常，谓词名采用自然语言中的谓语动作词根来表示，用以表达语句中除主语个体之外的其余部分。用以表达语句中除主语个体

16、之外的其余部分。x可以取值可以取值“北京北京”(T)、“东京东京”(T)，“深圳深圳”(F)、“野玫瑰野玫瑰”(F)、“计算机计算机”(F)等。等。谓词的元和谓词的阶谓词的元和谓词的阶9ADDQ(x，y，2)；表示的是表达式表示的是表达式“x+y2”三元谓词三元谓词LIKE(john，mary)；“机器人约翰喜欢玛丽机器人约翰喜欢玛丽”二元谓词二元谓词ROBOT(john)；“机器人约翰喜欢玛丽机器人约翰喜欢玛丽”(意同，表达方式不同意同，表达方式不同)MARY(robot)；“机器人约翰喜欢玛丽机器人约翰喜欢玛丽”一元谓词一元谓词(主宾主宾)谓词中包含个体或变元的数目称为谓词中包含个体或变元

17、的数目称为谓词的元谓词的元或或谓词的目谓词的目。在多元谓词中，变元的排序很重要，一旦确定，就不可随意交换。在多元谓词中，变元的排序很重要，一旦确定，就不可随意交换。LIFELESS(outer-stars)，外星球没有智能生命。外星球没有智能生命。一阶谓词一阶谓词INCORRECT(1ifeless(outer-stars)说说“外星球没有智能生命外星球没有智能生命”是不确切的。是不确切的。二阶谓词（二阶谓词（n阶）阶）谓词表达形式中所包容相叠加的含义层次数数目，称为谓词表达形式中所包容相叠加的含义层次数数目，称为谓词的阶谓词的阶。命题和谓词逻辑特性命题和谓词逻辑特性10谓词可以灵活表现变化的

18、情况，而命题只能表达具体固定的情况；谓词可以灵活表现变化的情况，而命题只能表达具体固定的情况；谓词表达是命题的一般推广，而命题表达是谓词的特例。谓词表达是命题的一般推广，而命题表达是谓词的特例。虽然在一定条件下，谓词的知识表示形式和命题表达形式可以相互转化，虽然在一定条件下，谓词的知识表示形式和命题表达形式可以相互转化，但谓词比命题有更强的表达能力。但谓词比命题有更强的表达能力。三大类，即三大类，即命题逻辑演算命题逻辑演算、一阶谓词逻辑演算一阶谓词逻辑演算和和二阶谓词演算二阶谓词演算。由于命题表达具有直观生动的特点，而谓词演算具有方便灵活的特性，由于命题表达具有直观生动的特点，而谓词演算具有方

19、便灵活的特性，因此，在谓词逻辑表示中，可把二者的知识表示特点结合起来。基于因此，在谓词逻辑表示中，可把二者的知识表示特点结合起来。基于命题和谓词的知识表示满足共同的逻辑运算特性，命题和谓词的知识表示满足共同的逻辑运算特性，谓词逻辑谓词逻辑命题命题泛化泛化 变元参量替换成个体常量变元参量替换成个体常量2.2.2.连接词连接词11把单个的谓词组合成为谓词公式把单个的谓词组合成为谓词公式，就可按照约定的规则进行推理演算。，就可按照约定的规则进行推理演算。连接词共有五个符号，连接词共有五个符号，称为称为“非非”或或“否定否定”(NOT)，它表示，它表示“非非”的连接关系。的连接关系。即当命题即当命题P

20、为真时，则为真时，则 P为假；反之，当命题为假；反之，当命题P为假，则为假，则 P为真。为真。称为称为“析取析取”，它表示，它表示“或或”(OR)的关系；的关系；称为称为“合取合取”，它表示，它表示“与与”或或“同时同时”(AND)的关系；的关系；称为称为“条件条件”或者或者“蕴含蕴含”，它表示，它表示“如果如果，则，则”的定义关系。的定义关系。例如，在例如，在PQ的表达式中，表示了的表达式中，表示了“如果如果P，则，则Q”的条件推导关系。的条件推导关系。称称P为为前件前件，表示了条件的前提；称，表示了条件的前提；称Q为为后件后件，表示的是逻辑结论。，表示的是逻辑结论。称为称为“双条件双条件”

21、，PQ表示表示“P当且仅当当且仅当Q”。或者说。或者说“P为真，当且仅当为真，当且仅当Q为真为真”(互为因果，唯一决定互为因果，唯一决定)(Connectives)连接词定义真值表连接词定义真值表12PQ P PQPQPQPQTTF TTTTTFF TFFFFTT TFTFFFT FFTF 当前当前P=F时，无论后件时，无论后件Q为何值为何值(T或者或者F)，条件表达式，条件表达式PQ总是为总是为T；当前件当前件PT时，条件表达式时，条件表达式PQ总是与后件总是与后件Q的真值相同。的真值相同。2.2.3 量词量词13表达量词与个体之间的关系表达量词与个体之间的关系(1)全称量词全称量词(Uni

22、versalQuantifier)(x)表示该量词作用的辖域个体域中每一个个体表示该量词作用的辖域个体域中每一个个体x都要遵从所约定的谓词关系。都要遵从所约定的谓词关系。例：例：(x)(理工科大学生理工科大学生(x)学习高等数学学习高等数学(x)；该谓词逻辑表达该谓词逻辑表达“所有的理工科大学生，每一个人都要学习高等数学所有的理工科大学生，每一个人都要学习高等数学”的含义的含义(2)存在量词存在量词(ExistentialQuantifier)（x）表示该量词只要求表示该量词只要求“存在于个体域中的某些个体或某个个体存在于个体域中的某些个体或某个个体x”要服从所约定谓词关系。要服从所约定谓词关

23、系。例：例：(x)(y)(CLASSMATE(x，y)UNIVERSITY-TECHNOLOGY(x)；该谓词逻辑表达了：对于所有的理工科的大学生来说，对于每个个体该谓词逻辑表达了：对于所有的理工科的大学生来说，对于每个个体x，就会存在一个个体就会存在一个个体y，使，使x和和y满足同班同学的关系。满足同班同学的关系。x x(Quantifiers)(Quantifiers)2.2.4谓词公式概念及对问题的简单描述谓词公式概念及对问题的简单描述14采用表达式来描述复杂的问题采用表达式来描述复杂的问题。(1)(1)原子命题原子命题例如，例如，好朋友好朋友(小王，小张小王，小张)；梦想成真梦想成真(

24、小王小王)。仅能表达单一意义且不可再细划分的一个简单命题称为原子命题。仅能表达单一意义且不可再细划分的一个简单命题称为原子命题。通常个一阶零元命题、一阶一元命题就是原子命题。通常个一阶零元命题、一阶一元命题就是原子命题。(2)(2)命题合式公式命题合式公式原子公式（原子公式（AF，AtomicFormula）使用连接词和量词，联结组合原子命题在一起。使用连接词和量词，联结组合原子命题在一起。(3)(3)谓词合式公式谓词合式公式（原子谓词公式）原子谓词公式）WFF(Well-FormulaFolmula)把命题合式公式中的常量，采用把命题合式公式中的常量，采用参量参量变变元元来替代。来替代。例：

25、小王和小张是好朋友，平常无论谁有了喜事，俩人都高兴。现在小王梦想成真，例：小王和小张是好朋友，平常无论谁有了喜事，俩人都高兴。现在小王梦想成真，自然她们很高兴，请使用合式公式表达之。自然她们很高兴，请使用合式公式表达之。假设：假设：F(w，z)，小王和小张是好朋友；，小王和小张是好朋友；TR(w)，小王梦想成真；，小王梦想成真；G(w，z)，小王和小张很高兴。，小王和小张很高兴。用合式公式表示为：用合式公式表示为：F(w，z)TR(w)G(w，z)2.2.4 谓词公式的永真性谓词公式的永真性15要完成的智能任务表示为一个谓词公式时，则就转化成了求解该公式的真值要完成的智能任务表示为一个谓词公式

26、时，则就转化成了求解该公式的真值定义定义如果谓词公式如果谓词公式P对个体域对个体域D上的任何一个解释都取得真值上的任何一个解释都取得真值T，则称，则称P在在D上是上是永真永真的；的；如果如果P在每个非空个体域上都是永真的，则称在每个非空个体域上都是永真的，则称P永真永真。定理定理如果谓词合式公式如果谓词合式公式WFF对于个体域中的任何一个解释对于个体域中的任何一个解释I都有都有(I)WFF(I)T成立，成立，则该公式则该公式WFF是一个永真的公式。是一个永真的公式。类同上述，永假、非永真、非永假的概念，类同上述，永假、非永真、非永假的概念，定理定理如果谓词合式公式如果谓词合式公式WFF对于个体

27、域中的任何一个解释对于个体域中的任何一个解释I都有都有(I)WFF(I)F成立，则该公式成立，则该公式WFF是一个永假式。是一个永假式。定理定理如果谓词合式公式如果谓词合式公式WFF在个体域中存在解释在个体域中存在解释I，使得，使得(I)WFF(I)F成立，成立，则该公式则该公式WFF是一个非永真公式；并且该解释是一个非永真公式；并且该解释I是此公式的一个反模型。是此公式的一个反模型。定理定理如果谓词合式公式如果谓词合式公式WFF在个体域中存在解释在个体域中存在解释I，使得，使得(I)WFF(I)T成立，成立，则该公式则该公式WFF是一个非永假公式；并且该解释是一个非永假公式；并且该解释I是此

28、公式的一个模型。是此公式的一个模型。可满足性与不可满足性可满足性与不可满足性16定义定义对于谓词公式对于谓词公式P P，若至少存在一个解释，使得谓词公式，若至少存在一个解释，使得谓词公式P P在此解下的真值为在此解下的真值为T T，则称公式则称公式P P是可满足的；是可满足的；反之，如果存在一个解释集反之，如果存在一个解释集(set)(set)，使得谓词公式，使得谓词公式P P在其中的任何解释下的真值都为在其中的任何解释下的真值都为F F，则称公式则称公式P P对该解释集是不兼容的或不可满足的。对该解释集是不兼容的或不可满足的。显而易见，非永假公式是兼容的或可满足的，永假公式若不加以适应性的改

29、造，显而易见，非永假公式是兼容的或可满足的，永假公式若不加以适应性的改造，自然是永远不可满足的或不兼容的了。自然是永远不可满足的或不兼容的了。2.2.5 谓词逻辑的知识表示及其特性谓词逻辑的知识表示及其特性17谓词知识表示符合人的逻辑思维习惯，可读性好，逻辑关系表达简便。既适宜作为谓词知识表示符合人的逻辑思维习惯，可读性好，逻辑关系表达简便。既适宜作为概念、状态、属性等事实性知识的表达，又能方便地采用谓词公式的形式，进行各概念、状态、属性等事实性知识的表达，又能方便地采用谓词公式的形式，进行各种智能行为的过程性描述与演绎推理。当然，谓词逻辑的连接特性还便于表达前提、种智能行为的过程性描述与演绎

30、推理。当然，谓词逻辑的连接特性还便于表达前提、结论及因果关系等规则类型的控制性知识。结论及因果关系等规则类型的控制性知识。总之，用谓词逻辑进行知识表示，关键在于定义谓词和谓词的连接总之，用谓词逻辑进行知识表示，关键在于定义谓词和谓词的连接。2 2.2 2.5 5.1 1 用谓词逻辑和公式表达各种意境用谓词逻辑和公式表达各种意境例例2 2.6 6 分析如下命题和谓词逻辑，并尽可能正确地表述它的含义：分析如下命题和谓词逻辑，并尽可能正确地表述它的含义：(1)(1)蓝的蓝的(天天)飘飘(白云白云)奔跑奔跑(马儿马儿)飞翔歌唱飞翔歌唱(鸟儿鸟儿)；(2)(x)(2)(x)好姑娘好姑娘(x)(x)居住的

31、地方居住的地方(z(z，x)x)遥远的遥远的(z)(z)(y)(y)人人(y)(y)行走经过行走经过(y(y，z)z)回头留恋地张望回头留恋地张望(y)(y)。机器翻译机器翻译让机器完成自然语言的自动翻译，这件工作难度比较大，因为机器缺乏知识。让机器完成自然语言的自动翻译，这件工作难度比较大，因为机器缺乏知识。但是要让机器先用谓词逻辑公式表达意境，进行谓词逻辑的语言转换，然后再转译为但是要让机器先用谓词逻辑公式表达意境，进行谓词逻辑的语言转换，然后再转译为后一种自然语言，就降低了机器直接翻译的难度。因此，这种表达方式可用于机器翻后一种自然语言，就降低了机器直接翻译的难度。因此，这种表达方式可用

32、于机器翻译的研究中。译的研究中。2.2.5 用谓词逻辑表示知识单元用谓词逻辑表示知识单元18谓词逻辑可用来进行知识单元的划分和表示，以便于知识库的管理和查询。谓词逻辑可用来进行知识单元的划分和表示，以便于知识库的管理和查询。一般常采用事物名称或依据关键词的方法来完成方式和谓词的连接。一般常采用事物名称或依据关键词的方法来完成方式和谓词的连接。例例设有下述记录：设有下述记录：阿毛给阿娟送礼物；阿毛给阿娟送礼物；阿毛是工程师；阿毛是工程师；阿娟是程序员；阿娟是程序员；阿毛的地址是长城大道阿毛的地址是长城大道1059号；号；阿娟的地址是黄山路阿娟的地址是黄山路746号。号。用谓词逻辑用谓词逻辑(中或

33、英文中或英文)表示上述记录，并分成必要的知识单元。表示上述记录，并分成必要的知识单元。解解首先定义谓词，并注意直接用个体常量替代参量变元，得到：首先定义谓词，并注意直接用个体常量替代参量变元，得到：GIVE(amao，ajuan，presents)；OCCUPATION(amao，engineer)；OCCUPATION(ajuan，programmer)；ADDRESS(amao，1059-changcheng-st)；ADDRESS(ajuan，746huangshan-rd).可以把主要的个体常量作为关键词来划分知识单元。可以把主要的个体常量作为关键词来划分知识单元。关键词关键词amao

34、集中表示了关于阿毛的知识和情况，集中表示了关于阿毛的知识和情况，尤其还表现了阿毛的一个尤其还表现了阿毛的一个情感、性格特点（智能性要点）情感、性格特点（智能性要点）给自己喜欢的女孩子买礼物；给自己喜欢的女孩子买礼物；关键词关键词presents表现了礼物被传递的情况。表现了礼物被传递的情况。2.2.5.用谓词逻辑描述智能行为过程例子用谓词逻辑描述智能行为过程例子19为了用谓词逻辑描述智能行为的过程，首先，应按照意境描述的需要，定义谓词为了用谓词逻辑描述智能行为的过程，首先，应按照意境描述的需要，定义谓词并给出每个谓词的确切含义；其次，注意个体域和量词辖域的约束与划定；然后，并给出每个谓词的确切

35、含义；其次，注意个体域和量词辖域的约束与划定；然后，再根据意境逻辑，利用连接词、量词把这些谓词关联起来。这样，就形成了一系再根据意境逻辑，利用连接词、量词把这些谓词关联起来。这样，就形成了一系列的谓词逻辑公式，它们就表现了真实意境的描述。列的谓词逻辑公式，它们就表现了真实意境的描述。例例如图所示，设有一个心字形的房间，机器人在如图所示，设有一个心字形的房间，机器人在c c处。在房间内有处。在房间内有a a和和b b两张桌子，两张桌子，桌子桌子a a上放着一台计算机。现在的任务是要求机器人从上放着一台计算机。现在的任务是要求机器人从c c处出发，把桌子处出发，把桌子a a上的计算上的计算机搬到桌

36、子机搬到桌子b b上去，上去，完成任务后立刻再完成任务后立刻再返回返回c c处。用谓词处。用谓词逻辑描述机器人完逻辑描述机器人完成这一工作的全过程。成这一工作的全过程。图图让机器人完成让机器人完成搬机器的任务搬机器的任务机器人完成搬机器的任务求解机器人完成搬机器的任务求解120解解(1)为了能够描述这个机器人世界的有关环境和状态变迁，要求必须先为了能够描述这个机器人世界的有关环境和状态变迁，要求必须先定义谓词定义谓词。这里分别需要两类谓词：描述环境状态，表示机器人的操作。这里分别需要两类谓词：描述环境状态，表示机器人的操作。1)首先定义描述环境状态的谓词。首先定义描述环境状态的谓词。TABLE

37、(x)：x是桌子，是桌子，个体域：个体域：xa，b，c；EMPTY(y)：y手中是空的，手中是空的，个体域：个体域：yrobot；HOLDS(y，z)：y手中拿着手中拿着z，个体域：个体域：zcomputer；AT(y，w)：y在在w处，处，个体域：个体域：wa，b，c；ON(z，x)：z被放在被放在x之上；之上；CLEAR(x)：x上是空的。上是空的。(2)利用连接词、量词等符号和已给出定义的谓词来表示环境状态利用连接词、量词等符号和已给出定义的谓词来表示环境状态。问题的初始状态可表示为：问题的初始状态可表示为：S0：AT(robot，c)EMPTY(robot)ON(computer，a)

38、CLEAR(b)TABLE(a)TABLE(b)要求达到的目标状态为：要求达到的目标状态为：Sg：AT(robot，c)EMPTY(robot)ON(computer，b)CLEAR(a)TABLE(a)TABLE(b)机器人完成搬机器的任务求解机器人完成搬机器的任务求解221(3)从初始状态到达目标状态的变迁从初始状态到达目标状态的变迁，是通过机器人一步一步地执行操作类，是通过机器人一步一步地执行操作类谓词序列谓词序列，才逐步实现的。经过仔细分析，必要的操作谓词共有三类。，才逐步实现的。经过仔细分析，必要的操作谓词共有三类。GOTO(x，w)：机器人从：机器人从x走到走到w处；处；PICKU

39、P(x)：机器人在：机器人在x处拿起计算机；处拿起计算机；SETDOWN(x)；机器人在；机器人在x处放下计算机。处放下计算机。（如果定义谓词太多，将造成信息冗余，增加了问题的复杂度；（如果定义谓词太多，将造成信息冗余，增加了问题的复杂度；如果定义谓词太少，就不够用。不过可以多去除少补充。如果定义谓词太少，就不够用。不过可以多去除少补充。）(4)按照行动计划，仔细选择操作，一步一步地进行按照行动计划，仔细选择操作，一步一步地进行状态替换状态替换，直到达到目标状态。，直到达到目标状态。并把状态变迁过程和操作序列记录下来，即得到问题的解并把状态变迁过程和操作序列记录下来，即得到问题的解.下面写出该

40、过程的最优路径；下面写出该过程的最优路径；机器人完成搬机器的任务求解机器人完成搬机器的任务求解322AT(robot，c)EMPTY(robot)ON(computer，a)CLEAR(b)TABLE(a)TABLE(b)GOTO(c，a)AT(robot，a)EMPTY(robot)ON(computer，a)CLEAR(b)TABLE(a)TABLE(b)PICKUP（x)AT(robot，a)HOLDS(robot，computer)CLEAR(a)CLEAR(b)TABlE(a)TABLE(b)GOTO(a，b)AT(robot，b)HOLDS(robot，computer)CLEAR

41、(a)CLEAR(b)TABLE(a)TABLE(b)SET-DOWN(b)AT(robot，b)EMPTY(robot)ON(computer，b)CLEAR(a)TABLE(a)TABLE(b)GOTO(b，c)AT(robot，c)EMPTY(robot)ON(computer，b)CLEAR(a)TABLE(a)TABLE(b)2.2.6谓词逻辑知识表示特性概述谓词逻辑知识表示特性概述23至于其求解过程，和前述机器人逻辑知识表示的主要特点是建立在某种形至于其求解过程，和前述机器人逻辑知识表示的主要特点是建立在某种形式逻辑的基础上，并利用了逻辑方法研究推理的规律，即条件与结论之间式逻辑的

42、基础上，并利用了逻辑方法研究推理的规律，即条件与结论之间的蕴含关系。的蕴含关系。逻辑表示法的主要优点如下。逻辑表示法的主要优点如下。(1)自然自然(2)明确明确(3)精确精确(4)灵活灵活(5)模块化模块化主要缺点如下主要缺点如下(1)知识表示能力差知识表示能力差(2)知识库管理困难知识库管理困难(3)存在组合爆炸存在组合爆炸(4)系统效率低系统效率低2.2.6 谓词逻辑知识表示特性谓词逻辑知识表示特性224综上所述，谓词逻辑是一种经典而基本的知识表示形式化方法，在人工智能综上所述，谓词逻辑是一种经典而基本的知识表示形式化方法，在人工智能领域中最早用于机器定理证明，并取得了巨大成就。谓词逻辑进

43、行智能推理过领域中最早用于机器定理证明，并取得了巨大成就。谓词逻辑进行智能推理过程程严密规范，逻辑性强，自然性好，易于实现严密规范，逻辑性强，自然性好，易于实现，模块化模块化具有许多优良的特性。具有许多优良的特性。这也是谓词逻辑知识表示在人工智能中得以成功的主要原因。但是必须看到，这也是谓词逻辑知识表示在人工智能中得以成功的主要原因。但是必须看到，谓词属于二值逻辑（谓词属于二值逻辑（T和和F），难以直接进行），难以直接进行不确定性问题不确定性问题的处理；对于复杂的处理；对于复杂系统的求解问题，容易陷入冗长的演绎推理中，常常不可避免地带来求解效系统的求解问题，容易陷入冗长的演绎推理中，常常不可避

44、免地带来求解效率低甚至率低甚至组合爆炸组合爆炸问题，因此。尚待人们不断地探索，寻求自然性好，效率问题，因此。尚待人们不断地探索，寻求自然性好，效率更高的知识表示方法。更高的知识表示方法。例子例子1、情感、性格、情感、性格表达？表达？例子例子2、机械、机械准确，达到要求准确，达到要求2.3 产生式知识表示法产生式知识表示法25 2 2.3 3.1 1 产生式的知识表示产生式的知识表示人人思维习性思维习性产生式知识表示的语言因果结构关系产生式知识表示的语言因果结构关系IF.，THEN.。2 2.3 3.1 1.1 1 产生式系统的基本组成产生式系统的基本组成（三部分）（三部分）产生式规则产生式规则

45、(Production Rules)(Production Rules)综合数据库综合数据库(Global Database)(Global Database)控制策略控制策略(Control Strategy)(Control Strategy)图图2 2产生式系统组成产生式系统组成产生式规则又常被称为产生式规则库或知识库，它和综合数据库是系统的具体产生式规则又常被称为产生式规则库或知识库，它和综合数据库是系统的具体知识与信息的存储处理部件，是产生式系统的主体与基础，控制策略是系统的协同处理知识与信息的存储处理部件，是产生式系统的主体与基础，控制策略是系统的协同处理机构，是产生式系统的指挥控

46、制中心。产生式系统的知识表示主要体现于产生式规则和机构，是产生式系统的指挥控制中心。产生式系统的知识表示主要体现于产生式规则和综合数据库的表示。综合数据库的表示。产生式规则产生式规则(库库)综合数据库综合数据库匹配事实匹配事实调用规则调用规则控控制制策策略略2.3.1.2产生式规则的知识表示产生式规则的知识表示26产生式规则是产生式系统的主体关键部分，是知识表示的核心。产生式规则是产生式系统的主体关键部分，是知识表示的核心。规则：规则：是指人们思维判断中的一种固定逻辑结构关系，是指人们思维判断中的一种固定逻辑结构关系，通常，产生式的结构关系可简单表达为通常，产生式的结构关系可简单表达为PQ或表

47、达为自然语言形式，形如或表达为自然语言形式，形如IFP，THENQ前件前件P是产生式的前提或引入的事实，表示规则成立时必须满足的条件；是产生式的前提或引入的事实，表示规则成立时必须满足的条件；后件后件Q是产生式的输出结果，表示规则成立时导出的结论或要采取的行动，是产生式的输出结果，表示规则成立时导出的结论或要采取的行动，或进展状况或执行的操作。或进展状况或执行的操作。前件前件P是规则的环境事实，后件是规则的环境事实，后件Q是由前件是由前件P触发而导致的新事件新情况。触发而导致的新事件新情况。广泛使用的各种广泛使用的各种“条件条件结论结论”；“前提前提操作操作”；“事实事实进展进展”；“原因原因

48、结果结果”；“情况情况行为行为”结构等，结构等，比如：比如：(1)和风送暖和风送暖大地回春；大地回春；(因果结构因果结构)(2)天下雨天下雨地湿润；风吹地湿润；风吹草动；草动；(因果或条件结构因果或条件结构)(3)夜闻风雨声夜闻风雨声花落知多少；花落知多少；(事实及其进展结构事实及其进展结构)(4)刚才开机了刚才开机了意味着发出了捕获目标图像的意味着发出了捕获目标图像的信信号；号；(情况情况行为行为)(5)才饮长沙水才饮长沙水又食武昌鱼；又食武昌鱼；(事实及其进展结构事实及其进展结构)2.3.1.2产生式规则的知识表示产生式规则的知识表示227没有写出背景条件的没有写出背景条件的隐含产生式隐含

49、产生式。例如：。例如：(7)“中国的首都是北京中国的首都是北京”，即，即中国的首都是北京中国的首都是北京隐含了北京的相关政治、历史、经济、地理及交通等背景条件的优势比较和介绍。隐含了北京的相关政治、历史、经济、地理及交通等背景条件的优势比较和介绍。更复杂的情况更复杂的情况，把产生式规则的一个或多个前提条件和逻辑结论相互并立、分立、合成、嵌套等。把产生式规则的一个或多个前提条件和逻辑结论相互并立、分立、合成、嵌套等。(8)四边形四边形四边相等四边相等有一角是直角有一角是直角正方形；正方形；(正方形正方形四边形四边形)(正方形正方形四边相等四边相等)(正方形正方形有一角是直角有一角是直角)(9)甲

50、到太白山游览甲到太白山游览山上突然刮起寒风山上突然刮起寒风甲仅仅身穿单衣甲仅仅身穿单衣冰雹雪花纷纷飘落冰雹雪花纷纷飘落气候太寒冷了气候太寒冷了甲浑身打哆嗦；甲浑身打哆嗦；(10)甲到太白山游览甲到太白山游览山上刮寒风山上刮寒风甲穿单衣甲穿单衣山上下雪山上下雪气候寒冷气候寒冷甲打哆嗦。甲打哆嗦。2.3.1.3 综合数据库的多元组表达综合数据库的多元组表达28综合数据库用来表述问题空间的各种状态或有关的事实，存储了包括所要求解问题的综合数据库用来表述问题空间的各种状态或有关的事实，存储了包括所要求解问题的初始状态、目标状态、相关的静态环境知识、动态资料信息和规则知识等。初始状态、目标状态、相关的静