知识表示方法.pptx
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1、2023/2/23内容简介内容简介2.2 2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法2.3 2.3 产生式表示法产生式表示法2.4 2.4 框架表示法框架表示法2.6 2.6 面向对象表示法面向对象表示法62342.1 2.1 概述概述12.5 2.5 语义网络表示法语义网络表示法5第1页/共47页2023/2/23知识知识知识定义知识定义知识定义知识定义 Feigenbaum Bernstein知识是经过削减、塑造、解释和转换的信息。简单地说,知识是经过加工的信息。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。从知识库的观点看,知识是某领域中所
2、涉及的各有关方面的一种符号表示。第2页/共47页2023/2/23知识知识 事实事实 规则规则有关问题环境的一些事物的知识,常以“是”的形式出现。有关问题中与事物的行动、动作相联系的因果关系知识,是动态的,常以“如果那么”形式出现。控制控制有关问题的求解步骤、技巧性知识,告诉怎么做一件事。元知识元知识有关知识的知识,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、解释程序结构等知识。知识要素知识要素知识要素知识要素第3页/共47页2023/2/23知识知识事实性知识事实性知识过程性知识过程性知识行为性知识行为性知识知识分类知识分类知识分类知识分类实例性知识实例性知识类比性知识类比性
3、知识元知识元知识第4页/共47页2023/2/23知识表示知识表示选取知识表示的因素选取知识表示的因素l表示知识的范围是否广泛l是否适于推理l是否适于计算机处理l是否有高效的求解算法l能否表示不精确知识知识表示的分类知识表示的分类陈述性知识表示陈述性知识表示:将知识表示与知识的运用分开处理,在表示知识时,并不涉及如何运用知识的问题,是一种静态的描述方法。过程性知识表示过程性知识表示:将知识表示与知识的运用相结合,知识寓于程序中,是一种动态的描述方法。知识表示的定义知识表示的定义可看成是一组事物的约定,以把人类知识表示成机器能处理的数据结构。对知识进行表示的过程就是把知识编码成某种数据结构的过程
4、。l能否在同一层次上和不同层次上模块化l知识和元知识能否用统一的形式表示l是否适合于加入启发信息l过程性表示还是说明性表示l表示方法是否自然返回返回第5页/共47页2023/2/232.2 2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法一种重要的知识表示方法,它以数理逻辑一种重要的知识表示方法,它以数理逻辑为基础,是到目前为止能够表达人类思维为基础,是到目前为止能够表达人类思维和推理的一种最精确的形式语言。它的表和推理的一种最精确的形式语言。它的表现方式和人类自然语言非常接近,它能够现方式和人类自然语言非常接近,它能够被计算机作精确推理。被计算机作精确推理。一阶谓词逻辑表示一阶谓词逻辑表示一阶谓
5、词逻辑表示一阶谓词逻辑表示法法法法第6页/共47页2023/2/23知识的谓词逻辑表示法知识的谓词逻辑表示法用谓词公式既可表示事物的状态、属性和概念等事实性的知识,也可表示事物间具有因果关系的规则性知识。用谓词公式用谓词公式表示知识的表示知识的一般步骤一般步骤2.根据所要表达的根据所要表达的事物或概念,为事物或概念,为每个谓词中的变每个谓词中的变元赋以特定的值。元赋以特定的值。1.定义谓词及个体,定义谓词及个体,确定每个谓词及确定每个谓词及个体的确切含义。个体的确切含义。3.根据所要表达的根据所要表达的知识的语义,用知识的语义,用适当的连接符将适当的连接符将各个谓词连接起各个谓词连接起来形成谓
6、词公式。来形成谓词公式。第7页/共47页2023/2/23谓词逻辑表示知识举例谓词逻辑表示知识举例用谓词逻辑表示下列知识:武汉是一个美丽的城市,但她不是一个沿海城市。如果马亮是男孩,张红是女孩,则马亮比张红长得高。例例第一步第一步第二步第二步第三步第三步定义谓词如下:BCity(x):x是一个美丽的城市 HCity(x):x是一个沿海城市Boy(x):x是男孩 Girl(x):x是女孩 High(x,y):x比y长得高根据语义,用逻辑连接符连接BCity(wuhan)HCity(wuhan)(Boy(mal)Girl(zhangh)High(mal,zhangh)将个体代入谓词中,得到 BCi
7、ty(wuhan),HCity(wuhan),Boy(mal),Girl(zhangh),High(mal,zhangh)第8页/共47页2023/2/23一阶谓词逻辑表示法特点一阶谓词逻辑表示法特点优点优点优点优点缺点缺点缺点缺点严密性严密性易于实现易于实现知识易表达知识易表达通用性通用性自然性自然性效率低效率低灵活性差灵活性差组合爆炸组合爆炸返回返回第9页/共47页2023/2/232.3 2.3 产生式表示法产生式表示法 又称为产生式规则表示法,它和图灵机又称为产生式规则表示法,它和图灵机有相同的计算能力。目前产生式表示法有相同的计算能力。目前产生式表示法已成为人工智能中应用最多的一种知
8、识已成为人工智能中应用最多的一种知识表示方法。表示方法。产生式知识表示方产生式知识表示方产生式知识表示方产生式知识表示方法法法法第10页/共47页2023/2/23产生式的基本形式产生式的基本形式产生式通常用于表示具有因果关系的知识,其基本形式是产生式通常用于表示具有因果关系的知识,其基本形式是PQ 或或 IF P THEN Q 其中,其中,P是产生式的前提或条件,用于指出该产生式是是产生式的前提或条件,用于指出该产生式是否是可用的条件;否是可用的条件;Q是一组结论或动作,用于指出该产生式是一组结论或动作,用于指出该产生式的前提条件的前提条件P P被满足时,应该得出的结论或应该执行的操作。被满
9、足时,应该得出的结论或应该执行的操作。P和和Q都可以是一个或一组数学表达式或自然语言。都可以是一个或一组数学表达式或自然语言。第11页/共47页2023/2/23产生式表示知识方法产生式表示知识方法确定性和不确定性规则知识的产生式表示确定性和不确定性规则知识的产生式表示确定性和不确定性规则知识的产生式表示确定性和不确定性规则知识的产生式表示确定性规则知识确定性规则知识 可用前面介绍的产生式的基本形式表示即可。不确定性规则知识不确定性规则知识 用如下形式表示 PQ(可信度)或者 IF P THEN Q (可信度)其中,P是产生式的前提或条件,用于指出该产生式是否是可用的条件;Q是一组结论或动作,
10、用于指出该产生式的前提条件P被满足时,应该得出的结论或应该执行的操作。第12页/共47页2023/2/23产生式表示知识方法产生式表示知识方法确定性和不确定性事实性知识的产生式表示确定性和不确定性事实性知识的产生式表示确定性和不确定性事实性知识的产生式表示确定性和不确定性事实性知识的产生式表示 确定性事实性知识确定性事实性知识 一般使用三元组的形式表示如下(对象,属性,值)或(关系,对象1,对象2)不确定性不确定性事实性知识事实性知识 一般用四元组的形式表示如下(对象,属性,值,不确定度量值)或(关系,对象1,对象2,不确定度量值)第13页/共47页2023/2/23产生式系统的组成产生式系统
11、的组成产生式系统通常由规则库、数据库和推理机这产生式系统通常由规则库、数据库和推理机这3 3个基本部分组成。个基本部分组成。推理机推理机推理机推理机规则库规则库规则库规则库数据库数据库数据库数据库产生式系统的基本结构产生式系统的基本结构第14页/共47页2023/2/23产生式系统的组成产生式系统的组成产生式系统产生式系统用于描述某领域内知识的用于描述某领域内知识的产生式集合,是某领域知产生式集合,是某领域知识(规则)的存储器。识(规则)的存储器。用来存放输入事实、用来存放输入事实、外部数据库输入的外部数据库输入的事实以及中间结果事实以及中间结果和最后结果。和最后结果。由一组程序组成,由一组程
12、序组成,用来控制协调规则用来控制协调规则库与数据库的运行,库与数据库的运行,包含了推理方式和包含了推理方式和控制策略。控制策略。规则库规则库数据库数据库推理机推理机第15页/共47页2023/2/23产生式系统推理方式产生式系统推理方式产生式系统推理机的推理方式有正向推理、反产生式系统推理机的推理方式有正向推理、反向推理和双向推理三种。向推理和双向推理三种。推理过程推理过程从已知事实出发,通过规则求得结论。或称数据驱动方式也称作自底向从已知事实出发,通过规则求得结论。或称数据驱动方式也称作自底向上的方式。上的方式。(1)规则集中的规则与数据库中的事实进行匹配,得匹配的规则集合。(2)使用冲突解
13、决算法,从匹配规则集合中选择一条规则作为启用规则。(3)执行启用规则的后件。将该请用规则的后件送入数据库。重复这个过程直至达到目标。正向推理正向推理正向推理正向推理第16页/共47页2023/2/23产生式系统推理方式产生式系统推理方式反向推理反向推理反向推理反向推理推理过程推理过程从目标(作为假设)出发,反向使用规则,求得已知事实。从目标(作为假设)出发,反向使用规则,求得已知事实。这种推理方式也称目标驱动方式或称自顶向下的方式。这种推理方式也称目标驱动方式或称自顶向下的方式。(1)规则库中的规则后件与目标事实进行匹配,得匹配的规 则集合。(2)使用冲突解决算法,从匹配规则集合中选择一条规则
14、作为启用规则。(3)将启用规则的前件作为子目标。重复这个过程直至各子目标均为已知事实成功结束。第17页/共47页2023/2/23产生式系统推理方式产生式系统推理方式双向推理是一种既自顶向下、又自底向上的推理方式,推理从两个方向同时进行,直至某个中间界面上两方向结果相符便成功结束。这种双向推理较正向或反向推理所形成的推理网络小,从而有更高的推理效率。双向推理双向推理双向推理双向推理第18页/共47页2023/2/23产生表示法的特点产生表示法的特点控制饱和问题控制饱和问题控制饱和问题控制饱和问题组合爆炸问题组合爆炸问题组合爆炸问题组合爆炸问题可信度因子可信度因子可信度因子可信度因子自然性自然性
15、自然性自然性模块化模块化模块化模块化清晰性清晰性清晰性清晰性产生表示法的特点产生表示法的特点返回返回第19页/共47页2023/2/232.4 2.4 框架表示法框架表示法框架表示法是以框架理论为基础发展起来的一种结框架表示法是以框架理论为基础发展起来的一种结构化的知识表示,它适用于表达多种类型的知识。构化的知识表示,它适用于表达多种类型的知识。框架理论的基本观点是:人脑已存储有大量的典型框架理论的基本观点是:人脑已存储有大量的典型情景,当面临新的情景时,就从记忆中选择一个称情景,当面临新的情景时,就从记忆中选择一个称作框架的基本知识结构,其具体内容依新的情景而作框架的基本知识结构,其具体内容
16、依新的情景而改变,形成对新情景的认识又记忆于人脑中。改变,形成对新情景的认识又记忆于人脑中。框架表示法框架表示法框架表示法框架表示法第20页/共47页2023/2/23框架的构成框架的构成一般一般结构结构框架名框架名 槽名槽名1 侧面侧面11 值值111值值11k1 侧面侧面1n1 值值1n11值值1n1kn1 槽名槽名2 侧面侧面12 值值121值值1211 侧面侧面1n2 值值1n21值值1n21n2 第21页/共47页2023/2/23框架的构成框架的构成表示对象间关系的常用槽名:表示对象间关系的常用槽名:用于指出部分和全体的关系。用用于指出部分和全体的关系。用Part-of槽指出的联系
17、所描述的下槽指出的联系所描述的下层框架和上层框架之间不具有继层框架和上层框架之间不具有继承性。承性。用来表示用来表示AKO槽的逆关系。用槽的逆关系。用Instance槽指出的联系都具有继承槽指出的联系都具有继承性,即下层框架可继承上层框架中性,即下层框架可继承上层框架中所描述的属性或值。所描述的属性或值。用于指出对象间抽象概念上的类属用于指出对象间抽象概念上的类属关系,直观意义是关系,直观意义是“是一个是一个”,“是一种是一种”,“是一只是一只”等。一般用等。一般用ISA槽指出的联系都具有继承性。槽指出的联系都具有继承性。用于具体地指出对象间的类属关系。用于具体地指出对象间的类属关系。其直观意
18、义是其直观意义是“是一种是一种”。ISA槽槽Instance槽槽AKO槽槽Part-of槽槽槽名槽名第22页/共47页2023/2/23框架表示知识举例框架表示知识举例“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:(中专,大学)类别:(,)例例分析分析框架名:“教师”含有5个槽,槽名分别为:“类属”、“工作”、“性别”、“学历”和“类别”。槽名后面是其槽值。槽值“”又是一个框架名。“范围”、“缺省”是槽“工作”的两个不同的侧面,其后是侧面值。第23页/共47页2023/2/23框架系统的推理框架系统的推理(3 3)使用一种评价方法对于选框架进行评价,
19、以便决定是否接受它。)使用一种评价方法对于选框架进行评价,以便决定是否接受它。(1 1)把待解决的问题用一个框架表示出来。)把待解决的问题用一个框架表示出来。求解问题的匹配推理步骤求解问题的匹配推理步骤求解问题的匹配推理步骤求解问题的匹配推理步骤(4 4)若可接受,则与问题框架空槽相匹配的事实就是问题解。)若可接受,则与问题框架空槽相匹配的事实就是问题解。(2 2)与知识库中已有的框架进行匹配。找出一个或几个可匹配的预)与知识库中已有的框架进行匹配。找出一个或几个可匹配的预 选框架作为初步架设,在初步架设的引导下收集进一步的信息。选框架作为初步架设,在初步架设的引导下收集进一步的信息。第24页
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- 知识 表示 方法
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