6_知识表示方法_part4人工智能课件.ppt
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1、Artificial Intelligence(AI)人工智能人工智能第二章:知识第二章:知识表示方法表示方法内容提要第二章:知识表示方法第二章:知识表示方法第二章:知识表示方法第二章:知识表示方法1.1.状态空间法状态空间法2.2.问题归约法问题归约法3.3.谓词逻辑法谓词逻辑法4.4.语义网络法语义网络法5.5.其他方法其他方法语义网络法v语义网络法(语义网络法(SemanticNetworkRepresentation)语义网络是奎廉语义网络是奎廉(J.R.Quillian)1968年在研究人类联想记年在研究人类联想记忆时提出的一种心理学模型,认为记忆是由概念间的联忆时提出的一种心理学模
2、型,认为记忆是由概念间的联系实现的。随后,奎廉又把它用作知识表示。系实现的。随后,奎廉又把它用作知识表示。1972年,西蒙在他的自然语言理解系统中也采用了语义年,西蒙在他的自然语言理解系统中也采用了语义网络表示法。网络表示法。语义网络是一种表达能力强而且灵活的知识表示方法,语义网络是一种表达能力强而且灵活的知识表示方法,目前已经广泛应用于人工智能领域,尤其是在自然语言目前已经广泛应用于人工智能领域,尤其是在自然语言处理方面。处理方面。语义网络法v语义网络语义网络语义网络是通过语义网络是通过概念概念及其及其语义关系语义关系来表达知识一种网络来表达知识一种网络图。图。从图论的观点看,语义网络是一个
3、从图论的观点看,语义网络是一个“带标识的有向图带标识的有向图”p有向图的节点代表实体有向图的节点代表实体,表示各种事物、概念、情,表示各种事物、概念、情况、属性、状态、事件、动作等;况、属性、状态、事件、动作等;节点还可以是一节点还可以是一个语义子网络,形成嵌套结构个语义子网络,形成嵌套结构。p有向图的弧代表语义关系有向图的弧代表语义关系,表示它所连结的两个实,表示它所连结的两个实体之间的语义联系,它体之间的语义联系,它必须带有标识必须带有标识。语义网络法v语义基元语义基元语义网络中最基本的语义单元称为语义网络中最基本的语义单元称为语义基元语义基元,可用三元,可用三元组表示为:组表示为:(结点
4、(结点1,弧,结点,弧,结点2)v基本网元基本网元指一个指一个语义基元对应的有向图语义基元对应的有向图p例如:例如:若有语义基元(若有语义基元(A,R,B),其中,),其中,A、B分别表示两个分别表示两个结点,结点,R表示表示A与与B之间的某种语义联系,则它所对应的基本网之间的某种语义联系,则它所对应的基本网元如下图所示:元如下图所示:ABR语义网络法v语义网络的简单例子语义网络的简单例子p例如:例如:用于一网络表示用于一网络表示“鸵鸟是一种鸟鸵鸟是一种鸟”v语义网络的表示能力语义网络的表示能力事实的表示:事实的表示:p例如:例如:“雪的颜色是白的雪的颜色是白的”规则的表示:规则的表示:p例如
5、:例如:“规则规则R:如果:如果 A 则则B”鸵鸟鸵鸟鸟鸟是一种是一种雪雪白白颜色颜色ABR语义网络法v语义网络的基本语义关系语义网络的基本语义关系(1)类属关系)类属关系p类属关系体现的是类属关系体现的是“具体与抽象具体与抽象”的概念,通常指的概念,通常指具有共同属性的不同事物之间的实例关系、成员关具有共同属性的不同事物之间的实例关系、成员关系或分类关系。系或分类关系。p常有的类属关系有:常有的类属关系有:Is-a(Is-a(是一个是一个)、A-member-ofA-member-of(是一员)、(是一员)、A-kind-ofA-kind-of(是一种)。(是一种)。p例如:例如:张宁是一个
6、学生。张宁是一个学生。张宁张宁学生学生Is-a语义网络法v语义网络的基本语义关系语义网络的基本语义关系(2)聚集关系)聚集关系p如果一个事物是另一事物的组成部分或某个方面,如果一个事物是另一事物的组成部分或某个方面,则它们之间的关系就是聚集关系。常用的聚集关系则它们之间的关系就是聚集关系。常用的聚集关系有:有:A-part-ofA-part-of(是一部分)。(是一部分)。p例如:例如:手是人体的一部分。手是人体的一部分。手手人体人体A-part-of语义网络法v语义网络的基本语义关系语义网络的基本语义关系(3)属性关系)属性关系p属性关系表示了对象和其属性之间的联系。属性关系表示了对象和其属
7、性之间的联系。p常用的属性关系有:常用的属性关系有:Have(有有)、Can(能、会)、(能、会)、Owner(所有者)。(所有者)。p例如:张宁会说英语,年龄例如:张宁会说英语,年龄18岁,身高岁,身高160cm。张宁张宁英语英语18160havehavecan语义网络法v语义网络的基本语义关系语义网络的基本语义关系(4)推论关系)推论关系p如果一个概念可由另一个概念推出,两个概念间存如果一个概念可由另一个概念推出,两个概念间存在因果关系,则称它们之间是推论关系,可以用在因果关系,则称它们之间是推论关系,可以用Fetch(Fetch(推出推出)表示。表示。p例如:饥饿推出需要进食例如:饥饿推
8、出需要进食饥饿饥饿需要进食需要进食Fetch语义网络法v语义网络的基本语义关系语义网络的基本语义关系(5)相近关系)相近关系p相近关系是指不同事物在形状、内容等方面相似或相近关系是指不同事物在形状、内容等方面相似或接近。常用的相近关系有:接近。常用的相近关系有:Similar-to(相似)、(相似)、Near-to(接近)(接近)p例如:猫和虎相似例如:猫和虎相似猫猫虎虎Similar-to语义网络法v语义网络的基本语义关系语义网络的基本语义关系(6)方位关系)方位关系p方位关系表示了不同事物之间在位置方面的相互关方位关系表示了不同事物之间在位置方面的相互关系,例如在上(系,例如在上(Loca
9、ted-on),在下(),在下(Located-under),在内(),在内(Located-inside)、在外()、在外(Located-outside)、位于()、位于(Located-at)等都可以表示不同事)等都可以表示不同事物间的方位关系。物间的方位关系。p例如:书在桌子上。例如:书在桌子上。书书桌子桌子Located-on语义网络法v语义网络的基本语义关系语义网络的基本语义关系(7)时间关系)时间关系p时时间间关关系系表表示示了了不不同同事事件件在在发发生生时时间间方方面面的的先先后后次次序序关关系系。常常见见的的时时间间关关系系有有Before(在在前前)、After(在后)等
10、。(在后)等。p例例如如:阅阅览览室室开开放放后后才才能能供供读读者者阅阅览览就就是是表表示示了了开开放和阅览两事件之间的先后时间关系。放和阅览两事件之间的先后时间关系。阅览阅览开放开放After语义网络法v语义网络的基本语义关系语义网络的基本语义关系(8)构成关系)构成关系p用于表示构成联系,是一种一对多的联系,它的联用于表示构成联系,是一种一对多的联系,它的联系的节点间不具有属性继承性。系的节点间不具有属性继承性。p例如:例如:整数由正整数、负整数和零组成。整数由正整数、负整数和零组成。整数整数正整数正整数零零负整数负整数与与Composedof语义网络法v谓词逻辑与语义网络等效谓词逻辑与
11、语义网络等效例如:用例如:用”Liming is a man”的语义网络和谓词逻辑表的语义网络和谓词逻辑表示说明谓词逻辑与语义网络的等效性。示说明谓词逻辑与语义网络的等效性。方法方法 初始问题初始问题 算符算符目标目标结果结果谓词逻辑法谓词逻辑法合式公式合式公式置换合一消置换合一消解反演解反演根结点根结点 nil语义网络法语义网络法节点节点链链目标网络目标网络语义网络语义网络LIMINGMANISA语义网络语义网络ISA(LIMING,MAN)或或MAN(LIMING)谓词逻辑谓词逻辑语义网络法v一元关系一元关系指可以用一元谓词指可以用一元谓词P(xP(x)表示的关系。谓词表示的关系。谓词P
12、P说明实体的性质、说明实体的性质、属性等。属性等。描述的是一些最简单、最直观的事物或概念。常用:描述的是一些最简单、最直观的事物或概念。常用:是是、有有、会会、能能 等语义关系来说明。如等语义关系来说明。如 雪是白的雪是白的 。v一元关系的描述一元关系的描述应该说,语义网络表示的是二元关系。如何用它来描述一元应该说,语义网络表示的是二元关系。如何用它来描述一元关系?关系?结点结点1 1表示实体,结点表示实体,结点2 2表示实体的性质或属性等,弧表示实体的性质或属性等,弧表示语义关系。表示语义关系。例如:用语义网络表示例如:用语义网络表示“动物能运动、会吃动物能运动、会吃”运动运动吃吃动物动物C
13、anCan语义网络法v二元关系:二元语义网络表示二元关系:二元语义网络表示可用二元谓词可用二元谓词P(x,yP(x,y)表示的关系。其中,表示的关系。其中,x,yx,y为实体,为实体,P P为实为实体之间的关系。体之间的关系。单个二元关系可直接用一个基本网元来表示单个二元关系可直接用一个基本网元来表示对复杂关系,可通过一些相对独立的二元或一元关系的组合对复杂关系,可通过一些相对独立的二元或一元关系的组合来实现。来实现。例如:用语义网络表示例如:用语义网络表示动物能运动、会吃。动物能运动、会吃。鸟是一种动物,鸟有翅膀、会飞。鸟是一种动物,鸟有翅膀、会飞。鱼是一种动物,鱼生活在水中、会游泳。鱼是一
14、种动物,鱼生活在水中、会游泳。语义网络法用语义网络表示:用语义网络表示:1)动物能运动、会吃;)动物能运动、会吃;2)鸟是一种动物,鸟)鸟是一种动物,鸟有翅膀、会飞;有翅膀、会飞;3)鱼是一种动物,鱼生活在水中、会游泳。)鱼是一种动物,鱼生活在水中、会游泳。AKO:Akindof动物动物吃吃运动运动翅膀翅膀水中水中鸟鸟鱼鱼飞飞游泳游泳CanCanAKOLiveHaveCanAKOCan语义网络法例如:用语义网络表示例如:用语义网络表示王强是理想公司的经理;王强是理想公司的经理;理想公司在中关村;理想公司在中关村;王强王强28岁。岁。中关村中关村理想公司理想公司王强王强经理经理28岁岁Locat
15、ed-at-Work-forHeadshipAge语义网络法v二元关系:二元语义网络表示二元关系:二元语义网络表示通常,把有关一个物体或概念,或一组有关的物体或概通常,把有关一个物体或概念,或一组有关的物体或概念的知识用一个语义网络来表示。念的知识用一个语义网络来表示。用用一组基元一组基元来表示知识,可以简化表示,用简单的知识来表示知识,可以简化表示,用简单的知识来表示更复杂的知识。来表示更复杂的知识。与此相关的是寻找基本概念和某些基本弧的问题,称为与此相关的是寻找基本概念和某些基本弧的问题,称为“选择语义基元选择语义基元”问题。问题。语义网络法v二元关系:二元语义网络表示二元关系:二元语义网
16、络表示例如:例如:p我椅子的颜色是咖啡色的;我椅子的颜色是咖啡色的;p椅子包套是皮革;椅子包套是皮革;p椅子是一种家具;椅子是一种家具;p座位是椅子的一部分;座位是椅子的一部分;p椅子的所有者是椅子的所有者是XpX是个人是个人语义网络法p我椅子的颜色是咖啡色的;椅子包套是皮革;椅子是一我椅子的颜色是咖啡色的;椅子包套是皮革;椅子是一种家具;座位是椅子的一部分;椅子的所有者是种家具;座位是椅子的一部分;椅子的所有者是X;X是是个人个人p定义一个语义网络来表示椅子的概念定义一个语义网络来表示椅子的概念p在椅子的基础上进一步具体描述:我的椅子在椅子的基础上进一步具体描述:我的椅子FURNITUREC
17、HAIRPERSONSEATMYCHAIRBROWNXLEATHERISAOWNERCOLORISAISAISAPARTCOVERING椅子的概念椅子的概念语义网络法例如:用语义网络表示例如:用语义网络表示李新的汽车的款式是李新的汽车的款式是“捷达捷达”、银灰色。、银灰色。王红的汽车的款式是王红的汽车的款式是“凯越凯越”、红色。、红色。李新和王红的汽车均属于具体概念李新和王红的汽车均属于具体概念,可增加可增加“汽车汽车”这个抽象这个抽象概念。概念。捷达捷达李新李新汽车汽车1银灰色银灰色人人汽车汽车交通工具交通工具王红王红汽车汽车2红色红色凯越凯越BrandOwnerColorISAISAAKO
18、ColorOwnerBrandISAISA语义网络法v多元关系:多元语义网络表示多元关系:多元语义网络表示可用多元谓词可用多元谓词P(x1,x2,xn)表示的关系。其中,表示的关系。其中,个体个体x1,x2,xn)为为n个实体,谓词个实体,谓词P说明这些实说明这些实体之间的关系。体之间的关系。本质上讲,语义网络中节点之间的连接是二元关系,本质上讲,语义网络中节点之间的连接是二元关系,如如何用二元关系表示多个实体之间的多元关系?何用二元关系表示多个实体之间的多元关系?把多元关系它转化为把多元关系它转化为一组二元关系的组合一组二元关系的组合,或二元关系,或二元关系的合取的合取语义网络法v多元关系表
19、示方法多元关系表示方法把多元关系它转化为把多元关系它转化为一组二元关系的组合一组二元关系的组合,或二元关系,或二元关系的合取的合取可转换为可转换为语义网络法v多元关系表示方法多元关系表示方法例如:例如:用语义网络表示用语义网络表示“三个点三个点a,b,c围成一个三围成一个三角形角形”三元关系:三元关系:Triangle(a,b,c)可转换为一组二元关系的合取:可转换为一组二元关系的合取:CAT(a,b)CAT(b,c)CAT(c,a)CAT表示两点的连线表示两点的连线语义网络法v多元关系表示方法多元关系表示方法西蒙斯(西蒙斯(Simmons)和斯洛克姆()和斯洛克姆(Slocum)提出增加)提
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