人工智能第二章 知識表示方法1

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第二章 知識表示方法,2024/12/10,內(nèi)容簡介,2.2,一階謂詞邏輯表示法,2.3,產(chǎn)生式表示法,2.4,框架表示法,2.6,面向?qū)ο蟊硎痉?6,2,3,4,2.1,概述,1,2.5,語義網(wǎng)絡表示法,5,2024/12/10,2.1.1,知識,知識是智能的基礎,智能活動的過程就是獲取并應用知識,人工智能對問題的求解是以知識為基礎,知識獲取能力,知識處理能力,知識應用能力,如何將已有的知識以計算機內(nèi)部代碼的形式進行描述和存儲，以便利用知識就是,知識表示,需要解決的問題,什么是知識？,將數(shù)字、字符串等關于客觀事物的數(shù)量、屬性等描述稱“數(shù)據(jù)”；數(shù)據(jù)不等于數(shù)字，姓名、性別也是數(shù)據(jù)；,數(shù)據(jù)是信息的載體和表示，信息是數(shù)據(jù)在特定場合下的含義，如“,6”,個人；,知識是數(shù)據(jù)和信息的結合；,2024/12/10,知識的定義,Feigenbaum,Bernstein,知識是經(jīng)過削減、塑造、解釋和轉(zhuǎn)換的信息。簡單地說，知識是經(jīng)過加工的信息。,知識是由特定領域的描述、關系和過程組成的。,Hayes-Roth,知識是事實、信念和啟發(fā)式規(guī)則。從知識庫的觀點看，知識是某領域中所涉及的各有關方面的一種符號表示。,總結：知識是把有關信息關聯(lián)在一起形成的信息結構,例如：以如果,則,關聯(lián)起來的信息,2024/12/10,知識要素,事實,規(guī)則,有關問題環(huán)境的一些事物的知識，常以“,是,”,的形式出現(xiàn)，表示靜態(tài)的知識。,有關問題中與事物的行動、動作相聯(lián)系的因果關系知識，是動態(tài)的，常以“如果,那么,”,形式出現(xiàn)。,控制,有關問題的求解步驟、技巧性知識，告訴怎么做一件事。,元知識,有關知識的知識，是知識庫中的高層知識。包括怎樣使用規(guī)則，解釋規(guī)則、校驗規(guī)則、解釋程序結構等知識。,2024/12/10,知識的特性,相對正確性,不確定性,任何知識都只是在一定條件下產(chǎn)生的，只在一定條件下才是正確的：“以胖為美”,;1+1=2;,知識不只有真和假兩種狀態(tài)，也可能具有很多不確定性的狀態(tài)，因為信息可能是不精確的。,知識的不確定性可能由隨機、模糊、不完全性引起的。,可表示性,知識可以用適當形式表示出來，如使用語言、文字、圖形；,2024/12/10,知識分類,事實性知識,過程性知識,行為性知識,根據(jù)表達內(nèi)容,實例性知識,類比性知識,元知識,真理、常識性知識,處理問題的方法，具有一定規(guī)律性,常表示為某種數(shù)學模型,只給出實例，規(guī)律隱藏在其中,只給相似性的描述，不能完整刻畫事物,關于知識的知識，用于尋找需要的知識,2024/12/10,2.1.2,知識表示,知識需要合適的表示方式,任何國家民族都需要自己的語言文字來交流、記錄知識；,二進制使得數(shù)據(jù)可以在計算機中存儲；,需要研究人類智能在計算機上的表示方式，才能實現(xiàn)人工智能；,2024/12/10,2.1.2,知識表示,分類,-,根據(jù)表示與運用的關系劃分,陳述性知識表示,：將知識表示與知識的運用分開處理，在表示知識時，并不涉及如何運用知識的問題，是一種靜態(tài)的描述方法。如：語義網(wǎng)絡,優(yōu)點：靈活簡潔，只需存儲每個事實一次；,缺點：工作效率低下，推理過程不透明；,過程性知識表示,：將知識表示與知識的運用相結合，知識寓于程序中，是一種動態(tài)的描述方法。如：產(chǎn)生式系統(tǒng),優(yōu)點：推理過程直接、清晰，易于推理知識；,缺點：表示不夠嚴謹，知識交叉重疊，靈活性差；,知識表示的定義,可看成是一組事物的約定，以把人類知識表示成機器能處理的數(shù)據(jù)結構。對知識進行表示的過程就是把知識編碼成某種數(shù)據(jù)結構的過程。,需要考慮知識的存儲與使用,2024/12/10,選取知識表示的因素,表示知識的范圍是否廣泛,是否適于推理,是否適于計算機處理,是否有高效的求解算法,能否表示不精確知識,自然界許多知識都是不精確的，對確定性方法有時需要加入不確定性度量,能否在同一層次上和不同層次上模塊化,只具有全局知識庫無疑不夠靈活,知識和元知識能否用統(tǒng)一的形式表示,是否適合于加入啟發(fā)信息,過程性表示還是說明性表示,表示方法是否自然,自然與效率常是矛盾的，如,PROLOG,與,VC,的區(qū)別；,2024/12/10,2.2,一階謂詞邏輯表示法,一種重要的知識表示方法，它以數(shù)理邏輯為基礎，是到目前為止能夠表達人類思維和推理的一種最精確的形式語言。它的表現(xiàn)方式和人類自然語言非常接近，它能夠被計算機作精確推理。,一階謂詞邏輯表示法,2024/12/10,2.2.1,知識的謂詞邏輯表示法,用謂詞公式既可表示事物的狀態(tài)、屬性和概念等事實性的知識，也可表示事物間具有因果關系的規(guī)則性知識。,用謂詞公式表示知識的一般步驟,2.,根據(jù)所要表達的事物或概念，為每個謂詞中的變元賦以特定的值。,1.,定義謂詞及個體，確定每個謂詞及個體的確切含義。,3.,根據(jù)所要表達的知識的語義，用適當?shù)倪B接符將各個謂詞連接起來形成謂詞公式。,2024/12/10,謂詞公式,連詞,非連詞,或連詞：用連接兩個命題稱為,析取,。,與連詞：用連接兩個命題稱為,合取,。,蘊合連詞：它表示“如果P，則Q”，其中P稱為前件，Q稱為后件。,量詞,全稱量詞（,x,）：表示對個體域,X,中的所有（或任一個）個體,x,。,存在量詞（,x,）：表示在個體域X中存在個體,x,。,2024/12/10,由下述規(guī)則得到的謂詞公式稱為,合式公式,：,單個謂詞和單個謂詞的否定稱為原子謂詞公式，原子謂詞公式是合式公式。,若A是合式公式，則A也是合式公式。,若A、B都是合式公式，則AB、AB、,AB也都是合式公式。,若A是合式公式，,x,是任一個體變元，則(,x,)A和(,x,)A也都是合式公式。,在合式公式中，連詞的優(yōu)先級別依序為：,，,2024/12/10,謂詞公式的解釋,在命題邏輯中，對命題公式中各個命題的一次真值指派稱為命題公式的一個,解釋,。,一個謂詞公式的解釋可能有很多個。對于每一個解釋，謂詞公式都可求出一個真值（,T,或,F,）。,2024/12/10,2.2.2,謂詞邏輯表示知識舉例,用謂詞邏輯表示下列知識：,武漢是一個美麗的城市，但她不是一個沿海城市。,如果馬亮是男孩，張紅是女孩，則馬亮比張紅長得高。,例,2.2.1,第一步,第二步,第三步,定義謂詞如下：,BCity(x),：,x,是一個美麗的城市,HCity(x),：,x,是一個沿海城市,Boy(x),:,x,是男孩,Girl(x),:,x,是女孩,High(x,y),:,x,比,y,長得高,根據(jù)語義，用邏輯連接符連接,BCity(wuhan)HCity(wuhan),(Boy(mal)Girl(zhangh)High(mal,zhangh),將個體代入謂詞中，得到,BCity(wuhan),HCity(wuhan),Boy(mal),Girl(zhangh),High(mal,zhangh),2024/12/10,例：用謂詞公式表示下列知識,自然數(shù)是大于零的整數(shù)。,所有整數(shù)不是偶數(shù)就是奇數(shù)。,偶數(shù)除以,2,是整數(shù)。,2024/12/10,（1）定義謂詞,N(,x,)表示,x,是自然數(shù),I(,x,)表示,x,是整數(shù),E(,x,)表示,x,是偶數(shù),O(,x,)表示,x,是奇數(shù),GZ(,x,)表示,x,大于零,S,(,x,)表示,x,除以,2,（2）謂詞公式知識表示,(,x,)(N(,x,)GZ(,x,)I(,x,),自然數(shù)是大于零的整數(shù),(,x,)(I(,x,)E(,x,)O(,x,),所有整數(shù)不是偶數(shù)就是奇數(shù),(,x,)(E(,x,)I(,S,(,x,),偶數(shù)除以,2,是整數(shù),2024/12/10,2.2.3,一階謂詞邏輯表示法特點,優(yōu)點,缺點,嚴密性,易于實現(xiàn),知識易表達,通用性,自然性,效率低,靈活性差,組合爆炸,返回,只能表達確定的知識,2024/12/10,2.3,產(chǎn)生式表示法,1943,年,E.Post,第一次提出稱為“,Post,機”的計算模型（,計算理論,）,一種描述形式語言的語法又稱為產(chǎn)生式規(guī)則表示法，它和圖靈機有相同的計算能力。目前產(chǎn)生式表示法已成為人工智能中應用最多的一種知識表示方法。,產(chǎn)生式知識表示方法,1972,年紐厄爾和西蒙在研究人類知識模型開發(fā)了基于規(guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)。,2024/12/10,2.3.1,產(chǎn)生式的基本形式,產(chǎn)生式通常用于表示具有因果關系的知識，其基本形式是,PQ,或,IF P THEN Q,其中，,P,是產(chǎn)生式的前提或條件，用于指出該產(chǎn)生式是否是可用的條件；,Q,是一組結論或動作，用于指出該產(chǎn)生式的前提條件,P,被滿足時，應該得出的結論或應該執(zhí)行的操作。,P,和,Q,都可以是一個或一組數(shù)學表達式或自然語言。,謂詞邏輯中的蘊含式與產(chǎn)生式的差別：,蘊含式只能表示精確知識；產(chǎn)生式可以表示精確知識，也可以表示不精確知識。,蘊含式要求匹配是精確的；產(chǎn)生式匹配可以是精確的，也可以是不精確的；可以按某種確信度進行匹配。,可以把蘊含式看出產(chǎn)生式的一個特例,2024/12/10,2.3.2,產(chǎn)生式表示知識方法,確定性和不確定性規(guī)則知識的產(chǎn)生式表示,確定性規(guī)則知識,可用前面介紹的產(chǎn)生式的基本形式表示即可。,不確定性規(guī)則知識,用如下形式表示,PQ,（可信度）或者,IF P THEN Q,（可信度）,其中，,P,是產(chǎn)生式的前提或條件，用于指出該產(chǎn)生式是否是可用的條件；,Q,是一組結論或動作，用于指出該產(chǎn)生式的前提條件,P,被滿足時，應該得出的結論或應該執(zhí)行的操作。,2024/12/10,2.3.2,產(chǎn)生式表示知識方法,確定性和不確定性事實性知識的產(chǎn)生式表示,確定性事實性知識,一般使用三元組,的形式表示如下,（對象，屬性，值）或（關系，對象,1,，對象,2,）,例如：（,Lee,，,Age,，,35,）；,(Friend,Lee,Zhang),不確定性,事實性知識,一般,用四元組的形式表示如下,（對象，屬性，值，不確定度量值）或,（關系，對象,1,，對象,2,，不確定度量值）,例如：（,Lee,，,Age,，,35,0.9,）；,(Friend,Lee,Zhang,0.2),2024/12/10,2.3.3,產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成,產(chǎn)生式系統(tǒng)通常由規(guī)則庫、數(shù)據(jù)庫和推理機這,3,個基本部分組成。,推理機,規(guī)則庫,數(shù)據(jù)庫,產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結構,一組產(chǎn)生式在一起互相配合，協(xié)同作用，一個產(chǎn)生式生成的結論可以作為另一個產(chǎn)生式的前提，以獲得問題的解決，這樣的系統(tǒng)為產(chǎn)生式系統(tǒng)。,2024/12/10,2.3.3,產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成,產(chǎn)生式系統(tǒng),用于描述某領域內(nèi)知識的產(chǎn)生式集合，是某領域知識（規(guī)則）的存儲器。,用來存放輸入事實、外部數(shù)據(jù)庫輸入的事實以及中間結果和最后結果。,由一組程序組成，用來控制協(xié)調(diào)規(guī)則庫與數(shù)據(jù)庫的運行，包含了推理方式和控制策略。,規(guī)則庫,數(shù)據(jù)庫,推理機,當某個事實符合規(guī)則庫中規(guī)則的前提，該規(guī)則被激活，相應的結論放在數(shù)據(jù)庫中,2024/12/10,規(guī)則庫：產(chǎn)生式的集合,是產(chǎn)生式系統(tǒng)的基礎,包含的知識要完整、一直，表達靈活準確；,構建規(guī)則庫時，應對知識進行合理組織管理；,數(shù)據(jù)庫：包含已知事實,包含的知識是動態(tài)變化的；,已知事實常用字符串、向量、矩陣等數(shù)據(jù)結構表示；,2024/12/10,推理機的工作：,（1）按一定的策略從規(guī)則庫中,選擇規(guī)則,，并與綜合數(shù)據(jù)庫中的已知事實,進行匹配,。,（2）當發(fā)生,沖突,（即匹配成功的規(guī)則不止一條）時，調(diào)用相應的沖突解決策略予以消解。,（3）在執(zhí)行某條規(guī)則時，若該規(guī)則的右部是一個或多個結論，則,把這些結論加到綜合數(shù)據(jù)庫中,；若規(guī)則的右部是一個或多個操作，則,執(zhí)行這些操作,。,（4）對