人工智能四知识表示_精品文档.ppt

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人工智能ArtificialIntelligence北京信息科技大学计算机学院李宝安2第四部分AI知识表达l产生式规则-最为普遍l一阶谓词逻辑-具有严谨的公理体系，适用于“机器定理证明”l单元表示l语义网络l概念从属l框架表示l脚本表示l过程表示3单元表示l由谓词演算引伸而来l将所有信息描述为一组单元，每个单元建立一些槽，槽有槽值，用于描述信息之间的逻辑关系l单元表示-具有模块化的特点，易于添加信息和进行修改l槽值可以是常量、变量或着函数表达式4单元名称槽名1：

槽名2：

槽名n：

槽值1槽值2槽值n5G1self：

giver：

recip：

（element-ofGIVING-EVENTS）JohnBookMARYobj：

例John给了MARY一本书。

6例John给了MARY一本书。

Bill将钢笔给了从John那里得到书的那个人。

槽值-为一个函数表达式G1self：

giver：

recip：

（element-ofGIVING-EVENTS）JohnBookMARYobj：

G2self：

giver：

recip：

（element-ofGIVING-EVENTS）BillPenRecip（G1）obj：

7G3self：

giver：

recip：

（element-ofGIVING-EVENTS）（element-ofPERSONS）BookMARYobj：

例事件语义：

某人给了MARY一本书。

-槽值为一个存在量词量化的变量8G（x）self：

giver：

recip：

（element-ofGIVING-EVENTS）JohnSk（x）xobj：

例事件语义：

John给了每个人一样东西。

-槽值为一个全称量词量化的变量为skolem函数，即与全称量词约束变量有关的函数，可用于消除存在量词，得到一前束的标准范式9在单元表示中引入集合及集合成员关系l引进：

函数“the-set-of”，如“the-set-of（Li,Wang,Liu）”表示由Li,Wang,Liu组成的集合l交：

intersectionl并：

UNIONl补：

complement10B1self：

giver：

bought：

（element-ofBUYING-EVENTS）John（element-ofinsection（UNION（PEN,BALL-PEN）,complement（RED-thing）例John买了一支笔，它是钢笔或圆珠笔，它不是红色的。

11G4self：

giver：

recip：

（element-ofGIVING-EVENTS）JohnBook（element-ofthe-set-of（MARY,Bill）obj：

例John将书给了MARY或者Bill。

12对单元表示的使用l通过提问单元和事实单元的“匹配”判别来得到问题的解答。

l例如：

提问“Bill给了谁钢笔？

”可现将该提问用单元表示如下：

Xself：

giver：

recip：

（element-ofGIVING-EVENTS）BillPENYobj：

13l“提问单元X”,可与以上事实单元G2相匹配。

l匹配过程中有置换G2/X，recip（G1）/Y，其中通过recip（G1）在G1中查找recip槽值可得到MARY。

l推出最后置换：

G2/X，MARY/Y，得到问题的解答。

14用单元来表示规则l例：

若Y是X部门的经理，则Y在X部门工作。

l单元规则表示如下：

RULE1self：

Manager：

CONSE：

（element-ofDEPARTMENTS）YXYWorks-in：

ANTE：

X15语义网络l最初由Quillion和Raphael（1968）提出,用来表达英文的语义的.l在自然语言理解中应用最多,是一种对知识的图解表示方法.l特别适合于表达分类学的知识,以及其间的复杂推理关系,如PROSPECTOR探矿系统,用于表示矿石的各种分类关系.还适于表示事物特性的知识。

l语义网络由节点和弧线所组成.l节点用于表示实体、概念和情况等，弧线用于表示节点之间的关系。

16BIRDSWALLOWISA（a）BIRDSWALLOWISAXIAOYANGISA（b）BIRDSWALLOWISAXIAOYANGISAWINGSHAS-PART（c）语义网络应用实例1-表示事物特性的知识17BIRDSWALLOWISAXIAOYANGISANESTNEST1ISAOWNS（d）WINGSHAS-PART语义：

小燕是一只燕子。

燕子是鸟。

鸟有翅膀。

小燕拥有一个巢NEST1。

NEST1是一个鸟巢。

18语义网络应用实例2-表示事物特性的知识TEACHERFACULTYISAPERSONNELISA30MALEHEALTH（e）TEACHER-1ISAMAYINHEDUSEXAGENAME19语义网络应用实例3-矿石分类关系网络物质矿石岩石硫化矿氧化矿硫化铅硫化铁方铅矿黄铁矿白铁矿火成岩水成岩变成岩流汶岩英安岩subst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofsubst-ofelement-ofelement-ofelement-ofelement-ofelement-of20语义网络应用实例4语义：

John给了MARY一本书。

GIVING-EVENTSG1JohnMARYBOOKPERSONSPHYS-OBJSISAgiverrecipobjISAISAISA21框架表示（frame）l由Minskey（1975）最早提出。

是一种结构化的知识表达方法。

l适合于表示块状知识，如医学诊断知识、军事目标分解知识等，易于对大量有关的“联想”知识进行表示。

l框架与框架之间还可形成纵向或横向的框架网络，便于进行推理和问题求解。

22框架的一般结构:

23框架应用实例:

（1）关于教职工的框架FRAMEFACULTYAGE:

INTEGER1860HEALTH:

ONEOF（EGNP）（DEFAULT=N）RETIRE:

IF-NEED（COND（OR（AND（EQ（SLOT-VALxSEX）MALE）（GREATERP（SLOT-VALxAGE）60）（AND（EQ（SLOT-VALxSEX）FEMALE）（GREATERP（SLOT-VALxAGE）55）（REMOVEx）24

（2）关于教师的框架FRAMEFACULTY-TEACHERISA:

FACULTYAGE:

IF-NEEDED（COND（SLOT-VALxYEAR）（PLUS（SLOT-VALxYEAR）23）（T23）EDU:

HLAN:

RANGEASUBSETOF（EJFGR）DEFAULTELEVELONEOF（EGFP）ADDRESS:

ANADDRESS（DEFAULT=BITI-BUILDING3）25（3）具体教师的框架FRAMETEACHER-1ISA:

FACULTY-TEACHERNAME:

ZHAO-GANGSEX:

MALEAGE:

NILLAN:

RANGEEJLEVELGWORK:

TEACHINGADDRESS:

BUILDING-4RELATION:

FACULTY-CADRE26框架网络PERSONNELFACULTYFACULTY-TEACHERFACULTY-CADRETEACHER-1TEACHER-2ISAISAISAISAISASTUDENTISAISAISA框架的层次结构不仅有利于查询、检索，而且可以节省大量的存储量。

27框架表示的推理方法应用实例：

关于急性肾结石的框架框架名称急性肾结石槽名典型症状外观（浮肿位置=面部）症状（厌食）逻辑决策标准充分的症状（无）必要的症状（无）必定没有的症状（无）其他框架的补充关系引起疾病的原因（链球菌感染）会引起的疾病（纳潴留）加剧发病的原因（急性肾功能衰减）加剧其他的疾病（蜂窝组织炎）鉴别诊断慢性高血压说明有慢性肾结石复发性水肿说明有肾综合症评分（若病人是儿童-0.8）（若病人是中年-0.5）.）（浮肿程度不大-0.1）（浮肿程度大-1.0）28关于过程表示l语义网络、框架、剧本等知识表示方法，均是对知识和事实的一种静态表达方法，我们称这类知识表达方式为陈述式知识表达，它所强调的是事物所涉及的对象是什么，是对事物有关知识的静态描述，是知识的显式表达形式。

而对于如何使用这些知识，则通过控制策略来决定。

l知识的过程式表示，是将有关问题领域的知识，连同如何使用这些知识的方法，均隐式地表达为一个求解问题的过程。

l对于知识的过程表示，它所给出的是事物的一些客观规律，表达的是如何求解问题，其知识描述形式就是程序，所有信息均隐含在程序之中。

l从求解效率上来看，过程式表达要比陈述式表达高得多。

特别适合像军事“突发事件的处理”一类要求快速响应的知识类型。

29对AI知识表达方法的综合使用l在实际AI系统中，经常需要根据具体问题领域的特点，综合运用各种知识表达方法l知识库不一定就一个，可以是多个，分别放入不同类型的知识。

例如控制知识，放在一个知识库中（一般采用规则形式，为顶层知识库），控制知识可用于选择方案。

处理知识放在一个知识库中（中间层知识库），可以采用框架表示方法，可用于对目标进行分解，以便知道需要进行哪些子目标的处理。

具体知识的处理，放在底层知识库中，可以采用过程或者规则表示形式，用于描述对具体子目标的处理方法。

30顶层知识库中层知识库底层知识库规则表示框架表示过程表示“红山II号”专家系统知识库结构示例31AI知识表达结构的研究-补充1.制约与（传统与）条件1条件N结论表示如果条件1条件N均成立,则结论成立.在操作语义上对条件1条件N无要求.322.整体与子任务1子任务N任务表示任务可以分解为子任务1子任务N,在操作语义上“整体与”与“制约与”没什么分别，只是“整体与”面向过程分解，而“制约与”面向逻辑关系。

333.成员与子任务1子任务N任务表示任务可以分解为子任务1子任务N,并不要求子任务的全部成功完成。

在操作语义上，它要求必须将所有子任务执行一次，尽可能多地得出结论。

地貌分类道路情况任务植被水系344.因果与原因结果任务表示任务可以分解为“在原因成立的条件下，有结果产生”（结果可能是一系列的过程）。

在操作语义上，它要求原因与结果的顺序执行，如其中之一失败，则整个任务执行失败。

敌实施核化袭击部队紧急实施防护重新调整部署处置情况处置情况特殊情况处置355.等价或（传统或）条件1条件N结论表示条件1条件N,只要有一个成立，则结论成立。

366.综合或（信度或）条件1条件N任务这种关系是对MYCIN系统中规则强度概念的图解。

上级通报俘虏供称A地是敌指挥所A地军官较多A地有大功率电台发信CF（结论/条件1）CF（结论/条件N）0.80.50.30.6377.优权或条件1条件N结论表示在一个解集X-SET中，找出一个x，使得“条件i”成立，并且对于所有的y属于X-SET，如果y使得“条件j”成立，则ij。

强调条件的判别顺序，先判别的条件具有较高的优先级。

38A地在三阵地后地域A地在二梯队团后A地在距前沿十五至二十五公里情况A地有直升机起落敌直升机配置地域398.互斥或条件1条件N结论表示“条件1或条件2或或条件N”与结论等价而不仅仅是蕴涵关系。