人工智能课件第二章.pdf

1、1知 识 就 是 力 量知 识 就 是 力 量F.Bacon(15611626)英国哲学和自然科学家归纳法的创立者英国哲学和自然科学家归纳法的创立者“培根培根”2第第2章 知识表示章 知识表示 2.1 知识与知识表示的概念知识与知识表示的概念 2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法 2.3 产生式表示法产生式表示法 2.4 语义网络表示法语义网络表示法 2.5 框架表示法框架表示法 2.6 过程表示法过程表示法按照符号主义的观点，知识是一切智能行为的基础，要使计算机具有智能，首先必须使它拥有知识。按照符号主义的观点，知识是一切智能行为的基础，要使计算机具有智能，首先必须使它拥有知识。32

2、.1 知识与知识表示的概念知识与知识表示的概念 2.1.1 知识的概念知识的概念 2.1.2 知识表示的概念知识表示的概念42.1.1 知识的概念知识的概念什么是知识什么是知识知识的一般概念知识的一般概念知识是人们在改造客观世界的实践中积累起来的知识是人们在改造客观世界的实践中积累起来的认识认识和和经验经验认识：认识：包括对事物现象、本质、属性、状态、关系、联系和运动等的认识包括对事物现象、本质、属性、状态、关系、联系和运动等的认识经验：经验：包括解决问题的包括解决问题的微观方法：微观方法：如步骤、操作、规则、过程、技巧等如步骤、操作、规则、过程、技巧等宏观方法：宏观方法：如战略、战术、计谋、

3、策略等如战略、战术、计谋、策略等知识的有代表性的定义知识的有代表性的定义（1）Feigenbaum:知识是经过剪裁、塑造、解释、选择和转换了的信息知识是经过剪裁、塑造、解释、选择和转换了的信息（2）Bernstein：知识由特定领域的描述、关系和过程组成知识由特定领域的描述、关系和过程组成（3）Heyes-Roth：知识知识=事实事实+信念信念+启发式启发式知识、信息、数据及其关系知识、信息、数据及其关系数据数据是信息的载体，本身无确切含义，其关联构成信息是信息的载体，本身无确切含义，其关联构成信息信息信息是数据的关联，赋予数据特定的含义，仅可理解为描述性知识是数据的关联，赋予数据特定的含义，

4、仅可理解为描述性知识知识知识可以是对信息的关联，也可以是对已有知识的再认识可以是对信息的关联，也可以是对已有知识的再认识常用的关联方式：常用的关联方式：if then 52.1.1 知识的概念知识的概念知识的类型知识的类型(1/2)按知识的性质按知识的性质概念、命题、公理、定理、规则和方法概念、命题、公理、定理、规则和方法按知识的作用域按知识的作用域常识性知识：常识性知识：通用通识的知识。人们普遍知道的、适应所有领域的知识。通用通识的知识。人们普遍知道的、适应所有领域的知识。领域性知识：领域性知识：面向某个具体专业领域的知识。面向某个具体专业领域的知识。例如：例如：专家经验。专家经验。按知识的

5、作用效果按知识的作用效果事实性知识：事实性知识：用于描述事物的概念、定义、属性用于描述事物的概念、定义、属性等；等；或用于描述问题的状态、环境、条件等。或用于描述问题的状态、环境、条件等。过程性知识：过程性知识：用于问题求解过程的操作、演算和行为的知识用于问题求解过程的操作、演算和行为的知识；用来指出如何使用那些与问题有关的事实性知识的知识；用来指出如何使用那些与问题有关的事实性知识的知识；表示方式：表示方式：产生式、谓词、语义网络等。产生式、谓词、语义网络等。控制性知识：控制性知识：(元知识或超知识)(元知识或超知识)是关于如何使用过程性知识的知识；是关于如何使用过程性知识的知识；例如：例如

6、：推理策略、搜索策略、不确定性的传播策略。推理策略、搜索策略、不确定性的传播策略。62.1.1 知识的概念知识的概念知识的类型知识的类型(1/2)按知识的层次按知识的层次表层知识：表层知识：描述客观事物的现象的知识。例如：感性、事实性知识描述客观事物的现象的知识。例如：感性、事实性知识深层知识：深层知识：描述客观事物本质、内涵等的知识。例如：理论知识描述客观事物本质、内涵等的知识。例如：理论知识按知识的确定性按知识的确定性确定性知识：确定性知识：可以说明其真值可以说明其真值为真或为假为真或为假的知识的知识不确定性知识：不确定性知识：包括不精确、包括不精确、模糊模糊、不完备知识、不完备知识不精确

7、：不精确：知识本身有真假，但由于认识水平限制却不能肯定其真假知识本身有真假，但由于认识水平限制却不能肯定其真假表示：用表示：用可信度、概率可信度、概率等描述等描述模糊：模糊：知识本身的边界就是不清楚的。例如：大，小等知识本身的边界就是不清楚的。例如：大，小等表示：用表示：用可能性、隶属度可能性、隶属度来描述来描述不完备：不完备：解决问题时不具备解决该问题的全部知识。例如：医生看病解决问题时不具备解决该问题的全部知识。例如：医生看病按知识的等级按知识的等级零级知识：零级知识：叙述性知识叙述性知识一级知识：一级知识：过程性知识过程性知识二级知识：二级知识：控制性知识（元知识或超知识）控制性知识（元

8、知识或超知识）72.1.2 知识表示的概念知识表示的概念知识表示的含义及要求知识表示的含义及要求什么是知识表示什么是知识表示是对知识的描述，即是对知识的描述，即用一组符号把知识编码成计算机可以接受的某种结构用一组符号把知识编码成计算机可以接受的某种结构。其表示方法不唯一。其表示方法不唯一。知识表示的要求知识表示的要求表示能力：表示能力：能否正确、有效地表示问题。包括：能否正确、有效地表示问题。包括：表示范围的广泛性表示范围的广泛性领域知识表示的高效性领域知识表示的高效性对非确定性知识表示的支持程度对非确定性知识表示的支持程度可利用性：可利用性：可利用这些知识进行有效推理。包括：可利用这些知识进

9、行有效推理。包括：对推理的适应性：对推理的适应性：推理是根据已知事实利用知识导出结果的过程推理是根据已知事实利用知识导出结果的过程对高效算法的支持程度：对高效算法的支持程度：知识表示要有较高的处理效率知识表示要有较高的处理效率可实现性：可实现性：要便于计算机直接对其进行处理要便于计算机直接对其进行处理可组织性：可组织性：可以按某种方式把知识组织成某种知识结构可以按某种方式把知识组织成某种知识结构可维护性：可维护性：便于对知识的增、删、改等操作便于对知识的增、删、改等操作自然性：自然性：符合人们的日常习惯符合人们的日常习惯可理解性：可理解性：知识应易读、易懂、易获取等知识应易读、易懂、易获取等8

10、2.1.2 知识表示的概念知识表示的概念知识表示的观点及方法知识表示的观点及方法知识表示的观点知识表示的观点陈述性观点：陈述性观点：知识的存储与知识的使用相分离知识的存储与知识的使用相分离优点：优点：灵活、简洁，演绎过程完整、确定，知识维护方便灵活、简洁，演绎过程完整、确定，知识维护方便缺点：缺点：推理效率低、推理过程不透明推理效率低、推理过程不透明过程性观点：过程性观点：知识寓于使用知识的过程中知识寓于使用知识的过程中优点：优点：推理效率高、过程清晰推理效率高、过程清晰缺点：缺点：灵活性差、知识维护不便灵活性差、知识维护不便知识表示的方法知识表示的方法逻辑表示法：逻辑表示法：一阶谓词逻辑一阶

11、谓词逻辑产生式表示法：产生式表示法：产生式规则产生式规则结构表示法：结构表示法：语义网络，框架语义网络，框架过程表示法：过程表示法：9第第2章 知识表示章 知识表示 2.1 知识表示与知识表示的概念知识表示与知识表示的概念 2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法 2.3 产生式表示法产生式表示法 2.4 语义网络表示法语义网络表示法 2.5 框架表示法框架表示法 2.6 过程表示法过程表示法102.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法主要讨论主要讨论一阶谓词逻辑表示的逻辑学基础一阶谓词逻辑表示的逻辑学基础命题和真值；论域和谓词；连词和量词；命题和真值；论域和谓词；连词和量词；项与合式

12、公式；自由变元与约束变元项与合式公式；自由变元与约束变元谓词逻辑表示方法谓词逻辑表示方法谓词逻辑表示的应用谓词逻辑表示的应用谓词逻辑表示的特性谓词逻辑表示的特性一阶谓词逻辑表示法是一种基于数理逻辑的表示方法。数理逻辑是一门研究推理的学科。可分为：一阶谓词逻辑表示法是一种基于数理逻辑的表示方法。数理逻辑是一门研究推理的学科。可分为：一阶经典逻辑：一阶经典逻辑：一阶经典命题逻辑，一阶经典谓词逻辑一阶经典命题逻辑，一阶经典谓词逻辑非一阶经典逻辑：非一阶经典逻辑：指除经典逻辑以外的那些逻辑，例如：二阶逻辑，多值逻辑，模糊逻辑等。指除经典逻辑以外的那些逻辑，例如：二阶逻辑，多值逻辑，模糊逻辑等。112.

13、2.1一阶谓词逻辑表示的逻辑学基础一阶谓词逻辑表示的逻辑学基础命题与真值命题与真值命题的定义：命题的定义：断言：断言：定义定义2.1 一个陈述句称为一个断言一个陈述句称为一个断言.命题：命题：具有真假意义的断言称为命题具有真假意义的断言称为命题.命题的真值：命题的真值：T：表示命题的意义为真表示命题的意义为真F：表示命题的意义为假表示命题的意义为假命题真值的说明命题真值的说明一个命题不能同时既为真又为假一个命题不能同时既为真又为假一个命题可在一定条件下为真，而在另一条件下为假一个命题可在一定条件下为真，而在另一条件下为假122.2.1一阶谓词逻辑表示的逻辑学基础一阶谓词逻辑表示的逻辑学基础论域

14、和谓词论域和谓词(1/2)论域：论域：由所讨论对象的全体构成的集合，亦称为个体域由所讨论对象的全体构成的集合，亦称为个体域个体：个体：论域中的元素论域中的元素谓词：谓词：在谓词逻辑中命题是用形如在谓词逻辑中命题是用形如P(x1,x2,xn)的谓词来表示的的谓词来表示的谓词名：是命题的谓语，表示个体的性质、状态或个体之间的关系谓词名：是命题的谓语，表示个体的性质、状态或个体之间的关系个体：是命题的主语，表示独立存在的事物或概念个体：是命题的主语，表示独立存在的事物或概念定义定义2.2 设设D是个体域，是个体域，P：DnT，F是一个映射，其中是一个映射，其中则称则称P是一个是一个n元谓词，记为元谓

15、词，记为P(x1,x2,xn)，其中，其中，x1,x2,xn为个体，可以是个体常量、变元和函数。为个体，可以是个体常量、变元和函数。例如：例如：GREATER(x,6)x大于大于6TEACHER(father(Wang Hong)王宏的父亲是一位教师王宏的父亲是一位教师,|),(2121DxxxxxxDnnn =132.2.1一阶谓词逻辑表示的逻辑学基础一阶谓词逻辑表示的逻辑学基础论域和谓词论域和谓词(2/2)函数：函数：定义定义2-3 设设D是个体域，是个体域，f：DnD是一个映射，其中是一个映射，其中则称f是D上的一个n元函数，记作则称f是D上的一个n元函数，记作P(xP(x1 1,x,x

16、2 2,x,xn n)谓词与函数的区别：谓词与函数的区别：谓词是谓词是D到到T，F的映射，函数是的映射，函数是D到到D的映射的映射谓词的真值是谓词的真值是T和和F，函数的值（无真值）是，函数的值（无真值）是D中的元素中的元素谓词可独立存在，函数只能作为谓词的个体谓词可独立存在，函数只能作为谓词的个体,|),(2121DxxxxxxDnnn =142.2.1一阶谓词逻辑表示的逻辑基础一阶谓词逻辑表示的逻辑基础连词连词连词：连词：“非非”或者或者“否定否定”。表示对其后面的命题的否定。表示对其后面的命题的否定：“析取析取”。表示所连结的两个命题之间具有。表示所连结的两个命题之间具有“或或”的关系的关系：“合取合取”。表示所连结的两个命题之间具有。表示所连结的两个命题之间具有“与与”的关系。的关系。：“条件条件”或或“蕴含蕴含”。表示。表示“若若则则”的语义。读作的语义。读作“如果如果P，则，则Q”其中，其中，P称为条件的前件，称为条件的前件，Q称为条件的后件。称为条件的后件。：称为称为“双条件双条件”。它表示。它表示“当且仅当当且仅当”的语义。即读作的语义。即读作“P当且仅当当且仅当Q”。