《人工智能基礎(chǔ)》知識表示作業(yè)-天津大學(xué)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上人工智能基礎(chǔ)知識表示作業(yè)學(xué) 院 專 業(yè) 計算機科學(xué)與技術(shù) 年 級 姓 名 學(xué) 號 聯(lián)系方式（電話） （電子郵箱）目錄第一章 概述1.1 知識表示概述知識表示（Knowledge Representation）,即把知識用計算機可接受的符號以某種形式描述出來，諸如語法樹、圖表結(jié)構(gòu)、樹形或網(wǎng)狀表達等等。知識表示就是對知識的符號化過程，即把相關(guān)問題的知識加以形式化描述，表示成為便于計算機存儲、管理和調(diào)用的某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式。1.2 知識概述知識是信息接受者通過對信息的提煉和推理而獲得的正確結(jié)論，是人對自然世界、人類社會以及思維方式與運動規(guī)律的認識與掌握，是人的大腦通過思維重新

2、組合和系統(tǒng)化的信息集合。Feigenbaum認為知識是經(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。Bernstein說知識是特定領(lǐng)域的描述、關(guān)系和過程組成。Hayes-Roth認為知識是事實、信念和啟發(fā)式規(guī)則。信息關(guān)聯(lián)后所形成的信息結(jié)構(gòu)：事實&規(guī)則。1.3 人工智能系統(tǒng)所關(guān)心的知識一個智能程序高水平的運行需要有關(guān)的事實知識、規(guī)則知識、控制知識和元知識。1.事實：是有關(guān)問題環(huán)境的一些事物的知識，常以“是”的形式出現(xiàn)。如事物的分類、屬性、事物間關(guān)系、科學(xué)事實、客觀事實等，在知識庫中屬于低層的知識。如雪是白色的、鳥有翅膀、張三李四是好朋友。2.規(guī)則：是有關(guān)問題中與事物的行動、動

3、作相聯(lián)系的因果關(guān)系知識，是動態(tài)的，常以“如果那么”形式出現(xiàn)。特別是啟發(fā)式規(guī)則是屬于專家提供的專門經(jīng)驗知識，這種知識雖無嚴格解釋但很有用處。3.控制：是有關(guān)問題的求解步驟，技巧性知識，告訴怎么做一件事。也包括當有多個動作同時被激活時應(yīng)選哪一個動作來執(zhí)行的知識。4.元知識：是有關(guān)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(jié)構(gòu)等知識。第二章 知識的分類與特性2.1 知識的分類2.1.1 事實性知識關(guān)于問題領(lǐng)域的性質(zhì)及求解目標、求解環(huán)境及其已知條件、相關(guān)特性等方面的靜態(tài)知識，事實性知識一般采用直接表示形式，用以記敘及描述有關(guān)的概念、事實、事物的狀態(tài)及屬性等。2.1

4、.2 過程性知識指那些能依據(jù)一定的規(guī)則，推導(dǎo)出相關(guān)的結(jié)論與目標的規(guī)律性知識和能夠?qū)嵤┢ヅ涞男蛄胁僮餍灾R。2.1.3 控制性知識一種用于取舍問題的求解策略，控制信息實施方法，決定推理路線的選取原則等方面知識。2.1.4 其他分類按照知識結(jié)構(gòu)和表現(xiàn)特點劃分，可分為邏輯性知識和形象性知識按照知識確定性與不確定性劃分，可分為確定性知識和不確定性知識按照知識的作用范圍劃分，可分為常識性知識和領(lǐng)域性知識 圖2-1 知識不同劃分2.2 知識的特性2.2.1 相對正確性相對應(yīng)于一定的客觀環(huán)境與條件下，知識是正確的，但當客觀環(huán)境與條件發(fā)生改變時，知識的正確性就要接受檢驗，必要時就要對原來的認識加以修正或補充，

5、以至全部更新而取而代之。例如：1+1=10，在二進制條件下為正確的，但在十進制條件下是錯誤的；在一般工程計算中，牛頓定律滿足計算要求并且很方便，但在接近光速的運行檢測等等偏差會很大，需要以量子力學(xué)和相對論為依據(jù)來考察。2.2.2 知識的確定與不確定性由于證據(jù)不足、地域時區(qū)不同、各種變化因素及現(xiàn)實世界的復(fù)雜性，造成客觀后果及其知識的不確定性；模糊性概念及模糊關(guān)系比比皆是，形成了知識的不確定性；概率事件發(fā)生常常不可避免，一般都具有隨機不確定性的規(guī)律；經(jīng)驗性及各種不完備的積累過程，導(dǎo)致相關(guān)知識的不確定性等2.2.3 知識的可利用性和可發(fā)展性可采用多種形式來記錄、描述、表示和利用知識，諸如采用語言、文

6、字，使用書籍，結(jié)合文學(xué)、戲劇、繪畫、攝影等藝術(shù)及電影、電視、多媒體等手段，進行知識的演播、學(xué)習(xí)與欣賞等。第三章 知識表示的分類方法3.1 分類人工智能中知識表示方法注重知識的運用，知識表示方法可粗略地分為敘述式表示和過程式表示兩大類：3.1.1 敘述式表示敘述式表示把知識表示為一個靜態(tài)的事實集合，并附有處理它們的一些通用程序，即敘述式表示描述事實性知識，給出客觀事物所涉及的對象是什么。對于敘述式的知識表示，它的表示與知識運用（推理）是分開處理的。敘述式表示法易于表示“做什么”。1.優(yōu)點：(1).形式簡單、采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示知識、清晰明確、易于理解、增加了知識的可讀性。(2).模塊性好、減少了知識

7、間的聯(lián)系、便于知識的獲取、修改和擴充。(3).可獨立使用，這種知識表示出來后，可用于不同目的。2.缺點：(1).不能直接執(zhí)行，需要其他程序解釋它的含義，因此執(zhí)行速度較慢。3.1.2 過程式表示過程式表示將知識用使用它的過程來表示。即過程式表示描述規(guī)則和控制結(jié)構(gòu)知識，給出一些客觀規(guī)律，告訴怎么做，一般可用一段計算機程序來描述。例如，矩陣求逆程序，其中表示了矩陣的逆和求解方法的知識。這種知識是隱含在程序之中的，機器無法從程序的編碼中抽出這些知識。過程式表示法一般是表示“如何做”的知識。1.優(yōu)點：可以被計算機直接執(zhí)行，處理速度快。2.缺點：不易表達大量的知識，且表示的知識難于修改和理解。3.2表示方

8、法3.2.1 謂詞邏輯表示法雖然命題邏輯( propositional logic)能夠把客觀世界的各種事實表示為邏輯命題,但是它具有較大的局限性,不適合于表示比較復(fù)雜的問題。謂詞邏輯( predicate logic)允許表達那些無法用命題邏輯表達的事情。邏輯語句,更具體地說,一階謂詞演算( first order predicate calculus)是一種形式語言，其根本目的在于把數(shù)學(xué)中的邏輯論證符號化。如果能夠采用數(shù)學(xué)演繹的方式證明一個新語句是從那些已知正確的語句導(dǎo)出的，那么也就能斷定這個新語句也是正確的。例題：在一個屋子里，機器人在x處，y處的棚上吊著一串香蕉，z有一個凳子，要求機器

9、人從x處出發(fā)，到z處搬上凳子桌上到y(tǒng)處踩在凳子上取香蕉，用謂詞邏輯來表示機器人的行動過程:解：(1)表示：兩個謂詞 p（x,y,z,s） 在狀態(tài)s時，機器人r、香蕉b、凳子c分別在位置x,y,z處。R（s）: 狀態(tài)s成功三個函詞:walk(x,y,z,s) 一個新的狀態(tài)由s經(jīng)過“r由y到z”后產(chǎn)生的一個狀態(tài)carry(y,z,s) 一個新的狀態(tài)由s經(jīng)過“r從y到z”產(chǎn)生climb(s) 一個新的狀態(tài)由s經(jīng)過“r踩到凳子c”產(chǎn)生四個常量：、 分別表示r、c、b的初始位置、初始狀態(tài) 四個公理：a. x y (p(x,y,z,s)p(z,y,z,walk(x,z,s)b. x y s z (p p(

10、x,y,x,s)p(y,y,y,carry(x,y,s)c. s (p(,s) R(climb(s)d. P(,)(2)應(yīng)用格林技巧(3)歸結(jié)反演 p(x,y,z,s) p(y,y,y,walk(x,z,s) p(,) p(,walk(,) p(x,y,x,s) p(y,y,y,carry(x,y,s) p(,carry(,walk(,) (p(,s) R(climb(s) R(climb(carry(,walk(,) R(s) R(s) R(climb(carry(,walk(,) (4)生成規(guī)則：機器人走到凳子的位置，搬起凳子到香蕉處爬上凳子獲得香蕉1. 優(yōu)點：精確，自然，嚴密，易于實現(xiàn)2

11、. 缺點：表示和處理分離，組合爆炸導(dǎo)致效率低。3.2.2 產(chǎn)生式表示法對于規(guī)則是表示事物間的因果關(guān)系，以下列形式表示：condition-action。 一般使用三元組（對象，屬性，值）或（關(guān)系，對象1，對象2）來表示事實。如事實“老李年齡是35歲”，便寫成（Lee,age,35），事實“老李、老張是朋友”，可寫成（friend,Lee,Zhang）1. 結(jié)構(gòu)：其常用結(jié)構(gòu)包含：原因結(jié)果：天下雨，地上濕；條件結(jié)論：將冰加熱到0度以上，冰會融化成水；前提操作：如果能找到合適的杠桿和支點，則可以翹起地球；事實進展：夜來風(fēng)雨聲，花落知多少；情況行為：手機開機了，則意味著可以收到別人發(fā)我的信息了。2.組

12、成：產(chǎn)生式系統(tǒng)，由知識庫和推理機兩部分組成。其中知識庫由規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫組成。規(guī)則庫是產(chǎn)生式規(guī)則的集合，數(shù)據(jù)庫是事實的集合。圖3-1 產(chǎn)生式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖規(guī)則是以產(chǎn)生式表示的。規(guī)則集蘊涵著將問題從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換解狀態(tài)的那些變換規(guī)則，規(guī)則庫是專家系統(tǒng)的核心。規(guī)則可表成與或樹形式，基于數(shù)據(jù)庫中的事實對這與或樹的求值過程就是推理。數(shù)據(jù)庫中存放著初始事實、外部數(shù)據(jù)庫輸入的事實、中間結(jié)果事實和最后結(jié)果事實。推理機是一個程序，控制協(xié)調(diào)規(guī)則庫與數(shù)據(jù)庫的運行，包含推理方式和控制策略。3.產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理方式包含以下三種：a.正向推理：從已知事實出發(fā)，通過規(guī)則庫求得結(jié)論，或稱數(shù)據(jù)驅(qū)動方式；b.反向推理：從目標（作為假設(shè)

13、）出發(fā)，反向使用規(guī)則，求得已知事實，或稱目標驅(qū)動方式；c.雙向推理：同時使用正向推理又使用反向推理。3.2.3 語義網(wǎng)絡(luò)表示法語義網(wǎng)絡(luò)是知識的一種結(jié)構(gòu)化圖解表示,它由節(jié)點和弧線或鏈線組成。節(jié)點用于表示實體、概念和情況等,弧線用于表示節(jié)點間的關(guān)系。1.語義網(wǎng)絡(luò)表示由下列4個相關(guān)部分組成：(1)詞法部分 決定詞匯表中允許有哪些符號,它涉及各個節(jié)點和弧線。(2)結(jié)構(gòu)部分 敘述符號排列的約束條件,指定各弧線連接的節(jié)點對。(3)過程部分 說明訪問過程,這些過程能用來建立和修正描述,以及回答相關(guān)問題(4)語義部分 確定與描述相關(guān)的(聯(lián)想)意義的方法,即確定有關(guān)節(jié)點的排列及其占有物和對應(yīng)弧線。2.基本的語義

14、關(guān)系包含以下幾種：a. 屬性關(guān)系：表示對象及其屬性間的關(guān)系，常用屬性關(guān)系有HAVE,CANHAVE：含義為”有”,表示上層結(jié)點具有下層結(jié)點所描述的屬性值CAN：含義為“能”或“會”，表示上層結(jié)點能夠執(zhí)行下層結(jié)點的功能 圖3-2 屬性關(guān)系圖b. 包含關(guān)系：有成聚類關(guān)系，表示了下層概念是上層概念的一個組成部分的關(guān)系（不具備屬性的繼承性）。常用的包含關(guān)系有CO(Composed-Of),APO(A-Part-Of)CO(Composed-Of):含義為“由所構(gòu)成”，表示某一事物是另一事物的一個組成部分APO(A-Part-Of):含義為“是中的一部分”c. 從屬關(guān)系：表示對象及其屬性間的關(guān)系，常用屬

15、性關(guān)系有HAVE,CANISA(is-a)：表示某事物“是之中的一種”，即某類中的一個AKO(A-Kind-Of)：含義為“能”或“會”，表示上層結(jié)點能夠執(zhí)行下層結(jié)點的功能AMO(A-Member-Of):表示某物“是之中的一員”，即某類中的一員d. 屬性關(guān)系：表示對象及其屬性間的關(guān)系，常用屬性關(guān)系有HAVE,CANHAVE：含義為”有”,表示上層結(jié)點具有下層結(jié)點所描述的屬性值CAN：含義為“能”或“會”，表示上層結(jié)點能夠執(zhí)行下層結(jié)點的功能e. 時間空間復(fù)合關(guān)系：時空復(fù)合關(guān)系表示了事物或事件發(fā)生的時間和位置地點，常用這里關(guān)系有：AFTER:含義為“在之后”表示，上層結(jié)點事實發(fā)生在下層結(jié)點所描述

16、的事件。；或者表示下層結(jié)點對象在上層結(jié)點對象的位置之后。BEFORE:含義為“在之前”，表示上層結(jié)點事實發(fā)生在下層結(jié)點所描述的事情之前；或者表示下層結(jié)點對象在上層結(jié)點對象的位置之前ON:含義為“在之上”，表示下層結(jié)點所描述的事實對象位于上層結(jié)點的事物之下。AT:含義為“在 時刻”或“在地點”。f. 復(fù)合邏輯關(guān)系：NOR(非)， AND(與)，OR(或)3.語義網(wǎng)絡(luò)表示法是依匹配和繼承來進行推理的。 (1).繼承。把對事物的描述從抽象節(jié)點傳遞到具體節(jié)點，通常沿著類屬關(guān)系ISA, AKO等具有繼承關(guān)系的邊進行。 (2).匹配。把待求解問題構(gòu)造為網(wǎng)絡(luò)片段，其中某些節(jié)點或邊的標識是空的，稱為詢問點。將

17、網(wǎng)絡(luò)片段與知識庫中的某個語義網(wǎng)絡(luò)片段進行匹配，則與詢問點相匹配的事實就是該問題的解。4.語義網(wǎng)絡(luò)表示法優(yōu)點：(1).結(jié)構(gòu)性、聯(lián)想性、自索引性、自然語言的轉(zhuǎn)換性(2).善于處理結(jié)構(gòu)性的知識5.缺點：(1).不嚴格性、處理復(fù)雜(2).本質(zhì)和謂詞演算等價3.2.4 框架表示法心理學(xué)的研究結(jié)果表明,在人類日常的思維和理解活動中,當分析和解釋遇到新情況時,要使用過去經(jīng)驗積累的知識。這些知識規(guī)模巨大而且以很好的組織形式保留在人們的記憶中。例如,當走進一家從未來過的飯店時,根據(jù)以往的經(jīng)驗,可以預(yù)見在這家飯店將會看到菜單、桌子、服務(wù)員等。當走進教室時,可以預(yù)見在教室里可以看到椅子、黑板等。人們試圖用以往的經(jīng)驗

18、來分析解釋當前所遇到的情況,但無法把過去的經(jīng)驗一一都存在腦子里,而只能以一個通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式存儲以往的經(jīng)驗。這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為框架( frame)?？蚣芴峁┝艘粋€結(jié)構(gòu),一種組織。在這個結(jié)構(gòu)或組織中,新的資料可以用經(jīng)驗中得到的概念來分析和解釋。因此,框架也是一種結(jié)構(gòu)化表示法。1.具體框架的設(shè)計思路:(1).依據(jù)要表示的問題定義框架名；(2).為了表現(xiàn)事物關(guān)聯(lián)信息及各部分細節(jié)，框架可包含若干子框架；主框架表示主問題，子框架表示子問題。(3).賦以槽號和指針加以連接；(4).每一框架還可劃分側(cè)面，由側(cè)面名和值加以區(qū)分；(5).列舉數(shù)據(jù)項與記錄值，如相關(guān)槽值、側(cè)面值等表示屬性和特征。2.具體框架的

19、設(shè)計步驟:（1）框架知識學(xué)習(xí)。對當前事物或?qū)ο筮M行觀察與分析，把要認識的對象與選定的框架知識表示進行比對，完成對象屬性及其知識的了解與學(xué)習(xí)；（2）建立框架模式與概念。依據(jù)以往的經(jīng)驗，可在腦海的記憶中勾畫出一個粗略的框架模式，予以裝配，并給定一個框架名表示其概念；（3）框架的資料數(shù)值填寫。在對該事物有了更加全面深入的了解后，再依據(jù)現(xiàn)實情況比照框架體的細節(jié)加以替換、修改和補充，按照框架的數(shù)據(jù)項（所定義的框架槽名和框架的側(cè)面名）的要求，完成相關(guān)對象屬性及其知識等資料數(shù)值的填寫，以便逐步形成一個完整而具體的框架結(jié)構(gòu)。例子：框架名：大學(xué)教師 姓名：單位（姓，名） 年齡：單位（歲） 性別：范圍(（男，女）

20、缺?。耗? 學(xué)歷：范圍（學(xué)士，碩士，博士） 職稱：范圍(（教授，副教授，講師，助教）缺省：講師) 部門：范圍（學(xué)院（或系、處） 住址：住址框架 工資：工資框架 參加工作時間：單位（年，月） 健康狀況：范圍（健康，一般，較差） 其它：范圍（個人家庭框架，個人經(jīng)濟狀況框架）3.特性：（1）結(jié)構(gòu)化的知識表示?？蚣芙Y(jié)構(gòu)表現(xiàn)了人類經(jīng)驗和抽象思維的特性，每個框架就是一個獨立的知識單元，形成了一個相對獨立的知識模塊。因此，框架法具有模塊化表達的特點：有直觀、自然，描述層次簡潔，易于擴充、修改等優(yōu)點。（2）可使用模式匹配的推理?？蚣鼙硎痉òl(fā)揮了人、機都可采用的模式匹配的經(jīng)驗手段來模擬推理，巧妙地利用了人、機都

21、可以進行細微比較的智能。又可以按照框架的多方面多層次分別進行模式匹配，便于控制推理過程的精度和效率。（3）支持上、下層框架屬性知識表達的繼承?？蚣鼙硎痉ㄖС稚蠈涌蚣芨拍畛橄蠛拖聦涌蚣苄畔⒗^承共享的思想，不僅減少了框架信息和屬性知識表達的冗余，而且保證了上、下層框架知識表達的一致性。4.主要缺點：框架表示法過于死板，難以描述諸如機器人糾紛等類問題的動態(tài)交互過程生動性。3.2.5 過程表示法語義網(wǎng)絡(luò)和框架等知識表示方法,均是對知識和事實的一種靜止的表達方法,稱這類知識表達方式為陳述式知識表達,它強調(diào)的是事物所涉及的對象是什么,是對事物有關(guān)知識的靜態(tài)描述,是知識的一種顯示表達形式。而對于如何使用這些

22、知識,則通過控制策略來決定。過程表示法，就是把問題求解的總目標劃分為一個個過程(Procedure)目標，再結(jié)合知識利用環(huán)節(jié)確定為若干操作步驟，表示為一個個過程。每一個過程就是一段程序，用于完成對一個具體事件或情況的處理。在問題求解中，當需要使用某個過程時，就調(diào)用相應(yīng)的程序并執(zhí)行之。這樣，問題的求解與推理，就轉(zhuǎn)換成為一個又一個過程的程序組織與調(diào)用了。簡言之，依據(jù)問題的求解目標，按照事物的發(fā)展過程規(guī)律，用相關(guān)知識加以設(shè)計和描述其求解過程的方法，稱之為過程表示法。對比前述各種非過程表示法,往往只從個體動作自身行為的獨立作用和影響出發(fā)，注重于個體環(huán)境的靜態(tài)描述。而過程表示法把問題相關(guān)領(lǐng)域的知識、信息

23、及控制策略等，均隱含表示為一個或多個求解問題的過程，并著重于動態(tài)過程的描述；具體描述其控制行為所導(dǎo)致的一系列狀態(tài)變遷，關(guān)注的是某個對象發(fā)出的若干個連續(xù)操作而導(dǎo)致的過程目標。1.特性：（1）目標明確。過程表示法把問題求解的總目標劃分為若干確定的過程目標與操作步驟，使問題求解始終瞄準總目標進行，不會偏離方向。（2）易于實現(xiàn)。過程表示法著重于表現(xiàn)事物變化動態(tài)過程的描述，針對問題的求解目標而設(shè)計操作步驟，符合事物發(fā)展變化規(guī)律，易于人們理解。同時，求解中將其控制性知識融入了系統(tǒng)過程，故控制系統(tǒng)就可以按照過程來規(guī)劃，便于程序的設(shè)計與實現(xiàn)，也便于保證過程操作中具有較好的可測試性，這對于系統(tǒng)的順利實現(xiàn)也是有利

24、的。（3）效率較高。使用過程表示知識，而過程就是程序。程序能夠準確而清楚地表明過程先做什么，后做什么以及怎樣做。用戶可直接將啟發(fā)信息和必要的控制性知識嵌入到過程中，避免了不必要的路徑選擇與跟蹤，使問題的求解一步步逼近最終目標，因而提高了系統(tǒng)的運行效率。（4）局限性可維護性有待提高。其主要不足之處是：系統(tǒng)一旦確立，則不易修改及添加新的情況。原因是當我們要對某一過程進行修改時，有可能影響到其它的過程，這給系統(tǒng)的擴展和維護帶來了諸多不便。3.2.6 Petri網(wǎng)表示法依據(jù)Petri網(wǎng)知識表示法的思想，可定義若干元素構(gòu)成一種多元組模型，來表示任何有限狀態(tài)的智能系統(tǒng)。不同系統(tǒng)，其定義的元素意義及數(shù)目可有

25、所不同。三種基本元素：位置集P（Place Set）、轉(zhuǎn)換集T（Transition Set）及標記集M（Marker Set或Token Set），從而可用一個三元組模型來表示它們之間的關(guān)系： 即 S =（P，T，M）并可用如圖3-20所示的有向圖來加以描述。圖3-3 Petri網(wǎng)圖圖中，pi 能 和pj 分別表示位置集合中的位置節(jié)點，位置節(jié)點用小圓圈代表，可分別加以標記為mi、mj，也可不必另加標記。ti表示轉(zhuǎn)換集合T中的第i轉(zhuǎn)換操作節(jié)點，并用一黑短線條代表。位置節(jié)點與轉(zhuǎn)換節(jié)點構(gòu)成了一對序偶，連同它們之間的關(guān)系，用帶箭頭的線段作為有向弧線加以聯(lián)結(jié)，表示了它們之間的狀態(tài)變遷關(guān)系與方向，可表示

26、為： （pi，ti）（ti，pj）.有了上述定義，就可以對任何一個有限狀態(tài)系統(tǒng)建立模型表示了。3.2.7 面向?qū)ο蟮闹R表示人們認識世界是以世界劃分為一些事和物為基礎(chǔ)的，這里的物指物體，事指物體間的聯(lián)系。面向?qū)ο蟊硎痉ㄖ械膶ο笾肝矬w，消息指物體間的聯(lián)系，通過發(fā)送消息使對象間相互作用來求得所需的結(jié)果。1.其基本原則有三條： (1).一切事物都是對象；(2).任何系統(tǒng)都由對象構(gòu)成，系統(tǒng)本身也是對象；(3).系統(tǒng)的發(fā)展和進化過程都是由系統(tǒng)的內(nèi)部對象和外部對象之間（也包括內(nèi)部對象與內(nèi)部對象之間）的相互作用完成的。2.面向?qū)ο蟮母拍钆c特性:（1）對象（Object）：即系統(tǒng)中能獨立存在，具有屬性（att

27、ribute）及協(xié)同作用的行為主體。具體說來，對象可以是一個具體的簡單事物，也可以是一個要求解的問題或系統(tǒng)。廣義來說，整個世界也可被認為是一個最復(fù)雜的對象。（2）面向?qū)ο螅∣bject Oriented）：人們對于什么是面向?qū)ο?，持有許多不同的看法。而計算機學(xué)者P.Coad和E.Yourdon 認為： 面向?qū)ο?= 對象+類+繼承+通信這個簡潔的等式表明，若一個系統(tǒng)具有等式右邊的四個概念及其疊加的功能特性，該系統(tǒng)就可稱為面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)。 （3）類（Class）：類是關(guān)于對象的抽象，是一組具有共同屬性的對象的集合。因此，類又可以被看作是一個賦予了集體屬性的更高一級層次的對象。一個類的上層稱為“超

28、類”，下層稱為“子類”，從而形成了類的層次結(jié)構(gòu)。例如，辦公桌、課桌，都是具體對象，可把它們抽象為“桌子”類；桌子是一個類對象，椅子也是一個類對象，還有諸如凳子、柜子等，其集合又形成了更高層次的“家具”類等。這樣，高級類、類、具體對象就形成了一個層次結(jié)構(gòu)。并且層次越高越抽象，層次愈低則愈具體。（4）繼承（Inheritance）：是指 “子類”（Subclass）對“父類”（Super-class）全部屬性的一種繼續(xù)承接的作用關(guān)系。對象相對于對象類也應(yīng)遵從繼承關(guān)系。此外，“子類”比“父類”還可以有更多的自有屬性，或者說“子類”對“父類”屬性可以有擴展。通過繼承作用，可以實現(xiàn)底層對高層屬性作用的多

29、重復(fù)用與擴展?！白宇悺弊匀坏乩^承了“父類” 所具有的數(shù)據(jù)、操作和屬性等，從而避免了在底層的信息重復(fù)描述和冗余表達，提高了知識表達的效率。（5）通信（Communication）及“封裝”：通信指對象間，按某種約定協(xié)議方式，實現(xiàn)消息 (Message)和操作命令的互相傳遞作用。往往一個對象的狀態(tài)只能由其私有操作來改變，其它對象的操作不能直接改變其狀態(tài)。這種把私有操作局限于對象之內(nèi)的現(xiàn)象，又稱為“封裝”。要打破對象之間的封裝，唯有使用通信手段。例如，當一個對象需要改變另一個對象的狀態(tài)時，它只能用通信的方式首先向該對象發(fā)送消息。當這個對象接受消息并響應(yīng)之，才會根據(jù)消息的模式匹配來找出相應(yīng)的操作，從而

30、執(zhí)行操作來改變自己的狀態(tài)。可見，封裝是一種信息隱藏技術(shù)。封裝是一種信息隱藏技術(shù)，同時，封裝也是面向?qū)ο笾R表示系統(tǒng)的一個重要特征。它使得對象的用戶可以不必去了解其它對象行為具體實現(xiàn)細節(jié)，只要用消息通信來訪問和聯(lián)系其它對象。這樣，既簡化了面向?qū)ο笙到y(tǒng)的內(nèi)部知識表示關(guān)系，同時仍然十分清晰地顯示了系統(tǒng)的工作過程。也就是說，在面向?qū)ο笾R表示中，正是借用了通信手段，實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部對象之間的相互激活、信息交互和處理，進而實現(xiàn)了系統(tǒng)的高級功能。一個智能求解系統(tǒng)可以用具有層次結(jié)構(gòu)四元組的模型來表示： SID，DS，MS，MIS：依據(jù)系統(tǒng)反映的主題（Subject）來命名，稱之為主題層。ID：對象標識符，又稱

31、為對象名，反映了當前對象及其所屬類別。DS：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，又稱屬性層，描述了當前對象的內(nèi)部狀態(tài)及靜態(tài)屬性。常定義一個“屬性名”附加“屬性值” 的二元組來表示，記為屬性名，屬性值MS：采用的方法集，表明了系統(tǒng)內(nèi)部所具有的策略支持和服務(wù)操作集合，稱之為操作層或服務(wù)層。MI：消息接口，稱之為連接層，用于接收外部對象發(fā)送的信息，并可配備消息模式集及給定的參數(shù)表來傳遞相關(guān)信息。 2. 知識表示特性：（1）獨立封裝，求解效率高：面向?qū)ο蟮闹R表示具有模塊化構(gòu)成和便于打包與封裝的特點。一個對象就是一個獨立存在的實體，每個對象將自己的功能實現(xiàn)細節(jié)封裝起來。其內(nèi)部狀態(tài)不直接受到外界的影響，便于系統(tǒng)靈活地調(diào)用和自由地

32、應(yīng)用。由于用戶不必知道其內(nèi)部細節(jié)就可使用它，從而加快了系統(tǒng)求解的效率。（2）繼承與擴展：正如“子類”能夠繼承或共享“父類”全部的屬性一樣，底層對象能夠繼承上層對象或?qū)ο箢惖娜康膶傩约捌滟Y料。此外，“子類”比“父類”還可以有更多的私有屬性，或者說“子類”對“父類”屬性還具有擴展作用。（3）多態(tài)性：多態(tài)是指同名不同義，可作多種解釋。例如，運算符“+”既可作為算術(shù)數(shù)字相加，也可理解為實數(shù)的代數(shù)和相加，甚至可以解釋為是某種含義的混同，但它們執(zhí)行的操作方式全然不同。在面向?qū)ο笙到y(tǒng)中，利用對象的封裝特性，使用重名操作，讓各個對象根據(jù)實際情況按照自己的方式去執(zhí)行，絲毫不會引起混亂。（4）易擴充性：在面向?qū)?/p>

33、象的程序系統(tǒng)中，所謂程序設(shè)計就是定義相關(guān)對象并建立這些對象間的通信關(guān)系；類是系統(tǒng)的基本構(gòu)件，系統(tǒng)的功能需求變化通常不會影響對象類的設(shè)計與實現(xiàn)，而只需要適當改變它們的組裝形式。這樣，基本構(gòu)件易于擴充，具有良好的可重用性。（5）易維護性：在面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計中，類是對象的抽象，對象則是對象類的具體。面向?qū)ο笙到y(tǒng)實現(xiàn)了抽象和封裝的功能，這就使描述對象的錯誤具有局部性，不會傳播，便于檢測和修改，便于維護。3.2.8 問題歸約表示問題歸約( problem reduction)是另一種基于狀態(tài)空間的問題描述與求解方法。已知問題的描述,通過一系列變換把此問題最終變?yōu)橐粋€子問題集合;這些子問題的求解可以直接得到,從而解決了初始問題。1.問題歸