人工智能知識表示語義網(wǎng)絡(luò)表示法

1、2021/3/2711. 基本網(wǎng)元例: 寵物兔是一種兔子。三元組表示 （寵物兔,是一種,兔子） 基本網(wǎng)元: （節(jié)點(diǎn)1,弧,節(jié)點(diǎn)2） 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)指示事物節(jié)點(diǎn)間以有向弧有向弧連接弧上的標(biāo)簽標(biāo)簽則指示節(jié)點(diǎn)間關(guān)系。pet rabbitrabbitA kind of有向?圖表示2021/3/272 每個語義基元可表示為三元組每個語義基元可表示為三元組: （結(jié)點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)1,弧弧,結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)2）2021/3/273IsaManJohnP.E.RegisterMale StudentCourseIsaAkoJohn 選修了體育課.2021/3/274椅子有主了。加上去的2021/3/2752. 基本語義關(guān)系（1）類

2、屬關(guān)系）類屬關(guān)系 具有共同屬性的不同事物間的分類關(guān)系、成員關(guān)具有共同屬性的不同事物間的分類關(guān)系、成員關(guān)系或?qū)嵗P(guān)系系或?qū)嵗P(guān)系,體現(xiàn)的是體現(xiàn)的是“具體與抽象具體與抽象”、“個體個體與集體與集體”的概念。的概念。中國2021/3/276（2）包含關(guān)系包含關(guān)系 也稱為聚類關(guān)系也稱為聚類關(guān)系,是指具有組織或結(jié)構(gòu)特征的是指具有組織或結(jié)構(gòu)特征的 “部分與整體部分與整體”之間的關(guān)系。與類屬關(guān)系的最主要之間的關(guān)系。與類屬關(guān)系的最主要區(qū)別是包含關(guān)系一般不具備屬性的繼承性。區(qū)別是包含關(guān)系一般不具備屬性的繼承性。窗戶2021/3/277（3）屬性關(guān)系）屬性關(guān)系 事物和其屬性之間的關(guān)系。常用的屬性關(guān)系有事物和其屬性

3、之間的關(guān)系。常用的屬性關(guān)系有“Have”,“Can”等等（4）時間關(guān)系 不同事件在其發(fā)生時間方面的先后次序關(guān)系。常用的時間關(guān)系有“before”,“after”等2021/3/278（5）位置關(guān)系）位置關(guān)系 不同事物在位置方面的關(guān)系。不同事物在位置方面的關(guān)系。（6）相近關(guān)系 不同事物在形狀、內(nèi)容等方面相似或接近的關(guān)系（7）推論關(guān)系 從一個概念推出另一個概念的語義關(guān)系2021/3/2793. 語義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 當(dāng)把多個網(wǎng)元用相應(yīng)的語義關(guān)聯(lián)在一起的時候,得到一個語義網(wǎng)絡(luò)。pet rabbitrabbitA kind ofrabbitanimalIsapet rabbitrabbitA kind ofa

4、nimalIsa寵物兔是一種兔子;兔子是一種動物。2021/3/27104. 知識的語義網(wǎng)絡(luò)表示1）事實(shí)或概念的表示事實(shí)或概念的表示 用結(jié)點(diǎn)用結(jié)點(diǎn)1表示實(shí)體表示實(shí)體,用結(jié)點(diǎn)用結(jié)點(diǎn)2表示實(shí)體的性質(zhì)或?qū)傩员硎緦?shí)體的性質(zhì)或?qū)傩缘鹊?用弧表示結(jié)點(diǎn)用弧表示結(jié)點(diǎn)1和結(jié)點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)2之間的語義關(guān)系。之間的語義關(guān)系。2021/3/2711 例1:動物能運(yùn)動、會吃。鳥是一種動物,鳥有翅膀、會飛。魚是一種動物,魚生活在水中、會游泳。2021/3/2712與框架對比:弧上標(biāo)明的地點(diǎn)(place)、日期(day)、傷亡(fatalities)、損失(damage)、震級(mag nitude)、斷層(fault)是槽的名

5、稱,節(jié)點(diǎn)中填入相應(yīng)的填充值。例例2 地震報道地震報道2021/3/2713例3: 王強(qiáng)是理想公司的經(jīng)理;理想公司在中關(guān)村;王強(qiáng)28歲。另有一個王強(qiáng)是理想公司經(jīng)理聘用的職員,職員王強(qiáng)22歲。2021/3/2714例4: 李新的自行車是永久牌、藍(lán)色、26型。王紅的自行車是金獅牌、紅色、24型。 思考?2021/3/27152） 情況和動作的表示情況和動作的表示 西蒙在他提出的表示方法中增加了西蒙在他提出的表示方法中增加了情況結(jié)點(diǎn)情況結(jié)點(diǎn)和和動動作結(jié)點(diǎn)作結(jié)點(diǎn),用一個結(jié)點(diǎn)來表示情況或動作。用一個結(jié)點(diǎn)來表示情況或動作。 例1:常河給江濤一張磁盤2021/3/2716例2:這只小燕子從春天到秋天占有一個巢

6、。占有情況2021/3/2717例3:神州大學(xué)和東方大學(xué)兩?；@球隊(duì)在東方大學(xué)進(jìn)行一場比賽,結(jié)局的比分是85:89.2021/3/27183） 邏輯關(guān)系的表示邏輯關(guān)系的表示 合取與析取合取與析取;存在量詞與全稱量詞存在量詞與全稱量詞 增加合取結(jié)點(diǎn)與析取結(jié)點(diǎn)“a kind of”, “is a”亨德里克提出的網(wǎng)絡(luò)分區(qū)技術(shù):把復(fù)雜命題劃分為若干個子命題,每一個子命題用一個較簡單的語義網(wǎng)絡(luò)表示,稱為個子空間,多個子空間構(gòu)成一個大空間。每個子空間看作大空間中的一個結(jié)點(diǎn),稱作超結(jié)點(diǎn)?？臻g可以逐層嵌套,子空間之間用弧互相連接。2021/3/2719量詞例1:每個學(xué)生都學(xué)習(xí)了一門程序設(shè)計語言子空間的代表與子空

7、間的聯(lián)系全稱變量存在變量2021/3/2720量詞例2:每個學(xué)生都學(xué)習(xí)了所有程序設(shè)計語言全稱變量弧的個數(shù)=全稱變量個數(shù)2021/3/2721量詞例3:每個學(xué)生都學(xué)習(xí)了C+語言子空間中所有非全稱變量必須是全稱變量的函數(shù)2021/3/2722 語義網(wǎng)絡(luò)是一種用語義網(wǎng)絡(luò)是一種用實(shí)體實(shí)體及其及其語義關(guān)系語義關(guān)系來表達(dá)來表達(dá)知識的知識的有向圖有向圖。 從結(jié)構(gòu)上看從結(jié)構(gòu)上看,語義網(wǎng)絡(luò)是由一些用相應(yīng)的語語義網(wǎng)絡(luò)是由一些用相應(yīng)的語義聯(lián)系關(guān)聯(lián)在一起的義聯(lián)系關(guān)聯(lián)在一起的語義單元語義單元構(gòu)成的。構(gòu)成的。 每個語義基元可表示為三元組每個語義基元可表示為三元組: （結(jié)點(diǎn)（結(jié)點(diǎn)1,弧弧,結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)2）小結(jié)2021/3/27

8、235. 語義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 用語義網(wǎng)絡(luò)表示知識的問題求解系統(tǒng)稱為語用語義網(wǎng)絡(luò)表示知識的問題求解系統(tǒng)稱為語義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 主要由兩大部分所組成主要由兩大部分所組成: 1. 由語義網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的由語義網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的知識庫知識庫 2. 用于問題求解的用于問題求解的推理機(jī)構(gòu)推理機(jī)構(gòu) 語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程主要有兩種語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程主要有兩種: 繼承繼承和和匹配匹配2021/3/2724語義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 繼承繼承: 把對事物的描述從抽象結(jié)點(diǎn)傳遞到具體結(jié)點(diǎn)把對事物的描述從抽象結(jié)點(diǎn)傳遞到具體結(jié)點(diǎn),通常通常是沿著是沿著Is-a、A-Kind-of等繼承弧進(jìn)行的。通過繼等繼承弧進(jìn)行的。通過繼承可以得到所需結(jié)點(diǎn)的一些屬性值

9、。承可以得到所需結(jié)點(diǎn)的一些屬性值。 匹配匹配: 在知識庫的語義網(wǎng)絡(luò)中尋找與待求解問題相符的在知識庫的語義網(wǎng)絡(luò)中尋找與待求解問題相符的 語義網(wǎng)絡(luò)模式。語義網(wǎng)絡(luò)模式。2021/3/2725匹配的主要過程（1）根據(jù)待求解問題的要求構(gòu)造一個）根據(jù)待求解問題的要求構(gòu)造一個網(wǎng)絡(luò)片網(wǎng)絡(luò)片斷斷,該網(wǎng)絡(luò)片斷中有些結(jié)點(diǎn)或弧的標(biāo)識是空該網(wǎng)絡(luò)片斷中有些結(jié)點(diǎn)或弧的標(biāo)識是空的的,稱為稱為詢問處詢問處,它反映的是待求解的問題。它反映的是待求解的問題。（2）根據(jù)該語義片斷到知識庫中去尋找所需）根據(jù)該語義片斷到知識庫中去尋找所需要的信息。要的信息。（3）當(dāng)待求解問題的網(wǎng)絡(luò)片斷與知識庫中的）當(dāng)待求解問題的網(wǎng)絡(luò)片斷與知識庫中的某語

10、義網(wǎng)絡(luò)片斷相匹配時某語義網(wǎng)絡(luò)片斷相匹配時,則與詢問處相匹則與詢問處相匹配的事實(shí)就是該配的事實(shí)就是該問題的解問題的解。2021/3/2726匹配例:假設(shè)在知識庫中存放著如下語義網(wǎng)絡(luò),問:職員王強(qiáng)在哪個公司工作?2021/3/2727APENDIX1 ENGLISH WORDS Semantic Network Conceptual Graphs The node of the graph Lableled arcs2021/3/2728小結(jié): 框架結(jié)構(gòu)與語義網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)接近結(jié)構(gòu)接近 框架的表示結(jié)構(gòu)與語義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的表示結(jié)構(gòu)接近。 語義差別語義差別 框架表示法更強(qiáng)調(diào)表示事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 語義網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)調(diào)表

11、示事物間的關(guān)系作業(yè)3.212021/3/2729用語義網(wǎng)絡(luò)描述積木世界中的一用語義網(wǎng)絡(luò)描述積木世界中的一個房子個房子(House)圖圖(a), ,它是由長方塊它是由長方塊(Brick)B支撐著楔形塊支撐著楔形塊(Wedge)A組成的組成的; ;圖圖(b)說明了房子這個概念由說明了房子這個概念由A、B兩部分組成兩部分組成, ,其中引入了指示其中引入了指示器器“的一部分是的一部分是(one-part-is)”; ;圖圖(c)說明說明A A被被B B支撐著支撐著, ,指示器指示器“被被支撐著支撐著(is-supported-by)”表示了這種關(guān)系表示了這種關(guān)系; ;圖圖(d)說明說明A是一個楔形塊是

12、一個楔形塊, ,B是一個長方塊是一個長方塊, ,它們都用了同一種指它們都用了同一種指示器示器“是一個是一個(is-a)”; ;圖圖(e)給出了一個房子的完整語義網(wǎng)絡(luò)。給出了一個房子的完整語義網(wǎng)絡(luò)。2021/3/2730描述房子概念的語義網(wǎng)絡(luò)描述房子概念的語義網(wǎng)絡(luò) AB房子房子楔形塊長方塊one-part-isone-part-isis-ais-supported-by（a）房子（b）房子由A、B兩部分組成（e）一個完整的房子概念楔形塊長方塊is-a（d）A是一個楔形塊，B是一個長方塊is-supported-by（c）A被B支撐著ABBAABAB2021/3/2731 通過反例強(qiáng)化語義網(wǎng)絡(luò)表達(dá)

13、的知識通過反例強(qiáng)化語義網(wǎng)絡(luò)表達(dá)的知識 如下圖如下圖,通過對房子的樣本通過對房子的樣本(a)和反例和反例(b)、(c)語義網(wǎng)語義網(wǎng)絡(luò)的比較絡(luò)的比較,很容易得到對房子概念更深刻的認(rèn)識很容易得到對房子概念更深刻的認(rèn)識,這種認(rèn)這種認(rèn)識的深化體現(xiàn)在識的深化體現(xiàn)在(d)圖中某些指示器變成了加強(qiáng)形圖中某些指示器變成了加強(qiáng)形式式:must-be-supported、must-be-a。 2021/3/2732房子AB楔形塊長方塊 反例1AB 反例2AB房子AB（b）反例1新模型one-part-ismust-be-amust-be-supportedone-part-isis-aone-part-isis-s

14、upported-by舊模型楔形塊長方塊one-part-is長方塊is-supported-byis-a楔形塊長方塊ABBABAis-a（c）反例2（a）房子（d）對房子的新認(rèn)識2021/3/2733 語義網(wǎng)絡(luò)最早由奎廉（Quillian）于1968年提出,作為描述人類聯(lián)想記憶（合理）的一種心理學(xué)模型。 當(dāng)時語義網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于自然語言理解系統(tǒng)中,表示事物之間的關(guān)系。 由于其強(qiáng)大和直觀的表示能力,不久就廣泛應(yīng)用于人工智能研究和應(yīng)用開發(fā)的許多領(lǐng)域。APENDIX 2 APENDIX 2 語義網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生背景2021/3/27342.5 語義網(wǎng)絡(luò)表示法 語義網(wǎng)絡(luò)是語義網(wǎng)絡(luò)是奎廉奎廉 (J. R. Qu

15、llian) 1968年在年在研究人類聯(lián)想記憶時提出的一種心理學(xué)模型研究人類聯(lián)想記憶時提出的一種心理學(xué)模型,他認(rèn)為記憶是由概念間的聯(lián)系實(shí)現(xiàn)的。隨他認(rèn)為記憶是由概念間的聯(lián)系實(shí)現(xiàn)的。隨后后,奎廉又把它用作知識表示?？职阉米髦R表示。 1972年年,西蒙西蒙在他的自然語言理解系統(tǒng)中采在他的自然語言理解系統(tǒng)中采用了語義網(wǎng)絡(luò)表示法。用了語義網(wǎng)絡(luò)表示法。 1975年年,亨德里克亨德里克 (G. G. Hendrix) 提出了提出了語義網(wǎng)絡(luò)分區(qū)技術(shù)。語義網(wǎng)絡(luò)分區(qū)技術(shù)。2021/3/2735語義網(wǎng)絡(luò)的基本概念語義網(wǎng)絡(luò)的基本概念 語義網(wǎng)絡(luò)是一種通過概念及其語義關(guān)系來表達(dá)知識語義網(wǎng)絡(luò)是一種通過概念及其語義關(guān)

16、系來表達(dá)知識的有向圖。在語義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中使用了三種圖形符號的有向圖。在語義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中使用了三種圖形符號: 框框-節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 帶箭頭及文字標(biāo)識的線條帶箭頭及文字標(biāo)識的線條-有向弧有向弧 和文字標(biāo)識線和文字標(biāo)識線-指針指針2021/3/27364 知識的語意網(wǎng)絡(luò)表示(1). 語義網(wǎng)絡(luò)多元語義網(wǎng)絡(luò)多元關(guān)系表示關(guān)系表示(2).語義網(wǎng)絡(luò)邏輯關(guān)系表示語義網(wǎng)絡(luò)邏輯關(guān)系表示 2021/3/2737 (1). 多元關(guān)系?!例: John給Mary一個禮物。先將整個描述表示為一個給出事件G1,使其作為事件類Giving-Event的一個例子 再說明G1中的John是給出者（Giver） Mary是接受者（Receiv

17、er） Gift則是給出的東西（Thing) 2021/3/2738Giving-EventGiverMaryThingG1IsaJohnGiftPhysical-ThingsIsaPersonsIsaIsaReceiver2021/3/2739(2). 邏輯關(guān)系 事物之間不僅存在可以直接用關(guān)系弧表示的語義關(guān)系,也存在與、或、非、蘊(yùn)涵等邏輯關(guān)系?？梢酝ㄟ^附加一些特殊的標(biāo)記來指示邏輯關(guān)系。1） 邏輯與“2） 邏輯或2021/3/2740 例: John給Mary一個禮物。 Isa(G1,Givig-Event) Giver(G1,John) Receiver(G1,Mary) Thing(G1,Gift)1） 邏輯與 語義網(wǎng)絡(luò)中由