語義網(wǎng)絡表示法0314

1、語義網(wǎng)絡表示法1968年有奎廉提出的博士論文人類聯(lián)想記憶的一個顯示心理學模型中最先提出來的。語義網(wǎng)絡的概念語義網(wǎng)絡是通過概念及其語義關系來表達知識的一種網(wǎng)絡圖（“帶標識的有向圖”（圖論）。知識的語義網(wǎng)絡表示 1）用語義網(wǎng)絡表示事實圖1用語義網(wǎng)絡表示事實示例圖2合取、析取關系語義網(wǎng)絡示例一客體-I張山）圖3動作作為節(jié)點的語義網(wǎng)絡示例圖4事件作為節(jié)點的語義網(wǎng)絡示例2）語義網(wǎng)絡表示事實之間的關系分類關系圖5分類關系示例聚集關系圖6聚集關系示例推論關系圖7推論關系示例時間、位置關系很大覲）思源公詞AC扼：.（經(jīng),，圖8時間、位置關系示例3.常用的語義聯(lián)系聯(lián)系說明示例A-Member-of個體與集體之間

2、的關系張三是工會會員Composed-of構(gòu)成”，一對多整數(shù)由正整數(shù)、負整數(shù)和零組成Have“占有關系鳥有翅膀Before After、AT事件之間的時間先后關系唐朝在宋朝之前Located-on(-at,under,-inside,-outside)事物之間的位置關系書在桌子上Similar-to,Near-to事物之間的相似和接近關系貓與虎相似表1常用的語義聯(lián)系語義網(wǎng)絡系統(tǒng)中求解問題的基本過程1）語義網(wǎng)絡系統(tǒng)的組成語義網(wǎng)絡構(gòu)成的知識庫用于求解問題的解釋程序一一語義網(wǎng)絡推理機2）求解問題的過程根據(jù)待求解問題的要求構(gòu)造一個網(wǎng)絡片段，其中有些節(jié)點或弧的標識是空的，反映待求解的問題依次網(wǎng)絡片段到知

3、識庫中去尋找可匹配的網(wǎng)絡，以找出需要的信息。主要解決不確定性匹配問題。.當問題的語義網(wǎng)絡片段與知識庫中的某語義網(wǎng)絡片段匹配時，則與詢問處匹配的事實就是問題的解。優(yōu)點缺點結(jié)構(gòu)性非嚴格性聯(lián)想性處理上的多余自然性表2語義網(wǎng)絡表示法的特點參考文獻：王永慶.人工智能原理與方法.西安：西安交通大學出版社尹朝慶.人工智能方法與應用.武漢：華中科技大學出版社，2007.AI語義網(wǎng)絡表示法導學東風一中信息技術課題組【學習目標】認知知識的語義網(wǎng)絡表示法。重點掌握語義網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)，掌握二元語義網(wǎng)絡 表示方法，了解語義網(wǎng)絡的特點?！緦W習任務】語義網(wǎng)絡表示的詞法、結(jié)構(gòu)、過程、語義。、復習知識表示法五種二、新知語義網(wǎng)絡（S

4、emantic network ）是由節(jié)點和帶標記的邊（?。┙M成的一種網(wǎng)絡圖。其中節(jié)點 表示事物、對象、狀態(tài)等，邊（?。┍硎竟?jié)點間的聯(lián)系。語義網(wǎng)絡可以表示人類用語言進行 描述的知識。常見的語義關系有以下幾種：1.類屬關系類屬關系表示類與個體關系，是最常用的一種語義關系，通常用”is_a”或ISA標識。李華IH中學生2.聚類關系聚類關系表示部分與整體的關系，用Part-Of標識。屬性關系屬性關系表示個體、屬性及其取值，其中有向弧表示屬性。4.泛化關系指類間的Of)結(jié)點與更高的類之 關系，AKO (A Kind 作為標識。所屬關系表示關系“具有”，用“have”標識。語義網(wǎng)絡具有結(jié)構(gòu)性、聯(lián)想性、自

5、然性、非嚴格性的特點。由結(jié)點和弧組成的語義 網(wǎng)絡，直觀、自然、易于理解，但其對于量詞的描述局限，很難描述復雜的關系。一個語義網(wǎng)絡表示中學生珍愛銀杏樹，所構(gòu)成的語義網(wǎng)絡圖。生警I f H地球AKO植物世界珍稀植物奉AKOAKOPortOf樹木孑遺植物中國人ISAkISAJISA樹齡千年 _銀杏樹r 中學生have-*havehavehave r珍愛1鉆研F球花核果葉扇形科學技術圖語義網(wǎng)絡二元語義網(wǎng)絡的表示：語義網(wǎng)絡是知識的一種結(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)點間的關系。語義網(wǎng)絡表示由下列4個相關部分組成：詞法部分決定表示詞匯表中允許有哪些

6、符號，它涉及各個節(jié)點和弧線。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。過程部分 說明訪問過程，這些過程能用來建立和修正描述，以及回答相關問題。語義部分確定與描述相關的(聯(lián)想)意義的方法即確定有關節(jié)點的排列及其占有物 和對應弧線。語義網(wǎng)絡具有下列特點：能把實體的結(jié)構(gòu)、屬性與實體間的因果關系顯式地和簡明地表達出來，與實體相關 的事實、特征和關系可以通過相應的節(jié)點弧線推導出來。由于與概念相關的屬性和聯(lián)系被組織在一個相應的節(jié)點中，因而使概念易于受訪和 學習。表現(xiàn)問題更加直觀，更易于理解，適于知識工程師與領域?qū)＜覝贤?。語義網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的語義解釋依賴于該結(jié)構(gòu)的推理過程而沒有結(jié)構(gòu)的約定，因而得到的

7、 推理不能保證像謂詞邏輯法那樣有效。節(jié)點間的聯(lián)系可能是線狀、樹狀或網(wǎng)狀的，甚至是遞歸狀的結(jié)構(gòu)，使相應的知識存 儲和檢索可能需要比較復雜的過程。三、鞏固深化實例體會語義網(wǎng)絡的表示。用此法表示某實例。知識的語義網(wǎng)絡表示，是貼近中學生的實例描述知識。主題如紫外線指數(shù)參考旅游、簡單動物與植物識別系統(tǒng)、交通工具選擇參考等，注意類 似問題通常沒有標準答案，只要同學們表示知識方式的選擇有充分理由，就被認為是正確的。四、歸納小結(jié)知識表示方法很多，本節(jié)了解其中的6種，有圖示法和公式法，結(jié)構(gòu)化方法，陳述式表 示和過程式表示等。狀態(tài)空間法是一種基于解答空間的問題表示和求解方法，它是以狀態(tài)和操作符為基礎。 由于需要擴

8、展過多節(jié)點，容易出現(xiàn)“組合爆炸”，因而只適用于表示比較簡單的問題。問題歸約法從目標(要解決的問題)出發(fā)，逆向推理，通過一系列變換把初始問題變換為 子問題集合和子子問題集合，直至最后歸約為一個平凡的本原問題集合。這些本原問題的解 可以直接得到從而解決了初始問題，用與或圖來有效地說明問題歸約法的求解途徑。問題歸 約法能夠比狀態(tài)空間法更有效地表示問題。狀態(tài)空間法是問題歸約法的一種特例。在問題歸 約法的與或圖中，包含有與節(jié)點和或節(jié)點，而在狀態(tài)空間法中只含有或節(jié)點。謂詞邏輯法采用謂詞合適公式和一階謂詞演算。是一種形式語言，能夠把數(shù)學中的邏輯 論證符號化。謂詞邏輯法常與其它表示方法混合使用，靈活方便，可以

9、表示比較復雜的問題。語義網(wǎng)絡是一種結(jié)構(gòu)化表示方法，可用于表示多元關系，擴展后可以表示更復雜的問題?？蚣苁且环N結(jié)構(gòu)化表示方法。由指定事物各個方面的槽組成，每個槽擁有若干個側(cè)面， 而每個側(cè)面又可擁有若干個值。必須同時使用許多框架，并可把它們聯(lián)成一個框架系統(tǒng)。在表示和求解比較復雜的問題時，采用單一的知識表示方法是遠遠不夠的。往往必須采 用多種方法混合表示。例如，綜合采用框架、語義網(wǎng)絡、謂詞邏輯的過程表示方法（兩種以 上），可使所研究的問題獲得更有效的解決。在選擇知識表示方法時，還要考慮所使用的程序設計語言所提供的功能和特點，以便能 夠更好地描述這些表示方法。機器運用知識模擬人類智能，首先需要解決知識

10、在機器中的表示，其本質(zhì)是對知識的符 號化過程。知識表示模式形式多樣，狀態(tài)空間表示法、產(chǎn)生式表示法、框架、與或樹表示法。 智能搜索代理，種類多樣，選擇著名的搜索引擎search engin中baidu， google，yahoo，感 受其智能程度。長期有傅支換羊元奉輸入 &頂句下圖12-7姐織級的結(jié)構(gòu)瓶圖五、拓展難點：如何選擇節(jié)點和弧線來構(gòu)成語義網(wǎng)絡。其他方法：劇本表示法和過程表示法表示法的原理和應用范圍。六、成果交流學生在電子學習檔案袋中發(fā)布實踐與思考問題的感受和活動成果。人工智能中的知識表示2007/03/15 14:391.知識的概念Feigenbaum認為知識是經(jīng)過削減、塑造、解釋和轉(zhuǎn)換

11、的信息。簡單地說，知識 是經(jīng)過加工的信息。Bernstein說知識是特定領域的描述、關系和過程組成。Hayes-Roth認為知識是事實、信念和啟發(fā)式規(guī)則。知識可從（范圍，目的，有效性）加以三維描述。其中知識的范圍是由具體到一 般，知識的目的是由說明到指定，知識的有效性是由確定到不確定。例如“為了 證明A-B，只需證明A八B是不可滿足的”這種知識是一般性、指示性、確定性的。而像“桌子有四條腿”這種知識是具體的、說明性、不確定性。知識表示是研究用機器表示知識的可行性、有效性的一般方法，是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 與控制結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一體，既考慮知識的存儲又考慮知識的使用。知識表示可看成是 一組描述事物的約定，以把人

12、類知識表示成機器能處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2.人工智能系統(tǒng)所關心的知識一個智能程序高水平的運行需要有關的事實知識、規(guī)則知識、控制知識和元知識事實:是有關問題環(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、事物間關系、科學事實、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。規(guī)則：是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)。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?？刂疲菏怯嘘P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選哪一

13、個動作來執(zhí)行的知識。元知識：是有關知識的知識，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(jié)構(gòu)等知識。4.2邏輯表示法對知識通過引入謂詞、函數(shù)來加以形式描述，獲得有關的邏輯公式，進而以機器 內(nèi)部代碼表示。設在一個房間里，有一個機器人ROBOT，一個壁室ALCOVE，一個積木塊BOX，兩 個桌子A和B。機器人可把積木塊BOX從一種狀態(tài)變換成另一種狀態(tài)。引入謂詞：TABLE（A）表示A是桌子EMPTYHANDED（ ROBOT）表示機器人雙手是空的AT (ROBOT, A)表示機器人在A旁HOLDS (ROBOT, BOX)表示機器人拿著積木塊ON (BOX, A)表積木

14、塊BOX在A上4.3產(chǎn)生式表示法產(chǎn)生式是一種知識表達方法，具有和Turing機一樣的表達能力。4.3.1事實與規(guī)則的表示事實可看成是斷言一個語言變量的值或是多個語言變量間的關系的陳述句，語言 變量的值或語言變量間的關系可以是一個詞。不一定是數(shù)字。如雪是白色的，其 中雪是語言變量，其值是白色的。John喜歡Mary，其中John、Mary是兩個語言 變量，兩者的關系值是喜歡。一般使用三元組(對象，屬性，值)或(關系，對象1，對象2)來表示事實， 其中對象就是語言變量，若考慮不確定性就成了四元組表示(增加可信度)。這 種表示的機器內(nèi)部實現(xiàn)就是一個表。如事實“老李年齡是35歲”，便寫成(Lee,ag

15、e,35)事實“老李、老張是朋友”，可寫成(friend,Lee,Zhang)對于規(guī)則是表示事物間的因果關系，以下列形式表示：condition-actioncondition作為前件或模式，而action稱作動作或后件或結(jié)論。前件部分常是 一些事實Ai的合取，而結(jié)論常是某一事實B，如考慮不確定性，需另附可信度 度量值。4.3.2產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成和推理多數(shù)較為簡單的專家系統(tǒng)(Expert System)都是以產(chǎn)生式表示知識的，相應的 系統(tǒng)稱作產(chǎn)生式系統(tǒng)。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)庫是事實的集合規(guī)則是以產(chǎn)生式表示的。規(guī)則

16、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產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理方式有正向推理、反向推理和雙向推理正向推理：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。推理過 程是規(guī)則集中的規(guī)則前件與數(shù)據(jù)庫中的事實進行匹配，得匹配的規(guī)則集合。從匹配規(guī)則集合中選擇一條規(guī)則作為使用規(guī)則。執(zhí)行使用規(guī)則的后件。將該使用規(guī)則的后件送入數(shù)據(jù)庫中重復這個過程直至達到目標具

17、體說如數(shù)據(jù)庫中含有事實A，而規(guī)則庫中有規(guī)則A-B，那么這條規(guī)則便是匹配 規(guī)則，進而將后件B送入數(shù)據(jù)庫中。這樣可不斷擴大數(shù)據(jù)庫直至包含目標便成功 結(jié)束。如有多條匹配規(guī)則需從中選一條作為使用規(guī)則，不同的選擇方法直接影響 著求解效率，選規(guī)則的問題稱作控制策略。正向推理會得出一些與目標無直接關 系的事實，是有浪費的。反向推理從目標（作為假設）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，推理過程是：規(guī)則集中的規(guī)則后件與目標事實進行匹配，得匹配的規(guī)則集合；從匹配的規(guī)則集合中選擇一條規(guī)則作為使用規(guī)則；將使用規(guī)則的前件作為子目標；重復這個過程直至各子目標均為已知事實成功結(jié)束；如果目標明確，使用反向推

18、理方式效率較高。雙向推理：同時使用正向推理又使用反向推理。4.3.3產(chǎn)生式表示的特點產(chǎn)生式表示格式固定，形式單一，規(guī)則（知識單位）間相互較為獨立，沒有直接 關系使知識庫的建立較為容易，處理較為簡單的問題是可取的。另外推理方式單 純，也沒有復雜計算。特別是知識庫與推理機是分離的，這種結(jié)構(gòu)給知識的修改 帶來方便，無須修改程序，對系統(tǒng)的推理路徑也容易作出解釋。所以，產(chǎn)生式表 示知識常作為構(gòu)造專家系統(tǒng)的第一選擇的知識表示方法。4.4語義網(wǎng)絡表示法邏輯表示法和產(chǎn)生式表示法常用于表示有關論域中各個不同狀態(tài)間的關系，然而 用于表示一個事物同其各個部分間的分類知識就不方便了。槽（slot）與填槽表 示方法便于

19、表示這種分類知識。語義網(wǎng)絡和框架表示方法就屬于其中的兩種。4.4.1語義網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)語義網(wǎng)絡是對知識的有向圖表示方法。一個語義網(wǎng)絡是由一些以有向圖表示的三 元組（結(jié)點1，弧，結(jié)點2）連接而成。結(jié)點表示概念、事物、事件、情況等?；∈怯蟹较虻挠袠俗⒌?。方向體現(xiàn)主次，結(jié)點1為主，結(jié)點2為輔?；∩系臉俗?表示結(jié)點1的屬性或結(jié)點1和結(jié)點2之間的關系。如事實“雪是白色的”，可表示成：如規(guī)則“如果A那么B”，可表示成:這樣事實與規(guī)則的表示是相同的，區(qū)別僅是弧上的標注有別。從邏輯表示法來看，一個語義網(wǎng)絡相當于一組二元謂詞。因為三元組（結(jié)點1， 弧，結(jié)點2）可寫成P （個體1，個體2），其中個體1、個體2對應于結(jié)

20、點1、結(jié)點2,而弧及其上標注的結(jié)點1與結(jié)點2的關系由謂詞P來體現(xiàn)。語義網(wǎng)絡視作一種知識的單位，人腦的記憶是由存儲了大量的語義網(wǎng)絡來體現(xiàn) 的。而產(chǎn)生式表示法是以一條產(chǎn)生式規(guī)則作為知識的單位，而各條產(chǎn)生式規(guī)則沒 有直接的聯(lián)系。結(jié)點間的關系有isa，a-part-of，is型ISA鏈用來表示具體-抽象關系，或說表示一種隸屬關系，體現(xiàn)某種層次分類。 特點是具體層結(jié)點可繼承抽象層結(jié)點的屬性。a-part-of鏈用來表示部分-全體關系，或說表示包含關系。特點是part-of 關系下各層結(jié)點的屬性可能是很不相同的。is鏈用于表示一個結(jié)點是另一個結(jié)點的屬性例：蘋果的語義網(wǎng)絡4.4.2語義網(wǎng)絡表示下的推理語義網(wǎng)

21、絡表示下的推理方法不像邏輯表示法和產(chǎn)生式表示法的推理方法那樣明 了。語義網(wǎng)絡表示法是依匹配和繼承來進行推理的。最簡單的isa關系下的推理 是直接繼承，如：也可以將語義網(wǎng)絡引入邏輯含義，表示出八，V,關系，便可以使用歸結(jié)推理 法。還有人將語義網(wǎng)絡中的結(jié)點看成有限自動機（DFA），為尋求幾個概念間的關系， 起動相應的自動機，如有回合點便可求得解答。4.5框架表示法4.5.1框架理論 1975 年 Minsky 的論文 “A framework for respresenting knowledge”中提出 了框架理論。其基本觀點是人腦已存儲有大量典型情景，當人面臨新的情景時， 就從記憶中選擇一個稱為框架的基本知識結(jié)構(gòu)，這個框架是以前記憶的一個知識 空框，而其具體內(nèi)容依新的情景而改變，對這空框的細節(jié)加工修改和補充，形成 對新情景的認識又記憶于人腦中?？蚣芾碚搶⒖蚣芤曌鞯闹R單位，將一組有關 的框架連接起來便形成框架系統(tǒng)。系統(tǒng)中不同框架可以有共同結(jié)點，系統(tǒng)的行為 由系統(tǒng)內(nèi)框架的變化來表現(xiàn)的。推理