幾種結(jié)構(gòu)化知識表示及其推理

1、幾種結(jié)構(gòu)化知識表示及其推理第1頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/31第7章 幾種結(jié)構(gòu)化知識表示及其推理7.1 框架7.2 語義網(wǎng)絡(luò)7.3 類與對象*第2頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/327.1 框架1975年 Minsky在論文中提出了框架理論。他從心理學(xué)的證據(jù)出發(fā)，認(rèn)為人的知識以框架結(jié)構(gòu)記存在人腦中。當(dāng)人們面臨新的情況，或?qū)栴}的看法有重要變化時，總是從自己的記憶中找出一個合適的框架，然后根據(jù)細(xì)節(jié)加以修改補(bǔ)充，從而形成對新觀察到的事物的認(rèn)識。人類對于一件事的了解，表現(xiàn)在對于這件事物的諸方面，即屬性的了解。掌握了事物的

2、屬性，也就有了關(guān)于事物的知識，知識表示是從屬性描述開始的。第3頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/337.1 框架7.1.1 框架的概念7.1.2 框架的表達(dá)能力7.1.3 基于框架的推理7.1.4 框架的程序語言實(shí)現(xiàn)第4頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/347.1.1 框架的概念| | | 約束： 條件1 條件2 討論對象的屬性討論對象的屬性可以是數(shù)字、字符串、布爾值或動作第5頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/357.1.1 框架的概念-示例(1)例7.1 描述“教師”的框架框架名：類屬

3、 ：工作： 范圍： （教學(xué)，科研） 缺省： （教學(xué)） 性別 ： （男，女）學(xué)歷 ： （中師，高師）類型 ： （，） | 第6頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/367.1.1 框架的概念-示例(2)例7.2 描述“大學(xué)教師”的框架框架名：類屬 ：學(xué)歷 ： （學(xué)士、碩士、博士）專業(yè) ： 職稱 ： （助教、講師、副教授、教授）外語 ：語種：范圍：（英，法，日，俄，德，） 缺省： 英 水平：（優(yōu)，良，中，差） 缺省：良 | 第7頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/377.1.1 框架的概念-示例(3)例7.3 描述一個具體教師的框架

4、框架名：類屬 ：姓名 ：李明性別 ：男 職業(yè) ：教師職稱 ：助教專業(yè)：計算機(jī)應(yīng)用部門：計算機(jī)系軟件教研室工作：參加工作時間：1995年8月 工齡：當(dāng)前年份參加工作年份 工資：第8頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/387.1.1 框架的概念上位框架：一般描述概念下位框架上位框架具有的屬性，下位框架一定具有，下位框架從上位框架中繼承某些槽值或側(cè)面名。實(shí)例框架：一般描述一個具體事物第9頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/397.1.1 框架的概念-框架網(wǎng)絡(luò)一個框架的槽值可以是另一個框架的名，這就把有關(guān)框架橫向聯(lián)系了起來。框架間的“

5、父子”關(guān)系是框架間的一種縱向聯(lián)系。某一論域的全體框架構(gòu)成了一個框架網(wǎng)絡(luò)或框架系統(tǒng)。框架的槽值可以是規(guī)則或邏輯式、運(yùn)算式甚至過程調(diào)用等。第10頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3107.1.1 框架的概念-框架網(wǎng)絡(luò)（例）師生員工框架教職工框架學(xué)生框架教師框架職工框架電子系學(xué)生框架管理系學(xué)生框架教師-1教師-N本科生碩士生第11頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3117.1.2 框架的表達(dá)能力框架適合表達(dá)結(jié)構(gòu)性知識概念對象等知識用框架表示框架的槽是對象的屬性或狀態(tài)框架的值是屬性值或狀態(tài)值框架網(wǎng)絡(luò)可以表示過程性事件或情節(jié)第12頁

6、，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3127.1.2 框架的表達(dá)能力-示例(1)例7.4關(guān)于房間的框架（1）框架名：墻數(shù)x1 ：缺省：x14 條件：x10窗數(shù)x2 ：缺?。簒22 條件：x2=0門數(shù)x3 ：缺省：x31 條件：x30前墻： （墻框架（w1,d1）后墻： （墻框架（w2,d2）第13頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3137.1.2 框架的表達(dá)能力-示例(2)左墻： （墻框架（w3,d3）右墻： （墻框架（w4,d4）天花板 ：地板 ： 門 ： 窗： 條件：w1w2w3w4x2 d1d2d3d4x3類型:(， ，

7、)第14頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3147.1.2 框架的表達(dá)能力-示例(3)例7.5 機(jī)器人糾紛問題的框架描述框架名：動作：打動作發(fā)出者：羅賓動作接受者：蘇西后果： （ ）框架名：動作：打動作發(fā)出者：蘇西動作接受者：羅賓后果： （ ）框架名：動作：哭動作發(fā)出者：蘇西后果： （得意，懊悔）框架名：動作：哭動作發(fā)出者：羅賓后果： 心理平衡第15頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3157.1.2 框架的表達(dá)能力-示例(4)例：某次關(guān)于地震的報道：“今天一次強(qiáng)度為里氏8.5級的強(qiáng)烈地震襲擊了下斯洛文尼亞（Low Slab

8、ovia）地區(qū)，造成25人死亡和5億美元的財產(chǎn)損失。下斯洛文尼亞的主席說：多年來，靠近Sadie Hawkins斷層的重災(zāi)區(qū)一直是一個危險的地區(qū)?！钡?6頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3167.1.2 框架的表達(dá)能力-與語義網(wǎng)絡(luò)結(jié)合災(zāi)害事件地震地震-1今天25500,000,0008.5Sadie Hawkins洪水颶風(fēng)Low-Slabovia時間地點(diǎn)死亡損失震級斷層ISAAKOAKOAKO第17頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3177.1.2 框架的表達(dá)能力產(chǎn)生式規(guī)則也可以用框架表示 如果頭疼且發(fā)燒，則患感冒。 框

9、架名： 前提：條件1：頭痛 條件2：發(fā)燒 結(jié)論：患感冒第18頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3187.1.3 基于框架的推理(1)基于框架的推理方法是繼承。就是子框架可以擁有其父框架的槽及槽值。實(shí)現(xiàn)繼承的操作有：匹配 將問題框架同知識庫中的框架的模式匹配。搜索 沿著框架間的縱向和橫向聯(lián)系，在框架網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行查找。填槽 問題框架同某一框架匹配時，可以通過它的父框架來將它的空槽值填上。第19頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3197.1.3 基于框架的推理(2)例：關(guān)于教師1外語水平的推理（1）構(gòu)造問題框架，與知識庫匹配（2）

10、搜索（3）填槽框架名：姓名 ：李明性別 ：男 年齡 ：25職稱 ：助教專業(yè)：計算機(jī)應(yīng)用部門：計算機(jī)系軟件教研室外語水平：第20頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3207.1.4 框架的程序語言實(shí)現(xiàn)（1）FRL程序設(shè)計語言PROLOG語言第21頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/321例: frame(name(教師)， kind_of()， work(scope(教學(xué)，科研),default(教學(xué))， sex(男，女)， reco_of_f_s(中師，高師)， type(, , ).7.1.4 框架的程序語言實(shí)現(xiàn)（2）第22

11、頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/322如何建立某個事物的框架（1）框架知識學(xué)習(xí)對當(dāng)前事物或?qū)ο筮M(jìn)行觀察與分析，把要認(rèn)識的對象與選定的框架知識表示進(jìn)行比對，完成相關(guān)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（3）框架的資料數(shù)值填寫第23頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/323框架-小結(jié)結(jié)構(gòu)化知識表示方式框架理論可作為人類理解視覺、自然語言及其他復(fù)雜行為的基礎(chǔ)。-Minsky缺點(diǎn)沒有明確的推理機(jī)制保證問題求解的可行性框架子系統(tǒng)中各子框架的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不一致，會影響系統(tǒng)的清晰性，造成推理困難。第24頁，共55頁，202

12、2年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3247.2 語義網(wǎng)絡(luò)1968年Quillian的博士論文建議用一種語義網(wǎng)絡(luò)來描述人對事物的認(rèn)知，實(shí)際上是對人腦功能的模擬。語義網(wǎng)絡(luò)是人類聯(lián)想記憶的一個心理學(xué)模型。也是一種知識表示方法。語義網(wǎng)絡(luò)同一階邏輯有相同的能力。多用于專家系統(tǒng)和自然語言處理領(lǐng)域。 普林斯頓大學(xué)開發(fā)的電子英語詞典WordNet，根據(jù)語義網(wǎng)絡(luò)、以同義詞集為基礎(chǔ)結(jié)點(diǎn)，通過上下文結(jié)點(diǎn)，整體與部分的關(guān)系構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。第25頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3257.2 語義網(wǎng)絡(luò)7.2.1 語義網(wǎng)絡(luò)的概念7.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力7.2.3 基于語

13、義網(wǎng)絡(luò)的推理7.2.4 語義網(wǎng)絡(luò)的程序?qū)崿F(xiàn)第26頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3267.2.1 語義網(wǎng)絡(luò)的概念(1)語義網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點(diǎn)和有向邊組成的有向圖。節(jié)點(diǎn)表示事物、對象、概念、行為、性質(zhì)、狀態(tài)等。有向邊表示節(jié)點(diǎn)之間的某種聯(lián)系或關(guān)系。語義網(wǎng)絡(luò)的級別劃分執(zhí)行級邏輯級認(rèn)識論級概念級語言學(xué)級節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2語義關(guān)系基本語義網(wǎng)絡(luò)單元結(jié)構(gòu)第27頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3277.2.1 語義網(wǎng)絡(luò)的概念-示例水果甜北方蘋果日本富士秦冠陜西國家脆甜高產(chǎn)中國西部營養(yǎng)味道富有引進(jìn)于是一個特點(diǎn)特點(diǎn)位于產(chǎn)于是一種是一種產(chǎn)于是一種蘋果的語

14、義網(wǎng)絡(luò)第28頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3287.2.1 語義網(wǎng)絡(luò)的類型語義網(wǎng)絡(luò)類型命題語義網(wǎng)（分塊聯(lián)想網(wǎng)絡(luò)）數(shù)據(jù)語義網(wǎng)：以數(shù)據(jù)為中心的語義網(wǎng)絡(luò)語言語義網(wǎng)：用于自然語言分析和理解結(jié)構(gòu)語義網(wǎng)：描述客觀事物的結(jié)構(gòu)分類語義網(wǎng)：描述抽象概念及層次推理語義網(wǎng)：命題網(wǎng)框架語義網(wǎng)：與框架相結(jié)合的語義網(wǎng)。第29頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/329補(bǔ)充知識表示（分類語義網(wǎng)絡(luò)）圖中的四種弧線表示:N1 N2：表示N2是N1的子集。N1 N2：表示N2是N1的子集， 和其他用ds的子集不相交。N1 N2：表示N2是N1的元素。N1 N

15、2：表示N2是N1的元素， 和其他用de的元素不相交。SdsedePROSPECTOR的分類語義網(wǎng)絡(luò) 第30頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/330補(bǔ)充知識表示（推理語義網(wǎng)）PROSPECTOR的推理網(wǎng)絡(luò) 第31頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3317.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（1）語義網(wǎng)絡(luò)可以表示事物之間的聯(lián)系和關(guān)系.語義網(wǎng)絡(luò)對事件的表示語義網(wǎng)絡(luò)對含有全稱量詞和存在量詞的謂詞的表示第32頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3327.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（2）實(shí)例關(guān)系 表示類與實(shí)

16、例之間的關(guān)系。（is a, ISA）小華大學(xué)生是一個ISA第33頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3337.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（3）分類（從屬、泛化）關(guān)系 指事物之間的類屬關(guān)系。（a kind of，AKO）動物水羽毛魚鳥草魚鯊魚鸚鵡鴕鳥飛水草AKOAKOAKOAKOAKOAKO不會吃有生活于第34頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3347.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（4）組裝關(guān)系 下層概念是上層概念的一部分。（a part of, APO）桌子桌腿桌面一部分一部分第35頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)1

17、7分，星期一2022/9/3357.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（5）屬性關(guān)系 對象的屬性及其屬性值。SimonteachermalesexageISAPerson40profession第36頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3367.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（6）集合與成員關(guān)系 表示成員與集合之間的關(guān)系。（a member of，AMO）張三計算機(jī)學(xué)會AMO第37頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3377.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（7）邏輯關(guān)系 一個概念可由另一個概念推出，存在因果關(guān)系。外出雨天則ANDOR帶雨披帶雨

18、傘第38頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3387.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（8）方位關(guān)系事實(shí)：張宏是石油學(xué)院的一名助教； 石油學(xué)院位于西安市電子二路； 張宏今年25歲。電子二路石油學(xué)院年齡張宏助教25歲西安市區(qū)職稱工作于位于屬于第39頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3397.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（9）所屬關(guān)系 表示具有的意思，描述事物與屬性之間的關(guān)系。(have)狗尾巴have第40頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3407.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（9）所屬關(guān)系 表示“能

19、”和會，表示上層節(jié)點(diǎn)能夠執(zhí)行下層節(jié)點(diǎn)所描述的功能(can)鳥飛can第41頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3417.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（10）事件的語義網(wǎng)絡(luò) 例句：小王送給小李一本書。小王giver送書小李recipient書objectS第42頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3427.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（11）謂詞公式的語義網(wǎng)絡(luò)表示（1）蘋果是一種水果小李和小王是朋友FRUIT(apple)蘋果水果AKO謂詞邏輯的一元關(guān)系轉(zhuǎn)化為語義網(wǎng)絡(luò)FRIEND(li,wang)liwangfriend謂詞邏輯的二

20、元關(guān)系轉(zhuǎn)化為語義網(wǎng)絡(luò)第43頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3437.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（12）謂詞公式的語義網(wǎng)絡(luò)表示（2）在一場足球比賽中，AC米蘭主場以0：1的比分輸給國際米蘭SCORE(AC-ML,INTER-ML,0:1)G220：1Score謂詞邏輯的多元關(guān)系轉(zhuǎn)化為語義網(wǎng)絡(luò)INTER-MLAC-MLSoccer gameISAHostGuest第44頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3447.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（13）謂詞公式的語義網(wǎng)絡(luò)表示（3） x (student(x) Read(x,三國演義

21、) 某個學(xué)生讀過三國演義 。studentreadISAbook三國演義read1xobjectsubjectISAISA第45頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3457.2.2 語義網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（14）謂詞公式的語義網(wǎng)絡(luò)表示（3） x (student(x) Read(x,三國演義) 每個學(xué)生讀過三國演義。studentreadISAbook三國演義read1xobjectsubjectISAISARGSFISA分塊語義網(wǎng)絡(luò)全稱量化的命題類節(jié)點(diǎn)讀關(guān)系全稱變量第46頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3467.2.2 語義

22、網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)能力（15）分塊語義網(wǎng)絡(luò)的基本思想 把整個網(wǎng)絡(luò)劃分成若干個塊，每一塊（叫做一個語義空間）表示一句完整的敘述。= 將復(fù)雜命題拆成多個子命題，每個子命題又可以拆成更小的子命題，若一個子命題已經(jīng)易于用語義網(wǎng)絡(luò)來表示時，則將它表示出來，相應(yīng)的可以給出一個節(jié)點(diǎn)來代表該網(wǎng)絡(luò)。分塊語義網(wǎng)絡(luò)的要求 語義子空間中的每個節(jié)點(diǎn)都應(yīng)該是全稱變量節(jié)點(diǎn)或依賴于全稱變量節(jié)點(diǎn)。第47頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/347知識表示（分塊語義網(wǎng)絡(luò)）角閃石部分地轉(zhuǎn)化為黑云母第48頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/348補(bǔ)充練習(xí)：All roads lead to Rome.Every dog has bitten every postman.第49頁，共55頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)17分，星期一2022/9/3497.2.3 基于語義的推理基于語義網(wǎng)絡(luò)的推理也是繼承，繼承通過匹配、搜索實(shí)現(xiàn)。推理步驟首先根據(jù)待求問題要求構(gòu)造一個網(wǎng)絡(luò)片斷在知識庫中查找與之匹配的語義網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)片斷中詢問部分與知識庫中某網(wǎng)絡(luò)結(jié)