人工智能AI2章確定性知識(shí)系統(tǒng)

第2章確定性知識(shí)系統(tǒng)按照符號(hào)主義的觀點(diǎn)，知識(shí)是一切智能行為的基礎(chǔ)，要使計(jì)算機(jī)具有智能，首先必須使它擁有知識(shí)，并且能夠使用知識(shí)。

2.1確定性知識(shí)系統(tǒng)概述2.2確定性知識(shí)表示方法2.3確定性知識(shí)推理方法2.4確定性知識(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)介12.1確定性知識(shí)系統(tǒng)概述2.1.1確定性知識(shí)表示概述

1.知識(shí)的概念2.知識(shí)的類型3.知識(shí)表示的概念4.知識(shí)表示方法2.1.2確定性知識(shí)推理概述21.知識(shí)的概念一般性觀點(diǎn)

知識(shí)是人們?cè)诟脑炜陀^世界的實(shí)踐中積累起來(lái)的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)信息加工觀點(diǎn)

知識(shí)是對(duì)信息進(jìn)行智能性加工所形成的對(duì)客觀世界規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。知識(shí)=信息+關(guān)聯(lián)常用的關(guān)聯(lián)形式：如果…,則…代表性解釋(1)Feigenbaum:知識(shí)是經(jīng)過(guò)剪裁、塑造、解釋、選擇和轉(zhuǎn)換了的信息(2)Bernstein：知識(shí)由特定領(lǐng)域的描述、關(guān)系和過(guò)程組成(3)Heyes-Roth：知識(shí)=事實(shí)+信念+啟發(fā)式32.知識(shí)的類型按知識(shí)的適用范圍常識(shí)性知識(shí)：通用通識(shí)的、普遍知道的、適應(yīng)所有領(lǐng)域的知識(shí)。領(lǐng)域性知識(shí)：面向某個(gè)具體專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)。如：專家經(jīng)驗(yàn)。按知識(shí)的作用效果陳述性知識(shí)或事實(shí)性知識(shí)（零級(jí)）：用于描述事物的概念、定義、屬性，或狀態(tài)、環(huán)境、條件等；回答“是什么？”、“為是么？”過(guò)程性知識(shí)或程序性知識(shí)（一級(jí)）：用于問(wèn)題求解過(guò)程的操作、演算和行為的知識(shí)，即如何使用事實(shí)性知識(shí)的知識(shí)?；卮稹霸趺醋觯俊笨刂菩灾R(shí)或策略性知識(shí)（二級(jí)）：是關(guān)于如何使用過(guò)程性知識(shí)的知識(shí)，如：推理策略、搜索策略、不確定性的傳播策略。按知識(shí)的確定性確定性知識(shí)：可以給出其“真”、“假”的知識(shí)。不確定性知識(shí)：具有不確定特性（不精確、模糊、不完備）的知識(shí)。43.知識(shí)表示的概念知識(shí)表示的解釋知識(shí)表示是對(duì)知識(shí)的描述，即用一組符號(hào)把知識(shí)編碼成計(jì)算機(jī)可以接受的某種結(jié)構(gòu)。其表示方法不唯一。知識(shí)表示的要求表示能力：

是指能否正確、有效地將問(wèn)題求解所需要的知識(shí)表示出來(lái)?？衫眯裕菏侵副硎痉椒☉?yīng)有利于進(jìn)行有效的知識(shí)推理。包括：對(duì)推理的適應(yīng)性，對(duì)高效算法的支持程度可組織性與可維護(hù)性：

可組織性是指可以按某種方式把知識(shí)組織成某種知識(shí)結(jié)構(gòu)。可維護(hù)性是指要便于對(duì)知識(shí)的增、刪、改等操作可理解性與可實(shí)現(xiàn)性：

可理解性是指知識(shí)應(yīng)易讀、易懂、易獲取等可實(shí)現(xiàn)性是指知識(shí)的表示要便于計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)54.知識(shí)表示方法知識(shí)表示方法也稱知識(shí)表示技術(shù)，其表示形式被稱為知識(shí)表示模式。知識(shí)表示的類型按知識(shí)的不同存儲(chǔ)方式：陳述性知識(shí)：知識(shí)用某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表示；知識(shí)本身和使用知識(shí)的過(guò)程相分離。過(guò)程性知識(shí)：知識(shí)和使用知識(shí)的過(guò)程結(jié)合在一起。知識(shí)表示的基本方法非結(jié)構(gòu)化方法：

一階謂詞邏輯

產(chǎn)生式規(guī)則結(jié)構(gòu)化方法：

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)框架知識(shí)表示的其它方法狀態(tài)空間法和問(wèn)題歸約法。放在搜索中討論。62.1確定性知識(shí)系統(tǒng)概述2.1.1確定性知識(shí)表示概述2.1.2確定性知識(shí)推理概述1.推理的概念2.推理方法及其分類3.推理控制策略及其分類7按照心理學(xué)的觀點(diǎn)，推理是由具體事例歸納出一般規(guī)律，或者根據(jù)已有知識(shí)推出新的結(jié)論的思維過(guò)程。心理學(xué)對(duì)推理有兩種解釋：從結(jié)構(gòu)的角度：推理由兩個(gè)以上的判斷所組成，是一種對(duì)已有判斷進(jìn)行分析和綜合，再得出新的判斷的過(guò)程。例如，若有以下兩個(gè)判斷：①計(jì)算機(jī)系的學(xué)生都會(huì)編程序；②程強(qiáng)是計(jì)算機(jī)系的一名學(xué)生；則可得出下面第三個(gè)判斷：③程強(qiáng)會(huì)編程序。從過(guò)程的角度：認(rèn)為推理是在給定信息和已有知識(shí)的基礎(chǔ)上的一系列加工操作，提出了如下人類推理的公式：y=F(x,k)其中，x為推理時(shí)給出的信息，k為推理時(shí)可用的領(lǐng)域知識(shí)和特殊事例，F(xiàn)為可用的一系列操作，y為推理過(guò)程所得到的結(jié)論。1.推理的概念推理的心理學(xué)觀點(diǎn)8推理過(guò)程的心理形式從心理學(xué)的角度，推理是一種心理過(guò)程?？捎幸韵聨追N主要形式：(1)三段論推理，它是由兩個(gè)假定真實(shí)的前提和一個(gè)可能符合也可能不符合這兩前提的結(jié)論組成。例如，上面給出的計(jì)算機(jī)系學(xué)生的例子。(2)線性推理，或稱線性三段論，這種推理的三個(gè)判斷之間具有線性關(guān)系。例如“5比4大”、4比3大”，因此可推出“5比3大”。(3)條件推理，即前一命題是后一命題的條件，例如，“如果一個(gè)系統(tǒng)會(huì)使用知識(shí)進(jìn)行推理能，我們就稱它為智能系統(tǒng)”。(4)概率推理，即用概率來(lái)表示知識(shí)的不確定性，并根據(jù)所給出的概率來(lái)估計(jì)新的概率，這種推理形式是我們將要在第5章中進(jìn)行討論的內(nèi)容。推理的機(jī)器實(shí)現(xiàn)人工智能中的推理是由推理機(jī)完成的。所謂推理機(jī)，是指系統(tǒng)中用來(lái)實(shí)現(xiàn)推理的那段程序。根據(jù)推理所用知識(shí)的不同，推理方式和推理方法的不同，推理機(jī)的構(gòu)造也有所不同。1.推理的概念推理的心理過(guò)程92.推理方法及其分類推理方法解決的主要問(wèn)題：推理過(guò)程中前提與結(jié)論之間的邏輯關(guān)系；不確定性推理中不確定性的傳遞問(wèn)題。推理方法的分類形式：可有多種不同的分類方法.例如:分類按推理的邏輯基礎(chǔ)按知識(shí)的確定性按推理的控制策略演繹推理歸納推理確定性推理不確定性推理(第5章單獨(dú)討論)推理策略搜索理策略(第3章單獨(dú)討論)102.推理方法及其分類

按推理的邏輯基礎(chǔ)分類(1/3)演繹推理是一種由一般到個(gè)別的推理方法，即從已知的一般性知識(shí)出發(fā)，去推出蘊(yùn)含在這些已知知識(shí)中的適合于某種個(gè)別情況的結(jié)論。其核心是三段論，如假言推理、拒取式和假言三段論。例：假言三段論A→B，B→C?A→C常用的三段論是以下三部分組成的：大前提：是已知的一般性知識(shí)或推理過(guò)程得到的判斷；小前提：是關(guān)于某種具體情況或某個(gè)具體實(shí)例的判斷；結(jié)論：是由大前提推出的，并且適合于小前提的判斷。例如，前面所提到的例子有如下三個(gè)判斷：①計(jì)算機(jī)系的學(xué)生都會(huì)編程序；（①是大前提，一般性知識(shí)）②程強(qiáng)是計(jì)算機(jī)系的一位學(xué)生；（②是小前提，具體情況）③程強(qiáng)會(huì)編程序。（③是經(jīng)演繹推出來(lái)的結(jié)論結(jié)論）

112.推理方法及其分類

按推理的邏輯基礎(chǔ)分類(2/3)歸納推理是一種由個(gè)別到一般的推理方法。歸納推理的類型按照所選事例的廣泛性可分為完全歸納推理和不完全歸納推理按照推理所使用的方法可分為枚舉、類比、統(tǒng)計(jì)和差異歸納推理等完全歸納推理是指在進(jìn)行歸納時(shí)需要考察相應(yīng)事物的全部對(duì)象，并根據(jù)這些對(duì)象是否都具有某種屬性，推出該類事物是否具有此屬性。如，計(jì)算機(jī)質(zhì)量檢驗(yàn)。不完全歸納推理是指在進(jìn)行歸納時(shí)只考察了相應(yīng)事物的部分對(duì)象，就得出了關(guān)于該事物的結(jié)論。例如，計(jì)算機(jī)，隨機(jī)抽查。枚舉歸納推理是指在進(jìn)行歸納時(shí)，如果已知某類事物的有限可數(shù)個(gè)具體事物都具有某種屬性，則可推出該類事物都具有此種屬性。類比歸納推理是指在兩個(gè)或兩類事物有許多屬性都相同或相似的基礎(chǔ)上，推出它們?cè)谄渌麑傩陨弦蚕嗤蛳嗨频囊环N歸納推理。其推理模式可表示為：IFA有屬性abcANDB有屬性abTHENB可能有屬性c122.推理方法及其分類

按推理的邏輯基礎(chǔ)分類(3/3)演繹推理與歸納推理的區(qū)別演繹推理是在已知領(lǐng)域內(nèi)的一般性知識(shí)的前提下，通過(guò)演繹求解一個(gè)具體問(wèn)題或者證明一個(gè)結(jié)論的正確性。它所得出的結(jié)論實(shí)際上早已蘊(yùn)含在一般性知識(shí)的前提中，演繹推理只不過(guò)是將已有事實(shí)揭露出來(lái)，因此它不能增殖新知識(shí)。歸納推理所推出的結(jié)論是沒(méi)有包含在前提內(nèi)容中的。這種由個(gè)別事物或現(xiàn)象推出一般性知識(shí)的過(guò)程，是增殖新知識(shí)的過(guò)程。

例如，一位計(jì)算機(jī)維修員，從書(shū)本知識(shí)，到通過(guò)大量實(shí)例積累經(jīng)驗(yàn)，是一種歸納推理方式。運(yùn)用這些一般性知識(shí)知識(shí)去維修計(jì)算機(jī)的過(guò)程則是演繹推理。132.推理方法及其分類

按所用知識(shí)的確定性分類確定性推理

指推理所用知識(shí)和推出的結(jié)論都是可以精確表示的。本章討論：產(chǎn)生式推理自然演繹推理歸結(jié)演繹推理不確定性推理指推理所用知識(shí)和推出的結(jié)論都是不確定的。放在第5章討論：可信度推理主觀Bayes推理證據(jù)理論模糊推理概率推理143.推理控制策略及其分類推理的控制策略推理的控制策略是指如何使用領(lǐng)域知識(shí)使推理過(guò)程盡快達(dá)到目標(biāo)的策略。它可分為推理策略和搜索策略。推理策略主要解決推理方向、沖突消解等問(wèn)題，如推理方向控制策略、求解策略、限制策略、沖突消解策略等推理方向控制策略用于確定推理的控制方向，可分為正向推理、逆向推理、混合推理及雙向推理。求解策略是指僅求一個(gè)解，還是求所有解或最優(yōu)解等。限制策略是指對(duì)推理的深度、寬度、時(shí)間、空間等進(jìn)行的限制。沖突消解策略是指當(dāng)推理過(guò)程有多條知識(shí)可用時(shí)，如何從這多條可用知識(shí)中選出一條最佳知識(shí)用于推理的策略。搜索策略主要解決推理線路、推理效果、推理效率等問(wèn)題。本章主要討論推理策略，至于搜索策略將放到下一章單獨(dú)討論。15第2章確定性知識(shí)系統(tǒng)按照符號(hào)主義的觀點(diǎn)，知識(shí)是一切智能行為的基礎(chǔ)，要使計(jì)算機(jī)具有智能，首先必須使它擁有知識(shí)，并且能夠使用知識(shí)。

2.1確定性知識(shí)系統(tǒng)概述2.2確定性知識(shí)表示方法2.3確定性知識(shí)推理方法2.4確定性知識(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)介162.2確定性知識(shí)表示方法2.2.1謂詞邏輯表示法1.謂詞邏輯表示的邏輯學(xué)基礎(chǔ)2.謂詞邏輯表示方法3.謂詞邏輯表示的應(yīng)用4.謂詞邏輯表示的特性2.2.2產(chǎn)生式表示法2.2.3語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法2.2.4框架表示法171.謂詞邏輯表示的邏輯學(xué)基礎(chǔ)

命題、真值、論域命題斷言：一個(gè)陳述句稱為一個(gè)斷言.命題：具有真假意義的斷言稱為命題.（定義2.1）真值

T：表示命題的意義為真

F：表示命題的意義為假說(shuō)明：一個(gè)命題不能同時(shí)既為真又為假一個(gè)命題可在一定條件下為真，而在另一條件下為假論域由所討論對(duì)象的全體構(gòu)成的集合。也稱為個(gè)體域論域中的元素稱為個(gè)體181.謂詞表示的邏輯學(xué)基礎(chǔ)

謂詞、函數(shù)

謂詞用來(lái)表示謂詞邏輯中命題，形如P(x1,x2,…,xn)。其中P是謂詞名，即命題的謂語(yǔ)，表示個(gè)體的性質(zhì)、狀態(tài)或個(gè)體之間的關(guān)系；x1,x2,…,xn是個(gè)體，即命題的主語(yǔ)，表示獨(dú)立存在的事物或概念。

定義2.2：設(shè)D是個(gè)體域，P：Dn→{T，F(xiàn)｝是一個(gè)映射，其中則稱P是一個(gè)n元謂詞，記為P(x1,x2,…,xn)，其中，x1,x2,…,xn為個(gè)體，可以是個(gè)體常量、變?cè)秃瘮?shù)。例如：GREATER(x,6)，表示x大于6，函數(shù)：可作為謂詞的個(gè)體定義2.3：設(shè)D是個(gè)體域，f：Dn→D是一個(gè)映射，其中謂詞與函數(shù)的區(qū)別：謂詞是D到{T，F(xiàn)}的映射，函數(shù)是D到D的映射謂詞的真值是T和F，函數(shù)的值（無(wú)真值）是D中的元素謂詞可獨(dú)立存在，函數(shù)只能作為謂詞的個(gè)體191.謂詞邏輯表示邏輯學(xué)基礎(chǔ)

連詞和量詞連詞：

?：

“非”或者“否定”。表示對(duì)其后面的命題的否定∨：“析取”。表示所連結(jié)的兩個(gè)命題之間具有“或”的關(guān)系

∧：“合取”。表示所連結(jié)的兩個(gè)命題之間具有“與”的關(guān)系?！骸皸l件”或“蘊(yùn)含”。表示“若…則…”的語(yǔ)義。讀作“如果P，則Q”其中，P稱為條件的前件，Q稱為條件的后件。?：稱為“雙條件”。它表示“當(dāng)且僅當(dāng)”的語(yǔ)義。即讀作“P當(dāng)且僅當(dāng)Q”。例如，對(duì)命題P和Q，P?Q表示“P當(dāng)且僅當(dāng)Q”，量詞：?：全稱量詞。意思是“所有的”、“任一個(gè)”

命題(?

x)P(x)為真，當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)論域中的所有x，都有P(x)為真命題(?

x)P(x)為假，當(dāng)且僅當(dāng)至少存在一個(gè)xiD，使得P(xi)為假

?：存在量詞，意思是“至少有一個(gè)”、“存在有”

命題(?x)P(x)為真，當(dāng)且僅當(dāng)至少存在一個(gè)xiD，使得P(xi)為真命題(?x)P(x)為假，當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)論域中的所有x，都有P(x)為假

201.謂詞邏輯表示的邏輯學(xué)基礎(chǔ)

自由變?cè)图s束變?cè)犛颍褐肝挥诹吭~后面的單個(gè)謂詞或者用括弧括起來(lái)的合式公式約束變?cè)狠犛騼?nèi)與量詞中同名的變?cè)Q為約束變?cè)杂勺冊(cè)翰皇芗s束的變?cè)Q為自由變?cè)樱??x)(P(x，y)→Q(x，y))∨R(x，y)其中，(P(x，y)→Q(x，y))是(?x)的轄域轄域內(nèi)的變?cè)獂是受(?x)約束的變?cè)猂(x，y)中的x和所有的y都是自由變?cè)冊(cè)膿Q名：謂詞公式中的變?cè)梢該Q名。但需注意：第一：對(duì)約束變?cè)仨毎淹募s束變?cè)冀y(tǒng)一換成另外一個(gè)相同的名字，且不能與轄域內(nèi)的自由變?cè)＠?，?duì)(?x)P(x，y)，可把約束變?cè)獂換成z，得到公式(?z)P(z，y)。第二：對(duì)轄域內(nèi)的自由變?cè)?，不能改成與約束變?cè)嗤拿?。例，?duì)(?x)P(x，y)，可把y換成t，得到(?x)P(x，t)，但不能換成x。212.謂詞邏輯表示方法

表示步驟及簡(jiǎn)例(1/2)表示步驟(1)先根據(jù)要表示的知識(shí)定義謂詞(2)再用連詞、量詞把這些謂詞連接起來(lái)簡(jiǎn)例例2.1

表示知識(shí)“所有教師都有自己的學(xué)生”。解：先定義謂詞：T(x)：表示x是教師。S(y)：表示y是學(xué)生。TS(x,y)：表示x是y的老師。然后將知識(shí)表示如下：(?x)(?y)(T(x)→TS(x,y)∧S(y))可讀作：對(duì)所有x，如果x是一個(gè)教師，那么一定存在一個(gè)個(gè)體y，y是學(xué)生，且x是y的老師。222.謂詞邏輯表示方法

表示步驟及簡(jiǎn)例(2/2)

例2.2

表示知識(shí)“所有的整數(shù)不是偶數(shù)就是奇數(shù)”。解：先定義謂詞：

I(x)：x是整數(shù)，E(x)：x是偶數(shù)，O(x)：x是奇數(shù)然后再將知識(shí)表示為：

(?x)(I(x)→E(x)∨O(x))例2.3

表示如下知識(shí)：王宏是計(jì)算機(jī)系的一名學(xué)生。王宏和李明是同班同學(xué)。凡是計(jì)算機(jī)系的學(xué)生都喜歡編程序。解：先定義謂詞：CS(x)：表示x是計(jì)算機(jī)系的學(xué)生。CM(x,y)：表示x和y是同班同學(xué)。L(x,y)：表示x喜歡y。然后再將知識(shí)表示為：CS(Wanghong)CM(Wanghong,Liming)(?x)(CS(x)→L(x,programming))233.謂詞邏輯表示的經(jīng)典例子

機(jī)器人移盒子(1/5)abc例2.4機(jī)器人移盒子解：分別定義描述狀態(tài)和動(dòng)作的謂詞描述狀態(tài)的謂詞：TABLE(x)：x是桌子EMPTY(y)：y手中是空的AT(y,z)：y在z處HOLDS(y,w)：y拿著wON(w,x)：w在x桌面上變?cè)膫€(gè)體域：x的個(gè)體域是{a,b}y的個(gè)體域是{robot}z的個(gè)體域是{a,b,c}w的個(gè)體域是{box}24問(wèn)題的初始狀態(tài)：AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)問(wèn)題的目標(biāo)狀態(tài)：AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)機(jī)器人行動(dòng)的目標(biāo)是把問(wèn)題的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)狀態(tài)，而要實(shí)現(xiàn)問(wèn)題狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要完成一系列的操作。描述操作的謂詞條件部分：用來(lái)說(shuō)明執(zhí)行該操作必須具備的先決條件，用謂詞公式來(lái)表示。動(dòng)作部分：給出了該操作對(duì)問(wèn)題狀態(tài)的改變情況，通過(guò)在執(zhí)行該操作前的問(wèn)題狀態(tài)中刪去和增加相應(yīng)的謂詞來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些操作包括：Goto(x,y)：從x處走到y(tǒng)處。Pickup(x)：在x處拿起盒子。Setdown(y)：在x處放下盒子。3.謂詞邏輯表示的經(jīng)典例子

機(jī)器人移盒子(2/5)25各操作的條件和動(dòng)作：Goto(x，y)條件：AT(robot，x)動(dòng)作：刪除表：AT(robot，x)添加表：AT(robot，y)Pickup(x)條件：ON(box，x)，TABLE(x)，AT(robot，x)，EMPTY(robot)動(dòng)作：刪除表：EMPTY(robot)，ON(box，x)添加表：HOLDS(robot，box)Setdown(x)條件：AT(robot，x)，TABLE(x)，HOLDS(robot，box)動(dòng)作：刪除表：HOLDS(robot，box)添加表：EMPTY(robot)，ON(box，x)各操作的執(zhí)行方法：機(jī)器人每執(zhí)行一操作前，都要檢查該操作的先決條件是否可以滿足。如果滿足，就執(zhí)行相應(yīng)的操作；否則再檢查下一個(gè)操作。3.謂詞邏輯表示的經(jīng)典例子

機(jī)器人移盒子(3/5)26這個(gè)機(jī)器人行動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題的求解過(guò)程如下：

狀態(tài)1(初始狀態(tài))

AT(robot,c)開(kāi)始EMPTY(robot)=========>ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)

狀態(tài)2AT(robot,a)Goto(c,a)EMPTY(robot)==========>ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)

狀態(tài)3

AT(robot,a)Pickup(a)HOLDS(robot,box)=========>TABLE(a)TABLE(b)

3.謂詞邏輯表示的經(jīng)典例子

機(jī)器人移盒子(4/5)27

狀態(tài)4AT(robot,b)Goto(a,b)HOLDS(robot,box)==========>TABLE(a)TABLE(b)

狀態(tài)5

AT(robot,b)Setdown(b)EMPTY(robot)==========>ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)

狀態(tài)6(目標(biāo)狀態(tài))AT(robot,c)Goto(b,c)EMPTY(robot)=========>ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)3.謂詞邏輯表示的經(jīng)典例子

機(jī)器人移盒子(5/5)28abc例2.5猴子摘香蕉問(wèn)題解：先定義謂詞描述狀態(tài)的謂詞：AT(x,y)：x在y處ONBOX：猴子在箱子上HB：猴子得到香蕉個(gè)體域：x：{monkey,box,banana}Y：{a,b,c}問(wèn)題的初始狀態(tài)AT(monkey,a)AT(box,b)?ONBOX，?HB問(wèn)題的目標(biāo)狀態(tài)AT(monkey,c)，AT(box,c)ONBOX，HB3.謂詞邏輯表示的經(jīng)典例子

猴子摘香蕉(1/4)29描述操作的謂詞：Goto(u,v)：猴子從u處走到v處Pushbox(v,w)：猴子推著箱子從v處移到w處Climbbox：猴子爬上箱子Grasp：猴子摘取香蕉各操作的條件和動(dòng)作：Goto(u,v)條件：?ONBOX，AT(monkey,u)，動(dòng)作：刪除表：AT(monkey,u)添加表：AT(monkey,v)

Pushbox(v,w)條件：?ONBOX，AT(monkey,v)，AT(box,v)動(dòng)作：刪除表：AT(monkey,v)，AT(box,v)添加表：AT(monkey,w)，AT(box,w)

Climbbox條件：?ONBOX，AT(monkey,w)，AT(box,w)動(dòng)作：刪除表：?ONBOX添加表：ONBOXGrasp條件：ONBOX，AT(box,c)動(dòng)作：刪除表：?HB添加表：HB3.謂詞邏輯表示的經(jīng)典例子

猴子摘香蕉(2/4)30猴子摘香蕉問(wèn)題的求解過(guò)程如下：狀態(tài)1（初始狀態(tài)）AT(monkey,a)開(kāi)始AT(box,b)==========>?ONBOX?HB狀態(tài)2AT(monkey,b)Goto(a,b)AT(box,b)==========>?ONBOX?HB狀態(tài)3AT(monkey,c)Pushbox(b,c)AT(box,c)==========>?ONBOX?HB

3.謂詞邏輯表示的經(jīng)典例子

猴子摘香蕉(3/4)31狀態(tài)4AT(monkey,c)ClimbboxAT(box,c)==========>ONBOX?HB狀態(tài)5(目標(biāo)狀態(tài))AT(monkey,c)GraspAT(box,c)==========>ONBOXHB

3.謂詞邏輯表示的經(jīng)典例子

猴子摘香蕉(4/4)324.謂詞邏輯表示的特征主要優(yōu)點(diǎn)自然：一階謂詞邏輯是一種接近于自然語(yǔ)言的形式語(yǔ)言系統(tǒng)，謂詞邏輯表示法接近于人們對(duì)問(wèn)題的直觀理解明確：有一種標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)解釋方法，因此用這種方法表示的知識(shí)明確、易于理解精確：謂詞邏輯的真值只有“真”與“假”，其表示、推理都是精確的靈活：知識(shí)和處理知識(shí)的程序是分開(kāi)的，無(wú)須考慮處理知識(shí)的細(xì)節(jié)模塊化：知識(shí)之間相對(duì)獨(dú)立，這種模塊性使得添加、刪除、修改知識(shí)比較容易進(jìn)行主要缺點(diǎn)知識(shí)表示能力差：只能表示確定性知識(shí)，而不能表示非確定性知識(shí)、過(guò)程性知識(shí)和啟發(fā)式知識(shí)知識(shí)庫(kù)管理困難：缺乏知識(shí)的組織原則，知識(shí)庫(kù)管理比較困難存在組合爆炸：由于難以表示啟發(fā)式知識(shí)，因此只能盲目地使用推理規(guī)則，這樣當(dāng)系統(tǒng)知識(shí)量較大時(shí)，容易發(fā)生組合爆炸系統(tǒng)效率低：它把推理演算與知識(shí)含義截然分開(kāi)，拋棄了表達(dá)內(nèi)容中所含有的語(yǔ)義信息，往往使推理過(guò)程冗長(zhǎng)，降低了系統(tǒng)效率332.2確定性知識(shí)表示方法2.2.1謂詞邏輯表示法2.2.2產(chǎn)生式表示法1.產(chǎn)生式表示的基本方法2.產(chǎn)生式表示的例子3.產(chǎn)生式表示的特性2.2.3語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法2.2.4框架表示法341.產(chǎn)生式表示的基本方法

事實(shí)的表示事實(shí)的概念

事實(shí)是斷言一個(gè)語(yǔ)言變量的值或斷言多個(gè)語(yǔ)言變量之間關(guān)系的陳述句。語(yǔ)言變量的值：例如，“雪是白的”語(yǔ)言變量之間的關(guān)系：例如，“王峰熱愛(ài)祖國(guó)”

事實(shí)的表示方法（對(duì)象，屬性，值）例如，(snow,color,white)或（雪，顏色，白）。其中，對(duì)象就是語(yǔ)言變量。（關(guān)系，對(duì)象1，對(duì)象2）

例如，(love,WangFeng,country)或熱愛(ài)，王峰，祖國(guó)）

351.產(chǎn)生式表示的基本方法

規(guī)則的表示產(chǎn)生式也叫產(chǎn)生式規(guī)則，或簡(jiǎn)稱規(guī)則。規(guī)則的基本形式IFPTHENQ或者P→Q其中，P是前提，也稱或前件，給出了該產(chǎn)生式可否使用的先決條件。Q是結(jié)論或操作，也稱后件，給出當(dāng)P滿足時(shí)，應(yīng)該推出的結(jié)論或執(zhí)行的動(dòng)作。形式化描述

<規(guī)則>：：=<前提>→<結(jié)論><前提>：：=<簡(jiǎn)單條件>|<復(fù)合條件><結(jié)論>：：=<事實(shí)>|<動(dòng)作><復(fù)合條件>：：=<簡(jiǎn)單條件>And<簡(jiǎn)單條件>[(And<簡(jiǎn)單條件>…)]|<簡(jiǎn)單條件>Or<簡(jiǎn)單條件>[(OR<簡(jiǎn)單條件>…)]<動(dòng)作>：：=<動(dòng)作名>|[(<變?cè)?gt;,…)]362.產(chǎn)生式表示簡(jiǎn)例下面給出一個(gè)簡(jiǎn)化的動(dòng)物識(shí)別例子（完整例子第3章討論），僅包括動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)中的兩條規(guī)則：r3：IF動(dòng)物有羽毛THEN動(dòng)物是鳥(niǎo)r15：IF動(dòng)物是鳥(niǎo)AND動(dòng)物善飛THEN動(dòng)物是信天翁其中，r3和r15是上述兩條規(guī)則在動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)中的規(guī)則編號(hào)，一般稱為規(guī)則號(hào)。

r3：前提條件是“動(dòng)物有羽毛”結(jié)論是“動(dòng)物是鳥(niǎo)”

r15：前提條件是一個(gè)復(fù)合條件“動(dòng)物是鳥(niǎo)AND動(dòng)物善飛”，它是兩個(gè)子條件的合取。結(jié)論是“動(dòng)物是信天翁”

373.產(chǎn)生式表示的特性主要優(yōu)點(diǎn)自然性：采用“如果……，則……”的形式，人類的判斷性知識(shí)基本一致。模塊性：規(guī)則是規(guī)則庫(kù)中最基本的知識(shí)單元，各規(guī)則之間只能通過(guò)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生聯(lián)系，而不能相互調(diào)用，從而增加了規(guī)則的模塊性。有效性：產(chǎn)生式知識(shí)表示法既可以表示確定性知識(shí)，又可以表示不確定性知識(shí)，既有利于表示啟發(fā)性知識(shí)，又有利于表示過(guò)程性知識(shí)。

主要缺點(diǎn)效率較低：各規(guī)則之間的聯(lián)系必須以綜合數(shù)據(jù)庫(kù)為媒介。并且，其求解過(guò)程是一種反復(fù)進(jìn)行的“匹配—沖突消解—執(zhí)行”過(guò)程。這樣的執(zhí)行方式將導(dǎo)致執(zhí)行的低效率。不便于表示結(jié)構(gòu)性知識(shí)：由于產(chǎn)生式表示中的知識(shí)具有一致格式，且規(guī)則之間不能相互調(diào)用，因此那種具有結(jié)構(gòu)關(guān)系或?qū)哟侮P(guān)系的知識(shí)則很難以自然的方式來(lái)表示。382.2確定性知識(shí)表示方法2.2.1謂詞邏輯表示法2.2.2產(chǎn)生式表示法2.2.3語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法

1.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)概述2.事物和概念的表示3.情況和動(dòng)作的表示4.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的基本推理過(guò)程5.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示的特征2.2.4框架表示法391.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)概述

概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是一種用實(shí)體及其語(yǔ)義關(guān)系來(lái)表達(dá)知識(shí)的有向圖。結(jié)點(diǎn)：代表實(shí)體，表示事物、概念、情況、屬性、狀態(tài)、事件、動(dòng)作等弧：代表語(yǔ)義關(guān)系，表示所連兩個(gè)實(shí)體之間的語(yǔ)義聯(lián)系，必須帶有標(biāo)識(shí)語(yǔ)義基元語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中最基本的語(yǔ)義單元稱為語(yǔ)義基元，可用三元組表示為：（結(jié)點(diǎn)1，弧，結(jié)點(diǎn)2）基本網(wǎng)元指一個(gè)語(yǔ)義基元對(duì)應(yīng)的有向圖，是語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中最基本的結(jié)構(gòu)單元

例如：語(yǔ)義基元（A,R,B）所對(duì)應(yīng)的基本網(wǎng)元，如圖2-3所示。

例2.6用語(yǔ)義基元表示“鴕鳥(niǎo)是一種鳥(niǎo)”這一事實(shí)。解：如圖2-4所示。說(shuō)明：弧的方向不可隨意調(diào)換。ABR圖2-4鴕鳥(niǎo)鳥(niǎo)是一種圖2-340鳥(niǎo)人ISA實(shí)例關(guān)系：ISA體現(xiàn)的是“具體與抽象”的概念，含義為“是一個(gè)”，表示一個(gè)事物是另一個(gè)事物的一個(gè)實(shí)例。例“李剛是一個(gè)人”，如圖2-6。圖2-6實(shí)例關(guān)系張強(qiáng)共青團(tuán)A-Member-of圖2-8成員關(guān)系成員關(guān)系：A-Member-of體現(xiàn)的是“個(gè)體與集體”的關(guān)系，含義為“是一員”，表示一個(gè)事物是另一個(gè)事物的一個(gè)成員。例“張強(qiáng)是共青團(tuán)員”，如圖2-8。上述關(guān)系的主要特征屬性的繼承性，即處在具體層的結(jié)點(diǎn)可以繼承抽象層結(jié)點(diǎn)的所有屬性.分類關(guān)系：AKO也稱泛化關(guān)系，體現(xiàn)的是“子類與超類”的概念，含義為“是一種”，表示一個(gè)事物是另一個(gè)事物的一種類型。例“機(jī)器人是一種機(jī)器”，如圖2-7。李剛動(dòng)物圖2-7分類關(guān)系A(chǔ)KO1.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)概述

基本語(yǔ)義關(guān)系(1/3)411.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)概述

基本語(yǔ)義關(guān)系(2/3)屬性關(guān)系指事物和其屬性之間的關(guān)系。常用的有：

Have：含義為“有”，表示一個(gè)結(jié)點(diǎn)具有另一個(gè)結(jié)點(diǎn)所描述的屬性Can：含義為“能”、“會(huì)”，表示一個(gè)結(jié)點(diǎn)能做另一個(gè)結(jié)點(diǎn)的事情例如：“鳥(niǎo)有翅膀”，如圖2-9包含關(guān)系（聚類關(guān)系）

指具有組織或結(jié)構(gòu)特征的“部分與整體”之間的關(guān)系。常用的包含關(guān)系是：Part-of：含義為“是一部分”，表示一個(gè)事物是另一個(gè)事物的一部分。例如，“大腦是人體的一部分”，如圖2-11再如，“黑板是墻體的一部分”，如圖2-12聚類關(guān)系與實(shí)例、分類、成員關(guān)系的主要區(qū)別聚類關(guān)系一般不具備屬性的繼承性。如上例，大腦不一定具有人的各種屬性黑板也不具有墻的各種屬性。大腦人體Part-of圖2-11包含關(guān)系一鳥(niǎo)翅膀Have圖2-9屬性關(guān)系黑板墻圖2-12包含關(guān)系二Part-of421.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)概述

基本語(yǔ)義關(guān)系(3/3)時(shí)間關(guān)系指不同事件在其發(fā)生時(shí)間方面的先后次序關(guān)系。常用的時(shí)間關(guān)系有：Before：含義為“在前”After:含義為“在后”如：“倫敦奧運(yùn)會(huì)在北京奧運(yùn)會(huì)之后”，圖2-13位置關(guān)系指不同事物在位置方面的關(guān)系。常用的有：Located-on：含義為“在…上面”Located-under：含義為“在…下面”Located-at：含義為“在…”如，“書(shū)在桌子上”，圖2-14相近關(guān)系指不同事物在形狀、內(nèi)容等方面相似或接近。常用的相近關(guān)系有：Similar-to：含義為“相似”Near-to：含義為“接近”如，“貓似虎”，圖2-15After倫敦奧運(yùn)會(huì)北京奧運(yùn)會(huì)圖2-13時(shí)間關(guān)系Located-on書(shū)桌子圖2-14位置關(guān)系Similar-to貓虎圖2-15相似關(guān)系432.事物和概念的表示

表示一元關(guān)系Can運(yùn)動(dòng)吃動(dòng)物Can圖2-16動(dòng)物的屬性一元關(guān)系是指可以用一元謂詞P(x)表示的關(guān)系。謂詞P說(shuō)明實(shí)體的性質(zhì)、屬性等。常用：“是”、“有”、“會(huì)”、“能”等語(yǔ)義關(guān)系來(lái)說(shuō)明。如，“雪是白的”。一元關(guān)系的描述一個(gè)一元關(guān)系就是一個(gè)語(yǔ)義基元，可用一個(gè)基本網(wǎng)元來(lái)表示。其中，結(jié)點(diǎn)1表示實(shí)體，結(jié)點(diǎn)2表示實(shí)體的性質(zhì)或?qū)傩缘?，弧表示語(yǔ)義關(guān)系。例如，“李剛是一個(gè)人”為一元關(guān)系，其語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)如前所示。例2.7

用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示“動(dòng)物能運(yùn)動(dòng)、會(huì)吃”。442.事實(shí)和概念的表示

表示二元關(guān)系(1/3)CanCanAKOLiveHaveCanAKOCan運(yùn)動(dòng)吃動(dòng)物鳥(niǎo)魚(yú)翅膀水中飛游泳圖2-17動(dòng)物分類的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)二元關(guān)系是指可用二元謂詞P(x,y)表示的關(guān)系。其中，x,y為實(shí)體，P為實(shí)體之間的關(guān)系。單個(gè)二元關(guān)系可直接用一個(gè)基本網(wǎng)元來(lái)表示。復(fù)雜關(guān)系，可通過(guò)一些相對(duì)獨(dú)立的二元或一元關(guān)系的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

例2-8用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示：動(dòng)物能運(yùn)動(dòng)、會(huì)吃。鳥(niǎo)是一種動(dòng)物，鳥(niǎo)有翅膀、會(huì)飛。魚(yú)是一種動(dòng)物，魚(yú)生活在水中、會(huì)游泳。解：其語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示如圖2-17所示452.事實(shí)和概念概念的表示

表示二元關(guān)系(2/3)Located-at中關(guān)村理想公司王強(qiáng)Work-for經(jīng)理Headship28歲Age圖2-18經(jīng)理王強(qiáng)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

例2-9用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示：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。解：其表示如圖2.18所示462.事物和概念的表示

表示二元關(guān)系(3/3)BrandOwnerColorISAISAAKOColorOwnerBrandISAISA汽車1汽車汽車2銀灰色交通工具紅色李新王紅人捷達(dá)凱越

例2-10：李新的汽車是“捷達(dá)”、銀灰色。王紅的汽車是“凱越”、紅色。解：李新和王紅的汽車均屬于具體概念,可增加“汽車”這個(gè)抽象概念。472.事物和概念的表示

表示多元關(guān)系可用多元謂詞P(x1，x2，……)表示的關(guān)系。其中，個(gè)體x1，x2，……為實(shí)體，謂詞P說(shuō)明這些實(shí)體之間的關(guān)系。多元關(guān)系的表示法用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示多元關(guān)系時(shí)，可把它轉(zhuǎn)化為一個(gè)或多個(gè)二員關(guān)系的組合，然后再利用下一節(jié)討論的合取關(guān)系的表示方法，把這種多元關(guān)系表示出來(lái)。

483.情況和動(dòng)作的表示

情況的表示(1/2)ISAAKOOwneeStarAKOAKOEndAKOAKOOwnerAKO小燕子占有權(quán)占有資格燕子巢春天秋天情況時(shí)間鳥(niǎo)窩鳥(niǎo)表示方法：西蒙提出了增加情況和動(dòng)作結(jié)點(diǎn)的描述方法。例2.12：用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示：“小燕子這只燕子從春天到秋天占有一個(gè)巢”解：需要設(shè)立一個(gè)占有權(quán)結(jié)點(diǎn)，表示占有物和占有時(shí)間等。493.情況和動(dòng)作的表示

情況的表示(2/2)ISAAKOOwnsAKO小燕子燕子鳥(niǎo)巢鳥(niǎo)窩對(duì)上述問(wèn)題，也可以把占有作為一種關(guān)系，并用一條弧來(lái)表示，但在這種表示方法下，占有關(guān)系就無(wú)法表示了503.情況和動(dòng)作的表示

事件和動(dòng)作的表示GiftReceiverGiverGiftReceiverGiverAction給予事件一個(gè)優(yōu)盤(pán)常河江濤給常河江濤一個(gè)優(yōu)盤(pán)給用這種方法表示事件或動(dòng)作時(shí)，需要設(shè)立一個(gè)事件節(jié)點(diǎn)或動(dòng)作結(jié)點(diǎn)。其中，事件節(jié)點(diǎn)由一些向外引出的弧來(lái)指出事件行為及發(fā)出者與接受者。動(dòng)作結(jié)點(diǎn)由一些向外引出的弧來(lái)指出動(dòng)作的主體與客體。例2.13用于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示：“常河給江濤一個(gè)優(yōu)盤(pán)”解：用事件節(jié)點(diǎn)表示如圖2.20所示。用動(dòng)作結(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)表示如圖2.21所示圖2.20帶有事件節(jié)點(diǎn)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)圖2.21帶有動(dòng)作節(jié)點(diǎn)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)514.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的基本推理過(guò)程

繼承

用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的問(wèn)題求解系統(tǒng)主要由兩大部分所組成，一部分是由語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的知識(shí)庫(kù)，另一部分是用于問(wèn)題求解的推理機(jī)構(gòu)。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的推理過(guò)程主要有兩種，一種是繼承，另一種是匹配。繼承的概念是指把對(duì)事物的描述從抽象結(jié)點(diǎn)傳遞到實(shí)例結(jié)點(diǎn)。通過(guò)繼承可以得到所需結(jié)點(diǎn)的一些屬性值，它通常是沿著ISA、AKO等繼承弧進(jìn)行的。繼承的一般過(guò)程(1)建立一個(gè)結(jié)點(diǎn)表，用來(lái)存放待求解結(jié)點(diǎn)和所有以ISA、AKO等繼承弧與此結(jié)點(diǎn)相連的那些結(jié)點(diǎn)。初始情況下，表中只有待求解結(jié)點(diǎn)。(2)檢查表中的第一個(gè)結(jié)點(diǎn)是否是有繼承弧。如果有，就把該弧所指的所有結(jié)點(diǎn)放入結(jié)點(diǎn)表的末尾，記錄這些結(jié)點(diǎn)的所有屬性，并從結(jié)點(diǎn)表中刪除第一個(gè)結(jié)點(diǎn)。如果沒(méi)有繼承弧，僅從結(jié)點(diǎn)表中刪除第一個(gè)結(jié)點(diǎn)。(3)重復(fù)(2)，直到結(jié)點(diǎn)表為空。此時(shí)，記錄下來(lái)的所有屬性都是待求解結(jié)點(diǎn)繼承來(lái)的屬性。繼承的例子

在圖2-17所示的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)繼承關(guān)系可以得到“鳥(niǎo)”具有“會(huì)吃”、“能運(yùn)動(dòng)”的屬性

524.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的基本推理過(guò)程

匹配？王強(qiáng)匹配是指在知識(shí)庫(kù)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中尋找與待求解問(wèn)題相符的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)模式。匹配的過(guò)程(1)根據(jù)待求解問(wèn)題的要求構(gòu)造一個(gè)網(wǎng)絡(luò)片斷，該網(wǎng)絡(luò)片斷中有些結(jié)點(diǎn)或弧的標(biāo)識(shí)是空的，稱為詢問(wèn)處，它反映的是待求解的問(wèn)題。(2)根據(jù)該語(yǔ)義片斷到知識(shí)庫(kù)中去尋找所需要的信息。(3)當(dāng)待求解問(wèn)題的網(wǎng)絡(luò)片斷與知識(shí)庫(kù)中的某語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)片斷相匹配時(shí)，則與詢問(wèn)處相匹配的事實(shí)就是問(wèn)題的解。匹配的例子例2.13：假設(shè)圖2-18的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)已在知識(shí)庫(kù)中，問(wèn)王強(qiáng)在哪個(gè)公司工作？解：根據(jù)這個(gè)問(wèn)題的要求，可構(gòu)造如如下語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)片斷。當(dāng)用該語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)片斷與圖2-18所示的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配時(shí)，由“Work-for”弧所指的結(jié)點(diǎn)可知，職員王強(qiáng)工作在“理想公司”，這就得到了問(wèn)題的答案。若還想知道職員王強(qiáng)的其它情況，則可在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中增加相應(yīng)的空結(jié)點(diǎn)。535.語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示的特征主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)性把事物的屬性以及事物間的各種語(yǔ)義聯(lián)系顯式地表示出來(lái)，是一種結(jié)構(gòu)化的知識(shí)表示方法。在這種方法中，下層結(jié)點(diǎn)可以繼承、新增、變異上層結(jié)點(diǎn)的屬性。聯(lián)想性本來(lái)是作為人類聯(lián)想記憶模型提出來(lái)的，它著重強(qiáng)調(diào)事物間的語(yǔ)義聯(lián)系，體現(xiàn)了人類的聯(lián)想思維過(guò)程。自然性語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)可以比較直觀把知識(shí)表示出來(lái)，符合人們表達(dá)事物間關(guān)系的習(xí)慣。主要缺點(diǎn)：非嚴(yán)格性沒(méi)有象謂詞那樣嚴(yán)格的形式表示體系，一個(gè)給定語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的含義完全依賴于處理程序?qū)λM(jìn)行的解釋，通過(guò)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的推理不能保證其正確性。復(fù)雜性語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的手段是多種多樣的，這雖然對(duì)其表示帶來(lái)了靈活性，但同時(shí)也由于表示形式的不一致，使得它的處理增加了復(fù)雜性。542.2確定性知識(shí)表示方法2.2.1謂詞邏輯表示法2.2.2產(chǎn)生式表示法2.2.3語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法2.2.4框架表示法1.框架理論2.框架結(jié)構(gòu)和框架表示3.框架系統(tǒng)4.框架系統(tǒng)問(wèn)題的基本過(guò)程5框架表示法的特征551.框架理論

框架理論是明斯基于1975年作為理解視覺(jué)、自然語(yǔ)言對(duì)話及其它復(fù)雜行為的一種基礎(chǔ)提出來(lái)的。它認(rèn)為人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中各種事物的認(rèn)識(shí)都是以一種類似于框架的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在記憶中的，當(dāng)遇到一個(gè)新事物時(shí)，就從記憶中找出一個(gè)合適的框架，并根據(jù)新的情況對(duì)其細(xì)節(jié)加以修改、補(bǔ)充，從而形成對(duì)這個(gè)新事物的認(rèn)識(shí)。例如，對(duì)飯店、教室等的認(rèn)識(shí)?？蚣埽菏侨藗冋J(rèn)識(shí)事物的一種通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式。即當(dāng)新情況發(fā)生時(shí)，人們只要把新的數(shù)據(jù)加入到該通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中便可形成一個(gè)具體的實(shí)體(類)，這樣的通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就稱為框架。實(shí)例框架：對(duì)于一個(gè)框架，當(dāng)人們把觀察或認(rèn)識(shí)到的具體細(xì)節(jié)填入后，就得到了該框架的一個(gè)具體實(shí)例，框架的這種具體實(shí)例被稱為實(shí)例框架?？蚣芟到y(tǒng)：在框架理論中，框架是知識(shí)的基本單位，把一組有關(guān)的框架連結(jié)起來(lái)便可形成一個(gè)框架系統(tǒng)?？蚣芟到y(tǒng)推理：由框架之間的協(xié)調(diào)來(lái)完成。

562.框架結(jié)構(gòu)和框架表示

框架的基本結(jié)構(gòu)(1/2)<框架名>槽名1：側(cè)面名11值111，值112，…側(cè)面名12值121，值122，…:槽名2：側(cè)面名21值211，值212，…側(cè)面名22值221，值222，…:::槽名n：側(cè)面名n1值n11，值n12，…側(cè)面名n2值n21，值n22，…:側(cè)面名nm值nm1，值nm2，…572.5.2框架結(jié)構(gòu)和框架表示

框架的基本結(jié)構(gòu)(2/2)例2.14一個(gè)直接描述碩士生有關(guān)情況的框架Frame<MASTER>Name：Unit（Last-name，F(xiàn)irst-name）Sex：Area（male，female）Default：maleAge：Unit（Years）Major：Unit（Major）Field：Unit（Field）Advisor：Unit（Last-name，F(xiàn)irst-name）Project：Area（National，Provincial，Other）Default：NationalPaper：Area（SCI，EI，Core，General）Default：CoreAddress：<S-Address>Telephone：HomeUnit（Number）MobileUnit（Number）582.框架結(jié)構(gòu)和框架表示

框架表示(1/3)當(dāng)知識(shí)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，往往需要用多個(gè)相互聯(lián)系的框架來(lái)表示。例如，對(duì)前面例2.14的碩士生框架“MASTER”可分為：“Student”框架，描述所有學(xué)生的共性，上層框架“Master”框架，描述碩士生的個(gè)性，子框架，繼承“Student”框架的屬性學(xué)生框架Frame<Student>Name：Unit（Last-name，F(xiàn)irst-name）Sex：Area（male，female）Default：male//缺省Age：Unit（Years）If-Needed：Ask-Age//詢問(wèn)賦值A(chǔ)ddress：<S-Address>Telephone：HomeUnit（Number）MobileUnit（Number）If-Needed：Ask-Telephone//詢問(wèn)賦值592.框架結(jié)構(gòu)和框架表示

框架表示(2/3)碩士生框架Frame<Master>AKO：<Student>//預(yù)定義槽名Major：Unit（Major）//專業(yè)If-Needed：Ask-Major//詢問(wèn)賦值If-Added：Check-Major//后繼處理Field：Unit（Direction-Name）//方向If-Needed：Ask–Field//詢問(wèn)賦值A(chǔ)dvisor：Unit（Last-name，F(xiàn)irst-name）//導(dǎo)師If-Needed：Ask-Visor//詢問(wèn)賦值Project：Area（National，Provincial，Other）//項(xiàng)目Default：National//缺省Paper：Area（SCI，EI，Core，General）//論文Default：Core//缺省這里，用到了一個(gè)系統(tǒng)預(yù)定義槽名AKO，其含義為“是一種”。當(dāng)AKO作為下層框架的槽名時(shí)，其槽值為上層框架的框架名，表示該下層框架所描述的事物比其上層框架更具體。并且，由AKO所聯(lián)系的框架之間具有屬性的繼承關(guān)系。602.框架結(jié)構(gòu)和框架表示

框架表示(3/3)

框架的繼承技術(shù)，通常由框架中設(shè)置的3個(gè)側(cè)面：Default、If-Needed、If-Added所提供的缺省推理功能來(lái)組合實(shí)現(xiàn)。Default：該側(cè)面的作用是為相應(yīng)槽提供缺省值。當(dāng)其所在槽沒(méi)有填入槽值時(shí)，系統(tǒng)就以此側(cè)面值作為該槽的默認(rèn)值。例如，Paper槽的默認(rèn)值為Core。If-Needed：該側(cè)面的作用是提供一個(gè)為相應(yīng)槽賦值的過(guò)程。當(dāng)某個(gè)槽不能提供統(tǒng)一的缺省值時(shí)，可在該槽增加一個(gè)If-Needed側(cè)面，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用該側(cè)面提供的過(guò)程，產(chǎn)生相應(yīng)的屬性值。例如，Age槽、Telephone槽等。If-Added：該側(cè)面的作用是提供一個(gè)因相應(yīng)槽值變化而引起的后繼處理過(guò)程。當(dāng)某個(gè)槽的槽值變化會(huì)影響到一些相關(guān)槽時(shí)，需要在該槽增加一個(gè)If-Added側(cè)面，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用該側(cè)面提供的過(guò)程去完成對(duì)其相關(guān)槽的后繼處理。例如，Major槽，由于專業(yè)的變化，可能會(huì)引起Field和Advisor的變化，因此需要調(diào)用If-Added側(cè)面提供的Check-Major過(guò)程進(jìn)行后繼處理。612.框架結(jié)構(gòu)和框架表示

實(shí)例框架

例如，有楊葉和柳青2個(gè)碩士生，將他們的情況分別添入Master，會(huì)可得到：碩士生-1框架：

Frame<Master-1>ISA：<Master>//是一個(gè)Name：YangYeSex：femaleMajor：ComputerField：Web-Intelligence//方向Web智能Advisor：LinHai//導(dǎo)師林海Project：Provincial

//項(xiàng)目省部級(jí)碩士生-2框架：

Frame<Master-2>ISA：<Master>Name：LiuQingAge：22Major：ComputerAdvisor：LinHaiPaper：EI//論文EI收錄其中用到了系統(tǒng)預(yù)定以槽名ISA，即Master-1和Master-2是2個(gè)具體的Master。623.框架系統(tǒng)

框架之間的聯(lián)系StudentCollegianMasterDoctorMaster-1…S-AddressISAISAAKOAddressAKOAKO

框架系統(tǒng)由框架之間的橫向或縱向聯(lián)系構(gòu)成。縱向聯(lián)系是指那種具有繼承關(guān)系的上下層框架之間的聯(lián)系。如下圖，學(xué)生可按照接受教育的層次分為本生、碩和博。每類學(xué)生又可按照所學(xué)專業(yè)的不同劃分?？v向聯(lián)系通過(guò)預(yù)定以槽名AKO和ISA等來(lái)實(shí)現(xiàn)。橫向聯(lián)系是指那種以另外一個(gè)框架名作為一個(gè)槽的槽值或側(cè)面值所建立起來(lái)的框架之間的聯(lián)系。如下圖中Student框架與S-Addre框架之間就是一種橫向聯(lián)系。Master-2634.框架系統(tǒng)問(wèn)題求解的基本過(guò)程

特性繼承(1/2)特性繼承過(guò)程通過(guò)ISA、AKO鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)需要查詢某一事物的某個(gè)屬性，且描述該事物的框架未提供其屬性值時(shí)，系統(tǒng)就沿ISA和AKO鏈追溯到具有相同槽的類或超類框架。如果該槽提供有Default側(cè)面值，就繼承該默認(rèn)值作為查詢結(jié)果返回。如果該槽提供有If-Needed側(cè)面供繼承，則執(zhí)行If-Needed操作，去產(chǎn)生一個(gè)值作為查詢結(jié)果。如果對(duì)某個(gè)事物的某一屬性進(jìn)行了賦值或修改操作，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)沿ISA和AKO鏈追溯到具有相應(yīng)的類或超類框架，去執(zhí)行If-Added操作，作相應(yīng)的后繼處理。If-Needed與If-Added過(guò)程的區(qū)別它們的主要區(qū)別在于激活時(shí)機(jī)和操作目的不同。If-Needed操作是在系統(tǒng)試圖查詢某個(gè)事物框架中未記載的屬性值時(shí)激活，并根據(jù)查詢需求，被動(dòng)地即時(shí)產(chǎn)生所需要的屬性值；If-Added操作是在系統(tǒng)對(duì)某個(gè)事務(wù)框架的屬性作賦值或修改工作后激活，目的在于通過(guò)這些后繼處理，主動(dòng)做好配套操作，以消除可能存在的不一致。644.框架系統(tǒng)問(wèn)題求解的基本過(guò)程

特性繼承(2/2)特性繼承的例如前面的學(xué)生框架若要查詢Master-1的Sex，則可直接回答；但要查詢Master-2的Sex，則需要沿ISA鏈和AKO鏈到Student框架取其默認(rèn)值male。若要查詢Master-2的Field，需要沿ISA鏈到Master框架，執(zhí)行Field槽If-Needed側(cè)面的Ask-Field操作，即時(shí)產(chǎn)生一個(gè)值，假設(shè)產(chǎn)生的值是Data-Mining，則表示Master-2的研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘。如果要修改Master-2的Major，需要沿ISA鏈到Master框架，執(zhí)行Major槽If-Added側(cè)面的Check-Major操作，對(duì)Field、Advisor進(jìn)行修改，以保持知識(shí)的一致性。652.3確定性知識(shí)推理方法

智能系統(tǒng)的推理過(guò)程實(shí)際上就是一種思維過(guò)程。本章重點(diǎn)討論確定性推理，不確定性推理放到第5章。

2.3.1產(chǎn)生式推理1.產(chǎn)生式推理的基本結(jié)構(gòu)2.產(chǎn)生式的正向推理3.產(chǎn)生式的逆向推理4.產(chǎn)生式的混合推理

2.3.2自然演繹推理2.3.3歸結(jié)演繹推理661.產(chǎn)生式推理的基本結(jié)構(gòu)

(1/2)控制系統(tǒng)規(guī)則庫(kù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)DB(DataBase)(1)存放推理過(guò)程的各種當(dāng)前信息。如：?jiǎn)栴}的初始狀態(tài)輸入的事實(shí)中間結(jié)論及最終結(jié)論(2)作為推理過(guò)程選擇可用規(guī)則的依據(jù)。推理過(guò)程中某條規(guī)則是否可用，是通過(guò)該規(guī)則的前提與DB中的已知事實(shí)的匹配來(lái)確定的?？善ヅ涞囊?guī)則稱為可用規(guī)則。利用可用規(guī)則進(jìn)行推理，將會(huì)得到一個(gè)結(jié)論。該結(jié)論若不是目標(biāo)，將作為新的事實(shí)放入DB，成為以后推理的已知事實(shí)。

規(guī)則庫(kù)RB(RuleBase)

也稱知識(shí)庫(kù)KB(KnowledgeBase)(1)作用用于存放推理所需要的所有規(guī)則，是整個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)的知識(shí)集。是產(chǎn)生式系統(tǒng)能夠進(jìn)行推理的根本。(2)要求

知識(shí)的完整性、一致性、準(zhǔn)確性、靈活性和可組織性671.產(chǎn)生式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

(2/2)控制系統(tǒng)(Controlsystem)控制系統(tǒng)的主要作用亦稱推理機(jī)，用于控制整個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行，決定問(wèn)題求解過(guò)程的推理線路?？刂葡到y(tǒng)的主要任務(wù)選擇匹配：按一定策略從規(guī)則庫(kù)種選擇規(guī)則與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)進(jìn)行匹配。匹配是指把所選規(guī)則的前提與綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知事實(shí)進(jìn)行比較，若事實(shí)庫(kù)中存的事實(shí)與所選規(guī)則前提一致，則稱匹配成功，該規(guī)則為可用；否則，稱匹配失敗，該規(guī)則不可用。沖突消解：對(duì)匹配成功的規(guī)則，按照某種策略從中選出一條規(guī)則執(zhí)行。執(zhí)行操作：對(duì)所執(zhí)行的規(guī)則，若其后件為一個(gè)或多個(gè)結(jié)論，則把這些結(jié)論加入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；若其后件為一個(gè)或多個(gè)操作時(shí)，執(zhí)行這些操作。終止推理：檢查綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中是否包含有目標(biāo)，若有，則停止推理。路徑解釋：在問(wèn)題求解過(guò)程中，記住應(yīng)用過(guò)的規(guī)則序列，以便最終能夠給出問(wèn)題的解的路徑。682.產(chǎn)生式的正向推理

算法

從已知事實(shí)出發(fā)、正向使用規(guī)則，也稱為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)推理或前向鏈推理。算法描述(1)把用戶提供的初始證據(jù)放入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；(2)檢查綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中是否包含了問(wèn)題的解，若已包含，則求解結(jié)束，并成功推出；否則執(zhí)行下一步；(3)檢查知識(shí)庫(kù)中是否有可用知識(shí)，若有，形成當(dāng)前可用知識(shí)集，執(zhí)行下一步；否則轉(zhuǎn)(5)。(4)按照某種沖突消解策略，從當(dāng)前可用知識(shí)集中選出一條規(guī)則進(jìn)行推理，并將推出的新事實(shí)加入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)種，然后轉(zhuǎn)(2)。(5)詢問(wèn)用戶是否可以進(jìn)一步補(bǔ)充新的事實(shí)，若可補(bǔ)充，則將補(bǔ)充的新事實(shí)加入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后轉(zhuǎn)(3)；否則表示無(wú)解，失敗退出。至于如何根據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)到知識(shí)庫(kù)中選取可用知識(shí)，當(dāng)知識(shí)庫(kù)中有多條知識(shí)可用時(shí)應(yīng)該先使用那一條知識(shí)等。這些問(wèn)題涉及到了知識(shí)的匹配方法和沖突消解策略，以后將會(huì)分別討論。其流程圖如下：69把初始證據(jù)放入DBDB中有解嗎？KB中有可用知識(shí)嗎？

形成可用知識(shí)集可用知識(shí)集空嗎？按照沖突消解策略從該知識(shí)集中選出一條知識(shí)進(jìn)行推理

推出的是新事實(shí)嗎？

將新事實(shí)加入到DB把用戶補(bǔ)充的新事實(shí)加入到DB中

用戶可補(bǔ)充新事實(shí)嗎？

失敗退出

成功退出YNNYNNNYYY702.產(chǎn)生式的正向推理

例子(1/2)推理開(kāi)始后，先把A放入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，然后檢查綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中是否含有該問(wèn)題的解，回答為“N”。接著檢查知識(shí)庫(kù)中是否有可用知識(shí)，顯然r2可用，形成僅含r2的知識(shí)集。從該知識(shí)集中取出r2，推出新的實(shí)事B，將B加入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，檢查綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中是否含有目標(biāo)C，回答為“N”。再檢查知識(shí)庫(kù)中是否有可用知識(shí)，此時(shí)由于B的加入使得r1為可用，形成僅含r1的知識(shí)集。從該知識(shí)集中取出r1，推出新的實(shí)事C，將C加入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，檢查綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中是否含有目標(biāo)C，回答為“Y”。它說(shuō)明綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)含有問(wèn)題的解，推理成功結(jié)束，目標(biāo)C得證。例2.15請(qǐng)用正向推理完成以下問(wèn)題的求解假設(shè)知識(shí)庫(kù)中包含有以下2條規(guī)則：r1：IFBTHENCr2：IFATHENB已知初始證據(jù)A，求證目標(biāo)C。

解：推理過(guò)程如下：推理開(kāi)始前，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)為空。BAC初始證據(jù)推理規(guī)則r1r2CC求證目標(biāo)BC712.產(chǎn)生式的正向推理

例子(2/2)簡(jiǎn)化的動(dòng)物識(shí)別例子，僅包括其中的r3和r15，完整例子后面討論。

例2.16設(shè)有以下兩條規(guī)則r3：IF動(dòng)物有羽毛THEN動(dòng)物是鳥(niǎo)r15：IF動(dòng)物是鳥(niǎo)AND動(dòng)物善飛THEN動(dòng)物是信天翁其中，r3和r15是上述兩條規(guī)則在動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)中的規(guī)則編號(hào)。假設(shè)已知有以下事實(shí)：

動(dòng)物有羽毛，動(dòng)物善飛求滿足以上事實(shí)的動(dòng)物是何種動(dòng)物。

解：由于已知事實(shí)“動(dòng)物有羽毛”，即r3的前提條件滿足，因此r3可用，承認(rèn)的r3結(jié)論，即推出新的事實(shí)“動(dòng)物是鳥(niǎo)”。此時(shí)，r15的兩個(gè)前提條件均滿足，即r15的前提條件滿足，因此r15可用，承認(rèn)的r15結(jié)論，即推出新的事實(shí)“動(dòng)物是信天翁”。動(dòng)物有羽毛動(dòng)物善飛動(dòng)物是鳥(niǎo)動(dòng)物是信天翁r3r15例2.16的推理過(guò)程723.產(chǎn)生式的逆向推理

算法

從某個(gè)假設(shè)目標(biāo)出發(fā)，逆向使用規(guī)則，亦稱為目標(biāo)驅(qū)動(dòng)推理或逆向鏈推理。算法描述：(1)將要求證的目標(biāo)（稱為假設(shè)）構(gòu)成一個(gè)假設(shè)集；(2)從假設(shè)集中選出一個(gè)假設(shè)，檢查該假設(shè)是否在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中，若在，則該假設(shè)成立，此時(shí)，若假設(shè)集為空，則成功退出，否則仍執(zhí)行(2)；若該假設(shè)不在數(shù)據(jù)庫(kù)中，則執(zhí)行下一步；(3)檢查該假設(shè)是否可由知識(shí)庫(kù)的某個(gè)知識(shí)導(dǎo)出，若不能由某個(gè)知識(shí)導(dǎo)出，則詢問(wèn)用戶該假設(shè)是否為可由用戶證實(shí)的原始事實(shí)，若是，該假設(shè)成立，并將其放入綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，再重新尋找新的假設(shè)，若不是，則轉(zhuǎn)(5)；若能由某個(gè)知識(shí)導(dǎo)出，則執(zhí)行下一步；(4)將知識(shí)庫(kù)中可以導(dǎo)出該假設(shè)的所有知識(shí)構(gòu)成一個(gè)可用知識(shí)集；(5)檢查可用知識(shí)集是否為空，若是，失敗退出