人工智能-chpt4課件

人工智能原理

第4章知識(shí)表示

1

本章內(nèi)容

4.1知識(shí)表示的層次

4.2本體論(Ontology)

4.3產(chǎn)生式系統(tǒng)

4.4框架

4.5語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

4.6動(dòng)態(tài)知識(shí)表示

參考文獻(xiàn)第4章知識(shí)表示2知識(shí)表示的重要性知識(shí)表示是AI的基礎(chǔ)，也就是構(gòu)建智能體的基礎(chǔ)知識(shí)表示是推理和行動(dòng)的載體/沒(méi)有合適的知識(shí)表示，任何構(gòu)建智能體的計(jì)劃都無(wú)法付諸實(shí)施表示常常和推理緊密聯(lián)系知識(shí)表示通常是一些符號(hào)的集合/推理和行動(dòng)可以由這些符號(hào)構(gòu)建，也可以本身就代表著一種行為結(jié)構(gòu)(如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))第4章知識(shí)表示34.1知識(shí)表示的層次

4.1.1分層方法

4.1.2表示的本質(zhì)第4章知識(shí)表示4知識(shí)與知識(shí)表示的層次知識(shí)表示是什么？按照Sowa教授的說(shuō)法：知識(shí)表示是關(guān)于設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以完成那些需要人類智能的任務(wù)的科學(xué)是邏輯和本體論的應(yīng)用，服務(wù)于為某些領(lǐng)域構(gòu)造計(jì)算模型的任務(wù)由于表示的形式不同，知識(shí)表示顯然可以分為許多層次第4章知識(shí)表示54.1.1分層方法一種分層方法(Brachman,1979)實(shí)現(xiàn)層次(Implementational)：程序?qū)崿F(xiàn)級(jí)邏輯層次(Logical)：符號(hào)邏輯認(rèn)識(shí)論層次(Epistemological)：概念類型(子類、繼承、結(jié)構(gòu)關(guān)系等)概念層次(Conceptual)：語(yǔ)義關(guān)系、客體、動(dòng)作等語(yǔ)言學(xué)層次(Linguistic)：自然語(yǔ)言表達(dá)第4章知識(shí)表示6設(shè)計(jì)層次(1)在前面的層次中，其中第一個(gè)層次是實(shí)現(xiàn)級(jí)，后面四個(gè)看作是認(rèn)識(shí)論級(jí)如果要設(shè)計(jì)一個(gè)知識(shí)表示體系，需要考慮的內(nèi)容是什么？類似于軟件工程中自頂向下的設(shè)計(jì)過(guò)程第4章知識(shí)表示7設(shè)計(jì)層次(2)參考InformationSystemArchitecture(ISA)[Zachman,1987]與實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)的3個(gè)層次Scope/Enterprisemodel/Systemmodel與實(shí)現(xiàn)有關(guān)的2個(gè)層次Technologymodel/Components同時(shí)回答5個(gè)W1個(gè)H問(wèn)題第4章知識(shí)表示8設(shè)計(jì)層次(3)第4章知識(shí)表示W(wǎng)hatEntityHowFunctionWhereLocWhoAgentWhenTimeWhyMeansScopePlanner關(guān)于系統(tǒng)的摘要說(shuō)明EnterprisemodelOwner關(guān)于系統(tǒng)的操作說(shuō)明系統(tǒng)各要素SystemmodelDesigner系統(tǒng)分析員TechnologymodelBuilder程序設(shè)計(jì)員Components模塊化程序?qū)崿F(xiàn)WorkingsystemDataFunctionNetworkOrgani-zationSche-duleStrategy94.1.2表示的本質(zhì)意義三角(MeaningTriangle)：顯示了符號(hào)、對(duì)象(客體)、概念三者之間的關(guān)系/也是表示者和被表示者之間的關(guān)系/體現(xiàn)了表示的本質(zhì)概念在這里就是意義(含義/語(yǔ)義)第4章知識(shí)表示ConceptObjectSymbol10意義三角的擴(kuò)展(1)意義三角的符號(hào)端和概念端還可以進(jìn)一步擴(kuò)展符號(hào)端的擴(kuò)展：把符號(hào)作為向另一個(gè)三角的擴(kuò)展出發(fā)點(diǎn)/符號(hào)越來(lái)越具體，直到機(jī)器內(nèi)部的編碼第4章知識(shí)表示PhysicalObjectInformationObjectObjectTechnologyObjectInformationObjectComponentPerson:HarryName:Harry0x486172…PersonNameCodeBinaryCode11意義三角的擴(kuò)展(2)概念端的擴(kuò)展：將概念端進(jìn)一步擴(kuò)展為三部分—概念本身、概念的符號(hào)和表達(dá)概念的“概念”(最上層)第4章知識(shí)表示Person:HarryConcept:Harry‘Harry’SymbolofHarryPerson:HarrySymbolofConceptConceptofRepresentationHarry

[Person:Harry]124.2本體論(Ontology)

4.2.1本體論研究?jī)?nèi)容

4.2.2本體論分類

4.2.3領(lǐng)域Ontology應(yīng)用第4章知識(shí)表示13本體論與存在本體論(Ontology)是關(guān)于存在(existence)的研究存在是什么—所有的實(shí)體(entity)，包括抽象的和具體的(abstract&concrete)，正是它們組成了世界當(dāng)代定義：共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說(shuō)明/要素：概念模型 明確形式化 共享第4章知識(shí)表示14Ontology定義的要素概念模型—對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的一些現(xiàn)象抽象出相關(guān)概念而得到的模型明確—所用概念和所用概念的約束均有明確定義形式化—計(jì)算機(jī)可讀的共享—體現(xiàn)了共同認(rèn)可的知識(shí)，反映的是相關(guān)領(lǐng)域中公認(rèn)的概念集合第4章知識(shí)表示154.2.1本體論研究?jī)?nèi)容本體論是關(guān)于事物本身的研究，主要研究如何描述事物(定義)，特別是如何分類事物Quine認(rèn)為本體論的基本問(wèn)題是：Whatisthere?可以回答：everything/但這過(guò)于籠統(tǒng)了他提出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：“Tobeistobethevalueofaquantifiedvariable”知識(shí)表示（知識(shí)）的框架—系統(tǒng)的知識(shí)第4章知識(shí)表示16基于本體論的分類基于本體論的分類/對(duì)于事物的描述本體論分類(OntologicalCategories)或者稱為基于本體論的分類：是對(duì)事物一種盡可能詳細(xì)完備的分類方式本體論分類可以分為4級(jí)：頂級(jí)Ontology—最普通的概念及其關(guān)系領(lǐng)域Ontology—特定領(lǐng)域的概念任務(wù)Ontology—特定任務(wù)或行為中應(yīng)用Ontology—依賴于特定領(lǐng)域和任務(wù)第4章知識(shí)表示17對(duì)于事物的描述類別是任何大規(guī)模知識(shí)表示方案的基本積木(p267)–至少有一個(gè)原因：為了便于人類把握對(duì)于事物的描述(頂層)描述物理實(shí)體定義抽象物集合與分類空間與時(shí)間第4章知識(shí)表示18構(gòu)造Ontology的規(guī)則構(gòu)造Ontology的5條標(biāo)準(zhǔn)(Gruber,1995)明確性和客觀性—用自然語(yǔ)言對(duì)所定義術(shù)語(yǔ)給出明確、客觀的語(yǔ)義定義完全性—給出的定義是完整的，完全能表達(dá)所定義術(shù)語(yǔ)的含義一致性—由術(shù)語(yǔ)得出的推論與術(shù)語(yǔ)本身的含義相容最大單調(diào)可擴(kuò)展性—添加通用或?qū)Ｓ眯g(shù)語(yǔ)時(shí)，不需要修改已有內(nèi)容最小承諾—對(duì)待建模的對(duì)象給出最少的約束第4章知識(shí)表示194.2.2本體論分類以美國(guó)著名的知識(shí)工程CYC(encyclopedia)為例(號(hào)稱是世界上最大的知識(shí)庫(kù))，介紹其頂層的分類(早期版本)CYC研究最早始于1984年，距今已經(jīng)20余年(ThedevelopmentofCycwasaverylong-term,high-riskgamblethathasbeguntopayoff.見(jiàn)其主頁(yè))CYCKB包括數(shù)千個(gè)微理論(microtheories)，一些微理論面向特定領(lǐng)域，該機(jī)制允許各子庫(kù)獨(dú)立維護(hù)CYCKB已經(jīng)有20萬(wàn)術(shù)語(yǔ)(term)，每個(gè)術(shù)語(yǔ)又包含了幾十個(gè)論斷(assertion)第4章知識(shí)表示20CYC本體論頂層分類第4章知識(shí)表示IndividualObjectIntangibleRepresentedThingEventStuffIntangibleObjectCollectionIntangibleStuffRelationshipInternalMachineThingAttributeValueSlotAttributeAbsoluteAttr.ValueRelativeAttr.ValueQualitativeAttr.ValueNonphysicalAttr.ValuePhysicalPerceivableAttr.ValueProcessSomethingOccurringDynamicProcessSomethingExistingIntelligenceCompositeTangible&IntangibleObj.TangibleObjectTangibleStuffThing21CYC本體論的層次結(jié)構(gòu)(1)最頂層稱為T(mén)hing/Entity/┬，下一層為什么是分為三個(gè)分支？最右分支一開(kāi)始是作為其他兩類的補(bǔ)充而出現(xiàn)，后來(lái)改進(jìn)為元層次表示(metalevel)，可作為“關(guān)于表示的表示”而存在注意：某些CYC層次和分類仍有爭(zhēng)論/也是本體論特色之一第4章知識(shí)表示22CYC本體論的層次結(jié)構(gòu)(2)合乎老子的道家學(xué)說(shuō)：TheTaogavebirthtotheOne;TheOnegavebirthtotheTwo;TheTwogavebirthtotheThree;AndtheThreegavebirthtothetenthousandthings.第4章知識(shí)表示23本體論頂層分類(1)二分法：物理(Physical)/抽象(Abstract)三分法：獨(dú)立(Independent)/關(guān)系(Relative)/中介(Mediating)分別稱為第一級(jí)(Firstness)/第二級(jí)(Secondness)/第三級(jí)/(Thirdness)二者結(jié)合生成6個(gè)類別第4章知識(shí)表示24本體論頂層分類(2)二分法和三分法結(jié)合(Peirce&Whitehead)/哲學(xué)上的理念第4章知識(shí)表示┬IndependentRelativeMediatingPhysicalAbstractActualityFormPrehensionPropositionNexusIntention25本體論頂層分類(3)三分法中的每個(gè)類可以分別用謂詞或關(guān)系表示Actuality和Form用一元謂詞表示，如potato(x)Prehension和Proposition用二元謂詞表示，如form(x,y)∧sun(x)∧circle(y)Nexus和Intention用三元關(guān)系表示，設(shè)計(jì)圖x指導(dǎo)建筑工y完成建筑z(但是不能僅用二元謂詞的合取表示)第4章知識(shí)表示26本體論頂層分類(4)萬(wàn)物的存在形式與時(shí)間的關(guān)系：相對(duì)靜止或變化中—于是增加一種屬性描述，可以將上述分類再次一分為二相對(duì)靜止—連續(xù)相(Continuants)相對(duì)變化—發(fā)生相(Occurrents)從時(shí)間角度觀察萬(wàn)物，存在著一個(gè)視點(diǎn)(Viewpoint)：Minutes尺度—冰河(glacier)=Continuants/雪崩(avalanche)=Occurrents/Centuries尺度—冰河=Occurrents第4章知識(shí)表示27本體論頂層分類(5)第4章知識(shí)表示ObjectProcessSchemaScriptJunctureParticipationDescriptionHistoryStructureSituationReasonPurposeIndependentRelativeMediating Physical AbstractContinuantOccurrentContinuantOccurrent組合關(guān)系：Object=IPCetc.284.2.3

領(lǐng)域Ontology應(yīng)用生物信息學(xué)(bioinformatics)是當(dāng)前一個(gè)學(xué)科交叉的研究熱點(diǎn)任務(wù)之一：在生物及醫(yī)學(xué)科學(xué)文獻(xiàn)中識(shí)別出生物實(shí)體之間的相互關(guān)系例如：蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的關(guān)系 the<GAG>proteinfrommembranebindsto<Alix/AIP1>…疾病與治療手段之間的關(guān)系 <anantichlamydial

macrolideantibiotic,roxithromycin>,canpreventmajorischaemiceventswith<unstableangina>第4章知識(shí)表示29N-N形式的名詞復(fù)合在科學(xué)文獻(xiàn)中，多個(gè)名詞順序連接組合成一個(gè)名詞短語(yǔ)用以表示一個(gè)科技術(shù)語(yǔ)，這類組合稱為名詞復(fù)合(nouncompounds,NCs)/最簡(jiǎn)單的是N-N復(fù)合生物信息學(xué)中的例子abdomenradiographyinjuryrehabilitationdeliriumtreatment第4章知識(shí)表示30N-N間關(guān)系的確定很顯然，N-N兩個(gè)名詞之間存在一定的關(guān)系，如上例中abdomenradiography是身體部位與檢查手段之間的關(guān)系/識(shí)別N-N之間的關(guān)系也是一種關(guān)系識(shí)別有各種方法可以識(shí)別N-N之間的關(guān)系建立識(shí)別規(guī)則庫(kù)，積累識(shí)別的例子通過(guò)語(yǔ)料庫(kù)訓(xùn)練，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法進(jìn)行分類利用專業(yè)領(lǐng)域詞典，判別N-N各自的類別，從而建立兩者之間的關(guān)系第4章知識(shí)表示31生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域詞匯本體庫(kù)MeSHMeSH=MedicalSubjectHeadings是美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)圖書(shū)館的詞庫(kù)(controlledvocabularythesauruswithhierarchicalstructure/lexicalontology)MeSH有15個(gè)主要子分支(sub-hierarchies,trees)，對(duì)應(yīng)著醫(yī)學(xué)詞匯的主要分支A–Anatomy B–OrganismsC–Diseases每個(gè)子分支下還有更多的層次，最多到6層，類似于IP地址一樣編號(hào)(第1層字母)第4章知識(shí)表示32N-N類別對(duì)可以認(rèn)為：MeSH包含了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的絕大部分專業(yè)詞匯；那么，N-N的兩個(gè)名詞通過(guò)查找MeSH中它們的上位類別不是可以找到兩者之間的關(guān)系嗎？因此，假定[BarbaraRosario,2005]：AllN-Ncanbecharacterizedbyacategorypair(CP),aparticularsemanticrelationshipholdsbetweenthem每個(gè)名詞的category來(lái)自MeSH第4章知識(shí)表示33N-N間關(guān)系的標(biāo)注語(yǔ)料庫(kù)=1M篇Medlinetitlesandabstracts從中抽取了1MN-N名詞復(fù)合其中不重復(fù)的N-N對(duì)共79677個(gè)，全部屬于MeSHN-N取它們?cè)贛eSH之中的類別，構(gòu)成了類別對(duì)，這個(gè)類別對(duì)就是一種語(yǔ)義關(guān)系/但是MeSH中有多個(gè)層次，哪個(gè)層次的類別確定關(guān)系最合適？手工判定，形成規(guī)則/抽取各類的20%進(jìn)行標(biāo)注標(biāo)注原則：某個(gè)層次上的類別所包含的N-N之間都是同一關(guān)系，則所屬類別接受為一條關(guān)系識(shí)別規(guī)則第4章知識(shí)表示34標(biāo)注算法ForeachN1-N2,classifythemaccordingtosameC1&C2(toplevel),N1C1,N2C2,denoteeachclassasCCiForeachCCi,checkwhethereachmemberinitbelongstosamerelationIfyes,CCiisrecordedasaclassifyingrule;ifno,checkthreecases:descendonelevelofC1toC11,checkwhetherC11-C2isarule;descendonelevelofC2toC22,checkwhetherC1-C22isarule;descendonelevelofC1&C2toC11&C22,checkwhetherC11-C22isarule;repeatdescentprocesstillsomelevelsandgetarule第4章知識(shí)表示35實(shí)例形成的識(shí)別規(guī)則(1)都是第1層次：A01(bodyregion)–A07(cardiovascularsystem)scalparteries(頭皮動(dòng)脈)/heelcapillary(踵部毛細(xì)血管)/thighvein(大腿靜脈)……第1層次和第2層次：A01–M01.643(Patients)：ankleinpatient/eyeoutpatientA01–M01.898(donors)：eyedonor/skindonor第4章知識(shí)表示36實(shí)例形成的識(shí)別規(guī)則(2)第2層次和第1層次：J01.637(manufacturedmaterials)–A01：glasseye/neopreneelbow(橡膠肘)……規(guī)則分布：250個(gè)CPs的一個(gè)名詞屬于Anatomy類，其中187個(gè)在第1層次，如A01-A07–74%55個(gè)降到第2層次，如A01-M01.898–22%7個(gè)降到第3層次–2%其他類E/G/N等，至少50%要降下1層第4章知識(shí)表示37實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)上述規(guī)則，隨機(jī)選擇了20%N-N對(duì)作為測(cè)試集(開(kāi)放集，完全不同于規(guī)則抽取依賴的數(shù)據(jù))，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)/由具有生物醫(yī)學(xué)知識(shí)背景的人員獨(dú)立進(jìn)行評(píng)價(jià)如果N-N中名詞屬于A/H01/C04之一，則得到89.6%的類內(nèi)平均精確率(如果兩個(gè)詞同屬于上述3類)(intra-categoryaveraging)/90.8%跨類平均精確率/似乎還不完整結(jié)果分析：存在一些歧義，需要進(jìn)一步解決實(shí)驗(yàn)結(jié)果：令人滿意甚至有點(diǎn)驚奇第4章知識(shí)表示384.3產(chǎn)生式系統(tǒng)

4.3.1產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成

4.3.2產(chǎn)生式系統(tǒng)的應(yīng)用第4章知識(shí)表示39產(chǎn)生式規(guī)則產(chǎn)生式系統(tǒng)是基于知識(shí)的智能體，其基礎(chǔ)是各種知識(shí)元這些知識(shí)元之間存在著大量的因果關(guān)系即前提和結(jié)論的關(guān)系，用產(chǎn)生式或者稱為規(guī)則的形式來(lái)表示是非常方便的大量應(yīng)用于各類專家系統(tǒng)當(dāng)中產(chǎn)生式系統(tǒng)=面向應(yīng)用的邏輯系統(tǒng)第4章知識(shí)表示40各種產(chǎn)生式系統(tǒng)產(chǎn)生式最早由美國(guó)數(shù)學(xué)家Post提出，用于作為一種形式化運(yùn)算工具一些特殊的產(chǎn)生式系統(tǒng)：謂詞公式的蘊(yùn)涵關(guān)系上下文無(wú)關(guān)文法BNF范式(巴克斯范式)第4章知識(shí)表示414.3.1產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成產(chǎn)生式系統(tǒng)的三要素：綜合數(shù)據(jù)庫(kù)(或者稱數(shù)據(jù)基)、產(chǎn)生式規(guī)則集和控制系統(tǒng)(或者稱解釋程序)產(chǎn)生式：一組產(chǎn)生式規(guī)則（規(guī)則集）相當(dāng)于系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)，每條規(guī)則分為左部LHS和右部(IF<前件>THEN<后件>)

/其中規(guī)則的<前件>表達(dá)的是該條規(guī)則所要滿足的條件，規(guī)則的<后件>表示的是該規(guī)則所得出的結(jié)論，或者動(dòng)作第4章知識(shí)表示42產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)基：一個(gè)數(shù)據(jù)的集合，用于存放在推理過(guò)程中的已知條件、推導(dǎo)出的中間結(jié)果和最終結(jié)論等控制系統(tǒng)，用于控制系統(tǒng)的運(yùn)行，它根據(jù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中的當(dāng)前數(shù)據(jù)，來(lái)選擇合適的規(guī)則/不同的選擇規(guī)則的方法，就構(gòu)成了不同的控制策略/因此控制系統(tǒng)也可以稱之為推理引擎第4章知識(shí)表示43產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)相對(duì)固定的格式前件匹配，后件動(dòng)作匹配結(jié)果一般只有成功和失敗匹配一般無(wú)遞歸匹配過(guò)程不影響數(shù)據(jù)基知識(shí)模塊化規(guī)則可以分組組織規(guī)則之間的獨(dú)立性較強(qiáng)知識(shí)庫(kù)容易擴(kuò)充和修改第4章知識(shí)表示44產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)(2)相互影響的間接性一般是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)(也有目標(biāo)驅(qū)動(dòng))控制流看不出來(lái)，通過(guò)修改數(shù)據(jù)基間接影響其他產(chǎn)生式機(jī)器可讀性無(wú)矛盾性的檢查推理過(guò)程的解釋就是產(chǎn)生式調(diào)用步驟第4章知識(shí)表示454.3.2產(chǎn)生式系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)生式系統(tǒng)對(duì)某些領(lǐng)域的應(yīng)用很有效知識(shí)從模塊性角度可以分為兩類：第一類：許多獨(dú)立知識(shí)元構(gòu)成，相互之間關(guān)系不密切典型例子：醫(yī)生診斷/化學(xué)反應(yīng)第二類：一個(gè)較小的核心推出其余的部分，形成一個(gè)統(tǒng)一整體典型例子：數(shù)學(xué)產(chǎn)生式系統(tǒng)適于第一類知識(shí)而不適用于第二類第4章知識(shí)表示46產(chǎn)生式表示舉例(1)猜帽子顏色3個(gè)人每人頭上1頂帽子(看不到自己頭上的帽子)，紅白兩色，至少1頂為白色/看誰(shuí)搶答正確情況分析：1頂白色/2頂白色/3頂白色結(jié)合眼見(jiàn)情況，作出判斷1)1頂白帽—看見(jiàn)2頂紅帽→頭上帽子必為白色/立即搶答2)1頂白帽—看見(jiàn)1白1紅→白者搶答/自己不要落后跟著答紅色第4章知識(shí)表示47產(chǎn)生式表示舉例(2)3)2頂白帽—看見(jiàn)1白1紅→第1次提問(wèn)白者答不出，則自己搶答為白色4)2頂白帽—看見(jiàn)2頂白帽→第1遍任一個(gè)白者答不出，第2遍某個(gè)白者答出/自己應(yīng)立即搶答為紅色5)3頂白帽—看見(jiàn)2頂白帽→第1遍和第2遍二人都答不出，則應(yīng)搶答為白色設(shè)另外2人分別為A,B第4章知識(shí)表示48產(chǎn)生式表示舉例(3)寫(xiě)為產(chǎn)生式規(guī)則如下：A=紅帽∧B=紅帽→自己=白帽A=紅帽∧B=白帽∧B搶答→自己=紅帽(A|B的帽色交換，同樣結(jié)論，是對(duì)稱的)A=紅帽∧B=白帽∧B第1次答不出→自己=白帽A=白帽∧B=白帽∧B第1次答不出∧B第2次答出→自己=紅帽A=白帽∧B=白帽∧B第1次答不出∧B第2次答不出→自己=白帽第4章知識(shí)表示49產(chǎn)生式系統(tǒng)推理中的相關(guān)問(wèn)題數(shù)據(jù)基中部分謂詞保持不變問(wèn)題—框架問(wèn)題(參見(jiàn)第4.6節(jié))隨時(shí)間而變化的情景演算匹配沖突問(wèn)題解決沖突的策略—產(chǎn)生式、數(shù)據(jù)、目標(biāo)的排序非確定性匹配不同事實(shí)的匹配加權(quán)計(jì)算引入概率值的不精確推理第4章知識(shí)表示504.4框架

4.4.1框架的表示

4.4.2框架系統(tǒng)的功能第4章知識(shí)表示51框架與屬性列舉對(duì)于事物的描述，可以列舉事物的屬性/知識(shí)表示從屬性描述開(kāi)始，如屬性表框架是Minsky在1975年提出的一種概念，用于表示出事物各方面的屬性，也可以表示事物之間的類屬關(guān)系、事物的特征和變異用于識(shí)別、分析、預(yù)測(cè)事物及其行為第4章知識(shí)表示524.4.1框架的表示框架表示的基本思想：各類事物的狀態(tài)、屬性、發(fā)展過(guò)程和相互關(guān)系往往有一定規(guī)律性，可稱為“套子”，總結(jié)出來(lái)存于知識(shí)庫(kù)；以后再認(rèn)識(shí)新事物時(shí)，可以根據(jù)新事物初步印象，用類比方法從知識(shí)庫(kù)取出一個(gè)最近似的“套子”，進(jìn)行匹配，可以盡快獲得對(duì)新事物的全面認(rèn)識(shí)第4章知識(shí)表示53框架的表示形式框架的基本要素—“屬性-值”對(duì)或“槽-值”對(duì)/框架由一系列“屬性-值”對(duì)組成第4章知識(shí)表示L2L1L3L4AL5L6L7L8L9BC左圖是一個(gè)立方體上方斜俯視圖其框架主要由面和線組成54立方體斜俯視圖框架框架名：立方體斜俯視圖物體：立方體視角：斜俯視呈現(xiàn)形狀：六角形上面：面A斜視圖(L1,L2,L3,L4)左下面：面B斜視圖(L5,L4,L6,L8)右下面：面C斜視圖(L6,L3,L7,L9)邊：{L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9}姿態(tài)：平臥負(fù)載面：A接地面：{B,C}第4章知識(shí)表示55面斜視圖框架框架名：面X斜視圖(y1,y2,y3,y4)物體：矩形面視角：斜俯視|斜側(cè)俯視呈現(xiàn)形狀：平行四邊形左上邊：y1右上邊：y2左下邊：y3右下邊：y4姿態(tài)：平臥|直立負(fù)載面：是|否接地面：是|否第4章知識(shí)表示56框架的主要特征框架具有以下6條主要特征每個(gè)框架有一個(gè)框架名(可帶參數(shù))每個(gè)框架有一組屬性，每個(gè)屬性稱一個(gè)槽，存放屬性值屬性有一定的數(shù)據(jù)類型，不同屬性類型不同屬性值可以是子框架調(diào)用，調(diào)用可以帶參數(shù)有些屬性值可以事先確定，有些屬性值需要在生成實(shí)例時(shí)代入屬性值在代入時(shí)需要滿足一定條件，不同屬性值之間有時(shí)也要滿足一定的約束條件第4章知識(shí)表示574.4.2框架系統(tǒng)的功能一個(gè)框架系統(tǒng)應(yīng)該具備以下10個(gè)功能功能1—描述設(shè)置一組屬性/規(guī)定每個(gè)屬性的性質(zhì)/規(guī)定屬性之間關(guān)系每個(gè)屬性本身無(wú)內(nèi)部結(jié)構(gòu)/需要時(shí)又可調(diào)用其它框架則此時(shí)變?yōu)橛袃?nèi)部結(jié)構(gòu)屬性可以設(shè)置缺省值同一屬性的數(shù)量可以不確定可以設(shè)置可選的屬性第4章知識(shí)表示58框架系統(tǒng)具備的功能(2)功能2—子類子類定義通過(guò)子框架實(shí)現(xiàn)通過(guò)某個(gè)屬性把一系列框架聯(lián)系起來(lái)，形成一個(gè)層次體系例子：房間框架→廚房框架→公共廚房框架功能3—實(shí)例子類的最底層是實(shí)例第4章知識(shí)表示59框架系統(tǒng)具備的功能(3)功能4—匹配與產(chǎn)生式不同，框架通常只能與現(xiàn)實(shí)做到部分匹配，完全匹配是一個(gè)特殊情況/因?yàn)榭蚣苁菍?duì)一類事物的完整或典型的描述，而待匹配的具體個(gè)體不可能做到完全一致不匹配的情況：某個(gè)屬性不存在/與規(guī)定的屬性值不符/缺省值不符/屬性類型不符當(dāng)存在不匹配時(shí)，如何判定是否匹配成功：規(guī)定必要條件/規(guī)定允許誤差/屬性加權(quán)/增加判定式第4章知識(shí)表示60框架系統(tǒng)具備的功能(4)功能5—預(yù)測(cè)根據(jù)框架中的條件和觀察值，預(yù)測(cè)其它框架中的事物例子：機(jī)器人進(jìn)入房間看到3個(gè)煤氣罐，根據(jù)“煤氣罐數(shù)量=煤氣灶數(shù)量”，推斷存在3個(gè)煤氣灶(盡管可能沒(méi)有發(fā)現(xiàn)3個(gè)煤氣灶)功能6—繼承下層框架從上層框架繼承相關(guān)的屬性、屬性值、條件繼承時(shí)可以有限制地繼承/排斥屬性、屬性值、條件等第4章知識(shí)表示61框架系統(tǒng)具備的功能(5)功能7—變異如果發(fā)生框架與事物很不一致的情況，導(dǎo)致框架調(diào)用的變化對(duì)面臨的復(fù)雜情況，可以引入綜合分析功能8—更新框架調(diào)用的改變功能9—修改如果尚不能調(diào)用新框架，則修改老框架功能10—查找實(shí)現(xiàn)過(guò)程中運(yùn)用各種查詢策略第4章知識(shí)表示624.5語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

4.5.1

命題語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

4.5.2

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)上的推理

4.5.3

綜合舉例第4章知識(shí)表示63語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的提出Quilian在其博士論文中最早把語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)作為知識(shí)表示工具(1966)當(dāng)時(shí)稱為聯(lián)想網(wǎng)絡(luò)—所有概念節(jié)點(diǎn)通過(guò)聯(lián)想弧彼此連接，可進(jìn)行知識(shí)推導(dǎo)本節(jié)主要介紹命題語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)此外還有：數(shù)據(jù)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)/語(yǔ)言語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)要介紹語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)上的推理最后給出一個(gè)綜合例子，分別使用產(chǎn)生式、框架、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示同樣的陳述第4章知識(shí)表示644.5.1命題語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)第4章知識(shí)表示

2元謂詞用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示(實(shí)際上n元謂詞都可以用2元謂詞表示)命題=海浪把戰(zhàn)艦輕輕地?fù)u

輕輕搖(海浪,戰(zhàn)艦) —1個(gè)謂詞

進(jìn)一步分解謂詞“搖”： —3個(gè)謂詞

動(dòng)作主體(搖，海浪)動(dòng)作對(duì)象(搖，戰(zhàn)艦)動(dòng)作方式(搖，輕輕)

引入更多的知識(shí)(常識(shí))，構(gòu)成更復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)65第4章知識(shí)表示海浪戰(zhàn)艦輕輕搖搖輕輕戰(zhàn)艦海浪動(dòng)作主體動(dòng)作對(duì)象動(dòng)作方式

輕輕方式全域行為搖動(dòng)事物戰(zhàn)艦

海浪某港海浪某港戰(zhàn)艦

子集子集子集

子集子集個(gè)體個(gè)體

個(gè)體子集動(dòng)作對(duì)象動(dòng)作方式動(dòng)作主體66命題語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中謂詞連接符如果命題語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)要具備充分表達(dá)謂詞公式的能力，需要進(jìn)一步表示“與”/“或”/“非”等連接詞與節(jié)點(diǎn)—圓圈表示或節(jié)點(diǎn)—菱形框表示非—不表示全稱量詞/存在量詞—網(wǎng)絡(luò)分塊化技術(shù)(Hendrix,1975)第4章知識(shí)表示67分塊命題語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)命題=每個(gè)學(xué)生都讀過(guò)一本所有作家都喜歡的書(shū)相應(yīng)的謂詞公式s{Student(s)b[Book(b)Read(s,b)w[Writer(w)Like(w,b)]]}該語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中存在大小兩個(gè)命題(兩個(gè)謂詞)/大命題(讀)套著小命題(喜歡)大小命題分別用g1/g2表示—GS是全體命題集合/F代表命題是什么第4章知識(shí)表示68第4章知識(shí)表示694.5.2語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)上的推理第4章知識(shí)表示語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)上的操作主要分為檢索和推理2種，檢索可視為一種特殊推理/推理分為2類閉式推理開(kāi)式推理閉式推理研究概念的檢索，其過(guò)程是從某兩個(gè)概念節(jié)點(diǎn)出發(fā)，不斷向其相鄰的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展，直到兩者擴(kuò)展的節(jié)點(diǎn)在某處相交—即發(fā)現(xiàn)了二者之間的相互聯(lián)系70開(kāi)式推理第4章知識(shí)表示開(kāi)始推理是針對(duì)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)或者某些概念提出問(wèn)題，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上的推理來(lái)回答問(wèn)題對(duì)于最簡(jiǎn)單的命題語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)：輕輕搖(海浪,戰(zhàn)艦)/只能對(duì)海浪和戰(zhàn)艦提問(wèn)，而不能對(duì)“輕輕搖”提問(wèn)海浪輕輕搖什么？什么輕輕搖戰(zhàn)艦？不能問(wèn)：海浪對(duì)戰(zhàn)艦干什么？716.5.3綜合舉例第4章知識(shí)表示試分別用產(chǎn)生式系統(tǒng)、框架結(jié)構(gòu)和命題語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)3種知識(shí)表示形式表示上述關(guān)于導(dǎo)彈的知識(shí)導(dǎo)彈是一種自動(dòng)飛行的、攻擊敵方目標(biāo)的武器導(dǎo)彈分為戰(zhàn)略導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈，戰(zhàn)略導(dǎo)彈中30%是巡航式導(dǎo)彈，70%是彈道式導(dǎo)彈，而戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈都是巡航式的戰(zhàn)略導(dǎo)彈中85%是陸基發(fā)射的，15%是潛艇發(fā)射的；潛艇發(fā)射的導(dǎo)彈都是戰(zhàn)略導(dǎo)彈，而陸基發(fā)射的80%是戰(zhàn)略導(dǎo)彈，20%是戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈可以由陸基發(fā)射、飛機(jī)發(fā)射和軍艦發(fā)射72表示—產(chǎn)生式(1)第4章知識(shí)表示方式：根據(jù)句子，給出規(guī)則句子：導(dǎo)彈是一種自動(dòng)飛行的、攻擊敵方目標(biāo)的武器。規(guī)則：導(dǎo)彈(X)→武器(X)飛行方式(X，自動(dòng))目標(biāo)(X，敵方)句子：導(dǎo)彈分為戰(zhàn)略導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈，規(guī)則：導(dǎo)彈(X)→戰(zhàn)略導(dǎo)彈(X)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈(X)73表示—產(chǎn)生式(2)第4章知識(shí)表示句子：戰(zhàn)略導(dǎo)彈中30%是巡航式導(dǎo)彈，70%是彈道式導(dǎo)彈，而戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈都是巡航式的。規(guī)則：戰(zhàn)略導(dǎo)彈(Y)→巡航式(Y，30%)彈道式(Y，70%)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈(Z)→巡航式(Z，100%)句子：戰(zhàn)略導(dǎo)彈中85%是陸基發(fā)射的，15%是潛艇發(fā)射的；規(guī)則：戰(zhàn)略導(dǎo)彈(Y)→發(fā)射方式和比例(Y，陸基，85%)發(fā)射方式和比例(Y，潛艇，15%)74表示—產(chǎn)生式(3)第4章知識(shí)表示句子：潛艇發(fā)射的導(dǎo)彈都是戰(zhàn)略導(dǎo)彈，而陸基發(fā)射的80%是戰(zhàn)略導(dǎo)彈，20%是戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈規(guī)則：發(fā)射方式和比例(Y，潛艇，100%)→戰(zhàn)略導(dǎo)彈(Y)/發(fā)射方式和比例(Y，陸基，80%)→戰(zhàn)略導(dǎo)彈(Y)/發(fā)射方式和比例(Z，陸基，20%)→戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈(Z)句子：戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈可以由陸基發(fā)射、飛機(jī)發(fā)射和軍艦發(fā)射。規(guī)則：戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈(Z)→發(fā)射方式(Z，陸基)發(fā)射方式(Z，飛機(jī))發(fā)射方式(Z，軍艦)75表示—框架(1)第4章知識(shí)表示框架名：導(dǎo)彈使用方式：自動(dòng)飛行使用目的：攻擊敵方目標(biāo)子類：戰(zhàn)略導(dǎo)彈子類：戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈類型：巡航式|彈道式發(fā)射方式：陸基|潛艇|飛機(jī)|軍艦備注：陸基80%=戰(zhàn)略導(dǎo)彈/20%=戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈76表示—框架(2)第4章知識(shí)表示框架名：戰(zhàn)略導(dǎo)彈使用方式：自動(dòng)飛行使用目的：攻擊敵方目標(biāo)類型：巡航式|彈道式類型比例：30%

|70%發(fā)射方式：陸基|潛艇|飛機(jī)|軍艦發(fā)射方式比例：85%|15%|0%|0%備注：無(wú)77表示—框架(3)第4章知識(shí)表示框架名：戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈使用方式：自動(dòng)飛行使用目的：攻擊敵方目標(biāo)類型：巡航式類型比例：100%發(fā)射方式：陸基|潛艇|飛機(jī)|軍艦發(fā)射方式比例：X1%|0%|X2%|X3%備注：X1+X2+X3=10078表示—語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)第4章知識(shí)表示找出句子中的實(shí)體要素，確定要素之間的關(guān)系例如：導(dǎo)彈是一種自動(dòng)飛行的、攻擊敵方目標(biāo)的武器要素：武器/導(dǎo)彈/自動(dòng)飛行/攻擊敵方目標(biāo)要素間關(guān)系：導(dǎo)彈—武器=子集關(guān)系/導(dǎo)彈—使用方式=屬性關(guān)系使用方式—自動(dòng)飛行=個(gè)體(使用方式的一種)/導(dǎo)彈—使用目的=屬性關(guān)系/使用目的—攻擊目標(biāo)=個(gè)體(使用目的的一種)79語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示分析第4章知識(shí)表示例如：戰(zhàn)略導(dǎo)彈中85%是陸基發(fā)射的，15%是潛艇發(fā)射的要素：戰(zhàn)略導(dǎo)彈/陸基/85%/潛艇/15%/發(fā)射關(guān)系：戰(zhàn)略導(dǎo)彈—發(fā)射方式=屬性發(fā)射方式—陸基/潛艇=個(gè)體/發(fā)射方式—組成比例=屬性組成比例—85%/15%=子集/85%—陸基=數(shù)量/15%—潛艇=數(shù)量關(guān)系種類：子集/個(gè)體/屬性/數(shù)量80語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)圖示第4章知識(shí)表示武器導(dǎo)彈使用方式自動(dòng)飛行戰(zhàn)略導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈組成比例彈道導(dǎo)彈巡航導(dǎo)彈70%30%子集子集數(shù)量數(shù)量屬性屬性子集個(gè)體子集子集陸基飛機(jī)軍艦100%屬性數(shù)量屬性組成比例子集屬性發(fā)射方式屬性個(gè)體發(fā)射方式個(gè)體個(gè)體個(gè)體組成比例潛艇陸基個(gè)體85%15%屬性數(shù)量數(shù)量子集子集屬性屬性100%20%數(shù)量數(shù)量數(shù)量子集子集80%子集組成比例814.6動(dòng)態(tài)知識(shí)表示

4.6.1情景演算

4.6.2解決框架問(wèn)題

4.6.3事件演算第4章知識(shí)表示82靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的知識(shí)表示第4章知識(shí)表示事物的分類、屬性描述、關(guān)系描述，屬于對(duì)事物的靜態(tài)知識(shí)表示動(dòng)態(tài)是事物存在的更根本的形式，因此有必要研究動(dòng)態(tài)的知識(shí)表示有兩類動(dòng)態(tài)形式：智能體的行動(dòng)引起了事物存在狀態(tài)的改變/不顯式表示時(shí)間—狀態(tài)因行動(dòng)而改變—情景演算包含時(shí)間因素在內(nèi)—不同時(shí)點(diǎn)或區(qū)間上事件的發(fā)生引起狀態(tài)的改變—事件演算83表示的框架第4章知識(shí)表示如果狀態(tài)描述包含大量因素，可能改變的只是其中一小部分需要表示出變化和不變的部分表示形式：謂詞公式情景演算表示形式—含有狀態(tài)變換的流謂詞行動(dòng)通過(guò)流謂詞改變世界的狀態(tài)，關(guān)于行動(dòng)描述的公理需要多少個(gè)？如何根據(jù)狀態(tài)改變的數(shù)目來(lái)決定描述公理的數(shù)目？時(shí)間怎樣表示？時(shí)間點(diǎn)和區(qū)間844.6.1情景演算第4章知識(shí)表示用情景表示行動(dòng)實(shí)施后產(chǎn)生的狀態(tài)，一系列狀態(tài)的變化稱為情景演算情景演算中的知識(shí)表示：行動(dòng)(函數(shù))—邏輯項(xiàng)集合，這些邏輯項(xiàng)通常為函數(shù)，如Forward/Turn(Right)/目前假設(shè)環(huán)境中只有一個(gè)智能體在行動(dòng)情景(situation)(狀態(tài))—邏輯項(xiàng)集合，由初始情景(常稱為S0)和所有在該情景上應(yīng)用一個(gè)行動(dòng)后生成的情景(狀態(tài))組成如：函數(shù)Result(a,s)(有時(shí)稱為D0)=對(duì)情景s執(zhí)行行動(dòng)a產(chǎn)生的情景

85情景演算知識(shí)表示第4章知識(shí)表示流(fluent)—使從一個(gè)情景變換到下一個(gè)情景的函數(shù)和謂詞/如智能體位置改變的函數(shù)/可稱為流謂詞、流函數(shù)/意味著在情景間流動(dòng)或變換，見(jiàn)圖在流謂詞的表示中，情景是其中的最后一個(gè)參數(shù)/如﹁Holding(G1,S0)表示智能體在初始情景S0下未持有金子G1永久謂詞和函數(shù)—即不受時(shí)間影響的謂詞和函數(shù)/如謂詞Gold(G1)86流函數(shù)作用下的情景變換

第4章知識(shí)表示

ForwardS0Res(Forward,S0)Res(Turn(Right),Res(Forward,S0))

123

321

123

321

321

12387情景的序列第4章知識(shí)表示按照多個(gè)單個(gè)行動(dòng)的結(jié)果來(lái)定義序列的結(jié)果保持情景不變：執(zhí)行一個(gè)空序列 Result([],s)=s行動(dòng)改變情景(狀態(tài))：執(zhí)行一個(gè)非空序列，即執(zhí)行第一個(gè)行動(dòng)然后在產(chǎn)生的情景中執(zhí)行剩下的行動(dòng) Result([a|seq],s)=Result(seq,Result(a,s))

投影(projection)任務(wù)：一個(gè)情景演算智能體演繹出的一個(gè)給定行動(dòng)序列及結(jié)果88例子：找金子(1)第4章知識(shí)表示S0:智能體Agent在[1,1]而金子G1在[1,2]目標(biāo):將金子G1放到[1,1]流謂詞是某物在某處At(o,x,s)/取到某物Holding(o,s)Agent取到G1的過(guò)程：初始狀態(tài)At(Agent,[1,1],S0)∧At(G1,[1,2],S0)At(o,x,S0)<=>[(o=Agent∧x=[1,1])∨(o=G1∧x=[2,2])]89例子：找金子(2)第4章知識(shí)表示﹁Holding(o,S0)|o=AgentGold(G1)∧Adjacent([1,1],[1,2])∧Adjacent([1,2],[1,1])Go([1,1],[1,2])At(Agent,[1,2],Result([Go([1,1],[1,2])],S0))Grab(G1)Holding(Agent,Result([Go,Grab],S0))Go([1,2],[1,1])At(G1,[1,1], Result([Go([1,1],[1,2]),Grab(G1), Go([1,2],[1,1])],S0))AgentwithG1 ★90情景演算公理第4章知識(shí)表示最簡(jiǎn)單版本的情景演算中，每個(gè)行動(dòng)可以用兩條公理來(lái)描述：可能性公理(possibilityaxiom)—表述什么時(shí)候s可以執(zhí)行行動(dòng)aPOSSIBILITYAXIOM:前提(表示當(dāng)前狀態(tài)的流謂詞)=>Poss(a,s)效應(yīng)公理(effectaxiom)—表述某個(gè)可能的行動(dòng)被執(zhí)行后會(huì)發(fā)生什么EFFECTAXIOM：Poss(a,s)=>采取行動(dòng)而造成的改變，新的情景91可能性公理示例第4章知識(shí)表示在例子中，可能性公理表示一個(gè)智能體能夠在相鄰位置間移動(dòng)，能夠在當(dāng)前位置抓住一塊金子，也能夠放開(kāi)它持有的一些金子：At(Agent,x,s)∧Adjacent(x,y)=> Poss(Go(x,y),s)Gold(g)∧At(Agent,x,s)∧At(g,x,s)=>Poss(Grab(g),s)Hold(g,s)=>Poss(Release(g),s)92效應(yīng)公理示例第4章知識(shí)表示在例子中，效應(yīng)公理表示：如果一個(gè)行動(dòng)是可能的，那么在由執(zhí)行此行動(dòng)而產(chǎn)生的情景中某些屬性(流謂詞)會(huì)成立從x走到y(tǒng)導(dǎo)致智能體處于y，抓住金子導(dǎo)致持有金子，而放開(kāi)金子導(dǎo)致不持有金子Poss(Go(x,y),s)=>At(Agent,y,Result(Go(x,y),s))Poss(Grab(g),s)=>Hold(g,Result(Grab(g),s))Poss(Release(g),s)=>﹁Hold(g,Result(Release(g),s))93利用公理來(lái)規(guī)劃(1)第4章知識(shí)表示在前面“找金子”例子中，Agent拿到金子需要完成的情景演算是：At(G1,[1,1],Result([Go([1,1],[1,2]),Grab(G1), Go([1,2],[1,1])],S0))在這個(gè)情景演算的推理過(guò)程中，達(dá)到這一目標(biāo)是利用上述公理構(gòu)造一個(gè)規(guī)劃(形成一個(gè)行動(dòng)序列)以便得到金子規(guī)劃的結(jié)果就是實(shí)現(xiàn)下述查詢：seqAt(G1,[1,1],Result(seq,S0))94利用公理來(lái)規(guī)劃(2)第4章知識(shí)表示應(yīng)用上述公理，規(guī)劃的過(guò)程是：Agent到達(dá)[1,2]：At(Agent,[1,2],Result(Go([1,1],[1,2]),S0))此時(shí)，金子也應(yīng)該在[1,2]保持位置不變，盡管情景從S0轉(zhuǎn)換到Result(Go([1,1],[1,2]),S0))/但是公理并沒(méi)有告知從初始狀態(tài)At(G1,[1,2],S0)到新?tīng)顟B(tài)依然如此，即At(G1,[1,2],Result(Go[1,1],[1,2]),S0))所以，問(wèn)題是：效應(yīng)公理說(shuō)明了什么會(huì)改變，卻沒(méi)有說(shuō)明什么會(huì)保持原狀95框架問(wèn)題第4章知識(shí)表示表示所有保持原狀的東西被稱為框架問(wèn)題(frameproblem)/需要找到框架問(wèn)題的有效解決方案實(shí)際上幾乎所有東西都是時(shí)常保持不變的，每個(gè)行動(dòng)都只影響全部流中的很小一部分解決方案之一是寫(xiě)下明確的框架公理(frameaxioms)，說(shuō)明什么保持不變例如，智能體的移動(dòng)不會(huì)影響其它對(duì)象，除非對(duì)象被智能體持有：At(o,x,s)∧o≠Agent∧﹁Holding(o,s)=>At(o,x,Result(Go(y,z),s))964.6.2解決框架問(wèn)題第4章知識(shí)表示如果使用框架公理來(lái)解決框架問(wèn)題，那么應(yīng)該怎樣有效地組織這些公理？表示框架問(wèn)題(representationalframeproblem)設(shè)：有F個(gè)流謂詞和A個(gè)行動(dòng)，則我們需要框架公理的條數(shù)為O(AF)，即行動(dòng)可能在每個(gè)流謂詞里發(fā)生作用但如果每個(gè)行動(dòng)最多有E種效果，而典型情況下E<<F，則只要表示行動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)果就可以了；所以可用一個(gè)O(AE)條數(shù)框架公理表示發(fā)生的情況97推理框架問(wèn)題第4章知識(shí)表示推理框架問(wèn)題(inferentialframeproblem)該問(wèn)題與表示框架問(wèn)題有緊密聯(lián)系設(shè)：有一個(gè)t步規(guī)劃(即有t個(gè)行動(dòng))，需要在每一步上考慮G個(gè)公理的每一條，則獲得最終投影(行動(dòng)序列及結(jié)果)的時(shí)間可能是O(Gt)或者O(AEt)(考慮公理的平均規(guī)模)但實(shí)際上許多公理在某一時(shí)刻并沒(méi)有發(fā)生變化，所以應(yīng)該只考慮t時(shí)間內(nèi)E種結(jié)果；于是在時(shí)間O(Et)內(nèi)可以獲得最終投影98解決表示框架問(wèn)題第4章知識(shí)表示使用后繼狀態(tài)公理來(lái)解決表示框架問(wèn)題考慮每個(gè)流謂詞在時(shí)間上的演化，則效應(yīng)公理改進(jìn)為后繼狀態(tài)公理，形式如下：SUCCESSOR-STATEAXIOM：Poss(a,s)

=>(結(jié)果狀態(tài)中的流謂詞為真<=>給出使此流謂詞為真的行動(dòng)∨此流謂詞原本為真而無(wú)改變它的行動(dòng))在不考慮不可能行動(dòng)的限制下，注意這個(gè)定義使用了<=>，而不是=>/這意味著公理判定流謂詞為真當(dāng)且僅當(dāng)右側(cè)成立99后繼狀態(tài)公理示例(1)第4章知識(shí)表示注意：∨符號(hào)后面的部分表示了不變的部分關(guān)于智能體位置的后繼狀態(tài)公理在執(zhí)行一個(gè)行動(dòng)后智能體處于y，要么行動(dòng)是可能的并且由移動(dòng)到y(tǒng)組成，要么智能體已經(jīng)處于y并且行動(dòng)不是移動(dòng)到其它某處Poss(a,s)=> (At(Agent,y,Result(a,s))<=> a=Go(x,y)∨(At(Agent,y,s)∧a≠Go(y,z)))100第4章知識(shí)表示關(guān)于Holding的公理—在執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作后，智能體將持有g(shù)：要么行動(dòng)是抓住g并且抓住是可能的，要么智能體已經(jīng)持有g(shù)并且行動(dòng)不是放開(kāi)gPoss(a,s)=> (Holding(g,Result(a,s))<=> a=Grab(g)∨(Holding(g,s)∧a≠Release(g)))后繼狀態(tài)定理解決了表示框架問(wèn)題/公理的總規(guī)模為O(AE)，即A個(gè)行動(dòng)各有E種效應(yīng)，每個(gè)恰好只提到了一次/這些表示分散在G條不同的公理中，所以每條公理的平均表示規(guī)模為AE/G后繼狀態(tài)公理示例(2)101隱含效果第4章知識(shí)表示因?yàn)樾袆?dòng)是智能體產(chǎn)生的，而不是金子；那么金子的移動(dòng)應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)？需要說(shuō)明智能體行動(dòng)的隱含效果(impliciteffect)智能體從x移動(dòng)到y(tǒng)有一個(gè)隱含效果，即它所攜帶的一切也將移動(dòng)/隱含效果的處理稱為分支問(wèn)題包含攜帶物的智能體移動(dòng)公理為：Poss(a,s)(At(o,y,Result(a,s)) (a=Go(x,y)∧(o=Agent∨Holding(o,s))) ∨(At(o,y,s)∧﹁(z

y≠z∧a=Go(y,z)∧ (o=Agent∨Holding(o,s))

))102一些約定第4章知識(shí)表示唯一名稱公理—規(guī)定知識(shí)庫(kù)中不同的常量具有不同的名字唯一名稱假設(shè)—這一點(diǎn)不是由知識(shí)庫(kù)而是由證明過(guò)程假設(shè)時(shí)唯一行動(dòng)公理—同一名稱的兩個(gè)行動(dòng)項(xiàng)(函數(shù))如果指代同一行動(dòng)，當(dāng)且僅當(dāng)它們涉及的對(duì)象全部相同A(x1,…,xm)=A(y1,…,

ym)x1=y1∧…∧xm=ym由初始狀態(tài)描述、后繼狀態(tài)公理及其上面的約定結(jié)合起來(lái)用以證明有關(guān)規(guī)劃103解決推理框架問(wèn)題第4章知識(shí)表示前面提到使用狀態(tài)后繼公理以后，每條公理的平均規(guī)模為AE/G，如果在每步都考慮G條公理，則t步推理所需時(shí)間為t*G*(AE/G)=AEt實(shí)際上這個(gè)時(shí)間可以降低—解決推理框架問(wèn)題為解決推理框架問(wèn)題，有兩種可能性：放棄情景演算，發(fā)明新的公理形式，如流演算改變推理機(jī)制來(lái)更有效地處理框架公理/明確地在每個(gè)步驟指出哪個(gè)行動(dòng)被執(zhí)行，哪個(gè)不執(zhí)行104公理中表示每個(gè)行動(dòng)第4章知識(shí)表示當(dāng)明確知道在每個(gè)時(shí)間步執(zhí)行哪個(gè)行動(dòng)時(shí)，推理框架問(wèn)題可以不取決于行動(dòng)的數(shù)量A例子：Poss(a,s)=> (Fi(Result(a,s))(a=A1∨a=A2…)∨ Fi(s)∧(a≠A3)∧(a≠A4)…)每條公理提供了一些可以使流為真的行動(dòng)和一些可以使流為假的行動(dòng)(a未作用于s)105行動(dòng)使謂詞為真或?yàn)榧俚?章知識(shí)表示通過(guò)引入表示行動(dòng)a使Fi為真的謂詞PosEffect(a,Fi)/表示行動(dòng)a使Fi為假的謂詞NegEffect(a,Fi)，可以將前面的公理模式重寫(xiě)為：Poss(a,s)=>(Fi(Result(a,s)) PosEffect(a,Fi)∨[Fi(s)∧﹁NegEffect(a,Fi)])PosEffect(A1,Fi)PosEffect(A2,Fi)…NegEffect(A3,Fi)NegEffect(A4,Fi)…能否自動(dòng)完成取決于框架公理的確切格式106進(jìn)行有效推理(1)第4章知識(shí)表示為了形成一個(gè)使用類似這樣的公理進(jìn)行有效推理的過(guò)程，我們需要做3件事：(1)為PosEffect

和NegEffect

謂詞建立基于它們首要參數(shù)的索引，這樣當(dāng)我們已知在時(shí)間t發(fā)生了一個(gè)行動(dòng)時(shí)，我們可以在O(1)時(shí)間內(nèi)找到它的結(jié)果(2)為公理建立索引，以便一旦我們知道Fi是一個(gè)行動(dòng)的結(jié)