2.2-1-課件-FE4355-人工智能與python編程

人工智能第1章人工智能概論030201智能和人工智能人工智能研究領(lǐng)域人工智能的目標(biāo)智能和人工智能智能（廣義）：可以理解為收集、匯集、選擇、理解和感覺的功能。如果一個人工制品具有以上功能，則可以稱其具有智能。因此，廣義的智能除了人類智能以外，還包括人工智能和集成智能。智能和人工智能狹義和廣義的智能智能和人工智能從智能的廣義定義來看，不僅人類可以擁有智能，而且機(jī)器也可以擁有智能。利用機(jī)器（計(jì)算機(jī)）來模擬或?qū)崿F(xiàn)的人類智能被稱為人工智能。英文簡稱:AI。智能與人工智能人工智能研究領(lǐng)域231計(jì)算機(jī)博弈模式識別智能機(jī)器

4人自然語言處理人工智能研究領(lǐng)域1自然語言處理自然語言處理：它研究能實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間用自然語言進(jìn)行有效通信的各種理論和方法。自然語言處理（NLP）是計(jì)算機(jī)科學(xué)，人工智能，語言學(xué)關(guān)注計(jì)算機(jī)和人類（自然）語言之間的相互作用的領(lǐng)域。舉例：各種語音翻譯軟件。2模式識別模式識別：模式識別是表征事物或現(xiàn)象的各種形式的信息（圖片、文字、符號、聲音）等進(jìn)行自動識別的技術(shù)。識別模式有語音識別、光學(xué)字符識別、指紋識別或其他生物識別。指紋識別3計(jì)算機(jī)博弈新聞報(bào)道：2017年5月27日，中國棋手柯潔與人工智能“阿爾法圍棋”（AlphaGo）展開三番棋比賽的終局對決。應(yīng)柯潔賽前請求，他在此局執(zhí)白棋。在歷經(jīng)約3個半小時的對弈后，柯潔投子認(rèn)輸，執(zhí)黑的“阿爾法圍棋”（AlphaGo）中盤獲勝。至此，柯潔在與“阿爾法圍棋”（AlphaGo）的三番棋較量中，連輸三局完敗。計(jì)算機(jī)博弈：國際象棋、中國象棋、圍棋、五子棋、跳棋。通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行人機(jī)五子棋對弈，使用不同的難度等級的對弈對手，計(jì)算機(jī)反應(yīng)快慢有何不同？同學(xué)們能夠戰(zhàn)勝什么級別的對弈選手？體驗(yàn)計(jì)算機(jī)博弈4智能機(jī)器人仿真機(jī)器人足球機(jī)器人航天機(jī)器人滅火機(jī)器人分四個小組上網(wǎng)查找人工智能應(yīng)用的相關(guān)資料，討論人工智能技術(shù)應(yīng)用于工作和生活的其他方面，以及未來有可能的應(yīng)用的方面作用與意義。分小組進(jìn)行匯報(bào)。思考與討論人工智能的目標(biāo)1

近期目標(biāo)人工智能的目標(biāo)人工智能的近期目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能，即部分地或者在一定程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)器的智能，從而使現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)更靈活、更好用和更有用，成為人類的智能化信息處理工具。2遠(yuǎn)期目標(biāo)人工智能的遠(yuǎn)期目標(biāo)是要制造智能機(jī)器。具體來講，就是要使計(jì)算機(jī)具有看、聽、說、寫等感知交互功能，具有聯(lián)想、推理、理解、學(xué)習(xí)等高級思維能力，還要有分析問題、解決問題和發(fā)明創(chuàng)造的能力。人工智能第2章知識表示方法

Methodologies

ofKnowledge

Representation主要知識表示方法Basic

Methodologies狀態(tài)空間(State

Space)問題歸約(Problem

Reduction)謂詞邏輯（Predicate

Logic）語義網(wǎng)絡(luò)（Semantic

Network）本體（Ontology）真體(Agent)框架，劇本，過程（Frame,script,Procedure）Problem

Solving=

Knowledge

Representation

+

SearchMain

Contents18第2章知識表示方法狀態(tài)空間表示問題歸約表示謂詞邏輯表示語義網(wǎng)絡(luò)表示框架表示本體技術(shù)過程表示小結(jié)2.1狀態(tài)空間表示19State

Space

Representation問題求解技術(shù)主要是兩個方面：問題的表示求解的方法狀態(tài)空間表示

狀態(tài)（state）:表示問題解法中每一步問題狀況的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

算符（operator):把問題從一種狀態(tài)變換為另一種狀態(tài)的手段狀態(tài)空間方法:基于解答空間的問題表示和求解方法，它是以狀態(tài)和算符為基礎(chǔ)來表示和求解問題的求解方法：從初始棋局開始，試探由每一合法走步得到的各種新棋局，然后計(jì) 算再走一步而得到的下一組棋局。這樣繼續(xù)下去，直至達(dá)到目標(biāo)棋局為止。嘗試各種不同的走步，直到偶然得到該目標(biāo)棋局為止。這種嘗試本質(zhì)上涉及某種試探搜索。初始棋局狀態(tài)：棋局算符：15×4=60個？移動空格4個？15

Puzzle

Problem(15數(shù)碼難題)目標(biāo)棋局123456789101112131415119415131275861321014119415131275861321014119415119151194151194151312134121312138127586758675867561321014132101413210141321014119151191511941513412134121312758675867586132101413210141321014圖2.2十五數(shù)碼難題部分狀態(tài)空間圖月歷魔柱例子：2013年4月SUNMONTUEWEDTHUFRISAT012310172431456789111213141516181920212223252627282930問題一你是否轉(zhuǎn)過魔方？8數(shù)碼難題應(yīng)如何移動求解？有向圖一對節(jié)點(diǎn)用弧線連接起來，從一個節(jié)點(diǎn)指向另一個節(jié)點(diǎn),這種圖叫做有向圖。A節(jié)點(diǎn)弧線B242.1.2狀態(tài)圖示法路徑25某個節(jié)點(diǎn)序列（ni1，ni2，…，nik）當(dāng)j

=2，3，…，k時，如果對于每一個ni，j-1都有一個后繼節(jié)點(diǎn)ni，j存在，那么就把這個節(jié)點(diǎn)序列叫做從節(jié)點(diǎn)ni1至節(jié)點(diǎn)nik的長度為k的路徑。代價(jià)用C（ni，nj）來表示從節(jié)點(diǎn)ni指向節(jié)點(diǎn)nj的那段弧線的代價(jià)(cost)。兩點(diǎn)間路徑的代價(jià)等于連接該路徑上各節(jié)點(diǎn)的所有弧線代價(jià)之和。圖的顯式說明對于顯式說明，各節(jié)點(diǎn)及其具有代價(jià)的弧線由一張表明確給出。此表可能列出該圖中的每一節(jié)點(diǎn)、它的后繼節(jié)點(diǎn)以及連接弧線的代價(jià)。圖的隱式說明節(jié)點(diǎn)的無限集合{si}作為起始節(jié)點(diǎn)是已知的。后繼節(jié)點(diǎn)算符Γ也是已知的，它能作用于任一節(jié)點(diǎn)以產(chǎn)生該節(jié)點(diǎn)的全部后繼節(jié)點(diǎn)和各連接弧線的代價(jià)。26例1 路線規(guī)劃Initial

state

The

journey

starting

fromChangshaOperators

Driving

from

a

city

toanother

cityGoal

stateDestination

city

──

BeijingShangHai上海BeiJing北京ChangSha長沙JiNan濟(jì)南WuHan武漢ZhengZhou鄭州路線規(guī)劃狀態(tài)空間表示舉例例2 猴子和香蕉問題28解題過程：用一個四元表列（W，x，Y，z）來表示這個問題狀態(tài).W

猴子的水平位置x

當(dāng)猴子在箱子頂上時取x

=1；否則取x

=0Y

箱子的水平位置z

當(dāng)猴子摘到香蕉時取z=1；否則取z=0這個問題的操作（算符）如下：goto(U)：表示猴子走到水平位置U（W，0，Y，z）

goto（U）

（U，0，Y，z）29pushbox(V)：表示猴子把箱子推到水平位置V（W，0，W，z）pushbox（V）（V，0，V，z）注意：要應(yīng)用算符pushbox（V），就要求規(guī)則的左邊，

猴子與箱子必須在同一位置上，并且，猴子不是箱子頂上。這種強(qiáng)加于操作的適用性條件，叫做產(chǎn)生式規(guī)則的先決條

件。climbbox：猴子爬上箱頂climbbox30（W，0，W，z）

（W，1，W，z）應(yīng)用算符climbbox的先決條件是什么？grasp：表示猴子摘到香蕉grasp31（c，1，c，z）

（c，1，c，1）令初始狀態(tài)為(a，0，b，0)。這時，goto(U)是唯一適用

的操作，并導(dǎo)致下一狀態(tài)(U，0，b，0)?，F(xiàn)在有3個適用

的操作，即goto(U)，pushbox(V)和climbbox(若U=b)。把所有適用的操作繼續(xù)應(yīng)用于每個狀態(tài)，就能夠得到狀態(tài)空間

圖，如下圖所示。從圖不難看出，把該初始狀態(tài)變換為目

標(biāo)狀態(tài)的操作序列為：{goto(b),

pushbox(c),

climbbox,

grasp}(b，1，b，0)（a，0，b，0）goto（U）goto（U）（U，0，b，0）U=b，climbbox（V，0，V，0）goto（U）U=bpushbox（V）（c，1，c，1）目標(biāo)狀態(tài)猴子和香蕉問題的狀態(tài)空間圖goto（U）U=V（c，1，c，0）

（U，0，V，0）grasp初始狀態(tài)V=c,climbbox32猴子和香蕉問題自動演示：?香香蕉蕉箱箱子子猴猴子子?香香蕉蕉箱箱子子猴猴子子??????????Ha!Ha!33例3傳教士野人問題（

Missionaries&

CannibalsProblem，MC問題）有三個傳教士M和三個野人C過河，只有一條能裝下兩個人的船。如果在河的一方（含船上），野人的人數(shù)大于傳教士的人數(shù)，那么傳教士就會有危險(xiǎn)，你能不能提出一種安全的渡河方案呢？34問題二采用哪些操作（操作符）能導(dǎo)致傳教士與野人問題的狀態(tài)發(fā)生變化？狀態(tài)及其表示0：右岸1：左岸初始狀態(tài)：(0,0,0)目標(biāo)狀態(tài)：(3,3,1)狀態(tài)：問題在某一時刻所處的“位置”，“情況”等根據(jù)問題所關(guān)心的因素，一般用向量形式表示，每一位表示一個因素。狀態(tài)可有多種表示方法：(左岸傳教士數(shù),右岸傳教士數(shù),左岸野人數(shù),右岸野人數(shù),船的位置或簡化表示為：(左岸傳教士數(shù),左岸野人數(shù),船的位置)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換Operator）——使?fàn)顟B(tài)發(fā)

算子（算符，操作符生改變的操作MC問題中的算子將傳教士或野人運(yùn)到河對岸

Move-1m1c-lr：將一個傳教士(m)和一個野人(c)從左岸(L)運(yùn)到右岸(R)所有可能操作Move-1m1c-lrMove-1m1c-rlMove-2c-lrMove-2c-rlMove-2m-lrMove-2m-rlMove-1c-lrMove-1c-rlMove-1m-lrMove-1m-rl傳教士野人問題狀態(tài)空間圖MC2.2問題歸約表示（Problem

Reduction

Representation）問題歸約法思想先把問題分解為子問題及子-子問題，然后解決較小的問題。對該問題的某個具體子集的解答就意味著對原始問題的一個解答子問題1子問題n原始問題子問題集本原問題39問題歸約表示的組成部分：一個初始問題描述；一套把問題變換為子問題的操作符；一套本原問題描述。問題歸約的實(shí)質(zhì)：

從目標(biāo)(要解決的問題)出發(fā)逆向推理，建立子問題以及子問題的子問題，直至最后把初始問題歸約為一個平凡的本原問題集合。402.2.1問題歸約描述（Problem

Reduction

Description）梵塔難題(Tower

of

Hanoi

Puzzle)If

one

person

moves

1

disk

in

onesecond,

then

to

finish

this

problemneeds

more

than

3000

billion

years.(30000多億年）3個柱子和64個圓盤移動時間:64個圓盤264-1≈264＝1019.271

2

3…64disks413圓盤梵塔難題1

2

3(a)初始配置AC1

2

342(b)目標(biāo)配置AC約束條件一次只能移動一個圓盤;只有柱子最上面的圓盤可以移動;(3)大圓盤不能放在小圓盤上面。123解題過程：ABC將原始問題歸約為一個較簡單問題集合把原始梵塔難題歸約（簡化）為下列3個子難題：–移動圓盤A和B至柱子2的雙圓盤難題；1

2

3

1

2

344ABC（111）（122）–

移動圓盤C至柱子3的單圓盤難題；1

2

3AC1

2

3ABCAC（122）

（322）移動圓盤A和B至柱子3的雙圓盤難題。1

2

3

1

2

345AC（322）（333）解題過程（3個圓盤梵塔難題）1

2

31

2

31

2

31

2

31

2

31

2

31

2

31

2

346梵塔問題歸約圖（與或圖）（113）T

（123）（111）T

（113）（123）T

（122）（111）T

（333）（122）T

（322）（111）T

（122）（322）T

（333）（322）T

（321）

（321）T

（331）（331）T

（333）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)介紹47思考題：四圓盤問題非內(nèi)嵌在本機(jī)的視頻文件，無法獲取該視頻文件。Four-disk

Hanoi

Tower2.2.2與或圖表示（AND/OR

Graph

Representation）與圖、或圖、與或圖一般，用一個似圖結(jié)構(gòu)來表示把問題歸約為后繼問題的替換集合，這一似圖結(jié)構(gòu)叫做問題歸約圖，或叫與或圖。如下所示ABCD與圖ABC或圖49BCDE

FHAHMBCDE

F

GA圖2.7一個與或圖50圖2.6子問題替換集合結(jié)構(gòu)圖NHMBCDEFGAN與節(jié)點(diǎn)弧線一些關(guān)于與或圖的術(shù)語父節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)子節(jié)點(diǎn)終葉節(jié)點(diǎn)51一些關(guān)于與或圖的術(shù)語父節(jié)點(diǎn)、子（后繼）節(jié)點(diǎn)、弧線起始節(jié)點(diǎn)：對于于原始問題描述的節(jié)點(diǎn)終葉節(jié)點(diǎn)：對應(yīng)于本原問題的節(jié)點(diǎn)

或節(jié)點(diǎn)：只要解決某個問題就可解決其父輩問題的節(jié)點(diǎn)集合，如（M，N，H）。

與節(jié)點(diǎn)：只有解決所有子問題，才能解決其父輩問題的節(jié)點(diǎn)集合，如（B，C）和（D，E，F(xiàn)）。各個節(jié)點(diǎn)之間用一段小圓弧連接標(biāo)記。與或圖：由與節(jié)點(diǎn)及或節(jié)點(diǎn)組成的結(jié)構(gòu)圖。52可解節(jié)點(diǎn)的一般定義終葉節(jié)點(diǎn)是可解節(jié)點(diǎn)(因?yàn)樗鼈兣c本原問題相關(guān)聯(lián))。

如果某個非終葉節(jié)點(diǎn)含有或后繼節(jié)點(diǎn)，那么只要有一個后繼節(jié)點(diǎn)是可解的時，此非終葉節(jié)點(diǎn)就是可解的。

如果某個非終葉節(jié)點(diǎn)含有與后繼節(jié)點(diǎn)，那么只有其全部后繼節(jié)點(diǎn)為可解時，此非終葉節(jié)點(diǎn)才是可解的。53不可解節(jié)點(diǎn)的一般定義沒有后裔的非終葉節(jié)點(diǎn)為不可解節(jié)點(diǎn)。如果某個非終葉節(jié)點(diǎn)含有或后繼節(jié)點(diǎn)，那么只有當(dāng)其全部后裔為不可解時，此非終葉節(jié)點(diǎn)才是不可解的。如果某個非終葉節(jié)點(diǎn)含有與后繼節(jié)點(diǎn)，那么只要當(dāng)其后裔有一個為不可解時，此非終葉節(jié)點(diǎn)就是不可解的。54如圖所示與或圖例子tttttttt（a）t

（b）有解節(jié)點(diǎn)無解節(jié)點(diǎn)終葉節(jié)點(diǎn)55與或圖構(gòu)成規(guī)則

與或圖中的每個節(jié)點(diǎn)代表一個要解決的單一問題或問題集合。起始節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于原始問題。對應(yīng)于本原問題的節(jié)點(diǎn)，叫做終葉節(jié)點(diǎn)。

對于把算符應(yīng)用于問題A的每種可能情況，都把問題變換為一個子問題集合；有向弧線自A指向后繼節(jié)點(diǎn)，表示所求得的子問題集合，這些子問題節(jié)點(diǎn)叫做或節(jié)點(diǎn)。

一般對于代表兩個或兩個以上子問題集合的每個節(jié)點(diǎn)，有向弧線從此節(jié)點(diǎn)指向此子問題集合中的各個節(jié)點(diǎn),這些子問題節(jié)點(diǎn)叫做與節(jié)點(diǎn)。56問題三狀態(tài)空間與問題歸約兩種表示方法有何關(guān)系？問題四狀態(tài)空間法和問題歸約法都是圖示法。是否可以

用邏輯符號表示知識？2.3謂詞邏輯表示（Predict

Logic）邏輯語句：一種形式語言，它能夠把邏輯論證符號化，并用于證明定理，求解問題。形式語言：嚴(yán)格地按照相關(guān)領(lǐng)域的特定規(guī)則，以數(shù)學(xué)符號（符號串）形式描述該領(lǐng)域有關(guān)客體的表達(dá)式。謂詞演算語法和語義–基本符號：謂詞符號、變量符號、函數(shù)符號、常量符號、括號和逗號MARRIED(father(LI),

mother(LI))謂詞符號函數(shù)符號常量符號59–原子公式：由若干謂詞符號和項(xiàng)組成的謂詞演算。原子公式是謂詞演算的基本積木塊。60如:INROOM(ROBOT,r1)（機(jī)器人在1號房間內(nèi)）–連詞(∧,∨,=>,～)與及合?。╟onjunction)：用連詞∧把幾個公式連接起來而構(gòu)成的公式。合取項(xiàng)是合取式的每個組成部分。例：LIKE(I，MUSIC)

L∧IKE(I，PAINTING)（我喜愛音樂和繪畫。）LIVES(L1，HOUSE-1)

C∧OLOR(HOUSE-1，YELLOW)（李住在一幢黃色的房子。）61連詞和量詞(Connective

&Quantifiers)例：PLAYS(LILI，BASKETBALL)

∨

PLAYS(LILI，F(xiàn)OOTBALL)（李力打籃球或踢足球。）62或及析?。╠isjunction）：用連詞∨把幾個公式連接起來而構(gòu)成的公式。析取項(xiàng)是析取式的每個組成部分蘊(yùn)涵（Implication）：“=>”表示“如果—那么”（IF—THEN）關(guān)系，其所構(gòu)成的公式叫做蘊(yùn)涵。蘊(yùn)涵的左式叫做前件,后式叫做后件。63例：RUNS(LIUHUA,FASTEST)=>WINS

(LIUHUA,CHAMPION)非（Not）

：表示否定，～、—均可表示,用來否定一個公式的真值。例：～I(xiàn)NROOM

(ROBOT,r2)例1：李明是個學(xué)生，他住的房間是白色的。Isa(Liming,

Student)∧Lives(Liming,House1)∧Color(House1,例2：李明在學(xué)校的話，Wang也在學(xué)校。At(Liming,School)

=>

At(Wang,

School)64以上講的是命題演算(謂詞演算的一個子集)，但它缺乏用有效的方法來表達(dá)多個命題的能力，如：65“所有機(jī)器人都是灰色的”可以表示為：(

x)[ROBOT(x)=>COLOR(x,

GRAY)]但命題演算就無法表示，所以需要使公式中的命題帶有變量。量詞全稱量詞（Universal

Quantifier）

：若一個原子公式P（x），對于所有可能變量x都具有T值，則用（

x）P（x）表示約束變元

全稱量詞作用域全稱量詞約束變元

存在量詞作用域存在量詞存在量詞（Existential

Quantifier）若一個原子公式P（x），至少有一個變元x，可使P（x）為T值，則用（

x）P（x）表示。例：(

x)INROOM(x,r1)（1號房間內(nèi)有個物體）66例3：條條大路通羅馬（

x）[

Road(x)

Lead(x,

Roma)

]例4：Mary給每個人一本書（

x）（

y）[

Person(x)∧Book(y)∧Give(Mary,x,y67全稱量詞（68y）轄域內(nèi)成為約束變量。自由變元（

y）[

P(y)

（

x）Q(x,y)

]y在存在量詞（

x）轄域內(nèi)是自由變量，但在第2章 知識表示方法(續(xù))Ch.2

Methodologies

of

KnowledgeRepresentation回憶上一次講授內(nèi)容狀態(tài)空間(State

Space)表示法介紹了狀態(tài)、算符、狀態(tài)空間狀態(tài)變換及其示例。例如，對于傳教士野人問題的狀態(tài)空間表示方法有：(左岸傳教士數(shù),左岸野人數(shù),船的位置)建議同學(xué)們自己上來試一試。有請!State

Space(狀態(tài)空間)表示法討論狀態(tài)、算符、狀態(tài)空間表示及其例子。

練習(xí)傳教士野人問題（

Missionaries&

CannibalsProblem）請你上來嘗試提出一種安全的渡河方案71補(bǔ)充狀態(tài)空間知識表示的一個例子SUNMONTUEWEDTHUFRISAT231025142924

17727121302811316518空格82141962269棕2213311520月歷魔柱初始狀態(tài)月歷魔柱目標(biāo)狀態(tài)：2013年4月SUNMONTUEWEDTHUFRISAT0123101724（31）456789111213141516181920212223252627282930回憶上一次講授內(nèi)容

問題歸約（Problem

Reduction）表示法討論了問題歸約的思路、實(shí)質(zhì)、組成及與或圖構(gòu)建規(guī)則與示例分析。謂詞邏輯（Predicate

Logic）開始論述謂詞演算的語義、語法、連詞、量詞等概念。我們將在本節(jié)課中進(jìn)一步介紹謂詞演算的其他內(nèi)容，以及語義網(wǎng)絡(luò)（Semantic

Network）等。1、謂詞公式的的定義

用P(x1，x2，…，xn)表示一個n元謂詞公式，其中P為n元謂詞，x1，x2，…，xn為客體變量或變元。通常把

P(x1，x2，…,xn)叫做謂詞演算的原子公式，或原子謂詞公式。分子謂詞公式

可以用連詞把原子謂詞公式組成復(fù)合謂詞公式，并把它叫做分子謂詞公式。752.3.2謂詞公式x)A和((4)

若A是合式公式，x為A中的自由變元，則(

x)A都是合式公式。合式公式（WFF，well-formed

formulas） –在謂詞演算中，合式公式的遞歸定義如下：

(1)原子謂詞公式是合式公式。若A為合式公式，則～A也是一個合式公式。若A和B都是合式公式，則(A∧B)，(A∨B)，(A=>B)和(AB)也都是合式公式。76(5)只有按上述規(guī)則(1)至(4)求得的那些公式，才是合式公式。–等價(jià)（Equivalence）如果兩個合式公式，無論如何解釋，其真值表都是相同的，那么我們就稱此兩合式公式是等價(jià)的。P2、合式公式的性質(zhì)–合式公式的真值表2.1真值表Q

P∨Q

P

∧

Q77P

Q～

PTFTTTTTFTTFTTFTFFFFFFFTT(1)

否定之否定： ～(～P)等價(jià)于P78P∨Q等價(jià)于～P=>Q狄·摩根定律： ～(P∨Q)等價(jià)于～P∧～Q(4)分配律：(5)交換律：(6)結(jié)合律：(7)逆否律：～(P∧Q)等價(jià)于～P∨～QP∧(Q∨R)等價(jià)于(P∧Q)∨(P∧R)P∨(Q∧R)等價(jià)于(P∨Q)∧(P∨R)P∧Q等價(jià)于Q∧PP∨Q等價(jià)于Q∨P(P∧Q)∧R等價(jià)于P∧(Q∧R)(P∨Q)∨R等價(jià)于P∨(Q∨R)P=>Q等價(jià)于～Q=>～P(8)～(?x)P(x)等價(jià)于(x)［～P(x)］～(?x)P(x)等價(jià)于(?x)［～P(x)］79(9)(?x)［P(x)∧Q(x)］等價(jià)于(?x)［P(x)∨Q(x)］等價(jià)于(?

x)P(x)∧(?

x)Q(x)(?

x)P(x)∨(?

x)Q(x)(10)(?x)P(x)等價(jià)于(?y)P(y)(?x)P(x)等價(jià)于(?y)P(y)問題五在代數(shù)課程中，你知道

“置換”的概念是什么？置換概念假元推理W1產(chǎn)生W2W2（x）]2產(chǎn)生W

（A）任意變量約束變元81·全稱化推理·綜合推理（

x）[W1（x）W1

W2（x）W（x）W（A）1W

（A）2.3.3置換與合一

置換的定義：就是在表達(dá)式中用置換項(xiàng)置換變量。如果用E表示表達(dá)式，s為一置換，則置換后的表達(dá)式記為Es。性質(zhì)可結(jié)合律（Ls1）s2=L（s1s2）（s1s2）s3=s1（s2s3）82不可交換律s1s2

≠

s2s1例如：表達(dá)式P[x,f(y),B]的4個置換為s2={A/y}則

P[x,

f(y),

B]s2=

P[x,

f(A),

B]s1={z/x,w/y}

則P[x,

f(y),

B]s1=

P[z,

f(w),

B]s3=(q(z)/x,

A/y)則

P[x,

f(y),

B]s3=

P[q(z),

f(A),

B]s4=(c/x,

A/y)則

P[x,

f(y),

B]s4=

P[c,

f(A),

B]83合一（Unification)合一：尋找項(xiàng)對變量的置換，以使兩表達(dá)式一致。 如果一個置換s作用于表達(dá)式集{E

i}的每個元素，則我們用{E

i}s來表示置換例的集。

可合一：稱表達(dá)式集{E

i}是可合一的，如果存在一個置換s使得：E

1

s

=E

2

s

=E

3

s

=…s稱為{E

i}的合一者。84因?yàn)镻[x,f(y),B]s=

P[x,f(B),B]sP[x,f(B),B]s=P[A,f(B),B]單一形式所以s={A/x,B/y}是{P[x,f(y),B],P[x,f(B),B]}的合而s={B/y}是{P[x,f(y),B],P[x,f(B),B]}最簡單的合85例如：表達(dá)式集{P[x,f(y),B],P[x,f(B),B]}的合一者為s={A/x,

B/y}2.4語義網(wǎng)絡(luò)表示（Semantic

Network

Representation）86由奎廉（Quillian）于1968年提出，作為描述人類聯(lián)想記憶的一種心理學(xué)模型。語義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)定義語義網(wǎng)絡(luò)是知識的一種圖解表示，它由節(jié)點(diǎn)和弧線或鏈線組成。節(jié)點(diǎn)用于表示實(shí)體、概念和情況等，弧線用于表示節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系。組成部分

詞法決定表示詞匯表中允許有哪些符號，它涉及各個節(jié)點(diǎn)和弧線。

結(jié)構(gòu)敘述符號排列的約束條件，指定各弧線連接的節(jié)點(diǎn)對。

過程說明訪問過程，這些過程能用來建立和修正描述，以及回答相關(guān)問題。

語義確定與描述相關(guān)的(聯(lián)想)意義的方法即確定有關(guān)節(jié)點(diǎn)的排列及其占有物和對應(yīng)弧線。87表示簡單事實(shí)和占有關(guān)系例所有的燕子(SWALLOW)都是鳥(BIRD)2.4.1二元語義網(wǎng)絡(luò)的表示BIRDXIAOYAN

SWALLOWISA

ISAHAS-PARTNEST1NEST88ISAOWNSWINGS我們希望表示“小燕子（XIAOYAN）是一只燕子”我們希望表示“鳥有翅膀”我們希望表示“小燕子有一個巢(nest)”SWALLOW

BIRDXIAOYANISA

ISANEST1NESTISAOWNEE我們希望把“小燕從春天到秋天占有一個巢”的信息加到網(wǎng)絡(luò)中去。OWN-1SPRINGTIMESTARTTIMEISAFALLISAOWNERSHIPENDTIMEISAISASITUATIONOWNER89選擇語義基元問題–就是試圖用一組基元來表示知識，以便簡化表示，并可用簡單的知識來表示更復(fù)雜的知識。TANCOLORGREENCOLORLIHUA’SCAR90“我的汽車是棕黃色的”表示為：MY

CARISACARISA“李華的汽車是棕綠色的”表示為：LIMING

MANISAISA（LIMING，MAN）或

MAN（LIMING）（語義網(wǎng)絡(luò)）（謂詞邏輯）說明：語義網(wǎng)絡(luò)可以毫無困難地表示二元關(guān)系91?表示二元關(guān)系李明是一個人：2.4.2多元語義網(wǎng)絡(luò)的表示?表示多元語義–把多元關(guān)系轉(zhuǎn)化為一組二元關(guān)系的組合，或二元關(guān)系的合取。R(X1，X2，…，Xn)可轉(zhuǎn)換為R12(X1，X2)∧R13(X1，X3)∧…∧

R1n(X1，Xn)......Rn-1

n(Xn-1，Xn)92語義網(wǎng)絡(luò)：例如，要表達(dá)北京大學(xué)(BEIJING

University,簡稱BU)和清華大學(xué)(TSINGHUAUniversity,簡稱TU)兩?；@球隊(duì)在北大進(jìn)行的一場比賽的比分是85比89。謂詞邏輯：SCORE(BU，TU，(85:89))85-89TUSCOREBUGAMEISAG25VISTINGTEAMHOMETEAM在語義網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行上述轉(zhuǎn)換需要引入附加節(jié)點(diǎn)93例如，John給Mary一個禮物94Gives(John,Mary,Gift)。將三元關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€2元關(guān)系的合取

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G1中的John是給出者（Giver）Mary是接受者（Receiver）Gift則是給出的東西（Thing）Isa(G1,Givig-Event)∧Giver(G1,John)∧Receiver(G1,Mary)∧Thing(G1,Gift)95例如，John給每個人一個禮物Isa(G1,Givig-Event)∧Giver(G1,John)∧Receiver(G1,Mar∧Thing(G1,Gift)(

x)(

y)( z)

[

Isa(z,Giving-Event)∧Giver(z,John)∧Receiver(z,x)∧Thing(z,y)]96涉及2個全稱量詞約束變量的語義網(wǎng)絡(luò)97邏輯關(guān)系的表示用虛線框?qū)⒕哂心撤N邏輯關(guān)系的關(guān)系弧圍起來與：不必作附加處理

或：當(dāng)2條（或多條）關(guān)系弧有“或”關(guān)系時，可以用虛線框?qū)⒃谶@些弧圍起來，并在虛線框上加標(biāo)記DIS（disjunction）。非：用加標(biāo)簽NEG(negtive)的虛線框圍起2條（或多條）關(guān)系弧

蘊(yùn)含：以加標(biāo)簽ANTE(antecedent)的虛線框圍住描述蘊(yùn)涵前項(xiàng)的關(guān)系弧；以加標(biāo)簽CONSE(consequent)的虛線框圍住描述蘊(yùn)涵后項(xiàng)的關(guān)系?。蝗缓笤儆靡粭l虛線將這兩個虛線框連接起來，以表示它

們屬于同一個蘊(yùn)涵關(guān)系。9899李明的父親給李明的每個朋友一個禮物100語義網(wǎng)絡(luò)中的推理過程主要有兩種，一種是繼承，另一種是匹配。繼承繼承就是把對事物的描述從概念節(jié)點(diǎn)或類節(jié)點(diǎn)傳遞到實(shí)例節(jié)點(diǎn)。

Pass（遺留）─the

descendants

get

the

propertiesthe

ancestors

Add（添加）─the

descendants

expand

the

propertithe

ancestorsExclude(排除)─stop

inheriting

the

properties1012.4.3語義網(wǎng)絡(luò)的推理過程Implication

for

SN這種推理過程，類似于人的思維過程。一旦知道了某種事物的身份以后，可以聯(lián)想起很多關(guān)于這件事物的一般描述。例如，通常認(rèn)為鯨魚很大，鳥比較小，城堡很古老，運(yùn)動員很健壯等。一共有3種繼承過程：值繼承、“如果需要”繼承和“缺省”繼承。BrickISABrick1RectangularShape值繼承：is-a,AKO(a

kind

of)What

is

the

shape

of

Brick1?BlockAKOImplication

for

SN–“如果－需要”繼承：if-needed(it

can

not

inherithe

ancestors，we

get

it

from

other

programs)BlockAKOBrickBlock_WeightProcedureWeight(if-needed)ISA

VolumeBrick1Density4003.6Implication

for

SN–“缺省”繼承：Default—it

is

mostly

the

tExp:

the

birds

can

fly；Brick1BlockAKOBrickISARedColor(Default)BlueColor(Default)Implication

for

SN（2）匹配（Matching）當(dāng)涉及由幾個部分組成的事物時，必須考慮值的傳遞問題。ISAAKORobin

BirdISAClydeOwnerOwn1ISAOwnership

SituationNest1ISANestOwnsClydeOwn?ISAOwner?OwnsOwnershipWhat

does

Clyde

own?Implication

for

SNSemantic

NetworkExample

1：Use

semantic

networks

to

represent

the

followings:Nellie

is

an

elephant,he

likes

apples.Elephants

are

a

kind

of

mammals,they

live

in

Africa,and

they

are

big

animals.Mammals

and

reptiles

are

both

animals,all

animals

have

head.Semantic

NetworkAnimalReptileNellieappleslargeAKOhaspartheadAKOAfricaMammalAKOlivesinElephantsizeISAlikes問題六你是否知道“512”汶川地震的基本情況？框架（Frame）表示框架是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在這個結(jié)構(gòu)中，新的資料可以從過去的經(jīng)驗(yàn)中得到的概念來分析和解釋?？蚣苁且环N結(jié)構(gòu)化知識表示法，通常采用語義網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)-槽-值表示結(jié)構(gòu)。這組節(jié)點(diǎn)和槽可以描述格式固定的事物、行動和事件。1102.5框架表示（Frame

Representation）2.5.1框架的構(gòu)成111框架通常由描述事物的各個方面的槽組成，每個槽可以擁有若干個側(cè)面，而每個側(cè)面又可以擁有若干個值。這些內(nèi)容可以根據(jù)具體問題的具體需要來取舍，一個框架的一般結(jié)構(gòu)如下：<框架名><槽1><側(cè)面11><值111>…<側(cè)面12><值121>……<槽2><側(cè)面21><值211>………<槽n><側(cè)面n1><值n11>……<側(cè)面nm><值nm1>…例如，一個人可以用其職業(yè)、身高和體重等項(xiàng)描述，因而可以用這些項(xiàng)目組成框架的槽。當(dāng)描述一個具體的人時，再用這些項(xiàng)目的具體值填入到相應(yīng)的槽中。下表給出了描述John的框架。JOHNISA:PERSONProfession:PROGRAMMERHeight:1.8mWeight:79kg112例如，以下是一段關(guān)于某次地震的報(bào)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(LowSlabovia)地區(qū)，造成25人死亡和5億美元的財(cái)產(chǎn)損失。下斯洛文尼亞地區(qū)主席說，多年來，靠近薩迪豪金斯斷層的重災(zāi)區(qū)一直是一個危險(xiǎn)地區(qū)。"1132.5.2框架的推理1141、框架包含他所描述的情況或物體的多方面的信息2、框架包含物體必須具有的屬性3、框架描述他們所代表的概念的典型事例2.6.1本體的概念

Gruber

1993，本體是概念化的一個顯示的規(guī)范說明或表示。

Guarino

&

Giaretta

1995，本體是概念化某些方面的一個顯示規(guī)范說明或表示。

Borst

1997，本體可定義為被共享的概念化的一個形式規(guī)范說明。1152.6本體技術(shù)（Ontology

Technology）本體的組成概念：除一般意義上的概念外，也可以是任務(wù)、功能、行為、策略、推理過程等。關(guān)系：表示概念之間的一類關(guān)聯(lián)。函數(shù)公理：用于描述一些永真式。實(shí)例：屬于某個概念的具體實(shí)例。本體的分類知識表示本體通用常識本體領(lǐng)域本體語言學(xué)本體任務(wù)本體1162.6.2本體的組成與分類本體建模方法建模過程可分為非形式化階段：用自然語言和圖表來描述形式化階段：通過知識表示方法對本體模型進(jìn)行編碼本體建模方法“骨架”法、“評價(jià)法”（TOVE）、KACTUS工程法、

Methontology法、SENSUS法、五階段法五階段法語言學(xué)本體任務(wù)本體1172.