幾種結構化知識表示及其推理

幾種結構化知識表示及其推理2024/12/81第7章幾種結構化知識表示及其推理7.1框架7.2語義網(wǎng)絡7.3類與對象*2024/12/827.1框架1975年Minsky在論文中提出了框架理論。他從心理學的證據(jù)出發(fā)，認為人的知識以框架結構記存在人腦中。當人們面臨新的情況，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)細節(jié)加以修改補充，從而形成對新觀察到的事物的認識。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。掌握了事物的屬性，也就有了關于事物的知識，知識表示是從屬性描述開始的。2024/12/837.1框架7.1.1框架的概念7.1.2框架的表達能力7.1.3基于框架的推理7.1.4框架的程序語言實現(xiàn)2024/12/847.1.1框架的概念<框架名><槽名1><槽值1>|<側面名11><側面值111,側面值112,…><側面名12><側面值121,側面值122,…>

<槽名2><槽值2>|<側面名21><側面值211,側面值212

，…><側面名22><側面值221,側面值222

，…>

…<槽名k><槽值k>|<側面名k1><側面值k11,側面值k12

，

…><側面名k2><側面值k21

，側面值k22

，…>

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2024/12/857.1.1框架的概念-示例(1)例7.1描述“教師”的框架框架名：<教師>類屬：<知識分子>工作：

范圍：（教學，科研）缺省：（教學）性別：

（男，女）學歷：

（中師，高師）類型：

（<小學教師>，<中學教師>，<大學教師>）<槽名k><槽值k>|<側面名k1><側面值k11,…><側面名k2><側面值k21,…>2024/12/867.1.1框架的概念-示例(2)例7.2描述“大學教師”的框架框架名：<大學教師>類屬：<教師>學歷：

（學士、碩士、博士）專業(yè)：<學科專業(yè)>職稱：

（助教、講師、副教授、教授）外語：語種：范圍：（英，法，日，俄，德，…）

缺?。河?/p>

水平：（優(yōu)，良，中，差）

缺?。毫?lt;槽名k><槽值k>|<側面名k1><側面值k11，…><側面名k2><側面值k21，…>2024/12/877.1.1框架的概念-示例(3)例7.3描述一個具體教師的框架框架名：<教師－1>類屬：<大學教師>姓名：李明性別：男職業(yè)：教師職稱：助教專業(yè)：計算機應用部門：計算機系軟件教研室工作：參加工作時間：1995年8月

工齡：當前年份－參加工作年份

工資：<工資單>2024/12/887.1.1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面名。實例框架：一般描述一個具體事物2024/12/897.1.1框架的概念-框架網(wǎng)絡一個框架的槽值可以是另一個框架的名，這就把有關框架橫向聯(lián)系了起來?？蚣荛g的“父子”關系是框架間的一種縱向聯(lián)系。某一論域的全體框架構成了一個框架網(wǎng)絡或框架系統(tǒng)?？蚣艿牟壑悼梢允且?guī)則或邏輯式、運算式甚至過程調(diào)用等。2024/12/8107.1.1框架的概念-框架網(wǎng)絡（例）師生員工框架教職工框架學生框架教師框架職工框架電子系學生框架管理系學生框架教師-1教師-N本科生碩士生2024/12/8117.1.2框架的表達能力框架適合表達結構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)絡可以表示過程性事件或情節(jié)2024/12/8127.1.2框架的表達能力-示例(1)例7.4關于房間的框架（1）框架名：<房間>墻數(shù)x1

：缺?。簒1＝4

條件：x1>0窗數(shù)x2

：缺?。簒2＝2

條件：x2>=0門數(shù)x3

：缺省：x3＝1

條件：x3>0前墻：（墻框架（w1,d1））后墻：

（墻框架（w2,d2））2024/12/8137.1.2框架的表達能力-示例(2)左墻：

（墻框架（w3,d3））右墻：

（墻框架（w4,d4））天花板：<天花板框架>地板：<地板框架>門：<門框架>窗：<窗框架>條件：w1＋w2＋w3＋w4＝x2

d1＋d2＋d3＋d4＝x3類型:(<辦公室>，<教室>，<會客室>，<臥室>，

<廚房>，<倉庫>…)2024/12/8147.1.2框架的表達能力-示例(3)例7.5機器人糾紛問題的框架描述框架名：<打人－1>動作：打動作發(fā)出者：羅賓動作接受者：蘇西后果：（<打人－2><哭－1>）框架名：<打人－2>動作：打動作發(fā)出者：蘇西動作接受者：羅賓后果：（<打人－1><哭－2>）框架名：<哭－1>動作：哭動作發(fā)出者：蘇西后果：（得意，懊悔）框架名：<哭－2>動作：哭動作發(fā)出者：羅賓后果：心理平衡2024/12/8157.1.2框架的表達能力-示例(4)例：某次關于地震的報道：“今天一次強度為里氏8.5級的強烈地震襲擊了下斯洛文尼亞（LowSlabovia）地區(qū)，造成25人死亡和5億美元的財產(chǎn)損失。下斯洛文尼亞的主席說：多年來，靠近SadieHawkins斷層的重災區(qū)一直是一個危險的地區(qū)?！?024/12/8167.1.2框架的表達能力-與語義網(wǎng)絡結合災害事件地震地震-1今天25500,000,0008.5SadieHawkins洪水颶風Low-Slabovia時間地點死亡損失震級斷層ISAAKOAKOAKO2024/12/8177.1.2框架的表達能力產(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。

框架名：<診斷1>

前提：條件1：頭痛

條件2：發(fā)燒

結論：患感冒2024/12/8187.1.3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)絡中進行查找。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。2024/12/8197.1.3基于框架的推理(2)例：關于教師－1外語水平的推理（1）構造問題框架，與知識庫匹配（2）搜索（3）填槽框架名：<教師－1>姓名：李明性別：男年齡：25職稱：助教專業(yè)：計算機應用部門：計算機系軟件教研室外語水平：2024/12/820組裝關系下層概念是上層概念的一部分。4語義網(wǎng)絡的程序語言實現(xiàn)屬性關系對象的屬性及其屬性值。語義網(wǎng)絡對含有全稱量詞和存在量詞的謂詞的表示缺省：英2語義網(wǎng)絡的表達能力（3）<槽名1><槽值1>|<側面名11><側面值111,側面值112,…>（1）構造問題框架，與知識庫匹配PROSPECTOR的推理網(wǎng)絡reco_of_f_s("中師"，"高師")，沒有明確的推理機制保證問題求解的可行性他從心理學的證據(jù)出發(fā)，認為人的知識以框架結構記存在人腦中。x(student(x)Read(x,三國演義))type("<小學教師>","<中學教師>","<大學教師>")).1框架的概念-示例(3)7.1.4框架的程序語言實現(xiàn)（1）FRL程序設計語言PROLOG語言2024/12/821例:frame(name("教師")，

kind_of("<知識分子>")，

work(scope("教學"，"科研"),default("教學"))，

sex("男"，"女")，

reco_of_f_s("中師"，"高師")，

type("<小學教師>","<中學教師>","<大學教師>")).7.1.4框架的程序語言實現(xiàn)（2）2024/12/822如何建立某個事物的框架（1）框架知識學習對當前事物或?qū)ο筮M行觀察與分析，把要認識的對象與選定的框架知識表示進行比對，完成相關對象屬性及其知識的了解與學習。（2）建立框架模式與概念（3）框架的資料數(shù)值填寫2024/12/823框架-小結結構化知識表示方式框架理論可作為人類理解視覺、自然語言及其他復雜行為的基礎。-Minsky缺點沒有明確的推理機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)結構不一致，會影響系統(tǒng)的清晰性，造成推理困難。2024/12/8247.2語義網(wǎng)絡1968年Quillian的博士論文建議用一種語義網(wǎng)絡來描述人對事物的認知，實際上是對人腦功能的模擬。語義網(wǎng)絡是人類聯(lián)想記憶的一個心理學模型。也是一種知識表示方法。語義網(wǎng)絡同一階邏輯有相同的能力。多用于專家系統(tǒng)和自然語言處理領域。普林斯頓大學開發(fā)的電子英語詞典WordNet，根據(jù)語義網(wǎng)絡、以同義詞集為基礎結點，通過上下文結點，整體與部分的關系構成網(wǎng)絡。2024/12/8257.2語義網(wǎng)絡7.2.1語義網(wǎng)絡的概念7.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力7.2.3基于語義網(wǎng)絡的推理7.2.4語義網(wǎng)絡的程序?qū)崿F(xiàn)2024/12/8267.2.1語義網(wǎng)絡的概念(1)語義網(wǎng)絡由節(jié)點和有向邊組成的有向圖。節(jié)點表示事物、對象、概念、行為、性質(zhì)、狀態(tài)等。有向邊表示節(jié)點之間的某種聯(lián)系或關系。語義網(wǎng)絡的級別劃分執(zhí)行級邏輯級認識論級概念級語言學級節(jié)點1節(jié)點2語義關系基本語義網(wǎng)絡單元結構2024/12/8277.2.1語義網(wǎng)絡的概念-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)味道富有引進于是一個特點特點位于產(chǎn)于是一種是一種產(chǎn)于是一種蘋果的語義網(wǎng)絡2024/12/8287.2.1語義網(wǎng)絡的類型語義網(wǎng)絡類型命題語義網(wǎng)（分塊聯(lián)想網(wǎng)絡）數(shù)據(jù)語義網(wǎng)：以數(shù)據(jù)為中心的語義網(wǎng)絡語言語義網(wǎng)：用于自然語言分析和理解結構語義網(wǎng)：描述客觀事物的結構分類語義網(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)：與框架相結合的語義網(wǎng)。2024/12/829補充知識表示（分類語義網(wǎng)絡）圖中的四種弧線表示:N1N2：表示N2是N1的子集。N1N2：表示N2是N1的子集，和其他用ds的子集不相交。N1N2：表示N2是N1的元素。N1N2：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2024/12/830<槽名2><槽值2>|<側面名21><側面值211,側面值212，…>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。條件2：發(fā)燒語言語義網(wǎng)：用于自然語言分析和理解1語義網(wǎng)絡的概念-示例他從心理學的證據(jù)出發(fā)，認為人的知識以框架結構記存在人腦中。語義子空間中的每個節(jié)點都應該是全稱變量節(jié)點或依賴于全稱變量節(jié)點。前墻：（墻框架（w1,d1））●語義網(wǎng)絡是一個二元關系圖4語義網(wǎng)絡的程序?qū)崿F(xiàn)他從心理學的證據(jù)出發(fā)，認為人的知識以框架結構記存在人腦中。net1(a_kind_of(“蘋果”，“水果”)，集合與成員關系表示成員與集合之間的關系。2語義網(wǎng)絡的表達能力（13）語義網(wǎng)絡由節(jié)點和有向邊組成的有向圖。補充知識表示（推理語義網(wǎng)）PROSPECTOR的推理網(wǎng)絡2024/12/8317.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（1）語義網(wǎng)絡可以表示事物之間的聯(lián)系和關系.語義網(wǎng)絡對事件的表示語義網(wǎng)絡對含有全稱量詞和存在量詞的謂詞的表示2024/12/8327.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（2）實例關系表示類與實例之間的關系。（isa,ISA）小華大學生是一個ISA2024/12/8337.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（3）分類（從屬、泛化）關系指事物之間的類屬關系。（akindof，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2024/12/8347.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（4）組裝關系下層概念是上層概念的一部分。（apartof,APO）桌子桌腿桌面一部分一部分2024/12/8357.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（5）屬性關系對象的屬性及其屬性值。SimonteachermalesexageISAPerson40profession2024/12/836條件2：發(fā)燒………后果：（<打人－2><哭－1>）PROSPECTOR的推理網(wǎng)絡把事物之間的屬性以及事物間的各種語義聯(lián)系顯式表現(xiàn)出來，下層節(jié)點可繼承、新增、變異上層節(jié)點的屬性，從而實現(xiàn)信息共享?？蚣艿牟凼菍ο蟮膶傩曰驙顟B(tài)普林斯頓大學開發(fā)的電子英語詞典WordNet，根據(jù)語義網(wǎng)絡、以同義詞集為基礎結點，通過上下文結點，整體與部分的關系構成網(wǎng)絡。普林斯頓大學開發(fā)的電子英語詞典WordNet，根據(jù)語義網(wǎng)絡、以同義詞集為基礎結點，通過上下文結點，整體與部分的關系構成網(wǎng)絡。補充知識表示（推理語義網(wǎng)）（1）構造問題框架，與知識庫匹配在一場足球比賽中，AC米蘭主場以0：1的比分輸給國際米蘭<側面名k2><側面值k21，側面值k22，…>組裝關系下層概念是上層概念的一部分。net1(a_kind_of(“蘋果”，“水果”)，7.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（6）集合與成員關系表示成員與集合之間的關系。（amemberof，AMO）張三計算機學會AMO2024/12/8377.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（7）邏輯關系一個概念可由另一個概念推出，存在因果關系。外出雨天則ANDOR帶雨披帶雨傘2024/12/8387.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（8）方位關系事實：張宏是石油學院的一名助教；石油學院位于西安市電子二路；張宏今年25歲。電子二路石油學院年齡張宏助教25歲西安市區(qū)職稱工作于位于屬于2024/12/8397.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（9）所屬關系表示具有的意思，描述事物與屬性之間的關系。(have)狗尾巴have2024/12/8407.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（9）所屬關系表示“能”和會，表示上層節(jié)點能夠執(zhí)行下層節(jié)點所描述的功能(can)鳥飛can2024/12/8417.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（10）事件的語義網(wǎng)絡

例句：小王送給小李一本書。小王giver送書小李recipient書objectS2024/12/8427.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（11）謂詞公式的語義網(wǎng)絡表示（1）蘋果是一種水果小李和小王是朋友FRUIT(apple)蘋果水果AKO謂詞邏輯的一元關系轉化為語義網(wǎng)絡FRIEND(li,wang)liwangfriend謂詞邏輯的二元關系轉化為語義網(wǎng)絡2024/12/843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。所屬關系表示具有的意思，描述事物與屬性之間的關系。匹配將問題框架同知識庫中的框架的模式匹配。語義網(wǎng)絡可以表示事物之間的聯(lián)系和關系.水平：（優(yōu)，良，中，差）reco_of_f_s("中師"，"高師")，PROSPECTOR的推理網(wǎng)絡2框架的表達能力-示例(1)x(student(x)Read(x,三國演義))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。3描述一個具體教師的框架框架的槽值可以是規(guī)則或邏輯式、運算式甚至過程調(diào)用等。1框架的概念-框架網(wǎng)絡（例）7.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（12）謂詞公式的語義網(wǎng)絡表示（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謂詞邏輯的多元關系轉化為語義網(wǎng)絡INTER-MLAC-MLSoccergameISAHostGuest2024/12/8447.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（13）謂詞公式的語義網(wǎng)絡表示（3）

x(student(x)

Read(x,三國演義))

某個學生讀過《三國演義》。studentreadISAbook三國演義read1xobjectsubjectISAISA2024/12/8457.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（14）謂詞公式的語義網(wǎng)絡表示（3）

x(student(x)Read(x,三國演義))

每個學生讀過《三國演義》。studentreadISAbook三國演義read1xobjectsubjectISAISARGSF

ISA分塊語義網(wǎng)絡全稱量化的命題類節(jié)點讀關系全稱變量2024/12/8467.2.2語義網(wǎng)絡的表達能力（15）分塊語義網(wǎng)絡的基本思想把整個網(wǎng)絡劃分成若干個塊，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)絡來表示時，則將它表示出來，相應的可以給出一個節(jié)點來代表該網(wǎng)絡。分塊語義網(wǎng)絡的要求語義子空間中的每個節(jié)點都應該是全稱變量節(jié)點或依賴于全稱變量節(jié)點。2024/12/847知識表示（分塊語義網(wǎng)絡）角閃石部分地轉化為黑云母2024/12/848補充練習：AllroadsleadtoRome.Everydoghasbitteneverypostman.2024/12/8497.2.3基于語義的推理基于語義網(wǎng)絡的推理也是繼承，繼承通過匹配、搜索實現(xiàn)。推理步驟首先根據(jù)待求問題要求構造一個網(wǎng)絡片斷在知識庫中查找與之匹配的語