湘潭大学 人工智能课件 知识表示方法 part4讲解

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1、Artificial Intelligence (AI) 人工智能 第二章：知识 表示与推理 内容提要 第二章：第二章：知识表示与推理知识表示与推理 一、知识表示方法一、知识表示方法 二、确定性推理二、确定性推理 内容提要 第二章：第二章：知识表示与推理知识表示与推理 1.状态空间法 2.问题归约法 3.谓词逻辑法 4.语义网络法 5.其他方法 一、知识表示方法一、知识表示方法 其他知识表示方法 v框架表示法 v剧本表示法 v过程表示法 v 其他知识表示方法 v框架表示法 v剧本表示法 v过程表示法 v 框架表示法 v框架表示法：框架表示法是在框架理论的基础上发展起 来的一种结构化知识表示方法

2、。 v框架理论： 框架理论是明斯基于1975年作为理解视觉、自然语言 对话及其它复杂行为的一种基础提出来的。 框架理论认为，人们对现实世界中各种事物的认识都是 以一种类似于框架的结构存储在记忆中的。当遇到一个 新事物时，就从记忆中找出一个合适的框架，并根据新 的情况对其细节加以修改、补充，从而形成对这个新事 物的认识。 框架表示法 v框架理论： 框架：是人们认识事物的一种通用的数据结构形式。即 当新情况发生时，人们只要把新的数据加入到该通用数 据结构中便可形成一个具体的实体(类)，这样的通用数 据结构就称为框架。 实例框架：对于一个框架，当人们把观察或认识到的具 体细节填入后，就得到了该框架的

3、一个具体实例，框架 的这种具体实例被称为实例框架。 框架系统：在框架理论中，框架是知识的基本单位，把 一组有关的框架连结起来便可形成一个框架系统。 框架系统推理：由框架之间的协调来完成。 框架表示法 v框架结构： 槽名1： 侧面名11 值111，值112， 侧面名12 值121，值122， 槽名2： 侧面名21 值211，值212， 侧面名22 值221，值222， 槽名n： 侧面名n1 值n11，值n12， 侧面名n2 值n21，值n22， 框架表示法 v框架结构： 每个框架都有框架名，代表某一类对象 一个框架由若干个槽（项目）组成，用于表示 对象的某个方面的属性 有时一个槽（属性）还要从不

4、同的侧面来描述 ，每个侧面可具有一个或多个值。 框架表示法 v框架表示法的例子：一个描述教师的框架 框架名 ： 姓名：单位（姓、名） 年龄：单位（岁） 性别：范围（男、女） 缺省：男 职称：范围（教授、副教授、讲师、助教） 缺省：讲师 部门：单位（院、系、教研室） 住址： 电话：办公电话：单位（ 电话号码） 家庭电话：单位（ 电话号码） 槽名 侧面名 “单位”指出填写槽值 时的标准限制 “范围”指出槽值时只能 在指定的范围内挑选 “缺省”表示当相应槽值 不填写时的默认值 槽值或侧面值可以是另 外一个框架的实例框架 框架表示法 槽（侧面）类型： 值 Default 继承 If-Needed 四种

5、侧面填写方式： 由已知情况或物体属性提供 通过默认隐含 由继承获得 对附加过程侧面通过执行附加 过程实现 Default：当其所在槽没有填入槽值时，系统就以此侧 面值作为该槽的默认值。 If-Needed：当某个槽不能提供统一的默认值时，可在 该槽增加一个If-Needed侧面，系统通过调用该侧面提供的 过程，产生相应的属性值。（赋值） 框架表示法 框架中的槽与侧面可任意定义 槽与侧面也可以是另一框架，形成 框架网络 框架表示法 v框架网络： 当知识比较复杂时，往往需要通过多个框架之间的横向 或纵向联系形成一种框架网络。 v框架之间的纵向联系： 是指那种具有继承关系的上下层框架之间的联系。框架

6、 之间的纵向联系通过预定义槽名AKO或ISA等来实现。 v框架之间的横向联系 是指那种以另外一个框架名作为一个槽的槽值或侧面值 所建立起来的框架之间的联系。 框架表示法 Frame Name: Unit(Last name, First name) Sex: Area (male, female) Age: Unit (Years) If-Needed: Ask-Age Address: Telephone: HomeUnit(Number) MobileUnit(Number) If-Needed: Ask-Telephone Frame AKO: Major: Unit(Major) If

7、-Needed: Ask-Major If-Added: Check-Major Field: Unit(Field) If-Needed: Ask-Field Advisor: Unit(Last name, First name) If-Needed: Ask-Visor Project: Area(National, Provincial, Other) Default: National Paper: Area(SCI,EI, Core, General) Default: Core 学生框架： 硕士生框架： 描述了硕士生的个性 ，并继承“Student” 框架的所有属性。 框架表示法

8、 Frame IAS : Name: Yang Ye Sex: female Major: Computer Field: Web-Intelligence Advisor: Lin Hai Project: Provincial 硕士生-1框架： 框架表示法 v框架网络： 纵向联系 横向联系 框架表示法 v框架网络的例子：一般来讲，教师的工作态度是认真，行为举 止大方得体，计算机系教师一般来讲性格内向，喜欢操作计算机。方 园是计算机系教师，他性格内向，但工作不刻苦。问他的兴趣和举止 如何？ v框架表示为： 框架名： 类属： 态度：认真 举止：大方得体 框架名： 类属： 性格：内向 兴趣：操作

9、计算机 框架名： 类属： 性格：内向 态度：不刻苦 兴趣：？ 举止：？ 推理 框架表示法 v框架的推理：在框架网络中，问题求解主要是通过对框 架的继承与匹配来实现的。 v继承 下层框架从上层框架继承相关属性、属性值、条件 v匹配 框架通常只能与现实做到部分匹配，完全匹配是一个特 殊情况。因为框架是对一类事物的完整或典型的描述， 待匹配的具体个体不可能做到完全一致。 不匹配的情况：某个属性不存在，或与规定的属性值不 符，或属性类型不符 框架表示法 v框架表示法的优点： 结构性：最突出特点是善于表示结构性知识，它能够把知识 的内部结构关系以及知识间的特殊联系表示出来。 深层性： 框架表示法不仅可以

10、从多个方面、多重属性表示知 识，而且还可以通过ISA、AKO等槽以嵌套结构分层地对知 识进行表示，因此能用来表达事物间复杂的深层联系。 继承性：在框架网络中，下层框架可以继承上层框架的槽值 ，也可以进行补充和修改，这样既减少知识冗余，又较好地 保证了知识的一致性。 自然性：框架能把与某个实体或实体集相关特性都集中在一 起，从而高度模拟了人脑对实体多方面、多层次的存储结构 ，直观自然，易于理解。 框架表示法 v框架表示法的不足： 缺乏框架的形式理论：至今，还没有建立框架的形式理 论，其推理和一致性检查机制并非基于良好定义的语义 。 缺乏过程性知识表示：框架网络不便于表示过程性知识 ，缺乏如何使用

11、框架中知识的描述能力。框架推理过程 需要用到一些与领域无关的推理规则，而这些规则在框 架网络中又很难表达。 清晰性难以保证：由于各框架本身的数据结构不一定相 同，从而框架网络的清晰性很难保证。 其他知识表示方法 v框架表示法 v剧本表示法 v过程表示法 v 剧本表示法 v剧本表示法： 剧本表示法（又称为脚本表示法）是夏克（R. C. Schank）依据他的概念依赖理论提出的一种知识表示 方法，时间约在1975年。 概念依赖理论的基本思想：把人类生活中各类故事情节 的基本概念抽取出来，构成一组原子概念，确定这些原 子概念的相互依赖关系，然后把所有故事情节都用这组 原子概念及其依赖关系表示出来。

12、剧本是框架的一种特殊形式，它用一组槽来描述某些事 件的发生序列，就像剧本中的事件序列一样，故称为“ 剧本”表示法。 剧本表示法 v剧本的构成 开场条件： 给出在剧本中描述的事件发生的前提条件 。 角色 ：用来表示在剧本所描述的事件中可能出现的有 关人物的一些槽。 道具： 这是用来表示在剧本所描述的事件中可能出现 的有关物体的一些槽。 场景：描述事件发生的真实顺序，可以由多个场景组成 ，每个场景又可以是其它的剧本。 结果：给出在剧本所描述的事件发生以后通常所产生的 结果。 剧本表示法 v剧本表示法的例子：餐厅剧本 开场条件 p(a)顾客饿了，需要进餐。 p(b)顾客有足够的钱。 角色 p 顾客，

13、服务员，厨师，老板。 道具 p食品，桌子，菜单，钱。 场景：5个场景 剧本表示法 v剧本表示法的例子：餐厅剧本 场景：5个场景 p场景1：进入餐厅 l(a) 顾客走入餐厅。 l(b) 寻找桌子。 l(c) 在桌子旁坐下 p场景2：点菜 l(a) 服务员给顾客菜单。 l(b) 顾客点菜。 l(c) 顾客把菜单还给服务员。 l(d) 顾客等待服务员送菜。 剧本表示法 v剧本表示法的例子：餐厅剧本 场景：5个场景 p场景3：等待 l(a) 服务员把顾客所点的菜告诉厨师。 l(b) 厨师做菜。 p场景4：吃菜 l(a) 厨师把做好的菜给服务员。 l(b) 服务员给顾客送菜。 l(c) 顾客吃菜。 剧本

14、表示法 v剧本表示法的例子：餐厅剧本 场景：5个场景 p场景5：离开 l(a) 服务员拿来帐单。 l(b) 顾客付钱给服务员。 l(c) 顾客离开餐厅。 结果 p(a) 顾客吃了饭，不饿了。 p(b) 顾客花了钱。 p(c) 老板挣了钱。 p(d) 餐厅食品少了。 剧本表示法 v剧本的推理： 一旦剧本被启用，则可以应用它来进行推理。其中最重 要的是运用剧本可以预测没有明显提及的事件的发生。 例如：对于以下情节：“昨晚，约翰到了餐厅。他点了 牛排。当他要付款时发现钱已用光。因为开始下雨了， 所以他赶紧回家了“。 推理：“昨晚，约翰吃饭了吗？” 虽然上面的情节中没有提到约翰吃没吃饭的问题，但借 助

15、于餐厅剧本，可以回答：他吃了。因为启用了餐厅剧 本，情节中的所有事件与剧本中所预测的事件序列相对 应，可以推断出整个事件正常进行时所得出的结果。 剧本表示法 v剧本的推理： 但是，一旦一个典型的事件被中断，也就是给定情节中 的某个事件与剧本中的事件不能对应时，则剧本便不能 预测被中断以后的事件了。 例如：如下情节：“约翰走进餐厅。他被带到餐桌旁。 点了一大块牛排之后，他坐在那儿等了许久。于是，他 生气走了。” 该情节中，因为要久等，所以约翰走了，这一事件改变 了餐厅脚本中所预测的事件序列，因而被中断了，这时 就不能推断约翰是否付了帐等情节，但仍然可以推断出 他看了菜单，这是因为看菜单事件发生在

16、中断之前。 剧本表示法 v剧本表示法的特点 剧本表示法与框架表示法相比，比较呆板，知 识表达的范围也很窄。 人类日常的行为有各种各样，很难用一个剧本 就理解各种各样的情节。 剧本表示法对于表达预先构思好的特定知识， 如理解故事情节等，是非常有效的。 目前剧本表示法主要在自然语言理解方面获得 了一些应用。 其他知识表示方法 v框架表示法 v剧本表示法 v过程表示法 v 过程表示法 v过程表示法： 过程性知识表示是将有关某一问题领域的知识 ，连同如何使用这些知识的方法，均隐式地表 示为一个求解问题的过程。 过程式不像陈述式那样具有固定的形式，如何 描述知识完全取决于具体的问题。 过程表示法的例子：八数码问题 过程表示法 过程表示法的例子：八数码问题 p我们用一个33的方格阵来表示该问题的一个状态，用 ai来标记这9个方格，如下图所示。 123 84 765