人工智能_4精编版

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1、第四章 知识表示,概述 表示观 表示方法,第四章 知识表示方法,概述 表示观 表示方法,概述,人工智能研究中最基本的问题之一 在知识处理中总要问到：“如何表示知识？”，“知识是用什么来表示的?”。怎样使机器能懂，能对之进行处理，并能以一种人类能理解的方式将处理结果告诉人们。 在AI系统中，给出一个清晰简洁的描述是很困难的。有研究报道认为。严格地说AI对知识表示的认真、系统的研究才刚刚开始。,概述,知识的定义（难以给出明确的定义只能从不同侧面加以理解） Feigenbaum：知识是经过消减、塑造、解释和转换 的信息。 Bernstein：知识是由特定领域的描述、关系和过程 组成的。 Hayes-

2、roth：知识是事实、信念和启发式规则。 知识库的观点：知识是某领域中所涉及的各有关方 面的一种符号表示。,概述,知识的种类 事实性知识：采用直接表示的形式 如：凡是猴子都有尾巴 过程性知识：描述做某件事的过程 如：电视维修法 行为性知识：不直接给出事实本身，只给出它在某方面的行为 如：微分方程、（事物的内涵） .,概述,知识的种类 . 实例性知识：只给出一些实例，知识藏在实例中。 类比性知识: 即不给出外延，也不给出内涵，只给出它与其它事物的某些相似之处 如：比喻、谜语 元知识：有关知识的知识。最重要的元知识是如何使用知识的知识，如何从知识库中找到想要的知识。,概述,知识的要素 事实：事物的

3、分类、属性、事物间关系、科学事实、客观事实等。（最低层的知识） 规则：事物的行动、动作和联系的因果关系知识。（启发式规则）。 控制：当有多个动作同时被激活时，选择哪一个动作来执行的知识。（技巧性） 元知识：高层知识。怎样实用规则、解释规则、校验规则、解释程序结构等知识。,概述,知识表示的定义 知识表示研究用机器表示知识的可行性、有效性的一般方法。 知识表示是理智推理的部分理论。 知识表示是有效计算的载体 知识表示是交流的媒介（如语义网络）,概述,选取知识表示的因素 表示范围是否广泛 是否适于推理 是否适于计算机处理 是否有高效的算法 能否表示不精确知识 能否模块化 总之 ,知识和元知识能否用统

4、一 的形式表示 是否加入启发信息 过程性表示还是说明性表示 表示方法是否自然,概述,选取知识表示的因素 . 总之，人工智能问题的求解是以知识表示为基础的。如何将已获得的有关知识以计算机内部代码形式加以合理地描述、存储、有效地利用便是表示应解决的问题。,概述,研究内容 表示观的研究： 认识论、本体论、知识工程 表示方法的研究： 直接法、代替法(局部、分布，.),概述,知识表示研究的特点 智能行为特有的灵活性。“常识问题”不能概括为一类简洁的理论，是大量小理论的集合。 AI的任务受到计算装置的约束。这导致了所采用的“表示”必须同时满足“刻画智能现象”与“计算装置可以接受”，这两个有时是矛盾的条件。

5、,第四章 知识表示方法,概述 表示观 表示方法,第四章 知识表示方法,概述 表示观 表示方法,表示观,认识论表示观 本体论表示观 知识工程表示观,表示观即对于“什么是表示”这一基本问题的不同理解和采用的方法论。,表示观,认识论表示观 本体论表示观 知识工程表示观,表示观即对于“什么是表示”这一基本问题的不同理解和采用的方法论。,表示观 认识论表示观,概述 认为表示是对自然世界的表述，表示自身不显示任何智能行为。其唯一的作用就是携带知识。这意味着表示可以独立于启发式来研究。 最早出现于J.McCarthy与P.Hayes的一篇文章中。此主张的核心是将AI问题分成两部分：认识论部分与启发式部分。

6、认为AI的核心任务就是“常识”形式化。,表示观 认识论表示观,讨论的主要问题 “知识的不完全性”是认识论学派讨论最多的情况。推理者的知识是不完全，但却是一致的，其要点是在保持知识一致性的前提下得出新的结论。 “知识不一致性”是常识的另一类性质。例：教友派教徒是和平主义者，共和党是好战分子。已知某教授是教友派教徒，且是共和党人。问他是和平主义者吗？ “知识不确定性”是更复杂的常识问题。尽管Fuzzy、可信度理论、人工神经网络等丰富了对常识的不确定性研究方法。但还不能显现地表示“可废弃性”这个重要特征。大大限制了对智能行为“灵活性”的描述。因此，在复杂问题求解时，集成几种方法是有吸引力的想法。 “

7、常识的相对性”，目前在AI中研究甚少。如，理论集合是有限的，常识的集合是无限的。,表示观 认识论表示观,特点 表示是在特定环境下对世界观察的结果。强调自然世界现象与表示之间的因果关系。 认为启发式方法不属于表示研究的内容。 认为对常识知识的形式化是非常重要的任务。,表示观,认识论表示观 本体论表示观 知识工程表示观,表示观即对于“什么是表示”这一基本问题的不同理解和采用的方法论。,表示观,认识论表示观 本体论表示观 知识工程表示观,表示观即对于“什么是表示”这一基本问题的不同理解和采用的方法论。,表示观 本体论表示观,概述 该观点是由D.Lenta提出。 认为表示是对自然世界的一种近似，它规定

8、了看待自然世界的方式。即一个约定的集合。 表示是描述了关心的一部分，逼真是不可能的。,表示观 本体论表示观,主要解决问题 表示必然需要对世界的某个部分给予特别的注意（聚集），而对世界的另外部分衰减，以求达到有效的求解。 对世界可以采用不同的方式来记述。注重的不是“其语言形式，而是其内容”。此内容不是某些特定领域的特殊的专家知识，而是自然世界中那些具有普通意义的一般知识。（与知识工程不同） 推理是表示观中不可缺少的一部分。表示研究应与启发式搜索联系起来。认为不考虑推理的纯粹表示是不存在的。 ,表示观 本体论表示观,主要解决问题 . 计算效率无疑是表示的核心问题之一。 即有效地知识组织及与领域有关

9、的启发式知识是其提高计算效率的手段。 计算效率：不同于以前的多用计算复杂性来衡量一种智能系统的方法,而采用计算困难度来衡量。计算复杂性一般实质算法在极端情况下的特性。其实例的分布往往不平衡。实例是人造的能解决，实际问题不能解决。 计算困难度主要讨论：计算复杂性的分布与研究困难有多大的问题。如对大多数有价值的实例遇到难以克服的计算复杂性问题，就研究如何克服。 哪种语言作为表示形式不是最重要的。特别强调表示不是数据。这点与知识工程不同。,表示观 本体论表示观,本体论约定的相对性 电子线路分析： 如果从“电路是相互连接的实体，信号顺着连线瞬时地流动”这个观点，则存在着一种本体论。而如果从电动力学来看

10、，则存在另一种本体论。本体论研究者认为再智能系统中，往往需要分成不同的层次。每个层次具有其本体论的约定。这对专家系统一类的问题已被证明是有效的。 但,表示观 本体论表示观,本体论约定的相对性 但要建立一个具有普通意义的带有一般知识的知识库，将会遇到“相对性”的困难。因为，如果站在不同的科学深度将导致不同的本体论约定。那么，什么是其最终的本体论约定呢？这是本体论表示观至今未能解决的问题。 M.Minsky的说明是有代表性的：“在解释非常复杂的问题时，我们将不得不同时使用几种完全不同的表示。这是因为，每一种特别的表示均有其自身的优点与缺陷。对涉及我们称为常识的那些东西时，没有一种表示可以说是足够的

11、。”,表示观 本体论表示观,总结,采用集成的方法来克服理论不足所带来的困难，不仅对“本体论”表示观是必然的。而且对其它两种表示观也是必然的。,表示观,认识论表示观 本体论表示观 知识工程表示观,表示观即对于“什么是表示”这一基本问题的不同理解和采用的方法论。,表示观,认识论表示观 本体论表示观 知识工程表示观,表示观即对于“什么是表示”这一基本问题的不同理解和采用的方法论。,表示观 知识工程表示观,最常用的表示法都反映了知识工程表示观。 特点 一般将表示理解为一类数据结构（逻辑）及在其上的操作。 对知识的内容更强调与领域相关的，哪些是适合于这个领域的，来自领域专家经验知识。 强调工程实现性。,

12、表示观 总结,总结： 无论持何种表示观的AI研究者都认为，表示是刻画智能行为的理论。 表示无论采用什么样的方式（包括数学的或程序的）所建立的表示方法和立足于什么样的表示观，均需要满足与智能现象一致的条件。 鉴于智能现象的复杂性，采用什么表示观，应当取决于所面临的问题。笼统地强调好的是没有什么意义的。 近几年一些研究者主张各种表示观应该互相渗透。,第四章 知识表示方法,概述 表示观 表示方法,第四章 知识表示方法,概述 表示观 表示方法,表示方法,概述 直接表示 逻辑表示 产生式规则表示法 语义网络表示法,框架表示法 脚本方法 过程表示 混合型知识表示方法 面向对象的表示方法,表示方法,概述 直

13、接表示 逻辑表示 产生式规则表示法 语义网络表示法,框架表示法 脚本方法 过程表示 混合型知识表示方法 面向对象的表示方法,表示方法 概述,表示方法可以分成2类 替代表示法 局部表示类：最充分也是正统AI最经常使用的 分布表示法：对局部表示法在智能行为表述尚不够充分而作的补充。 直接表示法： 正在引起越来越多AI研究者的注意。（不可完全独立：考虑到“任何表示方法必须被计算机所接受” 这个先决条件，直接表示需要借助局部或部分表示形式。,表示方法 概述,表示方法,直接表示,局部表示,分布表示,陈述性表示,过程性表示,语义网络表示,产生式表示,逻辑表示,框架表示,脚本表示,替代表示,表示方法,概述

14、直接表示 逻辑表示 产生式规则表示法 语义网络表示法,框架表示法 脚本方法 过程表示 混合型知识表示方法 面向对象的表示方法,表示方法,概述 直接表示 逻辑表示 产生式规则表示法 语义网络表示法,框架表示法 脚本方法 过程表示 混合型知识表示方法 面向对象的表示方法,表示方法 直接表示,1963年由Gelernter提出的。用于基于传统欧氏几何证明的几何定理证明器。 它的输入是对前提和目标的陈述以及图示（图示是用一系列坐标来表示的）。 在证明过程中，证明器把图示作为启发式信息，排除在图示中不正确的子目标。从而大大地减少了搜索空间。 但.,表示方法 直接表示,1963年由Gelernter提出的

15、。用于基于传统欧氏几何证明的几何定理证明器。 它的输入是对前提和目标的陈述以及图示（图示是用一系列坐标来表示的）。 在证明过程中，证明器把图示作为启发式信息，排除在图示中不正确的子目标。从而大大地减少了搜索空间。 但.,表示方法 直接表示,但，长期以来直接表示没有得到长足发展。原因如下： 计算机对直接表示的信息难以处理。 直接表示难以表示定量信息（语言设计失败） 直接表示不能描述自然世界的全部信息 这两年直接表示有所发展，因为，现在认识到，可以用其它媒体表示的方法去补充直接表示的不足。将被发展成多媒体。 引申的研究是临场AI与临境技术。近几年AI对自主智能系统研究（完全机器做人不干预）的失望，

16、导致对建立人机一体智能系统的尝试。这样系统所需环境的要求是直接表示兴起的原因之一。,表示方法,概述 直接表示 逻辑表示 产生式规则表示法 语义网络表示法,框架表示法 脚本方法 过程表示 混合型知识表示方法 面向对象的表示方法,表示方法,概述 直接表示 逻辑表示 产生式规则表示法 语义网络表示法,框架表示法 脚本方法 过程表示 混合型知识表示方法 面向对象的表示方法,表示方法 逻辑表示法,一阶谓词逻辑是谓词逻辑中最直观的一种逻辑。它以谓词形式来表示动作的主题、客体。客体可以多个。 如：张三与李四打网球（Zhang and Li play tennis），可写为：play (Zhang, Li, tennis) 这里谓词是play，动词主体是Zhang和 Li，而客体是tennis。 谓词逻辑规范表达式： P ( x1, x2, x3, )， 这里P是谓词, xi是主体与客体。,