人工智能202知识表达演讲稿

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1、人工智能202知识表达(演讲稿)第二章第二章 知知识表达技表达技术21 知知识的概念与含的概念与含义 智能行智能行为即即拥有知有知识即即对知知识的的获取取、表表达达、搜搜索索、分分析析、解解答答等等智智能能力能能力 人的智能的核心也在于人的智能的核心也在于人的智能的核心也在于人的智能的核心也在于“知知知知识识” 感性知识与理性知识，经验知识与理论知识智能表现在：知识的获取能力通过感知器官获取感性知识知识的处理能力将感性知识上升为理性知识知识的运用能力采取行动，发挥知识的效用知识：是人们对自然现象的认识和从中总结出来的规律、经验7/23/20242第二章第二章 知知识表达技表达技术21 知知识的

2、概念与含的概念与含义 知知知知识识模式模式模式模式 K = F+R+C K = F+R+CK K表示知表示知识项(Knowledge items)(Knowledge items)F F表表示示事事实(Facts)(Facts)人人类对客客观世世界界、客客观事事物物的的状状态、属属性性、特特征征的的描描述述，以以及及对事事物物之之间关关系系的的描述描述 R R表表示示规则(Rules)(Rules)能能表表达达在在前前提提与与结论之之间的的因因果关系的一种形式果关系的一种形式 C C表表示示概概念念(Concepts)(Concepts)事事实的的含含义规则语义说明明等等7/23/20243第

3、二章第二章 知知识表达技表达技术 2 22 2 知知识表达技表达技术 知知知知识类识类型型型型叙叙述述型型知知识有有关关系系统状状态、环境境和和条条件件，问题的的概概念念、定定义和事和事实的知的知识。过程程型型知知识有有关关系系统状状态变化化、问题求求解解过程程的的操操作作、演演算和行算和行动的知的知识。控控制制型型知知识有有关关如如何何选择相相应的的操操作作、演演算算和和行行动的的比比较、判断、管理和决策的知判断、管理和决策的知识。例：例：对于从北京到上海，是乘于从北京到上海，是乘飞机机还是坐火是坐火车的的问题。叙述型知叙述型知识：北京、上海、：北京、上海、飞机、火机、火车、时间、费用。用。

4、过程型知程型知识：乘：乘飞机、坐火机、坐火车。控制型知控制型知识：乘：乘飞机机较快、快、较贵；坐火；坐火车较慢、慢、较便宜。便宜。 7/23/20244知识的表达技术7/23/20245第二章第二章 知知识表达技表达技术 ( (一一) ) 状状态空空间表达表达 状状 态 用用 来来 表表 示示 系系 统 状状 态 , ,事事 实 等等 叙叙 述述 型型 知知 识 的的 一一 组 变 量量 或或 数数 组Q=qQ=q1 1,q,q2 2,q,qn n t t操操 作作 是是 用用 来来 表表 示示 引引 起起 状状 态 变 化化 的的 过 程程 型型 知知 识 的的 一一 组 关关 系系 或或

5、函函 数数F:f1,f2,fmF:f1,f2,fm状状态空空间(State (State Space)Space)是是利利用用状状态变量量和和操操作作符符号号，表表示示系系统或或问题的的有有关知关知识的符号体系，状的符号体系，状态空空间是一个四元是一个四元组（S S，O O，S S0 0，G G）：）：SS状状态集合集合;O;O操作算子集合操作算子集合;S;S0 0初始状初始状态,S,S0 0 S;GS;G目的状目的状态,G,G S,S,(G(G可若干具体状可若干具体状态，也可，也可满足某些性足某些性质的路径信息描述的路径信息描述) )从从从从S S S S0 0 0 0结结点到点到点到点到G

6、 G G G结结点的路径被称点的路径被称点的路径被称点的路径被称为为求解路径求解路径求解路径求解路径。状状态空空间一一解解是是一一有有限限操操作作算算子子序序列列，它它使使初初始始状状态转换为目目标状状态： O O1 1 O O2 2 O O3 3 O Ok k S S0 0S S1 1S S2 2G G其中其中O O1 1，O Ok k即即为状状态空空间的一个解的一个解( (解往往不是唯一的解往往不是唯一的) ) 7/23/20246第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 23 3 状状态空空间表达表达 【例【例2 22 2】八数】八数码问题的状的状态空空间在在一一3333方方格格盘，放放1

7、 1到到8 8八八个个数数码，另另一一格格为空空。空空格格四周上下左右数四周上下左右数码可移到空格。一布局：可移到空格。一布局： 2 3 1 2 3 1 5 8 5 8 4 6 7 4 6 7八八数数码任任何何一一种种摆法法就就是是一一个个状状态，所所有有的的摆法法为状状态集集S S，构成了一个状构成了一个状态空空间，其大小，其大小为9 9！相相应操操作作算算子子是是数数码移移动，其其操操作作算算子子共共有有4 4（方方向向）88（数（数码）=32=32个。可个。可简化化为4 4个：个：UpUp，LeftLeft，DownDown，RightRight7/23/20247状态图这种描述问题的有

8、向图被称为状态空间图，简称状态图；许多智力问题都可以归结为在某一状态中寻找目标或路径的问题。7/23/20248X1X2X3XX0X4X7X6X5例例 3.8 3.8八数码难题的状态图表示。 我们将棋局 用向量 A(X0, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8)表示,Xi为变量,Xi的值就是方格Xi内的数字。于是,向量A就是该问题的状态空间表达式。 7/23/20249 设初始状态和目标状态分别为 So(0, 2, 8, 3, 4, 5, 6, 7, 1) Sg(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) 易见,数码的移动规则就是该问题的状态变换规则,即操作。

9、经分析, 该问题共有24条移码规则, 可分为9组。 7/23/2024100组规则: 1组规则: 7/23/2024112组规则:8组规则: 于是, 八数码问题的状态空间（状态图）可表示为 (So, r1, r2, , r24, Sg) 7/23/202412 当然,上述24条规则也可以简化为4条: 即空格上移（UP）、 下移（DOWN）、左移（LEFT）、右移（RIGHT）。不过,这时状态(即棋局)就需要用矩阵来表示。 可以看出,这个状态图中仅给出了初始节点和目标节点, 并未给出其余节点。而其余节点需用状态转换规则来产生。 类似于这样表示的状态图称为隐式状态图, 或者说状态图的隐式表示。 7

10、/23/202413状状态空空 间表表 示示例例2 2 走迷宫是人们熟悉的一种游戏, 如图31就是一个迷宫。如果我们把该迷宫的每一个格子以及入口和出口都作为节点, 把通道作为边, 则该迷宫可以由一个有向图表示(如图3-2所示)。 那么, 走迷宫其实就是从该有向图的初始节点(入口)出发, 寻找目标节点(出口)的问题, 或者是寻找通向目标节点(出口)的路径的问题。 7/23/202414图 3-1 迷宫图 7/23/202415图 3-2 迷宫的有向图表示 7/23/202416第二章第二章 知知识表达技表达技术 （二）（二） 与与/ /或或图表达法表达法 超超图 树图 与与/ /或或树基于人基于

11、人们在求解在求解问题时的两种思的两种思维方法：方法：分解：将复分解：将复杂大大问题分解分解为一一组简单小小问题若若所所有有子子问题都都解解决决了了，则总问题也也解解决决了了，这是是“与与”的的逻辑关系关系“与与”树变换：将：将较难问题变换为较易等价易等价/ /等效等效问题若若一一难问题可可以以等等价价变换为几几个个容容易易问题，则任任何何一一个个容容易易问题解解决决了了，也也就就解解决决了了原原有有难问题，这是是“或或”的的逻辑关系关系“或或”树兼用兼用兼用兼用“分解分解分解分解”和和和和“变换变换”方法方法方法方法“与与与与/ / / /或或或或”树树 7/23/202417与与或或图搜搜索

12、索与或与或图我们仍用例子引入与或图的概念。 例例 如图所示,设有四边形ABCD和ABCD, 要求证明它们全等。分析：分别连接B、D和B、D, 则原问题可分解为两个子问题： Q1：证明ABDABD Q2：证明BCDBCD 7/23/202418图3-12 四边形ABCD和ABCD7/23/202419于是, 原问题的解决可归结为这两个子问题的解决。 换句话说,原问题被解决当且仅当这两个子问题都被解决。 进一步,问题Q1还可再被分解为 Q11：证明ABAB Q12：证明ADAD Q13：证明AA或 Q11： 证明ABAB Q12： 证明ADAD Q13： 证明 BDBD 7/23/202420问题

13、Q2还可再被分解为 Q21：证明 BCBC Q22：证明 CDCD Q23：证明 CC或 Q21：证明 BCBC Q22：证明 CDCD Q23：证明 BDBD 7/23/202421现在考虑原问题与这两组子问题的关系, 我们便得到图3-13。图中的弧线表示所连边为“与”关系,不带弧线的边为或关系。这个图中既有与关系又有或关系,因此被称为与或图。但这个与或图是一种特殊的与或图, 称为与或树。 7/23/202422图 3-13 问题的分解与变换 7/23/202423第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 24 4 状状态图、与、与/ /或或图表达法表达法 【例【例【例【例2 2 2 23 3

14、 3 3】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉问题问题（两种方法都（两种方法都（两种方法都（两种方法都试试试试）设机器人“猴子”位于a处，目的物“香蕉”挂在c处上方，猴子想吃香蕉，但高度不够，拿不着。在b处有可移动的台子，若猴子站在台子上，就可以拿到香蕉。问题是制定机器人的行动计划，使猴子能拿到香蕉。 香蕉香蕉香蕉香蕉 a a a a猴子猴子猴子猴子 c c c c b b b b台子台子台子台子7/23/202424第二章第二章 知知识表达技表达技术 1.1.状状态空空间法法 【例【例【例【例2 2 2 23 3 3 3】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉问题问题状态空

15、间法:四元数组描述：S=(w,x,y,z)其中： w：猴子所处水平位置 x：台子所在水平位置 y：猴子是否在台子上（y=1:在;y=0:不在）z：猴子是否能拿到香蕉（z=1:拿到;z=0:没拿到）可能出现的状态如下：S0=(a,b,0,0)S1=(b,b,0,0)S2=(c,c,0,0)S3=(c,c,1,0)S4=(c,c,1,1)其中S0为初始状态，S4为目标状态7/23/202425第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 24 4 与与/ /或或图表达法表达法 【例【例【例【例2 2 2 23 3 3 3】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉问题问题允许的操作集为：F=f1,f

16、2,f3,f4其中： f1(u)为猴子走到u处 (w,x,0,z)(u,x,0,z) f2(v)为猴子推台子到v处 (x,x,0,0)(v,v,0,0) f3为猴子爬上台子 (x,x,0,z)(x,x,1,z) f4为猴子拿到香蕉 (c,c,1,0)(c,c,1,1) 7/23/202426第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 24 4 与与/ /或或图表达法表达法 【例【例【例【例2 2 2 23 3 3 3】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉问题问题允许的操作集为：F=f1,f2,f3,f4比较目标状态（S4）与初始状态（S0）的差异，来选择主操作。由于S0与S4中的四个状态

17、量都有差异，相应的操作为f1,f2,f3和f4，都可选为主操作。因此，可将原问题变换为四个新问题，而新问题又可分为几个子问题及子子问题。这一过程与/或树图 7/23/202427第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 24 4 与与/ /或或图表达法表达法 【例【例【例【例2 2 2 23 3 3 3】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉】猴子和香蕉问题问题与/或树图 7/23/202428第二章第二章 知知识表达技表达技术 习题练习 （一）（一） 例例 2.1 梵塔问题（状态空间法）。设有三根宝石杆,在1号杆上穿有A、B两个金盘, A小于B，并且 A位于B的上面。要求：把这两个金盘全部移到另一

18、根杆上,而且规定每次只能移动一个盘子,任何时刻都不能使B位于A的上面（小盘永远在大盘上面）。7/23/202429 图 2.1 二阶梵塔的全部状态 7/23/202430第二章第二章 知知识表达技表达技术 习题练习 （一）（一） 例例 2.1 梵塔问题（状态空间法）。设用二元组(SA,SB)表示问题的状态, SA表示小盘A所在的杆号, SB表示大盘B所在的杆号, 这样, 全部可能的状态有9种, 可表示如下： s0(1, 1), s1(1, 2), s2(1, 3)s3(2, 1), s4(2, 2), s5(2, 3)S6(3, 1), S7(3, 2), S8(3, 3) 7/23/2024

19、31这里的操作算子就是盘子的搬动规则，分别用A(i,j)及B(i,j)表示：A(i,j)表示把A盘（小盘）从第i号杆移到第j号杆上;B(i,j)表示把B盘（大盘）从第i号杆移到第j号杆上。经分析，共有12个操作，它们分别是：A(1,2),A(1,3),A(2,1),A(2,3),A(3,1),A(3,2)B(1,2),B(1,3),B(2,1),B(2,3),B(3,1),B(3,2)7/23/202432这样由题意,问题的初始状态为(1, 1),目标状态为(3, 3), 则二阶梵塔问题可用状态图表示为 (1, 1), A(1, 2), , B(3, 2), (3, 3) 从初始节点到目标节点

20、的任何一跳通路都是一个解，其中的最短路径长度是3，它有三个算子组成：A（1，3）、B（1，2）、A（3，2）。 7/23/202433由本题可以得出结论（1）首先必须定义状态的描述形式，通过使用这种描述形式可把问题的全部状态都表示出来。（2）其次还要有一组算子，通过使用算子可把问题的一种状态转换为另一种状态。（3）状态图就是通过一组算子将问题的初始状态转换为目标状态。7/23/202434作 业（一）-传教士与野人三个传教士和三个野人来到一条河边。河边只有一只每次最多可供两个人过河的小船。传教士如何用这只小船才能使河的两边的野人数目绝不会超过传教士数目的状态。指定状态描述格式、开始状态和目标状

21、态，并画出状态图（只要画出“合法”的状态，即河两边的野人数目没有超过传教士的数目）7/23/202435第二章第二章 知知识表达技表达技术 三、三、 产生式系生式系统 产产生式系生式系生式系生式系统统(production system)(production system)(production system)(production system)描述若干个不同的以一个基本概念为基础的系统。这个基本概念就是产生式规则（或产生式条件）和操作对的概念 。论论域知域知域知域知识识分分分分为为两部分：两部分：两部分：两部分：1.事实表示静态知识，如事物、事件和它们之间的关系2.产生式规则表示推理过程

22、和行为，如动作，算子，变换等这这类类系系系系统统的的的的知知知知识识库库主主主主要要要要用用用用于于于于存存存存储储规规则则，因因因因此此此此又又又又把把把把此此此此类类系系系系统统称称称称为为基于基于基于基于规则规则的系的系的系的系统统(rule-based system)(rule-based system)(rule-based system)(rule-based system) 7/23/202436第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 产产生式系生式系生式系生式系统统的基本的基本的基本的基本结结构构构构一个产生式系统包含事实库、规则集和规则解释（控制器

23、）三部分 7/23/202437第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 事事实库当前已知的知识信息数据，包括推理过程中形成的中间结论知识，换句话说，它用于存储有关问题的状态、性质等事实的叙述型知识，也称为综合数据库或工作存储器。数据是广义的7/23/202438第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 规规则则集集集集库库存储有关问题的状态转移、性质变化等规则的过程型知识，或称“规则库”产生式规则的一般形式可以表述为：P1,P2,PmC1,C2,Cn每条产生式规则分为左部和右部两个部分，左部表示激活该产生式规则的前提条件/规则前件，右部表示

24、调用该产生式规则后所做的行为部分/规则后件/结论。可简述成“条件-动作”对的形式。7/23/202439第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 产生式规则的形式与传统程序设计语言中条件语句非常相似，但实际上两者之间存在根本的区区别（具体（具体见书上解上解释）7/23/202440第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 规则解解释（控控制制器器）根据有关问题的控制型知识，选择控制策略，将规则与事实进行匹配，控制并利用知识进行推理并求解问题 通常从选择规则到执行操作分3步：匹配、冲突消解和操作由匹配器负责判断规则条件是否成立，冲突消解器负责选

25、择可调用的规则，解释器负责执行规则的动作，并在满足结束条件时终止产生式系统的运行。7/23/202441第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 1.1.1.1.匹匹匹匹配配配配当前事实库内容与规则条件部分匹配。如果两者完全匹配，则把这条规则称为触发规则。当按规则的操作部分去执行时，称这条规则为启用规则。2. 被触发的规则不一定总是启用规则，因为可能同时有几条规则的条件部分被满足，需解决冲突步骤中来解决。在复杂的情况下，在事实库和规则的条件部分之间可能要进行近似匹配2. 2. 2. 2. 冲冲冲冲突突突突解解解解决决决决当有一条以上规则的条件部分和当前事实库相匹配时，

26、就需要决定首先使用哪一条规则，这称为冲突解决3. 3. 3. 3. 操操操操作作作作执行规则的操作部分，经操作以后，当前事实库将被修改。然后，其它的规则有可能被使用，即进入下一循环 7/23/202442第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 如：设有以下两条美式足球的规则： 规则R1 规则 R2 IFIF fourth dawn IFIF fourth dawn short yardage short yardage THENTHEN punt within 30 yards(from the goal line) THENTHEN field goalR1规则：

27、如进攻方在前三次进攻中前进的距离少于10码(short yardage)，那么在第四次进攻时(fourth dawn)，可以踢悬空球(punt)R2规则：如进攻方在前三次进攻中前进的距离少于10码，而进攻的位置又在离对方球门线30码距离之内，那么就可以射门(field goal)如果当前事实库包含事实“fourth dawn”和“short yardage”以及“within 30 yards”？ -则上述两条规则都被触发，这就需要用“冲突解决”来解决首先使用哪一条规则的问题。7/23/202443第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 常常常常见见的冲突解决方案：

28、的冲突解决方案：的冲突解决方案：的冲突解决方案：专专一一一一性性性性排排排排序序序序如某一规则条件部分规定的情况，比另一规则条件部分规定的情况更有针对性，则这条规则有较高的优先级规规则则排排排排序序序序如规则编排的顺序就表示了启用的优先级，则称之为规则排序数数数数据据据据排排排排序序序序把规则条件部分的所有条件按优先级次序编排起来，运行时首先使用在条件部分包含较高优先级数据的规则。规规模模模模排排排排序序序序按规则的条件部分的规模排列优先级，优先使用被满足的条件较多的规则就就就就近近近近排排排排序序序序把最近使用的规则放在最优先的位置。这和人类的行为有相似之处上上上上下下下下文文文文限限限限制

29、制制制把产生式规则按它们所描述的上下文分组，也就是说按上下文对规则分组。在某种上下文条件下，只能从与其相对应的那组规则中选择可应用的规则 7/23/202444第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 【例【例【例【例2 2 2 24 4 4 4】动动物物物物识别识别系系系系统统规则I1到I4这一组规则可用于把哺乳哺乳哺乳哺乳动动物物物物和鸟类动鸟类动物物物物区分开：规则I1I1 如果如果 该动物有毛发，那么那么 它是哺乳动物规则I2I2 如果如果 该动物能产乳，那么那么 它是哺乳动物规则I3I3 如果如果 该动物有羽毛，那么那么 它是鸟类动物规则I4 I4 如果如果

30、 该动物能飞行，它能生蛋，那么那么 它是鸟类动物规则I5到I8把哺乳动物又进一步分为更细的类食肉食肉食肉食肉动动物物物物和有蹄有蹄有蹄有蹄动动物物物物：规则I5 I5 如果如果 该动物是哺乳动物，它吃肉，那么那么 它是食肉动物规则I6 I6 如果如果 该动物是哺乳动物，它长有爪子，它长有利齿，它眼睛前视，那么那么 它是食肉动物规则I7 I7 如果如果 该动物是哺乳动物，它长有蹄，那么那么 它是有蹄动物规则I8 I8 如果如果 该动物是哺乳动物，它反刍，那么那么 它是有蹄动物，并且是偶蹄动物7/23/202445第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 【例【例【例【例

31、2 2 2 24 4 4 4】动动物物物物识别识别系系系系统统以下两个规则对食肉食肉食肉食肉动动物物物物进行细分：规则规则I9 I9 I9 I9 如果如果如果如果 该动物是食肉动物，它的颜色是黄褐色，它有深色的斑点 那么那么那么那么 它是猎豹规则规则I10 I10 I10 I10 如果如果如果如果 该动物是食肉动物，它的颜色是黄褐色，它有黑色条纹 那么那么那么那么 它是老虎 以下两个规则对有蹄有蹄有蹄有蹄动动物物物物进行细分：规则规则I11 I11 I11 I11 如果如果如果如果 该动物是有蹄动物，它有长腿，它有长颈，它的颜色是黄褐色，它有深色的斑点，那么那么那么那么 它是长颈鹿规规则则I1

32、2 I12 I12 I12 如如如如果果果果 该动物是有蹄动物，它的颜色是白的，它有黑色条纹， 那么那么那么那么 它是斑马 7/23/202446第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 【例【例【例【例2 2 2 24 4 4 4】动动物物物物识别识别系系系系统统 以下对鸟类鸟类进行分类的规则：规则规则I13 I13 I13 I13 如果如果如果如果 该动物是鸟类，它不会飞，它有长腿，它有长颈，它的颜色是黑、白色相杂，那么那么那么那么 它是鸵鸟（规则I13的IF部分的条件“它有长腿”和“它有长颈”，也出现在规则I11的IF部分。I11是有蹄动物的，而I13是鸟的分类

33、，无混淆）规则规则I14 I14 I14 I14 如果如果如果如果 该动物是鸟类，它不能飞行，它能游水，它的颜色是黑色和白色，那么那么那么那么 它是企鹅规则规则I15 I15 I15 I15 如果如果如果如果 该动物是鸟类，它善于飞行，那么那么那么那么 它是海燕 7/23/202447第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 【例【例【例【例2 2 2 24 4 4 4】动动物物物物识别识别系系系系统统识别长颈识别长颈鹿的鹿的鹿的鹿的过过程程程程开始，观察到：（动动物的物的物的物的颜颜色是黄褐色色是黄褐色色是黄褐色色是黄褐色, , , ,深色斑点）深色斑点）深色斑点）

34、深色斑点） 规则I11还是规则I9？再看到该动物给它的幼兽喂奶，并能反刍，于是事实库内容增为：（动动物的物的物的物的颜颜色是黄褐色色是黄褐色色是黄褐色色是黄褐色, , , ,深色斑点深色斑点深色斑点深色斑点, , , ,能能能能产产乳乳乳乳, , , ,反反反反刍刍）现用规则集与事实库进行匹配，I2首先可用，并更新事实库为：（哺乳（哺乳（哺乳（哺乳动动物物物物, , , ,黄褐色黄褐色黄褐色黄褐色, , , ,深色斑点深色斑点深色斑点深色斑点, , , ,能能能能产产乳乳乳乳, , , ,反反反反刍刍）进而I8又能用，更新事实库为：（有蹄（有蹄（有蹄（有蹄动动物物物物, , , ,偶蹄偶蹄偶蹄

35、偶蹄动动物物物物, , , ,哺乳哺乳哺乳哺乳动动物物物物, , , ,黄褐色黄褐色黄褐色黄褐色, , , ,深色斑点深色斑点深色斑点深色斑点, , , ,能能能能产产乳乳乳乳, , , ,反反反反刍刍）还无法识别，而事实库也不能和其它规则的前提相匹配，需再观察，进一步发现该动物腿和颈都很长，即得到事实库：（动动物有物有物有物有长长腿腿腿腿, , , ,有有有有长颈长颈, , , ,有蹄有蹄有蹄有蹄动动物物物物, , , ,偶蹄偶蹄偶蹄偶蹄动动物物物物, , , ,哺乳哺乳哺乳哺乳动动物物物物, , , ,黄褐色黄褐色黄褐色黄褐色, , , ,深色斑点深色斑点深色斑点深色斑点, , , ,能能

36、能能产产乳乳乳乳, , , ,反反反反刍刍）规则I11可使用，推理出该动物为长颈长颈鹿鹿鹿鹿问题的求解过程可终止7/23/202448第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 25 5 产生式系生式系统 产产生式系生式系生式系生式系统统的的的的问题问题求解求解求解求解过过程的步程的步程的步程的步骤骤： 事事事事实库实库初始化初始化初始化初始化 若若若若存存存存在在在在未未未未用用用用规规则则前前前前提提提提能能能能与与与与事事事事实实库库相相相相匹匹匹匹配配配配则则转转，否否否否则转则转 使用使用使用使用规则规则，更新事，更新事，更新事，更新事实库实库，并，并，并，并标记标记所用所用所用所用规则

37、规则 事事事事实实库库是是是是否否否否包包包包含含含含解解解解。若若若若是是是是，则则终终止止止止求求求求解解解解过过程程程程，否否否否则转则转 要要要要求求求求更更更更多多多多的的的的关关关关于于于于问问题题的的的的信信信信息息息息，若若若若不不不不能能能能提提提提供供供供所所所所要要要要信信信信息，息，息，息，则则求解失求解失求解失求解失败败，否，否，否，否则则更新事更新事更新事更新事实库实库并并并并转转 7/23/202449 图 6-2 推理机的一次推理过程 7/23/202450一个实际的产生式系统, 其目标条件一般不会只经一步推理就可满足, 往往要经过多步推理才能满足或者证明问题无

38、解。 所以, 产生式系统的运行过程,就是推理机不断运用规则库中的规则, 作用于动态数据库, 不断进行推理并不断检测目标条件是否满足的过程。当推理到某一步, 目标条件被满足, 则推理成功, 于是系统运行结束；或者再无规则可用, 但目标条件仍未满足, 则推理失败, 当然系统也运行结束。 7/23/202451控制策略与常用算法控制策略与常用算法 产生式系统的推理可分为正向推理和反向推理两种基本方式。简单来讲, 正向推理就是从初始事实数据出发, 正向使用规则进行推理(即用规则前提与动态数据库中的事实匹配, 或用动态数据库中的数据测试规则的前提条件, 然后产生结论或执行动作),朝目标方向前进；反向推理

39、就是从目标出发, 反向使用规则进行推理(即用规则结论与目标匹配, 又产生新的目标, 然后对新目标再作同样的处理),朝初始事实或数据方向前进。下面我们给出产生式系统正向推理和反向推理的例子： 7/23/202452例例动物分类问题的产生式系统描述及其求解。 设由下列动物识别规则组成一个规则库, 推理机采用上述正向推理算法, 建立一个产生式系统。该产生式系统就是一个小型动物分类知识库系统。 规则集： r1： 若某动物有奶, 则它是哺乳动物。 r2： 若某动物有毛发, 则它是哺乳动物。 r3： 若某动物有羽毛, 则它是鸟。 r4： 若某动物会飞且生蛋, 则它是鸟。 7/23/202453r5： 若某

40、动物是哺乳动物且有爪且有犬齿且目盯前方, 则它是食肉动物。 r6： 若某动物是哺乳动物且吃肉, 则它是食肉动物。 r7： 若某动物是哺乳动物且有蹄, 则它是有蹄动物。 r8： 若某动物是有蹄动物且反刍（chu）食物, 则它是偶蹄动物。 r9： 若某动物是食肉动物且黄褐色且有黑色条纹, 则它是老虎。 r10： 若某动物是食肉动物且黄褐色且有黑色斑点, 则它是金钱豹。 7/23/202454r11： 若某动物是有蹄动物且长腿且长脖子且黄褐色且有暗斑点, 则它是长颈鹿。 r12：若某动物是有蹄动物且白色且有黑色条纹, 则它是斑马。 r13： 若某动物是鸟且不会飞且长腿且长脖子且黑白色, 则它是驼鸟。

41、 r14： 若某动物是鸟且不会飞且会游泳且黑白色, 则它是企鹅。 r15： 若某动物是鸟且善飞且不怕风浪, 则它是海燕。 7/23/202455图 6-4 规则集形成的部分推理网络 7/23/202456再给出初始事实： f1：某动物有毛发。f2：吃肉。f3：黄褐色。f4： 有黑色条纹。 目标条件为： 该动物是什么？易见, 该系统的运行结果为： 该动物是老虎。其推理树如图 6-5所示。 7/23/202457图 6-5 关于“老虎”的正向推理树 7/23/202458作业（二）-针对猴子摘香蕉问题，请给出产生式系统描述。定义一个五元组：（M，B，Box，On，H）M猴子的位置； On=0猴子在

42、地板上B香蕉的位置； On=1猴子在箱子上Box箱子的位置；H=0猴子没有抓到香蕉 H=1猴子抓到香蕉7/23/202459作业（二）-请补充下列的规则集规则集：R1：IF（x，y，z，0，0） THEN（w，y，z，0，0）-代表猴子从x处走到w处R2：R3：R4：7/23/202460第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 26 6 知知识的的逻辑表达方法表达方法 逻辑的描述的描述是人是人们思思维活活动规律的反映和抽象律的反映和抽象表达人表达人类思思维和推理的最精确和最成功的方法和推理的最精确和最成功的方法通通过计算机可作精确算机可作精确处理理与自然与自然语言又非常接近言又非常接近7/23

43、/202461数理数理逻辑（符号（符号逻辑）是用数学方法研究形式）是用数学方法研究形式逻辑的一个分支。的一个分支。它它通通过符号系符号系统来表达客来表达客观对象象以及相关的以及相关的逻辑推理。常用的是推理。常用的是命命题逻辑和和谓词逻辑7/23/2024621命命题逻辑的的简述述 命命题 是能是能够判断真或假的判断真或假的陈述句述句通常用大写字母来表示，如通常用大写字母来表示，如A,B,P,Q等等命命题的真假的真假值一般用一般用 T或或 F来表示来表示 7/23/202463例例：雪是白的。（雪是白的。（陈述句，述句，T）雪是雪是红的。（的。（陈述句，述句，F）雪是黑的。（雪是黑的。（陈述句，

44、述句，F）他是工人。（他是工人。（陈述句，他泛指，无法判断真假）述句，他泛指，无法判断真假）你今天上你今天上课没有？（疑没有？（疑问句）句）请坐公共汽坐公共汽车！（祈使句）！（祈使句）7/23/202464命命题逻辑是研究命是研究命题及命及命题之之间关系的符号关系的符号逻辑系系统。在命在命题逻辑中，表示中，表示单一意一意义的命的命题，称之，称之为原子命原子命题。（灯关着， 天在下雨 ）原子命原子命题通通过“联结词”构成构成复合命复合命题。PQ：如果天在下雨，则天不晴7/23/202465五个五个联结词： “” ” 或或 “ “”表示表示 “ “非非”复合命复合命题 P为真，当且真，当且仅当当P

45、为假。假。 “” “” 表示表示 “ “合取合取”复合命复合命题“PQ”为真，当且真，当且仅当当P和和Q都都为真。真。7/23/202466“” ” 表示表示 “ “蕴含含”复合命复合命题“PQ”为假，当且假，当且仅当当P为真且真且Q为假。假。 “” “” 表示表示 “ “析取析取”复合命复合命题“PQ”为真，当且真，当且仅当当P、Q两者之两者之一一为真。真。 7/23/202467“” ” 表示表示 “ “等价等价”复合命复合命题“PQ”为真，当且真，当且仅当当P、Q同同时为真、真、或者同或者同时为假。假。 联接接词的的优先先顺序序：非：非、合取、合取、析取、析取、蕴含含、等价、等价注注：可

46、以用括号表示：可以用括号表示优先先级7/23/202468命命题变元元：用符号：用符号P、Q等表示的不具有固定、具等表示的不具有固定、具体含体含义的命的命题。它可以表示具有。它可以表示具有“真真”、“假假”含含义的各种命的各种命题。命命题变元可以利用元可以利用联结词构成所构成所谓的的合适公式合适公式。 7/23/202469合适公式的定合适公式的定义若若P为原原子子命命题，则P为合合适适公公式式，称称为原原子子公公式。式。若若P是合适公式，是合适公式，则P也是一个合适公式。也是一个合适公式。7/23/202470若若P和和Q是是合合适适公公式式，则PQ、PQ、PQ、PQ都是合适公式。都是合适公

47、式。经过有有限限次次使使用用规则1、2、3，得得到到的的由由原原子子公公式式、联结词和和园园括括号号所所组成成的的符符号号串串，也也是是合合适适公公式。式。7/23/202471对于合适公式，于合适公式，规定下列运算定下列运算优先先级：逻辑联结词的运算的运算优先次序先次序为：、 同同级联结词按出按出现顺序序优先运算先运算7/23/202472在命在命题逻辑中，主要研究推理的有效性。中，主要研究推理的有效性。即：能否根据一些合适公式（前提）推即：能否根据一些合适公式（前提）推导出新的出新的合适公式（合适公式（结论）。）。一些合适公式一些合适公式（前提条件）（前提条件）合适公式合适公式（结论）？7

48、/23/202473在在命命题逻辑中中，最最基基本本的的单元元是是命命题，它它是是作作为一个不可分割的整体。一个不可分割的整体。例如：例如：雪是黑的雪是黑的命命题逻辑具具有有较大大的的局局限限性性，不不合合适适于于表表达达比比较复复杂的的问题。7/23/202474例例：所有科学都是有用的（假所有科学都是有用的（假设1）。）。数理数理逻辑是科学（假是科学（假设2）。）。所以，数理所以，数理逻辑是有用的（是有用的（结论）。）。很明很明显，我，我们无法用无法用两个假两个假设推断出推断出结论。7/23/202475谓词逻辑是命是命题逻辑的的扩充和充和发展。展。它将一个原子命它将一个原子命题分解成客体

49、和分解成客体和谓词两个两个组成成部分。部分。例如：例如： 雪雪 是黑的是黑的 客体客体 谓词本本课程首先介程首先介绍一一阶谓词逻辑。7/23/2024762谓词语法与法与语义谓词逻辑的基本的基本组成部分成部分谓词变量量函数函数常量常量园括号园括号、方括号、花括号和逗号、方括号、花括号和逗号7/23/202477例例“机机器器人人（Robot）在在第第一一个个房房间（Room1）内内”，可以表示，可以表示为：INROOM（ROBOT，R1）其中其中INROOM是是谓词ROBOT和和R1是常量是常量7/23/202478谓词是指个体（客体）所具有的性是指个体（客体）所具有的性质或者若干个体或者若干

50、个体之之间的关系。用大写字母来表示。的关系。用大写字母来表示。个体个体是可以具体的（如，小是可以具体的（如，小张、3、5）也可以是抽）也可以是抽象的（如，象的（如，x,y）。）。7/23/202479例例：小小明明是是学学生生，A表表示示是是“是是学学生生”，x表表示示“小小明明”，记作作A(x)。-性性质x大大于于y，G表表示示“大大于于”，记作作G（x,y）。-关关系系7/23/202480客体客体变元元：定：定义在某一个客体域（在某一个客体域（由个体由个体组成的集成的集合合）上的）上的变量（抽象的）。用量（抽象的）。用x,y,z来表示。来表示。函数函数：以个体：以个体为变量，以个体量，以

51、个体为值的函数。一般的函数。一般用小写字母来表示，例如用小写字母来表示，例如f(x),f(x,a)。7/23/202481如如果果谓词有有n个个客客体体变元元，称称之之为n元元谓词，并并约定定0元元谓词就是命就是命题（谓词的特例）。的特例）。可可以以用用客客体体域域中中任任一一个个客客体体取取代代命命题函函数数中中的的客客体体变元，从而元，从而给相相应的的谓词公式公式赋予真、假予真、假值。7/23/202482谓词公式公式的定的定义：原原子子谓词公公式式由由原原子子命命题组成成，如如：Human（x）复复合合谓词公公式式由由原原子子谓词公公式式通通过联接接词构构成。成。7/23/202483(

52、2)、连词和量和量词联结词（连词）就是命就是命题逻辑中的五个，它中的五个，它们的的含含义也是一也是一样的。的。7/23/202484两个量两个量词：全全称称量量词，记作作“ x”,x”,含含义是是“对每每一一个个x x”或或“对一切一切x x”。存存在在量量词，记作作“ x x”，含含义是是“存存在在某某个个x x”、“有一个有一个x x”或者或者“某些某些x”x”。7/23/202485例例1：“所所有有的的机机器器人人都都是是灰灰色色的的”，用用谓词逻辑可以表示成：可以表示成：（ x）ROBOT(x)COLOR(x，gray)7/23/202486例例2：“一号房一号房间里有一个物体里有一

53、个物体”，可以表示成，可以表示成（ x）INROOM（x,r1）7/23/202487一一阶谓词：只只允允许对客客体体变元元施施加加量量词，不不允允许对谓词施加量施加量词。7/23/2024883谓词公式公式(1)、谓词公式的定公式的定义利用利用连词和量和量词可以将原子（可以将原子（谓词）公式）公式组成复成复合合谓词公式，称之公式，称之为谓词公式公式。7/23/202489例：任何整数或者例：任何整数或者为正或者正或者为负。数数学学表表达达：对于于所所有有的的x，如如果果x是是整整数数，则x或或者者为正、或者正、或者为负。记作作：I(x)：“x是整数是整数”。（原子。（原子谓词公式）公式）P(

54、x)：“x是正数是正数”。（同上）。（同上）N(x)：“x是是负数数”。（同上）（同上）谓词公式公式： （ x）（）（I(x)(P(x)N(x)）7/23/202490第二章第二章 知知识表达技表达技术 总结 谓词逻辑命题逻辑的扩充和发展 原子命题=客体+谓词谓词公式、原子公式、原子谓词公式、复合公式、复合谓词公式公式客体变元；客体域；n元谓词；x：全称量词；x：存在量词 一一阶谓词逻辑谓词逻辑中最直观的一种逻辑 所有所有罗马人或忠于或仇恨人或忠于或仇恨恺撒撒: :x Roman(x)loyalto(x,Caesar)hate(x,Caesar) 7/23/202491第二章第二章 知知识表达

55、技表达技术 2 26 6 知知识的的逻辑表达方法表达方法 谓词逻辑谓词逻辑表达法的特性表达法的特性表达法的特性表达法的特性优优点点点点严格性:保证其演绎推理结果的正确性正确性，较精确精确地表达知识通用性:拥有通用的逻辑演算的方法和推理的方法和推理的规则 三段论法等自然性:一种接近于自然接近于自然语言言的形式形式语言言。模块性:便于用计算机实现逻辑逻辑推理推理推理推理的机械化、自的机械化、自动化化缺点缺点缺点缺点效率低:抛弃语义信息，使推理过程冗冗长，效效率率低低，出现“组合爆炸”。灵活性差:不便于表达和加入启启发性知性知识及元知及元知识。7/23/202492第二章第二章 知知识表达技表达技术

56、 2 26 6 知知识的的逻辑表达方法表达方法 谓词逻辑谓词逻辑表达法的表达法的表达法的表达法的应应用用用用自自动问答答系系统Green的QA-3为一通用系统，推理采用归结法，控制采用启发式，无约束的归结是完备的 机机器器人人行行动规划划系系统Fikes等设计的STRIPS含两类过程：问题应答过程、规划和解决问题的过程。前者采用的是归结法，后者采用是手段-目标分析法 机机器器博博弈弈系系统Filman等设计的FOL系统是一证明系统。证明采用一阶谓词逻辑说明，演绎采用Prawitz的自然演绎系统，逻辑精确性，过程控制形式化 问题求求解解系系统Kowalski等设计的PS系统，直接用逻辑子句表示知

57、识，简易方便 7/23/202493作业（三）-用一阶谓词表示下面的句子1）我们都生活在一个黄色的房子里；2）所有选修人工智能的学生都喜欢玩游戏；3）并不是所有的学生都选修了历史和生物；4）有个理发师为城中所有不为自己理发的男人理发（选做）7/23/202494第二章第二章 知知识表达技表达技术 5 5、 语义网网络 1968 Quillian提出概念；1970 Simmon用于自然语言理解的研究概念概念语义语义网网网网络络是一种采用网络形式表示人类知识的方法形式上，一个语义网络为一个带标识的有向图内容组织上，4个相关部分组成 词法部分：决定表示词汇表中允许有哪些符号，它涉及各个结点和弧线 结

58、构部分：叙述符号排列的约束条件，指定各弧线连接的结点对 过程部分：说明访问过程，能用于建立和修正描述，以及回答相关问题 语义部分：确定与描述相关的（联想）意义的方法，即确定有关结点的排列及其占有物和对应弧线 7/23/202495图72苹果的语义网络7/23/202496语义网网络的概念的概念 语义网络是由节点和边（也称有向弧）组成的一种有向图。其中节点表示事物、对象、概念、行为、性质、状态等；有向边表示节点之间的某种联系或关系。例如图72就是一个语义网络。其中，边上的标记就是边的语义。7/23/202497第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 特性特性显式/简明表达实

59、体结构、属性与实体间因果关系利于以联想方式对系统的解释与概念相关的属性和联系被组织在一结点中易于被访问和学习更加直观，更易于理解（继承方式）符合人类思维习惯语义解释依赖于结构的推理过程（无结构约定）推理不很有效结点联系有线状/树状/网状/递归状知识存储/检索需较复杂的过程7/23/202498第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 语义网络表达法的优优点点点点自然性直接而明确地表达概念之间的语义关系，接近于人类的语义记忆方式联想性着重于表达语义关系知识，体现了联想思维过程，如通过正例、反例的比较，进行学习的过程效率较高可通过语义关系检索和推理，较快导出与问题有关的概念和事

60、实，不必历遍整个知识库语义网络表达法的缺点缺点缺点缺点不能象逻辑方法那样保证推理的严格性和有效性不便于表达判断性知识不便于表达深层知识，如与时间因素有关的动态知识 7/23/202499语义网网络的表达能力的表达能力 由语义网络的结构特点可以看出，语义网络不仅可以表示事物的属性、状态、行为等，而且更适合于表示事物之间的关系和联系。而表示一个事物的层次、状态、行为的语义网络，也可以看作是该事物与其属性、状态或行为的一种关系。如图73所示的语义网络，就表示了专家系统这个事物（的内涵），同时也可以看作是表示了专家系统与“智能系统”、“专家知识”、“专家思维”及“困难问题”这几个事物之间的关系或联系。

61、所以，抽象地说，语义网络可表示事物之间的关系。因此，关系（或联系）型的知识和能化为关系型的知识都可以用语义网络来表示。7/23/2024100图73 专家系统的语义网络 7/23/2024101第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表示表示表示表示 基本命题的语义网络表示（以个体个体为中心中心） 1）实例联系 ISA 实例关系表示类与其实例（个体）之间的关系。这是最常见的一种语义关系。例如，“小华是一个大学生”就可表示为图74。其中，关系“是一个”一般标识为“is-a”，或ISA。 小华大学生是一个7/23/2024102第二章第

62、二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表示表示表示表示 基本命题的语义网络表示（以个体个体为中心中心） 2）泛化联系 AKO(A Kind Of) 7/23/2024103图75 表示分类关系的语义网络 泛化联系是指事物间的类属关系7/23/2024104第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表示表示表示表示 基本命题的语义网络表示（以个体个体为中心中心） 3）聚集联系 part-of 桌子桌腿桌面Part-ofPart-of7/23/2024105第二章第二章 知知识表达技

63、表达技术 2 27 7 语义网网络 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表示表示表示表示 基本命题的语义网络表示（以个体个体为中心中心） 4)属性联系 7/23/2024106第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表示表示表示表示 基本命题的语义网络表示（以谓词或关系或关系为中心中心 ） 设有n元谓词或关系R(arg1,argn)R(arg1,argn),arg1取值为a1,argn取值为an,R的等价一组二元关系如下： arg1(R,a1)arg2(R,a2) argn(R,an)对应的语义网络：7/23/2024107第二

64、章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表示表示表示表示 连接词在语义网络中的表示方法合取合取合取合取give(John,Mary,“give(John,Mary,“战争争与与和和平平”)”) read(Mary,“read(Mary,“战争争与与和和平平”)”)对应的语义网络：7/23/2024108第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表示表示表示表示 连接词在语义网络中的表示方法析取析取析取析取 John is a programmer or Mary is a la

65、wyerJohn is a programmer or Mary is a lawyer 对应的语义网络：7/23/2024109第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表示表示表示表示 连接词在语义网络中的表示方法否定否定否定否定 ISA，AKO及part-of的有向弧 give(John,Mary,“give(John,Mary,“战争争与与和和平平”)”) read(Mary,“read(Mary,“战争争与与和和平平”)”) 对应的语义网络：7/23/2024110第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络

66、 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表示表示表示表示 连接词在语义网络中的表示方法蕴蕴含含含含一弧：命题前提条件ANTE，另一弧：规则结论CONSE 如果如果车库起火，那么用起火，那么用COCO2 2或沙来或沙来灭对应的语义网络：7/23/2024111第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表示表示表示表示 变元和量词在语义网络中的表示方法 存在量存在量存在量存在量词词 直接用ISA弧全称量全称量全称量全称量词词 分块方法 存在量词：The dog bit the postman The dog bit the postma

67、n 7/23/2024112第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表示表示表示表示 变元和量词在语义网络中的表示方法 存在量存在量存在量存在量词词 直接用ISA弧全称量全称量全称量全称量词词 分块方法 全称量词：Every dog has bitten a postman ( ( x)DOG(x)x)DOG(x)( ( y)POSTMAN(y)y)POSTMAN(y) BITE(x,y)BITE(x,y)7/23/2024113第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 27 7 语义网网络 语义语义网网网网络络的知的知的知的知识识表

68、示表示表示表示 变元和量词在语义网络中的表示方法 存在量存在量存在量存在量词词 直接用ISA弧全称量全称量全称量全称量词词 分块方法 全称量词：Every dog has bitten every postmanEvery dog has bitten every postman用用 弧与弧与结点点P P相相连 7/23/2024114基于基于语义网网络的推理的推理 基于语义网络的推理也是继承。继承也是通过匹配、搜索实现的。问题求解时，首先根据待求问题的要求构造一个网络片断，然后在知识库中查找可与之匹配的语义网络，当网络片断中的询问部分与知识库中的某网络结构匹配时，则与询问处匹配的事实，就是问

69、题的解。7/23/2024115基于基于语义网网络的推理的推理我们要通过图7-1所示的语义网络(假设它已存入知识库), 查询富士苹果有什么特点。那么, 我们可先构造如图7-15所示的一个网络片段。然后, 使其与知识库中的语义网络进行匹配。 匹配后X的值应为“脆甜”。当然, 这是一个简单问题。7/23/2024116图715 语义网络片段 苹果x富士 特点AKO7/23/2024117基于基于语义网网络的推理的推理如果问题复杂, 也可能不能通过直接匹配得到结果, 那么还需要沿着有关边进行搜索, 通过继承来获得结果。例如要问：吃富士苹果对人的健康有何意义？ 那么, 通过上述网络片断不能直接获得答案

70、, 这时, 就需沿着边“AKO”一直搜索到节点“水果”, 由水果的“富营养”性, 通过特性继承便得到富士苹果也富营养。 7/23/2024118第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 28 8 框架表达法框架表达法 一个通用的数据结构的形式存储以往的经验数据数据数据数据结结构构构构 框架框架框架框架框架框架框架框架 一个结构 一种组织结结构或构或构或构或组织组织新资料可用从经验中得到的概念来分析/解释框架表示法框架表示法框架表示法框架表示法 一结构化表示方法框架框架框架框架 语义网络的结点-槽-值表示结构框框框框架架架架一组语义网络的结点和槽，这组结点和槽可以描述格式固定的事物、行动和事件 语

71、义网络可看作结点和弧线的集合 7/23/2024119第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 28 8 框架表达法框架表达法 框架框架框架框架结结构构构构框架(Frame)是一种组织和表示知识的数据结构框架名 槽(Slot) 槽名 槽值/填充值 （任意数目）FRAME槽名槽名1：侧面名面名11：侧面面值11侧面名面名12：侧面面值12侧面名面名1m：侧面面值1m槽名槽名n：侧面名面名n1：侧面面值n1侧面名面名n2：侧面面值n2侧面名面名nm：侧面面值nm7/23/2024120第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 28 8 框架表达法框架表达法 各种属性的槽槽或侧面面缺省值（DEFAULT

72、）侧面用于说明该侧面的典型取值一鸟类框架，鸟是否会飞属性槽可填“会飞”缺省值附加过程侧面说明槽值的计算过程和填槽时要做的动作一组子程序槽或侧面的取值类型型数值型整型数（INTEGERS） 浮点数（FLOATS）地震框架中强度槽和财产损失槽的取值字符串（STRINGS）如地震框架中地点槽和断层槽取值约束类型可以通过上面给出的基本类型通过布尔运算构成 7/23/2024121框架的概念框架的概念 顾名思义，框架就是一种结构，一种模式，其一般形式是: | | 7/23/2024122 | 即一个框架一般有若干个槽，一个槽有一个槽值或者有若干个侧面，而一个侧面又有若干个侧面值。其中槽值和侧面值可以是数

73、值、字符串、布尔值，也可以是一个动作或过程，甚至还可以是另一个框架的名字。7/23/2024123例例7.1 下面是一个描述“教师”的框架：框架名:类属:工作:范围:(教学，科研) 缺省:教学性别:(男，女)学历:(中师，高师)类型:(，)7/23/2024124例例7.2 下面是一个描述“大学教师”的框架：框架名:类属:学历:(学士，硕士，博士)专业:职称:(助教，讲师，副教授，教授)外语:语种:范围:(英，法，日，俄，德，) 缺省:英水平:(优，良，中，差)缺省:良7/23/2024125例7.3 下面是描述一个具体教师的框架:框架名:类属:姓名:李明性别:男年龄:25职业:教师职称:助教

74、专业:计算机应用7/23/2024126 比较例7.2和例7.3中的框架，可以看出，前者描述的是一个概念，后者描述的则是一个具体的事物。二者的关系是，后者是前者的一个实例。因此，后者一般称为前者的实例框架。这就是说，这两个框架之间存在一种层次关系。一般称前者为父框架，后者为子框架。当然，“父”和“子”是相对而言的。例如“大学教师”虽然是“教师-1”的父框架，但它却是“教师”框架的子框架，而“教师”又是“知识分子”的子框架。7/23/2024127 框架之间的这种层次关系对减少信息冗余有重要的意义。凡是父框架所具有的属性，子框架也一定具有。于是，子框架就可以从父框架那里继承某些槽值或侧面值。除此

75、之外，由于一个框架的槽值还可以是另一个框架名，这就将框架横向联系起来了。而框架间的“父子”关系又是一种纵向关系，于是，某一领域的全体框架便构成了一个框架网络或框架系统。7/23/2024128基于框架的推理基于框架的推理 基于框架的推理方法是继承。所谓继承，就是子框架可以拥有其父框架的槽及其槽值。实现继承的操作有匹配、搜索和填槽。 7/23/2024129框架名: 教师-1姓名: 李明性别: 男年龄: 25职称: 助教专业: 计算机应用部门: 计算机系软件教研室外语水平： 框架名:类属:学历:(学士，硕士，博士)专业:职称:(助教，讲师，副教授，教授)外语:语种:范围:(英，法，日，俄，德，)

76、 缺省:英水平:(优，良，中，差) 缺省:良7/23/2024130第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 28 8 框架表达法框架表达法 框架框架框架框架间间的关系的关系的关系的关系类框架 实例框架类超类关系（AKO）包含关系实例类关系（ISA）属于关系主子调用关系（组成连接）指针框架系系系系统统 7/23/2024131第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 28 8 框架表达法框架表达法 【例【例【例【例2 2 2 29 9 9 9】框架】框架】框架】框架间间关系关系关系关系例：机器人纠纷问题设机器人罗宾与苏西在一起玩耍，淘气的苏西打了罗宾一下，其结果可以猜想，有两种可能性：一是：罗宾愤

77、怒，还击苏西一下；苏西也不示弱，二人摔打起来另是：罗宾没有还手，但感到委屈，哭了起来 7/23/2024132第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 28 8 框架表达法框架表达法 【例【例【例【例2 2 2 210101010】自然灾害新】自然灾害新】自然灾害新】自然灾害新闻报闻报道道道道“今天一次强度为里氏7级的地震袭击了X地区，造成250人死亡和5百万人民币的财产损失。有专家说：多年来，靠近Y断层的地方一直是一个危险的地区。”地震框架地震框架地震框架地震框架 地点：地点：地点：地点： X X X X 日期：日期：日期：日期： 今天今天今天今天 强强度：度：度：度： 7 7 7 7 死亡人

78、数：死亡人数：死亡人数：死亡人数： 250 250 250 250 财产损财产损失：失：失：失： 5 5 5 5百万人民百万人民百万人民百万人民币币 断断断断层层： Y Y Y Y框架系框架系框架系框架系统统 地震是一灾害事件，灾害事件还有洪水、飓风等7/23/2024133 还需指出的是，产生式规则也可用框架表示。例如，产生式 如果头痛且发烧，则患感冒。用框架表示可为： 框架名： 前提：条件1:头痛 条件2:发烧 结论:患感冒7/23/2024134第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 28 8 框架表达法框架表达法 框架系框架系框架系框架系统统与与与与产产生式系生式系生式系生式系统统的的

79、的的结结合合合合规则规则框架框架框架框架：外部形式槽用来记录用户给出本规则的原始形式分析方法槽用相应的方法将原始规则转换成某种内部形式，这种内部表示包含一组表达式转换的结果是向相应的条件槽、结论槽和动作槽填值条件槽结论槽动作槽另外，也可以向规则框架中填入描述信息，如规则之间的关系、规则的用途、要达到的目标等 7/23/2024135第二章第二章 知知识表达技表达技术 2 28 8 框架表达法框架表达法 框架系框架系框架系框架系统统特性：特性：特性：特性：继继承性承性承性承性 一个框架系统=一种树型结构树的每一个节点=一个框架结构 ISA AKO连接通用性通用性通用性通用性各种问题 扩扩充性充性

80、充性充性 某细节另一框架预测预测性性性性得到不直接信息判断推理判断推理判断推理判断推理认识认识某某某某类类事物事物事物事物修正性修正性修正性修正性 不完整完善描述 7/23/2024136第二章第二章 知知识表达技表达技术2 29 9 特征表表达法特征表表达法 特征表特征表特征表特征表是通过对象特征来表达知识的一种表格形式人工智能语言LISP特征表 属性和取值特点：特点：便于表达叙述性知识便于表达过程性知识或控制性知识便于检索不同问题，不同对象，兴趣特征不同属性项目不同不同观点，不同方法特征/属性不同（同一问题/对象）系统状态不同取值不同(同一属性)注注意意: :各种属性在不同地方重复出现，应

81、避免矛盾和不一致现象 7/23/2024137第二章第二章 知知识表达技表达技术2 29 9 特征表表达法特征表表达法 【例【例2 21313】机器人行】机器人行动规动规划划问题问题在一含有凹室(alcove)的房间里，有两张桌子A和B，一个机器人（robot）和一个箱子（box），如图28所示。为了让机器人从凹室出发，把桌子A上的箱子移到桌子B上，然后回到凹室，需要制定相应的行动规划 7/23/2024138第二章第二章 知知识表达技表达技术2 29 9 特征表表达法特征表表达法 【例【例2 21313】机器人行】机器人行动规动规划划问题问题（1 1）初始状）初始状态：对 象属 性取取取取

82、值值ROBOTLOCATION ALCOVEHOLDS EMPTYBOXSUPPORTED-BY AAIS-A TABLESUPPORTS BOXBIS-A TABLESUPPORTS EMPTY7/23/2024139第二章第二章 知知识表达技表达技术2 29 9 特征表表达法特征表表达法 【例【例2 21313】机器人行】机器人行动规动规划划问题问题（2 2）目）目标状状态： 对 象属 性取取取取 值值ROBOTLOCATION ALCOVEHOLDS EMPTYBOXSUPPORTED-BY BAIS-A TABLESUPPORTS EMPTYBIS-A TABLESUPPORTS BO

83、X7/23/2024140第二章第二章 知知识表达技表达技术2 29 9 特征表表达法特征表表达法 【例【例2 21313】机器人行】机器人行动规动规划划问题问题（3 3）中）中间状状态： 对 象属 性取取取取 值值ROBOTLOCATION B HOLDS BOXBOXSUPPORTED-BY ROBOTAIS-A TABLESUPPORTS EMPTYBIS-A TABLESUPPORTS EMPTY7/23/2024141第二章第二章 知知识表达技表达技术2 210 10 面向面向对象的表示象的表示 近年来，面向对象技术蓬勃兴起。在知识表示领域则出现了面向对象的知识表示方法。面向对象技术

84、中的核心概念是对象和类。对象可以泛指一切事物，类则是一类对象的抽象模型。反之，一个对象是其所属类的实例。通常，在面向对象的程序设计语言中，只给出类的定义，其对象由类生成。面面向向对象象方方法法学学 构造软件系统/知识系统能较自然地反映人们思考方式求解空间在结构上同问题空间取得一致7/23/2024142第二章第二章 知知识表达技表达技术2 210 10 面向面向对象的表示象的表示 1.1.1.1.对对象、消息和方法象、消息和方法象、消息和方法象、消息和方法 静静态特性+动态行为问题空间中对象 呆板呆板与被被动数据/数据结构传统程序语言 鸿沟沟 计算机求解空间与客观问题空间间对象不象不仅有状有状

85、态，而且有行，而且有行为各种资源和智能实体对象一对象的状态和对象具有的知识该对象的静态属性一对象所具有的知识处理方法和各种操作 该对象的智能行为 7/23/2024143第二章第二章 知知识表达技表达技术2 210 10 面向面向对象的表示象的表示 1.1.1.1.对对象、消息和方法象、消息和方法象、消息和方法象、消息和方法 形式定义：对象象:=:=标识符符IDID用以标识一个特定特定的对象数数据据结构构DSDS描述了对象当前的内内部部状状态或所具有的静静态属性属性，常用一组表示方方法法集集合合MSMS用以说明对象所具有的内内部部处理理方方法法/对受理的消息的操作操作过程程，它反映了对象自身的

86、智能行为消消息息接接口口MIMI对象接收外部信息和驱动有关内部方法的唯一对外接口外接口。这里的外部信息称为消息7/23/2024144第二章第二章 知知识表达技表达技术2 210 10 面向面向对象的表示象的表示 1.1.对象、消息和方法象、消息和方法 问题求求解解或或程程序序的的执行行 依靠对象间传递消息完成的消消息息流流 统一数据流和控制流，实现对象间联系的唯一途径消消息息模模式式 不仅定义了该对象所能受理的消息，而且还规定了该对象的固有处理能力 封封装装性性 7/23/2024145第二章第二章 知知识表达技表达技术2 210 10 面向面向对象的表示象的表示 2.2.2.2.类类、类层

87、类层次和次和次和次和继继承性承性承性承性 类类是具有相同外部特性和内部实现的一组对象的抽象 （有共同性质的一组对象归入一为类类的概念中）外部特性外部特性外部特性外部特性 描述消息模式及其相应的处理能力内内内内部部部部实实现现 描述内部状态的表现形式以及实现固有处理能力类描述了该类对象的共性共性共性共性经过类的抽象，一个对象除对象名以外，形式上只剩下体现该对象个性个性个性个性的内部状态所属类的一个实实例例例例 7/23/2024146类的定义中就说明了所辖对象的共同特征（属性、状态等）和行为。特征用变量表示，行为则是作用于这些特征和作用于对象的一组操作，如函数、过程等。这些操作一般称为方法。这样

88、，一个类将其对象所具有的共同特征和操作组织在一起，统一进行定义，以供全体对象共享。即当给类中的特征变量赋予一组值时，则这组值连同类中的方法，就构成了一个具体的对象。7/23/2024147第二章第二章 知知识表达技表达技术2 210 10 面向面向对象的表示象的表示 2.2.类、类层次和次和继承性承性 例例例例：设四边形为一个类，其外部特性由计算四边形面积的消息模式和计算四边形边长的消息模式组成，其内部实现包括四边形四个点的坐标数据格式，以及基于四点坐标数据和四边形面积的计算方法和四边形边长的计算方法现任意给出四点坐标的具体数据，显然，只要这些数据符合四边形类关于四点坐标的数据格式，以这样的四

89、点坐标数据为内部状态的对象都是四边形类的一个实例 7/23/2024148第二章第二章 知知识表达技表达技术2 210 10 面向面向对象的表示象的表示 2.2.类、类层次和次和继承性承性 类抽抽象象数据类型范畴 一个类的上层可有超类，下层可有子类，从而形成一种层次结构，称为类层次。超类和子类同样是类，它们可以建立各自的实例（如：有理数类上层有实数类，下层有整数类，实数类是有理数类的超类，整数类则是有理数类的子类，而所有实数、所有有理数和所有整数分别都是对应类的实例）7/23/2024149第二章第二章 知知识表达技表达技术2 210 10 面向面向对象的表示象的表示 2.2.类、类层次和次和

90、继承性承性 类层次的一个重要特性是继承承性性，即一个类可以继承其超类的全部描述，且这种继承具有传递性，从而，一个类可以继承层次结构中在其上面的所有类的全部描述（如：整数除具有整数类所特有的运算法则外，有理数类和实数类的运算法则同样适用于所有整数）可重用性可重用性7/23/2024150第二章第二章 知知识表达技表达技术2 210 10 面向面向对象的表示象的表示 3.3.3.3.与与与与语义语义网网网网络络、框架系、框架系、框架系、框架系统统的比的比的比的比较较 结构化的与语义网络比较：灵活性网络中的结点和有向弧可按规定不加限制地定义。在面向对象的表示中不仅仍存在这灵活性，且对象和对象之间的关

91、系还可动态建立语义语义网网网网络络面向面向面向面向对对象象象象结点对象有向弧语义联系消息传递实例联系、泛化联系对象、子类与类之间的继承关系面向对象的结构可以看成一种动态动态的语义网络语义网络的主要缺点：难于系统开发/维护，而面向对象方法的封装性封装性封装性封装性能有力地克服这弱点7/23/2024151第二章第二章 知知识表达技表达技术2 210 10 面向面向对象的表示象的表示 3.3.与与语义网网络、框架系、框架系统的比的比较 与框架结构比较：层次结构 框架结构的模块性差框架间关系不唯一（既可能是具有继承关系的子类连接/成员连接，也可能是反映全体和部分关系的组成连接）；规则可通过一框架连接

92、到另一框架。面向对象的知识表示两个类之间的连接关系只有子类连接，而规则用作一个类的内部方法，不可能出现跨越两个对象的规则，类的唯一对外接口是消息模式，类之外的代码唯有通过传递有关消息才能与该类的方法打交道面向对象的表示特适合于大型知识系统的开发/维护7/23/2024152第二章第二章 知知识表达技表达技术2 210 10 面向面向对象的表示象的表示 3.3.3.3.与与与与语义语义网网网网络络、框架系、框架系、框架系、框架系统统的比的比的比的比较较 面面向向对象象程程序序设计方方法法以信息隐蔽和抽象数据类型概念为基础，既提供了从一般到特殊的演绎手段（如继继承承承承等），又提供了从特殊到一般的归纳形式（如类类等）面面向向对象象技技术不仅在软件设计和知识表示中得到了广泛的应用，而且已拓广到数据库管理和多媒体系统等应用领域。与此同时，出现了一个比“对象”更富动态性、更具有人工智能含义的概念，即智智能能代代理理（AgentAgent）。这是一种可以包含主观信念和承诺，且可以主动响应外界事件的对象面向智能代理技术是面向对象技术在人工智能与专家系统应用领域中的发展 7/23/2024153