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1、www。themegallery。com1 知知识表示表示-产生式表示法生式表示法1.1 1.1 产生式生式(production rule，又称，又称规则)表示表示是目前是目前专家系家系统中使用最广泛的知中使用最广泛的知识表示方法，表示方法，使用使用这种表示方法的种表示方法的专家系家系统称称为基于基于规则的的专家系家系统(rule based expert system)。它是。它是由由E.Post(波斯特波斯特)于于1943年作年作为一种通用的一种通用的计算机形体提出的，并由算机形体提出的，并由A.Newell(纽厄厄尔)和和H.Simon()于于1972年作年作为一种人一种人类认知模型引
2、入到人工知模型引入到人工智能研究中来。智能研究中来。www。themegallery。com1.2 1.2 产生式基本形式产生式基本形式产生式生式是表示因果之是表示因果之间关系的知关系的知识，其基本形式，其基本形式是是:P-Q或者或者IF P THEN QP是前提是前提(前件，条件，前提条件前件，条件，前提条件)Q产生式的生式的结论，操作亦可称后件，操作亦可称后件www。themegallery。com1.3 1.3 产生式与逻辑谓词的蕴含式的异同产生式与逻辑谓词的蕴含式的异同1.3.1 表示范表示范围不同不同蕴含式含式只能表示精确知只能表示精确知识，产生式不生式不仅可以表可以表示精确知示精确
3、知识还可以表示不精确知可以表示不精确知识。不确定的不确定的产生式形式如下生式形式如下:P-Q(置信度置信度)或者或者IF P THEN Q (置信度置信度)www。themegallery。com例如例如 专家系家系统MYCIN中有中有这样一条一条产生式生式:IF 微生物的染色斑是革微生物的染色斑是革兰氏阴性氏阴性 微生物的形状呈杆状微生物的形状呈杆状 病人是中病人是中间宿主宿主THEN 该微生物是微生物是绿脓杆菌，置信度杆菌，置信度为0.6www。themegallery。com1.3.2 匹配匹配标准不同准不同产生式系生式系统中决定一条知中决定一条知识是否可用的方法是是否可用的方法是检查当
4、前是否有已知事当前是否有已知事实可与前提中的条件匹配，可与前提中的条件匹配，但是但是这种匹配可以是精确的也可以是不精确的，种匹配可以是精确的也可以是不精确的，只要按某种算法求出的相似度在某个只要按某种算法求出的相似度在某个预先指定范先指定范围之内即可。但之内即可。但对逻辑谓词的的蕴含式来含式来说要求匹要求匹配是精确的。配是精确的。 www。themegallery。com1.4 1.4 产生式系统产生式系统1.4.1 定定义把一把一组产生式放在一起，并生式放在一起，并让他他们相互配合，相互配合，协同作用，一个同作用，一个产生式生成的生式生成的结论可以供另一个可以供另一个产生式作生式作为已知事已
5、知事实使用，以使得使用，以使得问题的解决，的解决，这样的系的系统就成就成为产生式系生式系统。www。themegallery。com1.4.2 基本基本组成部分及相互成部分及相互间关系关系规则库(rule base)、综合数据合数据库(global data base )和控制和控制结构构(rule interpreter)他他们之之间的关系如的关系如图:推理机综合数据库规则库www。themegallery。com1.4.2.1 规则库 用于描述相用于描述相应领域的知域的知识的的产生式集合称生式集合称为规则库。规则库是是产生式系生式系统求解求解问题的基的基础，其知，其知识的完整性，一致性，表
6、达的准确性及的完整性，一致性，表达的准确性及组织的合理的合理性性对系系统的性能有很大影响，因此在建立的性能有很大影响，因此在建立规则库时须遵循一定遵循一定规则。1. 有效地表达有效地表达领域内的域内的过程性知程性知识。2. 能能够对知知识进行合理的行合理的组织和管理。和管理。www。themegallery。com1.4.2.2 综合数据合数据库综合数据合数据库又称全局数据又称全局数据库、事、事实库、黑板、黑板、上下文等，用于存放求解上下文等，用于存放求解问题过程中各种当前信程中各种当前信息，如息，如问题的初始事的初始事实、原始、原始证据、推理中得到据、推理中得到的中的中间结论以及最以及最终结
7、论。当当规则库中的某一条中的某一条产生式的前提与生式的前提与综合数据合数据库中的中的某些已知事中的中的某些已知事实匹配匹配时，该产生式激活，生式激活，并把它推出的并把它推出的结论放入放入综合数据合数据库中，作中，作为其后其后推理的已知条件。推理的已知条件。 www。themegallery。com1.4.2.3 控制控制结构构控制机构控制机构又称推理机构或推理机，由一又称推理机构或推理机，由一组程序程序组成，成，实现对问题的求解。推理机主要做以下几的求解。推理机主要做以下几方面工作方面工作:1. 按某种策略从按某种策略从规则库中中选择规则与与综合数合数据据库中的已知事中的已知事实进行匹配。行匹
8、配。2. 若匹配成功的若匹配成功的规则有多条，有多条，则须有冲突消有冲突消解策略，解策略，选择一条来一条来执行。行。3. 执行行规则时，若后件是，若后件是结论，则加入到加入到综合数据合数据库。4. 对于不确定性知于不确定性知识，执行行规则时还需按一需按一定算法来定算法来执行行结论的不确定性。的不确定性。5.随随时检查结束推理机的条件。束推理机的条件。www。themegallery。com1.4.3 产生式系生式系统的特点的特点1.4.3.1 优点点1. 自然性自然性2. 模模块性性3. 有效性有效性4. 清晰性清晰性1.4.3.2 缺点缺点1.效率不高效率不高2.不能表达具有不能表达具有结构
9、性的知构性的知识www。themegallery。com1.4.4 产生式的最新生式的最新发展展1.4.4.1 “规则架架+规则体体”表示策略表示策略简介介基于基于产生式生式规则表示的不足，近年来在我国开表示的不足，近年来在我国开发了一种称了一种称为“规则架架+规则体体”的知的知识表示模式，表示模式，它是由熊范它是由熊范纶先生在先生在“农业施肥施肥专家系家系统开开发工具工具”中最先提出的。中最先提出的。这种知种知识表示采用的是具有表示采用的是具有层次次结构描述的构描述的规则组形式来表达。一个形式来表达。一个规则组相当于一个子相当于一个子问题，由由规则架和架和规则体两体两层组成。成。www。th
10、emegallery。com1.4.4.2 “规则架架+规则体体”表示策略形式表示策略形式符号符号说明明:=表示定表示定义为，|表示或表示或规则组:= 规则架架:=IFTHEN 前提因素集前提因素集:= |结论因素集因素集:= |前提因素前提因素:= 结论因素因素:= www。themegallery。com规则体体:= |运算公式集运算公式集:= |运算公式运算公式:= =代数表达式代数表达式体体规则:=IFTHEN前提集前提集:=|v| 结论集集:=|www。themegallery。com前提前提:=|结论:=|值:=数据串数据串|汉字串字串|代数表达式代数表达式因素因素:=汉字串字串关
11、系符关系符:=|=|=500)v(肥力等肥力等级=高高)THEN 饼肥肥=15IF(目目标产量量35)THEN土土杂肥肥=0施氮施氮=施氮施氮-土土杂肥肥*0.001-饼肥肥*0.07施磷施磷=施磷施磷-土土杂肥肥*0.0001-饼肥肥*0.013施磷施磷=施施钾-土土杂肥肥*0.0002-饼肥肥*0.0211.4.4.4 “规则架架+规则体体” 优点点:1. 表示形式表示形式层次清晰。次清晰。2.表达能力表达能力强。3.由于同由于同类知知识集中于同一个集中于同一个规则组中，加中，加快了推理速度。快了推理速度。4.对于不确定性因子，不同的于不确定性因子，不同的规则组有不同有不同的推理机制，更符
12、合的推理机制，更符合实际。www。themegallery。com2 知知识表示表示-语义网网络表示法表示法2.1 2.1 表示形式表示形式每一个要表达的事每一个要表达的事实用一个用一个节点点表示，而事表示，而事实之之间的关系用的关系用弧弧线表示，即一个表示，即一个语义网网络是是由一些以有向由一些以有向图表示的三元表示的三元组(节点点1，弧，弧，节点点2)节点表示概念、事物、事件、情况等。弧是点表示概念、事物、事件、情况等。弧是有方向的，体有方向的，体现主次，主次，1为主，主，2为次次 节点1节点2语义关系www。themegallery。com2.2 2.2 基本语义关系基本语义关系实例关系
13、例关系: ISA体体现的是的是“具体与抽象具体与抽象”的概念。的概念。分分类关系关系:AKO亦称泛化关系，体亦称泛化关系，体现的是的是“子子类与超与超类”的概念的概念(两个抽象概念两个抽象概念)李刚人ISA人动物AKOwww。themegallery。com成成员关系关系: A-Member-of体体现的是的是“个体与集体个体与集体”的关系的关系属性关系属性关系:指事物和其属性之指事物和其属性之间的关系。常用的属性的关系。常用的属性关系有关系有:Have:含含义为“有有”Can:含含义为 “能能”Age: 含含义为 “年年龄”李强共青团员A-Member-ofwww。themegallery。
14、com例如例如:鸟有翅膀有翅膀张强18岁聚聚类关系关系:亦称包含关系。指具有亦称包含关系。指具有组织或或结构特征的构特征的“部分与整体部分与整体”之之间的关系。常用的包含关系是的关系。常用的包含关系是: Part-of鸟翅膀HAVE张强18AGEwww。themegallery。com例如，例如，“大大脑是人体的一部分是人体的一部分”时间关系关系:指不同事件在其指不同事件在其发生生时间方面的先后次序方面的先后次序关系。常用的关系。常用的时间关系有关系有 Before，After例如例如:北京奥运会在悉尼奥运会之后北京奥运会在悉尼奥运会之后大脑人体Part-of北京奥运会悉尼奥运会Afterww
15、w。themegallery。com位置关系位置关系:指不同事物在位置方面的关系。常用的位指不同事物在位置方面的关系。常用的位置关系有置关系有: Located-on， Located-at， Located-under， Located-inside， Located-outside 例如例如:书在桌子上在桌子上书桌子上Located-onwww。themegallery。com相近关系相近关系:指不同事物在形状、内容等方面相似或接指不同事物在形状、内容等方面相似或接近。常用的相近关系有近。常用的相近关系有: Similar-to， Near-to 例如例如:“猫似虎猫似虎” 猫虎Simil
16、ar-towww。themegallery。com二元关系二元关系:可用二元可用二元谓词P(x,y)表示的关系。其中，表示的关系。其中，x,y为实体，体，P为实体之体之间的关系。的关系。对复复杂关系，可通关系，可通过一些相一些相对独立的二元或一独立的二元或一元关系的元关系的组合来合来实现。例如例如:王王强是理想公司的是理想公司的经理；理； 理想公司在中关村；理想公司在中关村； 王王强28岁。www。themegallery。com多元关系多元关系:可用多元可用多元谓词P(x1，x2，)表示的表示的关系。其中，个体关系。其中，个体x1，x2，为实体，体，谓词P说明明这些些实体之体之间的关系。的关
17、系。用用语义网网络表示多元关系表示多元关系时，可把它，可把它转化化为一一个或多个二个或多个二员关系的关系的组合，然后再利用合取关系合，然后再利用合取关系的表示方法，把的表示方法，把这种多元关系表示出来。种多元关系表示出来。中关村经理王强理想公司Located-atWork-forHeadshipAge28岁www。themegallery。com2.32.3语义网络的推理方法语义网络的推理方法2.3.1 匹配匹配包括包括结构上的匹配，构上的匹配，节点和弧的匹配。点和弧的匹配。抽象的抽象的讲，推理包括两步，推理包括两步:第一步是判断，第一步是判断，即考察手即考察手头的数据是否的数据是否满足某个知
18、足某个知识单元的条元的条件；第二步是求件；第二步是求值，即根据，即根据满足条件的知足条件的知识单元来求得所需的元来求得所需的值。这里的判断即匹配。里的判断即匹配。2.3.2 继承承利用如成利用如成员联系、特征系、特征联系、相互作用系、相互作用联系、集合系、集合联系、合成系、合成联系、因果系、因果联系、等具有系、等具有继承性承性质的的语义联系建立一些并不一定系建立一些并不一定显示存示存在于网在于网络知知识库中的网中的网络结构。构。继承的一般承的一般规则如下如下:www。themegallery。comIF X(AKO)Y AND Y(AKO)Z THEN X(AKO)ZIF X(ISA)Y AN
19、D Y(ISA)Z THEN X(ISA)ZIF X(AKO)Y AND Y(属性属性)Z THEN X(属性属性)ZIF X(ISA)Y AND Y(属性属性)Z THEN X(属性属性)ZIF X(属性属性)Y AND Y(AKO)Z THEN X(属性属性)ZIF X(属性属性)Y AND Y (ISA)Z THEN X(属性属性)Zwww。themegallery。com2.4 2.4 语义网络表示知识的步骤语义网络表示知识的步骤2.4.1步步骤如下如下 第一步第一步:确定确定问题中的所有中的所有对象以及各象以及各对象的象的属性。属性。第二步第二步:确定确定对象象间的关系。的关系。第三
20、步第三步:语义网网络中如果中如果节点点间的的联系是系是ISA/AKO,则下下层节点点对上上层节点的属性具有点的属性具有继承性。整理同一承性。整理同一层节点的共同属性，并抽出点的共同属性，并抽出这些些属性，加入上属性，加入上层节点中，以免造成属性信息冗余。点中，以免造成属性信息冗余。第四步第四步:将各将各对象作象作为语义网网络的一个的一个节点，点，而各而各对象象间的关系作的关系作为网网络中各中各节点点间的弧，的弧，连接形成接形成语义网网络。www。themegallery。com2.4.2 语义网网络表示下列知表示下列知识猎狗是一种狗，而狗是一种狗是一种狗，而狗是一种动物。狗除了物。狗除了动物物
21、的有生命、能吃食、有繁殖能力、能运的有生命、能吃食、有繁殖能力、能运动外，外，还有以下特点有以下特点:身上有毛、有尾巴、四条腿；身上有毛、有尾巴、四条腿；猎狗的狗的特点是吃肉、个特点是吃肉、个头大、奔跑速度快、能狩大、奔跑速度快、能狩猎；而；而狮子狗也是一种狗，它的特点是吃子狗也是一种狗，它的特点是吃饲料，个料，个头小，小，奔跑速度慢，不要人，供奔跑速度慢，不要人，供观赏。解解:按按语义网网络表示知表示知识的步的步骤如下如下:www。themegallery。com涉及的涉及的对象有四个象有四个:猎狗，狗，狮子狗，狗，子狗，狗，动物。物。猎狗和狗和狮子狗都是一种狗，除了它子狗都是一种狗，除了它
22、们本身的属性以本身的属性以外，具有狗的一般特性外，具有狗的一般特性:身上有毛，有尾巴，四条身上有毛，有尾巴，四条腿，而狗是一种腿，而狗是一种动物，物，动物所具有的属性它也有。物所具有的属性它也有。猎狗与狗之狗与狗之间是一种是一种类属关系，狗和属关系，狗和动物之物之间也也是一种是一种类属关系，可以用属关系，可以用AKO表示。表示。整理个整理个对象之象之间的属性，使上的属性，使上层节点所具有的属点所具有的属性不再在下性不再在下层节点点标出。出。将各个将各个对象作象作为节点，他点，他们之之间的关系作的关系作为弧得弧得到如下到如下语义网网络。www。themegallery。com动物狗狮子狗猎狗身上
23、有毛能运动能吃食物有生命有繁殖能力有尾巴四条腿个头大能狩猎吃肉跑得快供观赏个头小不咬人跑得慢吃饲料AKOAKOAKOwww。themegallery。com2.5 2.5 语义网络表示法的特点语义网络表示法的特点主要主要优点点:结构性构性 把事物的属性以及事物把事物的属性以及事物间的各种的各种语义联系系显式地表示出来，是一种式地表示出来，是一种结构化的知构化的知识表示表示方法。在方法。在这种方法中，下种方法中，下层结点可以点可以继承、新增、承、新增、变异上异上层结点的属性。点的属性。联想性想性 本来是作本来是作为人人类联想想记忆模型提出来模型提出来的，它着重的，它着重强调事物事物间的的语义联系
24、，体系，体现了人了人类的的联想思想思维过程。程。 自索引性自索引性 把各接点之把各接点之间的的联系以明确、系以明确、简洁的方式表示出来，通的方式表示出来，通过与某一与某一结点点连结的弧可以的弧可以很容易的找出与很容易的找出与该结点有关的信息，而不必点有关的信息，而不必查找找整个知整个知识库。这种自索引能力有效的避免搜索种自索引能力有效的避免搜索时所遇到的所遇到的组合爆炸合爆炸问题。 自然性自然性 这种种带有有标识的有向的有向图，可比，可比较直直观地把知地把知识表示出来，符合人表示出来，符合人们表达事物表达事物间关系关系的的习惯，并且与自然，并且与自然语言言语义网网络之之间的的转换也也比比较容易
25、容易实现。www。themegallery。com主要缺点主要缺点: 非非严格性格性 没有象没有象谓词那那样严格的形式表示体系，格的形式表示体系，一个一个给定定语义网网络的含的含义完全依完全依赖于于处理程序理程序对它所它所进行的解行的解释，通，通过语义网网络所所实现的推理不能保的推理不能保证其正确其正确性。性。 复复杂性性 语义网网络表示知表示知识的手段是多种多的手段是多种多样的，的，这虽然然对其表示其表示带来了灵活性，但同来了灵活性，但同时也由于表示形式也由于表示形式的不一致，使得它的的不一致，使得它的处理增加了复理增加了复杂性。性。 www。themegallery。comOVER !THANKSTHANKS
