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1、1.基本概念基本概念l什么是知识什么是知识l知识的分类知识的分类l知识的属性知识的属性l什么是知识表示什么是知识表示1基本概念基本概念l什么是知识什么是知识这里所谈的知识是知识处理的特殊对象，与日常生活的知识这里所谈的知识是知识处理的特殊对象，与日常生活的知识有较大的区别。有较大的区别。知识知识是以各种不同方式把多个信息关联在一起的信息结构。是以各种不同方式把多个信息关联在一起的信息结构。或者表达为或者表达为“知识是多个信息之间的关联知识是多个信息之间的关联”。如果把如果把“不与任何其他信息关联不与任何其他信息关联”即单独的一个信息也被认即单独的一个信息也被认为是一种特殊的关联方式（不关联），
2、则单个的信息也可以为是一种特殊的关联方式（不关联），则单个的信息也可以看做是知识的特例，将此称之为看做是知识的特例，将此称之为“原子事实原子事实”。如：。如：“他是他是军人军人”，“穿军装穿军装”等。如果把这两种信息用等。如果把这两种信息用“如果如果则则”这种因果关系联系起来就成了一条知识（规则），即这种因果关系联系起来就成了一条知识（规则），即“如果他是军人，则穿军装如果他是军人，则穿军装”。2基本概念基本概念l知识的分类知识的分类事实：事实：是指人类对客观事物的值或状态的描述是指人类对客观事物的值或状态的描述。这种知识一。这种知识一般不包含任何变量，可以用一个值为真的命题陈述或一种状般不包
3、含任何变量，可以用一个值为真的命题陈述或一种状态的描述来表达。如今天天气很热，他今年态的描述来表达。如今天天气很热，他今年50岁等，都表示岁等，都表示一个事实。它描述了客观事物在某种条件下各种属性或状态一个事实。它描述了客观事物在某种条件下各种属性或状态的真实值。的真实值。规则：规则：指可以分为前提（条件）和结论两部分，用来表达因指可以分为前提（条件）和结论两部分，用来表达因果关系的知识果关系的知识。它的一般形式为：如果。它的一般形式为：如果A则则B。A表示前提，表示前提，B表示结论或应采取的动作。表示结论或应采取的动作。规律：上述的规则知识一般还可以分为不带变量和带变量的规律：上述的规则知识
4、一般还可以分为不带变量和带变量的规则两种。规则两种。把带变量的规则称为规律把带变量的规则称为规律。规律中的变量一旦被。规律中的变量一旦被实例化为一个具体的值，则规律就变成了一条具体的不带变实例化为一个具体的值，则规律就变成了一条具体的不带变量的规则。因此由规律可以引出许多具体的规则。量的规则。因此由规律可以引出许多具体的规则。3基本概念基本概念l知识的属性知识的属性真实性真实性相对性相对性不完全性不完全性模糊性模糊性可表示性可表示性l表示方式：各种符号的逻辑组合，用图形表示，物理表示方式表示方式：各种符号的逻辑组合，用图形表示，物理表示方式l引申另外三种属性：引申另外三种属性：可存储性、可传递
5、性可存储性、可传递性和和可处理性可处理性。4基本概念基本概念l什么是知识表示什么是知识表示所谓所谓知识表示知识表示实际上就是对知识的一种描述，即实际上就是对知识的一种描述，即用用一些约定的符号把知识编码成一组计算机可以接受一些约定的符号把知识编码成一组计算机可以接受的数据结构的数据结构。52. 知识表示方法知识表示方法l产生式规则产生式规则l语义网络语义网络6知识表示方法知识表示方法l知识表示方法有：知识表示方法有：一阶谓词逻辑、产生式规则、语义网络、框架理一阶谓词逻辑、产生式规则、语义网络、框架理论、面向对象论、面向对象等多种表示方法等多种表示方法。72.1 产生式规则产生式规则 l产生式规
6、则的出现产生式规则的出现 产产生生式式(Production)一一词词，首首先先是是由由美美国国数数学学家家波波斯斯特特（E.Post）提提出出来来的的。波波斯斯特特根根据据替替换换规规则则提提出出了了一一种种称称为为波波斯斯特特机机的的计计算算模模型型，模模型型中中的的每每一一条条规规则则当当时时被被称称为为一一个个产产生生式式。后后来来，这这一一术术语语几几经经修修改改扩扩充充，被被用用到到许许多多领领域域。例例如如，形形式式语语言言中中的的文文法法规规则则就就称称为为产产生生式式。产生式也称为产生式规则，或简称规则产生式也称为产生式规则，或简称规则。8l产生式的一般形式产生式的一般形式前
7、件前件后件（后件（P Q）其其中中，前前件件就就是是前前提提，后后件件是是结结论论或或动动作作，前前件件和和后后件件可可以以是是由由逻逻辑辑运运算算符符AND、OR、NOT组成的表达式。组成的表达式。产产生生式式规规则则的的语语义义是是：如如果果前前提提满满足足，则则可可得得结结论论或或者者执执行行相相应应的的动动作作，即即后后件件由由前前件件来来触触发发。所所以以，前前件件是是规规则则的的执执行行条条件件，后后件件是是规规则体。则体。 产生式规则产生式规则9例如，下面就是几个产生式规则：例如，下面就是几个产生式规则：l(1)如果银行存款利率下调，那么股票价格上涨。如果银行存款利率下调，那么股
8、票价格上涨。l(2)如果炉温超过上限，则立即关闭风门。如果炉温超过上限，则立即关闭风门。l(3)如如果果键键盘盘突突然然失失灵灵，且且屏屏幕幕上上出出现现怪怪字字符符，则则是是病毒发作。病毒发作。l(4)如如果果胶胶卷卷感感光光度度为为200，光光线线条条件件为为晴晴天天，目目标标距距离不超过离不超过5米，则快门速度取米，则快门速度取250，光圈大小取，光圈大小取f16。一一条条产产生生式式规规则则就就是是一一条条知知识识。用用产产生生式式可可以以实实现推理和操作，产生式规则是知识表示形式。现推理和操作，产生式规则是知识表示形式。产生式规则产生式规则10产生式规则产生式规则l产生式规则的与或树
9、表示产生式规则的与或树表示一组产生式规则可形象地用一棵一组产生式规则可形象地用一棵“与或树与或树”表示如表示如图：图：这里用带弧线的表示这里用带弧线的表示“与与”关系，不带弧线的表示关系，不带弧线的表示“或或”关系。关系。11产生式规则产生式规则产生式规则组：B1，B2A； B3，B4，B5 A ； C1，C2 B1 ； C3 B2 ； C4，C5，C6 B3 ； C7 B4 ； C8 B4 ；C9，C10 B5D1，D2 C5 ； D3 C5 ； D4，D5，D6 C8 ；AB5B4B3B2B1C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10D1D2D3D4D5D612产生式规则产生式规则产生式规
10、则的左右端都可以为空产生式规则的左右端都可以为空l后件：表示后件是一个无条件成立的后件：表示后件是一个无条件成立的结论（即一个（即一个事事实）或是一个无条件）或是一个无条件执行的行的动作。作。l前件前件：表示一个：表示一个问题，什么情况下会使前件成立，什么情况下会使前件成立（为真）。真）。13l产生式系统的组成产生式系统的组成产产生生式式系系统统由由三三部部分分组组成成：产产生生式式规规则则库库、推推理理机机和和动态数据库动态数据库，其结构如图所示。，其结构如图所示。产生式规则产生式规则14 产生式系统结构产生式系统结构 产生式规则库产生式规则库推理机推理机动态数据库动态数据库产生式规则库亦称
11、产生式规产生式规则库亦称产生式规则集，由领域规则组成，在则集，由领域规则组成，在机器中以某种动态数据结构机器中以某种动态数据结构进行组织。进行组织。推理机亦称控制执行机构，它是一个推理机亦称控制执行机构，它是一个程序模块，负责产生式规则的前提条程序模块，负责产生式规则的前提条件测试或匹配，规则的调度与选取，件测试或匹配，规则的调度与选取，规则体的解释和执行。即推理机实施规则体的解释和执行。即推理机实施推理，并对推理进行控制，它也就是推理，并对推理进行控制，它也就是规则的解释程序。规则的解释程序。动态数据库动态数据库是动态数据是动态数据结构，用来结构，用来存放初始事存放初始事实数据、中实数据、中
12、间结果和最间结果和最后结果等。后结果等。15l产生式系统的运行过程产生式系统的运行过程产产生生式式系系统统运运行行时时，除除了了需需要要规规则则库库以以外外，还还需要有需要有初始事实初始事实(或数据或数据)和和目标条件目标条件。目目标标条条件件是是系系统统正正常常结结束束的的条条件件，也也是是系系统统的的求求解解目目标标。产产生生式式系系统统启启动动后后，推推理理机机就就开开始始推理，按所给的目标进行问题求解。推理，按所给的目标进行问题求解。推理机的一次推理过程，可如图所示。推理机的一次推理过程，可如图所示。产生式规则产生式规则16推理机的一次推理过程推理机的一次推理过程 从规则库中取一个条规
13、则，将其前提同当前从规则库中取一个条规则，将其前提同当前动态数据库中的事实动态数据库中的事实/数据进行模式匹配数据进行模式匹配匹配成功否匹配成功否把该规则的结论放入当前动态数据库：或执把该规则的结论放入当前动态数据库：或执行规则所规定的动作行规则所规定的动作NY产生式规则产生式规则17l产生式系统的运行过程产生式系统的运行过程一一个个实实际际的的产产生生式式系系统统，其其目目标标条条件件一一般般不不会会只只经经一一步步推推理理就就可可满满足足，往往往往要要经经过过多多步步推推理理才能满足或者证明问题无解。才能满足或者证明问题无解。产产生生式式系系统统的的运运行行过过程程就就是是从从初初始始事事
14、实实出出发发，寻寻求求到到达达目目标标条条件件的的通通路路的的过过程程。所所以以，产产生生式式系系统统的的运运行行过过程程也也是是一一个个搜搜索索的的过过程程，但但一一般把产生式系统的整个运行过程也称为推理。般把产生式系统的整个运行过程也称为推理。 产生式规则产生式规则18l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产生式系统的推理可分为正向推理正向推理和和反向推理反向推理两种基本方式。两种基本方式。正向推理正向推理就是从初始事实数据出发，正向使用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
15、数据库中的数据测试规的事实匹配，或用动态数据库中的数据测试规则的前提条件，然后产生结论或动作），朝目则的前提条件，然后产生结论或动作），朝目标方向前进。标方向前进。下面我们给出产生式系统正向推理和反向推理下面我们给出产生式系统正向推理和反向推理的常用算法。的常用算法。产生式规则产生式规则19正向推理算法：正向推理算法：l步步1 ：把用户提供的初始证据放入综合数据库（动态数据库）；：把用户提供的初始证据放入综合数据库（动态数据库）；l步步2 ：检检查查综综合合数数据据库库中中是是否否包包含含了了问问题题的的解解，若若已已包包含含，则则求求解解结结束束，并成功退出；否则执行下一步。并成功退出；否则
16、执行下一步。l步步3 ：检检查查知知识识库库中中是是否否有有可可用用知知识识，若若有有，形形成成当当前前可可用用知知识识集集，执执行下步；否则转步行下步；否则转步5；l步步4 ：按按照照某某种种冲冲突突消消解解策策略略，从从当当前前可可用用知知识识集集中中选选出出一一条条知知识识进进行行推理，并将推出的新事实加入综合数据库中，然后转步推理，并将推出的新事实加入综合数据库中，然后转步5。l步步5 ：询询问问用用户户是是否否可可以以进进一一步步补补充充新新的的事事实实，若若可可补补充充，则则将将补补充充的的新事实加入综合数据库中，然后转步新事实加入综合数据库中，然后转步3；否则表示无解，失败退出。
17、；否则表示无解，失败退出。规规则则的的选选择择策策略略成成为为冲冲突突消消解解策策略略。产产生生式式系系统统的的推推理理方方式式、搜搜索索策策略略及及冲冲突突消消解解策策略略等等，一一般般统统称称为为推推理理控控制制策策略略，简简称称控控制制策策略略。控制策略体现在推理机的算法描述中。控制策略体现在推理机的算法描述中。产生式规则产生式规则20正向推理的动态数据库正向推理的动态数据库 动态数据库动态数据库推理推理l控制策略与常用算法控制策略与常用算法可以看出，随着推理的进行，动态数据库的内容或可以看出，随着推理的进行，动态数据库的内容或者状态在不断变化。如果把动态数据库的每一个状者状态在不断变化
18、。如果把动态数据库的每一个状态作为一个节点的话，则上述推理过程就是一个从态作为一个节点的话，则上述推理过程就是一个从初始状态（初始事实或数据）到目标状态（目标条初始状态（初始事实或数据）到目标状态（目标条件）的状态图搜索过程。件）的状态图搜索过程。产生式规则产生式规则21l控制策略与常用算法控制策略与常用算法例：动物分类问题的产生式系统描述及其求解。例：动物分类问题的产生式系统描述及其求解。 设设由由下下列列动动物物识识别别规规则则组组成成一一个个规规则则库库，推推理理机机采采用用上上述述正正向向推推理理算算法法，建建立立一一个个产产生生式式系系统统。该该产产生生式式系系统统就就是是一一个个小
19、小型型动动物物分分类类知知识识库库系系统。规则如下：统。规则如下： 产生式规则产生式规则22r1：若某动物通过哺乳养育后带，则它是哺乳动物。：若某动物通过哺乳养育后带，则它是哺乳动物。r2：若某动物有毛发，则它是哺乳动物。：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。：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。：若某动物会飞且生蛋，则它是鸟。r5：若若某某动动物物是是哺哺乳乳动动物物且且有有爪爪且且有有犬犬齿齿且且目目盯盯前前方方，则则它它是食肉动物。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。：若某动物是哺乳动物且吃肉，则它是食肉动物。
20、r7：若某动物是哺乳动物且有蹄，则它是有蹄动物。：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食物，则它是偶蹄动物。：若某动物是有蹄动物且反刍食物，则它是偶蹄动物。产生式规则产生式规则23r9：若某动物是食肉动物且黄褐色且有黑色条纹，则它是老虎。：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：若若某某动动物物是是食食肉肉动动物物且且黄黄褐褐色色且且有有黑黑色色斑斑点点，则则它它是是金金钱豹。钱豹。r11：若若某某动动物物是是有有蹄蹄动动物物且且长长腿腿且且长长脖脖子子且且黄黄褐褐色色且且有有暗暗斑斑点，则它点，则它 是长颈鹿。是长颈鹿。 r12：若某动
21、物是有蹄动物且白色且有黑色条纹，则它是斑马。：若某动物是有蹄动物且白色且有黑色条纹，则它是斑马。r13：若若某某动动物物是是鸟鸟且且不不会会飞飞且且长长腿腿且且长长脖脖子子且且黑黑白白色色，则则它它是驼鸟。是驼鸟。r14：若某动物是鸟且不会飞且会游泳且黑白色，则它是企鹅。：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：若某动物是鸟且善飞且不怕风浪，则它是海燕。产生式规则产生式规则24再给出初始事实：再给出初始事实：f1：某动物有毛发。：某动物有毛发。f2：吃肉。：吃肉。f3：黄褐色。：黄褐色。f4：有黑色条纹。：有黑色条纹。目标条件为：该动
22、物是什么？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。易见，该系统的运行结果为：该动物是老虎。其推理树如图所示。其推理树如图所示。产生式规则产生式规则25动物分类正向推理树动物分类正向推理树 老虎老虎食肉动物食肉动物哺乳动物哺乳动物有毛发有毛发吃肉吃肉黄褐色黄褐色有黑色条纹有黑色条纹26l控制策略与常用算法控制策略与常用算法反向推理算法反向推理算法 反向推理反向推理就是从目标出发，反向使用规则进行就是从目标出发，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），朝初目标，然后对新目标再作同样
23、的处理），朝初始事实或数据方向前进。始事实或数据方向前进。 产生式规则产生式规则27产生式规则产生式规则l控制策略与常用算法控制策略与常用算法反向推理算法：反向推理算法：l步步1：将要求证的目标（称为假设）构成一个假设集。：将要求证的目标（称为假设）构成一个假设集。l步步2：从从假假设设集集中中选选出出一一个个假假设设，检检查查该该假假设设是是否否在在动动态态数数据据库库中中，如如在在，则则该该假假设设成成立立，此此时时，若若假假设设集集为为空空，则则成成功功退退出出，否否则则仍仍执执行行步步；若若该该假假设设不不在在数数据据库库中中，则则执执行行下一步。下一步。l步步3：检检查查该该假假设设
24、是是否否可可由由规规则则库库的的某某个个知知识识导导出出。若若不不能能由由某某个个知知识识导导出出，则则询询问问用用户户该该假假设设是是否否为为可可由由用用户户证证实实的的原原始始事事实实，若若是是，该该假假设设成成立立，并并将将其其放放入入动动态态数数据据库库，再再重重新新寻寻找找新新的的假假设设，若若不不是是，则则转转入入步步5；若若能能由由某某个个知知识识导出，则执行下一步。导出，则执行下一步。28产生式规则产生式规则l控制策略与常用算法控制策略与常用算法反向推理算法：反向推理算法：l步步4 ：将规则库中可以导出该假设的所有知识构成一个可用知识集。：将规则库中可以导出该假设的所有知识构成
25、一个可用知识集。l步步5 ：检检查查可可用用知知识识集集是是否否为为空空，若若空空，失失败败退退出出；否否则则执执行行下下一一步。步。l步步6 ：按按冲冲突突消消解解策策略略从从可可用用知知识识集集中中取取出出一一个个知知识识，继继续续执执行行下下一步。一步。在推理的某一步，如果知识库中有多条知识可用，则称发生了在推理的某一步，如果知识库中有多条知识可用，则称发生了冲突冲突。l步步7 ：将将该该知知识识的的前前提提中中的的每每个个子子条条件件都都作作为为新新的的假假设设放放入入假假设设集集，转入步转入步2.可可以以看看出出，上上述述反反向向推推理理算算法法的的推推理理过过程程也也是是一一个个图
26、图搜搜索索过过程程，而且一般是一个与或树搜索如下图所示的反向推理树。而且一般是一个与或树搜索如下图所示的反向推理树。29动物分类反向推理树动物分类反向推理树 老虎老虎食肉动物食肉动物黄褐色黄褐色有黑色条纹有黑色条纹有爪有爪有犬齿有犬齿哺乳动物哺乳动物目盯前方目盯前方有奶有奶有毛发有毛发吃肉吃肉30可可以以看看出出，与与正正向向推推理理不不同同，这这次次的的推推理理树树是是从从上上而而下下扩扩展展而而成成的的，而而且且推推理理过过程程中中还还发发生生过回溯。过回溯。反反向向推推理理也也称称为为后后向向推推理理、反反向向链链、目目标标驱驱动动的的推推理理等等。从从上上面面的的两两个个算算法法可可以
27、以看看出出，正正向向推推理理是是自自底底向向上上的的综综合合过过程程，而而反反向向推推理理则则是是自顶向下的分析过程自顶向下的分析过程。 除除了了正正向向推推理理和和反反向向推推理理外外，产产生生式式系系统统还还可可进进行行双双向向推推理理。双双向向推推理理就就是是同同时时从从初初始始数数据据和和目目标标条条件件出出发发进进行行推推理理，如如果果在在中中间间某某处处相相遇，则推理搜索成功。遇，则推理搜索成功。 产生式规则产生式规则31l产生式系统的应用产生式系统的应用 由由上上述述产产生生式式系系统统与与图图搜搜索索的的关关系系可可见见，产产生生式式系系统统完完全全可可以以作作为为问问题题求求
28、解解的的表表示示模模型型和和求求解解模模型型，而而且且可可作作为为人人工工智智能能问问题求解系统的通用模型。题求解系统的通用模型。用用产产生生式式系系统统也也可可实实现现基基于于谓谓词词逻逻辑辑的的演演绎绎推推理理和和证证明明。事事实实上上，当当一一个个产产生生式式系系统统中中的的规规则则是是逻逻辑辑蕴蕴含含式式时时，其其运运行行过过程程就是演绎推理的过程。就是演绎推理的过程。这时目标值已知时就是证明，当目标值未知时就是推理求值。这时目标值已知时就是证明，当目标值未知时就是推理求值。 由由于于产产生生式式系系统统既既可可用用于于操操作作性性问问题题求求解解，也也可可用用于于推推理理性性问问题求
29、解。因此，产生式系统也是专家系统的基本结构形式。题求解。因此，产生式系统也是专家系统的基本结构形式。产生式规则产生式规则32l产生式规则的程序语言实现产生式规则的程序语言实现上上面面我我们们对对产产生生式式的的讨讨论论，只只是是用用自自然然语语言言进进行行描描述述并并仅仅在在概概念念层层次次上上进进行行阐阐述述，而而并并未未涉涉及及它它的的具具体体结结构构和和程程序序语语言言实实现现问问题题。现现在在讨讨论论产产生生式式规规则则的的程程序序语语言言实实现现问问题题。首首先先，讨讨论论产产生生式式规规则则的的结结构构问问题题。一一般般来来讲讲，产产生生式式规规则则的的前前提提和和结结论论部部分分
30、可可以以是是一一个个复复杂杂的的逻逻辑辑表表达达式式，但但为为了了使使表表达达简简单单规规范范，且且便便于于推推理理，在在实实践践中中人人们们往往往往把把规规则则的的前前提部分提部分作成形如：作成形如： 产生式规则产生式规则33l产生式规则的程序语言实现产生式规则的程序语言实现条件条件1AND条件条件2ANDAND条件条件n 或或 条件条件1OR条件条件2OROR条件条件m的的形形式式（其其中中的的条条件件可可以以带带否否定定词词）；把把规规则则结结论论部部分分作作成成形如：形如： 断言断言1/动作动作1AND断言断言2/动作动作2ANDAND断言断言k/动作动作k 或或 断言断言1/动作动作
31、1OR断言断言2/动作动作2OROR断言断言k/动作动作k的形式，或者进一步简化成的形式，或者进一步简化成 断言断言/动作动作即仅有一项的形式。即仅有一项的形式。2.2 产生式规则产生式规则34l产生式规则的程序语言实现产生式规则的程序语言实现由由于于含含OR关关系系的的规规则则也也可可以以分分解解为为几几个个不不含含OR关关系系的的规则，所以，产生式规则也可仅取下面的一种形式：规则，所以，产生式规则也可仅取下面的一种形式： 条件条件1AND条件条件2ANDAND条件条件n断言断言/动作动作即前件是若干与关系的条件，后件仅有一个断言或动作。即前件是若干与关系的条件，后件仅有一个断言或动作。 产
32、生式规则产生式规则35产生式规则产生式规则练习练习1：有如下规则：有如下规则：R1：3555岁的人称为中年人；岁的人称为中年人；R2：中年人是老练的；：中年人是老练的；R3：中年人是细心的：中年人是细心的R4：老练而细心并有驾驶技术的人是不会出交通事故的：老练而细心并有驾驶技术的人是不会出交通事故的事实：事实：F1：吴先生：吴先生43岁；岁；F2：吴先生有驾驶技术；：吴先生有驾驶技术；目标条件为：吴先生会出交通事故吗？目标条件为：吴先生会出交通事故吗？利用正向推理求证上述假设。利用正向推理求证上述假设。36产生式规则产生式规则吴先生吴先生43岁岁中年人中年人老练老练细心细心吴先生有驾驶技术吴先
33、生有驾驶技术不会出交通事故不会出交通事故37产生式规则产生式规则练习练习2：规则：规则：R1：如果你丢了自行车钥匙，并且车胎没气，那么自行车不能骑：如果你丢了自行车钥匙，并且车胎没气，那么自行车不能骑R2：如果自行车不能骑，并且你只有步行去学校，那么你上课会迟：如果自行车不能骑，并且你只有步行去学校，那么你上课会迟到到事实：事实：F1：你丢了自行车钥匙：你丢了自行车钥匙F2：车胎没气：车胎没气目标条件：你上课会迟到吗？目标条件：你上课会迟到吗？利用反向推理求证利用反向推理求证“你上课会迟到你上课会迟到”这一假设。这一假设。38产生式规则产生式规则习题习题3R1：如果总成绩：如果总成绩350,则
34、可以非定向则可以非定向R2：如果是非定向，且单科成绩：如果是非定向，且单科成绩55,则可以录取。则可以录取。R3：如果总成绩：如果总成绩320,则可以委培。则可以委培。R4：如果是委培，且单科成绩：如果是委培，且单科成绩50,则可以录取。则可以录取。如果是免试生，则可以直接录取。如果是免试生，则可以直接录取。事实：事实：F1：总成绩：总成绩400分分F2：单科成绩最低：单科成绩最低52分。分。目标条件：该生可以录取吗。目标条件：该生可以录取吗。利用正反推理求证上述假设。利用正反推理求证上述假设。392.2 语义网络语义网络 l语义网络的概念语义网络的概念语语义义网网络络是是一一种种采采用用网网
35、络络的的形形式式表表示示人人类类知知识识的的方方法法。它它是是由由节节点点和和边边（也也称称有有向向弧弧）组组成成的的一一种种有有向向图图。其其中中节节点点表表示示事事物物、对对象象、概概念念、行行为为、性性质质、状状态态等等；有有向向弧弧表表示示节节点点之之间间的的某某种种联联系系或或关关系系。如如下下图图就就是是一一个个语语义义网网络络。其其中中，弧弧上上的的标标记记就是弧的语义。就是弧的语义。40苹果的语义网络苹果的语义网络 41语义网络语义网络l鸟的语义网络示意图鸟鸟动物动物生物生物企鹅企鹅乌鸦乌鸦是是是是不能飞不能飞能游泳能游泳喜寒冷喜寒冷是是是是有生命有生命有翼有翼能飞能飞吃腐肉吃
36、腐肉黑色黑色更可爱更可爱是是42l语义网络的概念语义网络的概念语语义义网网络络的的概概念念最最先先是是由由Quillian提提出出来来的的，他他于于1968年年在在他他的的博博士士论论文文中中，把把语语义义网网络络作作为为人人类类联联想想记记忆忆的的一一个个显显式式心心理理模模型型。所所以以，语语义网络也称义网络也称联想网络联想网络。语义网络语义网络43语义网络语义网络l几种关系型的语义网络几种关系型的语义网络抽象地说，抽象地说，语义网络可表示事物之间的关系语义网络可表示事物之间的关系。因此，。因此，关系（或联系）型的知识和能化为关系型的知识都关系（或联系）型的知识和能化为关系型的知识都可以用
37、语义网络来表示。下面我们就给出常见的几可以用语义网络来表示。下面我们就给出常见的几种：种：44l1.实例关系实例关系实实例例关关系系表表示示类类与与其其实实例例（个个体体）之之间间的的关关系系。这这是是最最常常见见的的一一种种语语义义关关系系。例例如如，“小小华华是是一一个个大大学学生生”就就可可表表示示为为图图所所示示。其其中中，关关系系“是是一一个个”一般标识为一般标识为“is-a ” ，或，或ISA。A ISA B：表表示示A是是B的的一一个个特特例例。B是是比比A更更抽抽象象的一个概念，所以从的一个概念，所以从A到到B是一个抽象化的过程。是一个抽象化的过程。通过通过”ISA“关系，可以
38、实现层层抽象化。关系，可以实现层层抽象化。表示实例关系的语义网络表示实例关系的语义网络 小华小华大学生大学生是一个是一个45l2.分类（或从属、泛化）关系分类（或从属、泛化）关系分分类类关关系系是是指指事事物物间间的的类类属属关关系系，下下图图就就是是一一个个描描述述分分类类关关系系的的语语义义网网络络。在在图图中中，下下层层概概念念节节点点除除了了可可继继承承、细细化化、补补充充上上层层概概念念节节点点的的属属性性外外，还还出出现现了了变变异异的的情情况况：鸟鸟是是鸵鸵鸟鸟的的上上层层概概念念节节点点，其其属属性性是是“有有羽羽毛毛”、“会会飞飞”，但但鸵鸵鸟鸟的的属属性性只只是是继继承承了
39、了“有有羽羽毛毛”这这一一属属性性，而而把把鸟鸟的的“会会飞飞”变变更更为为“不不会会飞飞”。其其中中，关关系系“是是一一种种”一般标识为一般标识为“a-kind-of”或或AKO。A AKO B表表示示A是是一一种种B，A与与B之之间间有有属属性性继继承承和和属属性性更更改权。改权。46表示分类关系的语义网络表示分类关系的语义网络 47l3.组装关系组装关系如如果果下下层层概概念念是是上上层层概概念念的的一一个个方方面面或或者者一一部部分分，则则称称它它们们的的关关系系是是组组装装关关系系。例例如如图图所所示示的的语语义义网网络络就就是是一一种种组组装装关关系系。其其中中，关关系系“一一部部
40、分分”一般标识为一般标识为“a-part-of”。x A-part-of X：表示：表示x是是X的一部分（部件）。的一部分（部件）。桌子桌子桌腿桌腿桌面桌面一部分一部分一部分一部分表示组装关系的语义网络表示组装关系的语义网络 48l4.属性关系属性关系属属性性关关系系表表示示对对象象的的属属性性及及其其属属性性值值。例例如如，图图表示表示simon是一个人，男性，是一个人，男性，40岁，职业是教师。岁，职业是教师。表示属性关系的语义网络表示属性关系的语义网络 49表示集合表示集合成员关系的语义网络成员关系的语义网络 张三张三计算机学会计算机学会是成员是成员l5.集合与成员关系集合与成员关系意意
41、思思是是“是是的的成成员员”，它它表表示示成成员员（或或元元素素）与与集集合合之之间间的的关关系系。例例如如，“张张三三是是计计算算机机学学会会会会员员”可可表表示示为为下下图图。其其中中，关关系系“是是成成员员”一一般般标标识为识为“a-member-of”。x a-member-of X表表示示x是是X的的一一个个成成员员（元元素素）。x是是一一个个特特定定的的个个体体，X是是一一个个类类或或集集合合。他他们们之之间间也有属性继承权与属性更改权。也有属性继承权与属性更改权。50l6.逻辑关系逻辑关系如如果果一一个个概概念念可可由由另另一一个个概概念念推推出出，两两个个概概念念间间存存在在因
42、因果果关关系系，则则称称它它们们之之间间是是逻逻辑辑关关系系。如如下下图所示的语义网络就是一个逻辑关系。图所示的语义网络就是一个逻辑关系。 表示逻辑关系的语义网络表示逻辑关系的语义网络 雨天雨天外出外出ANDOR带雨披带雨披带雨伞带雨伞则则51l7.方位关系方位关系在在描描述述一一个个事事物物时时，经经常常需需要要指指出出它它发发生生的的时时间间、位位置置，或或者者指指出出它它的的组组成成、形形状状等等等等，此此时时可可用用相应的方位关系语义网络表示。例如事实：相应的方位关系语义网络表示。例如事实： 张宏是石油学院的一名助教；张宏是石油学院的一名助教； 石油学院位于西安市电子二路；石油学院位于
43、西安市电子二路； 张宏今年张宏今年25岁。可用下图所示的语义网络表示。岁。可用下图所示的语义网络表示。 52表示方位关系的语义网络表示方位关系的语义网络 电子电子2路路石油学院石油学院张宏张宏助教助教西安市区西安市区25岁岁位于位于工作在工作在职务职务属属于于年年龄龄53l8.所属关系所属关系所属关系表示所属关系表示“具有具有”的意思。例如的意思。例如“狗有尾狗有尾巴巴”可表示为下图所示。可表示为下图所示。 表示所属关系的语义网络表示所属关系的语义网络 狗狗尾巴尾巴have54l基于语义网络的推理基于语义网络的推理基基于于语语义义网网络络的的推推理理也也是是继继承承。继继承承也也是是通通过过匹
44、匹配配、搜索搜索实现的。实现的。问题求解过程：问题求解过程：l首首先先根根据据待待求求问问题题的的要要求求构构造造一一个个网网络络片片断断，该该网网络络片片断断中有些节点是空的，称为中有些节点是空的，称为询问处询问处，它反映待求解的问题。，它反映待求解的问题。l然后在知识库中查找可与之匹配的语义网络。然后在知识库中查找可与之匹配的语义网络。l当当网网络络片片断断中中的的询询问问部部分分与与知知识识库库中中的的某某网网络络结结构构匹匹配配时时，则与询问处匹配的事实，就是问题的解。则与询问处匹配的事实，就是问题的解。 语义网络语义网络55语义网络语义网络张华张华张张-2张张-1经理经理职员职员22
45、岁岁长城公司长城公司32岁岁上海浦东上海浦东是是工作在工作在是是工作在工作在年龄年龄年龄年龄位于位于姓名姓名姓名姓名受骋于受骋于张华张华张张-2职员职员？是是工作在工作在姓名姓名语义网络示意图语义网络示意图求解张华所在公司的语义网络片断求解张华所在公司的语义网络片断56习题习题1.什么是知识、事实与规则什么是知识、事实与规则2.知识具有哪些属性知识具有哪些属性3.什么是知识表示，有哪几种知识表示方法。什么是知识表示，有哪几种知识表示方法。4.产生式规则的一般形式，并说明其含义。产生式规则的一般形式，并说明其含义。5.什么是正向推理，写出其求解步骤什么是正向推理，写出其求解步骤6.什么是反向推理
46、，写出其求解步骤什么是反向推理，写出其求解步骤7.参照课件中产生式规则内容，对于参照课件中产生式规则内容，对于“动物分类问题的产生式系统动物分类问题的产生式系统”，如果其规则不变，有如下事实如果其规则不变，有如下事实：f1：某动物有毛发。：某动物有毛发。f2：有蹄。：有蹄。f3：白色。：白色。f4：有黑色条纹：有黑色条纹目标条件为：该动物是什么？目标条件为：该动物是什么？应用正反推理画出应用正反推理画出“与或树与或树”，说明该动物是什么。，说明该动物是什么。8.什么是语义网络，举一个例子说明。什么是语义网络，举一个例子说明。9.举例说明各种关系型的语义网络。举例说明各种关系型的语义网络。57The End, Thank You58
