1、第第10章章 知識表達與處理方法知識表達與處理方法 10.1 概述概述10.1.1 知識和知識表示的含義知識和知識表示的含義 1知識的定義知識的定義知識是用人們對于可重復信息之間聯系的認識，它是信息經過加工整理、解釋、挑選和改造而形成的。比較有代表性的定義有：lfeigenbaum：知識是經過裁剪、塑造、解釋、選擇和轉換了的信息。lbernstein：知識由特定領域的描述、關系和過程組成。lheyes-roth：知識=事實+信念+啟發式。 在ai領域，研究知識表示方法的目的是用知識來改善程序的性能，具體表現為：l利用知識來幫助選擇或限制程序搜索的范圍； l利用知識來幫助程序識別、判斷、規劃與學

2、習。 ai的研究集中在如何使程序擁有知識而具有智能行為。3智能系統中的知識 要使計算機系統具有智能，一般來說至少應使系統擁有以下幾個方面的知識：l關于對象（object）的知識，如火山、人。知識表示應能表示各種知識對象以及對象的類型、性質等。l事件（event），能表示事件的時序，因果關系等，如：天下雨，火山在一定條件下會爆發等。l行為（performance），如何寫文章，如何造句，如何證明定理等。l元知識（metaknowledge），是關于知識的知識，即什么是知識，以及如何運用知識。10.1.2 ai中知識表示方法分類中知識表示方法分類 ai中知識表示方法注重知識的運用，所以將知識表示方

3、法粗略地可分為以下兩大類。1過程式知識表示（procedure）l過程性知識是一般是表示如何做的知識，是有關系統變化、問題求解過程的操作、演算和行為的知識。這種知識是隱含在程序之中的，機器無法從程序的編碼中抽取出這些知識。l 過程式知識表示描述表示控制規則和控制結構的知識，給出一些客觀規律，告訴怎么作。.陳述式知識表示（陳述式知識表示（declarative） 陳述式知識描述系統狀態、環境和條件，以及問題的概念、定義和事實。 陳述式知識表示描述這種事實性知識，描述客觀事物所涉及的對象是什么，有時有必要給出對象之間的聯系。它的表示與知識運用（推理）是分開處理的。這種知識是顯式表示的，如：lisa

4、(john, man)lisa(abc, triangle)cat(a, b)cat(b, c)cat(c, a)10.1.3 ai對知識表示方法的要求對知識表示方法的要求 從知識利用上講，衡量知識表示方法可以從以下三個方面考察：l便于獲取，便于表示新知識，并以合適方式與已有知識相連接。l便于搜索，在求解問題時，能夠較快地在知識庫中找出有關知識。因此，知識庫應具有較好的記憶組織結構。l便于推理，要能夠從已有知識中推出需要的答案或結論。10.1.4 知識表示要注意的問題知識表示要注意的問題 理想的內部表示要能真實的直接反映外部世界的事實，內部知識表示與自然語言和外部世界三者之間的關系可用下圖描述

5、。10.2 邏輯表示法邏輯表示法l 邏輯是一種比較常見的知識表示法，在人工智能邏輯是一種比較常見的知識表示法，在人工智能領域中，很早就使用一階謂詞邏輯來表示知識。領域中，很早就使用一階謂詞邏輯來表示知識。l一階謂詞邏輯是一種形式語言，其根本目的在于一階謂詞邏輯是一種形式語言，其根本目的在于把數學中的邏輯論證進行符號化，使我們能夠采把數學中的邏輯論證進行符號化，使我們能夠采用數學演繹的方式，證明一個新的語句用數學演繹的方式，證明一個新的語句(或斷言或斷言)是從哪些已知正確的語句推導出來的，從而也就是從哪些已知正確的語句推導出來的，從而也就這個新語句也是正確的。這個新語句也是正確的。例10.1 已

6、知命題公式集合s可以轉化為如下2條子句。 起大風(5日) 起大風(x日)天氣變冷(x+1)日) 根據是否可以推斷6日天氣要變冷呢？可以用如下的反證法予以證明。 首先假設6日天氣不會變冷，用公式表示為 天氣變冷(6日) 邏輯表示法的主要優點： 自然。邏輯表示法是人們對問題直觀理解的一種描述，易于被人們接受。 明確。邏輯表示法對如何表示事實以及如何表示事實之間的復雜關系有明確的規定。 靈活。邏輯表示法把知識和知識處理的方法有效地區分開來了，使得在使用知識時，無需考慮程序處理知識的細節問題。 模塊化。各條知識都是相對獨立的，容易模塊化，添加、刪除、修改知識的工作比較容易。10.3產生式表示法產生式表

7、示法 1943年美國數學家波斯特（post）首先提出的產生式系統（production system），產生式是指類似于aaa的符號變換規則。產生式系統的廣泛使用主要有兩點理由：l 用產生式系統結構求解問題過程和人類求解問題的思維過程很相像，因而可以用來模擬人們求解問題時的思維過程。l 人們可以把產生式當作人工智能系統中的一個基本的知識結構單元。10.3.1 產生式系統的組成產生式系統的組成產生式系統由全局數據庫(global database)、 產生式規則集（set of product rules）和控制策略（control strategies）三部分組成。各部分之間的關系如圖3-3所

8、示。 l全局數據庫全局數據庫l是產生式系統所使用的主要數據結構，它存放輸是產生式系統所使用的主要數據結構，它存放輸入的事實和問題狀態以及所求解問題的所有信息，入的事實和問題狀態以及所求解問題的所有信息，包括推理的中間結果和最后結果。全局數據庫中包括推理的中間結果和最后結果。全局數據庫中的數據根據應用的問題不同，可以是常量、變量、的數據根據應用的問題不同，可以是常量、變量、謂詞、表結構、圖像等等。全局數據庫中的數據謂詞、表結構、圖像等等。全局數據庫中的數據是產生式規則的處理對象。是產生式規則的處理對象。規則集規則集是某領域知識的用規則形式的表示的集合，規則用是某領域知識的用規則形式的表示的集合，

9、規則用產生式來表示。規則集包含將問題從初始狀態轉換產生式來表示。規則集包含將問題從初始狀態轉換到目標狀態的那些變換規則。規則的一般形式為：到目標狀態的那些變換規則。規則的一般形式為：條件行為條件行為 或或 前提結論前提結論用一般計算機程序語言表示為：用一般計算機程序語言表示為： if then 控制策略或控制系統是規則的解釋程序，它規定了如何選擇一條可應用是規則的解釋程序，它規定了如何選擇一條可應用的規則對全局數據庫進行操作，即決定了問題求解的規則對全局數據庫進行操作，即決定了問題求解過程或推理路線。控制策略負責產生式規則前提或過程或推理路線。控制策略負責產生式規則前提或條件語全局數據庫中數據

10、的匹配，按一定的策略從條件語全局數據庫中數據的匹配，按一定的策略從匹配超過的規則匹配超過的規則(可能不止一條可能不止一條)中選出一條加以執中選出一條加以執行行(執行規則行為部分規定的操作，或得到規則結論執行規則行為部分規定的操作，或得到規則結論部分描述的結論部分描述的結論)，并在合適的時候結束產生式系統，并在合適的時候結束產生式系統的運行。的運行。10.3.2 產生式系統的知識表示產生式系統的知識表示方法，包括事實的表示和規則的表示。 1. 事實的表示事實的表示 (1) 孤立事實的表示 孤立事實通常用三元組（對象，屬性，值）或（關系，對象，對象）表示，其中對象就是語言變量。若要表示老王、老張是

11、朋友，則可表示成若要表示老王、老張是朋友，則可表示成（friend, wang, zhang） 如果增加不確定的度量，可增加一個因子表示兩如果增加不確定的度量，可增加一個因子表示兩人友誼的可信度。如人友誼的可信度。如 （friendship, wang, zhang，0.8）可理解為王、張二人友誼的可信度為可理解為王、張二人友誼的可信度為0.8。(2) 有關聯事實的表示 a. 樹型結構在在mycin霉菌素霉菌素系統中表示事實用的是四元組，為系統中表示事實用的是四元組，為了查找的方便，它把不同的對象（即上下文）按層了查找的方便，它把不同的對象（即上下文）按層次組成一種上下文樹。次組成一種上下文樹

12、。b. 網狀結構網狀結構在prospector(探勘者；采礦者)探礦系統中，整個靜態知識以語義網絡的結構把相關的知識連在一起，這樣就使查找更加方便了。prospector將不同對象的礦石按子集和成員關系組成一個網絡。網絡最左分支表示“方鉛礦是硫化鉛的成員，硫化鉛是硫化礦的子集，而硫化礦又是礦石的子集”。其中s表示子集關系，表示y是x的子集；e表示成員關系，表示y是x的成員。 2. 規則的表示 (1) 單個規則的表示l 對于單個規則一般由前項和后項兩部分組成。前項由邏輯連接詞組成各種不同的前提條件；后項表示前提條件為真時，應采取的行為或所得的結論。如果考慮不精確推理，則可考慮附加可置信度量值。l

13、mycin規則中，無論前項或后項，其基本部分是關聯三元組（特性對象取值）或一個謂詞加上三元組。mycin系統中的規則定義為：=( if then else )其中各部分的定義分別為：=(and)=(or|()=()=|=()具體的mycin規則以及它在機器內部用lisp 語言的表示。mycin系統中有如下所示的一個典型規則：前提條件: 細菌革氏染色陰性 形態桿狀 生長需氧結論: 該細菌是腸桿菌屬，cf=0.8。采用lisp表達式描述為：premise：（$and（same cntxt gram gramneg） （same cntxt morph rod） （same cntxt air ae

14、robic）action：(conclude cntxt class enterobacteriaceae腸桿菌科 tally 0.8）lsame，$and，conclude為自定義的函數lsame（c，p，lst）的3個自變量分別是上下文c，臨床參數（特性）p，p的可能取值lst。same謂詞函數的取值是根據其自變量對象-特性-取值所表達內容的置信度，取0.21.0之間任一數值，當置信度cf0.2時取為nil。l$andconditioncondition也是特殊的謂詞函數，與lisp中系統定義的函數and不同，其取值范圍與same函數類似。ltally是規則的置信度。(2) 有關聯規則間關

15、系的表示在知識庫(規則庫)中某些規則常按某種特征組織起來放在一起，形成某種結構。這樣既便于規則庫的維護管理，也方便于規則的使用。a. 規則按參數分類在mycin中每一項特性（臨床參數）設有一種專門的特征表如：l ident：屬細菌屬性prop-orgl contained-in：（rule 030）l expect：（one of（organisms）l labdata：tl lookahead：（rule004，rule054，rule168）l prompt：（enter the identity (genus) of *）l trans：（the identity of *）l upda

16、ted-by：（rule021，rule003， llookahead： 指明哪些規則的前提涉及該參數。lupdate-by：指出從哪些規則的行為部分可存取該參數。lexpect：指出該參數的取值范圍，如（yn）指取值是或否；llabdata：指出該參數是否為實驗的原始數據，若為t，則在推理時可向用戶提問，索取該參數；lprompt：為mycin向用戶顯示的提示符，其中*號表示在提問的過程中可用當前涉及的上下文替代的內容；ltrans：為便于人機對話，指出如何將該參數的內容翻譯成英語表達式。b. 規則的網狀結構規則的網狀結構l 規則之間可以以各種方式相互聯系，當某一規則的結論正好是另一規則的前

17、提或前提的一部分時，這兩個規則就形成了一種“序關系”。如果用箭頭表示這種序關系，在規則之間就形成了一種復雜的網狀結構。l例10.2 prospector系統中由不同規則所形成的部分推理網絡圖如圖3-6所示，這是kuroko-型均勻結構的硫化礦沉積的部分礦床模型。10.3.3 產生式系統的推理方式產生式系統的推理方式1. 正向推理 正向推理是從已知事實出發，通過規則庫求得結正向推理是從已知事實出發，通過規則庫求得結論，稱為數據驅動方式，也稱作自底向上的方式。論，稱為數據驅動方式，也稱作自底向上的方式。推理過程是：推理過程是： 規則集中規則的前件與數據庫中的事實進行匹配，規則集中規則的前件與數據庫

18、中的事實進行匹配，得到匹配的規則集合；得到匹配的規則集合； 從匹配規則集合中選擇一條規則作為使用規則；從匹配規則集合中選擇一條規則作為使用規則；執行使用規則，將該使用規則后件的執行結果送入執行使用規則，將該使用規則后件的執行結果送入數據庫。數據庫。 重復這個過程直到達到目標。重復這個過程直到達到目標。例例10.3 動物識別系統動物識別系統identfier包含有如下規則：包含有如下規則：規則規則i2如果該動物能產乳，如果該動物能產乳，那么它是哺乳動物。那么它是哺乳動物。規則規則i8如果該動物是哺乳動物，它反芻，如果該動物是哺乳動物，它反芻，那么它是有蹄動物而且是偶蹄動物。那么它是有蹄動物而且是

19、偶蹄動物。規則規則i11 如果該動物是有蹄動物，如果該動物是有蹄動物， 它有長頸，它有長腿，它有長頸，它有長腿， 它的顏色是黃褐色，它的顏色是黃褐色， 它有深色斑點，它有深色斑點， 那么那么 它是長頸鹿。它是長頸鹿。l根據規則，假如已知某個動物產乳，依規則根據規則，假如已知某個動物產乳，依規則i2可可以推出這個動物是哺乳動物。如果再知該動物反以推出這個動物是哺乳動物。如果再知該動物反芻時，依規則芻時，依規則i8又可以推出該動物有蹄且是偶蹄又可以推出該動物有蹄且是偶蹄動物，于是得到新的事實：該動物是有蹄動物。動物，于是得到新的事實：該動物是有蹄動物。再加上該動物有長腿、長頸等事實，利用規則再加上

20、該動物有長腿、長頸等事實，利用規則i11，可以推出該動物是長頸鹿。可以推出該動物是長頸鹿。 2. 逆向推理逆向推理是從目標（作為假設）出發，逆向使用規逆向推理是從目標（作為假設）出發，逆向使用規則，找到已知事實。逆向推理過程如下：則，找到已知事實。逆向推理過程如下：l規則集中的規則后件與假設的目標事實進行匹配，規則集中的規則后件與假設的目標事實進行匹配，得到匹配的規則集合。得到匹配的規則集合。l從匹配規則集合中選擇一條規則作為使用規則。從匹配規則集合中選擇一條規則作為使用規則。l將使用規則的前件作為新的假設子目標。將使用規則的前件作為新的假設子目標。l重復這個過程，直至各子目標均為已知事實后成

21、功重復這個過程，直至各子目標均為已知事實后成功結束。結束。3. 雙向推理l雙向推理，又叫混合推理，既自頂向下，又自底雙向推理，又叫混合推理，既自頂向下，又自底向上，從兩個方向作推理，直至某個中間界面上向上，從兩個方向作推理，直至某個中間界面上兩個方向的結果相符便成功結束。不難想象這種兩個方向的結果相符便成功結束。不難想象這種雙向推理較正向推理或逆向推理所形成的推理網雙向推理較正向推理或逆向推理所形成的推理網絡來得小，從而推理效率更高。絡來得小，從而推理效率更高。 例如，在動物識別系統中，已知某動物具有特征：例如，在動物識別系統中，已知某動物具有特征：長腿、長頸、反芻、產乳。為了識別一個動物，長

22、腿、長頸、反芻、產乳。為了識別一個動物，可以進行以下的雙向推理可以進行以下的雙向推理.10.3.4 產生式規則的選擇與匹配產生式規則的選擇與匹配通常搜索策略的主要任務是確定如何選取規則的通常搜索策略的主要任務是確定如何選取規則的方式和方法。方式和方法。選擇規則的基本方式有兩種：選擇規則的基本方式有兩種：() 不考慮給定問題所具有的特定知識。不考慮給定問題所具有的特定知識。() 考慮問題領域可應用的知識。考慮問題領域可應用的知識。選擇規則的方法可以使用匹配。選擇規則的方法可以使用匹配。 1. 規則的匹配規則的匹配匹配方式有如下幾種：匹配方式有如下幾種：（1）用索引匹配）用索引匹配 對全局數據庫對

23、全局數據庫gd(global database)加索引，再加索引，再通過映射函數找出相應的規則。通過映射函數找出相應的規則。 例如：自動情報檢索系統，將用戶需求輸入到例如：自動情報檢索系統，將用戶需求輸入到gd，其中的關鍵詞作為索引。如用作者名為索引，則其中的關鍵詞作為索引。如用作者名為索引，則利用已知作者名找書的規則利用已知作者名找書的規則; 用書名為索引，則用書名為索引，則利用已知書名找書的規則。利用已知書名找書的規則。（2）變量匹配）變量匹配 例如，符號積分，使用規則例如，符號積分，使用規則:udvuv-vdu，而，而系統實際求積分時，要查找系統實際求積分時，要查找gd中中xdy 的形式

24、，的形式，要求要求x與與u，y與與v匹配。匹配。 （3） 近似匹配近似匹配 在匹配中，有大部分條件符合或接近符合，則可在匹配中，有大部分條件符合或接近符合，則可認為規則匹配。認為規則匹配。2規則的選取規則的選取 在匹配之后，可用規則如果有若干條，如何選擇哪在匹配之后，可用規則如果有若干條，如何選擇哪一條來執行？一條來執行？在不考慮利用啟發式知識的情況下，有如下一些原在不考慮利用啟發式知識的情況下，有如下一些原則可用于規則地選擇。則可用于規則地選擇。（1）專用與通用性排序，如果某一規則的條件部）專用與通用性排序，如果某一規則的條件部分比另一規則的條件部分所規定的情況更為專門分比另一規則的條件部分

25、所規定的情況更為專門化，則更為專門化的規則優先使用。化，則更為專門化的規則優先使用。那么如何確定哪個規則更專門化呢？下面用實例說那么如何確定哪個規則更專門化呢？下面用實例說明。明。 例例10.4 美式足球訓練規則：美式足球訓練規則：pr1: if 是第四次開始進攻（是第四次開始進攻（fourth down） 且進攻方前三次進攻中前進的距離少于且進攻方前三次進攻中前進的距離少于10碼碼 then 可以在第四次進攻時踢懸空球可以在第四次進攻時踢懸空球pr2: if 是第四次開始進攻（是第四次開始進攻（fourth down） 且進攻方前三次進攻中前進的距離少于且進攻方前三次進攻中前進的距離少于10

26、碼）碼） 且進攻位置在對方球門線且進攻位置在對方球門線30碼之內碼之內 then 可以射門（可以射門（field goal）以上兩個規則，以上兩個規則，pr2比比pr1更專門化，因為更專門化，因為pr2條條件限制更多一些。件限制更多一些。通常的判定方法是：通常的判定方法是：l如果某一規則的前件集包含另一規則的所有前件，如果某一規則的前件集包含另一規則的所有前件，則前一規則較后一規則更為專門化。則前一規則較后一規則更為專門化。l如果某一規則中的變量處在第二規則中是常量，如果某一規則中的變量處在第二規則中是常量，而其余相同，則后一規則比前一規則更專門化。而其余相同，則后一規則比前一規則更專門化。

27、(2) 規則排序，通過對問題領域的了解，規則集本身規則排序，通過對問題領域的了解，規則集本身就可劃分優先次序。那些最適用的或使用頻率最高就可劃分優先次序。那些最適用的或使用頻率最高的規則優先使用。例如，模仿心理療法的行為的智的規則優先使用。例如，模仿心理療法的行為的智能程序能程序eliza，有規則，有規則: pr1: ; pr2: ; prn: ;其中，最后一個規則為其中，最后一個規則為: prn：if nil then “tell me more about your family” 因為最后一個規則的前件是空的，無條件地可以因為最后一個規則的前件是空的，無條件地可以使用，所以要安排在無其他

28、規則可使用時才可使用。使用，所以要安排在無其他規則可使用時才可使用。 (3) 數據排序，將規則中的條件部分按某個優先數據排序，將規則中的條件部分按某個優先次序排序。次序排序。 (4) 規模排序，按條件部分的多少排序，條件多規模排序，按條件部分的多少排序，條件多者優先。者優先。 (5) 就近排序，最近使用的規則排在優先位置，就近排序，最近使用的規則排在優先位置，這樣使用多的規則優先。這樣使用多的規則優先。 (6) 按上下文限制將規則分組，如在醫學專家系按上下文限制將規則分組，如在醫學專家系統統mycin中，不同上下文用不同組的規則進行診中，不同上下文用不同組的規則進行診斷或開處方。斷或開處方。1

29、0.3.5 產生式表示的特點產生式表示的特點 產生式以規則作為形式單元，格式固定，易于產生式以規則作為形式單元，格式固定，易于表示，且知識單元間相互獨立，易于建立知識庫。表示，且知識單元間相互獨立，易于建立知識庫。 推理方式單純，適于模擬強數據驅動特點的智推理方式單純，適于模擬強數據驅動特點的智能行為。能行為。 知識庫與推理機相分離，這種結構易于修改知知識庫與推理機相分離，這種結構易于修改知識庫，可增加新的規則去適應新的情況，而不會破壞識庫，可增加新的規則去適應新的情況，而不會破壞系統的其他部分。系統的其他部分。 易于對系統的推理路徑作出解釋。易于對系統的推理路徑作出解釋。10.4 語義網絡表

30、示法語義網絡表示法l 語義網絡是語義網絡是quillian在在1968年研究人類聯想記憶年研究人類聯想記憶時提出的心理學模型，認為記憶是由概念間的聯時提出的心理學模型，認為記憶是由概念間的聯系實現的。系實現的。1972年年simmons首先將語義網絡表首先將語義網絡表示法用于自然語言理解系統。示法用于自然語言理解系統。l 語義網絡是知識的一種圖解表示，它由結點和語義網絡是知識的一種圖解表示，它由結點和弧線組成。結點用于表示實體、概念和情況等，弧線組成。結點用于表示實體、概念和情況等，弧線用于表示結點間的關系。弧線用于表示結點間的關系。 語義網絡表示由下列語義網絡表示由下列4個相關部分組成：個相

31、關部分組成： 詞法部分詞法部分 決定該表示方法詞匯表中允許有哪些決定該表示方法詞匯表中允許有哪些符號，它涉及各個結點和弧線。符號，它涉及各個結點和弧線。 結構部分結構部分 敘述符號排列的約束條件，指定各弧敘述符號排列的約束條件，指定各弧線連接的結點對。線連接的結點對。 過程部分過程部分 說明訪問過程，這些過程能用來建立說明訪問過程，這些過程能用來建立和修正概念的描述，以及回答相關問題。和修正概念的描述，以及回答相關問題。 語義部分語義部分 確定與描述相關的意義的方法，即確確定與描述相關的意義的方法，即確定有關結點和對應弧線的排列及其相互關系。定有關結點和對應弧線的排列及其相互關系。 10.4.

32、1 語義網絡結構語義網絡結構 語義網絡是對知識的有向圖表示方法。一個語義網語義網絡是對知識的有向圖表示方法。一個語義網絡是由一些以三元組絡是由一些以三元組 （結點（結點1，弧，結點，弧，結點2）的圖形表示連接而成的有向圖。其結點表示概念、的圖形表示連接而成的有向圖。其結點表示概念、事物、事件、情況等事物、事件、情況等; 弧是有方向和有標注的，方弧是有方向和有標注的，方向體現主次關系，結點向體現主次關系，結點1為主，結點為主，結點2為輔。弧上的為輔。弧上的標注表示結點標注表示結點1的屬性或結點的屬性或結點1和結點和結點2之間的關系。之間的關系。 這樣一個三元組的圖形表示為：這樣一個三元組的圖形表

33、示為： r10.4.2 二元語義網絡的表示二元語義網絡的表示 l 二元語義網絡可以用來表示一些涉及變元的簡單二元語義網絡可以用來表示一些涉及變元的簡單的事實，其實質還是一個三元組：的事實，其實質還是一個三元組：(r, x, y)。l 例如，表示例如，表示“所有的燕子（所有的燕子（swallow）都是鳥）都是鳥（bird）”這一事實，可建立二個結點：這一事實，可建立二個結點： swallow 和和 bird 。兩節點以。兩節點以isa（表示（表示“是一個是一個”）鏈相連，如下圖所示：）鏈相連，如下圖所示： 對于事實對于事實“知更鳥是鳥，所有的鳥都有翅膀知更鳥是鳥，所有的鳥都有翅膀”，知，知更鳥、

34、鳥以及翅膀分別用更鳥、鳥以及翅膀分別用 robin 、 bird及及 wings表示。因為知更鳥是鳥的一部分，因此在表示。因為知更鳥是鳥的一部分，因此在ronbin和和bird之間用弧線連接，并加標記之間用弧線連接，并加標記ako（a kind of的縮寫），以表示這種關系；又因為翅的縮寫），以表示這種關系；又因為翅膀屬于鳥的一個組成部分，所以在膀屬于鳥的一個組成部分，所以在bird和和wings之間也用弧線連接，并加標記之間也用弧線連接，并加標記has-part，其語義網，其語義網絡為：絡為：如果增添新的事實，只需在語義網絡中增加新的結如果增添新的事實，只需在語義網絡中增加新的結點和弧線就可

35、以了。如果在上圖所示的語義網絡中，點和弧線就可以了。如果在上圖所示的語義網絡中，要增添事實：要增添事實： “clyde是一個知更鳥，并且有一個叫做是一個知更鳥，并且有一個叫做nest-1的巢。的巢。”10.4.3 多元語義網絡的表示多元語義網絡的表示 語義網絡結點之間的連接是二元關系。如果要表示的語義網絡結點之間的連接是二元關系。如果要表示的事實是多元關系，必須將多元關系轉化為二元關系，事實是多元關系，必須將多元關系轉化為二元關系，然后用語義網表示出來。必要時要在語義網中增加一然后用語義網表示出來。必要時要在語義網中增加一些中間結點。具體來說，多元關系些中間結點。具體來說，多元關系r(x1,

36、x2, xn)可以轉成可以轉成 r(x11, x12)r(x21, x22)r(xn1, xn2,)。例如，例如，triangle（a, b, c）表示一個三角形由三條）表示一個三角形由三條邊邊a ,b ,c構成，可表述成：構成，可表述成： cat(a, b)cat(b, c)cat(c, a) 又例如，要表達：又例如，要表達： “john gave mary a book.”這一事實，用謂詞可表示為：這一事實，用謂詞可表示為：give(john, mary, book)這是一個多元關系，用語義這是一個多元關系，用語義網絡表示如圖所示。網絡表示如圖所示。其中其中g1是增加的一個節點，是增加的一

37、個節點，用來表示一個特定用來表示一個特定giving-events事件事件 giving-events isa 1g giver recip obj john mary book isa isa isa persons phys-objs 10.4.4 連接詞和量詞的表示連接詞和量詞的表示從邏輯上看，一個基本的語義網絡相當于一組二元從邏輯上看，一個基本的語義網絡相當于一組二元謂詞，因為三元組（結點謂詞，因為三元組（結點1，弧，結點，弧，結點2）可以寫成）可以寫成p(個體個體1，個體，個體2)。其中，。其中，p與表達結點與表達結點1、結點、結點2之之間關系的弧相對應，個體間關系的弧相對應，個體1

38、，個體，個體2與結點與結點1、結點、結點2 相對應。這樣，語義網絡可以作為一種相對應。這樣，語義網絡可以作為一種“粒度粒度”較較大的、表達信息更豐富知識單元，在這種知識單元大的、表達信息更豐富知識單元，在這種知識單元中也存在與謂詞邏輯中類似的各種連接詞及量詞。中也存在與謂詞邏輯中類似的各種連接詞及量詞。 1. 合取合取 在上例中與節點在上例中與節點g1 相連的鏈相連的鏈giver，obj以以recip之間是合取關系。因為只有給予者是之間是合取關系。因為只有給予者是john，接受者是，接受者是mary，給予物是，給予物是book，這，這三個關系同時成立時，才構成事件三個關系同時成立時，才構成事件

39、g1。在語義網。在語義網絡的表示中約定：如果不另外增加標志，就意味絡的表示中約定：如果不另外增加標志，就意味著弧與弧之間的關系就是合取。著弧與弧之間的關系就是合取。2. 析取析取下圖表示的就是具有下圖表示的就是具有“或或”關系的語義網絡，其含義關系的語義網絡，其含義用謂詞公式表示出來就是：用謂詞公式表示出來就是： isa(a,b)part-of(b,c)在語義網絡中，為了表示在語義網絡中，為了表示“或或”的關系，一種最常的關系，一種最常用的方法是將用的方法是將“或或”關系的弧用一條封閉虛線包圍關系的弧用一條封閉虛線包圍起來，并標記起來，并標記dis。如果如果“與與”關系是嵌套在關系是嵌套在“或

40、或”關系內的，則這些關系內的，則這些具有具有“與與”關系的弧用標記為關系的弧用標記為conj的封閉虛線包的封閉虛線包圍起來。圍起來。例如句子例如句子“john是一個程序員或者是一個程序員或者mary是一個律是一個律師師”，其語義網絡表示，其語義網絡表示 為：為： dis isa isa profession profession conj conj worker worker occupation-events oc1 john programmer lawyer mary oc2 3. 否定否定l為表示否定關系，可以采用為表示否定關系，可以采用isa和和 part-of 關系或標注出關系或標

41、注出neg界限，如界限，如:如果我們要用語義網絡表示如果我們要用語義網絡表示 is a(a，b)part-of（b，c）可利用可利用isa和和part-of 來表示這個事實。如果來表示這個事實。如果不希望改變這個表達式的形式，那么可以利用不希望改變這個表達式的形式，那么可以利用neg界限，如下圖所示。界限，如下圖所示。 4. 蘊涵蘊涵 在語義網絡中可用標注在語義網絡中可用標注ante和和conse界限來表示蘊涵界限來表示蘊涵關系。關系。ante和和conse界限分別用來把與前提條件界限分別用來把與前提條件（antecedent）及與結果（）及與結果（consequence）相關的弧聯系）相關的

42、弧聯系在一起。在一起。例如，我們可用下圖例如，我們可用下圖 來表示來表示: “every one who lives at 37 maple 楓樹楓樹 street is a programmer.”。5. 量化量化 (1) 存在量詞的量化存在量詞的量化 存在量詞在語義網絡中可直接用存在量詞在語義網絡中可直接用isa鏈來表示。鏈來表示。 例如，要表示：例如，要表示：the dog bits the postman.這句話意味著所涉及的是存在量化。這句話意味著所涉及的是存在量化。 (2) 全稱量詞的量化全稱量詞的量化 全稱量詞的在語義網中全稱量詞的在語義網中的量化，其量詞的轄域可的量化，其量詞的

43、轄域可以是整個語義網絡，也可以是整個語義網絡，也可以是把語義網絡分割后的以是把語義網絡分割后的某一個范圍。某一個范圍。 要表達要表達“john給了所給了所有人一件東西有人一件東西”，可用圖，可用圖3-15的語義網絡表示出來。的語義網絡表示出來。10.4.5 語義網絡的推理過程語義網絡的推理過程 l語義網絡中的推理過程主要有兩種，一種是繼承，另語義網絡中的推理過程主要有兩種，一種是繼承，另一種是匹配。一種是匹配。1. 繼承繼承在語義網絡中所謂繼承是把對事物的描述從概念結點在語義網絡中所謂繼承是把對事物的描述從概念結點或類結點傳遞到實例結點中去。例如在下圖所示的語或類結點傳遞到實例結點中去。例如在

44、下圖所示的語義網絡中義網絡中brick是概念結點，是概念結點，brick12是一個實例結是一個實例結點。點。brick結點在其結點在其shape（外形）槽中填入了（外形）槽中填入了rectangular（矩形），說明磚塊的外形是矩形的。（矩形），說明磚塊的外形是矩形的。這個描述可以通過這個描述可以通過isa鏈傳遞給實例結點鏈傳遞給實例結點brick12。因此，雖然因此，雖然brick12沒有沒有shape槽，但可以從槽，但可以從這個語義網絡推理出這個語義網絡推理出brick12的外形是矩形的。的外形是矩形的。(1) 值繼承。最簡單的值繼承是isa關系下的直接繼承。l例如:另外，還有一種ako(

45、a-kind-of)弧也用于語義網絡中的描述特性的繼承。 isa和ako弧都可以直接地表示類的成員關系以及子類和類之間的關系，提供了一種把知識從某一層傳遞到另一層的途徑。 (2) “如果需要如果需要”繼承繼承。在某些情況下，當我們不知。在某些情況下，當我們不知道槽值但又需要這個槽值時，可以利用道槽值但又需要這個槽值時，可以利用if-needed繼承，進行這種計算的程序稱為繼承，進行這種計算的程序稱為if-needed程序。程序。這種槽有這種槽有if-needed側面，側面，if-needed程序就有放在程序就有放在這側面中。這側面中。例如，如圖例如，如圖3-18(a)所示，一個確定重量的程序存

46、放所示，一個確定重量的程序存放在在block節點的節點的weight槽的槽的if-needed側面中。側面中。在需要的時候執行這個程序，就可以根據在需要的時候執行這個程序，就可以根據brick12的密度計算出重量，并把它存入的密度計算出重量，并把它存入brick12的的weight槽的側面中，其結果如圖槽的側面中，其結果如圖3-18(b）所示。）所示。 (3) 默認繼承。默認繼承。某個弧值具有相當程度的真實性，某個弧值具有相當程度的真實性，但又不能十分肯定的，因此設定為默認值，放在這但又不能十分肯定的，因此設定為默認值，放在這個結點中，并標明這個弧為個結點中，并標明這個弧為default（默認

47、）弧。（默認）弧。只要不與現有事實相沖突，就默認這個值為這個結只要不與現有事實相沖突，就默認這個值為這個結點的值，語義網中這種推理稱為默認繼承。點的值，語義網中這種推理稱為默認繼承。2匹配匹配 語義網絡中推理方法主要是依靠匹配。進行匹配時，語義網絡中推理方法主要是依靠匹配。進行匹配時，根據提出的問題可構成局部網絡，這個網絡中有的結根據提出的問題可構成局部網絡，這個網絡中有的結點或弧的標記是空的，表示有待求解的。依據這個局點或弧的標記是空的，表示有待求解的。依據這個局部網絡到知識庫中尋找匹配的網絡，以便求得問題的部網絡到知識庫中尋找匹配的網絡，以便求得問題的解答。解答。研究下圖中的研究下圖中的s

48、tructure35。已知這個結構有兩個。已知這個結構有兩個部件，一個磚塊部件，一個磚塊brick12和一個楔塊和一個楔塊wedge18。一。一旦在旦在structure和和toy-house之間放上之間放上isa弧，我弧，我們就可以知道們就可以知道brick12必須支撐必須支撐wedge18。3語義網絡上的推理語義網絡上的推理帶蘊涵結點的語義網絡又稱為推理網絡。帶蘊涵結點的語義網絡又稱為推理網絡。語義網絡的演繹就是在推理網絡上的搜索過程。此語義網絡的演繹就是在推理網絡上的搜索過程。此時的語義網絡實際上演化為基于網絡的規則系統。時的語義網絡實際上演化為基于網絡的規則系統。推理網絡上的搜索也有正

49、向推理、逆向推理和雙向推理網絡上的搜索也有正向推理、逆向推理和雙向推理。推理。推理網絡上的正向推理過程為：根據已知斷言網絡，推理網絡上的正向推理過程為：根據已知斷言網絡，從推理網絡的最低層結點出發，按規則所指方向逐從推理網絡的最低層結點出發，按規則所指方向逐步向上搜索，直到最高層假說斷言結點為止。步向上搜索，直到最高層假說斷言結點為止。10.4.6 語義網絡的一般描述語義網絡的一般描述 語義網絡能把實體的結構、屬性與實體間的因語義網絡能把實體的結構、屬性與實體間的因果關系顯示地和簡明地表達出來，這樣可以聯想方果關系顯示地和簡明地表達出來，這樣可以聯想方式實現對系統的解釋。式實現對系統的解釋。

50、由于與概念相關的屬性和聯系被組織在一個相由于與概念相關的屬性和聯系被組織在一個相應的結點中，因而語義網絡使概念易于訪問和學習。應的結點中，因而語義網絡使概念易于訪問和學習。 語義網絡表現問題更加直觀，更易于理解，適語義網絡表現問題更加直觀，更易于理解，適合于知識工程師與領域專家溝通。合于知識工程師與領域專家溝通。10.4.6 語義網絡的一般描述語義網絡的一般描述 語義網絡結構的語義解釋依賴于該結構的推理語義網絡結構的語義解釋依賴于該結構的推理過程而沒有固定結構的約定，因而得到的推理不能過程而沒有固定結構的約定，因而得到的推理不能保證像謂詞邏輯法那樣有效。保證像謂詞邏輯法那樣有效。 語義網絡結點

51、間的聯系可能是線狀、樹狀或網狀語義網絡結點間的聯系可能是線狀、樹狀或網狀的，甚至是遞歸狀的結構，使相應的知識存儲和檢的，甚至是遞歸狀的結構，使相應的知識存儲和檢索需要比較復雜的過程。索需要比較復雜的過程。10.5 框架表示法框架表示法10.5.1 框架理論框架理論 l 1975年年minsky在他的論文在他的論文“a framework for representing knowledge”中提出了框架理論，中提出了框架理論，后來被逐步成為一種被廣泛使用的知識表示方法。后來被逐步成為一種被廣泛使用的知識表示方法。l框架理論的提出是基于這樣的心理學研究成果：框架理論的提出是基于這樣的心理學研究成

52、果：即在人類日常的思維及理解活動中已存儲了大量即在人類日常的思維及理解活動中已存儲了大量的典型情景，當分析和理解所遇到的新情況時，的典型情景，當分析和理解所遇到的新情況時，人們并不是從頭分析新情況，而是從記憶中選擇人們并不是從頭分析新情況，而是從記憶中選擇（即匹配）某個輪廓的基本知識結構（即框架）（即匹配）某個輪廓的基本知識結構（即框架）與當前的現實情況進行某種程度的匹配。與當前的現實情況進行某種程度的匹配。10.5.2 框架結構框架結構 框架是基于概念的抽象程度表現出自上而下的分層結構，它框架是基于概念的抽象程度表現出自上而下的分層結構，它的最頂層是固定的一類事物。框架由框架名和描述事物各個

53、的最頂層是固定的一類事物。框架由框架名和描述事物各個方面的槽組成。每個槽有可以擁有若干側面，而每個側面可方面的槽組成。每個槽有可以擁有若干側面，而每個側面可以擁有若干個值。這些內容可以根據具體問題的具體需要來以擁有若干個值。這些內容可以根據具體問題的具體需要來取舍。取舍。一個框架的一般結構如下：一個框架的一般結構如下： 例如，一個人可以用其職業、身高和體重等項信息例如，一個人可以用其職業、身高和體重等項信息來描述，因而可以用這些項目組成框架的槽。當描來描述，因而可以用這些項目組成框架的槽。當描述一個具體的人時，再用這些項目的具體值填入到述一個具體的人時，再用這些項目的具體值填入到相應的槽中。下

54、面給出的是描述相應的槽中。下面給出的是描述john這個人的一這個人的一個框架。個框架。 john isa : person profession : programmer height : 1.8m weight : 79kg框架系統具有樹狀結構。每個結點具有如下框架結構形式：框架系統具有樹狀結構。每個結點具有如下框架結構形式：其中，框架名用類名表示，其中，框架名用類名表示，ako是一個槽，是一個槽，value是它的側是它的側面。面。prop槽用來記錄該結點所具有的特性，其側面槽用來記錄該結點所具有的特性，其側面default表示該槽的內容是可以進行默認繼承的，即當表示該槽的內容是可以進行默認繼承的，即當為非為非nil時，時，prop的槽值為的槽值為，當，當為為nil時，時，prop的槽值用其父結點的的槽值用其父結點的prop槽值來代替。槽值來代替。l框架的一個重要屬性是其繼承性。為此，一個框框架的一個重要屬性是其繼承性。為此，一個框架系統常被表示成一種樹形結構，樹的每一個結架系統常被表示成一種樹形結構，樹的每一個結點是一個框架結構，子結點與父結點之間用點是一個框架結構，子結點