高級數(shù)據(jù)庫技術(shù)知識庫技術(shù)第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日目錄4.1知識的概念4.2知識表示與推理4.3知識庫與知識庫系統(tǒng)4.4基于知識的數(shù)據(jù)庫技術(shù)第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日第4章知識庫技術(shù)4.1知識的概念4.2知識表示與推理4.3知識庫與知識庫系統(tǒng)4.4基于知識的數(shù)據(jù)庫技術(shù)第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.3.1知識庫概念從知識存儲的角度來看知識庫是知識集合包括概念、事實(shí)與規(guī)則。由于概念一般均包含在事實(shí)內(nèi)實(shí)際上知識庫中應(yīng)當(dāng)包含事實(shí)與規(guī)則兩個部分4.3.2知識庫管理系統(tǒng)當(dāng)知識以一定方式存儲并具共享性和持久性這種集合的元素數(shù)量很大時就需要進(jìn)行管理管理知識庫的計算機(jī)軟件就稱為知識庫管理系統(tǒng)（knowledgebasemanagementsystem,KBMS）.4.3知識庫與知識庫系統(tǒng)第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日KBMS應(yīng)當(dāng)具有以下功能：●

支持傳統(tǒng)DBMS數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的一切功能●

具有一種對知識進(jìn)行操縱和處理的描述性語言目前KBMS可用如下幾方面刻畫其特性（1）所管理的知識僅限于事實(shí)和規(guī)則兩種。（2）應(yīng)能管理大量的知識（3）所采用語言大多用邏輯語言，即用謂詞表示（4）核心是一個推理機(jī)制（inferenceengine）完成對知識操縱包括對知識一致性校驗(yàn)，知識演繹檢索4.3知識庫與知識庫系統(tǒng)第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.3.3知識庫系統(tǒng)如一個系統(tǒng)具使用計算機(jī)所存儲知識對輸入數(shù)據(jù)解釋生成作業(yè)假說并對其進(jìn)行驗(yàn)證的功能則稱該系統(tǒng)為一個知識庫系統(tǒng)（knowledgebasesystem，KBS）KBS中知識是系統(tǒng)本身進(jìn)行推理過程中所利用的信息而不是提供給系統(tǒng)使用者的信息由此可知知識庫系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)重要區(qū)別之處在于它并非向用戶提供查詢的信息而是提供根據(jù)輸入數(shù)據(jù)信息通過知識推斷而得到的結(jié)果4.3知識庫與知識庫系統(tǒng)第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日從邏輯構(gòu)成上來看，KBS基本組成情況如下圖所示從資源組成上來看，KBS是一種資源集成包括：●知識庫及相應(yīng)的存儲機(jī)構(gòu)●知識庫管理系統(tǒng)及相應(yīng)的機(jī)器●知識獲取機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的人員（包括知識工程師）●知識庫管理員4.3知識庫與知識庫系統(tǒng)第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.3.4知識庫體系結(jié)構(gòu)知識庫系統(tǒng)中涉及數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)平臺是關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)知識庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括語言形式，系統(tǒng)模式和系統(tǒng)功能等知識庫研究只有十多年的歷史由于難于開發(fā)出實(shí)用系統(tǒng)知識庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)一直在變化改進(jìn)當(dāng)中人們只能從歷史發(fā)展角度研究知識庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)4.3知識庫與知識庫系統(tǒng)第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日圖9-9

知識庫三個研究階段的典型體系結(jié)構(gòu)4.3知識庫與知識庫系統(tǒng)第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日圖（a）是第一階段體系結(jié)構(gòu)語言Prolog擴(kuò)充了傳送SQL命令的內(nèi)部謂詞數(shù)據(jù)庫接口將SQL命令傳給DBMS執(zhí)行并將結(jié)果以“每次一個元組”方式傳給Prolog解釋器這類系統(tǒng)具有完整的Prolog和DBMS功能圖（b）是DATALOG研究階段的系統(tǒng)語言為DATALOG某種擴(kuò)充語言訪問數(shù)據(jù)庫對用戶透明且數(shù)據(jù)交換以“每次一個集合”方式進(jìn)行系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)查詢優(yōu)化技術(shù)這類系統(tǒng)不具有通用程序設(shè)計語言的能力。4.3知識庫與知識庫系統(tǒng)第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日圖（c）型的查詢語言與宿主語言是分開的有不同的編程風(fēng)范，圖（d）型的查詢語言與宿主語言是集成的又用一種編程風(fēng)范。對用戶來說，查詢語言和宿主語言透明這兩種系統(tǒng)是滿足對知識庫系統(tǒng)一般要求的實(shí)用系統(tǒng)4.3知識庫與知識庫系統(tǒng)第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日第4章知識庫技術(shù)4.1知識的概念4.2知識表示與推理4.3知識庫與知識庫系統(tǒng)4.4基于知識的數(shù)據(jù)庫技術(shù)第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中當(dāng)用戶要對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取時只能通過執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫命令或應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)許多實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中如計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，管理信息系統(tǒng)，辦公自動化中常常希望數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在緊急情況下能夠根據(jù)數(shù)據(jù)庫的當(dāng)前狀態(tài)，主動、適時地作出反應(yīng)執(zhí)行某些操作，向用戶提供某些信息主動數(shù)據(jù)庫（activedatabase,adb）:除完成傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)外具有各種主動進(jìn)行服務(wù)的功能第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)1.ADBS組成主動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(ActiveDataBaseSystem，ADBS)由傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DBS)事件驅(qū)動的知識庫（簡稱事件庫EB）及相應(yīng)事件監(jiān)視器(EM)組成：ADBS＝DBS+EB+EM●DBS(DatabaseSystem)統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用來存儲和管理數(shù)據(jù)第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)●EB(EventBase)EB即事件庫/規(guī)則庫這也是一個數(shù)據(jù)庫用來存儲規(guī)則和對規(guī)則進(jìn)行維護(hù)、管理與應(yīng)用是由事件驅(qū)動的一組知識組成的集合（規(guī)則集合）其中每一項(xiàng)知識表示在相應(yīng)的事件發(fā)生時如何來主動地執(zhí)行其中包含的由用戶預(yù)先設(shè)定的動作●EM(EventMonitor)隨時監(jiān)視EB中事件是否已經(jīng)發(fā)生的監(jiān)視模塊一旦監(jiān)視到某事件已經(jīng)發(fā)生時就主動地觸發(fā)系統(tǒng)按照EB中指明的相應(yīng)知識執(zhí)行其中預(yù)先設(shè)定的動作第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)2.ADBS結(jié)構(gòu)ADBS與一般DBMS在結(jié)構(gòu)上區(qū)別:ADBS除有一個關(guān)系型被動數(shù)據(jù)庫外還添加了一個事件驅(qū)動的事件庫和一個和多個事件監(jiān)視器監(jiān)視器主動并實(shí)時檢測各種事件的發(fā)生然后自動地根據(jù)發(fā)生事件和條件按照一定的規(guī)則觸發(fā)并執(zhí)行所需動作主動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如下圖所示實(shí)線表示控制連接，虛線表示數(shù)據(jù)連接第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日圖1主動數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)際系統(tǒng)中用戶接口、DDL處理模塊、DMI處理模塊、日志和恢復(fù)模塊、求助與解釋模塊、內(nèi)存表格和緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)字典組織處理等與DBMS沒有原則的區(qū)別主要區(qū)別是新增加事件監(jiān)視和執(zhí)行模塊它與規(guī)則庫、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)字典和總控模塊都有數(shù)據(jù)交換第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)ADB中主動機(jī)制是事件庫和事件監(jiān)視器而事件庫和事件監(jiān)視器本質(zhì)是知識庫及其推理機(jī)制。事件庫是一種知識庫，事件監(jiān)視器是其推理機(jī)制。ADB實(shí)際上是一種知識庫系統(tǒng)。ADB實(shí)現(xiàn)主動服務(wù)基本原理：在主動數(shù)據(jù)庫中預(yù)先設(shè)置一些處理規(guī)則這些規(guī)則規(guī)定了事件發(fā)生的條件、相應(yīng)的動作等內(nèi)容事件監(jiān)視器根據(jù)事件庫對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行監(jiān)控根據(jù)監(jiān)測到的信息觸發(fā)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主動服務(wù)第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)ADB基本模式主要是采用“事件—條件—動作”模式，即Event-Condtion-Action，ECA模式：WHENEVER<Event>IF<Condition>THEN<Action>ECA語義：一旦指定的事件發(fā)生，計算機(jī)就主動觸發(fā)執(zhí)行其后的條件判斷規(guī)則如果條件為真，則執(zhí)行其后的動作當(dāng)發(fā)生某一事件(Event)時，如果滿足給定條件(Condition)，則執(zhí)行相應(yīng)的動作(Action)第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)ADB通過“事件－條件－動作”來表示數(shù)據(jù)庫中主動知識即應(yīng)用ECA規(guī)則建立知識庫，應(yīng)用時間監(jiān)視器進(jìn)行知識推理實(shí)現(xiàn)主動服務(wù)。ECA規(guī)則的基本描述：RULE<規(guī)則名>[<參數(shù)列表>]ON<事件列表>IF<條件1>THEN<動作1>[WHERE<約束1>][EXCEPTION<例外處理動作1>] ．．．．．．第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)IF<條件n>THEN<動作n>[WHERE<約束n>][EXCEPTION<例外處理動作n>]ENDRULE1）規(guī)則名：在系統(tǒng)中唯一標(biāo)識該規(guī)則，在規(guī)則匹配管理時指定規(guī)則2）參數(shù)列表：可選檢查該規(guī)則時這些參數(shù)將帶入系統(tǒng)的實(shí)時值3）事件列表：規(guī)則要處理的事件第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)4）條件表達(dá)式:合法邏輯公式如條件值為真，其后描述動作序列將被執(zhí)行5）動作序列:當(dāng)相應(yīng)事件發(fā)生且條件滿足時執(zhí)行的一系列預(yù)定的動作，動作當(dāng)中可以進(jìn)一步引發(fā)另一個事件6）約束:規(guī)則執(zhí)行時須遵循約束條件不指明WHERE時表示沒約束7）異常（例外）處理:規(guī)則執(zhí)行過程中出現(xiàn)異常時所作一系列預(yù)定動作異常處理動作可選不指明EXCEPTION時表示沒異常處理第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)4.ADB實(shí)現(xiàn)途徑1.改造的途徑：在已有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上擴(kuò)充其功能添加事件監(jiān)視器和事件庫2.嵌入主動程序設(shè)計語言途徑：

需改造或重新設(shè)計一種具有主動功能程序設(shè)計語言在程序中可描述ECA結(jié)構(gòu)規(guī)則庫在程序語言中被說明和使用這種具有主動功能的程序?qū)鹘y(tǒng)數(shù)據(jù)封裝主動程序作為人機(jī)接口，給用戶提供一個主動數(shù)據(jù)庫這種途徑減少規(guī)則匹配時間，運(yùn)行效率可得到提高第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.1主動數(shù)據(jù)庫技術(shù)3.重新設(shè)計主動數(shù)據(jù)庫的途徑：針對主動數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)設(shè)計出一個全新的數(shù)據(jù)系統(tǒng)重新設(shè)計一種數(shù)據(jù)庫的工作量巨大近年來商品化DBMS如Ingres、Oracle和Sybase等引進(jìn)“觸發(fā)器(Trigger)”和“規(guī)則（Rule）”概念在某種意義上引入主動處理功能。ISO的SQL3標(biāo)準(zhǔn)也支持通用的主動規(guī)則機(jī)制第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)1DSS概念決策支持系統(tǒng)(decisionsupportsystem，DSS)輔助決策者通過數(shù)據(jù)、模型和知識以人機(jī)交互方式進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化決策的計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)為決策者提供分析問題、建立模型、模擬決策環(huán)境調(diào)用各種信息資源和分析工具幫助決策者提高決策水平和質(zhì)量。DSS概念是70年代提出且在80年代獲得發(fā)展是向更高級發(fā)展而產(chǎn)生先進(jìn)信息管理系統(tǒng)(MIS)第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)決策按其性質(zhì)可分為如下3類：(1)結(jié)構(gòu)化決策:決策過程環(huán)境及規(guī)則能用確定模型或語言描述以適當(dāng)?shù)乃惴óa(chǎn)生決策方案并從多種方案中選擇最優(yōu)解的決策結(jié)構(gòu)化決策問題相對比較簡單直接決策過程和決策方法有固定的規(guī)律可以遵循能用明確的語言和模型加以描述并可依據(jù)通用模型和決策規(guī)則實(shí)現(xiàn)其決策過程基本自動化早期管理信息系統(tǒng)能夠求解這類問題如:應(yīng)用解析方法，運(yùn)籌學(xué)方法等求解資源優(yōu)化問題。第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)(2)非結(jié)構(gòu)化決策：決策過程復(fù)雜不能用確定模型和語言描述更無所謂最優(yōu)解的決策決策過程和決策方法沒有固定規(guī)律可循沒有固定決策規(guī)則和通用模型可依決策者主觀行為（學(xué)識、經(jīng)驗(yàn)、直覺、判斷力、洞察力、個人偏好和決策風(fēng)格等）對各階段決策效果有相當(dāng)影響往往是決策者根據(jù)掌握情況和數(shù)據(jù)臨時作出決定第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)(3)半結(jié)構(gòu)化決策：介于以上二者之間的決策可建立適當(dāng)?shù)乃惴óa(chǎn)生決策方案使決策方案中得到較優(yōu)的解決策過程和決策方法有一定規(guī)律可循但又不能完全確定●有所了解但又不全面●有所分析但又不確切●有所估計但又不確定決策一般可適當(dāng)建立模型但無法確定最優(yōu)方案第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化決策用于一個組織中高管理層決策者一方面需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷另一方面也需要借助計算機(jī)為決策提供各種輔助信息及時做出正確有效的決策。決策支持系統(tǒng)的核心技術(shù)也是數(shù)據(jù)庫和知識處理第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)2.DSS基本組成DSS發(fā)展經(jīng)歷了兩庫、三庫到四庫系統(tǒng)過程。兩庫系統(tǒng):DBMS和MBMS（模型庫系統(tǒng)）三庫系統(tǒng)：在兩庫系統(tǒng)上增加MEBMS（方法庫系統(tǒng)）四庫系統(tǒng)：在三庫系統(tǒng)上加入知識庫系統(tǒng)DSS三部件結(jié)構(gòu)：●人機(jī)交互子系統(tǒng)（對話部件）●模型庫子系統(tǒng)（模型部件）●數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)（數(shù)據(jù)部件）這種結(jié)構(gòu)反映DSS的組成和關(guān)鍵技術(shù).第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)人機(jī)交互系統(tǒng)決策者數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模型庫系統(tǒng)DBMB第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)3．DSS的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫是相關(guān)數(shù)據(jù)的集合這些數(shù)據(jù)組織起來可被多個用戶在多個應(yīng)用中使用對于DSS除數(shù)據(jù)庫外還需數(shù)據(jù)倉庫來處理海量的數(shù)據(jù)對于有些DSS應(yīng)用則需要建立多個專門的數(shù)據(jù)庫而包含不同來源的幾個數(shù)據(jù)庫可為同一個應(yīng)用服務(wù)DSS數(shù)據(jù)庫：包含文字、圖片、地圖、聲音和動畫等多媒體數(shù)據(jù)也可是概念、想法和觀點(diǎn)還可是初步的、原始的，也可以是概括的數(shù)據(jù)第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)DSS包括內(nèi)部、外部和個人數(shù)據(jù)等三種數(shù)據(jù)源。●內(nèi)部數(shù)據(jù):從組織內(nèi)部數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)●外部數(shù)據(jù):來自組織外部的數(shù)據(jù)●個人數(shù)據(jù):

用戶個人創(chuàng)建反映其專長與經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)組織DSS數(shù)據(jù)庫有三種策略：●DSS數(shù)據(jù)庫與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫結(jié)合構(gòu)成綜合型數(shù)據(jù)庫●不考慮現(xiàn)有MIS數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)庫重新建立DSS自己數(shù)據(jù)庫●所需數(shù)據(jù)從已有MIS數(shù)據(jù)庫等通過析取加工得到并存放DSS自身數(shù)據(jù)庫中第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)4．模型庫和模型庫管理系統(tǒng)DSS模型庫:用于分析的各種不同統(tǒng)計、財務(wù)、數(shù)學(xué)及其它一些定量模型為決策者提供推理、比較、選擇和分析決策問題單獨(dú)或聯(lián)合運(yùn)行模型及構(gòu)造新模型是解決問題的強(qiáng)大工具模型庫所構(gòu)造的模型不一定很復(fù)雜但一定要符合實(shí)際建模時特別注意推理能力和決策者的干預(yù)由于模型的生成、修改、更新、刪除、連接是經(jīng)常性操作模型庫的管理就成為非常重要模型庫子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-25所示。第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)模型庫管理系統(tǒng)建模管理存取管理運(yùn)行管理模型庫外部數(shù)據(jù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)庫模型字典第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)模型庫管理系統(tǒng)（MBMS）主要功能：●模型定義、建立、存儲、查詢、修改及重構(gòu)等●模型選擇、拼接和組合，提供根據(jù)用戶命令將簡單子模型構(gòu)造成復(fù)雜模型的手段；●模型運(yùn)行控制從調(diào)用者獲取輸入?yún)?shù)傳遞到模型并使模型運(yùn)行，最后把輸出參數(shù)返回到調(diào)用者●數(shù)據(jù)庫接口轉(zhuǎn)換為減少模型對DBMS依賴增強(qiáng)其獨(dú)立性模型中對DB訪問采用了同一標(biāo)準(zhǔn)形式。為與一種具體DBMS連接，須有轉(zhuǎn)換接口將標(biāo)準(zhǔn)訪問形式轉(zhuǎn)化成具體系統(tǒng)要求形式；第三十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)5．方法庫和方法庫管理系統(tǒng)方法庫:解決問題使用的方法和提供更多數(shù)據(jù)挖掘方法方法在模型基礎(chǔ)上依據(jù)模型選擇相應(yīng)方法進(jìn)行計算解決問題可用一種模型、多種解決方法。方法庫使用程序方法實(shí)現(xiàn)，定義標(biāo)準(zhǔn)接口使用數(shù)據(jù)和模型方法庫管理系統(tǒng):一個軟件系統(tǒng)，綜合數(shù)據(jù)庫和程序庫。方法庫管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)方法庫中方法的更新即對方法的統(tǒng)一接口進(jìn)行編輯。第三十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4.2決策支持系統(tǒng)6．知識庫和知識庫管理系統(tǒng)知識庫子系統(tǒng):提供各種知識表示方式的能靈活調(diào)用管理知識的軟件系統(tǒng)包括知識庫、知識庫管理系統(tǒng)、推理機(jī)制、咨詢