第3章人工智能知识与知识表示

第3章人工智能知识与知识表示内容摘要：

关系可表示为： CO（ ComposedOf） : 含义为 “ 由 … 所构成 ” ，表示了某一个 (或某些 )事物是另一事物的一个组成部分或构成要素 . APO（ APartOf） ： 含义为 “ 是 … 中的一部分 ”。 例如， “ 学生、教师、课程都是教学活动的要素 ” ；再如， “ 门、窗户是房子结构的一部分 ” 分别可用图 25和图26所示的语义网络来表示。 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 38 语义网络知识表示 基本语义关系 CO（ ComposedOf） : 含义为 “ 由 … 所构成 ” . APO（ APartOf） ： 含义为 “ 是 … 中的一部分 ”。 教学 学生 教师 课程 APO APO APO 房 子 门 窗户 CO CO 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 39 语义网络知识表示 基本语义关系 （ 3）从属关系 : ISA（ isa） ： 含义为 “ 是一个 ” ，表示某事或某物是一个具体的实例。 AKO（ AKindOf） ： 表示某事物 “ 是 … 之中的一种 ” ，即某类中的一个。 AMO（ AMemberOf） ： 表示某物 “ 是 … 之中的一员 ” ，即某类中的一员。 海棠花 植物 AKO 钟明 研究生 AMO 西安 著名古都 ISA 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 40 复合语义关系 （ 1） 时间空间复合关系 :时空复合关系表示了事物或事件发生的时间和位置地点。 常用这类关系有：  AFTER： 含义为 “ 在 … 之后 ” ，表示上层结点事实发生在下层结点所描述的事件之后；或者表示下层结点对象在上层结点对象的位置之后。  BEFORE： 含义为 “ 在 … 之前 ” ，表示上层结点事实发生在下层结点所描述的事件之前；或者表示下层结点对象在上层结点对象的位置之前。  ON： 含义为 “ 在 … 之上 ” ，表示下层结点所描述的事物对象位于上层结点的事物之下。  AT： 含义为 “ 在 … 时刻 ” 或 “ 在 … 地点 ” ，如图 210所示。 此外，相应于多个对象，还可以有比较、相互接近等关系的组合。 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 41 复合语义关系 （ 1） 时空复合关系 :  AFTER：  BEFORE：  ON：  AT： （ 2） 复合推论关系 :  BO (BecauseOf：由于 … )  FOR（为了 … ）  THEN（就 … ，则 … ）  GET（使得 … ，得到 … ） AT 钟楼 西安城中心 GET 人民安康 国家昌盛 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 42 复合语义关系 时间 环境 地点 IS IS IS IS 动作 与 （ 3） 复合逻辑关系 :  NOR(非 )。  AND(与 )。  OR(或 )等 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 43 复合语义关系 IS 某军港 军港之夜静悄悄 ，海风轻轻吹 有 彐 轻轻地 舰船 … 海浪 方式 对象 主体 时间 某天夜晚 环境 地点 IS IS IS 动作 摇动 与 （ 3） 复合逻辑关系 :  NOR(非 )。  AND(与 )。  OR(或 )等 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 44 复合语义关系 （ 3） 复合逻辑关系 :  NOR(非 )。  AND(与 )。  OR(或 )等 时间 某天夜晚 环境 地点 IS IS IS IS 某军港 动作 摇动 轻轻地 舰船 … 海浪 军港之夜静悄悄 ，海风轻轻吹 有 彐 方式 对象 主体 与 语义网络知识表示 特点表现（例） A B A B B A House A B ISA ISB House A B ISA ISB AISBB House A B ISA ISB AISBB Wedge Brick IS IS 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 46 语义网络表示及其求解系统特性 如下图 (213),表示了语义网络求解系统的组成结构。 该系统基于 语义网络知识库 和 语义网络推理机 的功能及其调用的基础上，主要使用了两种推理机制：一种是 匹配 ，另一种是 继承 作用，它们通过语义网络推理规则的控制以及相继交互完成推理过程。 语义网络推理机 语义网络知识库 匹配 继承 作用 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 47 语义网络表示及其求解系统特性 匹配（ Matching） 进行语义网络知识表示系统的匹配推理，首先需要依据求解目标构造目标语义网络模式，使用其中一个与有向弧相连接的结点进行提问；然后按照该目标模式模块结构，在语义网络知识库中寻找与其相符合的模块结构进行匹配，从而推出对应于该问题提问结点的答案 . 语义网络推理机 语义网络知识库 匹配 继承 作用 匹配 （ Matching） 例 27 哨兵发现在起风的夜晚有一些响动，针对要求解的问题构造了目标语义网络模式如图 (214)所示，问题是想要知道在起风的夜晚，军港中海浪到底摇动了什么呢。 解： 根据目标语义网络模式与给定的事实，可在图 211 语义网络知识求解系统提供的知识库中，寻找对应的模块结构进行匹配。 于是就可立即发现：提问结点中所设定的 “ x”就是被海浪发出的 动作 “ 摇动 ” 的对象 —— 到底是战舰、战船、浮标 …… 还是别的什么呢。 摇动 轻轻地 X 海浪 方式 对象 主体 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 49 继承  继承 是指系统具有这样一种特性： 能把事物属性从上层对象结点，传递到下层的具体实例结点上的作用。 简言之， 继承就是具有承上启下的功能作用。  见教材中如图 215所示 : (1)所有动物都具有喜吃食、能运动的属性； (2)鸟 (bird)、鱼 (fish)分别都是动物的一种，因此，它们也各自继承了动物的这些属性。 (3)此外，金鱼是鱼的一种，故金鱼就又继承了 fish类动物所具有的会游泳、繁殖、可喂养等属性，并又有可观赏等特点；同理，孔雀继承了鸟的属性，还具有展翼喜欢表现的习性等。 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 50 继承 运动 吃 CAN MAY 下蛋 翅膀 动物 游泳 喂养 繁殖 CAN HAVE ISA CAN MAY ISA ISA 展翼 鸟 鱼 观赏 CAN ISA ISA CAN 孔雀 金鱼 图 215 语义网络的继承推理 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 51 语义网络知识表示特性 语义网络是一种结构化知识表示方法，具有 表 达直观，方法灵活，容易掌握和理解的特点。 概括起来，主要优点有：  （ 1） 采用语义关系的有向图来连接，语义、语法、词语应用兼顾，具有描述生动，表达自然，易于理解等优点。  （ 2） 语义网络是一种结构化知识表示方法，易于进行系统模块功能组织与集成，模块功能调用灵活，便于扩充，也易于系统维护中进行功能更新与修改。  （ 3） 具有匹配推理和属性继承特性，便于实现机器学习与联想。  虽然语义网络知识表示和推理具有较大的灵活性和多样性，但是没有公认严密的形式表达体系，却不可避免地带来了非一致性和程序设计与处理上的复杂性，这也是语义网络知识表示尚待深入研究解决的一个课题。 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 52 框架知识表示法 框架表示法 诞生于 1975年 ， 这也是 一种结构化的知识表示方法 ， 并已在多种系统中得到成功的应用。 框架理论是由人工智 能 科 学 创 始 人 之 一 ， 美 国 著 名 的 人 工 智 能 学 者( 明斯基 ) 提 出 来 的。 Minsky 在其论文 《 A framework for representing knowledge》 中认为 ， 框架理论可作为人类理解视觉 、 自然语言及其它复杂行为的基础。 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 53 框架知识表示法 按照 Minsky提出的框架理论 ， 自然界各种事物都可用框架 (Frame)组织构成。 每个被定义的框架对象分别代表着不同的特殊知识结构 ， 从而可在大脑或计算机中表示 、 存储并予以认识 、 理解和处理。 框架是一种被用来描述某个对象 （ 诸如一个事物 、 一个事件或一个概念 ） 属性知识的数据结构。 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 54 框架知识表示法 其次 ,Minsky等人还针对框架应用提出了一些实用性的问题 : 1) 依据给定的条件 ， 如何选择初始框架； 2) 为了表现事物关联信息及各部分细节 ， 如何按照框架的数据项赋值； 3) 当所选用的框架不满足给定的条件时 ， 如何寻找新的框架； 4) 当找不到合适的框架时 ， 是修改旧的框架还是建立一个新框架等。 ……… 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 55 这种知识表示法实际上是一种多层次的数据结构形式。 : 1) 依据要表示的问题定义框架名； 2) 为了表现事物关联信息及各部分细节 ， 框架可包含若干子框架；主框架表示主问题 ， 子框架表示子问题。 3) 赋以槽号和指针加以连接； 4) 每一框架还可划分侧面 ， 由侧面名和值加以区分； 5) 列举数据项与记录值 ， 如相关槽值 、 侧面值等表示属性和特征。 如何建立某个事物的框架 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 56 : （ 1） 框架知识学习。 对当前事物或对象进行观察与分析 ， 把要认识的对象与选定的框架知识表示进行比对 ， 完成对象属性及其知识的了解与学习； （ 2） 建立框架模式与概念。 依据以往的经验 ， 可在脑海的记忆中勾画出一个粗略的框架模式 ， 予以装配 ， 并给定一个框架名表示其概念； （ 3） 框架的资料数值填写。 在对该事物有了更加全面深入的了解后 ， 再依据现实情况比照框架体的细节加以替换 、 修改和补充 ， 按照框架的数据项 （ 所定义的框架槽名和框架的侧面名 ）的要求 ， 完成相关对象属性及其知识等资料数值的填写 ， 以便逐步形成一个完整而具体的框架结构。 如何建立某个事物的框架 2020/11/29 第 3章知识与知识表示 赵东晋 57 3. 框架设计举例 : 相对于简单的问题描述 ， 框架可退化为一张数据表格结构。 例如关于人物的知识 ， 可设计为如下一张简单表格： S .NO1 . 姓名 性别 年龄 民族 职业 工作单位 兴趣与爱好 N X … … … … … … S .NO2 . 最喜欢的。