《人工智能》知識(shí)表示與推理二

1、,主講：夏幼明,《人工智能》示范課程,2,,① 知識(shí)表示概述② 命題邏輯的知識(shí)表示與推理 ③ 謂詞邏輯的知識(shí)表示與推理 ④ 產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理⑤ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理⑥ 框架知識(shí)表示與推理⑦ 腳本知識(shí)表示與推理⑧ 面向Agent的知識(shí)表示與推理,“知識(shí)表示與推理”核心內(nèi)容,3,,① 產(chǎn)生式系統(tǒng)定義 ② 產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理 ③ 產(chǎn)生式表示下的推理過(guò)程 ④ 產(chǎn)生式表示知識(shí)表示法的特點(diǎn)⑤ 產(chǎn)生

2、式系統(tǒng)舉例,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,4,,產(chǎn)生式系統(tǒng)定義1972年，紐厄爾和西蒙在研究人類(lèi)的認(rèn)知模型中開(kāi)發(fā)了基于規(guī)則的產(chǎn)生式系統(tǒng)，目前，產(chǎn)生式表示法已經(jīng)成了人工智能中應(yīng)用最多的一種知識(shí)表示模式?？杀硎镜闹R(shí)種類(lèi)：事實(shí)性、規(guī)則性知識(shí)以及它們的不確定度量。產(chǎn)生式表示法又稱(chēng)為產(chǎn)生式規(guī)則表示法。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,5,,產(chǎn)生式系統(tǒng)定義產(chǎn)生式規(guī)則它是指形如α?β或IFαTHENβ或其等價(jià)形式的一條規(guī)則，其中α稱(chēng)為產(chǎn)生式的左部或前件

3、；β稱(chēng)為產(chǎn)生式的右部或后件。①如果α、β分別代表需要注釋的一組條件及其成立時(shí)需要采取的行動(dòng)，那么稱(chēng)為條件-行動(dòng)型產(chǎn)生式；②如果α、β分別代表前提及其相應(yīng)的結(jié)論，那么稱(chēng)為前提-結(jié)論型產(chǎn)生式。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,6,,① 產(chǎn)生式系統(tǒng)定義 一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)由下列3部分組成：一個(gè)總數(shù)據(jù)庫(kù)(global database)，它含有與具體任務(wù)有關(guān)的信息。 一套規(guī)則，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作運(yùn)算。每條規(guī)則由左右兩部分組成，左部鑒別規(guī)則的

4、適用性或先決條件，右部描述規(guī)則應(yīng)用時(shí)所完成的動(dòng)作。應(yīng)用規(guī)則來(lái)改變數(shù)據(jù)庫(kù)。 一個(gè)控制策略，它確定應(yīng)該采用哪一條適用規(guī)則，而且當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的終止條件滿(mǎn)足時(shí)，就停止計(jì)算。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,7,,① 產(chǎn)生式系統(tǒng)定義 一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)由下列3部分組成：綜合數(shù)據(jù)庫(kù)是產(chǎn)生式系統(tǒng)所用的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它主要用來(lái)表示問(wèn)題的狀態(tài)，即初始狀態(tài)、中間狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)等，以及狀態(tài)之間的關(guān)系。它不是固定不變的，在求解的過(guò)程中，它的內(nèi)容將越來(lái)越多，狀態(tài)之間

5、的關(guān)系也越來(lái)越復(fù)雜。規(guī)則的一般形式是： IF 條件 THEN 操作 ；即滿(mǎn)足應(yīng)用的先決條件后，就對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)行后面的操作。控制策略規(guī)定了操作的順序，即在任何條件下用什么規(guī)則進(jìn)行操作，什么條件下停止運(yùn)行，它規(guī)定了問(wèn)題的求解的搜索策略和路線(xiàn)。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,8,,② 產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理產(chǎn)生式是系統(tǒng)的單元程序，它與常規(guī)程序不同之處在于，產(chǎn)生式是否執(zhí)行并不在事前硬性規(guī)定，各產(chǎn)生式之間也不能相互直接調(diào)用，而完全決定于該產(chǎn)生式的作用條

6、件能否滿(mǎn)足，即能否與全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)條款匹配。另一方面，產(chǎn)生式在執(zhí)行之后工作環(huán)境即發(fā)生變化，因而必須對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的條款作相應(yīng)修改，以反映新的環(huán)境條件。全部工作是在控制程序作用下進(jìn)行的?，F(xiàn)代產(chǎn)生式系統(tǒng)的一個(gè)工作循環(huán)通常包含匹配、選優(yōu)、行動(dòng)三個(gè)階段。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,9,,② 產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理推理方向：產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理分為正向推理和逆向推理。正向推理指的是從現(xiàn)有條件出發(fā)，自底向上地進(jìn)行推理（條件的綜合），直到預(yù)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

7、逆向推理則從預(yù)期目標(biāo)出發(fā)，自頂向下地進(jìn)行推理（目標(biāo)的分析），直到符合當(dāng)前的條件。運(yùn)用逆向推理時(shí)，后件而不是前件引導(dǎo)產(chǎn)生式的搜索工作，因此按推理方向可將產(chǎn)生式系統(tǒng)分為前件驅(qū)動(dòng)和后件驅(qū)動(dòng)兩種類(lèi)型。條件－行動(dòng)型產(chǎn)生式系統(tǒng)采用前件驅(qū)動(dòng)的工作方式。 。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,10,,② 產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理推理方向：產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理分為正向推理和逆向推理。正向推理算法步1 將初始事實(shí)/數(shù)據(jù)置入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)；步2 用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)

8、匹配目標(biāo)條件，若目標(biāo)條件滿(mǎn)足，推理成功，結(jié)束。步3 用規(guī)則庫(kù)中各規(guī)則的前提匹配動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)，將匹配成功的規(guī)則組成待用規(guī)則集。步4 若待用規(guī)則集為空，則運(yùn)行失敗，退出。步5 將待用規(guī)則集中各規(guī)則的結(jié)論加入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，或者執(zhí)行其動(dòng)作，轉(zhuǎn)步2。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,11,,② 產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理推理方向：產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理分為正向推理和逆向推理。反向推理算法步1 將初始事實(shí)/數(shù)據(jù)置入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，將目標(biāo)條件置入目標(biāo)鏈

9、；步2 若目標(biāo)鏈為空，則推理成功，結(jié)束。步3 取出目標(biāo)鏈中第一個(gè)目標(biāo)，用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)同其匹配，若匹配成功，轉(zhuǎn)步2。步4 用規(guī)則集中的各規(guī)則的結(jié)論同該目標(biāo)匹配，若匹配成功，將第一個(gè)匹配成功且未用過(guò)的規(guī)則的前提作為新的目標(biāo)，并取代原來(lái)的父目標(biāo)加入目標(biāo)鏈，轉(zhuǎn)步3。步5 若該目標(biāo)是初始目標(biāo)，則推理失敗，退出。步6 將該目標(biāo)的父目標(biāo)移回目標(biāo)鏈，取代該目標(biāo)及其兄弟目標(biāo)，轉(zhuǎn)步3。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,12,,③ 產(chǎn)生式

10、系統(tǒng)的推理過(guò)程給定一組事實(shí)之后可用匹配技術(shù)尋找可用產(chǎn)生式，其基本思想是將已知事實(shí)代入產(chǎn)生式的前件，若前件為真，則該產(chǎn)生式是可用的。提高匹配效率的方法索引匹配：為狀態(tài)建立可用產(chǎn)生式索引表，減少可用產(chǎn)生式搜索范圍。分層匹配：將產(chǎn)生式分成若干層或組，按一定特征進(jìn)行分層搜索。過(guò)濾匹配：邊匹配邊 按某些附加特征或參數(shù)對(duì)可用產(chǎn)生式進(jìn)行精選。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,13,,③ 產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理過(guò)程如果一組事實(shí)可以同時(shí)使幾個(gè)產(chǎn)生式前提為

11、真，常用以下方法進(jìn)行選擇（沖突消解策略）：將所有產(chǎn)生式排序，選最早匹配成功的一個(gè)，不管其余的產(chǎn)生式；在所有匹配成功的產(chǎn)生式中取最強(qiáng)的，即前提條件最多或情況元素最多者；最近用過(guò)的產(chǎn)生式優(yōu)先（或反之）；給情況元素以不同的優(yōu)先權(quán)；使用估計(jì)函數(shù)f(x)排序；利用上下文限制。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,14,,③ 產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理過(guò)程推理機(jī)一次運(yùn)行過(guò)程,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,15,,④ 產(chǎn)生式知識(shí)表示法的特點(diǎn)產(chǎn)生式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是

12、：①模塊性，每一產(chǎn)生式可以相對(duì)獨(dú)立地增加、刪除和修改；②均勻性，每一產(chǎn)生式表示整體知識(shí)的一個(gè)片段，易于為用戶(hù)或系統(tǒng)的其他部分理解；③自然性，能自然地表示直觀知識(shí)。它的缺點(diǎn)是執(zhí)行效率低，此外每一條產(chǎn)生式都是一個(gè)獨(dú)立的程序單元，一般相互之間不能直接調(diào)用也不彼此包含，控制不便，因而不宜用來(lái)求解理論性強(qiáng)的問(wèn)題。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,16,,④ 產(chǎn)生式知識(shí)表示法的特點(diǎn)清晰性：產(chǎn)生式表示格式固定，形式單一，規(guī)則（知識(shí)單位）間相互較為獨(dú)立，

13、沒(méi)有直接關(guān)系，使知識(shí)庫(kù)的建立較為容易，處理較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題是可取的。另外推理方式單純，也沒(méi)有復(fù)雜計(jì)算。模塊性：知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)是分離的，這種結(jié)構(gòu)給知識(shí)的修改帶來(lái)方便，無(wú)須修改程序，對(duì)系統(tǒng)的推理路徑也容易作出解釋。自然性：直觀自然，便于推理。既可表示確定性知識(shí)，也可表示不確定性知識(shí)。實(shí)現(xiàn)：用visual prolog語(yǔ)言表示產(chǎn)生式規(guī)則，甚至不用寫(xiě)推理機(jī)程序。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,17,,④ 產(chǎn)生式知識(shí)表示法的特點(diǎn)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容

14、可以為所有規(guī)則所訪(fǎng)問(wèn)，沒(méi)有任何部分是專(zhuān)為某一規(guī)則建立的，這種特性便于模仿智能行為中的強(qiáng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。規(guī)則本身不調(diào)用其他規(guī)則。規(guī)則之間的聯(lián)系必須通過(guò)全部數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)系。全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則和推理機(jī)之間相對(duì)獨(dú)立，這種積木式結(jié)構(gòu)便于整個(gè)系統(tǒng)增加和修改知識(shí)。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,18,,⑤ 產(chǎn)生式系統(tǒng)舉例 r6: IF 動(dòng)物有犬齒 AND 有爪 AND 眼盯前方 THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物其中，r6是該產(chǎn)生式的編號(hào)；“動(dòng)物有犬齒 AND 有

15、爪 AND 眼盯前方”是產(chǎn)生式的前提P；“該動(dòng)物是食肉動(dòng)物”是產(chǎn)生式的結(jié)論Q。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,19,,⑤ 產(chǎn)生式系統(tǒng)舉例 例：一條知識(shí)的原始形態(tài)是 R: ( (A ? B) ?(C ? D)) ? ((E ? F) ? G)=>S 引入中間結(jié)論S1，S2，形成一些小型的產(chǎn)生式: R1： A ? B =>S1 R2： C ? D =>S1

16、 R3： E ? F =>S2 R4： S1 ?G =>S R5: S1 ?S2 =>S,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,20,,產(chǎn)生式系統(tǒng)舉例確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示：P→Q或IF P THEN Q不確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示：P→Q （可信度）或IF P THEN Q （可信度）。 r6: IF 動(dòng)物有犬齒 AND 有爪 AND 眼盯前方

17、THEN 該動(dòng)物是食肉動(dòng)物其中，r6是該產(chǎn)生式的編號(hào)；“動(dòng)物有犬齒 AND 有爪 AND 眼盯前方”是產(chǎn)生式的前提P；“該動(dòng)物是食肉動(dòng)物”是產(chǎn)生式的結(jié)論Q。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,21,,產(chǎn)生式系統(tǒng)舉例確定性事實(shí)知識(shí)的產(chǎn)生式表示（三元組） （對(duì)象，屬性，值）或（關(guān)系，對(duì)象1，對(duì)象2）例如：（雪，顏色，白色），（Li，AGE，40），(FRIENDS，Li，Zhang)不確定性規(guī)則知識(shí)的產(chǎn)生式表示(四元組)：（對(duì)象，屬性，

18、值，可信度）或（關(guān)系，對(duì)象1，對(duì)象2，可信度）例如：“老李年齡很可能是40歲（0.8）”，“老李和老張是朋友的可能性不大（0.1）”表示為（Li，AGE，40，0.8） ，(FRIENDS，Li，Zhang，0.1),產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,22,,⑤ 產(chǎn)生式系統(tǒng)舉例 與蘊(yùn)涵式的主要區(qū)別： (1) 蘊(yùn)涵式表示的知識(shí)只能是精確的，產(chǎn)生式表示的知識(shí)可以是不確定的。其原因是蘊(yùn)涵式是一個(gè)邏輯表達(dá)式，其邏輯值只有真和假。 (2) 蘊(yùn)

19、含式的匹配一定要求是精確的，而產(chǎn)生式的匹配可以是不確定的。其原因是產(chǎn)生式的前提條件和結(jié)論都可以是不確定的，因此其匹配也可以是不確定的。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,23,,⑤ 產(chǎn)生式系統(tǒng)舉例 與條件語(yǔ)句的主要區(qū)別： (1) 前件結(jié)構(gòu)不同 ：產(chǎn)生式的前件可以是一個(gè)復(fù)雜的的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的左部?jī)H僅是一個(gè)布爾表達(dá)式。 (2) 控制流程不同：產(chǎn)生式系統(tǒng)中滿(mǎn)足前提條件的規(guī)則被激活后，不一定被立即執(zhí)行，能否執(zhí)行將取決于沖突消解策略；

20、傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中是嚴(yán)格地從一個(gè)條件語(yǔ)句向其下一個(gè)條件語(yǔ)句傳遞。,產(chǎn)生式系統(tǒng)知識(shí)表示與推理,24,,① 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念 ② 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系 ③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 ④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程⑤ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法的特點(diǎn),語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,25,,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)(semantic network)是一種出現(xiàn)比較早的知識(shí)表達(dá)形式，在人工智能中得到了比較廣泛的應(yīng)用。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)最早是1968年奎廉(Qu

21、illian)在他的博士論文中作為人類(lèi)聯(lián)想記憶的一個(gè)顯式心理學(xué)模型提出的。1972年，西蒙正式提出語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念，討論了它和一階謂詞的關(guān)系，并將語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到了自然語(yǔ)言理解的研究中。 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是一種采用網(wǎng)絡(luò)形式表示人類(lèi)知識(shí)的方法。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,26,,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念一個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)帶標(biāo)識(shí)的有向圖。其中，帶有標(biāo)識(shí)的結(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)問(wèn)題領(lǐng)域中的物體、概念、時(shí)間、動(dòng)作或者態(tài)勢(shì)。在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示中，結(jié)點(diǎn)一般劃分為實(shí)例節(jié)點(diǎn)和類(lèi)節(jié)點(diǎn)兩種

22、類(lèi)型。結(jié)點(diǎn)之間帶有標(biāo)識(shí)的有向弧標(biāo)識(shí)結(jié)點(diǎn)之間的語(yǔ)義聯(lián)系，有向弧，即為邊，表示這些概念間的語(yǔ)義關(guān)系，是語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)組織知識(shí)的關(guān)鍵。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)用來(lái)表達(dá)復(fù)雜的概念及其之間的相互關(guān)系，從而形成一個(gè)由節(jié)點(diǎn)和弧組成的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)描述圖。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,27,,② 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系 以個(gè)體為中心組織知識(shí)的語(yǔ)義聯(lián)系    ISA聯(lián)系的例子（1）實(shí)體聯(lián)系 　　用于表示類(lèi)節(jié)點(diǎn)與所屬實(shí)例節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系，通常標(biāo)識(shí)為 ISA。

23、例如，“張三是一名教師”可以表示為右圖所示的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,28,,② 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系（2）泛化聯(lián)系    用于表示一種類(lèi)節(jié)點(diǎn)與更抽象的類(lèi)節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系，通常用AKO(a kind of)表示。 AKO聯(lián)系的例子,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,29,,② 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系（3）聚集聯(lián)系    用于表示某一個(gè)個(gè)體與其組成成分之間的聯(lián)系， 通常用part-o

24、f表示聚集聯(lián)系基于概念的分解性，將高層概念分解為若干低層概念的集合。 聚集聯(lián)系的例子,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,30,,② 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的語(yǔ)義聯(lián)系（4）屬性聯(lián)系    用于表示個(gè)體、屬性及其取值之間的聯(lián)系。通常用有向弧表示屬性，用這些弧指向的結(jié)點(diǎn)表示各自的值。屬性聯(lián)系的例子,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,31,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法相對(duì)于產(chǎn)生式規(guī)則主要用以描述因果知識(shí)，語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)則能夠用來(lái)表達(dá)更加復(fù)雜的概念及

25、其之間的相互關(guān)系，形成一個(gè)由節(jié)點(diǎn)和弧組成的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)描述圖。對(duì)于表示關(guān)系的標(biāo)簽中有兩個(gè)比較重要，其一是ISA關(guān)系，它表示A概念是B概念的一個(gè)實(shí)例，比如windows這個(gè)概念，我們這樣表示：windows ISA Operate System，就能把它從一般的描述窗戶(hù)的概念中區(qū)分出來(lái)，專(zhuān)指一種操作系統(tǒng)。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,32,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法對(duì)于表示關(guān)系的標(biāo)簽中有兩個(gè)比較重要，其二是AKO關(guān)系，它表示A概念是B概念的

26、一個(gè)子類(lèi)，人AKO動(dòng)物，就表示人是動(dòng)物中的一個(gè)子類(lèi)。當(dāng)然，在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中還有其他的關(guān)系，比如have、located、can、need、study-in等等。 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)可以表示事實(shí)性知識(shí)，也可以表示事實(shí)性知識(shí)之間的聯(lián)系。主要體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：1、表示事實(shí)；2、表示有關(guān)事物間的聯(lián)系；3、表示比較復(fù)雜的知識(shí)。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,33,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 1) 用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示事實(shí),語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,34,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)

27、絡(luò)表示知識(shí)的方法 1) 用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示事實(shí),語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,合取、析取關(guān)系語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)示例,35,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 1) 用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示事實(shí),語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,動(dòng)作作為節(jié)點(diǎn)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)示例,36,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 1) 用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示事實(shí),語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,事件作為節(jié)點(diǎn)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)示例,37,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 2) 用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示事實(shí)之間的關(guān)系,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,分類(lèi)關(guān)系示例

28、,38,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 2) 用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示事實(shí)之間的關(guān)系,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,聚集關(guān)系示例,39,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 2) 用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示事實(shí)之間的關(guān)系,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,推論關(guān)系示例,時(shí)間、位置關(guān)系示例,40,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 3) 常用的語(yǔ)義聯(lián)系,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,41,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 4) 謂詞聯(lián)系： (變量取值)謂詞的形為R(x1，x2，…，xn)，xi

29、是謂詞變?cè)?，取值為ai。如何轉(zhuǎn)換為二元關(guān)系？增加一個(gè)謂詞為： argi說(shuō)明R與xi的關(guān)系，于是有：Arg1（R，x1），Arg2（R，x2），…，Argn（R，xn），用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示為：,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,42,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 5) 蘊(yùn)含： 由“蘊(yùn)含”結(jié)點(diǎn)說(shuō)明分別由兩條?。ˋNTE、CONSE）指向的條件和結(jié)論結(jié)點(diǎn)之間的蘊(yùn)含的關(guān)系。下例表示：如果車(chē)庫(kù)起火，那么用CO2或沙來(lái)滅火 ：,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,43

30、,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 6) 在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中變?cè)土吭~的表示：存在量詞：通過(guò)用“is-a”弧表示各概念與具體特例關(guān)系，以此表示特例事實(shí)的存在。A dog has bitten a postman：,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,44,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 6) 在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中變?cè)土吭~的表示：全稱(chēng)量詞：通過(guò)分塊技術(shù)，每個(gè)分塊表示一個(gè)事實(shí)，成為FORM，增加G和GS結(jié)點(diǎn)，G是GS的成員，用is-a表示它們之間的聯(lián)系。GS與

31、分塊之間是FORM關(guān)系，與要說(shuō)明的概念之間是全稱(chēng)或存在的聯(lián)系。Every dog has bitten every postman,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,45,,③ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的方法 5) 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中求解問(wèn)題的基本過(guò)程 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的知識(shí)庫(kù) 用于求解問(wèn)題的解釋程序——語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)推理機(jī) 求解問(wèn)題的過(guò)程 根據(jù)待求解問(wèn)題的要求構(gòu)造一個(gè)網(wǎng)絡(luò)片段，其中有些節(jié)點(diǎn)或弧的標(biāo)識(shí)是空的，反映待求解的問(wèn)題 依次

32、網(wǎng)絡(luò)片段到知識(shí)庫(kù)中去尋找可匹配的網(wǎng)絡(luò)，以找出需要的信息。主要解決不確定性匹配問(wèn)題。 當(dāng)問(wèn)題的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)片段與知識(shí)庫(kù)中的某語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)片段匹配時(shí)，則與詢(xún)問(wèn)處匹配的事實(shí)就是問(wèn)題的解。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,46,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程應(yīng)用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的主要推理方式是以關(guān)系弧作為索引，快速地在網(wǎng)絡(luò)中搜索到所需的信息。支持搜索的最重要技術(shù)是層次分類(lèi)和特性繼承。（1） 層次分類(lèi)　　世界萬(wàn)物都遵從層次分類(lèi)法則。用前述關(guān)系弧Ako很容易建立

33、起面向?qū)哟畏诸?lèi)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。再通過(guò)關(guān)系弧Isa就可把個(gè)體事物關(guān)聯(lián)到分布于層次分類(lèi)網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)概念節(jié)點(diǎn)（視類(lèi)名為概念）。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,47,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程設(shè)置層次分類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的顯著優(yōu)點(diǎn)是可以分別存儲(chǔ)個(gè)體事物的共性，進(jìn)而大幅度提高信息的存儲(chǔ)效率。廣義上，節(jié)點(diǎn)間關(guān)系弧指示事物的屬性（特性）；可以把個(gè)體事物的公共屬性值和典型屬性值存放于個(gè)體事物所屬的類(lèi)或超類(lèi)節(jié)點(diǎn)中，而個(gè)體事物節(jié)點(diǎn)本身只存放其特有的信息。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示

34、與推理,48,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程（2） 特性繼承與建立層次分類(lèi)網(wǎng)絡(luò)緊密相關(guān)的是特性繼承技術(shù)，可以說(shuō)正是由于有特性繼承技術(shù)的 支持，才使層次分類(lèi)網(wǎng)絡(luò)得以實(shí)用化。特性繼承原理可非形式地闡述如下：當(dāng)取用不記載于個(gè)體事物節(jié)點(diǎn)的公共或典型特性值時(shí)，可以沿Isa和Ako關(guān)系弧（也稱(chēng)為鏈）追溯到存放這些特性值的類(lèi)或超類(lèi)節(jié)點(diǎn)。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,49,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表達(dá)方法中，沒(méi)有形式語(yǔ)義，也就是

35、說(shuō)，和謂詞邏輯不同，對(duì)所給定的表達(dá)結(jié)構(gòu)表示什么語(yǔ)義沒(méi)有統(tǒng)一的表示法。賦予網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的含義完全決定于管理這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程的特性。已經(jīng)設(shè)計(jì)了很多種以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，它們各自采用完全不同的推理過(guò)程。 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的推理過(guò)程主要有兩種，一種是繼承，另一種是匹配。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,50,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程繼承所謂的繼承是把對(duì)事物的描述從概念節(jié)點(diǎn)或類(lèi)節(jié)點(diǎn)傳遞到實(shí)例節(jié)點(diǎn)。 例如在圖中BRICK是概念節(jié)點(diǎn)，BRICK12是一個(gè)實(shí)

36、例節(jié)點(diǎn)。BRICK節(jié)點(diǎn)在SHAPE（外形）邊，其中填入了RECTANGULAR（矩形），說(shuō)明磚塊的外形是矩形的。這個(gè)描述可以通過(guò)ISA鏈傳遞給實(shí)例節(jié)點(diǎn)BRICK12。因此，雖然BRICK12節(jié)點(diǎn)沒(méi)有SHAPE邊，但可以從這個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)推理出BRICK12的外形是矩形的。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,51,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程繼承所謂的繼承是把對(duì)事物的描述從概念節(jié)點(diǎn)或類(lèi)節(jié)點(diǎn)傳遞到實(shí)例節(jié)點(diǎn)。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,52,,④ 語(yǔ)義

37、網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程繼承這種推理過(guò)程，類(lèi)似于人的思維過(guò)程。一旦知道了某種事物的身份以后，可以聯(lián)想起很多關(guān)于這件事物的一般描述。例如，我們通常認(rèn)為鯨魚(yú)很大，鳥(niǎo)比較小，城堡很古老，運(yùn)動(dòng)員很健壯。這就像我們用每種事物的典型情況來(lái)描述各種事物那樣：鯨魚(yú)、鳥(niǎo)、城堡和運(yùn)動(dòng)員。  一共有3種繼承過(guò)程：值繼承、“如果需要”繼承和“默認(rèn)”繼承。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,53,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程繼承（1）值繼承

38、0; 除了ISA鏈以外，另外還有一種AKO（是某種）鏈也可被用于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的描述或特性的繼承。AKO是A－KIND－OF的縮寫(xiě)。  ISA和AKO鏈直接地表示類(lèi)的成員關(guān)系以及子類(lèi)和類(lèi)之間的關(guān)系，提供了一種把知識(shí)從某一層傳遞到另一層的途徑。  為了能利用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的繼承特性進(jìn)行推理，還需要一個(gè)搜索程序用來(lái)在合適的節(jié)點(diǎn)尋找合適的邊。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,54,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程繼承值繼承程序

39、60; 設(shè)F是給定的節(jié)點(diǎn)。S是給定的邊。  ①建立一個(gè)由F以及所有和F以ISA鏈相連的類(lèi)節(jié)點(diǎn)的表。在表中F節(jié)點(diǎn)排在第一個(gè)位置。  ②檢查表中第一個(gè)元素的S邊是否有值，直到表為空或找到一個(gè)值。   (a)如果表中第一個(gè)元素在S邊中有值，就認(rèn)為找到了一個(gè)值。   (b)否則，從表中刪除第一個(gè)元素，并把以AKO鏈與此第一個(gè)元素相連的節(jié)點(diǎn)，加入到這個(gè)表的末尾。 &#

40、160; (c)如果找到了一個(gè)值，那么就說(shuō)這個(gè)值是F節(jié)點(diǎn)的S邊的值；否則就宣布失敗。 因?yàn)樵谏鲜鏊惴ㄖ校碌念?lèi)節(jié)點(diǎn)是放在節(jié)點(diǎn)表的末尾，所以這樣的值繼承過(guò)程所進(jìn)行的是寬度優(yōu)先搜索。又因?yàn)樵谝粋€(gè)邊中可能有不止一個(gè)值，所以可能發(fā)現(xiàn)一個(gè)以上的值。這時(shí)，所有發(fā)現(xiàn)的值都要記錄。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,55,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程繼承（2）“如果需要”繼承  在某些情況下，當(dāng)我們不知道邊值時(shí)，可以利用已知信息來(lái)計(jì)

41、算。例如，我們可以根據(jù)體積和物質(zhì)的密度來(lái)計(jì)算積木的重量。進(jìn)行上述計(jì)算的程序稱(chēng)為if-needed（如果需要）程序。  為了儲(chǔ)存進(jìn)行上述計(jì)算的程序，我們需要改進(jìn)節(jié)點(diǎn)-邊-值的結(jié)構(gòu)，允許邊有幾種類(lèi)型的值，而不只是一個(gè)類(lèi)型。為此，每個(gè)邊又可以有若干個(gè)側(cè)面，以?xún)?chǔ)存這些不同類(lèi)型的值。這樣，以前我們討論的原始意義上的值就放在“值側(cè)面”中，if-needed程序，存放在IF-NEEDED側(cè)面中。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,56,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)

42、絡(luò)表示下的推理過(guò)程繼承（2）“如果需要”繼承  “如果需要”（if－need）繼承程序  設(shè)F是給定的節(jié)點(diǎn)，S是給定的邊。  ①建立一個(gè)由F以及所有和F以ISA鏈相連的類(lèi)節(jié)點(diǎn)的表。在此表中，F(xiàn)節(jié)點(diǎn)排在第一個(gè)位置。 ②檢查表中第一個(gè)元素的S邊的IF-NEEDED側(cè)面中是否存有一個(gè)過(guò)程，直到表為空或找到一個(gè)成功的if-needed過(guò)程為止。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,57,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理

43、過(guò)程繼承（2）“如果需要”繼承  “如果需要”（if－need）繼承程序  設(shè)F是給定的節(jié)點(diǎn)，S是給定的邊。  (a)如果側(cè)面中存有一個(gè)過(guò)程，并且如果這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生一個(gè)值，那么，就認(rèn)為已找到一個(gè)值。 (b)否則，從表中刪除這第一個(gè)元素，并把以AKO鏈和此第一個(gè)元素相連的節(jié)點(diǎn)，加入到這個(gè)表的末尾。  ③如果一個(gè)過(guò)程找到一個(gè)值，那么就說(shuō)所找到的值是F節(jié)點(diǎn)的邊值；否則，宣布失敗。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知

44、識(shí)表示與推理,58,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的推理過(guò)程繼承（3）“缺省”繼承 某些情況下，我們對(duì)事物所作的假設(shè)不是十分有把握時(shí)，最好對(duì)所作的假設(shè)加上“可能”這樣的字眼。例如，我們可以認(rèn)為法官可能是誠(chéng)實(shí)的，但不一定是；或認(rèn)為寶石可能是很昂貴的，但不一定是。我們把這種具有相當(dāng)程度的真實(shí)性，但又不能十分肯定的值稱(chēng)為“缺省”值。這種類(lèi)型的值被放入邊的DEFAULT（缺?。﹤?cè)面中。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,59,,④ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示下的

45、推理過(guò)程繼承（3）“缺省”繼承 缺省(Default)繼承程序：設(shè)F是給定的節(jié)點(diǎn)。S是給定的邊。  ①建立一個(gè)由F以及所有和F以ISA鏈相連的類(lèi)節(jié)點(diǎn)表。表中，F(xiàn)節(jié)點(diǎn)排在第一個(gè)位置。 ②檢查表中第一個(gè)元素的S邊的DEFAULT側(cè)面中是否有值，直到表為空或找到一個(gè) 缺省值為止。    (a)如果表中第一個(gè)元素的S邊的DEFAULT側(cè)面中有值，就認(rèn)為已找到了一個(gè)值。 &

46、#160;  (b)否則，從表中刪除第一個(gè)元素，并把以AKO鏈和此第一個(gè)元素相連的節(jié)點(diǎn)加入到這個(gè)表的末尾。    (c)如果找到了一個(gè)值，那么就說(shuō)所找到的值是F節(jié)點(diǎn)的S邊的缺省值。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,60,,⑤ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法的特點(diǎn) （1）能把實(shí)體的結(jié)構(gòu)、屬性與實(shí)體間的因果關(guān)系顯式地和簡(jiǎn)明地表達(dá)出來(lái)，與實(shí)體相關(guān)的事實(shí)、特征和關(guān)系可以通過(guò)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)弧線(xiàn)推導(dǎo)出來(lái)。這樣便以聯(lián)想方式實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的

47、解釋。（2）由于與概念相關(guān)的屬性和聯(lián)系被組織在一個(gè)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中，因而使概念易于受訪(fǎng)和學(xué)習(xí)。（3）知識(shí)的表現(xiàn)問(wèn)題更加直觀，更易于理解，適于知識(shí)工程師與領(lǐng)域?qū)＜覝贤?。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的繼承方式也符合人類(lèi)的思維習(xí)慣。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,61,,⑤ 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法的特點(diǎn) （4）語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的語(yǔ)義解釋依賴(lài)于該結(jié)構(gòu)的推理過(guò)程而沒(méi)有結(jié)構(gòu)的約定，因而得到的推理不能保證像謂詞邏輯法那樣有效。（5）節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系可能是線(xiàn)狀、樹(shù)狀或網(wǎng)狀的，甚至是遞歸狀

48、的結(jié)構(gòu)，使相應(yīng)的知識(shí)存儲(chǔ)和檢索可能需要比較復(fù)雜的過(guò)程。,語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示與推理,62,,① 框架的定義及組成 ② 用框架的表示知識(shí) ③ 框架系統(tǒng)舉例④ 框架表示下的推理過(guò)程 框架表示法的特點(diǎn)產(chǎn)生式—框架的知識(shí)表示法,框架知識(shí)表示與推理,63,,① 框架的定義及組成框架表示法是一種關(guān)于事物內(nèi)部結(jié)構(gòu)化描述的表示法，最早由明斯基于1975年提出，作為理解視覺(jué)、自然語(yǔ)言和其它復(fù)雜行為的一種基礎(chǔ)，現(xiàn)已發(fā)展為廣泛應(yīng)用的

49、知識(shí)表示方法?？蚣鼙硎痉梢暂^好地反映人觀察事物的思維方式，即人對(duì)自己熟悉的事物早在頭腦中形成了抽象模型。,框架知識(shí)表示與推理,64,,① 框架的定義及組成框架通常由描述事物各個(gè)方面的槽（slot）組成，每個(gè)槽有多個(gè)側(cè)面（aspect）側(cè)面又可有多個(gè)值，其中槽值和側(cè)面值可以是數(shù)值、字符串、布爾值，也可以是一個(gè)動(dòng)作或過(guò)程，甚至還可以是另一個(gè)框架的名字。用BNF定義框架的形式化表示如下： := (Frame {；}) := (

50、{：{})框架內(nèi)部結(jié)構(gòu)的豐富程度取決于事物描述本身的需要。一般來(lái)講，表示概念（例如類(lèi)概念）的框架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而表示個(gè)體事物的框架就很簡(jiǎn)單。,框架知識(shí)表示與推理,65,,① 框架的定義及組成事物的抽象模型可以通過(guò)表示概念的框架來(lái)加以定義。由于每個(gè)事物有多個(gè)屬性（特性），而每個(gè)屬性又需從多個(gè)側(cè)面加以描述，所以表示概念的框架往往有復(fù)雜的表示結(jié)構(gòu)。,框架知識(shí)表示與推理,66,,② 用框架的表示知識(shí)應(yīng)用領(lǐng)域問(wèn)題的求解往往涉及到相互關(guān)聯(lián)的許多

51、框架，這些框架聯(lián)合起來(lái)構(gòu)成 框架系統(tǒng)?？蚣艿哪承┎鄣膫?cè)面值可以是其它框架，從而能建立起節(jié)點(diǎn)是框架的網(wǎng)絡(luò)。較常用的框架系統(tǒng)有以下二類(lèi)：事物組成和分類(lèi)體系。,框架知識(shí)表示與推理,67,,② 用框架的表示知識(shí)(1) 事物組成這類(lèi)框架系統(tǒng)主要用于描述復(fù)雜事物的層次組成。事物的組成是廣泛存在的概念，例如人體就由頭部、軀干和四肢組成，也可視為由皮、肉、骨、血等構(gòu)成，餐館則由餐廳、餐桌、服務(wù)員等組成；一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備也可層次地分解為組件和

52、部件。每個(gè)部件和組件以及整個(gè)設(shè)備均可用一個(gè)框架加以描述；另外關(guān)于設(shè)備和組件的概念中，還可表示組件間的約束和配合關(guān)系。,框架知識(shí)表示與推理,68,,② 用框架的表示知識(shí)(2) 層次分類(lèi)體系和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似，應(yīng)用框架系統(tǒng)也能描述事物的層次分類(lèi)體系。而且，由于框架可以具有豐富的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能更有效地表示分類(lèi)體系和支持結(jié)構(gòu)化信息存取。例如，對(duì)于海上運(yùn)輸，為保證航運(yùn)安全和貨物完好無(wú)損，需對(duì)貨物進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)和處理。以框架系統(tǒng)來(lái)建立的分類(lèi)體系，可以有

53、效地支持海運(yùn)專(zhuān)家系統(tǒng)的信息存取和推理工作。,框架知識(shí)表示與推理,69,,② 用框架的表示知識(shí)(2) 層次分類(lèi)體系和語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似，應(yīng)用框架系統(tǒng)也能描述事物的層次分類(lèi)體系。而且，由于框架可以具有豐富的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，能更有效地表示分類(lèi)體系和支持結(jié)構(gòu)化信息存取。例如，對(duì)于海上運(yùn)輸，為保證航運(yùn)安全和貨物完好無(wú)損，需對(duì)貨物進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)和處理。以框架系統(tǒng)來(lái)建立的分類(lèi)體系，可以有效地支持海運(yùn)專(zhuān)家系統(tǒng)的信息存取和推理工作。,框架知識(shí)表示與推理,70,,②

54、 用框架的表示知識(shí)由框架的形式可以看出，框架適合表達(dá)結(jié)構(gòu)性的知識(shí)。所以，概念、對(duì)象等知識(shí)最適于用框架表示。 框架的槽就是對(duì)象的屬性或狀態(tài)，槽值就是屬性值或狀態(tài)值。不僅如此，框架還可以表示行為（動(dòng)作），所以，有些過(guò)程性事件或情節(jié)也可用框架網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示。,框架知識(shí)表示與推理,71,,③ 框架系統(tǒng)舉例關(guān)于房間的框架 框架名： 墻數(shù)x1：    缺省：x1=4   

55、; 條件：x1＞0 窗數(shù)x2：    缺省：x2=2    條件：x2≥0 門(mén)數(shù)x3：    缺省：x3=1    條件：x3＞0 前墻：（墻框架（w1，d1）） 后墻：（墻框架（w2，d2））,左墻：（墻框架（w3，d3）） 右墻：（墻框架（w4，d

56、4）） 天花板： 地板： 門(mén)： 窗： 條件：w1+w2+w3+w4=x2      d1+d2+d3+d4=x3 類(lèi)型：（，，，，，，...）,框架知識(shí)表示與推理,72,,③ 框架系統(tǒng)舉例機(jī)器人糾紛問(wèn)題的框架,框架知識(shí)表示與推理,73,,③ 框架系統(tǒng)舉例一個(gè)描述“教師”的框架：框架名：  

57、;類(lèi)屬： 工作：范圍：（教學(xué)，科研）       缺?。航虒W(xué) 性別：（男，女） 學(xué)歷：（中師，高師） 類(lèi)型：（，，）其中， 、 、、,框架知識(shí)表示與推理,74,,③ 框架系統(tǒng)舉例一個(gè)描述“大學(xué)教師”的框架：框架名： 類(lèi)屬： 學(xué)歷：(學(xué)士，碩士，博士) 專(zhuān)業(yè)： 職稱(chēng)：(助教，講

58、師，副教授，教授) 外語(yǔ)：語(yǔ)種：范圍：（英，法，日，俄，德，…）            缺?。河?#160;水平：（優(yōu)，良，中，差） 缺?。毫?框架知識(shí)表示與推理,75,,③ 框架系統(tǒng)舉例描述一個(gè)具體教師的框架：框架名： 類(lèi)屬： 姓名：李明 性別：男 

59、;年齡：25 職業(yè)：教師 職稱(chēng)：助教 專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用 部門(mén)：計(jì)算機(jī)系軟件教研室 工作：參加工作時(shí)間：1995年8月 工齡：當(dāng)前年份-參加工作年份 工資：,框架知識(shí)表示與推理,76,,③ 框架系統(tǒng)舉例框架之間的關(guān)系由于一個(gè)框架的槽值還可以是另一個(gè)框架的名，這就把有關(guān)框架橫向聯(lián)系了起來(lái)。而框架間的“父子”關(guān)系是框架間的一種縱向聯(lián)系。于是，某一論域的全體

60、框架便構(gòu)成一個(gè)框架網(wǎng)絡(luò)或框架系統(tǒng)。另外，我們還可看到框架的槽值一般是屬性值或狀態(tài)值，但也可以是規(guī)則或邏輯式、運(yùn)算式甚至過(guò)程調(diào)用等。,框架知識(shí)表示與推理,77,,③ 框架系統(tǒng)舉例框架之間的關(guān)系兩個(gè)框架之間存在一種層次關(guān)系。一般稱(chēng)前者為上位框架（或父框架），后者為下位框架（或子框架）?？蚣苤g的這種層次關(guān)系對(duì)減少信息冗余有重要意義。因?yàn)樯衔豢蚣芘c下位框架所表示的事物，在邏輯上為種屬關(guān)系，即一般與特殊的關(guān)系。這樣幾上位框架所具有的屬性，

61、下位框架也一定具有。于是，下位框架就可以從上位框架那里“繼承”某些槽值或側(cè)面值。所以，“特性繼承”也就是框架這種知識(shí)表示方法的一個(gè)重要特征。,框架知識(shí)表示與推理,78,,④ 框架表示下的推理過(guò)程 (1) 特性繼承由于框架的槽包含多個(gè)側(cè)面，框架系統(tǒng)可以提供特性繼承技術(shù)。在典型情況下特性繼承可由描述事物類(lèi)（概念）的框架中設(shè)置的三個(gè)側(cè)面：Value、If-Needed和If-Added所提供的缺省推理功能來(lái)組合實(shí)現(xiàn)。這三個(gè)側(cè)面的作用如下：

62、Value--記載類(lèi)的個(gè)體相應(yīng)屬性的公共值或典型值，作為缺省值；If-Needed--在不可能提供統(tǒng)一缺省值的情況下，提供計(jì)算函數(shù)或推理知識(shí)去產(chǎn)生相應(yīng)屬性的一個(gè)值，簡(jiǎn)稱(chēng)執(zhí)行了If-Needed操作；If-Added--當(dāng)給類(lèi)的某個(gè)體的一個(gè)屬性賦值或修改時(shí)，提供計(jì)算函數(shù)或推理知識(shí)去作必要的后繼處理，包括對(duì)其它相關(guān)槽的賦值和修改處理，以及任何需要的附加處理；簡(jiǎn)稱(chēng)執(zhí)行了If-Added操作。,框架知識(shí)表示與推理,79,,④ 框架表示下的

63、推理過(guò)程 (1) 特性繼承特性繼承的實(shí)現(xiàn)過(guò)程由對(duì)個(gè)體框架槽的操作來(lái)激活。若查詢(xún)一個(gè)體的某屬性，且描述該個(gè)體的框架未提供屬性值（槽值）時(shí)，就沿Isa和Ako鏈（Isa和Ako槽）追溯到具有同名槽（屬性）的類(lèi)或超類(lèi)框架。在該槽提供Value側(cè)面值的情況下，就繼承該值（缺省值）作為查詢(xún)結(jié)果返回；否則，該槽應(yīng)提供If-Needed側(cè)面供繼承，可執(zhí)行If-Needed操作去產(chǎn)生一個(gè)值作為查詢(xún)結(jié)果。若對(duì)一個(gè)體的某屬性進(jìn)行了賦值或修改工作，則

64、系統(tǒng)自動(dòng)沿Isa和Ako鏈追溯相應(yīng)的類(lèi)和超類(lèi)，只要發(fā)現(xiàn)類(lèi)或超類(lèi)框架中的同名槽具有If-Added側(cè)面，就可執(zhí)行If-Added操作，作擬定的后繼處理工作。,框架知識(shí)表示與推理,80,,④ 框架表示下的推理過(guò)程 (1) 特性繼承If-Needed操作和If-Added操作的區(qū)別在于它們激活的時(shí)機(jī)和操作目的不同。前者在系統(tǒng)試圖查詢(xún)個(gè)體框架中未記載的屬性值時(shí)激活，并應(yīng)查詢(xún)需要，被動(dòng)地即時(shí)產(chǎn)生所需屬性值；后者則在系統(tǒng)對(duì)個(gè)體框架的屬性作賦值和

65、修改工作后激活，目的在于通過(guò)后繼處理主動(dòng)做好配套操作和消除可能的不良影響（如不一致問(wèn)題）。,框架知識(shí)表示與推理,81,,④ 框架表示下的推理過(guò)程 (1) 特性繼承匹配就是問(wèn)題框架同知識(shí)庫(kù)中的框架的模式匹配。所謂問(wèn)題框架，就是要求解某個(gè)問(wèn)題時(shí)，先把問(wèn)題用一個(gè)框架表示出來(lái)，然后與知識(shí)庫(kù)中的已有框架進(jìn)行匹配。如果匹配成功，就可獲得有關(guān)信息。搜索就是沿著框架間的縱向和橫向聯(lián)系，在框架網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行查找。搜索的目的是為了獲得有關(guān)信息。例如，當(dāng)

66、問(wèn)題框架同某一框架匹配時(shí)，該框架的某一個(gè)槽空缺，那么，就可以再找它的父框架，通過(guò)特性繼承獲得所需信息。,框架知識(shí)表示與推理,82,,④ 框架表示下的推理過(guò)程 (1) 特性繼承例如，當(dāng)我們需通過(guò)知識(shí)庫(kù)，獲得教師-1的外語(yǔ)水平情況，假如他的有關(guān)檔案資料已以框架形式存入知識(shí)庫(kù)。那么，我們可以構(gòu)造如下的框架同知識(shí)庫(kù)中的教師框架匹配： 框架名： 姓名：李明 性別：男 年齡：25 職稱(chēng)：助教&

67、#160;專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用 部門(mén)：計(jì)算機(jī)系軟件教研室 外語(yǔ)水平：,原框架“教師-1”中無(wú)“外語(yǔ)水平”槽，但它的父框架是“大學(xué)教師”，該框架的有“外語(yǔ)水平”槽，并且側(cè)面“語(yǔ)種”（“范圍”）缺省值是“英”，側(cè)面“水平”的缺省值是“良”。于是通過(guò)繼承，便知道了教師-1懂英語(yǔ)，且水平還良好。那么，這兩個(gè)值也就可以填到教師-l的槽中。,框架知識(shí)表示與推理,83,,④ 框架表示下的推理過(guò)程 (2) 相容匹配匹配是實(shí)現(xiàn)推理

68、技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，無(wú)論是規(guī)則演繹推理、或是產(chǎn)生式系統(tǒng)的推理，都涉及到對(duì)應(yīng)表達(dá)式的匹配檢查?？蚣芟到y(tǒng)可以給采用這些推理技術(shù)的問(wèn)題求解系統(tǒng)提供需參照的結(jié)構(gòu)化事實(shí)；特別是，可以就把框架系統(tǒng)作為結(jié)構(gòu)化的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。由于框架系統(tǒng)支持層次分類(lèi)體系和特性繼承，兩個(gè)框架的匹配檢查往往非嚴(yán)格意義上的相等比較，而是所謂的相容匹配。相容匹配的方法如下：,框架知識(shí)表示與推理,84,,④ 框架表示下的推理過(guò)程 (2) 相容匹配檢查這二個(gè)框架是否存在祖先-子孫

69、關(guān)系，即若從一個(gè)框架出發(fā)，經(jīng)由Isa和Ako鏈可以追溯到另一框架，則認(rèn)為兩者是相容匹配的。 分別將這二個(gè)框架各自直接記載的屬性值和可繼承到的缺省值都取到，把屬性區(qū)分為關(guān)鍵和非關(guān)鍵二類(lèi)，只有關(guān)鍵屬性都匹配的二個(gè)框架才是相容的。若一個(gè)框架能搜索到多個(gè)相容的框架，則可進(jìn)一步依據(jù)非關(guān)鍵屬性的匹配程度（個(gè)數(shù)）挑選出最相容的匹配框架。,框架知識(shí)表示與推理,85,,④ 框架表示下的推理過(guò)程 關(guān)于框架的推理方法，實(shí)際僅適于裝載著概念和實(shí)體對(duì)象的框

70、架，而對(duì)于裝載著規(guī)則的框架，其推理就要用基于規(guī)則的演繹推理方法。,框架知識(shí)表示與推理,86,,⑤ 框架表示法的特點(diǎn) 1、結(jié)構(gòu)性 框架表示法最突出的特點(diǎn)是它善于表達(dá)結(jié)構(gòu)性的知識(shí)，能夠把知識(shí)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)關(guān)系及知識(shí)間的聯(lián)系表示出來(lái)，因此它是一種經(jīng)組織起來(lái)的結(jié)構(gòu)化的知識(shí)表示方法。這一特點(diǎn)是產(chǎn)生式表示所不具備的，產(chǎn)生式系統(tǒng)中的知識(shí)單位是產(chǎn)生式規(guī)則，這種知識(shí)單位由于太小而難于處理復(fù)雜問(wèn)題，也不能把知識(shí)間的結(jié)構(gòu)關(guān)系顯式地表示出來(lái)。框架表示法的知識(shí)

71、單位是框架，而框架是由槽組成，槽又可分為若干側(cè)面，這樣就可把知識(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯式地表示出來(lái)。,框架知識(shí)表示與推理,87,,⑤ 框架表示法的特點(diǎn) 2、繼承性 框架表示法通過(guò)使槽值為另一個(gè)框架的名字實(shí)現(xiàn)框架間的聯(lián)系，建立起表示復(fù)雜知識(shí)的框架網(wǎng)絡(luò)。在框架網(wǎng)絡(luò)中，下層框架可以繼承上層框架的槽值，也可以進(jìn)行補(bǔ)充和修改，這樣不僅減少了知識(shí)的冗余，而且較好地保證了知識(shí)的一致性。3、自然性 框架表示法體現(xiàn)了人們?cè)谟^察事物時(shí)的思維活動(dòng)，當(dāng)遇到新事