人工智能-知识表示3--语义网络表示法

1、1 2.4 2.4 语义网络表示法语义网络表示法21. 基本网元例： 宠物兔是一种兔子。三元组表示 （宠物兔，是一种，兔子） 基本网元: （节点1，弧，节点2） 节点节点指示事物节点间以有向弧有向弧连接弧上的标签标签则指示节点间关系。pet rabbitrabbitA kind of有向?图表示3 每个语义基元可表示为三元组：每个语义基元可表示为三元组： （结点（结点1，弧，结点，弧，结点2）4IsaManJohnP.E.RegisterMale StudentCourseIsaAkoJohn 选修了体育课.5椅子有主了。加上去的62. 基本语义关系（1）类属关系）类属关系 具有共同属性的不同

2、事物间的分类关系、成员关具有共同属性的不同事物间的分类关系、成员关系或实例关系，体现的是系或实例关系，体现的是“具体与抽象具体与抽象”、“个个体与集体体与集体”的概念。的概念。中国7（2）包含关系包含关系 也称为聚类关系，是指具有组织或结构特征的也称为聚类关系，是指具有组织或结构特征的 “部分与整体部分与整体”之间的关系。与类属关系的最主要之间的关系。与类属关系的最主要区别是包含关系一般不具备属性的继承性。区别是包含关系一般不具备属性的继承性。窗户8（3）属性关系）属性关系 事物和其属性之间的关系。常用的属性关系有事物和其属性之间的关系。常用的属性关系有“Have”，“Can”等等（4）时间关

3、系 不同事件在其发生时间方面的先后次序关系。常用的时间关系有“before”，“after”等9（5）位置关系）位置关系 不同事物在位置方面的关系。不同事物在位置方面的关系。（6）相近关系 不同事物在形状、内容等方面相似或接近的关系（7）推论关系 从一个概念推出另一个概念的语义关系103. 语义网络结构 当把多个网元用相应的语义关联在一起的时候，得到一个语义网络。pet rabbitrabbitA kind ofrabbitanimalIsapet rabbitrabbitA kind ofanimalIsa宠物兔是一种兔子;兔子是一种动物。114. 知识的语义网络表示1）事实或概念的表示事实

4、或概念的表示 用结点用结点1表示实体，用结点表示实体，用结点2表示实体的性质或属表示实体的性质或属性等，用弧表示结点性等，用弧表示结点1和结点和结点2之间的语义关系。之间的语义关系。12 例1：动物能运动、会吃。鸟是一种动物，鸟有翅膀、会飞。鱼是一种动物，鱼生活在水中、会游泳。13与框架对比：弧上标明的地点(place)、日期(day)、伤亡(fatalities)、损失(damage)、震级(mag nitude)、断层(fault)是槽的名称，节点中填入相应的填充值。例例2 地震报道地震报道14例3： 王强是理想公司的经理；理想公司在中关村；王强28岁。另有一个王强是理想公司经理聘用的职员

5、,职员王强22岁。15例4： 李新的自行车是永久牌、蓝色、26型。王红的自行车是金狮牌、红色、24型。 思考？162） 情况和动作的表示情况和动作的表示 西蒙在他提出的表示方法中增加了西蒙在他提出的表示方法中增加了情况结点情况结点和和动动作结点作结点，用一个结点来表示情况或动作。，用一个结点来表示情况或动作。 例1：常河给江涛一张磁盘17例2：这只小燕子从春天到秋天占有一个巢。占有情况18例3：神州大学和东方大学两校篮球队在东方大学进行一场比赛，结局的比分是85：89.3） 逻辑关系的表示逻辑关系的表示 合取与析取；存在量词与全称量词合取与析取；存在量词与全称量词 增加合取结点与析取结点“a

6、kind of”, “is a”亨德里克提出的网络分区技术：把复杂命题划分为若干个子命题，每一个子命题用一个较简单的语义网络表示，称为个子空间，多个子空间构成一个大空间。每个子空间看作大空间中的一个结点，称作超结点。空间可以逐层嵌套，子空间之间用弧互相连接。20量词例1：每个学生都学习了一门程序设计语言子空间的代表与子空间的联系全称变量存在变量21量词例2：每个学生都学习了所有程序设计语言全称变量弧的个数=全称变量个数22量词例3：每个学生都学习了C+语言子空间中所有非全称变量必须是全称变量的函数23 语义网络是一种用语义网络是一种用实体实体及其及其语义关系语义关系来表达来表达知识的知识的有向

7、图有向图。 从结构上看，语义网络是由一些用相应的语从结构上看，语义网络是由一些用相应的语义联系关联在一起的义联系关联在一起的语义单元语义单元构成的。构成的。 每个语义基元可表示为三元组：每个语义基元可表示为三元组： （结点（结点1，弧，结点，弧，结点2）小结245. 语义网络系统 用语义网络表示知识的问题求解系统称为语用语义网络表示知识的问题求解系统称为语义网络系统义网络系统。 主要由两大部分所组成：主要由两大部分所组成： 1. 由语义网络构成的由语义网络构成的知识库知识库 2. 用于问题求解的用于问题求解的推理机构推理机构 语义网络的推理过程主要有两种：语义网络的推理过程主要有两种： 继承继

8、承和和匹配匹配25语义网络系统 继承继承： 把对事物的描述从抽象结点传递到具体结点，通把对事物的描述从抽象结点传递到具体结点，通常是沿着常是沿着Is-a、A-Kind-of等继承弧进行的。通过等继承弧进行的。通过继承可以得到所需结点的一些属性值。继承可以得到所需结点的一些属性值。 匹配匹配： 在知识库的语义网络中寻找与待求解问题相符的在知识库的语义网络中寻找与待求解问题相符的 语义网络模式。语义网络模式。26匹配的主要过程（1）根据待求解问题的要求构造一个）根据待求解问题的要求构造一个网络片网络片断断，该网络片断中有些结点或弧的标识是空，该网络片断中有些结点或弧的标识是空的，称为的，称为询问处

9、询问处，它反映的是待求解的问题，它反映的是待求解的问题。（2）根据该语义片断到知识库中去寻找所需）根据该语义片断到知识库中去寻找所需要的信息。要的信息。（3）当待求解问题的网络片断与知识库中的）当待求解问题的网络片断与知识库中的某语义网络片断相匹配时，则与询问处相匹某语义网络片断相匹配时，则与询问处相匹配的事实就是该配的事实就是该问题的解问题的解。27匹配例：假设在知识库中存放着如下语义网络，问：职员王强在哪个公司工作？28APENDIX1 ENGLISH WORDS Semantic Network Conceptual Graphs The node of the graph Lablel

10、ed arcs29小结: 框架结构与语义网络 结构接近结构接近 框架的表示结构与语义网络节点的表示结构接近。 语义差别语义差别 框架表示法更强调表示事物的内部结构 语义网络更强调表示事物间的关系作业3.2130用语义网络描述积木世界中的一用语义网络描述积木世界中的一个房子个房子(House)图图(a)，它是由长方块，它是由长方块(Brick)B支撑着楔形块支撑着楔形块(Wedge)A组成的；组成的；图图(b)说明了房子这个概念由说明了房子这个概念由A、B两部分组成，其中引入了指示两部分组成，其中引入了指示器器“的一部分是的一部分是(one-part-is)”；图图(c)说明说明A A被被B B

11、支撑着，指示器支撑着，指示器“被被支撑着支撑着(is-supported-by)”表示了这种关系；表示了这种关系；图图(d)说明说明A是一个楔形块，是一个楔形块，B是一个长方块，它们都用了同一种是一个长方块，它们都用了同一种指示器指示器“是一个是一个(is-a)”；图图(e)给出了一个房子的完整语义网络。给出了一个房子的完整语义网络。31描述房子概念的语义网络描述房子概念的语义网络 AB房子房子楔形块长方块one-part-isone-part-isis-ais-supported-by（a）房子（b）房子由A、B两部分组成（e）一个完整的房子概念楔形块长方块is-a（d）A是一个楔形块，B是

12、一个长方块is-supported-by（c）A被B支撑着ABBAABAB32 通过反例强化语义网络表达的知识通过反例强化语义网络表达的知识 如下图，通过对房子的样本如下图，通过对房子的样本(a)和反例和反例(b)、(c)语义网语义网络的比较，很容易得到对房子概念更深刻的认识，这种络的比较，很容易得到对房子概念更深刻的认识，这种认识的深化体现在认识的深化体现在(d)图中某些指示器变成了加强形式：图中某些指示器变成了加强形式：must-be-supported、must-be-a。 33房子AB楔形块长方块 反例1AB 反例2AB房子AB（b）反例1新模型one-part-ismust-be-a

13、must-be-supportedone-part-isis-aone-part-isis-supported-by旧模型楔形块长方块one-part-is长方块is-supported-byis-a楔形块长方块ABBABAis-a（c）反例2（a）房子（d）对房子的新认识34 语义网络最早由奎廉（Quillian）于1968年提出，作为描述人类联想记忆（合理）的一种心理学模型。 当时语义网络主要应用于自然语言理解系统中，表示事物之间的关系。 由于其强大和直观的表示能力，不久就广泛应用于人工智能研究和应用开发的许多领域。APENDIX 2 APENDIX 2 语义网络产生背景352.5 语义网

14、络表示法 语义网络是语义网络是奎廉奎廉 (J. R. Qullian) 1968年在年在研究人类联想记忆时提出的一种心理学模型研究人类联想记忆时提出的一种心理学模型，他认为记忆是由概念间的联系实现的。随，他认为记忆是由概念间的联系实现的。随后，奎廉又把它用作知识表示。后，奎廉又把它用作知识表示。 1972年，年，西蒙西蒙在他的自然语言理解系统中在他的自然语言理解系统中采用了语义网络表示法。采用了语义网络表示法。 1975年，年，亨德里克亨德里克 (G. G. Hendrix) 提出了提出了语义网络分区技术。语义网络分区技术。36语义网络的基本概念语义网络的基本概念 语义网络是一种通过概念及其语

15、义关系来表达知识语义网络是一种通过概念及其语义关系来表达知识的有向图。在语义网络结构中使用了三种图形符号：的有向图。在语义网络结构中使用了三种图形符号： 框框-节点节点 带箭头及文字标识的线条带箭头及文字标识的线条-有向弧有向弧 和文字标识线和文字标识线-指针指针374 知识的语意网络表示(1). 语义网络多元语义网络多元关系表示关系表示(2).语义网络逻辑关系表示语义网络逻辑关系表示 38 (1). 多元关系？！例： John给Mary一个礼物。先将整个描述表示为一个给出事件G1，使其作为事件类Giving-Event的一个例子 再说明G1中的John是给出者（Giver） Mary是接受者

16、（Receiver） Gift则是给出的东西（Thing) 39Giving-EventGiverMaryThingG1IsaJohnGiftPhysical-ThingsIsaPersonsIsaIsaReceiver40(2). 逻辑关系 事物之间不仅存在可以直接用关系弧表示的语义关系，也存在与、或、非、蕴涵等逻辑关系。可以通过附加一些特殊的标记来指示逻辑关系。1） 逻辑与“2） 逻辑或41 例： John给Mary一个礼物。 Isa(G1,Givig-Event) Giver(G1,John) Receiver(G1,Mary) Thing(G1,Gift)1） 逻辑与 语义网络中由关系弧指示的二元关系之间具有隐含的逻辑“与”关系，所以不必作附加处理。 这种与关系的隐含可以从多元谓词公式转变