人工智能知识表示3语义网络表示法上课讲义

2.4语义网络(wǎngluò)表示法1第一页，共43页。1.基本(jīběn)网元例：宠物(chǒnɡwù)兔是一种兔子。三元组表示（宠物(chǒnɡwù)兔，是一种，兔子）基本(jīběn)网元:（节点1，弧，节点2）节点指示事物节点间以有向弧连接弧上的标签则指示节点间关系。petrabbitrabbitAkindof有向????图表示2第二页，共43页。3每个语义基元可表示(biǎoshì)为三元组：（结点1，弧，结点2）第三页，共43页。IsaManJohnP.E.RegisterMaleStudentCourseIsaAkoJohn选修(xuǎnxiū)了体育课.4第四页，共43页。椅子(yǐzi)有主了。加上去的5第五页，共43页。62.基本(jīběn)语义关系（1）类属关系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“具体与抽象”、“个体与集体(jítǐ)”的概念。中国(zhōnɡɡuó)第六页，共43页。7（2）包含关系(guānxì)也称为聚类关系(guānxì)，是指具有组织或结构特征的“部分与整体”之间的关系(guānxì)。与类属关系(guānxì)的最主要区别是包含关系(guānxì)一般不具备属性的继承性。窗户(chuānghu)第七页，共43页。8（3）属性关系(guānxì)事物和其属性之间的关系(guānxì)。常用的属性关系(guānxì)有“Have”，“Can”等（4）时间关系不同事件在其发生时间方面(fāngmiàn)的先后次序关系。常用的时间关系有“before”，“after”等第八页，共43页。9（5）位置(wèizhi)关系不同事物在位置(wèizhi)方面的关系。（6）相近关系不同事物在形状(xíngzhuàn)、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第九页，共43页。3.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(shíhou)，得到一个语义网络。petrabbitrabbitAkindofrabbitanimalIsapetrabbitrabbitAkindofanimalIsa宠物兔是一种兔子(tùzi);兔子(tùzi)是一种动物。10第十页，共43页。114.知识(zhīshi)的语义网络表示1）事实或概念的表示用结点1表示实体，用结点2表示实体的性质或属性(shǔxìng)等，用弧表示结点1和结点2之间的语义关系。第十一页，共43页。12

例1：动物能运动(yùndòng)、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。第十二页，共43页。与框架对比：弧上标明的地点(place)、日期(day)、伤亡(fatalities)、损失(damage)、震级(magnitude)、断层(fault)是槽的名称(míngchēng)，节点中填入相应的填充值。例2地震(dìzhèn)报道13第十三页，共43页。14例3：王强是理想公司的经理(jīnglǐ)；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(jīnglǐ)聘用的职员,职员王强22岁。第十四页，共43页。15例4：李新的自行车是永久(yǒngjiǔ)牌、蓝色、26型。王红的自行车是金狮牌、红色、24型。思考(sīkǎo)？第十五页，共43页。162）情况和动作(dòngzuò)的表示西蒙在他提出的表示方法中增加了情况结点和动作(dòngzuò)结点，用一个结点来表示情况或动作(dòngzuò)。

例1：常河给江涛一张磁盘(cípán)第十六页，共43页。17例2：这只小燕子从春天到秋天占有(zhànyǒu)一个巢。占有(zhànyǒu)情况(qíngkuàng)第十七页，共43页。18例3：神州(Shénzhōu)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.第十八页，共43页。3）逻辑关系的表示合取与析取；存在量词(liàngcí)与全称量词(liàngcí)增加(zēngjiā)合取结点与析取结点“akindof”,“isa”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(biǎoshì)，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。第十九页，共43页。20量词例1：每个学生都学习了一门程序设计(chénɡxùshèjì)语言子空间(kōngjiān)的代表与子空间(kōngjiān)的联系全称变量存在变量第二十页，共43页。21量词例2：每个学生(xuésheng)都学习了所有程序设计语言全称(quánchēnɡ)变量弧的个数=全称(quánchēnɡ)变量个数第二十一页，共43页。22量词例3：每个学生(xuésheng)都学习了C++语言子空间中所有非全称(quánchēnɡ)变量必须是全称(quánchēnɡ)变量的函数第二十二页，共43页。23语义网络是一种用实体及其语义关系来表达知识的有向图。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语义单元构成(gòuchéng)的。每个语义基元可表示为三元组：（结点1，弧，结点2）小结(xiǎojié)第二十三页，共43页。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义网络系统。主要由两大部分所组成：1.由语义网络构成的知识库2.用于问题求解的推理机构(jīgòu)语义网络的推理过程主要有两种：继承和匹配第二十四页，共43页。25语义网络系统继承：把对事物的描述从抽象结点传递到具体结点，通常是沿着Is-a、A-Kind-of等继承弧进行的。通过继承可以得到所需结点的一些(yīxiē)属性值。匹配：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。第二十五页，共43页。26匹配(pǐpèi)的主要过程（1）根据待求解(qiújiě)问题的要求构造一个网络片断，该网络片断中有些结点或弧的标识是空的，称为询问处，它反映的是待求解(qiújiě)的问题。（2）根据该语义片断到知识库中去寻找所需要的信息。（3）当待求解(qiújiě)问题的网络片断与知识库中的某语义网络片断相匹配时，则与询问处相匹配的事实就是该问题的解。第二十六页，共43页。27匹配例：

假设在知识库中存放着如下语义网络，

问：职员(zhíyuán)王强在哪个公司工作？第二十七页，共43页。APENDIX1ENGLISHWORDSSemanticNetworkConceptualGraphsThenodeofthegraphLableledarcs28第二十八页，共43页。小结(xiǎojié):框架结构与语义网络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——框架表示法更强调表示事物(shìwù)的内部结构——语义网络更强调表示事物(shìwù)间的关系作业(zuòyè)3.2129第二十九页，共43页。用语义网络描述积木(jīmù)世界中的一个房子(House)图(a)，它是由长方块(Brick)B支撑着楔形块(Wedge)A组成(zǔchénɡ)的；图(b)说明了房子这个概念由A、B两部分组成(zǔchénɡ)，其中引入了指示器“……的一部分是……(one-part-is)”；图(c)说明A被B支撑着，指示器“……被……支撑着(is-supported-by)”表示了这种关系；图(d)说明A是一个楔形块，B是一个长方块，它们都用了同一种指示器“……是一个……(is-a)”；图(e)给出了一个房子的完整语义网络。30第三十页，共43页。描述房子(fángzi)概念的语义网络31第三十一页，共43页。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(a)和反例(b)、(c)语义网络的比较，很容易得到对房子概念更深刻的认识，这种认识的深化体现在(d)图中某些(mǒuxiē)指示器变成了加强形式：must-be-supported、must-be-a。32第三十二页，共43页。33第三十三页，共43页。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(lǐjiě)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。APENDIX2语义网络产生(chǎnshēng)背景34第三十四页，共43页。352.5语义网络(wǎngluò)表示法语义网络是奎廉(J.R.Qullian)1968年在研究人类联想记忆时提出(tíchū)的一种心理学模型，他认为记忆是由概念间的联系实现的。随后，奎廉又把它用作知识表示。1972年，西蒙在他的自然语言理解系统中采用了语义网络表示法。1975年，亨德里克(G.G.Hendrix)提出(tíchū)了语义网络分区技术。第三十五页，共43页。语义网络的基本概念语义网络是一种(yīzhǒnɡ)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：框------节点带箭头及文字标识的线条------有向弧和文字标识线------指针36第三十六页，共43页。4知识的语意(yǔyì)网络表示(1).语义网络多元(duōyuán)关系表示(2).语义网络逻辑关系表示

37第三十七页，共43页。(1).多元(duōyuán)关系？！例：John给Mary一个(yīɡè)礼物。先将整个(zhěnggè)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（Receiver）Gift则是给出的东西（Thing)38第三十八页，共43页。Giving-EventGiverMaryThingG1IsaJohnGiftPhysical-ThingsIsaPersonsIsaIsaReceiver给出事件(shìjiàn)39第三十九页，共43页。(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(biāojì)来指示逻辑关系。1）逻辑"与“2）逻辑"或"40第四十页，共43页。

例：John给Mary一个(yīɡè)礼物。

Isa(G1,Givig-Event)∧Giver(G1,John)∧Receiver(G1,Mary)∧Thing(G1,Gift)1）逻辑(luójí)"与"

语义网络中由关系弧指示的二元关系之间具有(jùyǒu)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为多个二元谓词公式的过程中观察到。ThingReceiverGiving-EventGiverMaryG1IsaJohnGift41第四十一页，共43页。

例：ISA(A，B)∨PART-OF(B，C)

当2条（或多条）关系(guānxì)弧有逻辑"或"关系(guānxì)时，可以用虚