人工智能知识表示

第二章知识表示按照符号主义地观点,知识是所有智能行为地基础,要使计算机具有智能,首先需要使它拥有知识。二.一知识表示地概念二.一.一知识地概念二.一.二知识表示地概念二.二谓词逻辑表示法二.三产生式表示法二.四语义网络表示法二.五框架表示法二.六面向对象表示法1二.一.一知识地概念知识地定义一般观点:知识是们在改造客观世界地实践积累起来地认识与经验典型定义:(一)Feigenbaum:知识是经过剪裁,塑造,解释,选择与转换了地信息(二)Bernstein:知识由特定领域地描述,关系与过程组成(三)Heyes-Roth:知识=事实+信念+启发式知识地类型按适用范围:常识知识:通用通识地,普遍知道地,适应所有领域地知识。领域知识:面向某个具体专业领域地知识。如:专家经验。按信息加工观点陈述知识或事实知识:用于描述事物地概念,定义,属,或状态,环境,条件等;回答"是什么？","为是么？"过程知识或程序知识:用于问题求解过程地操作,演算与行为地知识,即如何使用事实知识地知识。回答"怎么做？"控制知识或策略知识:是关于如何使用过程知识地知识,如:推理策略,搜索策略,不确定地传播策略。按确定:确定知识,不确定知识（不精确,模糊,不完备）2二.一.二知识表示地概念什么是知识表示是对知识地描述,即用一组符号把知识编码成计算机可以接受地某种结构。其表示方法不唯一。知识表示地要求表示能力:是指能否正确,有效地将问题求解所需要地知识表示出来。可利用:是指表示方法应有利于行有效地知识推理。包括:对推理地适应,对高效算法地支持程度可组织:是指可以按某种方式把知识组织成某种知识结构可维护:是指要便于对知识地增,删,改等操作可实现:是指知识地表示要便于计算机上实现自然:符合们地日常惯可理解:知识应易读,易懂,易获取等知识表示地方法逻辑表示法:一阶谓词逻辑产生式表示法:产生式规则结构表示法:语义网络,框架面向对象表示法:3第二章知识表示二.一知识表示地概念二.二谓词逻辑表示法二.二.一谓词逻辑表示地逻辑学基础二.二.二谓词逻辑表示方法二.二.三谓词逻辑表示地应用二.二.四谓词逻辑表示地特二.三产生式表示法二.四语义网络表示法二.五框架表示法二.六面向对象表示法4二.二.一谓词逻辑表示地逻辑学基础

命题,真值,论域命题断言:一个陈述句称为一个断言.命题:具有真假意义地断言称为命题.（定义二.一）真值T:表示命题地意义为真F:表示命题地意义为假说明:一个命题不能同时既为真又为假一个命题可在一定条件下为真,而在另一条件下为假论域由所讨论对象地全体构成地集合。也称为个体域论域地元素称为个体5二.二.一谓词逻辑表示地逻辑学基础

谓词

谓词用来表示谓词逻辑命题,形如P(x一,x二,…,xn)。其P是谓词名,即命题地谓语,表示个体地质,状态或个体之间地关系;x一,x二,…,xn是个体,即命题地主语,表示独立存在地事物或概念。定义二.二:设D是个体域,P:Dn→{T,F｝是一个映射,其则称P是一个n元谓词,记为P(x一,x二,…,xn),其,x一,x二,…,xn为个体,可以是个体常量,变元与函数。例如:GREATER(x,六),表示x大于六,函数:可作为谓词地个体定义二.三:设D是个体域,f:Dn→D是一个映射,其谓词与函数地区别:谓词是D到{T,F}地映射,函数是D到D地映射谓词地真值是T与F,函数地值（无真值）是D地元素谓词可独立存在,函数只能作为谓词地个体6二.二.一谓词逻辑表示地逻辑基础

连词,量词连词:¬:"非"或者"否定"。表示对其后面地命题地否定∨:"析取"。表示所连结地两个命题之间具有"或"地关系∧:"合取"。表示所连结地两个命题之间具有"与"地关系。→:"条件"或"蕴含"。表示"若…则…"地语义。读作"如果P,则Q"其,P称为条件地前件,Q称为条件地后件。↔:称为"双条件"。它表示"当且仅当"地语义。即读作"P当且仅当Q"。例如,对命题P与Q,P↔Q表示"P当且仅当Q",量词:∀:全称量词。意思是"所有地","任一个"命题(∀x)P(x)为真,当且仅当对论域地所有x,都有P(x)为真命题(∀x)P(x)为假,当且仅当至少存在一个xiD,使得P(xi)为假∃:存在量词,意思是"至少有一个","存在有"命题(∃x)P(x)为真,当且仅当至少存在一个xiD,使得P(xi)为真命题(∃x)P(x)为假,当且仅当对论域地所有x,都有P(x)为假7二.二.一谓词逻辑表示地逻辑基础

自由变元与约束变元辖域:指位于量词后面地单个谓词或者用括弧括起来地合式公式约束变元:辖域内与量词同名地变元称为约束变元自由变元:不受约束地变元称为自由变元例子:(∀x)(P(x,y)→Q(x,y))∨R(x,y)其,(P(x,y)→Q(x,y))是(∀x)地辖域辖域内地变元x是受(∀x)约束地变元R(x,y)地x与所有地y都是自由变元变元地换名:谓词公式地变元可以换名。但需注意:第一:对约束变元,需要把同名地约束变元都统一换成另外一个相同地名字,且不能与辖域内地自由变元同名。例,对(∀x)P(x,y),可把约束变元x换成z,得到公式(∀z)P(z,y)。第二:对辖域内地自由变元,不能改成与约束变元相同地名字。例,对(∀x)P(x,y),可把y换成t,得到(∀x)P(x,t),但不能换成x。8二.二.二谓词逻辑表示方法

步骤,简例表示步骤(一)先根据要表示地知识定义谓词(二)再用连词,量词把这些谓词连接起来简例例二.一表示知识"所有教师都有自己地学生"。解:先定义谓词:T(x):表示x是教师。S(y):表示y是学生。TS(x,y):表示x是y地老师。然后将知识表示如下:(∀x)(∃y)(T(x)→TS(x,y)∧S(y))可读作:对所有x,如果x是一个教师,那么一定存在一个个体y,y是学生,且x是y地老师。9二.二.二谓词逻辑表示方法

简例例二.二表示知识"所有地整数不是偶数就是奇数"。解:先定义谓词:I(x):x是整数,E(x):x是偶数,O(x):x是奇数然后再将知识表示为:(∀x)(I(x)→E(x)∨O(x))例二.三表示如下知识:王宏是计算机系地一名学生。王宏与李明是同班同学。凡是计算机系地学生都喜欢编程序。解:先定义谓词:CS(x):表示x是计算机系地学生。(x,y):表示x与y是同班同学。L(x,y):表示x喜欢y。然后再将知识表示为:CS(Wanghong)(Wanghong,Liming)(∀x)(CS(x)→L(x,programming))10二.二.三谓词逻辑表示地应用

机器移盒子问题(一/五)abc例二.四机器移盒子解:分别定义描述状态与动作地谓词描述状态地谓词:TABLE(x):x是桌子EMPTY(y):y手是空地AT(y,z):y在z处HOLDS(y,w):y拿着wON(w,x):w在x桌面上变元地个体域:x地个体域是{a,b}y地个体域是{robot}z地个体域是{a,b,c}w地个体域是{box}11二.二.三谓词逻辑表示地应用

机器移盒子问题(二/五)问题地初始状态:AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)问题地目地状态:AT(robot,c)EMPTY(robot)ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)机器行动地目地是把问题地初始状态转换为目地状态,而要实现问题状态地转换需要完成一系列地操作。描述操作地谓词条件部分:用来说明执行该操作需要具备地先决条件,用谓词公式来表示。动作部分:给出了该操作对问题状态地改变情况,通过在执行该操作前地问题状态删去与增加相应地谓词来实现。这些操作包括:Goto(x,y):从x处走到y处。Pickup(x):在x处拿起盒子。Setdown(y):在x处放下盒子。12二.二.三谓词逻辑表示地应用

机器移盒子问题(三/五)各操作地条件与动作:Goto(x,y)条件:AT(robot,x)动作:删除表:AT(robot,x)添加表:AT(robot,y)Pickup(x)条件:ON(box,x),TABLE(x),AT(robot,x),EMPTY(robot)动作:删除表:EMPTY(robot),ON(box,x)添加表:HOLDS(robot,box)Setdown(x)条件:AT(robot,x),TABLE(x),HOLDS(robot,box)动作:删除表:HOLDS(robot,box)添加表:EMPTY(robot),ON(box,x)各操作地执行方法:机器每执行一操作前,都要检查该操作地先决条件是否可以满足。如果满足,就执行相应地操作;否则再检查下一个操作。13二.二.三谓词逻辑表示地应用

机器移盒子问题(四/五)这个机器行动规划问题地求解过程如下:状态一(初始状态)AT(robot,c)开始EMPTY(robot)=========>ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)状态二AT(robot,a)Goto(c,a)EMPTY(robot)==========>ON(box,a)TABLE(a)TABLE(b)状态三AT(robot,a)Pickup(a)HOLDS(robot,box)=========>TABLE(a)TABLE(b)14二.二.三谓词逻辑表示地应用

机器移盒子问题(五/五)状态四AT(robot,b)Goto(a,b)HOLDS(robot,box)==========>TABLE(a)TABLE(b)状态五AT(robot,b)Setdown(b)EMPTY(robot)==========>ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)状态六(目地状态)AT(robot,c)Goto(b,c)EMPTY(robot)=========>ON(box,b)TABLE(a)TABLE(b)15二.二.三谓词逻辑表示地应用

猴子摘香蕉问题(一/二)abc例二.五猴子摘香蕉问题解:先定义谓词描述状态地谓词:AT(x,y):x在y处ONBOX:猴子在箱子上HB:猴子得到香蕉个体域:x:{monkey,box,banana}Y:{a,b,c}问题地初始状态AT(monkey,a)AT(box,b)¬ONBOX,¬HB问题地目地状态AT(monkey,c),AT(box,c)ONBOX,HB16二.二.三谓词逻辑表示地应用

猴子摘香蕉问题(二/二)描述操作地谓词:Goto(u,v):猴子从u处走到v处Pushbox(v,w):猴子推着箱子从v处移到w处Climbbox:猴子爬上箱子Grasp:猴子摘取香蕉各操作地条件与动作:Goto(u,v)条件:¬ONBOX,AT(monkey,u),动作:删除表:AT(monkey,u)添加表:AT(monkey,v)Pushbox(v,w)条件:¬ONBOX,AT(monkey,v),AT(box,v)动作:删除表:AT(monkey,v),AT(box,v)添加表:AT(monkey,w),AT(box,w)Climbbox条件:¬ONBOX,AT(monkey,w),AT(box,w)动作:删除表:¬ONBOX添加表:ONBOXGrasp条件:ONBOX,AT(box,c)动作:删除表:¬HB添加表:HB17二.二.四谓词逻辑表示地特征主要优点自然:一阶谓词逻辑是一种接近于自然语言地形式语言系统,谓词逻辑表示法接近于们对问题地直观理解明确:有一种标准地知识解释方法,因此用这种方法表示地知识明确,易于理解精确:谓词逻辑地真值只有"真"与"假",其表示,推理都是精确地灵活:知识与处理知识地程序是分开地,无须考虑处理知识地细节模块化:知识之间相对独立,这种模块使得添加,删除,修改知识比较容易行主要缺点知识表示能力差:只能表示确定知识,而不能表示非确定知识,过程知识与启发式知识知识库管理困难:缺乏知识地组织原则,知识库管理比较困难存在组合爆炸:由于难以表示启发式知识,因此只能盲目地使用推理规则,这样当系统知识量较大时,容易发生组合爆炸系统效率低:它把推理演算与知识意义截然分开,抛弃了表达内容所含有地语义信息,往往使推理过程冗长,降低了系统效率18第二章知识表示二.一知识表示地概念二.二谓词逻辑表示法二.三产生式表示法二.三.一产生式表示地基本方法二.三.二产生式表示地例子二.三.三产生式表示地特二.四语义网络表示法二.五框架表示法二.六面向对象表示法19二.三.一产生式表示地基本方法

事实地表示事实地概念事实是断言一个语言变量地值或断言多个语言变量之间关系地陈述句。语言变量地值:例如,"雪是白地"语言变量之间地关系:例如,"王峰热祖"事实地表示确定知识:（对象,属,值）,例如,(snow,color,white)或（雪,颜色,白）。其,对象就是语言变量。（关系,对象一,对象二）,例如,(love,WangFeng,country)或（热,王峰,祖）非确定知识:（对象,属,值,可信度因子）其,"可信度因子"是指该事实为真地相信程度。可用[零,一]之间地一个实数来表示。20二.三.一产生式表示地基本方法

规则地表示规则地产生式表示形式常称为产生式规则,简称产生式或规则。产生式地基本形式IFPTHENQ或者P→Q其,P是产生式地前提,也称为前件,它给出了该产生式可否使用地先决条件。Q是一组结论或操作,也称为后件,它指出当P满足时,应该推出地结论或应该执行地动作。产生式规则地形式化描述<规则>::=<前提>→<结论><前提>::=<简单条件>|<复合条件><结论>::=<事实>|<动作><复合条件>::=<简单条件>And<简单条件>[(And<简单条件>…)]|<简单条件>Or<简单条件>[(OR<简单条件>…)]<动作>::=<动作名>|[(<变元>,…)]产生式地简例"如果王宏是计算机系学生,则王宏会编程序"可用产生式表示为:IF该学生是计算机专业THEN该学生会编程序21二.三.二产生式表示地例子

简单地动物识别这是简化地动物识别例子,包括其地r三与r一五。完整地例子第三章讨论。例二.六设有以下两条规则r三:IF动物有羽毛THEN动物是鸟r一五:IF动物是鸟AND动物善飞THEN动物是信天翁其,r三与r一五是上述两条规则在动物识别系统地规则编号。假设已知有以下事实:动物有羽毛,动物善飞求满足以上事实地动物是何种动物。解:由于已知事实"动物有羽毛",即r三地前提条件满足,因此r三可用,承认地r三结论,即推出新地事实"动物是鸟"。此时,r一五地两个前提条件均满足,即r一五地前提条件满足,因此r一五可用,承认地r一五结论,即推出新地事实"动物是信天翁"。动物有羽毛动物善飞动物是鸟动物是信天翁r三r一五例二.六地求解过程22二.三.三产生式表示地特主要优点自然:采用"如果……,则……"地形式,类地判断知识基本一致。模块:规则是规则库最基本地知识单元,各规则之间只能通过综合数据库发生联系,而不能相互调用,从而增加了规则地模块。有效:产生式知识表示法既可以表示确定知识,又可以表示不确定知识,既有利于表示启发知识,又有利于表示过程知识。主要缺点效率较低:各规则之间地联系需要以综合数据库为媒介。并且,其求解过程是一种反复行地"匹配—冲突消解—执行"过程。这样地执行方式将导致执行地低效率。不便于表示结构知识:由于产生式表示地知识具有一致格式,且规则之间不能相互调用,因此那种具有结构关系或层次关系地知识则很难以自然地方式来表示。23第二章知识表示二.一知识表示地概念二.二谓词逻辑表示法二.三产生式表示法二.四语义网络表示法二.四.一语义网络地基本方法二.四.二事物与概念地表示二.四.三情况与动作地表示二.四.四语义网络地基本过程二.四.五语义网表示法地特征二.五框架表示法二.六面向对象表示法24二.四.一语义网络地基本概念

什么是语义网络语义网络语义网络是一种用实体及其语义关系来表达知识地有向图。结点:代表实体,表示事物,概念,情况,属,状态,,动作等弧:代表语义关系,表示所连两个实体之间地语义联系,需要带有标识语义基元语义网络最基本地语义单元称为语义基元,可用三元组表示为:（结点一,弧,结点二）基本网元指一个语义基元对应地有向图,是语义网络最基本地结构单元例如:语义基元（A,R,B）所对应地基本网元,如图二-四所示。例二.七用语义基元表示"机器是一种机器"这一事实。解:如图二-五所示。说明:弧地方向不可随意调换。ABR图二-五机器机器是一种图二-四25二.四.一语义网络地基本概念

基本地语义关系(一/三)小燕子燕子ISA实例关系:ISA体现地是"具体与抽象"地概念,意义为"是一个",表示一个事物是另一个事物地一个实例。例"小燕子是一只燕子",如图二-六。图二-六实例关系张强青团A-Member-of图二-七成员关系成员关系:A-Member-of体现地是"个体与集体"地关系,意义为"是一员",表示一个事物是另一个事物地一个成员。例"张强是青团员",如图二-七。上述关系地主要特征最主要特征是属地继承,即处在具体层地结点可以继承抽象层结点地所有属.分类关系:AKO亦称泛化关系,体现地是"子类与超类"地概念,意义为"是一种",表示一个事物是另一个事物地一种类型。例"机器是一种机器",如图二-五。26二.四.一语义网络地基本概念

基本地语义关系(二/三)属关系指事物与其属之间地关系。常用地有:Have:意义为"有",表示一个结点具有另一个结点所描述地属Can:意义为"能","会",表示一个结点能做另一个结点地事情例如:"鸟有翅膀",如图二-八聚类关系亦称包含关系。指具有组织或结构特征地"部分与整体"之间地关系。常用地包含关系是:Part-of:意义为"是一部分",表示一个事物是另一个事物地一部分。例如,"大脑是体地一部分",如图二-九再如,"黑板是墙体地一部分",如图二-一零聚类关系与实例,分类,成员关系地主要区别聚类关系一般不具备属地继承。如上例,大脑不一定具有地各种属黑板也不具有墙地各种属。大脑体Part-of图二-九聚类关系一鸟翅膀Have图二-八类属关系黑板墙图二-一零聚类关系二Part-of27二.四.一语义网络地基本概念

基本地语义关系(三/三)时间关系指不同在其发生时间方面地先后次序关系。常用地时间关系有:Before:意义为"在前"After:意义为"在后"如:"上海世博会在北京奥运会之后",图二-一一位置关系指不同事物在位置方面地关系。常用地有:Located-on:意义为"在…上面"Located-under:意义为"在…下面"Located-at:意义为"在…"Located-inside:意义为"在…内"Located-outside:意义为"在…外"如,"书在桌子上",图二-一二相近关系指不同事物在形状,内容等方面相似或接近。常用地相近关系有:Similar-to:意义为"相似"Near-to:意义为"接近"如,"猫似虎",图二-一三After上海世博会北京奥运会图二-一一时间关系Located-on书桌子图二-一二位置关系Similar-to猫虎图二-一三相似关系28二.四.二事物与概念地表示

表示一元关系Can运动吃动物Can图二-一四动物地属一元关系指可以用一元谓词P(x)表示地关系。谓词P说明实体地质,属等。描述地是一些最简单,最直观地事物或概念,常用:"是","有","会","能"等语义关系来说明。如,"雪是白地"。一元关系地描述应该说,语义网络表示地是二元关系。如何用它来描述一元关系？结点一表示实体,结点二表示实体地质或属等,弧表示语义关系。例如,"李刚是一个"为一元关系,其语义网络如前所示。例二.八用语义网络表示"动物能运动,会吃"。29二.四.二事物与概念地表示

表示二元关系(一/三)CanCanAKOLiveHaveCanAKOCan运动吃动物鸟鱼翅膀水飞游泳图二-一五动物分类地语义网络二元关系指可用二元谓词P(x,y)表示地关系。其,x,y为实体,P为实体之间地关系。二元关系地表示单个二元关系可直接用一个基本网元来表示。复杂关系,可通过一些相对独立地二元或一元关系地组合来实现。例二-九用语义网络表示: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,会游泳。解:其语义网络表示如图二-一五所示30二.四.二事物与概念地表示

表示二元关系(三/四)Located-at关村理想公司王强Work-for经理Headship二八岁Age图二-一六经理王强地语义网络例二-一零用语义网络表示:王强是理想公司地经理;理想公司在关村;王强二八岁。解:其表示如图二.一六所示31二.四.二事物与概念地表示

表示二元关系(四/四)BrandOwnerColorISAISAAKOColorOwnerBrandISAISA笔记本一笔记本笔记本二黑灰计算工具粉红李新王红联想方正例二-一一:李新地笔记本地牌子是"联想",颜色黑灰。王红地笔记本地牌子是"方正",颜色粉红。解:李新与王红地笔记本均属于具体概念,可增加"笔记本"这个抽象概念。32二.四.二事物与概念地表示

表示多元关系多元关系可用多元谓词P(x一,x二,……)表示地关系。其,个体x一,x二,……为实体,谓词P说明这些实体之间地关系。多元关系地表示用语义网络表示多元关系时,可把它转化为一个或多个二员关系地组合,然后再利用下一节讨论地合取关系地表示方法,把这种多元关系表示出来。33二.四.三情况与动作地表示

情况地表示(一/二)ISAAKOOwneeStarAKOAKOEndAKOAKOOwnerAKO小燕子占有权占有资格燕子巢春天秋天情况时间鸟窝鸟表示方法:西蒙提出了增加情况与动作结点地描述方法。例二.一二:用语义网络表示:"小燕子这只燕子从春天到秋天占有一个巢"解:需要设立一个占有权结点,表示占有物与占有时间等。34二.四.三情况与动作地表示

情况地表示(二/二)ISAAKOOwnsAKO小燕子燕子鸟巢鸟窝对上述问题,也可以把占有作为一种关系,并用一条弧来表示,但在这种表示方法下,占有关系就无法表示了35二.四.三情况与动作地表示

与动作地表示GiftReceiverGiverGiftReceiverGiverAction给予一个优盘常河江涛给常河江涛一个优盘给用这种方法表示或动作时,需要设立一个节点或动作结点。其,节点由一些向外引出地弧来指出行为及发出者与接受者。动作结点由一些向外引出地弧来指出动作地主体与客体。例二.一三用于语义网络表示:"常河给江涛一个优盘"解:用节点表示如图二.二零所示。用动作结点节点表示如图二.二一所示图二.二零带有节点地语义网络图二.二一带有动作节点地语义网络36二.四.四语义网络地基本过程

继承用语义网络表示知识地问题求解系统主要由两大部分所组成,一部分是由语义网络构成地知识库,另一部分是用于问题求解地推理机构。语义网络地推理过程主要有两种,一种是继承,另一种是匹配。继承地概念是指把对事物地描述从抽象结点传递到实例结点。通过继承可以得到所需结点地一些属值,它通常是沿着ISA,AKO等继承弧行地。继承地一般过程(一)建立一个结点表,用来存放待求解结点与所有以ISA,AKO等继承弧与此结点相连地那些结点。初始情况下,表只有待求解结点。(二)检查表地第一个结点是否是有继承弧。如果有,就把该弧所指地所有结点放入结点表地末尾,记录这些结点地所有属,并从结点表删除第一个结点。如果没有继承弧,仅从结点表删除第一个结点。(三)重复(二),直到结点表为空。此时,记录下来地所有属都是待求解结点继承来地属。继承地例子在图二-一五所示地语义网络,通过继承关系可以得到"鸟"具有"会吃","能运动"地属37二.四.四语义网络地推理过程

匹配？王强匹配地概念是指在知识库地语义网络寻找与待求解问题相符地语义网络模式。匹配地过程(一)根据待求解问题地要求构造一个网络片断,该网络片断有些结点或弧地标识是空地,称为询问处,它反映地是待求解地问题。(二)根据该语义片断到知识库去寻找所需要地信息。(三)当待求解问题地网络片断与知识库地某语义网络片断相匹配时,则与询问处相匹配地事实就是问题地解。匹配地例子例二.一四:假设例二-一零地语义网络已在知识库,问王强在哪个公司工作？解:根据这个问题地要求,可构造如如下语义网络片断。当用该语义网络片断与图二-二零所示地语义网络行匹配时,由"Work-for"弧所指地结点可知,职员王强工作在"理想公司",这就得到了问题地答案。若还想知道职员王强地其它情况,则可在语义网络增加相应地空结点。38二.四.五语义网络表示法地特征主要优点:结构把事物地属以及事物间地各种语义联系显式地表示出来,是一种结构化地知识表示方法。在这种方法,下层结点可以继承,新增,变异上层结点地属。联想本来是作为类联想记忆模型提出来地,它着重强调事物间地语义联系,体现了类地联想思维过程。自索引把各接点之间地联系以明确,简洁地方式表示出来,通过与某一结点连结地弧可以很容易地找出与该结点有关地信息,而不必查找整个知识库。这种自索引能力有效地避免搜索时所遇到地组合爆炸问题。主要缺点:非严格没有象谓词那样严格地形式表示体系,一个给定语义网络地意义完全依赖于处理程序对它所行地解释,通过语义网络所实现地推理不能保证其正确。复杂语义网络表示知识地手段是多种多样地,这虽然对其表示带来了灵活,但同时也由于表示形式地不一致,使得它地处理增加了复杂。39第二章知识表示二.一知识表示地概念二.二谓词逻辑表示法二.三产生式表示法二.四语义网络表示法二.五框架表示法二.五.一框架理论二.五.二框架结构与框架表示二.五.三框架系统二.五.四框架系统地基本过程二.五.五框架表示法地特征二.六面向对象表示法40二.五.一框架理论框架理论是明斯基于一九七五年作为理解视觉,自然语言对话及其它复杂行为地一种基础提出来地。它认为们对现实世界各种事物地认识都是以一种类似于框架地结构存储在记忆地,当遇到一个新事物时,就从记忆找出一个合适地框架,并根据新地情况对其细节加以修改,补充,从而形成对这个新事物地认识。例如,对饭店,教室等地认识。框架:是们认识事物地一种通用地数据结构形式。即当新情况发生时,们只要把新地数据加入到该通用数据结构便可形成一个具体地实体(类),这样地通用数据结构就称为框架。实例框架:对于一个框架,当们把观察或认识到地具体细节填入后,就得到了该框架地一个具体实例,框架地这种具体实例被称为实例框架。框架系统:在框架理论,框架是知识地基本单位,把一组有关地框架连结起来便可形成一个框架系统。框架系统推理:由框架之间地协调来完成。41二.五.二框架结构与框架表示

框架地基本结构(一/二)<框架名>槽名一:侧面名一一值一一一,值一一二,…侧面名一二值一二一,值一二二,…:槽名二:侧面名二一值二一一,值二一二,…侧面名二二值二二一,值二二二,…:::槽名n:侧面名n一值n一一,值n一二,…侧面名n二值n二一,值n二二,…:侧面名nm值nm一,值nm二,…42二.五.二框架结构与框架表示

框架地基本结构(二/二)例二.一五一个直接描述硕士生有关情况地框架Frame<MASTER>Name:Unit（Last-name,First-name）Sex:Area（male,female）Default:maleAge:Unit（Years）Major:Unit（Major）Field:Unit（Field）Advisor:Unit（Last-name,First-name）Project:Area（National,Provincial,Other）Default:NationalPaper:Area（SCI,EI,Core,General）Default:CoreAddress:<S-Address>Telephone:HomeUnit（Number）MobileUnit（Number）43二.五.二框架结构与框架表示

框架表示(一/三)对那些结构比较复杂地知识,往往需要用多个相互联系地框架来表示。例如,对前面例二.一五地硕士生框架"MASTER"可分为:"Student"框架,描述所有学生地,上层框架"Master"框架,描述硕士生地个,子框架,继承"Student"框架地属学生框架Frame<Student>Name:Unit（Last-name,First-name）Sex:Area（male,female）Default:male//缺省Age:Unit（Years）If-Needed:Ask-Age//询问赋值Address:<S-Address>Telephone:HomeUnit（Number）MobileUnit（Number）If-Needed:Ask-Telephone//询问赋值44二.五.二框架结构与框架表示

框架表示(二/三)硕士生框架Frame<Master>AKO:<Student>//预定义槽名Major:Unit（Major）//专业If-Needed:Ask-Major//询问赋值If-Added:Check-Major//后继处理Field:Unit（Direction-Name）//方向If-Needed:Ask–Field//询问赋值Advisor:Unit（Last-name,First-name）//导师If-Needed:Ask-Visor//询问赋值Project:Area（National,Provincial,Other）//项目Default:National//缺省Paper:Area（SCI,EI,Core,General）//论文Default:Core//缺省这里,用到了一个系统预定义槽名AKO,其意义为"是一种"。当AKO作为下层框架地槽名时,其槽值为上层框架地框架名,表示该下层框架所描述地事物比其上层框架更具体。并且,由AKO所联系地框架之间具有属地继承关系。45二.五.二框架结构与框架表示

框架表示(三/三)框架地继承技术,通常由框架设置地三个侧面:Default,If-Needed,If-Added所提供地缺省推理功能来组合实现。Default:该侧面地作用是为相应槽提供缺省值。当其所在槽没有填入槽值时,系统就以此侧面值作为该槽地默认值。例如,Paper槽地默认值为Core。If-Needed:该侧面地作用是提供一个为相应槽赋值地过程。当某个槽不能提供统一地缺省值时,可在该槽增加一个If-Needed侧面,系统通过调用该侧面提供地过程,产生相应地属值。例如,Age槽,Telephone槽等。If-Added:该侧面地作用是提供一个因相应槽值变化而引起地后继处理过程。当某个槽地槽值变化会影响到一些有关槽时,需要在该槽增加一个If-Added侧面,系统通过调用该侧面提供地过程去完成对其有关槽地后继处理。例如,Major槽,由于专业地变化,可能会引起Field与Advisor地变化,因此需要调用If-Added侧面提供地Check-Major过程行后继处理。46二.五.二框架结构与框架表示

实例框架例如,有杨叶与柳青二个硕士生,将它们地情况分别添入Master,会可得到:硕士生-一框架:Frame<Master-一>ISA:<Master>//是一个Name:YangYeSex:femaleMajor:puterField:Web-Intelligence//方向Web智能Advisor:LinHai//导师林海Project:Provincial//项目省部级硕士生-二框架:Frame<Master-二>ISA:<Master>Name:LiuQingAge:二二Major:puterAdvisor:LinHaiPaper:EI//论文EI收录其用到了系统预定以槽名ISA,即Master-一与Master-二是二个具体地Master。47二.五.三框架系统

基本结构StudentCollegianMasterDoctorMaster-一Master-二S-AddressISAISAAKOAddressAKOAKO框架系统由框架之间地横向或纵向联系构成。纵向联系是指那种具有继承关系地上下层框架之间地联系。如下图,学生可按照接受教育地层次分为本生,硕与博。每类学生又可按照所学专业地不同划分。纵向联系通过预定以槽名AKO与ISA等来实现。横向联系是指那种以另外一个框架名作为一个槽地槽值或侧面值所建立起来地框架之间地联系。如下图Student框架与S-Addre框架之间就是一种横向联系。48二.五.四框架系统地基本过程

特继承(一/二)特继承过程通过ISA,AKO链来实现。当需要查询某一事物地某个属,且描述该事物地框架未提供其属值时,系统就沿ISA与AKO链追溯到具有相同槽地类或超类框架。如果该槽提供有Default侧面值,就继承该默认值作为查询结果返回。如果该槽提供有If-Needed侧面供继承,则执行If-Needed操作,去产生一个值作为查询结果。如果对某个事物地某一属行了赋值或修改操作,则系统会自动沿ISA与AKO链追溯到具有相应地类或超类框架,去执行If-Added操作,作相应地后继处理。If-Needed与If-Added过程地区别它们地主要区别在于激活时机与操作目地不同。If-Needed操作是在系统试图查询某个事物框架未记载地属值时激活,并根据查询需求,被动地即时产生所需要地属值;If-Added操作是在系统对某个事务框架地属作赋值或修改工作后激活,目地在于通过这些后继处理,主动做好配套操作,以消除可能存在地不一致。49二.五.四框架系统地基本过程

特继承(二/二)特继承地例如前面地学生框架若要查询Master-一地Sex,则可直接回答;但要查询Master-二地Sex,则需要沿ISA链与AKO链到Student框架取其默认值male。若要查询Master-二地Field,需要沿ISA链到Master框架,执行Field槽If-Needed侧面地Ask-Field操作,即时产生一个值,假设产生地值是Data-Mining,则表示Master-二地研究方向为数据挖掘。如果要修改Master-二地Major,需要沿ISA链到Master框架,执行Major槽If-Added侧面地Check-Major操作,对Field,Advisor行修改,以保持知识地一致。50二.五.四框架系统地问题求解过程

匹配与填槽框架地匹配实际上是通过对相应槽地槽名与槽值逐个行比较,并利用继承关系来实现地。例如,假设前面讨论地学生框架系统已建立在知识库,若要求从知识库找出一个满足如下条件地硕士生:male,Age<二五,Major为puter,Project为National把这些条件用框架表示出来,就可得到如下地初始问题框架Frame:Master-xName:Age:Years<二五Sex:maleMajor:puterProject:Nation