第02 章 知識表示 人工智能課件
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1、 2.1 一階謂詞邏輯表示法一階謂詞邏輯表示法 2.1.1 謂詞邏輯謂詞邏輯 2.1.2 用謂詞邏輯表示知識用謂詞邏輯表示知識 2.2 產(chǎn)生式表示法產(chǎn)生式表示法 2.2.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng) 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 控制策略控制策略 推理方向推理方向 2.2.2 特殊的產(chǎn)生式系統(tǒng)特殊的產(chǎn)生式系統(tǒng) 2.3 框架(框架(frame)2.3.1 框架的表示方法框架的表示方法 2.3.2 框架的推理方法框架的推理方法 2.4 語義網(wǎng)絡(luò)(語義網(wǎng)絡(luò)(Semantic network)2.4.1 語義網(wǎng)絡(luò)表示方法語義網(wǎng)絡(luò)表示方法 2.4.2 語義網(wǎng)絡(luò)推理方法語義網(wǎng)絡(luò)推理方法 作作 業(yè)業(yè)l基本知
2、識基本知識表達(dá)法:謂詞邏輯、規(guī)則等。表達(dá)法:謂詞邏輯、規(guī)則等。l結(jié)構(gòu)化知識結(jié)構(gòu)化知識表達(dá)法:語義網(wǎng)、框架、腳本等。表達(dá)法:語義網(wǎng)、框架、腳本等。例:用謂詞公式表示下列句子:例:用謂詞公式表示下列句子:A formula whose main connective is a “”is equivalent to some formula whose main connective is a “”.首先引入下列謂詞:首先引入下列謂詞:F(x):x is a formula MC(x,y):the main connective of x is y EQ(x,y):x is equivalent t
3、o y A formula whose main connective is a “”is equivalent to some formula whose main connective is a“”.(x)F(x)MC(x,imp)(y)F(y)MC(y,or)EQ(x,y)2.2.1 產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)產(chǎn)生式與產(chǎn)生式系統(tǒng)l產(chǎn)生式產(chǎn)生式 if 前提條件前提條件 then 結(jié)論結(jié)論 或或 if 前提條件前提條件 then 操作操作 產(chǎn)生式又稱為產(chǎn)生式又稱為規(guī)則規(guī)則(rule)。)。前提條件、結(jié)論、規(guī)則均可附加一個(gè)前提條件、結(jié)論、規(guī)則均可附加一個(gè)可信度可信度。(1)如果:爐溫超過上限如果:爐溫
4、超過上限,則:立即關(guān)閉風(fēng)門。則:立即關(guān)閉風(fēng)門。(2)如果:膠卷感光度為如果:膠卷感光度為200,光線條件為晴天光線條件為晴天,目標(biāo)距離不超過目標(biāo)距離不超過5米米,則:快門速度取則:快門速度取250,光圈大小取光圈大小取f16。l便于描述人處理問題的便于描述人處理問題的局部過程局部過程。l人處理問題的人處理問題的整體過程整體過程可用一個(gè)規(guī)則可用一個(gè)規(guī)則序列表示。序列表示。推理機(jī)推理機(jī)IE規(guī)則庫規(guī)則庫RB狀態(tài)數(shù)據(jù)庫狀態(tài)數(shù)據(jù)庫DBlDB:狀態(tài)數(shù)據(jù)庫,描述當(dāng)前求解狀態(tài)(初始:狀態(tài)數(shù)據(jù)庫,描述當(dāng)前求解狀態(tài)(初始事實(shí)、推出的結(jié)論)事實(shí)、推出的結(jié)論)lRB:狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則庫:狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則庫lIE:推理機(jī)(:推
5、理機(jī)(Inference Engine)按一定策略從按一定策略從RB中選擇規(guī)則,作用于中選擇規(guī)則,作用于DB,直到直到DB變?yōu)槟繕?biāo)狀態(tài)(如推出特定結(jié)論)。變?yōu)槟繕?biāo)狀態(tài)(如推出特定結(jié)論)。l 如何找出可用于當(dāng)前狀態(tài)的規(guī)則(匹配)如何找出可用于當(dāng)前狀態(tài)的規(guī)則(匹配)l 如何選出如何選出最佳最佳規(guī)則(消除沖突)規(guī)則(消除沖突)將規(guī)則的將規(guī)則的前提條件前提條件逐個(gè)與逐個(gè)與DB比較,比較,如果每個(gè)條件都成立,則該規(guī)則可用于當(dāng)如果每個(gè)條件都成立,則該規(guī)則可用于當(dāng)前狀態(tài)。前狀態(tài)。例:例:DB=(b,d,g,f,h)Ri:if (e or f)and h then c DB=(b,d,g,f,h)Ri:if
6、(e or f)and h then c 檢驗(yàn)檢驗(yàn)(e or f)是否成立是否成立:檢驗(yàn)檢驗(yàn) h 是否成立是否成立:將結(jié)論將結(jié)論c加入加入DB得:得:DB=(b,d,g,f,h,c)l當(dāng)規(guī)則含有變量時(shí),首先進(jìn)行變量代換。當(dāng)規(guī)則含有變量時(shí),首先進(jìn)行變量代換。參:第三章參:第三章 3.1.3 模式匹配與變量代換模式匹配與變量代換l對于不精確規(guī)則,需要計(jì)算前提和結(jié)論的對于不精確規(guī)則,需要計(jì)算前提和結(jié)論的可信度可信度 參:第六章參:第六章 l處理處理專門、特殊專門、特殊情況的規(guī)則,優(yōu)先于處理情況的規(guī)則,優(yōu)先于處理一般一般情況者。情況者。如:如:R1:if a and b then e R2:if a
7、and b and c then fl首先匹配者優(yōu)先首先匹配者優(yōu)先 靜態(tài)有序。靜態(tài)有序。l給各給各前提前提賦予不同的賦予不同的優(yōu)先級優(yōu)先級,含,含高優(yōu)先級高優(yōu)先級條條件者件者優(yōu)先優(yōu)先執(zhí)行(質(zhì)優(yōu)先)。執(zhí)行(質(zhì)優(yōu)先)。l前提條件多的優(yōu)先(量優(yōu)先)。前提條件多的優(yōu)先(量優(yōu)先)。隱含各前提的隱含各前提的優(yōu)先級相同優(yōu)先級相同。1.正向推理(正向推理(Forward)F規(guī)則規(guī)則 事實(shí)事實(shí) 結(jié)論結(jié)論 DB=(f1,f2,f3,f4,f5)R1:c1f4c2 R2:f1f2f3c1 R3:f3 f5 c3 R4:f2 f3 f5 c4 R5:f1 c3 c5 假設(shè)采用假設(shè)采用“首先匹配者優(yōu)先首先匹配者優(yōu)先”策
8、略策略,則推理,則推理過程如下:過程如下:(1)使用)使用R2:f1f2f3c1推出推出c1(2)使用)使用R1:c1f4c2推出推出c2(3)使用)使用R3:f3 f5 c3推出推出c3(4)使用)使用R5:f5 c3 c5推出推出c5 B規(guī)則規(guī)則 事實(shí)事實(shí) 目標(biāo)(結(jié)論)目標(biāo)(結(jié)論)已知:已知:DB=(f1,f2,f3,f10,f11)R1:c2 f5 p2cg R2:f1 c1c2 R3:f2 f3 f4c1 R4:p1 f6p2 R5:c4 f11cg R6:f7 c3 f10c4 R7:f8 f9c3 其中:其中:ci表示推出的中間結(jié)論,表示推出的中間結(jié)論,pi表示在本例中表示在本例中
9、不成立的前提。不成立的前提。Cg C2 f5 P2 C4 f11 f1 C1 P1 f6 f7 C3 f10 f1 f3 f4 f8 f9l正向推理不足:可能推出大量無關(guān)結(jié)論。正向推理不足:可能推出大量無關(guān)結(jié)論。l逆向推理不足:可能嘗試大量無關(guān)假設(shè)。逆向推理不足:可能嘗試大量無關(guān)假設(shè)。混合推理的方式:混合推理的方式:1)用啟發(fā)式規(guī)則進(jìn)行用啟發(fā)式規(guī)則進(jìn)行粗略的粗略的正向推理,提出一正向推理,提出一個(gè)假設(shè)的可能目標(biāo),再用較詳細(xì)的規(guī)則進(jìn)行個(gè)假設(shè)的可能目標(biāo),再用較詳細(xì)的規(guī)則進(jìn)行詳細(xì)的詳細(xì)的逆向推理,以便驗(yàn)證假設(shè)。逆向推理,以便驗(yàn)證假設(shè)。2)在逆向推理的基礎(chǔ)上,用正向推理推出更多在逆向推理的基礎(chǔ)上,用正
10、向推理推出更多的相關(guān)結(jié)論。的相關(guān)結(jié)論。l當(dāng)前當(dāng)前事實(shí)集:事實(shí)集:初始事實(shí)初始事實(shí)、正向推理推出的中間結(jié)論。正向推理推出的中間結(jié)論。l當(dāng)前當(dāng)前目標(biāo)集:目標(biāo)集:原目標(biāo)、為證明原目標(biāo)而歸約、分解出的原目標(biāo)、為證明原目標(biāo)而歸約、分解出的 子目標(biāo)子目標(biāo)l交替使用正向推理和逆向推理,直到當(dāng)前目標(biāo)交替使用正向推理和逆向推理,直到當(dāng)前目標(biāo)集與當(dāng)前事實(shí)集匹配。集與當(dāng)前事實(shí)集匹配。產(chǎn)生式系統(tǒng)是產(chǎn)生式系統(tǒng)是AI最基本的結(jié)構(gòu)形式。最基本的結(jié)構(gòu)形式。特點(diǎn):特點(diǎn):l便于模擬人的知識積累過程便于模擬人的知識積累過程l便于實(shí)現(xiàn)便于實(shí)現(xiàn)data driven處理方式:處理方式:新數(shù)據(jù)輸入新數(shù)據(jù)輸入 行為改變行為改變l便于增刪規(guī)
11、則集便于增刪規(guī)則集 各規(guī)則之間相對獨(dú)立。各規(guī)則之間相對獨(dú)立。同類同類事物事物或或 過程過程重現(xiàn)重現(xiàn)特定特定模式模式 識別識別 激活激活 問題問題 特征特征 模式模式 引用引用 參考處理方案參考處理方案 為表達(dá)上述模式化知識,引入框架表示法:為表達(dá)上述模式化知識,引入框架表示法:框架框架 認(rèn)知模式認(rèn)知模式 框架系統(tǒng):包括框架、子框架??蚣芟到y(tǒng):包括框架、子框架。通常組織成通常組織成層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)或或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)??梢越柚梢越柚悓哟晤悓哟蚊枋?。描述。特性值:特性值:可為另一個(gè)知識表示子結(jié)構(gòu)??蔀榱硪粋€(gè)知識表示子結(jié)構(gòu)。如謂詞邏輯、子框架、規(guī)則集等。如謂詞邏輯、子框架、規(guī)則集等??蔀樘厥馓幚?/p>
12、過程。可為特殊處理過程。(注視特定條件的(注視特定條件的守護(hù)程序守護(hù)程序)如:如:ifneeded ifadded ifdenied iffail 可實(shí)現(xiàn)微觀控制機(jī)制,數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),隨機(jī)應(yīng)變??蓪?shí)現(xiàn)微觀控制機(jī)制,數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),隨機(jī)應(yīng)變??蚣苊Q框架名稱 側(cè)面?zhèn)让?1 值值11 槽槽1 側(cè)面?zhèn)让?m 值值1m 槽槽2 側(cè)面?zhèn)让?1 值值21 側(cè)面?zhèn)让?2 值值2m 框架名稱框架名稱 槽槽1 value 真實(shí)值真實(shí)值 default 缺省值缺省值 if_needed 推斷值的過程推斷值的過程 槽槽2 回溯回溯 激活激活 確認(rèn)確認(rèn) 當(dāng)前狀態(tài)當(dāng)前狀態(tài) 侯選框架侯選框架 可用框架可用框架 應(yīng)用應(yīng)用 聯(lián)想聯(lián)想 處
13、理當(dāng)前情況處理當(dāng)前情況 1、選擇候選框架、選擇候選框架 利用各框架的利用各框架的關(guān)鍵特征關(guān)鍵特征與當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行與當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行初初步步特征匹配。特征匹配。2、確認(rèn)候選框架、確認(rèn)候選框架 進(jìn)一步利用進(jìn)一步利用其余特征其余特征進(jìn)行進(jìn)行詳細(xì)的詳細(xì)的匹配(逆匹配(逆向),需要采用啟發(fā)式經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行向),需要采用啟發(fā)式經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行靈活匹配靈活匹配。3、重選候選框架、重選候選框架 當(dāng)無法確認(rèn)時(shí):當(dāng)無法確認(rèn)時(shí):l利用利用相似框架相似框架聯(lián)想規(guī)則。聯(lián)想規(guī)則。l利用利用框架系統(tǒng)框架系統(tǒng)的的分類層次分類層次結(jié)構(gòu)向上移動(dòng),找出結(jié)構(gòu)向上移動(dòng),找出一個(gè)能夠一個(gè)能夠概括概括當(dāng)前情況的當(dāng)前情況的一般框架一般框架,再沿另一,再沿另一條
14、路徑向下找出一個(gè)候選框架。條路徑向下找出一個(gè)候選框架。4、應(yīng)用確認(rèn)框架應(yīng)用確認(rèn)框架 引用現(xiàn)成結(jié)論(引用現(xiàn)成結(jié)論(what)如診斷型問題。如診斷型問題。構(gòu)造構(gòu)造當(dāng)前狀態(tài)的具體當(dāng)前狀態(tài)的具體解釋解釋 即給出即給出例示框架例示框架:無結(jié)構(gòu)信息無結(jié)構(gòu)信息 有結(jié)構(gòu)信息(例示框架)有結(jié)構(gòu)信息(例示框架)4、應(yīng)用確認(rèn)框架、應(yīng)用確認(rèn)框架 引用相應(yīng)處理方案或推理知識(引用相應(yīng)處理方案或推理知識(how)。)。引導(dǎo)注意力:不匹配的部分,可能對應(yīng)特殊引導(dǎo)注意力:不匹配的部分,可能對應(yīng)特殊情況:情況:)實(shí)際存在而未發(fā)現(xiàn):進(jìn)一步尋找。)實(shí)際存在而未發(fā)現(xiàn):進(jìn)一步尋找。)故障。(損毀)故障。(損毀)確實(shí)不存在:修正框架模式
15、。)確實(shí)不存在:修正框架模式。l最初:表達(dá)人類最初:表達(dá)人類記憶模型記憶模型及理解自然語言。及理解自然語言。l事物之間存在事物之間存在自然的自然的關(guān)系,在人腦中形成自然的關(guān)系,在人腦中形成自然的聯(lián)想網(wǎng)絡(luò)(聯(lián)想網(wǎng)絡(luò)(associative net)。自然關(guān)系自然關(guān)系 聯(lián)想網(wǎng)絡(luò)聯(lián)想網(wǎng)絡(luò)l主要用于表示不含變量的命題信息,又稱為主要用于表示不含變量的命題信息,又稱為命題命題網(wǎng)網(wǎng)(Propositional net)。)。1.基本表示法基本表示法l 實(shí)體:概念、實(shí)例(抽象或具體)實(shí)體:概念、實(shí)例(抽象或具體)l 關(guān)系(特性):關(guān)系(特性):分類:分類:AKO,ISA,組成:組成:ISPART,HASPA
16、RT,EL,結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu):SUPPORTED BY,性質(zhì):性質(zhì):COLOR,OWNER,大學(xué)城西北大學(xué)李明助教郭杜鎮(zhèn)25歲位于單位職務(wù)位于年齡長安區(qū)屬于西安市屬于 例:例:“a隊(duì)與隊(duì)與b隊(duì)比賽,比分為隊(duì)比賽,比分為1 3”用用謂詞謂詞表示為:表示為:game(a,b,1 3)用用語義網(wǎng)語義網(wǎng)表示如下:表示如下:gameg1ba1:3主隊(duì)主隊(duì)客隊(duì)客隊(duì)ISASCOREstudentISA三國演義三國演義readbookJohnread1ISAISAsubjectobject 具體實(shí)現(xiàn)一個(gè)語義網(wǎng):具體實(shí)現(xiàn)一個(gè)語義網(wǎng):l利用利用實(shí)體實(shí)體特性特性特性值特性值l對象對象屬性屬性值值 三元組三元組 (OAV:
17、Objectattributevalue)用用PROLOG子句(謂詞)也可以方便地表子句(謂詞)也可以方便地表示語義網(wǎng):示語義網(wǎng):ISA(氧氣,單質(zhì))(氧氣,單質(zhì)).化學(xué)性質(zhì)(氧氣,化學(xué)性質(zhì)(氧氣,RA_1).化學(xué)性質(zhì)(氧氣,化學(xué)性質(zhì)(氧氣,RA_2).a a_ _kindkind_ _of(of(蘋果蘋果,水果水果).).taste(taste(蘋果蘋果,甜甜).).a a_ _kindkind_ _of(of(富士富士,蘋果蘋果).).intro intro_ _from(from(富士富士,日本日本).).is is_ _a(a(日本日本,亞洲國家亞洲國家).).存在量詞存在量詞的表示的
18、表示 可直接用可直接用 ISA 鏈表示鏈表示 全稱量詞全稱量詞的表示的表示 例:下面語句例:下面語句 “Every dog had bitten a postman”可表示如下可表示如下:S1:Form,which states the relation that is being asserted.Form中的其它變量中的其它變量B,P為存在變量。為存在變量。ISAS1GSGS1DOGBITEPOSTMANDBP FormISAISAISA攻擊者攻擊者受害者受害者 語義網(wǎng)表示法無統(tǒng)一的形式語義,具體網(wǎng)語義網(wǎng)表示法無統(tǒng)一的形式語義,具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的絡(luò)結(jié)構(gòu)的含義含義由具體的由具體的應(yīng)用決定應(yīng)用決定
19、,相應(yīng)的推理,相應(yīng)的推理方法,或使用網(wǎng)絡(luò)的方法各異。方法,或使用網(wǎng)絡(luò)的方法各異。l常用推理過程:常用推理過程:搜索、匹配(搜索、匹配(PROLOG)、繼承,)、繼承,可信度傳播(可信度傳播(PROSPECTOR)。)。(1)構(gòu)造一個(gè)含有)構(gòu)造一個(gè)含有未知結(jié)點(diǎn)未知結(jié)點(diǎn)或或未知關(guān)系未知關(guān)系的的 問題網(wǎng)絡(luò)問題網(wǎng)絡(luò)片段;片段;(2)在語義網(wǎng)絡(luò)知識庫中)在語義網(wǎng)絡(luò)知識庫中搜尋搜尋可與問題可與問題 網(wǎng)絡(luò)片段網(wǎng)絡(luò)片段匹配匹配的的網(wǎng)絡(luò)片段網(wǎng)絡(luò)片段;(3)從匹配的網(wǎng)絡(luò)片段中提?。钠ヅ涞木W(wǎng)絡(luò)片段中提取對應(yīng)對應(yīng)的結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn) 或關(guān)系值?;蜿P(guān)系值。例:例:已知一個(gè)學(xué)生信息語義網(wǎng)絡(luò),需要查詢趙明的專業(yè)。已知一個(gè)學(xué)生信息
20、語義網(wǎng)絡(luò),需要查詢趙明的專業(yè)。解:解:首先構(gòu)造一個(gè)語義網(wǎng)絡(luò)片段:首先構(gòu)造一個(gè)語義網(wǎng)絡(luò)片段:當(dāng)該片段與主網(wǎng)絡(luò)匹配時(shí),將得到當(dāng)該片段與主網(wǎng)絡(luò)匹配時(shí),將得到 y 值。值。趙明趙明x教育教育yRecipientMajorISA注:該語義網(wǎng)絡(luò)片段對應(yīng)如下注:該語義網(wǎng)絡(luò)片段對應(yīng)如下Prolog目標(biāo):目標(biāo):GOAL ISA(x,教育教育),Recipient(x,趙明趙明),Major(x,y)趙明趙明x教育教育yRecipientMajorISA 假設(shè)希望通過假設(shè)希望通過繼承繼承來確定來確定F結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)的的S特性特性的值:的值:inherit(F,S)NL=F 的的 ISA 結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)及及 F 的的 AKO 結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) while(NL!=NULL)N=first(NL);NL=rest(NL);V=get(N,S,value);if (Vnil)then return V;NL=NL+N 的的 AKO 結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) /隊(duì)列隊(duì)列 return fail;作業(yè)習(xí)題二 (P.55)2.4 (2)(8)2.6 2.13 2.17 (2)(4)2.197/14/202252演講完畢,謝謝觀看!
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