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1、2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋1 第3 3章 人工智能知识与人工智能知识与知识表示知识表示 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋2 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋32022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋42022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋5n3.1.1 3.1.1 什么是知识什么是知识 n3.1.2 3.1.2 知识的特性知识的特性n3.1.3 3.1.3 知识的分类知识的分类n3.1.4 3.1.4 知识映射原理知识映射原理2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋6n n 例如直到例如直到15431543年哥白尼年哥白尼学说
2、问世之前，人们一直认为地球是宇宙的核心；学说问世之前，人们一直认为地球是宇宙的核心；再有：人们都知道一个关于再有：人们都知道一个关于“”的故事，的故事，它通俗地说明了正确完整的知识形成是一个复杂的它通俗地说明了正确完整的知识形成是一个复杂的智能过程。智能过程。n通常人们获取知识的重要手段是：利用信息，把各通常人们获取知识的重要手段是：利用信息，把各种信息提炼、概括并关联在一起，就形成了知识。种信息提炼、概括并关联在一起，就形成了知识。而利用信息关联构成知识的形式有多种多样而利用信息关联构成知识的形式有多种多样。2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋7 2022-5-21第3章知识与知识
3、表示 赵东晋8n六个瞎子来到国王的宫殿，第一次遇见一头大象。六个瞎子来到国王的宫殿，第一次遇见一头大象。 第一个瞎子第一个瞎子摸到摸到象肚子：多么光滑啊，象就像一座墙！象肚子：多么光滑啊，象就像一座墙！第二个瞎子摸到第二个瞎子摸到象鼻子：圆圆的，像一条蛇！象鼻子：圆圆的，像一条蛇！ 第三个瞎子伸出手摸到第三个瞎子伸出手摸到象牙：尖尖的，象像矛！象牙：尖尖的，象像矛！ 第四个瞎子伸手摸到第四个瞎子伸手摸到象腿：好高啊，象像一棵树！象腿：好高啊，象像一棵树！ 第五个瞎子伸手摸到象的第五个瞎子伸手摸到象的第六个瞎子摸到象的第六个瞎子摸到象的 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋92022-
4、5-21第3章知识与知识表示 赵东晋10n n 1. 1. 知识的相对正确性知识的相对正确性n常言道：实践出真知。知识源于人们生活、学习与工作的实践，知识是常言道：实践出真知。知识源于人们生活、学习与工作的实践，知识是人们在信息社会中各种实践经验的汇集、智慧的概括与积累。人们在信息社会中各种实践经验的汇集、智慧的概括与积累。n知识来自于人们对客观世界运动规律的正确认识，是从感性认识上升成知识来自于人们对客观世界运动规律的正确认识，是从感性认识上升成为理性认识的高级思维劳动过程的结晶，故相应于一定的客观环境与条为理性认识的高级思维劳动过程的结晶，故相应于一定的客观环境与条件下，知识无疑是正确的。
5、然而当客观环境与条件发生改变时，知识的件下，知识无疑是正确的。然而当客观环境与条件发生改变时，知识的正确性就要接受检验，必要时就要对原来的认识加以修正或补充，以至正确性就要接受检验，必要时就要对原来的认识加以修正或补充，以至全部更新而取而代之。全部更新而取而代之。n例如，计算式例如，计算式1+1=101+1=10是正确的吗？是正确的吗？n再如，在一般的工程计算中，使用牛顿力学运动定律，足以满足一般精再如，在一般的工程计算中，使用牛顿力学运动定律，足以满足一般精度要求而且很方便；但在接近光速的运行检测或进行核加速器中的粒子度要求而且很方便；但在接近光速的运行检测或进行核加速器中的粒子计算时，就必
6、须以量子力学和相对论为依据来考察了。计算时，就必须以量子力学和相对论为依据来考察了。2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋11 n 2. 2. 知识的确定与不确定特征：如前所述，知识由若干信息关联的结知识的确定与不确定特征：如前所述，知识由若干信息关联的结构组成。但是，其中有的信息是精确的，有的信息却是不精确的。这样，构组成。但是，其中有的信息是精确的，有的信息却是不精确的。这样，则由该信息结构形成的知识也有了确定或不确定的特征。则由该信息结构形成的知识也有了确定或不确定的特征。n例如，在我国中南地区，根据天上出现彩虹的方向及其位置，可以预示例如，在我国中南地区，根据天上出现彩虹的方向
7、及其位置，可以预示天气的变化。有谚语曰：天气的变化。有谚语曰：“东边日东边日( (晴天晴天) )，西边雨。，西边雨。”但是，这只是一但是，这只是一种常识性的经验，并不能完全肯定或否定。种常识性的经验，并不能完全肯定或否定。n再如：甲有一头秀发，乙是两鬓如霜。您认为甲一定是青年人，乙就是再如：甲有一头秀发，乙是两鬓如霜。您认为甲一定是青年人，乙就是老年人吗？不能完全肯定，因为相反的事例是很多的。比如，当年的白老年人吗？不能完全肯定，因为相反的事例是很多的。比如，当年的白毛女并不是老人，而现在六十多岁的演员有一头黑发并不足奇。毛女并不是老人，而现在六十多岁的演员有一头黑发并不足奇。2022-5-2
8、1第3章知识与知识表示 赵东晋12 n造成知识具有不确定性的因素是多方面的。诸如：造成知识具有不确定性的因素是多方面的。诸如：证据证据不足、地域时区不同、各种变化因素及现实世界的复杂性，不足、地域时区不同、各种变化因素及现实世界的复杂性，造成客观后果及其知识的不确定性；造成客观后果及其知识的不确定性； 生活中，模糊性概生活中，模糊性概念及模糊关系比比皆是，形成了知识的不确定性；念及模糊关系比比皆是，形成了知识的不确定性；概率概率事件发生常常不可避免，一般都具有随机不确定性的规律；事件发生常常不可避免，一般都具有随机不确定性的规律；经验性及各种不完备的积累过程，导致相关知识的不确经验性及各种不完
9、备的积累过程，导致相关知识的不确定性等。定性等。n尽管不确定性知识给人们带来了一些迷惑，但它反映了客尽管不确定性知识给人们带来了一些迷惑，但它反映了客观世界的多样性、丰富性和复杂性。观世界的多样性、丰富性和复杂性。2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋13n n为了使知识便于传播、学习，使有用的知识得以延续、继承与发展，人为了使知识便于传播、学习，使有用的知识得以延续、继承与发展，人们不断地创造了各种生动活泼的形式来记录、描述、表示和利用知识。们不断地创造了各种生动活泼的形式来记录、描述、表示和利用知识。诸如采用语言、文字，使用书籍，结合文学、戏剧、绘画、摄影等艺术诸如采用语言、文字，
10、使用书籍，结合文学、戏剧、绘画、摄影等艺术以及电影、电视、多媒体等手段，进行知识的演播、学习与欣赏等。事以及电影、电视、多媒体等手段，进行知识的演播、学习与欣赏等。事实上，人类的历史，就是不断地积累知识和利用知识创造文明的历史。实上，人类的历史，就是不断地积累知识和利用知识创造文明的历史。在人类的发展史中，知识的可利用性与可发展性是不言而喻的。知识的在人类的发展史中，知识的可利用性与可发展性是不言而喻的。知识的可利用性使得计算机或智能机器能利用知识成为现实；而知识的机器可可利用性使得计算机或智能机器能利用知识成为现实；而知识的机器可学习、可表示性使得人工智能不断得以进步与发展成为必然。学习、可
11、表示性使得人工智能不断得以进步与发展成为必然。n伴随着人类社会迈入信息时代，人类知识也进入了大发展时期。一方面伴随着人类社会迈入信息时代，人类知识也进入了大发展时期。一方面在淘汰旧的、老的、无用的知识，另一方面新观念、新思想、新知识不在淘汰旧的、老的、无用的知识，另一方面新观念、新思想、新知识不断地被大量地挖掘涌现出来。目前，知识的更新和知识的总量，正以前断地被大量地挖掘涌现出来。目前，知识的更新和知识的总量，正以前所未有的速率迅速地增长。大力发展智能科学技术，努力开发人类知识所未有的速率迅速地增长。大力发展智能科学技术，努力开发人类知识宝库，发展新一代智力工具，这正是作为新时代智能科学工作者
12、的光荣宝库，发展新一代智力工具，这正是作为新时代智能科学工作者的光荣历史使命。历史使命。2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋14n 按照机器定理证明过程，可把先后要使用到的知识划分按照机器定理证明过程，可把先后要使用到的知识划分为三类。即为三类。即关于问题领域的性质及求解目标、求解环关于问题领域的性质及求解目标、求解环境及其已知条件、相关特性等方面的静态知识。事实性知识境及其已知条件、相关特性等方面的静态知识。事实性知识一般采用直接表示形式，用以记叙及描述有关的概念、事实、一般采用直接表示形式，用以记叙及描述有关的概念、事实、事物的状态及属性等。事物的状态及属性等。2022-5-21
13、第3章知识与知识表示 赵东晋15n 指那些能依据一定的规则，推导出相关的指那些能依据一定的规则，推导出相关的结论与目标的规律性知识和能够实施匹配的序列操作性知识。结论与目标的规律性知识和能够实施匹配的序列操作性知识。n一般来说，过程性知识用以描述做某事的过程，是由问题领一般来说，过程性知识用以描述做某事的过程，是由问题领域内的相关规则、定律、定理及经验等要素构成的知识。例域内的相关规则、定律、定理及经验等要素构成的知识。例如，如，若信道畅通，请发绿色信号；如果异常时，请按红色若信道畅通，请发绿色信号；如果异常时，请按红色信号开关。信号开关。“松花蛋制作法松花蛋制作法”。一种用于取舍问题的求解策
14、略，控制信息一种用于取舍问题的求解策略，控制信息实施方法，决定推理路线的选取原则等方面知识。实施方法，决定推理路线的选取原则等方面知识。n一般来说，控制性知识是关于如何运用相关知识的知识，又一般来说，控制性知识是关于如何运用相关知识的知识，又称为元知识。例如，为了使一组机器人能协同完成某项任务，称为元知识。例如，为了使一组机器人能协同完成某项任务，既要有监控他们相互配合情况的有关知识，还要有协调他们既要有监控他们相互配合情况的有关知识，还要有协调他们分工合作的决策性知识等。分工合作的决策性知识等。2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋16 知识还有其它的分类方法：知识还有其它的分类方法
15、： 按照知识结构和表现特点来划分，可分为按照知识结构和表现特点来划分，可分为，和和； 根据知识的确定性与不确定性来分，知识可分为根据知识的确定性与不确定性来分，知识可分为和和； 依据知识的作用范围划分，知识可分为依据知识的作用范围划分，知识可分为，或或等。等。2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋17 n一个智能机器系统如同智能生物一样，在运用知识进行信息交一个智能机器系统如同智能生物一样，在运用知识进行信息交流或智能问题求解时，都需要预先进行知识表示。进而实现知流或智能问题求解时，都需要预先进行知识表示。进而实现知识调用，达到利用知识求解问题目的。因而知识表示是知识信识调用，达到利用
16、知识求解问题目的。因而知识表示是知识信息处理系统中必不可少的关键环节。息处理系统中必不可少的关键环节。n对智能机器系统而言，对智能机器系统而言，实际上就是对知识的一种描，实际上就是对知识的一种描述或约定。述或约定。 (或或称为变换：称为变换：Transformation；或称为映像：；或称为映像：Mapping；或称为；或称为编码：编码：Coded.)2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋18 知识表示及其知识表示及其映射映射原理，如图原理，如图3-1加以示意说明。加以示意说明。原始解答原始解答原始问题原始问题同态问题同态问题同态解答同态解答TT-1困难困难容易容易同构问题同构问题同构
17、映射如图：其目标是要对复杂的智能型问题实现机器求解。但机器直接对原始问题求解，难度很大；可采用知识表示的映射原理，把原始问题映射为它的一种同构或同态问题，然后再对同构或同态问题求出它的解答，则相对容易而方便。顺便指出：同构解答与原始问题有相同的形式解；而对于同态问题，如要得到原始解，同构解答与原始问题有相同的形式解；而对于同态问题，如要得到原始解，只需对同态解答再施行反运算只需对同态解答再施行反运算(T-1)即可。即可。在自然科学实际应用研究中，利用利用映射映射（称（称为变换）原理迂回求解的思想，是一种非常有效而广为使用的重要手段。为变换）原理迂回求解的思想，是一种非常有效而广为使用的重要手段
18、。 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋193.2 3.2 谓词逻辑的知识表示谓词逻辑的知识表示 知识的谓词逻辑表示符合人的思维习惯，可读性好，逻辑关系表达简知识的谓词逻辑表示符合人的思维习惯，可读性好，逻辑关系表达简便。使用谓词逻辑既便于表达概念、状态、属性等事实性知识，又能方便便。使用谓词逻辑既便于表达概念、状态、属性等事实性知识，又能方便地采用谓词公式的表达形式，进行各种智能行为的过程性描述与演绎推理。地采用谓词公式的表达形式，进行各种智能行为的过程性描述与演绎推理。下面我们结合实例的描述，以便逐渐掌握谓词逻辑的知识表示技术。下面我们结合实例的描述，以便逐渐掌握谓词逻辑的知识表
19、示技术。 3.2.1 3.2.1 用谓词逻辑和公式表达各种意境用谓词逻辑和公式表达各种意境 使用谓词逻辑和公式表达各种意境，首先应抓住一般自然语言主语、使用谓词逻辑和公式表达各种意境，首先应抓住一般自然语言主语、谓语结构特点，再依据谓词逻辑公式关于意境描述及连接词、量词这些谓语结构特点，再依据谓词逻辑公式关于意境描述及连接词、量词这些关联信息进行综合分析，逐步形成关于意境描述的真实生动完整表达。关联信息进行综合分析，逐步形成关于意境描述的真实生动完整表达。 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋20 3.2.1 3.2.1 用谓词逻辑和公式表达各种意境用谓词逻辑和公式表达各种意境例例3
20、-1 请分析下面的命题和谓词逻辑，并尽可能正确地表述它的含义： 在草原上歌唱在草原上歌唱( (美貌姑娘美貌姑娘)蓝的蓝的( (天天)飘飘( (白白云云)吃草吃草( (牛羊牛羊)飞翔飞翔( (百鸟百鸟) )； ( (彐彐x)x)好姑娘好姑娘(x) (x) 居住的地方居住的地方(z(z，x) x) 遥远的遥远的(z)(z)( ( y)y) 人人(y)(y)行走经过行走经过(y, z)(y, z)回头留恋地张望回头留恋地张望(y). (y). 3.2 3.2 谓词逻辑的知识表示谓词逻辑的知识表示 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋21 3.2.1 3.2.1 用谓词逻辑和公式表达各种意境
21、用谓词逻辑和公式表达各种意境例例3-1 请分析下面的命题和谓词逻辑，并尽可能正确地表述它的含义：在草原上歌唱在草原上歌唱( (美貌姑娘美貌姑娘)蓝的蓝的( (天天)飘飘( (白云白云)吃草吃草( (牛牛羊羊)飞翔飞翔( (百鸟百鸟) )； ：3.2 3.2 谓词逻辑的知识表示谓词逻辑的知识表示 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋22 3.2.1 3.2.1 用谓词逻辑和公式表达各种意境用谓词逻辑和公式表达各种意境例例3-1 请分析下面的命题和谓词逻辑，并尽可能正确地表述它的含义： ( ( 彐彐 x ) x ) 好 姑 娘好 姑 娘 ( x ) ( x ) 居 住 的 地 方居 住
22、的 地 方 ( z( z ， x ) x ) 遥 远 的遥 远 的(z)(z)( ( y)y) 人人(y)(y)行走经过行走经过(y, z)(y, z)回头留恋地张望回头留恋地张望(y).(y).：这是一个既有谓词表示，又有命题逻辑表达；既有连接这是一个既有谓词表示，又有命题逻辑表达；既有连接词，又有全称量词和存在量词的较复杂的谓词公式。字面上看，词，又有全称量词和存在量词的较复杂的谓词公式。字面上看，使人立刻联想到王洛宾的那首使人立刻联想到王洛宾的那首在那遥远的地方在那遥远的地方的民歌，一的民歌，一种生动的意境描述：在那遥远的地方，有位好种生动的意境描述：在那遥远的地方，有位好姑娘，姑娘，人
23、们走过人们走过她她的身旁，都要的身旁，都要回头留恋地张望。回头留恋地张望。3.2 3.2 谓词逻辑的知识表示谓词逻辑的知识表示 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋23 3.2.2 3.2.2 用谓词逻辑表示知识单元用谓词逻辑表示知识单元 依据事物名称或关键词，可把知识库划分为知识单元结构, 使用谓词逻辑进行知识单元描述表示。 例例3-2 设有若干记录：设有若干记录：请用谓词逻辑请用谓词逻辑(中或英文中或英文)表示上述各条记录，并分成必要的知识单元。表示上述各条记录，并分成必要的知识单元。：首先定义谓词，并注意直接用常量替代谓词变元，使其命题化。首先定义谓词，并注意直接用常量替代谓词
24、变元，使其命题化。3.2 3.2 谓词逻辑的知识表示谓词逻辑的知识表示 3.2.2 3.2.2 用谓词逻辑表示知识单元用谓词逻辑表示知识单元 ：则得则得： OCCUPATION(aliang，staffer)； GIVE(aliang，aling，rose)； OCCUPATION(aling，nurse)；ADDRESS(aliang, 1151-changjiang-st)； ADDRESS(aling, 947-huaihai-rd). 可以把主要的个体常量作为关键词来划分知识单元。例如可以把主要的个体常量作为关键词来划分知识单元。例如aliang，aling， rose等。等。 OCC
25、UPATION(aliang，staffer)； GIVE(aliang，aling，rose)； ADDRESS(aliang, 1151-changjiang-st)； GIVE(aliang，aling，rose)； OCCUPATION(aling，nurse)； ADDRESS(aling, 947- huaihai -rd)；rose： GIVE(aliang，aling，rose)。 关键词关键词aliang集中表示了关于阿亮的具体情况，尤其阿亮具有的性格特集中表示了关于阿亮的具体情况，尤其阿亮具有的性格特点点喜欢给女孩子献殷勤，送花买礼物等；喜欢给女孩子献殷勤，送花买礼物等；而
26、关键词而关键词rose表现了玫瑰花被传递的情况。表现了玫瑰花被传递的情况。 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋25 3.2.3 3.2.3 用谓词逻辑描述智能行为过程的求解用谓词逻辑描述智能行为过程的求解 用谓词逻辑描述智能行为过程，关键在于恰当定义谓词及用谓词逻辑描述智能行为过程，关键在于恰当定义谓词及连接，首先定义谓词并给出每个谓词的确切含义；其次，注意连接，首先定义谓词并给出每个谓词的确切含义；其次，注意个体域和量词辖域的约束与划定；然后，根据意境逻辑，利用个体域和量词辖域的约束与划定；然后，根据意境逻辑，利用连接词、量词把这些谓词关联起来。形成谓词逻辑描述。连接词、量词把这
27、些谓词关联起来。形成谓词逻辑描述。 例例2-5 如图示，设在一个含有凹室如图示，设在一个含有凹室(alcove)(alcove)的房间内，有桌子的房间内，有桌子A A和书架和书架B B，一个机器人，一个机器人(robot)(robot)和和 一叠书一叠书(book)(book)。现在要求机器人。现在要求机器人(robot)(robot)从凹室从凹室出发，把桌子出发，把桌子A A上的书搬到上的书搬到B B处书架上，完成任务后回到凹室。请用谓词逻辑处书架上，完成任务后回到凹室。请用谓词逻辑描述机器人完成这一工作的全过程。描述机器人完成这一工作的全过程。 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东
28、晋26 3.2.3 3.2.3 用谓词逻辑描述智能行为过程的求解用谓词逻辑描述智能行为过程的求解 图图2-2 2-2 让机器人完成搬书的任务让机器人完成搬书的任务2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋27 3.2.3 3.2.3 用谓词逻辑描述智能行为过程的求解用谓词逻辑描述智能行为过程的求解 为了能够描述这个机器人世界的有关环境和状态变迁，要求必为了能够描述这个机器人世界的有关环境和状态变迁，要求必须先定义谓词。注意这里需要定义两类谓词：一类用来描述环境状态，须先定义谓词。注意这里需要定义两类谓词：一类用来描述环境状态，另一类谓词用来表示机器人的操作。另一类谓词用来表示机器人的操作。
29、首先定义描述环境状态的谓词。首先定义描述环境状态的谓词。TABLE(x)TABLE(x)： x x是桌子，是桌子， 个体域：个体域：xxa a ；BOOKCASE(z)BOOKCASE(z)： z z是书架，个体域：是书架，个体域：zzb b ；EMPTY(y)EMPTY(y)： y y手中是空的，个体域：手中是空的，个体域：yrobotyrobot；HOLDS(yHOLDS(y，u)u)：y y手中拿着手中拿着u u，个体域：，个体域：ubooksubooks；AT(yAT(y，w)w)： y y在在w w处，个体域：处，个体域：wawa，b b，alcove alcove ；ON(uON(
30、u，x)x)： u u被放在被放在x x之上；之上；CLEAR(v)CLEAR(v)： v v上上( (中中) )是空的，是空的，vava，b b . .2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋28 3.2.3 3.2.3 用谓词逻辑描述智能行为过程的求解用谓词逻辑描述智能行为过程的求解 使用谓词以及连接词、量词等来表示环境状态。使用谓词以及连接词、量词等来表示环境状态。这样，问题的初始状态可表示为：这样，问题的初始状态可表示为：S S0 0：AT(robot, alcove)EMPTY(robot)AT(robot, alcove)EMPTY(robot)ON(books, a)CLE
31、AR(b)ON(books, a)CLEAR(b)TABLE(a)BOOKCASE (b)TABLE(a)BOOKCASE (b)要求达到的目标状态为：要求达到的目标状态为：S Sg g：AT(robot, alcove)EMPTY(robot)AT(robot, alcove)EMPTY(robot)ON(books, b)CLEAR(a)ON(books, b)CLEAR(a)TABLE(a)BOOKCASE (b) TABLE(a)BOOKCASE (b) 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋29 3.2.3 3.2.3 用谓词逻辑描述智能行为过程的求解用谓词逻辑描述智能行为过
32、程的求解 从初始状态到达目标状态的变迁，必须由机器人从初始状态到达目标状态的变迁，必须由机器人一步一步地执行相应的操作序列，得以逐步实现。因此，一步一步地执行相应的操作序列，得以逐步实现。因此，必须要定义操作类谓词。仔细加以分析，必要的操作谓词必须要定义操作类谓词。仔细加以分析，必要的操作谓词共有三类。共有三类。GOTO(x, w)GOTO(x, w)：机器人从：机器人从x x走到走到w w处；处；PICK-UP(x) PICK-UP(x) ：机器人在：机器人在x x处拿起书；处拿起书；SET-DOWN(w) SET-DOWN(w) ：机器人在：机器人在w w处放下书。处放下书。 一般说来，如
33、果定义谓词太多，将造成信息冗余，一般说来，如果定义谓词太多，将造成信息冗余，增加了问题的复杂度；如果定义谓词太少，就不够用。因增加了问题的复杂度；如果定义谓词太少，就不够用。因此，定义的谓词性质与数量要合适。此，定义的谓词性质与数量要合适。 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋30 3.2.3 3.2.3 用谓词逻辑描述智能行为过程的求解用谓词逻辑描述智能行为过程的求解 按照行动规划，仔细选择操作，一步步进行状态替换，直到达到目标状态。即要求把状态变迁过程和操作序列记录下来，来描述问题解。下面写出该过程的最优路径： AT(robot, alcove)EMPTY(robot)ON(bo
34、oks, a)CLEAR(b)TABLE(a)BOOKCASE(b)AT(robot, a)EMPTY(robot)ON(books, a)CLEAR(b)TABLE(a)BOOKCASE (b)AT(robot, a)HOLDS(robot，books)CLEAR(a)CLEAR(b)TABLE(a)BOOKCASE (b)2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋31 3.2.3 3.2.3 用谓词逻辑描述智能行为过程的求解用谓词逻辑描述智能行为过程的求解 AT(robot, a)HOLDS(robot，books)CLEAR(a)CLEAR(b)TABLE(a)BOOKCASE (b
35、) AT(robot, b)HOLDS(robot，books)CLEAR(a)CLEAR(b)TABLE(a)BOOKCASE (b)AT(robot, b)EMPTY(robot)ON(books, b)CLEAR(a)TABLE(a)BOOKCASE (b)AT(robot, alcove)EMPTY(robot)ON(books, b)CLEAR(a)TABLE(a)BOOKCASE (b) （解毕） 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋32 3.2.3 3.2.3 用谓词逻辑描述智能行为过程的求解用谓词逻辑描述智能行为过程的求解 AT(robot, alcove)EMPTY
36、(robot)ON(books, b)CLEAR(a)TABLE(a)BOOKCASE (b) 这里顺便指出，若机器人智商不高，这个任务过程会这里顺便指出，若机器人智商不高，这个任务过程会产生许多冗余。比如，机器人拿着书，找不到产生许多冗余。比如，机器人拿着书，找不到b b处，无所处，无所适从而又扛回来了；或者适从而又扛回来了；或者等。可见，实际的机器人智等。可见，实际的机器人智能控制要更加复杂得多，虽然有时也很有趣。能控制要更加复杂得多，虽然有时也很有趣。 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋33 3.2.4 3.2.4 谓词逻辑知识表示特性谓词逻辑知识表示特性 2022-5-21
37、第3章知识与知识表示 赵东晋34 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋35 (Pointer)： 可见，语义网络是一种使用概念及其语义关系来表达知识的有向图。 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋36 例如，企鹅是一种有翅膀、会游泳的鸟。 其中，“有翅膀”、“会游泳”就分别表示了企鹅所具有及所能够进行的属性关系。2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋37 例如，例如，“学生、教师、课程都是教学活动的要素学生、教师、课程都是教学活动的要素”；再；再如，如，“门、窗户是房子结构的一部分门、窗户是房子结构的一部分”分别可用图分别可用图2-52-5和图和图2-62-6所示的
38、语义网络来表示。所示的语义网络来表示。 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋38 教学 学生 教师 课程APOAPOAPO 房 子 门窗户COCO2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋39 海棠花植物AKO钟明研究生AMO西安 著名古都ISA2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋40 （1）: :时空复合关系表示了事物或事件发生时空复合关系表示了事物或事件发生的时间和位置地点。的时间和位置地点。常用这类关系有：含义为“在之后”，表示上层结点事实发生在下层结点所描述的事件之后；或者表示下层结点对象在上层结点对象的位置之后。：含义为含义为“在在之前之前”，表示上层结点事实
39、发生在，表示上层结点事实发生在下层结点所描述的事件之前；或者表示下层结点对象在上层下层结点所描述的事件之前；或者表示下层结点对象在上层结点对象的位置之前。结点对象的位置之前。：含义为含义为“在在之上之上”，表示下层结点所描述的事物对，表示下层结点所描述的事物对象位于上层结点的事物之下。象位于上层结点的事物之下。：含义为含义为“在在时刻时刻”或或“在在地点地点”，如图，如图2-10所示所示。 此外，相应于多个对象，还可以有比较、相互接近等关系此外，相应于多个对象，还可以有比较、相互接近等关系的组合。的组合。 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋413.4.1.3 复合语义关系复合语义关
40、系 （1）: :： （2）(Because-Of AT 钟楼西安城中心GET人民安康国家昌盛2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋423.4.1.3 复合语义关系复合语义关系 时间环境地点ISISISIS动作与（3）: :;等等2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋433.4.1.3 复合语义关系复合语义关系 IS某军港军港之夜静悄悄，海风轻轻吹有彐轻轻地 舰船海浪方式对象主体时间某天夜晚环境地点ISISIS动作摇动与（3）: :;等等2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋443.4.1.3 复合语义关系复合语义关系 （3）: :;等等时间某天夜晚环境地点ISISISI
41、S某军港动作摇动轻轻地 舰船海浪军港之夜静悄悄，海风轻轻吹有彐方式对象主体与 ABABBAHouseABISAISBHouseABISAISBAISBBHouseABISAISBAISBBWedgeBrick2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋46 语 义语 义网 络网 络推 理推 理机机语 义语 义网 络网 络知 识知 识库库 继承继承 作用作用2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋47 语 义语 义网 络网 络推 理推 理机机语 义语 义网 络网 络知 识知 识库库 继承继承 作用作用3.4.3.1 （Matching） 例例2-7 哨兵发现在起风的夜晚有一些响动，针对要
42、求解的问哨兵发现在起风的夜晚有一些响动，针对要求解的问题构造了目标语义网络模式如图题构造了目标语义网络模式如图(2-14)(2-14)所示，问题是想要知所示，问题是想要知道在起风的夜晚，军港中海浪到底摇动了什么呢？道在起风的夜晚，军港中海浪到底摇动了什么呢？ 根据目标语义网络模式与给定的事实，可在图根据目标语义网络模式与给定的事实，可在图2-11 2-11 语义语义网络知识求解系统提供的知识库中，寻找对应的模块结构进网络知识求解系统提供的知识库中，寻找对应的模块结构进行匹配。于是就可立即发现：提问结点中所设定的行匹配。于是就可立即发现：提问结点中所设定的“x”x”就就是被海浪发出的是被海浪发出
43、的动作动作“”的对象的对象到底是战舰、战船、到底是战舰、战船、浮标浮标还是别的什么呢？还是别的什么呢？ 轻轻地轻轻地 海浪海浪 方式方式对象对象主体主体 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋493.4.3.2 是指系统具有这样一种特性：是指系统具有这样一种特性：能把事物属性从上层对象能把事物属性从上层对象结点，传递到下层的具体实例结点上的作用结点，传递到下层的具体实例结点上的作用。简言之，。简言之，。n见教材中如图见教材中如图2-152-15所示所示: :(1)(1)所有动物都具有喜吃食、能运动的属性；所有动物都具有喜吃食、能运动的属性； (2)(2)鸟鸟(bird)(bird)、鱼
44、、鱼(fish)(fish)分别都是动物的一种，因此，它们也分别都是动物的一种，因此，它们也各自继承了动物的这些属性。各自继承了动物的这些属性。 (3)(3)此外，金鱼是鱼的一种，故金鱼就又继承了此外，金鱼是鱼的一种，故金鱼就又继承了fishfish类动物所类动物所具有的会游泳、繁殖、可喂养等属性，并又有可观赏等特点；具有的会游泳、繁殖、可喂养等属性，并又有可观赏等特点；同理，孔雀继承了鸟的属性，还具有展翼喜欢表现的习性等。同理，孔雀继承了鸟的属性，还具有展翼喜欢表现的习性等。 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋503.4.3.2 运动 吃 CAN MAY 下蛋 翅膀 游泳 喂养
45、繁殖 CAN HAVE ISA CAN MAY ISA ISA 展翼 鸟 鱼 观赏 CAN ISA ISA CAN 孔雀孔雀 金鱼金鱼 图2-15 语义网络的继承推理 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋513.4.3.3 语义网络是一种结构化知识表示方法，具有语义网络是一种结构化知识表示方法，具有表表达直观，方法达直观，方法灵活，容易掌握和理解的特点灵活，容易掌握和理解的特点。概括起来，主要优点有：。概括起来，主要优点有：n（1 1）采用语义关系的有向图来连接，语义、语法、词语应用兼顾，具采用语义关系的有向图来连接，语义、语法、词语应用兼顾，具有描述生动，表达自然，易于理解等优点。
46、有描述生动，表达自然，易于理解等优点。n（2 2）语义网络是一种结构化知识表示方法，易于进行系统模块功能组语义网络是一种结构化知识表示方法，易于进行系统模块功能组织与集成，模块功能调用灵活，便于扩充，也易于系统维护中进行功能织与集成，模块功能调用灵活，便于扩充，也易于系统维护中进行功能更新与修改。更新与修改。n（3 3）具有匹配推理和属性继承特性，便于实现机器学习与联想。具有匹配推理和属性继承特性，便于实现机器学习与联想。n虽然语义网络知识表示和推理具有较大的灵活性和多样性，但是没有公虽然语义网络知识表示和推理具有较大的灵活性和多样性，但是没有公认严密的形式表达体系，却不可避免地带来了非一致性
47、和程序设计与处认严密的形式表达体系，却不可避免地带来了非一致性和程序设计与处理上的复杂性，这也是语义网络知识表示尚待深入研究解决的一个课题。理上的复杂性，这也是语义网络知识表示尚待深入研究解决的一个课题。2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋523.5 诞生于诞生于1975年，这也是年，这也是一种结构化的知识表示一种结构化的知识表示方法方法，并已在多种系统中得到成功的应用。框架理论是由人工，并已在多种系统中得到成功的应用。框架理论是由人工智 能 科 学 创 始 人 之 一 ， 美 国 著 名 的 人 工 智 能 学 者智 能 科 学 创 始 人 之 一 ， 美 国 著 名 的 人 工
48、智 能 学 者M.L.Minsky(明斯基明斯基)提出来的。提出来的。Minsky在其论文在其论文A framework for representing knowledge中认为，框架理论可中认为，框架理论可作为人类理解视觉、自然语言及其它复杂行为的基础。作为人类理解视觉、自然语言及其它复杂行为的基础。 2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋533.5 按照按照MinskyMinsky提出的框架理论，自然界各种事物都可用框提出的框架理论，自然界各种事物都可用框架架(Frame)(Frame)组织构成。每个被定义的框架对象分别代表着不同组织构成。每个被定义的框架对象分别代表着不同的特殊
49、知识结构，从而可在大脑或计算机中表示、存储并予以的特殊知识结构，从而可在大脑或计算机中表示、存储并予以认识、理解和处理。认识、理解和处理。 框架是一种被用来描述某个对象（诸如一个事物、一个事框架是一种被用来描述某个对象（诸如一个事物、一个事件或一个概念）属性知识的数据结构。件或一个概念）属性知识的数据结构。2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋543.5 其次其次,Minsky,Minsky等人还针对框架应用提出了一些实用性的问等人还针对框架应用提出了一些实用性的问题题: : 依据给定的条件，如何选择初始框架；依据给定的条件，如何选择初始框架； 为了表现事物关联信息及各部分细节，如何按
50、照框架的数为了表现事物关联信息及各部分细节，如何按照框架的数据项赋值；据项赋值； 当所选用的框架不满足给定的条件时，如何寻找新的框架；当所选用的框架不满足给定的条件时，如何寻找新的框架； 当找不到合适的框架时，是修改旧的框架还是建立一个新当找不到合适的框架时，是修改旧的框架还是建立一个新框架等框架等。2022-5-21第3章知识与知识表示 赵东晋55 1 1 具体框架的设计思路具体框架的设计思路: : 依据要表示的问题定义框架名；依据要表示的问题定义框架名； 为了表现事物关联信息及各部分细节，框架可包含若干子为了表现事物关联信息及各部分细节，框架可包含若干子框架；主框架表示主问题，子框架表示子