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1、第七章第七章知识库与知识库与知识库管理系统知识库管理系统讲授：傅秀芬讲授：傅秀芬知识、知识管理概念n n知知识识:是一种像流体一是一种像流体一样样具有流具有流动动性的物性的物质质，其中混，其中混杂杂了已了已经结经结构化的构化的经验经验、价、价值值和有特定含和有特定含义义的信息及的信息及专专家洞察力。家洞察力。n n知知识识管理管理:是一个是一个过过程，个人通程，个人通过这过这一一过过程学程学习习新知新知识识和和获获得新得新经验经验，并将，并将这这些新些新知知识识和新和新经验经验反映出来，反映出来，进进行共享，以用行共享，以用来促来促进进、增、增强强个人的知个人的知识识和机构和机构组织组织的价的
2、价值值。知识库（KB）n n把把专专家家们们的的知知识识经经验验和和书书本本上上的的知知识识，甚甚至至是是设设想想、推推理理等等进进行行收收集集、整整理理、归归纳纳成成若若干干规规则则，模模拟拟专专家家的的分分析析方方法法，解解决决问问题题的的策策略略，为为用用户户提提供供检检索索和和利利用用知知识识的方法。上述的方法。上述这这些集合与机制称些集合与机制称为为知知识库识库。n nKBKB是知是知识识、经验经验、规则规则、事、事实实的集合。的集合。知识库与数据库n n知识库是储存和管理知识的机构，是数据库理论研究的产物。它与数据库之间有许多相似的地方。n n数据库是将数据从应用程序中分离出来，交
3、给系统程序处理。n n知识库则将知识从应用程序中分离出来，交给知识系统程序处理。知识库与数据库n n两两者者都都研研究究大大容容量量信信息息处处理理的的理理论论和和实实践践，都都有有可可恢恢复复性性、安安全全性性、保保密密性性、一一致致性性等等问问题题，数数据据库库的的大大部部分分管管理理技技术术对对知知识识库同样适用。库同样适用。n n但但两两者者之之间间也也存存在在一一些些明明显显的的区区别别，如如数数据据库库主主要要处处理理数数据据，数数据据的的含含义义是是确确定定的的，知知识识库库主主要要处处理理知知识识，然然而而知知识识中中包包含含大大量含义不明确的概念和不确定的量含义不明确的概念和
4、不确定的 数据库与知识库的比较n nDBDB：指指使使用用DBMSDBMS及及其其类类似似软软件件建建立立起起来来的的，并并能能存存取取和和维维护护的的数数据据及及数数据据间间逻逻辑辑关关系系的集合。的集合。n nKBKB：是是AIAI和和数数据据库库技技术术相相结结合合的的产产物物，它它是是以以一一致致的的形形式式存存贮贮知知识识的的机机构构。（KBKB中中的知的知识识是高度是高度结结构化的符号数据）构化的符号数据）。DB系统与KB系统的比较n nDBDB系系统统/KB/KB系系统统是是指指引引入入整整个个计计算算机机系系统统，其其中中包包括括计计算算机机硬硬件件，软软件件系系统统，数数据据
5、/知知识识和用和用户户，它，它们们的异同点如下：的异同点如下：n n处处理理对对象象：DBDB系系统统主主要要处处理理信信息息，信信息息的的含含义义是是确确定定的的；KBKB系系统统主主要要处处理理知知识识，而而知知识识中包含大量不确定概念和启中包含大量不确定概念和启发发式知式知识识。n n应应用用对对象象：DBDB系系统统应应用用于于信信息息管管理理系系统统；KBSKBS面面向向AIAI的的问问题题求求解解或或智智能能信信息息处处理理系系统统（如（如专专家系家系统统）DB系统与KB系统的比较（续1）n n研研究究目目标标：DBDB研研究究重重点点为为数数据据模模型型，有有利利于于存存取取的的
6、数数据据结结构构和和文文件件结结构构，查查询询的的形形式式描描述述，查查询询优优化化，完完整整约约束束，数数据据一一致致性性，多多用用户户环环境境下下的的保保密密与与安安全全，并并发发控控制制技技术术实实现现技技术术；KBSKBS主主要要研研究究目目标标是是如如何有效何有效实现实现知知识识表示，表示，获获取及推理机制。取及推理机制。n n操操作作内内容容：DBSDBSDBDB查查询询，DBDB更更新新，DBDB维维护护；KBSKBS在在推推理理控控制制策策略略制制约约下下，对对问问题题空空间间进进行行启启发发式式搜搜索索，主主要要是是在在语语义这义这一一层层次上次上进进行行处处理。理。DB系统
7、与KB系统的比较（续2）n n同同外外界界的的联联系系方方式式：DBSDBS与与外外界界的的联联系系依依赖赖于于数数据据通通信信子子系系统统；KBSKBS通通过过智智能能接接口口来来实现实现与外界的通信。与外界的通信。n n从从硬硬件件上上看看：KBSKBS和和DBSDBS皆皆可可在在各各通通用用计计算算机机上上运运行行，为为更更好好运运行行人人工工智智能能程程序序和和大大量知量知识库识库的需要，研制出的需要，研制出专专用机。用机。DB系统与KB系统的比较（续3）n n模模型型及及知知识识表表示示：DBSDBS有有层层次次、网网络络、关关系系三三种种数数据据模模型型；KBSKBS研研究究的的是
8、是知知识识的的表表示和示和组织组织方法。方法。n n组组成成及及工工作作方方式式：KBSKBS和和DBSDBS的的相相似似之之处处：DBSDBS是是把把数数据据从从应应用用程程序序中中分分离离出出来来，交交给给系系统统处处理理；KBSKBS类类似似地地把把KBKB与与推推理理机机相相对对独独立立。（DBS=DBS=事事实实的的直直接接表表示示+查查询询检检索）索）知识库管理系统（KBMS）n n知知识识库库管管理理系系统统是是对对知知识识库库进进行行管管理理、控控制制，完完成成对对知知识识库库的的各各类类操操作作，并并向向用用户户提提供供检检索索、查查询询手手段段的的软软件件系系统统,它它包包
9、括括系系统统的的维维护护与与诊诊断断、日日常常的的系系统统事事务务管管理理、各各种种实实用用程程序序的的管管理理、出出错错处处理理、知知识识库库系统的安全控制和用户的使用权限管理等系统的安全控制和用户的使用权限管理等 n nKBMSKBMS是是对对KBKB的的组组织织、管管理理、维维护护、控控制制，向用向用户户提供提供对对KBKB的使用手段。的使用手段。KB与KBMS的功能n n知知识识表表示示功功能能：应应能能提提供供用用户户一一种种或或多多种种知知识识表表示示方方法法。KBKB系系统统应应提提供供对对数数据据与与知知识识的的有有效效一一致致的的管管理理，系系统统应应具具有有可可维维护护和和
10、可可更更新新能能力力，完完整整性性的的管管理理，灵灵活活的的知知识识表示，有效的推理和表示，有效的推理和查询查询能力。能力。n n对对知知识识有有系系统统化化的的组组织织管管理理机机制制（包包括括事事实实管管理理，规规则则管管理理及及概概念念管管理理，还还有有知知识识字典的管理工作）。字典的管理工作）。KB与KBMS的功能（续）n n知知识识库库的的操操作作:KB:KB的的建建立立、撤撤消消、扦扦入入、删删除、修改、重建等除、修改、重建等n n向向用用户户提提供供对对知知识识项项进进行行查查询询、检检索索的的功功能。（如知能。（如知识查询语识查询语言）言）n n知知识识的的获获取取与与学学习习
11、功功能能，知知识识的的编编辑辑功功能能（对对新旧知新旧知识进识进行一致性行一致性处处理）理）n n知知识识库库与与知知识识管管理理系系统统的的维维护护与与诊诊断断（包包括日常的系括日常的系统统事物管理，出事物管理，出错处错处理等）理等）。n n知知识识库库和和KBMSKBMS的的安安全全控控制制和和用用户户的的使使用用权权限管理限管理 。知识库管理系统的四大模块n n推理机推理机n n知知识获识获取取/学学习习模模块块n n知知识库维护识库维护模模块块n n用用户户（智能）接口（智能）接口 KBMSKBMS是是对对知知识识库库进进行行管管理理控控制制完完成成对对KBKB的的各各类类操操作作，并
12、并对对用用户户提提供供检检索索、查查询询手手段段的的软软件件系系统统。它它包包括括系系统统的的维维护护与与诊诊断断，日日常常的的系系统统事事务务管管理理，各各种种实实用用程程序序的的管管理理功功能能，出出错错处处理理，知知识识库库系系统统的的安全控制和用安全控制和用户户使用使用权权限的管理等。限的管理等。基于ODBC的工艺知识库管理系统体系结构知识库系统 如如果果一一个个系系统统具具有有能能用用计计算算机机所所存存贮贮的的知知识识对对输输入入的的数数据据进进行行解解释释,生生成成作作业业假假说说并并有有对对其其进进行行验验证证的的功功能能,则则该该系系统统称称为为知知识识库库系系统统。按按照照
13、这这个个定定义义,知知识识库库系系统统中中的的知知识识，是是该该系系统统在在自自身身进进行行推推理理过过程程中中所所利利用用的的信信息息，而而不不是是提提供供给给系系统统使使用用者者的的信信息息。因因此此，知知识识库库系系统统与与数数据据库库系系统统不不同同之之处处就就在在于于，它它并并非非向向用用户户提提供供检检索索的的信信息息，而而是是提提供供根根据据输输入入的的数数据信息使用知识进行判断分析的结果。据信息使用知识进行判断分析的结果。知识库系统的核心组成部分知识库系统的核心组成部分是知识库和推理过程。知识库是以一致的形式存贮知识的机构，推理机构则是为了使用知识库藏内的知识执行推理的控制机构
14、。知识库系统实现的关键问题n n知知识识表表示示，知知识识利利用用和和知知识识获获取取是是知知识库系统实现的三个关键技术问题。识库系统实现的三个关键技术问题。n n知知识识采采用用什什么么形形式式表表示示，使使计计算算机机能能对对之之进进行行处处理理，并并以以一一种种人人类类能能理理解解的的方方式式将将处处理理结结果果告告知知人人们们，这这是是知知识识库库系系统统首首先先要要解解决决的的关关键键。知知识识表表示示要要具具有有层层次次化化、模模块块化化、网网络络化化，统称为知识的结构化。统称为知识的结构化。知识利用知识利用是指利用知识库中的知识进行推理，从而得出结论的过程。推理所涉及的问题有:知
15、识库的搜索、目标的控制、模式匹配的方法、推理的策略,以及对不确定性知识的评价等。知识获取 知知识识获获取取是是指指从从知知识识源源获获得得知知识识来来建建造造知知识识库库的的工工作作。知知识识库库中中的的知知识识有有两两个个来来源源:原原始始知知识识，由由外外界界直直接接进进入入知知识识库库；另另一一个个是是中中间间知知识识,是是由由推推理理机机构构生生成成后后追追加加入入知知识识库库。知知识识获获取取是是知知识识库库系系统统实实用用化化中中最最难难解解决决的的一一个个关关键键，成成为为建建立立知知识识库库系系统统的的一一个个瓶瓶颈颈部部分分。目目前前在在研研究究的的解解决决该该难难题题的的各
16、各种种对对策策方方法法中中，利利用用计计算算机机学学习习来来实实行行自自动动或或半半自自动动的的知知识识获获取是最理想的目标。取是最理想的目标。知识库系统组成图 推理机构 利利用用知知识识，解解释释输输入入的的数数据据或或事事实实，推推导导出出用用户户所所需需的的结结论论；并并根根据据要要求求，说说明明得得出出结结论论的的依依据据，用用于于进进行行这这种种推推理控制的模块称为推理机构。理控制的模块称为推理机构。推理机构应具备以下几项功能：推理机构应具备以下几项功能：(1)(1)知识库与待解决问题之间的协调功能。知识库与待解决问题之间的协调功能。(2)(2)知识库中信息交换及知识扩充功能。知识库
17、中信息交换及知识扩充功能。(3)(3)知识库中新知识的获取能力。知识库中新知识的获取能力。(4)(4)推理机构与知识库相互独立功能。推理机构与知识库相互独立功能。推理过程图 知识库系统建模 n n知知识识库库系系统统建建模模框框架架是是信信息息一一体体化化服服务务的的基基础础，旨旨在在从从建建模模的的角角度度出出发发研研究究知知识识库库系系统统开发方法。开发方法。n n早早期期对对知知识识库库系系统统的的研研究究侧侧重重于于知知识识的的表表示示及及推推理理机机制制，与与之之对对应应的的开开发发技技术术能能够够用用于于实实现现一一些些规规模模较较小小的的系系统统,无无法法适适用用于于大大型型商业
18、软件的开发与维护。商业软件的开发与维护。n n因因此此，解解决决知知识识库库系系统统开开发发中中所所面面临临的的问问题题同同样样需需要要方方法法学学的的变变革革。知知识识库库系系统统建建模模框框架就是这种变革的产物架就是这种变革的产物 知识库系统建模框架n n知识库系统建模框架中比较有代表性的 有：KADSCommonKADS、MIKE、PROTEGE、VITAL、Commet等。n n其中，KADS和CommonKADS提出了“知识模型”的结构,在研究中占有十分重要的地位。各种建模框架的基本思想是类似的，但具体实现的途径、细节和侧重点不同。下面主要结合KADS简述当前知识库建模框架的基本结构
19、。知识库的层次组织 KADSKADS描描述述了了一一组组相相关关模模型型的的建建立立，其其中中每每一一个个均均与与知知识识库库系系统统的的开开发发及及其其所所处处环环境境中中的的特特定定方方面面有有关关，包包括括组组织织、任任务务、主主体体、通通信信、知知识识及及设设计计等等模模型型。KADSKADS方方法法的的主主要要贡贡献献及及其其精精髓髓在在于于“知知识识模模型型”该该模模型型将将用用于于求求解解特特定定任任务务的的知知识识划划分分为为三三个个不不同同的的层层次次：领领域域层层、推推理理层层和和任任务务层层，分分别别对对应应着着知知识识库库系系统统的的静静态态视视图图、功能视图和动态视图
20、。功能视图和动态视图。知识库的层次组织（续）其其中中领领域域层层（Domain Domain LayerLayer）包包含含了了求求解解问问题题所所需需的的特特定定领领域域内内的的知知识识及及对对该该领领域域概概念念的的描描述述。构构建建领领域域层层的的一一个个重重要要目目标标就就是是使使其其尽尽可可能能多多地地被被重重用用于于求求解解各各种种不不同同的的问问题题。推推理理层层指指明明了了求求解解问问题题采采用用的的方方法法，包包含含推推理理步步骤骤和和领领域域知知识识在在其其中中所所起起的的作作用用。任任务务层层则则将将所所需需求求解解的的问问题题分分解解成成子子任任务务，并并为为每每一一个
21、个子子任任务务确确定目标，同时明确了对子任务的控制。定目标，同时明确了对子任务的控制。层次间的契合n n对对知知识识库库结结构构层层次次的的划划分分使使知知识识库库的的可可维维护护性性大大大大提提高高，并并使使知知识识的的重重用用成成为为可可能能。但但仅仅仅仅将将不不同同层层次次的的知知识识区区分分开开还还是是不不够够的的。要要实实现现系系统统的的重重用用，还还需需要要一一种种有有效效的的机机制制来来实实现现各各层层次次间间的的灵灵活活配配置置，将将相相互互独独立立的的层层次次紧紧密密地地联联系系在在一一起起，共共同同组组成成一一个个完完整整的系的系统统。本体就是。本体就是这这一机制的核心。一
22、机制的核心。n n“本本体体”是是对对共共享享概概念念的的正正规规、明明确确的的表表述述。本本体体使使人人或或机机器器间间的的交交流流建建立立在在对对所所交交流流领领域域共共识识的的基基础础上上。本本体体在在知知识识库库系系统统开开发发中中较较多多应应用用于于开开发发领领域域模模型型，它它提提供供了了建建模模所所需的基本需的基本词汇词汇并并说说明了它明了它们们之之间间的关系。的关系。本体的四种类型n n领领域域本本体体（Domain Domain OntologyOntology）：包包含含着着特特定类型领域的相关知识定类型领域的相关知识n n通通用用本本体体（Generic Generic
23、OntologyOntology）：覆覆盖盖了了若若干个领域，通常也被称为核心本体干个领域，通常也被称为核心本体n n应应用用本本体体（Application Application OntologyOntology）：包包含含特定领域建模的全部所需知识特定领域建模的全部所需知识n n表表示示本本体体（Representational Representational OntologyOntology）：不不局局限限于于某某个个特特定定的的领领域域，它它提提供供了了用用于于描描述述事事物物的的实实体体。如如“框框架架本本体体”，其其中中定定义义了框架、槽的概念。了框架、槽的概念。本体的四种类型
24、（续）以以上上定定义义的的本本体体包包含含了了与与问问题题求求解解方方法法无无关关的的静静态态知知识识，是是构构成成领领域域层层的的一一部部分分。为为实实现现系系统统各各层层次次的的灵灵活活配配置置，目目前前已已提提出出了了任任务务本本体体和和方方法法本本体体的的概概念念。它它们们分分别别描描述述了了特特定定的的任任务务和和问问题题的的求求解解方方法法。任任务务本本体体和和方方法法本本体体实实质质上上是是从从推推理理和和问问题题求求解解角角度度刻刻画画领领域域知知识识的的视视图图，它它们们有有助助于于解解决决所所谓谓的的“交交互互问问题题”，即即领领域域知知识识不不能能以以与与其其使使用用方方
25、式式无无关关的的形形式式表表示示。任任务务本本体体和和方方法法本本体体解解决决了了知知识识库库系系统统的的重重用用与与组组件件化化开开发发中的关键问题。中的关键问题。建模工具与相关标准 n n建建模模工工具具与与相相关关标标准准的的开开发发思思想想与与方方法法必必将将导导致致新新的的开开发发工工具具的的产产生生。在在知知识识库库建建模模过过程程中中，比比较较重重要要的的工工具具是是本本体体设设计计工工具具和和知知识获识获取工具。取工具。n n可可重重用用本本体体对对于于建建造造大大型型知知识识库库系系统统是是必必需需的的，但但却却是是十十分分困困难难和和耗耗时时的的。OntolinguaOnt
26、olingua ServerServer是是一一个个比比较较有有代代表表性性的的协协作作式式的的本本体体建建造造工工具具。分分散散的的团团体体可可通通过过WebWeb来来发发表表、浏浏览览、创创立立和和编编辑辑存存储储在在OntolinguaOntolingua ServeServe上的本体，从而上的本体，从而辅辅助了本体助了本体协协作式的开作式的开发发。建模工具与相关标准（续1）n nEXPECTEXPECT能能利利用用本本体体来来辅辅助助知知识识的的获获取取。通通过过使使用用本本体体，系系统统能能判判别别出出知知识识之之间间的的关关联联，从从而而自自动动引引导导使使用用者者输输入入所所需需
27、的的知知识识，并并能能对对整个整个过过程程给给出适当的解出适当的解释释。n n为为增增强强知知识识库库中中知知识识的的共共享享与与交交换换，降降低低通通用用工工具具的的开开发发难难度度，各各种种知知识识表表示示标标准准和和交交换换协协议议被被先先后后提提出出。KIFKIF是是一一种种用用于于在在不不同同计计算算机机系系统统之之间间交交换换知知识识的的面面向向计计算算机机的的一一阶阶语语言言。KIFKIF并并没没有有包包含含知知识识库库存存取取和和操操作作的命令。的命令。建模工具与相关标准（续2）n nOKBCOKBC（Open Open Knowledge Knowledge Base Bas
28、e ConnectivityConnectivity）是是为为存存取取知知识识库库而而设设计计的的协协议议，它它为为知知识识库库的的操操作作提提供供了了通通用用接接口口。这这是是通通过过定定义义一一套套“知知识识模模型型”（OKBC OKBC Knowledge Knowledge ModelModel）作作为为知知识识表表示示的的中中间间语语言言（interlinguainterlingua）及及其其存存取取操操作作而而实实现现的的。OKBCOKBC是是对对KIFKIF的的补补充充，它它侧侧重重于于能能被被大大多多数数知知识识库库支支持持并并具具有有普普遍遍性性的的操操作作，如如对对框架、槽
29、的操作等。框架、槽的操作等。应用与发展前景 以知识库系统建模框架为基础，美国和以知识库系统建模框架为基础，美国和欧洲已在大型知识库系统的开发上投入了巨欧洲已在大型知识库系统的开发上投入了巨额的人力和财力，目标是建立大型、易维护额的人力和财力，目标是建立大型、易维护和可重用的知识库系统。影响较大的有美国和可重用的知识库系统。影响较大的有美国军方军方DARPADARPA投资的投资的HPKBHPKB及欧洲数国联合开发及欧洲数国联合开发的的IBROWIBROW。实际研究表明：尽管完全达到预实际研究表明：尽管完全达到预定目标还有很多问题需要解决，但这些目标定目标还有很多问题需要解决，但这些目标正在通过知
30、识的分层、方法库的引入、本体正在通过知识的分层、方法库的引入、本体的建立、建模工具的开发以及知识交换标准的建立、建模工具的开发以及知识交换标准的完善而逐步得到实现。的完善而逐步得到实现。应用与发展前景（续）综观整个知识库系统建模框架的发展综观整个知识库系统建模框架的发展过程，知识库系统的开发将会向以所求解任过程，知识库系统的开发将会向以所求解任务为目标的知识库组件智能拼装的方向发展，务为目标的知识库组件智能拼装的方向发展，整个开发过程将逐步实现自动化，这将有赖整个开发过程将逐步实现自动化，这将有赖于组件化技术和智能代理技术的进一步发展。于组件化技术和智能代理技术的进一步发展。建立知识库系统的最
31、终目标就是以建立知识库系统的最终目标就是以InternetInternet为基础实现一个巨大的、虚拟的、分布式的为基础实现一个巨大的、虚拟的、分布式的知识仓库，它能够利用散布在知识仓库，它能够利用散布在InternetInternet上的上的所有知识帮助使用者解决所提出的问题。知所有知识帮助使用者解决所提出的问题。知识库系统与下一代识库系统与下一代InternetInternet的结合将促成知的结合将促成知识化网络新时代的早日到来。识化网络新时代的早日到来。第八章第八章知识库机与知识库机与智能智能系统系统 知识库机的概念 KBMKBM的的基基本本概概念念是是从从主主计计算算机机中中移移出出一一
32、部部分分或或全全部部知知识识库库管管理理系系统统的的功功能能而而把把它它装装到到一一个个后后端端系系统统中中。（这这个个后后端端系系统统可可以以是是一一台台通通用用计计算算机机或或是是一一台台专专门门用用于于知知识识库库管管理理功功能能的的专专用用计计算算机机）KBMKBM仅仅是是一一个个子子系系统统（后后端端机机），而而不不是是完完整整的的计计算机系算机系统统。后端机的类型 知知识识库库机机不不象象传传统统计计算算机机，它它是是采采用用专专门门的的后后端端机机，把把知知识识库库管管理理功功能能和和联联机机输输入入输输出出功功能能从从主主机机中中独独立立出出来来，并并用用特特殊殊的的软软件件和
33、和硬硬件件完完成成知知识识库库管管理理系系统统的的功能功能。可分为：。可分为：n n软软件后端机件后端机n n智能控制器后端机智能控制器后端机n n硬件后端机硬件后端机 KBM设计应考虑因素 n n具有快速具有快速查询查询知知识识的能力的能力n n能存能存贮贮大量的知大量的知识识 n n采用模采用模块块化化结结构，能充分利用构，能充分利用VLSIVLSI技技术术 n n适当的适当的软软硬件功能分配。（达到性能平衡）硬件功能分配。（达到性能平衡）n n提提供供一一个个性性能能良良好好的的接接口口。（使使更更多多用用户户访问访问KBMKBM）快速查询知识的能力n n采用多个专用处理部件并行工作。n
34、 n在存贮器和磁盘系统的出口处用过滤器对原始知识进行预处理。n n各部件间采用紧密 方法充分开发细粒度并行性。n n改进检索方法，提高检索效率。能存贮大量的知识n n采用多级存储结构n n增加磁盘存贮器的容量，采用光盘n n改进知识的存储结构 KBM的逻辑体系结构n n负责与外部的通信，接收和发送有关信息。负责与外部的通信，接收和发送有关信息。n n进进行行内内部部编编码码与与外外部部格格式式的的转转换换，检检验验输输入信息的合法、正确性。入信息的合法、正确性。n n接接收收上上一一条条的的信信息息，将将它它们们转转换换成成一一组组知知识库内部模式的操作码。识库内部模式的操作码。n n执执行行
35、部部分分，只只是是执执行行上上一一层层送送来来的的操操作作命命令，令，执执行的行的结结果返回果返回给转换给转换部分。部分。知识库机的物理体系结构n n处处理理单单元元、总总线线、存存储储器器以以及及磁磁盘盘系系统统可可采采用用标标准准的的硬硬件件，以以降降低低费费用用。对对特特殊殊的的设设备备，可可根根据据功功能能要要求求专专门门设设计计。处处理理部部件件：存存储储器器、智智能能接接口口的的结结构构。内内部部存存储储器器通通常常采采用用多多级级存存储储结结构构，以以提提高高处处理理速速度度。操操作作执执行行部部件件采采用用多多个个执执行行部部件并行工作，提高效率。件并行工作，提高效率。n n智
36、智能能接接口口是是一一个个特特殊殊的的部部件件，主主要要功功能能是是完完成成对对磁磁盘盘设设备备或或内内存存所所存存储储原原始始知知识识的的关关系系运运算算，相相当当一一个个预预处处理理器器，对对知知识识进进行行筛筛选选，把把符符合合条条件件的知的知识识送到下一部分。送到下一部分。知识库机与前端机的接口n n目目前前大大部部分分知知识识库库机机并并不不能能构构成成一一个个独独立立的的计计算算机机系系统统，它它要要通通过过一一个个接接口口与与前前端端机机连连接起来使用。接起来使用。n n知知识识库库机机不不仅仅能能为为本本地地计计算算机机所所访访问问，也也能能为为网网络络中中的的结结点点机机所所
37、访访问问。接接口口的的设设计计好好坏坏直直接接关关系系到到知知识识库库机机工工作作效效率率的的高高低低，一一个个好好的的接接口口设设计计，可可以以节节省省大大量量的的信信息息传输时间传输时间，给给用用户户以快速响以快速响应应。逻辑接口 前前端端机机与与知知识识库库机机间间的的接接口口为为逻逻辑辑接接口口，从从逻逻辑辑上上可可以以看看作作是是一一个个断断点点，通通过过这这个个断断点点前前端端机机可可以以调调用用知知识识库库机机的的有有关功能，关功能，对对此断点，可用四种方法此断点，可用四种方法实现实现它：它：n n 端点用户查询语言（端点用户查询语言（EULEUL）n n知识操纵语言（知识操纵语
38、言（KMLKML）n n逻辑输入输出语言（逻辑输入输出语言（LIOLIO）n n物理物理输输入入输输出出语语言（言（PIOPIO）物理接口 从从体体系系结结构构和和系系统统实实现现的的观观点点看看，前前端端机机与与知知识识库库机机间间的的物物理理接接口口可可分分为为三三类类：n n通通信信接接口口（目目前前已已经经标标准准化化了了速速度度最最慢慢，最通用）最通用）n n通通道道接接口口（在在不不同同的的计计算算机机系系统统中中是是不不同同的，速度中等）的，速度中等）n n共共享享的的存存储储器器接接口口（完完全全取取决决于于前前端端机机的的结结构，因直接与前端机构，因直接与前端机联联接，速度最
39、快）接，速度最快）知识库机与前端机的接口选择 前端机与知识库的逻辑接口与物理接口不是截分开的，物理接口的选择决定了逻辑接口的选择，逻辑的选择又依赖于物理选择。接口选择遵循的原则n n若若知知识识库库机机前前端端机机的的一一部部分分：物物理理接接口口采采用用共共享享存存储储器器接接口口；逻逻辑辑接接口口确确定定在在PIOPIO层或层或LIOLIO层或层或DMLDML层都是合适的。层都是合适的。n n若若知知识识库库机机是是几几个个同同一一体体系系结结构构的的不不同同计计算算机机的的共共享享资资源源：物物理理上上选选择择通通道道接接口口；逻辑上采用逻辑上采用PIOPIO层或层或LIOLIO层。层。
40、n n若若知知识识库库机机是是不不同同计计算算机机流流的的共共享享资资源源的的话话：物物理理上上采采用用通通信信接接口口；逻逻辑辑上上最最好好采采用用EULEUL层层，虽虽通通信信速速度度降降低低些些，但但知知识识库库机的机的应应用范用范围围却却扩扩大了。大了。智能计算机系统 智能计算机系统应能提供智能性的用户接口，能向用户提供对知识项进行查询、检索的功能（例如知识查询语言），还应对用户的查询请求进行语法检查，将来还将用图、文、声形式或与用户交互。智能计算机系统的功能n n传统的计算机适合数值计算、数据处理、对知识难以描述。n n问题求解与推理能力不强。n n人机接口简单、智能性弱，无自然语言
41、I/O手段。n n难以适应高速的并行/分布处理。智能计算机系统的功能n n 能支持各种知识表示及各种推理机制。能支持各种知识表示及各种推理机制。n n具有高速的并行具有高速的并行/分布处理功能。分布处理功能。n n 具具有有对对大大容容量量的的知知识识进进行行存存储储、系系统统化化的的组组织织管管理理、查查询询、检检索索，对对记记忆忆的的知知识识的联想等功能。的联想等功能。n n知识获取与自学习（机器学习）的功能知识获取与自学习（机器学习）的功能n n适合处理不确定性的问题适合处理不确定性的问题n n能能进进行行对对图图象象、图图形形、声声、文文字字和和语语言言的的实时实时分析与分析与处处理。
42、理。ICS的体系结构 以逻辑推理机为中心的LIM结构，处于开创阶段n n采用分布，并行技术，充分利用软硬件资源。n n适合进行符号处理的高速模式匹配等基本操作。n n具有资源动态分配的机制n n将具有多媒体集成一体化的体系结构。从知识表达到智能计算机系统结构的层次模型n n表表达达层层：主主要要解解决决知知识识表表达达问问题题（多多种种表表达）达）n n描描述述层层：程程序序设设计计语语言言层层（机机器器能能理理解解的的语言）语言）n n逻逻辑辑结结构构层层：指指对对应应于于各各种种不不同同计计算算/推推理模式的多机逻辑结构理模式的多机逻辑结构n n具具体体结结构构层层：指指采采取取各各种种不
43、不同同的的多多处处理理机机互互连连结结构构实实现现的的各各种种具具体体的的多多机机系系统统结结构构，其核心是知其核心是知识库识库系系统统。智能接口的功能与组成n n声声音音的的I/OI/O（语语音音识识别别处处理理）人人类类通通过过话话筒筒输输入入语语言言，经经ICSICS或或KIPSKIPS（推推理理与与问问题题求求解解）的的处处理理，输输出所需出所需结结果。（果。（计计算机听算机听觉觉功能）功能）n n图图形形图图象象处处理理设设备备：人人脑脑的的信信息息有有80-90%80-90%是是从从观观察察得得到到的的，因因此此，利利用用计计算算机机的的视视觉觉理理论论，用用计计算算机机模模拟拟人
44、人的的视视觉觉功功能能（观观察察、比比较较、记记忆忆），这这就是就是计计算机的算机的视觉视觉功能功能 n n图图形形图图象象处处理理设设备备：人人脑脑的的信信息息有有80-90%80-90%是是从从观观察察得得到到的的，因因此此，利利用用计计算算机机的的视视觉觉理理论论，用用计计算算机机模模拟拟人人的的视视觉觉功功能能（观观察察、比比较较、记记忆忆），这这就是就是计计算机的算机的视觉视觉功能功能 。未来的计算机软件功能n n各种知识表达功能n n各种推理机制（如演绎、归纳、类比推理等）n n知识检索查询功能n n知识获取功能n n具有自维护，自诊断的功能 智能操作系统n n提供各种知识表示的工
45、具n n提供各种推理的方法n n管理各种智能接口设备n n提供用户的良好方便接口（对智能接口设备的管理）n n在进程调度、任务调度、资源管理等操作系统的基本功能上具有较高智能性n n具有常规操作系统功能 智能系统软件n n智能编辑程序n n智能调式程序n n各种智能编译程序 n n智能窗口软件 n n其它服务性软件 智能编辑程序n n具有联想式的嵌入功能n n自动排版功能n n图形编辑n n整块内容的搬动和删除、嵌入n n编辑出错时的自动计错功能n n求助功能 智能调式程序n n自动跟踪功能n n调式现场情况的登录n n自动纠错n n出错的提示功能n n调式过程中的求助帮助 各种智能编译程序n
46、 n编译过程中的交互作用n n编译过程中的出错处理n n编译过程中的服务性功能 智能窗口软件n n用用光光标标定定位位器器（鼠鼠标标）进进行行全全屏屏扫扫描描操操作作n n用用光光标标定定位位器器在在全全屏屏进进行行任任意意增增、掸掸、删、改。删、改。n n任任意意开开窗窗口口，并并进进行行扩扩大大、缩缩小小、倒倒置置、旋转。旋转。n n图图形的形的绘绘制、放大、制、放大、缩缩小、倒置、旋小、倒置、旋转转。其它服务性软件n n智能打印程序n n智能注册程序n n智能学习程序 智能应用软件n n智能CAD（计算机辅导设备）n n智能CAI n n智能CAM（管理信息系统如办公自动化系统）n nC
47、IMS智能软件（CAM、CAD、CAT等技术的集成）（计算机集成制造系统）智能CAD（计算机辅导设备）n n具有自动作用功能n n图形的自动嵌入、放大、缩小、倒置、旋转n n彩色图形的色彩调配n n具有初步的问题求解与推理功能 智能CAIn n问题求解、教学策略、教材组织管理、试题库生成、组合、题意解释等n n具有启发式的教学功能（包括课件的自动生成、浏览测试）n n自动出错处理 智能系统开发工具与环境n n专专家系家系统统生成工具，（如生成工具，（如KEEKEE、EXPLOREEXPLORE等）等）n n智智能能系系统统的的开开发发环环境境 智智能能系系统统包包括括的的范范围围很很广广，从从
48、“办办公公自自动动化化系系统统”到到“生生产产过过程程的的自自动动化化控控制制系系统统”“”“计计集集成成制制造造系系统统、智智能能机机器器”等等，要要形形成成智智能能系系统统的的开开发发环环境境，则则一一般般包包括括智智能能工工作作站站、智智能能语语言言、程程序序自自动动生生成成、库库函函数数自自动动调调用用DBDB功功能能的的接口等。接口等。n n智能智能软软件生成平台件生成平台 第九章第九章知识处理语言知识处理语言（KPLKPL）知识处理语言 计计算算机机系系统统的的应应用用进进入入到到知知识识处处理理阶阶段段，需需要要有有知知识识信信息息处处理理系系统统、智智能能化化系系统统，无无论论
49、是是智智能能计计算算机机系系统统，或或是是知知识识处处理理系系统统，人人们们与与之之打打交交道道都都应应有有一一个个界界面面（即即接接口口）或或程程序序工工具具。这这就就是是知知识识处处理理语语言。言。传统语言的弱点n n说明性能力不强。（表示知识的能力有限）说明性能力不强。（表示知识的能力有限）n n查查询询能能力力不不强强。（人人机机间间交交互互能能力力不不令令人人满意）满意）n n可可靠靠性性不不强强。（特特别别是是程程序序正正确确性性证证明明，能证正确，难证有错）能证正确，难证有错）n n其其它它功功能能，如如图图形形操操作作功功能能、窗窗口口操操作作功功能等能等。知识处理语言的功能要
50、求n n知知识识表表示示功功能能。（要要对对知知识识处处理理，首首先先应应能表示知识）能表示知识）n n知知识识库库构构造造功功能能，从从外外部部环环境境获获取取知知识识存存入入知知识识库库，或或建建造造一一个个知知识识库库，对对知知识识库库的增、删、改等功能。的增、删、改等功能。n n一一致致性性、完完整整性性描描述述。（在在构构造造知知识识库库与与获取知识时应检查与确保一致、完整。）获取知识时应检查与确保一致、完整。）n n编辑编辑与与维护维护功能。功能。知识处理语言的功能要求（续）n n推推理理功功能能。（推推理理机机制制包包括括：从从推推理理方方式式上上有有向向前前推推理理、向向后后推