《【教学课件】第3章人工智能知识与知识表示.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【教学课件】第3章人工智能知识与知识表示.ppt（101页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
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 1/9/20231第第3 3章章 知识与知识表示知识与知识表示 3.1 3.1 知识表示概述知识表示概述知识表示概述知识表示概述 3.2 3.2 谓词逻辑的知识表示谓词逻辑的知识表示谓词逻辑的知识表示谓词逻辑的知识表示 3.3 3.3 产生式表示法产生式表示法产生式表示法产生式表示法 3.4 3.4 语义网络表示法语义网络表示法语义网络表示法语义网络表示法 3.5 3.5 框架知识表示法框架知识表示法框架知识表示法框架知识表示法 3.6 3.6 过程知识表示法过程知识表示法过程知识表示法过程知识表示法 3.7 3.7 PetriPet
2、riPetriPetri网模型表示法网模型表示法网模型表示法网模型表示法 3.8 3.8 面向对象的知识表示面向对象的知识表示面向对象的知识表示面向对象的知识表示 3.9 3.9 其它知识表示法其它知识表示法其它知识表示法其它知识表示法1/9/202323.1 知识表示概述知识表示概述 知知知知识识识识表表表表示示示示(Knowledge(Knowledge(Knowledge(Knowledge Representation)Representation)Representation)Representation)，即即即即把把把把知知知知识识识识用用用用计计计计算算算算机机机机可可可可接接
3、接接受受受受的的的的符符符符号号号号并并并并以以以以某某某某种种种种形形形形式式式式描描描描述述述述出出出出来来来来。诸诸诸诸如如如如图图图图表表表表结结结结构构构构、语语语语法法法法树树树树、规规规规则则则则匹匹匹匹配配配配模模模模式式式式、树树树树形形形形或或或或网网网网状状状状表表表表达达达达等等等等。简简简简言言言言之之之之，知知知知识识识识表表表表示示示示就就就就是是是是知知知知识识识识的的的的符符符符号号号号化化化化过过过过程程程程。即即即即把把把把相相相相关关关关问问问问题题题题的的的的知知知知识识识识加加加加以以以以形形形形式式式式化化化化描描描描述述述述，表表表表示示示示成成
4、成成为为为为便便便便于于于于机机机机器器器器（计计计计算算算算机机机机）存存存存储储储储、管管管管理理理理和和和和调调调调用用用用的的的的某某某某种种种种数数数数据结构模式。据结构模式。据结构模式。据结构模式。1/9/202333.1 知识表示概述知识表示概述 目目目目前前前前，人人人人工工工工智智智智能能能能的的的的知知知知识识识识表表表表示示示示方方方方法法法法已已已已有有有有几几几几十十十十种种种种之之之之多多多多。主主主主要要要要有有有有：谓谓谓谓词词词词逻逻逻逻辑辑辑辑表表表表示示示示法法法法、语语语语义义义义网网网网络络络络表表表表示示示示法法法法、框框框框架架架架表表表表示示示示
5、法法法法、过过过过程程程程表表表表示示示示法法法法、PetriPetri网网网网表表表表示示示示法法法法、与与与与/或或或或图图图图表表表表示示示示、状状状状态态态态空空空空间间间间表表表表示示示示法法法法和和和和人人人人工工工工神神神神经经经经元元元元网网网网络络络络（ANNANNANNANN）表表表表示示示示法法法法等等等等。我我我我们们们们将将将将结结结结合合合合智智智智能能能能技技技技术术术术具具具具体体体体应用，在后面各章予以具体介绍和分析。应用，在后面各章予以具体介绍和分析。应用，在后面各章予以具体介绍和分析。应用，在后面各章予以具体介绍和分析。总总总总之，人之，人之，人之，人们们
6、们们可以根据可以根据可以根据可以根据领领领领域知域知域知域知识识识识的特点的特点的特点的特点选择选择选择选择一种一种一种一种最合适的方法将知最合适的方法将知最合适的方法将知最合适的方法将知识识识识充分表达出来，也可以依据充分表达出来，也可以依据充分表达出来，也可以依据充分表达出来，也可以依据领领领领域的复域的复域的复域的复杂杂杂杂程度，把若干技程度，把若干技程度，把若干技程度，把若干技术结术结术结术结合起来，以形成一种合起来，以形成一种合起来，以形成一种合起来，以形成一种功能功能功能功能强强强强大的系大的系大的系大的系统统统统，高效率地求解智能，高效率地求解智能，高效率地求解智能，高效率地求解
7、智能问题问题问题问题。1/9/202343.1 知识表示概述知识表示概述n3.1.1 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1/9/202353.1 知识表示概述知识表示概述n 3.1.1 3.1.1 什么是知识什么是知识 n 知知识识是是人人类类世世界界特特有有的的概概念念。它它是是人人类类对对客客观观世世界界一一种种较较为为准准确确、全全面面的的认认识识和和理理解解的结晶。的结晶。n n知知知知识识识识只只只只有有有有相相相相对对对对正正正正确确确确的的
8、的的特特特特性性性性。例例如如直直到到15431543年年哥哥白白尼尼学学说说问问世世之之前前，人人们们一一直直认认为为地地球球是是宇宇宙宙的的核核心心；再再有有：人人们们都都知知道道一一个个关关于于“瞎瞎瞎瞎子子子子摸摸摸摸象象象象”的的故故事事，它它通通俗俗地地说说明明了了正正确确完完整整的的知知识识形形成成是是一一个个复复杂杂的的智能过程。智能过程。n通通常常人人们们获获取取知知识识的的重重要要手手段段是是：利利用用信信息息，把把各各种种信信息息提提炼炼、概概括括并并关关联联在在一一起起，就就形形成成了了知知识识。而利用信息关而利用信息关联联构成知构成知识识的形式有多种多的形式有多种多样
9、样。1/9/202361/9/202373.1 知识表示概述知识表示概述n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耳朵：好宽！象像一把扇子！耳朵：好宽！象像一把
10、扇子！耳朵：好宽！象像一把扇子！耳朵：好宽！象像一把扇子！第六个瞎子摸到象的第六个瞎子摸到象的尾巴：好细，象像一根绳子！尾巴：好细，象像一根绳子！尾巴：好细，象像一根绳子！尾巴：好细，象像一根绳子！“瞎子摸象瞎子摸象瞎子摸象瞎子摸象”的故事的故事的故事的故事1/9/202383.1 知识表示概述知识表示概述 3.1.1 3.1.1 什么是知识什么是知识 最常用的且便于计算机利用的一种表达形式为：最常用的且便于计算机利用的一种表达形式为：最常用的且便于计算机利用的一种表达形式为：最常用的且便于计算机利用的一种表达形式为：n n“如果如果如果如果，那么，那么，那么，那么”或或或或“如果如果如果如果
11、，则，则，则，则”例如，例如，例如，例如，如果教会机器人一些知识，那么它就能替人干更多的如果教会机器人一些知识，那么它就能替人干更多的如果教会机器人一些知识，那么它就能替人干更多的如果教会机器人一些知识，那么它就能替人干更多的事情；事情；事情；事情；如果发现太阳黑子增多，那么就预示地球气候会发生反常；如果发现太阳黑子增多，那么就预示地球气候会发生反常；如果发现太阳黑子增多，那么就预示地球气候会发生反常；如果发现太阳黑子增多，那么就预示地球气候会发生反常；如果敌进，则我退；如果敌疲，则我打；如果敌进，则我退；如果敌疲，则我打；如果敌进，则我退；如果敌疲，则我打；如果敌进，则我退；如果敌疲，则我打
12、；如果大雁南飞，那么就预示着冬天临近。如果大雁南飞，那么就预示着冬天临近。如果大雁南飞，那么就预示着冬天临近。如果大雁南飞，那么就预示着冬天临近。1/9/202393.1 知识表示概述知识表示概述n 3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 知识的特性知识的特性知识的特性知识的特性 n 1.1.知识的相对正确性知识的相对正确性n常常言言道道：实实践践出出真真知知。知知识识源源于于人人们们生生活活、学学习习与与工工作作的的实实践践，知知识识是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知知识识来来自自于于人人们们对对客客观
13、观世世界界运运动动规规律律的的正正确确认认识识，是是从从感感性性认认识识上上升升成成为为理理性性认认识识的的高高级级思思维维劳劳动动过过程程的的结结晶晶，故故相相应应于于一一定定的的客客观观环环境境与与条条件件下下，知知识识无无疑疑是是正正确确的的。然然而而当当客客观观环环境境与与条条件件发发生生改改变变时时，知知识识的的正正确确性性就就要要接接受受检检验验，必必要要时时就就要要对对原原来来的的认认识识加加以以修修正正或或补补充充，以以至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再再如如，在在一一般般的的工工程程计计算
14、算中中，使使用用牛牛顿顿力力学学运运动动定定律律，足足以以满满足足一一般般精精度度要要求求而而且且很很方方便便；但但在在接接近近光光速速的的运运行行检检测测或或进进行行核核加加速速器器中中的的粒粒子子计算时，就必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。1/9/2023103.1 3.1 知识表示概述知识表示概述 3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 知识的特性知识的特性知识的特性知识的特性 n 2.2.知知识识的的确确定定与与不不确确定定特特征征：如如前前所所述述，知知识识由由若若干干信信息息关关联联的的结结构构组组成成。但但是是，其其中中
15、有有的的信信息息是是精精确确的的，有有的的信信息息却却是是不不精精确确的的。这这样样，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例例如如，在在我我国国中中南南地地区区，根根据据天天上上出出现现彩彩虹虹的的方方向向及及其其位位置置，可可以以预预示示天天气气的的变变化化。有有谚谚语语曰曰：“东东边边日日(晴晴天天)，西西边边雨雨。”但但是是，这这只只是是一一种常识性的经验，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再再如如：甲甲有有一一头头秀秀发发，乙乙是是两两鬓鬓如如霜霜。您您认认为为甲甲一一定定是是青青年年人人，乙
16、乙就就是是老老年年人人吗吗？不不能能完完全全肯肯定定，因因为为相相反反的的事事例例是是很很多多的的。比比如如，当当年年的的白白毛女并不是老人，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。1/9/2023113.1 3.1 知识表示概述知识表示概述 3.1.2 3.1.2 知识的特性知识的特性 n造造成成知知识识具具有有不不确确定定性性的的因因素素是是多多方方面面的的。诸诸如如：证证据据不不足足、地地域域时时区区不不同同、各各种种变变化化因因素素及及现现实实世世界界的的复复杂杂性性，造造成成客客观观后后果果及及其其知知识识的的不不确确定定性性；
17、生生活活中中，模模糊糊性性概概念念及及模模糊糊关关系系比比比比皆皆是是，形形成成了了知知识识的的不不确确定定性性；概概率率事事件件发发生生常常常常不不可可避避免免，一一般般都都具具有有随随机机不不确确定定性性的的规规律律；经经验验性性及及各各种种不不完完备备的的积积累累过过程程，导导致致相相关关知知识识的的不不确确定性等。定性等。n尽尽管管不不确确定定性性知知识识给给人人们们带带来来了了一一些些迷迷惑惑，但但它它反反映映了了客客观世界的多样性、丰富性和复杂性。观世界的多样性、丰富性和复杂性。1/9/2023123.1 3.1 知识表示概述知识表示概述n 3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.
18、1.2 知识的特性知识的特性知识的特性知识的特性 n n 3.3.3.3.知识的可利用性和可发展性知识的可利用性和可发展性知识的可利用性和可发展性知识的可利用性和可发展性n为为了了使使知知识识便便于于传传播播、学学习习，使使有有用用的的知知识识得得以以延延续续、继继承承与与发发展展，人人们们不不断断地地创创造造了了各各种种生生动动活活泼泼的的形形式式来来记记录录、描描述述、表表示示和和利利用用知知识识。诸诸如如采采用用语语言言、文文字字，使使用用书书籍籍，结结合合文文学学、戏戏剧剧、绘绘画画、摄摄影影等等艺艺术术以以及及电电影影、电电视视、多多媒媒体体等等手手段段，进进行行知知识识的的演演播播
19、、学学习习与与欣欣赏赏等等。事事实实上上，人人类类的的历历史史，就就是是不不断断地地积积累累知知识识和和利利用用知知识识创创造造文文明明的的历历史史。在在人人类类的的发发展展史史中中，知知识识的的可可利利用用性性与与可可发发展展性性是是不不言言而而喻喻的的。知知识识的的可可利利用用性性使使得得计计算算机机或或智智能能机机器器能能利利用用知知识识成成为为现现实实；而而知知识识的的机机器器可可学习、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、可表示性使得人工智能不断得以进步与发展成为必然。n伴伴随随着着人人类类社社会会迈迈入入信信息息时时代代，人人类类知知识识也也进进入入了了大大发发展展
20、时时期期。一一方方面面在在淘淘汰汰旧旧的的、老老的的、无无用用的的知知识识，另另一一方方面面新新观观念念、新新思思想想、新新知知识识不不断断地地被被大大量量地地挖挖掘掘涌涌现现出出来来。目目前前，知知识识的的更更新新和和知知识识的的总总量量，正正以以前前所所未未有有的的速速率率迅迅速速地地增增长长。大大力力发发展展智智能能科科学学技技术术，努努力力开开发发人人类类知知识识宝宝库库，发发展展新新一一代代智智力力工工具具，这这正正是是作作为为新新时时代代智智能能科科学学工工作作者者的的光光荣荣历史使命。历史使命。1/9/2023133.1 知识表示概述知识表示概述n 3.1.3 3.1.3 知识的
21、分类知识的分类 按按照照机机器器定定理理证证明明过过程程，可可把把先先后后要要使使用用到到的的知知识识划划分分为三类。即为三类。即事实性知识；事实性知识；事实性知识；事实性知识；过程性知识；过程性知识；过程性知识；过程性知识；控制性知识。控制性知识。控制性知识。控制性知识。n n1.1.1.1.事事事事实实实实性性性性知知知知识识识识：关关于于问问题题领领域域的的性性质质及及求求解解目目标标、求求解解环环境境及及其其已已知知条条件件、相相关关特特性性等等方方面面的的静静态态知知识识。事事实实性性知知识识一一般般采采用用直直接接表表示示形形式式，用用以以记记叙叙及及描描述述有有关关的的概概念念、
22、事事实实、事物的状态及属性等。事物的状态及属性等。1/9/2023143.1 知识表示概述知识表示概述n 3.1.3 3.1.3 知识的分类知识的分类 n n2.2.2.2.过过过过程程程程性性性性知知知知识识识识：指指那那些些能能依依据据一一定定的的规规则则，推推导导出出相相关关的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一一般般来来说说，过过程程性性知知识识用用以以描描述述做做某某事事的的过过程程，是是由由问问题题领领域域内内的的相相关关规规则则、定定律律、定定理理及及经经验验等等要要素素构构成成的的知知识识。例例如如，
23、若若信信道道畅畅通通，请请发发绿绿色色信信号号；如如果果异异常常时时，请请按按红红色色信号开关。信号开关。“松花蛋制作法松花蛋制作法”。n n3.3.3.3.控控控控制制制制性性性性知知知知识识识识：一一种种用用于于取取舍舍问问题题的的求求解解策策略略，控控制制信信息息实施方法，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一一般般来来说说，控控制制性性知知识识是是关关于于如如何何运运用用相相关关知知识识的的知知识识，又又称称为为元元知知识识。例例如如，为为了了使使一一组组机机器器人人能能协协同同完完成成某某项项任任务务，既既要要有有监监控控他他们们相相互互配
24、配合合情情况况的的有有关关知知识识，还还要要有有协协调调他他们们分工合作的决策性知识等。分工合作的决策性知识等。1/9/2023153.1 知识表示概述知识表示概述 3.1.3 3.1.3 知识的分类知识的分类 知识还有其它的分类方法：知识还有其它的分类方法：按按照照知知识识结结构构和和表表现现特特点点来来划划分分，可可分分为为逻逻逻逻辑辑辑辑性性性性知知知知识识识识，和和形象性知识形象性知识形象性知识形象性知识；根根据据知知识识的的确确定定性性与与不不确确定定性性来来分分，知知识识可可分分为为确确确确定定定定性性性性知识知识知识知识和和不确定性知识不确定性知识不确定性知识不确定性知识；依依据
25、据知知识识的的作作用用范范围围划划分分，知知识识可可分分为为常常常常识识识识性性性性知知知知识识识识，专专专专业知识业知识业知识业知识或或领域性知识领域性知识领域性知识领域性知识等。等。1/9/2023163.1.4 知识表示及其映射原理知识表示及其映射原理 n一一个个智智能能机机器器系系统统如如同同智智能能生生物物一一样样，在在运运用用知知识识进进行行信信息息交交流流或或智智能能问问题题求求解解时时，都都需需要要预预先先进进行行知知识识表表示示。进进而而实实现现知知识识调调用用，达达到到利利用用知知识识求求解解问问题题目目的的。因因而而知知识识表表示示是是知知识识信信息处理系统中必不可少的关
26、键环节。息处理系统中必不可少的关键环节。n对对智智能能机机器器系系统统而而言言，知知知知识识识识表表表表示示示示，实实际际上上就就是是对对知知识识的的一一种种描描述述或或约约定定。其其其其本本本本质质质质，就就就就是是是是采采采采用用用用某某某某种种种种技技技技术术术术模模模模式式式式，把把把把所所所所要要要要求求求求解解解解问问问问题题题题的相关知识，映射为一种便于找到该问题解的数据结构。的相关知识，映射为一种便于找到该问题解的数据结构。的相关知识，映射为一种便于找到该问题解的数据结构。的相关知识，映射为一种便于找到该问题解的数据结构。对对对对知知知知识识识识进进进进行行行行表表表表示示示示
27、的的的的过过过过程程程程，实实实实质质质质上上上上就就就就是是是是把把把把相相相相关关关关知知知知识识识识映映映映射射射射(或或称称为为变变换换：Transformation；或或称称为为映映像像：Mapping；或或称称为为编码：编码：Coded.)为该数据结构的过程。为该数据结构的过程。为该数据结构的过程。为该数据结构的过程。1/9/2023173.1.4 知识表示及其映射原理知识表示及其映射原理 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
28、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：同同构构解解答答与与原原始始问问题题有有相相同同的的形形式式解解；而而对对于于同同态态问问题题，如如要要得得到到原原始始解解，只只需需对对同同态态解解答答再再施施行行反反运运算算(T-1)即即可可。在自然科学实际应用研究中，利利用用映映射射（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。1/9/
29、2023183.2 3.2 谓词逻辑的知识表示谓词逻辑的知识表示 知知识识的的谓谓词词逻逻辑辑表表示示符符合合人人的的思思维维习习惯惯，可可读读性性好好，逻逻辑辑关关系系表表达达简简便便。使使用用谓谓词词逻逻辑辑既既便便于于表表达达概概念念、状状态态、属属性性等等事事实实性性知知识识，又又能能方方便便地地采采用用谓谓词词公公式式的的表表达达形形式式，进进行行各各种种智智能能行行为为的的过过程程性性描描述述与与演演绎绎推推理理。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示技术。3.2.1 3.2.1 用谓词逻辑和公式表达各种意
30、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。1/9/202319 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：在在草草原原上上歌歌唱唱(美美
31、貌貌姑姑娘娘)蓝蓝的的(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)好好姑姑娘娘(x)(x)居居住住的的地地方方(z(z，x)x)遥遥远远的的(z)(z)(y)y)人人(y)(y)行行走走经经过过(y,(y,z)z)回回头头留留恋恋地地张张望望(y).(y).3.2 3.2 谓词逻辑的知识表示谓词逻辑的知识表示 1/9/202320 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：在在草草原原上上歌歌唱唱(美美貌貌姑姑娘娘)蓝蓝的的(天天)飘飘(白白云云)吃吃草
32、草(牛牛羊羊)飞翔飞翔(百鸟百鸟)；解解解解：这这这这是是是是由由由由“合合合合取取取取”符符符符连连连连接接接接起起起起来来来来并并并并已已已已命命命命题题题题化化化化的的的的一一一一元元元元谓谓谓谓词词词词逻逻逻逻辑辑辑辑公公公公式式式式。从从从从字字字字面面面面上上上上来来来来看看看看，它它它它表表表表达达达达了了了了一一一一种种种种美美美美丽丽丽丽的的的的自自自自然然然然景景景景观观观观：草草草草原原原原上上上上，蓝蓝蓝蓝蓝蓝蓝蓝的的的的天天天天，白白白白云云云云飘飘飘飘飘飘飘飘，鸟鸟鸟鸟儿儿儿儿在在在在飞飞飞飞翔翔翔翔。有有有有一一一一位位位位美美美美貌貌貌貌的的的的姑姑姑姑娘娘娘娘
33、，一一一一边边边边在放牧牛羊，一边在放声歌唱在放牧牛羊，一边在放声歌唱在放牧牛羊，一边在放声歌唱在放牧牛羊，一边在放声歌唱3.2 3.2 谓词逻辑的知识表示谓词逻辑的知识表示 1/9/202321 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)好好姑姑娘娘(x)(x)居居住住的的地地方方(z(z，x)x)遥遥远远的的(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).解解解解：这这是是一一个个既既有有谓谓词词表表示
34、示，又又有有命命题题逻逻辑辑表表达达；既既有有连连接接词词，又又有有全全称称量量词词和和存存在在量量词词的的较较复复杂杂的的谓谓词词公公式式。字字面面上上看看，使使人人立立刻刻联联想想到到王王洛洛宾宾的的那那首首在在那那遥遥远远的的地地方方的的民民歌歌，一一种种生生动动的的意意境境描描述述：在在那那遥遥远远的的地地方方，有有位位好好姑姑娘娘，人人们们走走过过她她的身旁，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 1/9/202322 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
35、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：阿亮的职业是编辑；阿亮的职业是编辑；阿亮的职业是编辑；阿亮的职业是编辑；阿亮给阿铃送去了玫瑰花；阿亮给阿铃送去了玫瑰花；阿亮给阿铃送去了玫瑰花；阿亮给阿铃送去了玫瑰花；阿铃是一名护士阿铃是一名护士阿铃是一名护士阿铃是一名护士；阿亮住址在长江大道阿亮住址在长江大道阿亮住址在长江大道阿亮住址在长江大道1151115111511151号；号；号；号；阿铃住址在淮海路阿铃住址在淮海路阿铃住址在淮海路阿铃住址在淮海路947947947947号。号。号。号。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，
36、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。解解解解：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 1/9/2023233.2.2 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解解解解：则得：则得：OCCUPATION(aliang，staffer)；GIVE(aliang，aling，rose)；OCCUPATION(aling，nurse)；ADDRESS(aliang,1151-changjiang-st)；ADDRESS(aling,94
37、7-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。aliangaliang：OCCUPATION(aliang，staffer)；GIVE(aliang，aling，rose)；ADDRESS(aliang,1151-changjiang-st)；alingaling：GIVE(aliang，aling，rose)；OCCUPATION(aling，nurse)；ADDRESS(aling,947-huaihai-rd)；rose：GIVE(aliang，aling，rose
38、)。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。1/9/202324 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
39、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)从凹室出从凹室出发，把桌子发，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。
40、请用谓词逻辑描处书架上，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。述机器人完成这一工作的全过程。1/9/202325 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1/9/202326 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解解解解：为为了了能能够够描描述述这这个个机机器器人人世世界界的的有有关关环环境境和和状状态态变变迁迁，要要求求必必须须先先定定义义谓谓词词。注注意意这这里里需需要要定定义义两两类类谓谓词词：一一类
41、类用用来来描描述述环环境境状状态态，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。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：xa xa；BOOKCASE(z)BOOKCASE(z)：z z是书架，个体域：是书架，个体域：zb zb；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
42、处，个体域：处，个体域：wawa，b b，alcove alcove；ON(uON(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.1/9/202327 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解：解：解：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)EMPT
43、Y(robot)ON(books,a)CLEAR(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)1/9/202328 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
44、解：解：解：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，如果定义谓
45、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。1/9/202329 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解解解解：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(books,a)CLEAR(b)TABL
46、E(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)GOTO(alcove,a)GOTO(alcove,a)PICK-UPPICK-UP（a a）1/9/202330 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解解解解：AT(robot,a)HOLDS(robot，books)CLEAR(a)CLEAR(b)TABLE(a)
47、BOOKCASE(b)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）GOTOGOTO（b,alcoveb,alcove）GOTOGOTO（a,ba,b）SET-DOWNSET-DOWN（b b）1/9/202331 3.2.3 3.2.3 用谓词逻辑描述智
48、能行为过程的求解用谓词逻辑描述智能行为过程的求解解解解解：这样这样,得到目标为得到目标为AT(robot,alcove)EMPTY(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。1/9/202
49、332 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谓词逻辑是一种传统经典也是最基本的形式化方法。谓词逻辑是一种传统经典也是最基本的形式化方法。谓词逻辑是一种传统经典也是最基本的形式化方法。谓词逻辑是一种传统经典也是最基本的形式化方法。谓词逻辑知识表示谓词逻辑知识表示谓词逻辑知识表示谓词逻辑知识表示:规范性严，逻辑性强，自然性好，推规范性严，逻辑性强，自然性好，推规范性严，逻辑性强，自然性好，推规范性严，逻辑性强，自然性好，推理过程严密，易于实现。理过程严密，易于实现。理过程严密，易于实现。理过程严密，易于实现。这些优良特性使得谓词逻辑最早这些优良特性使得谓词逻辑最早这些优
50、良特性使得谓词逻辑最早这些优良特性使得谓词逻辑最早用于人工智能机器定理证明，并获得了成功。但是，必须用于人工智能机器定理证明，并获得了成功。但是，必须用于人工智能机器定理证明，并获得了成功。但是，必须用于人工智能机器定理证明，并获得了成功。但是，必须看到，谓词逻辑属于标准的二值（看到，谓词逻辑属于标准的二值（看到，谓词逻辑属于标准的二值（看到，谓词逻辑属于标准的二值（T T T T与与与与F F F F）逻辑，难以直接）逻辑，难以直接）逻辑，难以直接）逻辑，难以直接进行不确定性问题的处理；进行不确定性问题的处理；进行不确定性问题的处理；进行不确定性问题的处理；对于复杂系统的求解问题，容易陷入冗