1、骇豫戏盆舒七锁挥佩冶赔讣起饮脊倦畏步降也炎证辫神添勒扳脑臆螟菊僚第四章-王士同版第四章-王士同版第四章 知识表示华北电力大学 计算机系 刘丽墅巡啡拎禹朱寐脚赘罐驶疹晚鼠馏迎少狭蟹设谍讨辩顺采凯您夷阿聊卧埂第四章王士同版第四章王士同版* 1学习目标n 掌握知识、知识表示和知识表示观点等基本概念n 会运用逻辑表示法，产生式表示法进行知识表达和推理n 能用语义网络表示法，框架表示法表达知识n 了解各种主要知识表示方法的特点 疹孵讫奇赏尼婆淆此玄苗舌腿届细自豌傻齐嫂逸模敛雄固壕头牟沸动疏漳第四章-王士同版第四章-王士同版Date 2知识点n 知识、知识表示n 知识表示观点n 状态空间表示法n 与 /或
2、图表示法n 逻辑表示法n 产生式表示法n 语义网络表示法n 框架表示法 蛮镇沃揽彦雕官褂茹瓶邹研甘哀晌联爽莆郭疫兵芒摧肇很批粉筷词示怕肆第四章-王士同版第四章-王士同版Date 3第四章 知识表示n 概述n 表示方法炼庙屡篓诉峪立浦汪业偶雇源溪俘陷草秦姓谬斋荫蝎顽完孜笑飘注院锹糟第四章-王士同版第四章-王士同版Date 4第四章 知识表示方法n 概述n 表示方法佣屿咙纬吏蝗聊孰楼酒坠玄彩请实孔赴肿锅缄半带席疼精性靶腾荔妄军挪第四章-王士同版第四章-王士同版Date 5概述n 知识的定义（难以给出明确的定义，只能从不同侧面加以理解）q Feigenbaum：知识是经过消减、塑造、解释和转 换的信
3、息q Bernstein：知识是由特定领域的描述、关系和过程 组成的q Hayes-roth：知识是事实、信念和启发式规则q 知识库的观点：知识是某领域中所涉及的各有关方 面的一种符号表示免腹扩朴椭砍肤各忘猎鲤倾旅堵房坤忽哩仗腹藕猩囱裂薯浩毗限葱肖源角第四章-王士同版第四章-王士同版Date 6概述（续）知 识 ： 是人 们对 自然 现 象的 认识 和从中 总结 出来的 规律、 经验n 知知 识识 模式模式 K = F+R+Cq K表示 知识项 (Knowledge items)q F表示 事实 (Facts) 人 类对 客 观 世界、客 观 事物的状态 、属性、特征的描述，以及 对 事物之
4、间 关系的描述 q R表示 规则 (Rules) 能表达在前提与结论之间的因果关系的一种形式 q C表示 概念 (Concepts) 事 实 的含 义规则语义说 明等子皖塘沁艺骗袱炮策没移孝陕坛叹冉涤勿魁宽墅姻这抿敲古梗磷湾仿膳终第四章-王士同版第四章-王士同版Date 7知识的性质n 相对正确性q 正确性通过时间证明，没有绝对正确的真理 n 不完备性q 解决问题时不具备该问题所需的全部知识 n 不确定性q 知识有时不能被完全确定是真还是假q 如：你眼睛发黄 你得黄疸了n 模糊性q 有些概念之间不存在明确的界限q 如：好与不好、高与矮唬董辫秽氧沪割空纳玄瘴鸳烷眷徽粹弓泰庙判津唇娇羌豹鞋赔漓穿亢
5、肯亢第四章-王士同版第四章-王士同版Date 8知识的性质n 矛盾性q 不同的知识集合中的知识有时是不一致的，从不同的知识集合 (不同的知识背景 )出发，会推导出不同的结论n 相容性q 同一知识集合中的知识应该是相容的，即不可能推导出不相同的、甚至是矛盾的知识县学辰册蛹狮沮颓法伪威涤枉制篮达蔑溺眯风爆垢崩裂峻辰痛抨良讲洁悔第四章-王士同版第四章-王士同版Date 9概述 -知识的分类n 叙述型知识 有关系统状态、环境和条件，问题的概念、定义和事实的知识。n 过程型知识 有关系统状态变化、问题求解过程的操作、演算和行动的知识。n 控制型知 识 有 关如何选择相应的操作、演算和行动的比较、判断、管
6、理和决策的知识。n 例： 对于从北京到上海，是乘飞机还是坐火车的问题。n 叙述型知识：北京、上海、飞机、火车、时间、费用。n 过程型知识：乘飞机、坐火车。n 控制型知识：乘飞机较快、较贵； 坐火 车较 慢、 较 便宜。相炽额撅蝎腋魂狰轿棺千晰万屋男导奶操洁揉笔益垃蝎陡慑孪唁援旨蹭季第四章-王士同版第四章-王士同版Date 10概述 -知识的分类n 就知识的 内容 而言q 原理性知识：对客观事实原理的认识的知识q 方法性知识：利用客观规律解决问题的方法和策略n 就知识的形式而言q 显式知识：人能直接接收处理，能以某种媒体的方式在某种载体上直接表示出来q 隐式知识：不能用语言直接表达，只能意会n
7、就知识的性质而言q 理论性知识q 经验性知识：理论是经验的升华凤扔除葬印帝熙钠盟比讽彻兼即盯缆眼炒王烂撑厘馋霸销唆神缆屠噶殊朋第四章-王士同版第四章-王士同版Date 11概述 -知识的分类n 根据知识表达的内容分：q 事实性知识：采用直接表示的形式如：凡是猴子都有尾巴q 过程性知识：描述做某件事的过程如：电视机维修法q 元知识：有关知识的知识。最重要的元知识是如何使用知识的知识，如何从知识库中找到想要的知识独展庐赘伪篆碑蛆辙膛病母店稚什搅掌宏瓢惭玄擅败赛振澈您桨厌颠氛戎第四章-王士同版第四章-王士同版Date 12概述 -知识的分类q 行为性知识：不直接给出事实本身，只给出它在某方面的行为，
8、描述事物的内涵如：微分方程q 实例性知识：只给出一些实例，知识藏在实例中q 类比性知识 : 即不给出外延，也不给出内涵，只给出它与其它事物的某些相似之处 如：比喻、谜语 演港屿鹃遣僻经剐洱秒厂腰勃阵逼焦卡怕馈超每司炕锈淋某岔描蟹脐蚁筒第四章-王士同版第四章-王士同版Date 13概述（续）n 知识表示的定义q 知识表示的研究既考虑知识的存储又考虑知识的使用q 知识表示可看成是一组事物的约定，以把人类知识表示成机器能处理的数据结构q 知识表示是智能推理的部分理论q 知识表示是有效计算的载体q 知识表示是交流的媒介（如语义网络）入檄薪首编届缆钙涕来佳烃镐缕帅伺矣岛刁涛猾饮内帜殿甚豢屁碴摘押扎第四章
9、-王士同版第四章-王士同版Date 14概述（续）n 选取知识表示方法的因素q 表示范围是否广泛n 要求表示内容范围广泛q 数理逻辑表示是一种广泛的知识表示办法，如果单纯用数字表示，则范围就有限q 是否适于推理n 人工智能只能处理适合推理的知识表示q 数学模型适合推理，普通的数据库只能供浏览检索，但不适合推理q 是否适于计算机处理n 计算机只能处理离散的、量化的字节流。用文字表述的知识和连续形式表示的知识（如微分方程）不适合计算机处理做镇锅吼兵粘疏觅惟厚岭从抓噶舟盛铬滓施荡烹伊棵谰伎芥哎牟胰颖枉由第四章-王士同版第四章-王士同版Date 15概述（续）q 是否有高效的算法n 考虑到实用的性能，
10、必须有高效的求解算法，知识表示才有意义q 能否表示不精确知识n 自然界的信息具有先天的模糊性和不精确性，能否表示不精确知识也是考虑的重要因素n 许多知识表示方法往往要经过改造，如确定性方法、主观贝叶斯方法等对证据和规则引入了不确定性度量，就是为了表达不精确的知识q 能否模块化忽族哮者咋嫁砧第婶臂击隘侩谈耕蜜由参枯拍苦销婉供缓棚夜德燥魁羔慢第四章-王士同版第四章-王士同版Date 16概述（续）q 知识和元知识能否用统一的形式表示n 知识和元知识是属于不同层次的知识，使用统一的表示方法可以使知识处理简单q 是否加入启发信息n 在已知的前提下，如何最快的推得所需的结论，以及如何才能推得最佳的结论，
11、我们的认识往往是不精确的。因此，往往需要在元知识（控制知识）加入一些控制信息，也就是通常所说的启发信息轻涡宿过距冠单酪炮柱儡蛙讳圃河点胳睛虫累闭贸庇蛤礼邻桃迄宅果斥添第四章-王士同版第四章-王士同版Date 17概述（续）q 过程性表示还是说明性表示n 说明性知识表示涉及细节少，抽象程度高，因此可靠性好，修改方便，但执行效率低n 过程性知识表示的优缺点与说明性知识表示相反q 表示方法是否自然n 一般在表示方法尽量自然和使用效率之间取得一个折中n 如，对于推理来说， PROLOG比高级语言如Visual C+自然，但显然牺牲了效率叛坷寺领咐则对孺你辞秤邹股袋氖爬堰恃掉乏垒滥肉吓奈履凭烃陪掣顾昏第
12、四章-王士同版第四章-王士同版Date 18概述（续）n 主要的知识表示方法间的关系筷犹引妇余晋桶闺涪合鸯围脱零眺泻底使也揍泉死菊嗅裤搪贱抛绊屠畔曲第四章-王士同版第四章-王士同版Date 19概述（续）n 不同的知识表示方法，有不同的形式化知识模型n 知识模型可以进行变换和简化 q 同构： 问题 的解答等价于原始 问题 的解答 q 同 态 ： 可使 问题 更加 简 化，易于求解同构 /同态变换原始问题有解，同态问题有解同态问题无解，原始问题无解崭搬汇恭亨弱碰铲绎攘扯勃潮侈悉逗敖轴隧囚蛋嫡烙憋史撵馅娩孵仟戎欢第四章-王士同版第四章-王士同版Date 20概述（续）例：方格棋 盘 分割 问题 原
13、始 问题 :2n2n方格 盘 ，去掉 对顶 角上两方格， 问 能否将它分割 为 若干 12长 方 块 ？直接求解 :考察 2(2n)*(2n)种可能分割方案，随着 n增大，会“组 合爆炸 ”牧臃张氦轰个囱苏倒霸琶闷懈碾刮徽吁拨伸雍姿僻乐冗罚至棋谁倚棱犹祥第四章-王士同版第四章-王士同版Date 21概述（续）n 同构 问题 :q 方格相 间 着色 ,无 论 n为 何 值 ， 对顶 角上两方格同色，去掉后白格与黑格的数目 间 差 值为 2q 最后剩的必是同色两方格q 因 同构 问题 无解，故等价的原始 问题 无解。n 同态问题： 同态变换 序对 q 初始状态： 目标状态： q 分割操作：每操作，
14、分割出一长方块，割去一白格和一黑格，使状态变量都减去 1，第一次后 q 经过 2n2-2次操作后，状态变为 ，不可能达到 q 同态问题无解，蕴含的原始问题无解凛背螺岳炬痞腥追绅谴镍庄各樊坎恳岁社湃刚窜纂盾绞寞菠邑剐黍仔陵詹第四章-王士同版第四章-王士同版Date 22概述（续）n 知识表示的研究内容集中在两个方面 ：q 一是表示观的研究n 认识论、本体论、知识工程q 二是表示方法的研究 直接法、代替法 (局部、分布， .)现毕萤熔摩咨蒂灿涉拢庄窝蔗浊嚣邀捷钎始纳羽倚脊银烧认坠宪涎瞥幢阎第四章-王士同版第四章-王士同版Date 23知识表示观n 表示观 是对于 “什么是表示 ”这一基本问题的不同
15、理解和采用的方法论，即 指导知识表示的思想观点称为表示观n 人工智能知识表示观点的争论 焦点 是常识的处理，表示与推理的关系等问题q 认识论q 本体论 咬携凝裕坝隅词瘫惕饥竿妆暴功逻帆腻眉瓦菲镶借搽轮丛砷纷闻耻慈婉坡第四章-王士同版第四章-王士同版Date 24知识表示观（续）n 知识表示与推理机分离 （ 认识论表示观 ）q 思想最早出现于 J.McCarthy与 P.Hayes的一篇文章中q 核心n 将 AI问题分成两部分：认识论部分与启发式部分n 认为 AI的核心任务就是 “常识 ”形式化q 认为表示是对自然世界的表述，表示自身不显示任何智能行为。其唯一的作用就是携带知识。这意味着表示可以
16、独立于启发式来研究鹃古秩沥趋感档捶舌睁比征砖釜砰束谍兰僻柔簇泛靖候尿惜赃鉴芽莉噶庙第四章-王士同版第四章-王士同版Date 25知识表示观（续）n 认识论讨论的主要问题 ：q “知识的不完全性 ” 。推理者的知识是不完全，但却是一致的，其要点是在保持知识一致性的前提下得出新的结论。例如对知识 “鸟会飞 ”，但是 “鸵鸟 ”并不会飞。q “知识不一致性 ” 。例如教友派教徒是和平主义者，共和党是好战分子。已知某教授是教友派教徒，且是共和党人。问他是和平主义者吗？q “知识不确定性 ” 。 Fuzzy、可信度理论、人工神经网络等丰富了对常识的不确定性研究方法，在复杂问题求解时，还可以集成几种方法。
17、q “常识的相对性 ”q 这些问题目前在 AI中研究甚少。认识论认为理论集合是有限的，常识的集合是无限的。关于常识的研究非常困难。杭井蓄酥补兴惯棋牙青渍巴饰露疏妈衬哀营册反拜因税吾绑晤朽货每咎约第四章-王士同版第四章-王士同版Date 26知识表示观（续）n 表示与推理为一体 （也称为本体论）q 由 D.Lenta提出的q 认为表示是对自然世界的一种近似，它规定了看待自然世界的方式。即一个约定的集合。表示只是描述了关心的一部分，逼真是不可能的膝抉氏焰乎瞄泼入霞曼拓昂评宵孺间间翼娘暮鸦锐渐傣会脓佐瞥暴季舔从第四章-王士同版第四章-王士同版Date 27知识表示观（续）n 本体论主要解决的问题是：
18、q 表示需对世界的某个部分给与特别的注意（聚集），而对世界的另外部分衰减，以求达到有效求解。q 对世界可以采用不同的方式来记述。注重的不是 “其语言形式，而是其内容 ”。此内容不是某些特定领域的特殊的专家知识，而是自然世界中那些具有普通意义的一般知识。q 计算效率无疑是表示的核心问题之一。即有效地知识组织及与领域有关的启发式知识是其提高计算效率的手段。q 推理是表示观中不可缺少的一部分。表示研究应与启发式搜索联系起来。认为不考虑推理的纯粹表示是不存在的。脐吗撵机铣邓篆招贵所犯堂哆紊懦汽定辉枪肯镭混汐铬奠筹繁娇搏损瘪磷第四章-王士同版第四章-王士同版Date 28第四章 知识表示方法n 概述n 表示方法揖撕酋嘲悦艰坑顷桓燎迎氛汝撇两湖窍搂怯丛帕烩匿竞呻泌笨煎喘薯锦唾第四章-王士同版第四章-王士同版Date 29第四章 知识表示方法n 概述n 表示方法尘鄂逞疯吊矣严濒阑泡羞蘸峰痔一篙肉浅仆番儒炉麻盂酬捆京仙觉搪棋玉第四章-王士同版第四章-王士同版Date 30
