知识表示方法
典型的知识表示方法
典型的知识表示方法一、逻辑表示法。
1.1 这逻辑表示法呢，就像是给知识搭个框架。
把知识按照逻辑关系，什么因果啦，包含啦之类的关系，整理得明明白白。
就好比我们说“因为下雨，所以地面湿”，这就是一种简单的逻辑关系表示。
它清晰得很，让人一眼就能瞧出知识之间的联系。
这就像盖房子，一块砖一块砖按照设计好的结构码放整齐。
1.2 可是呢，这方法也有它的难处。
要是知识复杂一点，那逻辑关系就像一团乱麻，很难梳理得清清楚楚。
就像在一个大仓库里找东西，东西太多太杂，找起来就费劲。
比如说要表示一个大型企业的运营逻辑，涉及到众多部门、人员、业务流程，这逻辑表示法就有点吃力了。
二、语义网络表示法。
2.1 语义网络就有点像一张大网。
每个知识节点就像网上的一个结，节点之间的连线表示它们的关系。
比如说“猫是哺乳动物”，“猫”和“哺乳动物”就是两个节点，中间有连线表示所属关系。
这方法很直观，就像我们看人际关系图一样，谁和谁有关系，一眼就能看出来。
2.2 不过呢，语义网络也不是十全十美的。
它缺乏精确的语义定义。
有时候就像雾里看花，模模糊糊的。
就像我们说一个人“大概是好人”，这个“大概”就很模糊。
在表示精确的科学知识或者严谨的法律条文时，就可能会出问题。
2.3 还有啊，当知识规模增大的时候，这语义网络就可能变得臃肿不堪。
就像一个人穿了太多衣服，行动都不方便了。
要在这个庞大的网络里查找和更新知识，那可就不是一件轻松的事儿。
三、框架表示法。
3.1 框架表示法就像是给知识做个模板。
我们先定好一个框架结构，然后把具体的知识往里面填充。
比如说描述一个人，我们有年龄、性别、职业等框架，然后把具体某个人的这些信息填进去。
这就像我们做填空题一样，有了框架，填空就比较简单。
这种方法对于表示有固定结构的知识很方便，就像把东西分类放进不同的盒子里。
3.2 但是呢，框架表示法比较死板。
一旦框架定下来了，要是有新的知识不符合这个框架，就像硬要把一个方东西塞进圆洞里，很困难。
第2章 知识表示方法
2020/4/13
内容简介
1 2.1 概述 2 2.2 一阶谓词逻辑表示法 3 2.3 产生式表示法 4 2.4 框架表示法 5 2.5 语义网络表示法 6 2.6 面向对象表示法
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2.1.1 知识的基本概念
知识定义
Feigenbaum 知识是经过削减、塑造、解释和转换的信息。简单地说， 知识是经过加工的信息。 Bernstein 知识是由特定领域的描述、关系和过程组成的。 Hayes-Roth 知识是事实、信念和启发式规则。
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2.1.1 知识
知识的特点
相对正确性 不确定性
可表示性 可利用性
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2.1.1 知识
知识分类
事实性知识：描述问题或事务的概念、属性、状态、环 境及条件等情况的知识。如：凡是猴子都有尾巴
过程性知识：描述问题求解过程所需要的操作、演算或 行为等规律性的知识。 如：电视维修法
2020/4/
• 例2.3 在一个房间里有一个机器人robot，一 个壁室alcove，一个积木块box，两个桌子 A和B。开始时，机器人robot在壁室alcove 的旁边，且两手是空的，桌子A上放着积木 块box，桌子B上是空的。机器人将把积木 块BOX从桌子A上转移到桌子B上。
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控制性知识(元知识)：关于如何运用已有知识进行问题 求解的知识。 如：推理策略、搜索策略等。
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知识的要素
事实：事物的分类、属性、事物间关系、科学事实、客观事实等。 规则：事物的行动、动作和联系的因果关系知识。 控制：当有多个动作同时被激活时，选择哪一个动作来执行的知
识。
元知识：高层知识。怎样使用规则、解释规则、校验规则、解释
人工智能第二章知识表示方法
框架的构建与实现
80%
确定框架的结构
根据实际需求和领域知识，确定 框架的槽和属性，以及它们之间 的关系。
100%
填充框架的实例
根据实际数据和信息，为框架的 各个槽和属性填充具体的实例值 。
80%
实现框架的推理
通过逻辑推理和规则匹配，实现 基于框架的知识推理和应用。
框架表示法的应用场景
自然语言处理
模块化
面向对象的知识表示方法可以将 知识划分为独立的模块，方便管 理和维护。
面向对象表示法的优缺点
• 可扩展性：面向对象的知识表示方法可以通过继承和多态实现知识的扩展和复用。
面向对象表示法的优缺点
复杂性
面向对象的知识表示方法需要建立复 杂的类和对象关系，可能导致知识表 示的复杂性增加。
冗余性
面向对象的知识表示方法可能导致知 识表示的冗余，尤其是在处理不相关 或弱相关的事实时。
人工智能第二章知识表示方法
目
CONTENCT
录
• 知识表示方法概述 • 逻辑表示法 • 语义网络表示法 • 框架表示法 • 面向对象的知识表示法
01
知识表示方法概述
知识表示的定义
知识表示是人工智能领域中用于描述和表示知识的符号系统。它 是一种将知识编码成计算机可理解的形式，以便进行推理、学习 、解释和利用的过程。
知识表示方法通常包括概念、关系、规则、框架等元素，用于描 述现实世界中的实体、事件和状态。
知识表示的重要性
知识表示是人工智能的核心问题之一，它决定了知 识的可理解性、可利用性和可扩展性。
良好的知识表示方法能够提高知识的精度、可靠性 和一致性，有助于提高人工智能系统的智能水平和 应用效果。
知识表示方法的发展对于推动人工智能技术的进步 和应用领域的拓展具有重要意义。
常用的知识表示方法
常用的知识表示方法知识表示方法是人工智能中一个非常重要的领域，其主要目的是设计一种计算机程序，使其能够利用已有的知识去推理、学习和解决新问题。
在现代人工智能系统中，有许多常用的知识表示方法，包括逻辑表示、产生式表示、框架表示、语义网络表示、神经网络表示、本体表示等等。
下面将分别对这些知识表示方法展开详细的描述。
1. 逻辑表示逻辑表示是指使用逻辑语句来描述知识的方式。
这种表示方法最早应用于人工智能领域，它使用命题逻辑、谓词逻辑、模态逻辑等形式化逻辑体系来表达知识。
逻辑表示法的优点是表达简单直观，易于推理，而且能够容易地与其它知识表示方法相结合。
该方法的主要缺点是计算复杂度较高，不适用于大规模的知识表示。
2. 产生式表示产生式表示法是一种基于规则的知识表示方法，它通过一系列的规则来描述问题解决过程。
规则通常由条件和结果两部分组成，当条件满足时，就会执行规则，得到相应的输出结果。
产生式表示法的优点是表达简单易懂，适合大规模知识的表示和处理。
该方法的主要缺点是规则的编写和管理比较困难，而且可能出现死循环等问题。
3. 框架表示框架表示法是一种以对象为中心的知识表示方法，它通过描述事物的属性、关系、功能等方面来构建一个框架模型，从而达到表示知识的目的。
框架表示法的优点是具有良好的结构、易于维护和扩展。
该方法的主要缺点是无法处理复杂的关系和不确定性，而且不适用于处理嵌套结构。
4. 语义网络表示语义网络表示法是一种以图形为基础的知识表示方法，它通过节点和边的组合来描述概念、关系和属性等知识。
语义网络表示法的优点是视觉化表达直观，易于理解和调试，适用于复杂的知识系统。
该方法的主要缺点是不适用于大量数据的处理，因为图形结构比较复杂，计算开销较大。
5. 基于案例的表示基于案例的表示法是一种通过描述已有的实例来表达知识的方法，它将具体的案例作为基本单位，通过比较和分析不同案例之间的相似性和差异性来实现知识的表示和推理。
第02章知识表示方法
1. 状态空间法（11）
作业：用状态空间搜索法求解农夫、狼、 羊、菜问题。
A farmer with his goat, wolf and cabbage come to a river that they wish to cross. There is a boat, but it only has room for two, and the farmer is the only one that can row. If the goat and cabbage get in the boat at the same time, the cabbage gets eaten. Similarly, if the wolf and goat are together without the farmer, the goat is eaten. Devise a series of crossings of the river so that all concerned make it across safely.
概 述
知识的特性
1、相对正确性 2、不确定性 3、可表示性 4、可利用性
概 述
知识的分类
1、知识的作用范围：常识知识和领域知识 2、知识的作用及表示： 事实知识：有关领域内的概念、事实、 客观事物的属性、状态及其关系的描述。 规则知识：事物的行动、动作相联系的 因果关系知识。 3、知识的确定性：确定和不确定 4、思维和认识方法：逻辑和形象
2）综合数据库 又称为事实数据库，用于存放输入的事 实、中间的运行结果和最后结果的工作区。 当规则库中的某条产生式前提与综合数据 库的某些已知事实匹配时，该产生式就被 激活，推理出结论放入综合数据库中，作 为后面推理的已知事实。显然综合数据库 是动态变化的。
人工智能_第2章 知识表示方法
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标准槽名
6) Infer槽：指出两个框架所描述的事物间的逻辑推理关系， 用它可以表示相应的产生式规则。 【例】设有下面知识：如果咳嗽，发烧且流涕，则八成是患 了感冒，需服用感冒清，一日三次，每次2-3粒。并要多喝开 水。对该知识 ，可用如下两个框架表示： 框架名：<诊断规则> 框架名：<结论> 病名：感冒 症状1：咳嗽 治疗方法：服用感冒清，一日三 症状2：发烧 次，每次2-3粒 症状3：流涕 注意事项 ：多喝开水 Infer: <结论> 愈后：良好 可信度：0.8 7) Possible-Reason槽：与Infer槽作用相反，用来把某个结论 与可能的原因联系起来。 15
12
标准槽名
2) AKO槽：用于具体的指出事物间的类属关系。其直观含义 是“是一种”，下层框架可以继承其上层框架所描述的属性及值。 对上面的例子，可将棋手框架中的ISA改为AKO。 3)Subclass槽：用于指出子类与类之间的类属关系。 上例中，由于“棋手”是“运动员的一个子类，故可将ISA该为 Subclass。 4) Instance槽：用来建立AKO槽的逆关系。 用它作为某框架的槽时，可用来指出它的下层框架是哪些。 【例】框架名：<运动员> Instance:<棋手>，<足球运动员>，<排球运动员> 姓名：单位（姓，名） 年龄：单位（岁） 性别：范围（男，女） 缺省：男
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剧本表示-例
【例】餐厅剧本 (1) 开场条件： (a)顾客饿了，需要进餐。(b)顾客有足够的钱。 (2) 角色：顾客，服务员，厨师，老板。 (3) 道具：食品，桌子，菜单，钱。 (4) 场景： 场景1 进入餐厅 (a) 顾客走入餐厅。(b) 寻找桌子。 (c) 在桌子旁坐下。 场景2 点菜 (a) 服务员给顾客菜单。(b) 顾客点菜。 (c) 顾客把菜单还给服务员。(d) 顾客等待服务员送菜。 场景3 等待 (a) 服务员把顾客所点的菜告诉厨师。(b) 厨师做菜。
知识表示的方法——逻辑表示法、产生式表示法、框架表示法、语义网络表示法、面向对象表示
知识表⽰的⽅法——逻辑表⽰法、产⽣式表⽰法、框架表⽰法、语义⽹络表⽰法、⾯向对象表⽰知识表⽰的⽅法知识表⽰⽅法种类繁多，通常有直接表⽰、逻辑表⽰、产⽣式规则表⽰法、语义⽹络表⽰法、框架表⽰法、脚本表⽰⽅法、过程表⽰、混合型知识表⽰⽅法、⾯向对象的表⽰⽅法等。
在本⽂中，着重介绍⽬前使⽤较多的知识表⽰⽅法。
⽬前使⽤较多的知识表⽰⽅法主要有：逻辑表⽰法、产⽣式表⽰法、框架表⽰法、语义⽹络表⽰法、⾯向对象表⽰等等。
2.3.2.1 ⼀阶谓词逻辑表⽰法[45]通过引⼊谓词、函数来对知识加以形式化描述，获得有关的逻辑公式，进⽽以机器内部代码表⽰的⼀种⽅法。
谓词逻辑是⼀种形式语⾔，它与⼈类的⾃然语⾔⽐较接近，是⽬前能够表达⼈类思维活动的⼀种最精确的语⾔，它具有丰富的表达能⼒，因⽽可以表⽰⼤量常识知识。
它具有简单、⾃然、精确、灵活、容易实现等特点。
⼀阶谓词的⼀般形式为 P(x1, x2 (x)n)。
其中，P 是谓词，x1, x2 (x)n是常量、变元或函数。
谓词逻辑适⽤于表⽰事物的状态、属性、概念等事实性的知识，也可以⽤来表⽰事物间关系的知识，即规则。
例如：物体 A 在物体 B 的上⾯，可以表⽰为：On(A,B)；物体 A 是书，可以表⽰为：book(A);书 A 在书 B 上，可以表⽰为：On(book(A),book(B))。
⼀阶谓词逻辑表⽰法的局限性在于它难以表达不确定性知识和启发性知识，推理⽅法在事实较多时易于出现组合爆炸，且推理过程繁杂、效率低。
2.3.2.2 产⽣式表⽰法多数较为简单的专家系统（Expert System）都是以产⽣式表⽰知识，相应的系统被称作产⽣式系统。
产⽣式系统，由知识库和推理机组成。
其中知识库由事实库和规则库组成。
事实库是已知事实的集合，规则库是产⽣式规则的集合。
规则则是产⽣式规则。
规则库蕴涵着将问题从初始状态转换到解状态的那些变换规则，规则库是专家系统的核⼼部分。
规则可以表⽰成与或树的形式，基于事实库中的事实通过与或树求值的过程就是推理。
第2章知识表示方法
命题( ∀ x)P(x)为假，当且仅当至少存在一个xi
∈D，使得P(xi)为假
∃ ：存在量词，意思是“至少有一个”、“存在有”
命题∈D( ∃，x使)P得(x)P为(x真i)为，真当且仅当至少存在一个xi
命题( ∃x)P(x)为假，当且仅当对论域中的所有
x，都有P(x)为假
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27页
2.4.1 框架的构成
＜框架名＞
＜槽名1＞
＜侧面11＞
＜值111＞…＜值11k1＞
一般 结构
＜侧面1n1＞ ＜值1n11＞…＜值1n1kn1＞
＜槽名2＞
＜侧面12＞
＜值121＞…＜值1211＞
＜侧面1n2＞ ＜值1n21＞…＜值1n21n2＞
…
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2.4.1 框架的构成 表示对象间关系的常用槽名
缺省：教学 姓名： 性别：（男，女） 学历：（中专，大学）
•含有5个槽，槽名分别为：“类属”、“工作”、“性别”、“学历”和 “类别”。槽名后面是其槽值。 •槽值“<知识分子>”又是一个框架名。 •“范围”、“缺省”是槽“工作”的两个不同的侧面，其后是侧面值
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练习一下
例 描述“学生”的框架 框架名：<学生>
z P和Q都可以是一个或一组数学表达式或自然语言
z可表示精确的、不精确的，而谓词公式只能精确的
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2.3.2 产生式表示知识方法
确定性和不确定性规则知识的产生式表示
确定性规则知识: 前面产生式的基本形式表示即可
不确定性规则知识 用如下形式表示 P→Q （可信度）
或者 IF P THEN Q （可信度）
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课题：UNIT I CHAP 3-2语义网络表示法
教学目标：认知知识的语义网络表示法。
重点掌握语义网络的结构，掌握二元语义网络表示方法，了解语义网络的特点。
通过实际表示的图示过程，增强对知识的信息表述能力。
教学重点：语义网络表示的词法、结构、过程、语义。
教学难点：如何选择节点和弧线来构成语义网络。
教学方法：课堂理解与讨论相结合。
教学后记：
教学过程
一、复习与导入
前面所学习过的知识表示法五种。
二、新授
语义网络（Semantic network）是由节点和带标记的边（弧）组成的一种网络图。
其中节点表示事物、对象、状态等，边（弧）表示节点间的联系。
语义网络可以表示人类用语言进行描述的知识。
常见的语义关系有以下几种：
1 •类属关系
类属关系表示类与个体关系，是最常用的一种语义关系，通常用”is_a”或ISA标识。
是一个
李华------------------ ►!中学生
2.聚类关系
聚类关系表示部分与整体的关系，用Part-Of标识。
3.属性关系
属性关系表示个体、属性及其取值，其中有向弧表示属性。
4.泛化关系
指类结点与更高的类之间的关系，AKO (A Kind Of )作为标识。
植物动物 |
5.所属关系
表示关系"具有”，用"have”标识。
语义网络具有结构性、联想性、自然性、非严格性的特点。
由结点和弧组成的语义网络，直观、自然、易于理解，但其对于量词的描述局限，很难描述复杂的关系。
一个语义网络表示中学生珍爱银杏树，所构成的语义网络图。
图1-3-10语义网络
二元语义网络的表示：语义网络是知识的一种结构化图解表示，它由节点和弧线或链线组成。
节点用于表示实体、概念和情况等，弧线用于表示节点间的关系。
语义网络表示由下列4 个相关部分组成：
(1)词法部分决定表示词汇表中允许有哪些符号，它涉及各个节点和弧线。
(2)结构部分叙述符号排列的约束条件，指定各弧线连接的节点对。
(3)过程部分说明访问过程，这些过程能用来建立和修正描述，以及回答相关问题。
(4)语义部分确定与描述相关的(联想)意义的方法即确定有关节点的排列及其占有物和对应弧线。
语义网络具有下列特点：
(1)能把实体的结构、属性与实体间的因果关系显式地和简明地表达出来，与实体相关的事实、特征和关系可以通过相应的节点弧线推导出来。
(2)由于与概念相关的属性和联系被组织在一个相应的节点中，因而使概念易于受访和学习。
(3)表现问题更加直观，更易于理解，适于知识工程师与领域专家沟通。
(4)语义网络结构的语义解释依赖于该结构的推理过程而没有结构的约定，因而得到的推理不能保证像谓词逻辑法那样有效。
(5)节点间的联系可能是线状、树状或网状的，甚至是递归状的结构，使相应的知识存储和检索可能需要比较复杂的过程。
三、巩固深化实例体会语义网络的表示。
用此法表示某实例。
知识的语义网络表示，是贴近中学生的
实例描述知识。
主题如紫外线指数参考旅游、简单动物与植物识别系统、交通工具选择参考等，注意类似问题通常没有标准答案，只要同学们表示知识方式的选择具有充分理由，就被认为是正确的。
四、归纳小结
知识表示方法很多，本节了解其中的 6 种，有图示法和公式法，结构化方法，陈述式表示和过程式表示等。
状态空间法是一种基于解答空间的问题表示和求解方法，它是以状态和操作符为基础。
由于需要扩展过多节点，容易出现“组合爆炸” ，因而只适用于表示比较简单的问题。
问题归约法从目标(要解决的问题)出发，逆向推理，通过一系列变换把初始问题变换为子问题集合和子子问题集合，直至最后归约为一个平凡的本原问题集合。
这些本原问题的解可以直接得到从而解决了初始问题，用与或图来有效地说明问题归约法的求解途径。
问题归约法能够比状态空间法更有效地表示问题。
状态空间法是问题归约法的一种特例。
在问题归约法的与或图中，包含有与节点和或节点，而在状态空间法中只含有或节点。
谓词逻辑法采用谓词合适公式和一阶谓词演算。
是一种形式语言，能够把数学中的逻辑论证符号化。
谓词逻辑法常与其它表示方法混合使用，灵活方便，可以表示比较复杂的问题。
语义网络是一种结构化表示方法，可用于表示多元关系，扩展后可以表示更复杂的问题。
框架是一种结构化表示方法。
由指定事物各个方面的槽组成，每个槽拥有若干个侧面，而每个侧面又可拥有若干个值。
必须同时使用许多框架，并可把它们联成一个框架系统。
在表示和求解比较复杂的问题时，采用单一的知识表示方法是远远不够的。
往往必须采用多种方法混合表示。
例如，综合采用框架、语义网络、谓词逻辑的过程表示方法(两种以上)，可使所研究的问题获得更有效的解决。
在选择知识表示方法时，
还要考虑所使用的程序设计语言所提供的功能和特点，
以便能 够更好地描述这些表示方法。
机器运用知识模拟人类智能，
首先需要解决知识在机器中的表示， 其本质是对知识的符 号化过程。
知识表示模式形式多样，状态空间表示法、产生式表示法、框架、与或树表示法。
智能搜索代理，种类多样，选择著名的搜索引擎
search engin 中baidu , google , yahoo ,感
受其智能程度。
五、拓展
知识表示的其他方法，剧本表示法和过程表示法，表示法的原理和应用范 : .. t
长期存緖交换单元
JCX X 复膨吏令顶甸下
令底向上
图12-7纽织级的结船框图 六、成果交流
学生在电子学习档案袋中发布实践与思考问题的感受和活动成果
七、课后记 其他方法
围。
输岀 馴协调
级。