2_知识的表示

表示方法的粗略比较

表示方法	优点	缺点
一阶谓词逻辑表示法	严谨	无法表示不确定性知识，结构化，层次化知识，可能产生组合爆炸
产生式表示法	严谨，可以表述不确定性知识	无法表示结构化，层次化知识，可能产生组合爆炸
语义网络表示法	可以表示结构化知识，避免组合优化问题	不严谨
框架表示法	可以表示结构化，层次化知识	不严谨，不易于表示过程化知识

一阶谓词逻辑表示法

谓词公式表示知识的步骤

定义描述状态的谓词，说明谓词的定义，并说明其中个体变元的个体域
定义描述动作的谓词，说明谓词的定义，先决条件，对于状态的改变
使用描述状态和动作的谓词，描述整个过程：定义初始状态以及结束状态，描述状态的转换以及导致状态转换的动作。

优缺点分析

优点

严密性。可以较精确的表示知识，而且正确的推理所得结果也是正确的。
易于实现。易于知识模块化，易于在计算机上实现。

缺点

效率低。把推理演算与知识含义截然分开，抛弃了表达内容中的所含有的语义，使得推理过程太过于冗杂。
表示能力差。不便于表达或加入非确定性知识。
组合爆炸。在其推理过程中，随着事实数目的增大及盲目的使用推例规则，有可能形成组合爆炸。

例子1：张三和李四打网球

例子1：张三和李四打网球

谓词

PLAY(x,y,z): x和y进行z活动
x的个体域是
z的个体域是

个体词

zhang: 张三
li: 李四
tennis: 打网球

表示

PLAY(zhang,li,tennis)

例子2 全称量词和存在量词的表示

所有庞贝人都是罗马人

谓词

POMPIAN(x): x是庞贝人
ROMAN(x): x是罗马人

表示

∀x(POMPIAN(x)→ROMAN(x))

所有教师都有自己的学生

对于所有x，如果x是一个教师，那么一定存在一个个体y，y是x的学生

所有的整数不是奇数就是偶数

对于所有的x，如果x是整数，那么x是奇数或偶数
I(x): x是整数
E(x):x是奇数
O(x): x是偶数
那么：

\[∀x( I(x) → ((¬E(x)∧O(x))∨(E(x)∧¬O(x)))) \]

值得注意的是逻辑"或",其与“异或”是不同的。

例子3：机器人移动盒子

机器人由c处出发，到达a处从桌子上拿起盒子，行进到b处将盒子放在桌子上，返回c处。

描述状态的谓词

Table(x):x是桌子
Empty(y):y手中是空的
At(y,z):y在z处
Holds(y,w):y拿着w
On(w,x):w在x桌面上

变元的个体域

个体变元	x	y	z	w
个体域

描述动作的谓词

Goto(x,y): 从x处走到y处
先决条件: At(robot,x)
状态改变:

DELET	ADD
At(robot,x)	At(robot,y)

Pickup(x): 在x处拿起盒子
先决条件: At(robot,x),On(box,x),Table(x),Empty(robot)
状态改变：

DELET	ADD
Empty(robot),On(box,x)	Holds(robot,box)

Setdown(x): 在x处放下盒子
先决条件: Holds(robot,box),At(robot,x),Table(x)
状态改变：

DELET	ADD
Holds(robot,box)	Empty(robot),On(box,x)

动作描述

例子4：猴子摘香蕉

产生式表示法

基本表示

事实的表示

（对象，属性，值）eg，(snow, color, white)
（关系，对象1，对象2）eg，(love, Wang Feng，country)
（对象，属性，值，可信度因子） &&（关系，对象1，对象2，可信度因子）

规则的表示

if P then Q

优缺点

优点

自然性: 采用"如果......，则......"的形式，人类的判断性知识基本一致。
可以表示不确定性知识。

缺点

效率较低: 各规则之间的联系必须以综合数据库为媒介。并且，其求解过程是一种反复进行的"匹配一冲突消解一执行"过程。这样的执行方式将导致执行的低效率。
不便于表示结构性知识: 由于产生式表示中的知识具有一致格式，且规则之间不能相互调用，因此那种具有结构关系或层次关系的知识则很难以自然的方式来表示

例子1：猴子摘香蕉问题

例子2：传教士过河问题

从传教士过河的例题中，我们可以看到产生式表示法一个非常重要的结论：

对于同一个状态，依据规则集可以导出多个状态，这些状态可能有些是不合理的。例如上面的过河，可能出现岸边传教士为-1的情况。

语义网络表示法

基本表示

语义基元

（节点1，弧，节点二），

语义关系

名称	含义	概念
实例关系`ISA`	是一个	具体与抽象
分类关系`AKO`	是一种	子类与超类
成员关系`A-Member-of`	是一员	个体与集体

以上语义关系都具有属性的继承性。

名称	含义	概念
聚类关系`Part-of`	是一部分	部分与整体
属性关系`Have`&&`Can`	有&&能	事物与属性
时间关系`Before`&&`After`	前&&后	时间先后
位置关系`Located-on`...	上	...
相近关系`Similar-to`&&`Near-to`	相似，接近	...

优缺点

优点

结构化，采用把事物的属性以及事物间的各种语义联系显式地表示出来，是一种结构化的知识表示方法
自索引性，把各接点之间的联系以明确、简洁的方式表示出来，通过与某一结点连结的弧可以很容易的找出与该结点有关的信息，而不必查找整个知识库。这种自索引能力有效的避免搜索时所遇到的组合爆炸问题。

缺点

非严格性:，没有象谓词那样严格的形式表示体系，一个给定语义网络的含义完全依赖于处理程序对它所进行的解释，通过语义网络所实现的推理不能保证其正确性。
复杂性: 语义网络表示知识的手段是多种多样的，这虽然对其表示带来了灵活性，但同时也由于表示形式的不一致，使得它的处理增加了复杂性。

例子：属性表示

1

2

3

例子：情况的表示

小燕子这只燕子从春天到秋天占有了一个巢

例子：事件和动作的表示

常河给江涛一个U盘

框架表示法

基本结构

就是使用类似于罗列的方式，表示一个事物的特征
框架之间可以继承

例子：学生框架，研究生框架，实例框架

Frame <Student>
  Name: Unit (Last-name, First-name)
  Sex: Area (male, female)
       Default: male //缺省
  Age: Unit (Years)
       If-Needed: Ask-Age //询问赋值
  Address: < S-Address>
  Telephone: Home Unit (Number)
             Mobile Unit (Number)
             If-Needed: Ask-Telephone //询问赋值

Frame <Master>
  AKO: <Student> //预定义槽名
  Major: Unit (Major) //专业
      If-Needed: Ask - Major //询问赋值
      If-Added: Check-Major //后继处理
  Field: Unit (Field) //方向
      If-Needed : Ask - Field //询问赋值
  Advisor: Unit (Last-name, First-name) //导师
      If-Needed : Ask -Visor //询问赋值
  Project: Area (National, Provincial, Other) //项目
      Default: National //缺省
  Paper: Area (SCI, EI, Core, General) //论文
      Default: Core //缺省

杨叶，女，计算机专业，参加了导师林海的网络智能研究方向的省部级项目；

Frame <Master-1>
  ISA: <Master> //是一个
  Name: Yang, Ye
  Sex: female
  Major: Computer
  Field: Web-Intelligence //方向Web智能
  Advisor: Lin Hai //导师林海
  Project: Provincial //项目省部级

柳青，22岁，计算机专业，导师是林海，论文被EI收录。

Frame <Master-2>
  ISA: <Master>
  Name: Liu, Qing
  Age: 22
  Major: Computer
  Advisor: Lin Hai
  Paper: EI

额外提一下If-Needed和If-Added

If-Needed 操作是在系统试图查询某个事物框架中未记载的属性值时激活，并根据查询需求，被动地即时产生所需要的属性值;

If-Added 操作是在系统对某个框架的属性作赋值或修改工作后激活（如If-Needed），目的在于通过这些后继处理，主动做好配套操作，以消除可能存在的不一致。

简单例子

范伟，男，30岁, 1996年10月到2012年8月间在计算机学院任讲师

Frame：〈Teacher-1〉
  Name: Fan，Wei
  Sex: Male
  Age: 30
  Job： Lecturer
  Work-time:
  Start: 1996-10
  End: 2012-08
  Department： Computer Science

posted @ 2020-09-15 23:18 zqybegin 阅读(1060) 评论(0) 收藏举报

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一阶谓词逻辑表示法

谓词公式表示知识的步骤

优缺点分析

例子1：张三和李四打网球

例子2 全称量词和存在量词的表示

例子3：机器人移动盒子

例子4：猴子摘香蕉

产生式表示法

基本表示

优缺点

例子1：猴子摘香蕉问题

例子2：传教士过河问题

语义网络表示法

基本表示

优缺点

例子：属性表示

1

2

3

例子：情况的表示

例子：事件和动作的表示

框架表示法

基本结构

例子：学生框架，研究生框架，实例框架

简单例子

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