人工智能第二章知識(shí)表示方法

1、第二章 知識(shí)表示方法教學(xué)內(nèi)容：本章討論知識(shí)表示的各種方法， 是人工智能課程三大內(nèi)容 (知識(shí)表示、 知識(shí)推理、知識(shí)使用)之一，也是學(xué)習(xí)人工智能其他內(nèi)容的基礎(chǔ)。教學(xué)重點(diǎn)： 狀態(tài)空間法、問題歸約法、謂詞邏輯法、語義網(wǎng)絡(luò)法。教學(xué)難點(diǎn)： 狀態(tài)描述和狀態(tài)空間圖示、問題歸約機(jī)制、置換和合一。教學(xué)方法： 課堂教學(xué)為主，同時(shí)結(jié)合離散數(shù)學(xué)等已學(xué)的內(nèi)容實(shí)時(shí)提問、收集 學(xué)生學(xué)習(xí)情況，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的多媒體素材來表示抽象概念。教學(xué)要求： 重點(diǎn)掌握用狀態(tài)空間法、問題歸約法、謂詞演算法、語義網(wǎng)絡(luò)法來描 述問題；解決問題； 掌握幾種主要方法之間的差別； 并對(duì)其它幾種表示方法有一 般了解。2.1 狀態(tài)空間法教學(xué)內(nèi)容： 本節(jié)

2、是通過狀態(tài)空間法來求解問題，它是以狀態(tài)和算符 (operator) 為基礎(chǔ)來表示和求解問題的。教學(xué)重點(diǎn)： 問題的狀態(tài)描述，操作符。教學(xué)難點(diǎn)： 選擇一個(gè)好的狀態(tài)描述和狀態(tài)空間表示方案。教學(xué)方法：以課堂教學(xué)為主；充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的多媒體素材來闡述抽象概念。教學(xué)要求： 重點(diǎn)掌握對(duì)某個(gè)問題的狀態(tài)空間描述， 學(xué)會(huì)組織狀態(tài)空間圖， 用搜索 圖來求解問題。2.1.1 問題狀態(tài)描述1、狀態(tài)( State )的基本概念狀態(tài) (state) 是為描述某類不同事物間的差別而引入的一組最少變量q0，qi,，qn的有序集合，其矢量形式如下：Q=qo,q 1,qn T(2.1)式中每個(gè)元素qi(i=0,1，n)為集合的

3、分量，稱為狀態(tài)變量。給定每個(gè)分量的 一組值就得到一個(gè)具體的狀態(tài)，如(2.2)Q= qo k,q ik, ，qnk算符 ：使問題從一種狀態(tài)變化為另一種狀態(tài)的手段稱為操作符或算符。 操作 符可為走步、過程、規(guī)則、數(shù)學(xué)算子、運(yùn)算符號(hào)或邏輯符號(hào)等。問題的狀態(tài)空間 (state space) 是一個(gè)表示該問題全部可能狀態(tài)及其關(guān)系的 圖，它包含三種說明的集合，即所有可能的問題初始狀態(tài)集合S、操作符集合F以及目標(biāo)狀態(tài)集合 G因此，可把狀態(tài)空間記為三元狀態(tài)(S，F(xiàn)，G)。提問： 1. 列舉已經(jīng)學(xué)習(xí)過的“狀態(tài)”概念，并比較之。 2. 列舉算符。舉例： 列舉幾個(gè)日常生活中狀態(tài)和算符的例子，如：棋局。討論： 每走一

4、步后，棋局都變化了，以此來理解問題的狀態(tài)空間。2、狀態(tài)空間的表示法對(duì)一個(gè)問題的狀態(tài)描述，必須確定 3 件事：(1) 該狀態(tài)描述方式，特別是初始狀態(tài)描述；(2) 操作符集合及其對(duì)狀態(tài)描述的作用；(3) 目標(biāo)狀態(tài)描述的特性。舉例：講解初始狀態(tài)、算符、中間狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)之間的關(guān)系；講解三數(shù)碼難題 的狀態(tài)變化過程。2.1.2 狀態(tài)圖示法圖的基本概念圖由節(jié)點(diǎn) (不一定是有限的節(jié)點(diǎn) )的集合構(gòu)成。 一對(duì)節(jié)點(diǎn)用弧線連接起來， 從 一個(gè)節(jié)點(diǎn)指向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這種圖叫做 有向圖 (directed graph) 。某個(gè)節(jié)點(diǎn)序列(nii,ni2,n ik)當(dāng)j=2，3，k時(shí)，如果對(duì)于每一個(gè)m，j-i 都有一個(gè)后繼節(jié)

5、點(diǎn) nij 存在，那么就把這個(gè)節(jié)點(diǎn)序列叫做從節(jié)點(diǎn) ni1 至節(jié)點(diǎn) nik 的 長度為 k 的路徑。代價(jià)(cost)是給各弧線指定數(shù)值以表示加在相應(yīng)算符上的代價(jià)。圖的顯式說明 是指各節(jié)點(diǎn)及其具有代價(jià)的弧線由一張表明確給出。圖的隱式說明 是指各節(jié)點(diǎn)及其具有代價(jià)的弧線不能由一張表明確給出。提問： 舉已經(jīng)學(xué)習(xí)過的“有向圖”、“路徑”及“代價(jià)”等的概念。舉例： 針對(duì)三數(shù)碼難題的狀態(tài)變化過程講解圖的幾個(gè)基本概念2.1.3 狀態(tài)空間表示舉例1、產(chǎn)生式系統(tǒng)一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)由下列 3 部分組成：一個(gè)總數(shù)據(jù)庫 (global database) ，它含有和具體任務(wù)有關(guān)的信息。一套規(guī)則 ，它對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作運(yùn)算。 每

6、條規(guī)則由左右兩部分組成， 左部鑒 別規(guī)則的適用性或先決條件， 右部描述規(guī)則使用時(shí)所完成的動(dòng)作。 使用規(guī)則來改 變數(shù)據(jù)庫。一個(gè)控制策略 ，它確定應(yīng)該采用哪一條適用規(guī)則， 而且當(dāng)數(shù)據(jù)庫的終止條件 滿足時(shí)，就停止計(jì)算。2、狀態(tài)空間表示舉例猴子和香蕉的問題狀態(tài)空間表示 用四元組(w x, y, z)其中：W猴子的水平位置；x 當(dāng)猴 子在箱子頂上時(shí)取x=1;否則取x=0; 丫箱子的水平位置；z-當(dāng)猴子摘到香蕉時(shí) 取 z=1 ；否則取 z=0。算符(1) goto(U) 猴子走到水平位置 U；(2) pushbox(V) 猴子把箱子推到水平位置 V；(3) climbbox 猴子爬上箱頂；(4) gras

7、p 猴子摘到香蕉。求解過程 令初始狀態(tài)為 (a,0,b,0) 。這時(shí), goto(U) 是唯一適用的操作,并 導(dǎo)致下一狀態(tài) (U, 0, b,0) 。現(xiàn)在有 3 個(gè)適用的操作,即 goto(U) , pushbox(V) 和climbbox(若U=b)。把所有適用的操作 繼續(xù)使用于每個(gè)狀態(tài)，我們就能夠得 到狀態(tài)空間圖, 如圖所示。 從圖不難看出, 把該初始狀態(tài)變換為目標(biāo)狀態(tài)的操作 序列為：goto(b),pushbox(c),climbbox,grasp 舉例：針對(duì)多媒體上的猴子和香蕉問題的狀態(tài)空間圖， 講解問題的狀態(tài)空間表示 和產(chǎn)生式規(guī)則的使用。2.2 問題歸約法教學(xué)內(nèi)容：知識(shí)表示的歸約法，

8、即已知問題的描述， 通過一系列變換把此問題最 終變?yōu)橐粋€(gè)子問題集合； 這些子問題的解可以直接得到， 從而解決了初始問題的 方法。教學(xué)重點(diǎn)： 問題歸約的基本思想，問題描述，問題變換的操作符，和或圖表示。教學(xué)難點(diǎn)： 如何把初始問題變換為子問題，和或圖表示方法。教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主， 充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的相關(guān)多媒體素材來表示抽象概 念。教學(xué)要求： 通過梵塔難題重點(diǎn)掌握問題歸約法的機(jī)理和問題歸約描述方法。 學(xué)會(huì) 用和或圖表示歸約問題。2.2.1 問題歸約描述1、問題歸約法的概念已知問題的描述， 通過一系列變換把此問題最終變?yōu)橐粋€(gè)子問題集合； 這些 子問題的解可以直接得到，從而解決了初始問題。該方法也

9、就是從目標(biāo) （要解決的問題 ） 出發(fā)逆向推理，建立子問題以及子問題 的子問題， 直至最后把初始問題歸約為一個(gè)平凡的本原問題集合。 這就是問題歸 約的實(shí)質(zhì)。2、問題歸約法的組成部分（1）一個(gè)初始問題描述；（2）一套把問題變換為子問題的操作符；（3）一套本原問題描述。3、示例：梵塔難題問題 有3個(gè)柱子（1 , 2, 3）和3個(gè)不同尺寸的圓盤（A, B, C）。在每個(gè)圓盤 的中心有個(gè)孔，所以圓盤可以堆疊在柱子上。最初，全部 3個(gè)圓盤都堆在柱子 1 上：最大的圓盤C在底部，最小的圓盤A在頂部。要求把所有圓盤都移到柱子 3 上,每次只許移動(dòng)一個(gè), 而且只能先搬動(dòng)柱子頂部的圓盤, 還不許把尺寸較大的 圓盤

10、堆放在尺寸較小的圓盤上。歸約過程(1) 移動(dòng)圓盤A和B至柱子2的雙圓盤難題；(2) 移動(dòng)圓盤C至柱子3的單圓盤難題；(3) 移動(dòng)圓盤A和B至柱子3的雙圓盤難題。由上可以看出簡化了難題每一個(gè)都比原始難題容易， 所以問題都會(huì)變成易解 的本原問題。講述： 梵塔問題的來源。提問： 一圓盤問題要走幾步？兩圓盤問題要走幾步？三個(gè)、四個(gè)等？4、歸約描述問題歸約方法是使用算符來把問題描述變換為子問題描述?？梢杂脿顟B(tài)空間表示的三元組合(S、F、G)來規(guī)定和描述問題；對(duì)于梵塔問 題，子問題(111)- (122) , (122) -(322)以及(322) -(333)規(guī)定 了最后解答路徑將要通過的腳踏石狀態(tài) (

11、122)和(322) 。問題歸約方法可以使用狀態(tài)、 算符和目標(biāo)這些表示法來描述問題， 這并不意 味著問題歸約法和狀態(tài)空間法是一樣的。2.2.2 和或圖表示1、和或圖的概念用一個(gè)類似圖的結(jié)構(gòu)來表示把問題歸約為后繼問題的替換集合， 畫出歸約問 題圖。例如，設(shè)想問題A需要由求解問題B、C和D來決定，那么可以用一個(gè)和圖 來表示；同樣，一個(gè)問題 A或者由求解問題B、或者由求解問題C來決定，則可 以用一個(gè)或圖來表示。舉例： 含有和圖和或圖的混合圖。提問：對(duì)于一個(gè)和或圖如何引入附加節(jié)點(diǎn)， 使得后繼問題的每個(gè)集合能夠聚集在 它們各自的父輩節(jié)點(diǎn)之下。2、和或圖的有關(guān)術(shù)語父節(jié)點(diǎn) 是一個(gè)初始問題或是可分解為子問題的

12、問題節(jié)點(diǎn)；子節(jié)點(diǎn) 是一個(gè)初始問題或是子問題分解的子問題節(jié)點(diǎn)；或節(jié)點(diǎn) 只要解決某個(gè)問題就可解決其父輩問題的節(jié)點(diǎn)集合；和節(jié)點(diǎn) 只有解決所有子問題，才能解決其父輩問題的節(jié)點(diǎn)集合；弧線 是父輩節(jié)點(diǎn)指向子節(jié)點(diǎn)的圓弧連線；終葉節(jié)點(diǎn) 是對(duì)應(yīng)于原問題的本原節(jié)點(diǎn)。舉例： 對(duì)于一個(gè)和或圖。提問： 指出圖中的父節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn)、或節(jié)點(diǎn)、和節(jié)點(diǎn)、弧線和終葉節(jié)點(diǎn)。3、和或圖的有關(guān)定義可解節(jié)點(diǎn) 和或圖中一個(gè)可解節(jié)點(diǎn)的一般定義可以歸納如下：(1) 終葉節(jié)點(diǎn)是可解節(jié)點(diǎn) ( 因?yàn)樗鼈兒捅驹瓎栴}相關(guān)連 )。(2) 如果某個(gè)非終葉節(jié)點(diǎn)含有或后繼節(jié)點(diǎn)， 那么只有當(dāng)其后繼節(jié)點(diǎn)至少有一 個(gè)是可解的時(shí)，此非終葉節(jié)點(diǎn)才是可解的。(3) 如果某個(gè)

13、非終葉節(jié)點(diǎn)含有和后繼節(jié)點(diǎn)， 那么只要當(dāng)其后繼節(jié)點(diǎn)全部為可 解時(shí)，此非終葉節(jié)點(diǎn)才是可解的。舉例： 對(duì)于一個(gè)和或圖。提問： 指出圖中的終葉節(jié)點(diǎn)、可解節(jié)點(diǎn)、不可解節(jié)點(diǎn)。不可解節(jié)點(diǎn) 不可解節(jié)點(diǎn)的一般定義歸納于下：(1) 沒有后裔的非終葉節(jié)點(diǎn)為不可解節(jié)點(diǎn)。(2) 如果某個(gè)非終葉節(jié)點(diǎn)含有或后繼節(jié)點(diǎn)， 那么只有當(dāng)其全部后裔為不可解 時(shí)，此非終葉節(jié)點(diǎn)才是不可解的。(3) 如果某個(gè)非終葉節(jié)點(diǎn)含有和后繼節(jié)點(diǎn)， 那么只要當(dāng)其后裔至少有一個(gè)為 不可解時(shí)，此非終葉節(jié)點(diǎn)才是不可解的。舉例： 對(duì)于三圓盤梵塔難題根據(jù)構(gòu)圖規(guī)則畫出其歸約圖。提問： 指出圖中的終葉節(jié)點(diǎn)、可解節(jié)點(diǎn)、不可解節(jié)點(diǎn)。課后作業(yè)： 教材第二章習(xí)題 22和 2

14、5 4、和或圖構(gòu)圖規(guī)則(1) 和或圖中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)要解決的單一問題或問題集合。 圖中所含 起始節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于原始問題。(2) 對(duì)應(yīng)于本原問題的節(jié)點(diǎn)，叫做終葉節(jié)點(diǎn)，它沒有后裔。(3) 對(duì)于把算符使用于問題 A 的每種可能情況，都把問題變換為一個(gè)子問 題集合；有向弧線自 A 指向后繼節(jié)點(diǎn)，表示所求得的子問題集合。(4) 一般對(duì)于代表兩個(gè)或兩個(gè)以上子問題集合的每個(gè)節(jié)點(diǎn)， 有向弧線從此節(jié) 點(diǎn)指向此子問題集合中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)。(5) 在特殊情況下，當(dāng)只有一個(gè)算符可使用于問題 A,而且這個(gè)算符產(chǎn)生具 有一個(gè)以上子問題的某個(gè)集合時(shí)， 由上述規(guī)則 3 和規(guī)則 4 所產(chǎn)生的圖可以得到簡 化。2.3 謂詞邏輯法教學(xué)

15、內(nèi)容： 本節(jié)主要講述問題的謂詞邏輯表示的基本方法。教學(xué)重點(diǎn)： 謂詞邏輯、謂詞公式、謂詞演算、置換和合一。教學(xué)難點(diǎn)： 如何選擇謂詞，問題的謂詞邏輯表示及運(yùn)算。教學(xué)方法： 課堂教學(xué)為主，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程中的示例程序。教學(xué)要求： 重點(diǎn)掌握謂詞邏輯表示的語言和方法， 掌握謂詞公式的性質(zhì)及謂詞演 算，學(xué)會(huì)謂詞公式的置換和合一，運(yùn)用謂詞推理來解決問題。2.3.1 謂詞演算1、語法和語義謂詞邏輯的基本組成部分是謂詞符號(hào)、 變量符號(hào)、 函數(shù)符號(hào)和常量符號(hào)， 并 用圓括弧、方括弧、花括弧和逗號(hào)隔開，以表示論域內(nèi)的關(guān)系。原子公式是由若干謂詞符號(hào)和項(xiàng)組成， 只有當(dāng)其對(duì)應(yīng)的語句在定義域內(nèi)為真 時(shí)，才具有值T(真)；而

16、當(dāng)其對(duì)應(yīng)的語句在定義域內(nèi)為假時(shí)，該原子公式才具有 值F(假)。2、連詞和量詞連詞有人(和)、v(或)，全稱量詞(Px)，存在量詞(EJx)原子公式是謂詞演算的基本積木塊，運(yùn)用連詞能夠組合多個(gè)原子公式以構(gòu)成 比較復(fù)雜的合適公式。3、幾個(gè)有關(guān)定義用連詞人把幾個(gè)公式連接起來而構(gòu)成的公式叫做 合取,而此合取式的每個(gè)組 成部分叫做合取項(xiàng)。一些合適公式所構(gòu)成的任一合取也是一個(gè) 合適公式。用連詞V把幾個(gè)公式連接起來所構(gòu)成的公式叫做 析取,而此析取式的每一組 成部分叫做析取項(xiàng)。由一些合適公式所構(gòu)成的任一析取也是一個(gè) 合適公式。用連詞一連接兩個(gè)公式所構(gòu)成的公式叫做 蘊(yùn)涵。蘊(yùn)涵的左式叫做前項(xiàng)，右式 叫做后項(xiàng)。如果

17、前項(xiàng)和后項(xiàng)都是合適公式，那么蘊(yùn)涵也是合適公式。前面具有符號(hào)的公式叫做 否定。一個(gè)合適公式的否定也是合適公式。量化一個(gè)合適公式中的某個(gè)變量所得到的表達(dá)式也是合適公式。 如果一個(gè)合 適公式中某個(gè)變量是經(jīng)過量化的， 就把這個(gè)變量叫做 約束變量，否則就叫它為自 由變量。在合適公式中，感興趣的主要是所有變量都是受約束的。這樣的合適公 式叫做句子。謂詞公式1、謂詞合適公式的定義在謂詞演算中合適公式的遞歸定義如下：(1) 原子謂詞公式是合適公式。(2) 若A為合適公式，則A也是一個(gè)合適公式。(3) 若A和B都是合適公式，則(A A B)，(A V B)，(A=>B)和(A B)也都是 合適公式。(4)

18、 若A是合適公式，x為A中的自由變元，則x)A和C x)A都是合適公 式。(5) 只有按上述規(guī)則(1)至(4)求得的那些公式，才是合適公式。舉例：試把下列命題表示為謂詞公式：任何整數(shù)或者為正或者為負(fù)提問：指出此例題謂詞公式中的量詞、連詞及蘊(yùn)涵符號(hào)2、合適公式的性質(zhì)(1) 否定之否定(P)等價(jià)于PP VQ等價(jià)于iQ(3) 狄摩根定律(P V Q)等價(jià)于PAQ(P A Q)等價(jià)于PVQ(4) 分配律PA (QV R)等價(jià)于(P A Q)V (P A R)PV (QA R)等價(jià)于(P V Q)A (P V R)(5) 交換律PA Q等價(jià)于QA PPV Q等價(jià)于QV P(6) 結(jié)合律(P A Q)A

19、R等價(jià)于 PA (QA R)(P V Q)V R 等價(jià)于 PV (QV R)(7) 逆否律P Q等價(jià)于CHP此外，還可建立下列等價(jià)關(guān)系：(8) (：x)P(x)等價(jià)于(X)P(x)(x)P(x)等價(jià)于(：x)P(x)(9) ( x) P(x) A Q(x)等價(jià)于('x)P(x) A ( 'x)Q(x)(x) P(x) V Q(x)等價(jià)于('x)P(x) V ( 'x)Q(x)(10) ( x)P(x)等價(jià)于(y)P(y)C x)P(x)等價(jià)于 C y)P(y)證明：否定之否定，(P)等價(jià)于P。233置換和合一1、置換假元推理，就是由合適公式 W和 gW產(chǎn)生合適公

20、式 W的運(yùn)算全稱化推理，是由合適公式( x)W(x)產(chǎn)生合適公式 W(A)，其中A為任意常量符號(hào)。一個(gè)表達(dá)式的置換就是在該表達(dá)式中用置換項(xiàng)置換變量 一般說來，置換是可結(jié)合的，但置換是不可交換的。2、合一舉例：表達(dá)式P x,f(y),B s1=P z,f(w),B 尋找項(xiàng)對(duì)變量的置換，以使兩表達(dá)式一致，叫做 合一 (uni ficatio n)。如果 一個(gè)置換s作用于表達(dá)式集 E的每個(gè)元素，則用 E s來表示置換例的集。 稱表達(dá)式集 E是可合一的。如果存在一個(gè)置換s使得：E1s=E2s=E3s=-那么稱 此s為 E 的合一者，因?yàn)閟的作用是使集合 E成為單一形式。的一個(gè)置換為 s1= z/x,w

21、/y ，則:Px,f(y),B 2.4語義網(wǎng)絡(luò)法教學(xué)內(nèi)容： 本節(jié)主要講述知識(shí)的語義網(wǎng)絡(luò)表示法。教學(xué)重點(diǎn)： 語義網(wǎng)絡(luò)表示的詞法、結(jié)構(gòu)、過程、語義。教學(xué)難點(diǎn)： 如何選擇節(jié)點(diǎn)和弧線來構(gòu)成語義網(wǎng)絡(luò)。教學(xué)方法： 課堂教學(xué)。教學(xué)要求： 重點(diǎn)掌握語義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)， 掌握二元語義網(wǎng)絡(luò)表示方法， 了解語義網(wǎng) 絡(luò)的特點(diǎn)。2.4.1 二元語義網(wǎng)絡(luò)的表示1、語義網(wǎng)絡(luò)的基本概念語義網(wǎng)絡(luò)是知識(shí)的一種結(jié)構(gòu)化圖解表示， 它由節(jié)點(diǎn)和弧線或鏈線組成。 節(jié)點(diǎn) 用于表示實(shí)體、概念和情況等，弧線用于表示節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系。語義網(wǎng)絡(luò)表示由下列 4 個(gè)相關(guān)部分組成：(1) 詞法部分 決定表示詞匯表中允許有哪些符號(hào)， 它涉及各個(gè)節(jié)點(diǎn)和弧線。(2)

22、結(jié)構(gòu)部分 敘述符號(hào)排列的約束條件，指定各弧線連接的節(jié)點(diǎn)對(duì)。(3) 過程部分 說明訪問過程，這些過程能用來建立和修正描述，以及回答 相關(guān)問題。(4) 語義部分 確定和描述相關(guān)的 ( 聯(lián)想) 意義的方法即確定有關(guān)節(jié)點(diǎn)的排列 及其占有物和對(duì)應(yīng)弧線。語義網(wǎng)絡(luò)具有下列特點(diǎn)：(1) 能把實(shí)體的結(jié)構(gòu)、屬性和實(shí)體間的因果關(guān)系顯式地和簡明地表達(dá)出來， 和實(shí)體相關(guān)的事實(shí)、特征和關(guān)系可以通過相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)弧線推導(dǎo)出來。(2) 由于和概念相關(guān)的屬性和聯(lián)系被組織在一個(gè)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中， 因而使概念 易于受訪和學(xué)習(xí)。(3) 表現(xiàn)問題更加直觀，更易于理解，適于知識(shí)工程師和領(lǐng)域?qū)＜覝贤ā?4) 語義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的語義解釋依賴于該結(jié)構(gòu)的推

23、理過程而沒有結(jié)構(gòu)的約定， 因而得到的推理不能保證像謂詞邏輯法那樣有效。(5) 節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系可能是線狀、 樹狀或網(wǎng)狀的， 甚至是遞歸狀的結(jié)構(gòu)， 使相 應(yīng)的知識(shí)存儲(chǔ)和檢索可能需要比較復(fù)雜的過程。2、二元語義網(wǎng)絡(luò)的表示用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)和一條弧線可以表示一個(gè)簡單的事實(shí)， 對(duì)于表示占有關(guān)系的語義 網(wǎng)絡(luò)，是通過允許節(jié)點(diǎn)既可以表示一個(gè)物體或一組物體， 也可以表示情況和動(dòng)作。 每一情況節(jié)點(diǎn)可以有一組向外的弧 ( 事例弧 ) ，稱為事例框，用以說明和該事例有 關(guān)的各種變量。在選擇節(jié)點(diǎn)時(shí)， 首先要弄清節(jié)點(diǎn)是用于表示基本的物體或概念的， 或是用于 多種目的的。 否則，如果語義網(wǎng)絡(luò)只被用來表示一個(gè)特定的物體或概念， 那么當(dāng)

24、 有更多的實(shí)例時(shí)就需要更多的語義網(wǎng)絡(luò)。選擇語義基元就是試圖用一組基元來表示知識(shí)。 這些基元描述基本知識(shí)， 并 以圖解表示的形式相互聯(lián)系。舉例： 用二元語義網(wǎng)絡(luò)表示：小燕是一只燕子，燕子是鳥；巢 -1 是小燕的巢， 巢 -1 是巢中的一個(gè)。2.4.2 多元語義網(wǎng)絡(luò)的表示語義網(wǎng)絡(luò)是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 節(jié)點(diǎn)之間以鏈相連。 從本質(zhì)上講， 接點(diǎn)之間的連 接是二元關(guān)系。 語義網(wǎng)絡(luò)從本質(zhì)上來說， 只能表示二元關(guān)系， 如果所要表示的事 實(shí)是多元關(guān)系， 則把這個(gè)多元關(guān)系轉(zhuǎn)化成一組二元關(guān)系的組合， 或二元關(guān)系的合 取。具體來說，多元關(guān)系 R(Xi,化，X)總可以轉(zhuǎn)換成Ri (X11, X) A R (X21, X22

25、)AA R. (Xn1,Xn2)。要在語義網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換需要引入附加節(jié)點(diǎn)。舉例：用” Liming is a man ”的語義網(wǎng)絡(luò)和謂詞邏輯表示說明謂詞邏輯和語義 網(wǎng)絡(luò)的等效性。2.4.3 連詞和量化的表示可以用語義網(wǎng)絡(luò)表示謂詞邏輯法中的各種連詞及量化。1. 合取多元關(guān)系可以被轉(zhuǎn)換成一組二元關(guān)系的合取, 從而可以用語義網(wǎng)絡(luò)的形式表 示出來。2. 析取在語義網(wǎng)絡(luò)中,為和合取關(guān)系相區(qū)別,在析取關(guān)系的連接上加注析取界限, 并標(biāo)記 DIS。3. 否定采用ISA和PART 0咲系或標(biāo)注NEG界限來表示否定。4. 蘊(yùn)涵在語義網(wǎng)絡(luò)中可用標(biāo)注ANTE和CONS界限來表示蘊(yùn)涵關(guān)系。5. 量化存在量化在語義網(wǎng)

26、絡(luò)中可直接用ISA鏈來表示。而全稱量化就要用分割方法 來表示。2.5其他方法教學(xué)內(nèi)容：簡介知識(shí)表示的其他三種表示方法，即框架表示法、劇本表示法和過程表示法，闡述了三種表示法的原理和使用范圍。教學(xué)重點(diǎn)：各方法的基本原理及基本結(jié)構(gòu)。教學(xué)難點(diǎn)：各方法的推理過程。教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主。適當(dāng)提問，加深學(xué)生對(duì)概念的理解。教學(xué)要求：初步了解三種方法的基本原理。框架1、框架的構(gòu)成框架通常由描述事物的各個(gè)方面的槽組成，每個(gè)槽可以擁有若干個(gè)側(cè)面，而每個(gè)側(cè)面又可以擁有若干個(gè)值。一個(gè)框架的一般結(jié)構(gòu)如下：框架名槽1側(cè)面11值111側(cè)面12值121槽2側(cè)面21值211槽n側(cè)面n1值n11>III側(cè)面nm>

27、值nm1>較簡單的情景是用框架來表示諸如人和房子等事物。例如，一個(gè)人可以用其 職業(yè)、身高和體重等項(xiàng)描述，因而可以用這些項(xiàng)目組成框架的槽。當(dāng)描述一個(gè)具 體的人時(shí)，再用這些項(xiàng)目的具體值填入到相應(yīng)的槽中。 表2.2給出的是描述John 的框架。表2.2簡單框架示例JOHNIsa:PERSONProfessio n:PROGRAMMERHeight:1.8mWeight:79kg框架是一種通用的知識(shí)表達(dá)形式，對(duì)于如何運(yùn)用框架系統(tǒng)還沒有一種統(tǒng)一的 形式，常常由各種問題的不同需要來決定。2、框架的推理如前所述，框架是一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的語義網(wǎng)絡(luò)。因此語義網(wǎng)絡(luò)推理中的匹配和 特性繼承在框架系統(tǒng)中也可以實(shí)行。

28、 除此以外，由于框架用于描述具有固定格式 的事物、動(dòng)作和事件，因此可以在新的情況下，推論出未被觀察到的事實(shí)。框架 用以下幾種途徑來幫助實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：(1) 框架包含它所描述的情況或物體的多方面的信息。(2) 框架包含物體必須具有的屬性。在填充框架的各個(gè)槽時(shí)，要用到這些屬 性。(3) 框架描述它們所代表的概念的典型事例。用一個(gè)框架來具體體現(xiàn)一個(gè)特定情況的過程，經(jīng)常不是很順利的。但當(dāng)這個(gè)過程碰到障礙時(shí)，經(jīng)常不必放棄原來的努力去從頭開始，而是有很多辦法可想的：(1) 選擇和當(dāng)前情況相對(duì)應(yīng)的當(dāng)前的框架片斷， 并把這個(gè)框架片斷和候補(bǔ)框 架相匹配。選擇最佳匹配。(2) 盡管當(dāng)前的框架和要描述的情況之間有不相

29、匹配的地方， 但是仍然可以 繼續(xù)使用這個(gè)框架。(3) 查詢框架之間專門保存的鏈，以提出應(yīng)朝哪個(gè)方向進(jìn)行試探的建議。(4) 沿著框架系統(tǒng)排列的層次結(jié)構(gòu)向上移動(dòng)(即從狗框架一哺乳動(dòng)物框架- 動(dòng)物框架 )，直到找到一個(gè)足夠通用，并不和已有事實(shí)矛盾的框架。2.5.2 劇本劇本是框架的一種特殊形式， 它用一組槽來描述某些事件的發(fā)生序列， 就像 劇本中的事件序列一樣，故稱為“劇本”或腳本。一個(gè)劇本一般由以下各部分組成：(1) 開場條件 給出在劇本中描述的事件發(fā)生的前提條件。(2) 角色 用來表示在劇本所描述的事件中可能出現(xiàn)的有關(guān)人物的一些槽。(3) 道具 這是用來表示在劇本所描述的事件中可能出現(xiàn)的有關(guān)物體

30、的一些 槽。(4) 場景 描述事件發(fā)生的真實(shí)順序，可以由多個(gè)場景組成，每個(gè)場景又可 以是其它的劇本。(5) 結(jié)果 給出在劇本所描述的事件發(fā)生以后通常所產(chǎn)生的結(jié)果。例子： 以餐廳劇本為例說明劇本各個(gè)部分的組成 。根據(jù)劇本的重要性，可以有二種準(zhǔn)備劇本的方法。(1) 對(duì)于不屬于事件核心部分的劇本， 只需設(shè)置指向該劇本的指針即可， 以 便當(dāng)它成為核心時(shí)啟用。(2) 對(duì)于符合事件核心部分的劇本， 則應(yīng)使用在當(dāng)前事件中涉及到的具體對(duì) 象和人物去填寫劇本的槽。 劇本的前提、 道具、角色和事件等常能起到啟用劇本 的指示器的作用。一旦劇本被啟用， 則可以使用它來進(jìn)行推理。 其中最重要的是運(yùn)用劇本可以 預(yù)測沒有明

31、顯提及的事件的發(fā)生。劇本結(jié)構(gòu)，比起框架這樣的一些通用結(jié)構(gòu)來， 要呆板得多， 知識(shí)表達(dá)的范圍 也很窄，因此不適用于表達(dá)各種知識(shí)， 但對(duì)于表達(dá)預(yù)先構(gòu)思好的特定知識(shí)， 如理 解故事情節(jié)等，是非常有效的。2.5.3 過程語義網(wǎng)絡(luò)、框架和劇本等知識(shí)表示方法， 均是對(duì)知識(shí)和事實(shí)的一種靜止的表 達(dá)方法，是知識(shí)的一種顯式表達(dá)形式。 而對(duì)于如何使用這些知識(shí)， 則通過控制策 略來決定。和知識(shí)的陳述式表示相對(duì)應(yīng)的是知識(shí)的過程式表示。 所謂過程式表示就是將 有關(guān)某一問題領(lǐng)域的知識(shí)， 連同如何使用這些知識(shí)的方法， 均隱式地表達(dá)為一個(gè) 求解問題的過程。它所給出的是事物的一些客觀規(guī)律，表達(dá)的是如何求解問題。 知識(shí)的描述形式就是程序， 所有信息均隱含在程序之中。 從程序求解問題的效率 上來說，過程式表達(dá)要比陳述式表達(dá)高得多。 但因其知識(shí)均隱含在程序中， 因而 難于添加新知識(shí)和擴(kuò)充功能，適用范圍較窄。2.6 小 結(jié)知識(shí)表示方法很多， 本章介紹了其中的 7 種，有圖示法和公式法， 結(jié)構(gòu)化方 法，陳述式表示和過程式表示等。狀態(tài)空間法是一種基于解答空間的問題表示和求解方法， 它是以狀態(tài)和操作 符為基礎(chǔ)的。 在利用狀態(tài)空間圖表示時(shí)， 從某個(gè)初