AI2知识表示.pptx

第二章第二章 知识表示知识表示教学重点：一阶谓词逻辑表示法、状态空间表教学重点：一阶谓词逻辑表示法、状态空间表示法、产生式表示法、语义网络表示法和框架示法、产生式表示法、语义网络表示法和框架表示法。表示法。教学难点：用上述表示法表示实际问题。教学难点：用上述表示法表示实际问题。2.1 知识表示概述知识表示概述2.1.1 知识、信息和数据知识、信息和数据 知识是人类智能的基础；智能活动过程主要知识是人类智能的基础；智能活动过程主要是一个获取知识并运用知识的过程。人工智能问是一个获取知识并运用知识的过程。人工智能问题的求解也是以知识为基础的；题的求解也是以知识为基础的；知识的获取知识的获取、知知识的表示识的表示和和运用知识进行推理运用知识进行推理是是AI学科要研究的学科要研究的三个主要问题。三个主要问题。本章，将对知识的有关概念及常用的知识表本章，将对知识的有关概念及常用的知识表示方法进行讨论。示方法进行讨论。2.1 知识表示概述知识表示概述 数据与信息是两个密切相关的概念。数据与信息是两个密切相关的概念。数据数据是是记录信息的符号，是信息的载体和表示。记录信息的符号，是信息的载体和表示。信息信息是是对数据的解释，是数据在特定场合下的具体含义。对数据的解释，是数据在特定场合下的具体含义。另外，数据和信息又是两个不同的概念，相另外，数据和信息又是两个不同的概念，相同的数据在不同的环境下表示不同的含义，蕴含同的数据在不同的环境下表示不同的含义，蕴含有不同的信息。同样的信息也可以用不同的数据有不同的信息。同样的信息也可以用不同的数据表示出来。表示出来。2.1 知识表示概述知识表示概述 信息是要以数据的形式来表达和传递的，数据信息是要以数据的形式来表达和传递的，数据中蕴含着信息，然而，并不是所有的数据中都蕴含中蕴含着信息，然而，并不是所有的数据中都蕴含着信息，只有那些有格式的数据才有意义。对数据着信息，只有那些有格式的数据才有意义。对数据中的信息的理解也是主观的、因人而异的，是以增中的信息的理解也是主观的、因人而异的，是以增加知识为目的的。加知识为目的的。不同格式的数据蕴含的信息多少也是不同的，不同格式的数据蕴含的信息多少也是不同的，比如，图像数据所蕴含的信息量大，而文本数据所比如，图像数据所蕴含的信息量大，而文本数据所蕴含的信息量少。蕴含的信息量少。2.1 知识表示概述知识表示概述 知识知识是相关信息关联在一起形成的信息结构，是相关信息关联在一起形成的信息结构，是建立在数据和信息的基础之上的。是建立在数据和信息的基础之上的。知识、信息和数据是三个层次的概念。有格式知识、信息和数据是三个层次的概念。有格式的数据经过处理、理解过程会形成信息，把有关的的数据经过处理、理解过程会形成信息，把有关的信息关联到一起，经过处理过程就形成了知识。知信息关联到一起，经过处理过程就形成了知识。知识是用信息表达的，信息则是用数据表达的，这种识是用信息表达的，信息则是用数据表达的，这种层次不仅反映了数据、信息和知识的因果产生关系，层次不仅反映了数据、信息和知识的因果产生关系，也反映了它们不同的抽象程度。人类在社会实践过也反映了它们不同的抽象程度。人类在社会实践过程中，主要的智能活动就是获取知识，并运用知识程中，主要的智能活动就是获取知识，并运用知识解决生活中遇到的各种问题。解决生活中遇到的各种问题。2.1 知识表示概述知识表示概述2.1 知识表示概述知识表示概述2.1.2 知识的特征知识的特征 知识是人们把实践中获得的信息关联在一知识是人们把实践中获得的信息关联在一起所形成的信息结构。具有以下特征：起所形成的信息结构。具有以下特征：1）相对正确性）相对正确性 2）不确定性）不确定性 3）可表示性）可表示性 4）可利用性）可利用性2.1 知识表示概述知识表示概述2.1.3 知识的分类知识的分类 对知识从不同的角度划分，可得到不同的分对知识从不同的角度划分，可得到不同的分类结果。类结果。1）按知识的作用范围划分，可分为）按知识的作用范围划分，可分为常识性知常识性知识识和和领域性知识领域性知识。2）以知识的作用及表示来划分，可分为）以知识的作用及表示来划分，可分为事实事实性知识性知识、规则性知识规则性知识、控制性知识控制性知识和和元知识元知识。2.1 知识表示概述知识表示概述 3）按知识的确定性来划分，可分为）按知识的确定性来划分，可分为确定性知确定性知识识和和不确定性知识不确定性知识。4）按人类的思维及认识方法来分，可分为）按人类的思维及认识方法来分，可分为逻逻辑性知识辑性知识和和形象性知识形象性知识。2.1 知识表示概述知识表示概述2.1.4 知识的表示知识的表示 知识表示知识表示是研究用机器表示知识的可行性、有是研究用机器表示知识的可行性、有效性的一般方法，是一种数据结构与控制结构的统效性的一般方法，是一种数据结构与控制结构的统一体，既考虑知识的存储又考虑知识的使用。一体，既考虑知识的存储又考虑知识的使用。知识表示知识表示实际上就是对人类知识的一种描述，实际上就是对人类知识的一种描述，以表示成计算机能够处理的数据结构。对知识进行以表示成计算机能够处理的数据结构。对知识进行表示的过程就是把知识编码成某种数据结构的过程。表示的过程就是把知识编码成某种数据结构的过程。2.1 知识表示概述知识表示概述 知识表示方法可分为陈述性知识表示和过程性知识表示方法可分为陈述性知识表示和过程性知识表示两大类。知识表示两大类。1）陈述性知识表示陈述性知识表示主要描述事实性知识。这类主要描述事实性知识。这类表示方法将知识表示与知识的运用（推理）分开处理表示方法将知识表示与知识的运用（推理）分开处理，表示知识时，并不涉及如何运用知识的问题，是一，表示知识时，并不涉及如何运用知识的问题，是一种静态的描述方法。种静态的描述方法。2）过程性知识表示过程性知识表示主要用来描述规则性知识主要用来描述规则性知识和控制结构知识。它将知识的表示与运用相结合，是和控制结构知识。它将知识的表示与运用相结合，是一种动态的描述方法。一种动态的描述方法。2.1 知识表示概述知识表示概述知识表示的要求：知识表示的要求：1、表示能力表示能力：要求能够正确、有效地将问题求解所需要的：要求能够正确、有效地将问题求解所需要的各类知识都表示出来；各类知识都表示出来；2、可理解性可理解性：所表示的知识应易懂、易读；：所表示的知识应易懂、易读；3、便于知识的获取便于知识的获取：使得智能系统能够渐进的增加知识，：使得智能系统能够渐进的增加知识，逐步进化；同时在吸收新知识的同时便于消除可能引起的新逐步进化；同时在吸收新知识的同时便于消除可能引起的新老知识之间的矛盾，便于知识一致性维护；老知识之间的矛盾，便于知识一致性维护；4、便于搜索便于搜索：表示知识的符号结构和推理机制应支持对知：表示知识的符号结构和推理机制应支持对知识库的高效搜索；识库的高效搜索；5、便于推理便于推理：要能够从已有的知识中推出需要的答案和结：要能够从已有的知识中推出需要的答案和结论。论。2.1 知识表示概述知识表示概述农夫、狐狸、鹅和麦粒农夫、狐狸、鹅和麦粒 农夫欲将一只银狐、一只肥鹅和一些可口的麦农夫欲将一只银狐、一只肥鹅和一些可口的麦粒带到河的对岸。不巧，因船太小，他每次只能粒带到河的对岸。不巧，因船太小，他每次只能带一样财产渡到对岸。更糟的是，不加照管的狐带一样财产渡到对岸。更糟的是，不加照管的狐狸会吃掉鹅，不加照管的鹅会吃掉麦粒。因此，狸会吃掉鹅，不加照管的鹅会吃掉麦粒。因此，农夫不能让狐狸和鹅单独放在一起，也不能把鹅农夫不能让狐狸和鹅单独放在一起，也不能把鹅和麦粒单独留下。如何是好？和麦粒单独留下。如何是好？2.1 知识表示概述知识表示概述1、一种好的描述方式，建立在一种好的表达形式的、一种好的描述方式，建立在一种好的表达形式的约定的基础上，为求解敞开了大门；一种糟糕的描约定的基础上，为求解敞开了大门；一种糟糕的描述方式，使用一种糟糕的表达形式，则是一堵妨碍述方式，使用一种糟糕的表达形式，则是一堵妨碍问题求解的墙。问题求解的墙。2、一旦问题以一种合适的表达形式来描述，此问题、一旦问题以一种合适的表达形式来描述，此问题几乎接近解决。几乎接近解决。2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法2.2.1 知识的谓词逻辑表示法知识的谓词逻辑表示法 谓词公式谓词公式就是用谓词联接符号将一些谓词按照就是用谓词联接符号将一些谓词按照一定的逻辑关系连接起来所形成的公式。一定的逻辑关系连接起来所形成的公式。1）对事实性知识，谓词逻辑的表示法通常是）对事实性知识，谓词逻辑的表示法通常是由以合取符号（由以合取符号（）和析取符号（）和析取符号（）联接形成的）联接形成的谓词公式来表示。谓词公式来表示。2）对规则性知识，谓词逻辑表示法通常以由）对规则性知识，谓词逻辑表示法通常以由单条件符号（单条件符号（）联接形成的谓词公式来表示。）联接形成的谓词公式来表示。2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法2.2.2 用谓词公式表示知识的步骤用谓词公式表示知识的步骤 1）定义谓词及个体，确定每个谓词及个体的）定义谓词及个体，确定每个谓词及个体的确切含义。确切含义。2）根据所要表达的事物，为每个谓词中的变）根据所要表达的事物，为每个谓词中的变元赋以特定的值。元赋以特定的值。3）根据所要表达的知识的语义，用适当的连）根据所要表达的知识的语义，用适当的连接符号将各个谓词联接起来，形成谓词公式。接符号将各个谓词联接起来，形成谓词公式。2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法2.2.3 谓词公式表示知识举例谓词公式表示知识举例 例：例：设有下列事实性知识：设有下列事实性知识：吴琼是一名计算机学院的学生，但他不喜欢吴琼是一名计算机学院的学生，但他不喜欢编程序。编程序。陈雷比他父亲长的高。陈雷比他父亲长的高。请用谓词公式表示这些知识。请用谓词公式表示这些知识。2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法解：首先定义谓词如下：解：首先定义谓词如下：COMPUTER(x)：x是计算机学院的学生。是计算机学院的学生。LIKE(x，y)：x喜欢喜欢y。HIGHER(x，y)：x比比y长的高。长的高。第二步：给变元赋值第二步：给变元赋值 这里涉及的这里涉及的 个体有：吴琼（个体有：吴琼（wuqiong），编程），编程序（序（programming），陈雷（），陈雷（chenlei），以函数），以函数father（chenlei）表示陈雷的父亲。）表示陈雷的父亲。2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法 COMPUTER(wuqiong)；LIKE(wuqiong，programming)；HIGHER(chenlei，father（chenlei）)第三步：将谓词联接成谓词公式第三步：将谓词联接成谓词公式 COMPUTER(wuqiong)LIKE(wuqiong，programming)HIGHER(chenlei，father（chenlei）)2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法例：例：有以下规则性知识有以下规则性知识 人人爱劳动人人爱劳动 所有整数不是偶数就是奇数所有整数不是偶数就是奇数 自然数都是大于零的整数自然数都是大于零的整数 请用谓词公式表示这些知识。请用谓词公式表示这些知识。2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法解：首先定义谓词如下：解：首先定义谓词如下：MAN(x)：x是人。是人。LOVE (x,y)：x爱爱y。N(x)：x是自然数。是自然数。I(x)：x是整数。是整数。E(x)：x是偶数。是偶数。O(x)：x是奇数。是奇数。GZ(x)：x大于零。大于零。2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法 按照第二步和第三步的要求，以上知识可分别按照第二步和第三步的要求，以上知识可分别表示为：表示为：人人爱劳动人人爱劳动 (x)x)（MANMAN（x x）LOVELOVE（x x，labourlabour）自然数都是大于零的整数自然数都是大于零的整数 (x)x)（N(x)GZ(x)I(x)所有的整数不是偶数就是奇数所有的整数不是偶数就是奇数 (x)x)（I(x)E(x)O(x)2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法例例:机器人搬积木问题表示机器人搬积木问题表示 设在一个房间里，有一个机器人设在一个房间里，有一个机器人ROBOT，一个，一个壁橱壁橱ALCOVE，一个积木块，一个积木块BOX，两个桌子，两个桌子A和和B。开始时，机器人在壁橱的旁边，且两手是空的，桌开始时，机器人在壁橱的旁边，且两手是空的，桌子子A上放着积木块，桌子上放着积木块，桌子B上是空的。机器人将把上是空的。机器人将把积木从桌子积木从桌子A上转移到桌子上转移到桌子B上。上。请用一阶谓词逻辑表示这一问题。请用一阶谓词逻辑表示这一问题。2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法解：解：1）本为题涉及的常量定义为：）本为题涉及的常量定义为：机器人：机器人：ROBOT;积木块：积木块：BOX;壁橱：壁橱：ALCOVE;桌子：桌子：A，B2）定义谓词如下：）定义谓词如下：TABLE(x):x是桌子是桌子EMPTYHANDED(x):x双手是空的双手是空的AT(x，y):x在在y的旁边的旁边HOLDS(y,w):y拿着拿着w ON(w，x):w在在x的上面的上面EMPTYTABLE(x):桌子桌子x上是空的上是空的2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法3)根据问题的描述将问题的初始状态和目标状态分别用谓词根据问题的描述将问题的初始状态和目标状态分别用谓词公式表示出来。公式表示出来。问题的初始状态：问题的初始状态：AT(ROBOT,ALCOVE)EMPTYHANDED(ROBOT)ON(BOX,A)TABLE(A)TABLE(B)EMPTYTABLE(B)问题的目标状态：问题的目标状态：AT(ROBOT,ALCOVE)EMPTYHANDED(ROBOT)ON(BOX,B)TABLE(A)TABLE(B)EMPTYTABLE(A)2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法4）问题表示出来之后，如何求解问题。）问题表示出来之后，如何求解问题。对此问题求解，实际上就是要寻找一组机器人对此问题求解，实际上就是要寻找一组机器人可执行的操作，利用这组操作实现初始状态到目标可执行的操作，利用这组操作实现初始状态到目标状态的转变。状态的转变。通过分析会发现，操作一般分为先决条件和动通过分析会发现，操作一般分为先决条件和动作两部分。先决条件可以容易的用谓词公式表示，作两部分。先决条件可以容易的用谓词公式表示，而动作可通过动作前后的状态变化表示出来，即只而动作可通过动作前后的状态变化表示出来，即只要指出执行动作后，应从动作前的状态表中删除和要指出执行动作后，应从动作前的状态表中删除和增加什么谓词公式就描述了相应的动作。增加什么谓词公式就描述了相应的动作。2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法 本例中，机器人将积木块从桌子本例中，机器人将积木块从桌子A上移到桌子上移到桌子B上要执行的操上要执行的操作有如下三个：作有如下三个：1）GOTO(x,y):从从x处走到处走到y处处 2）PICK-UP(x):在在x处拿起盒子处拿起盒子 3）SET-DOWN(x):在在x处放下盒子处放下盒子 这三个操作可分别用条件和动作表示如下：这三个操作可分别用条件和动作表示如下：1）GOTO(x,y)条件：条件：AT(ROBOT,x)动作：删除动作：删除 AT(ROBOT,x)增加增加 AT(ROBOT,y)2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法2）PICK-UP(x)条件：条件：ON(BOX,x)TABLE(x)AT(ROBOT,x)EMPTYHANDED(ROBOT)动作：删除动作：删除 ON(BOX,x)EMPTYHANDED(ROBOT)增加增加 HOLDS(ROBOT,BOX)3）SET-DOWN(x)条件：条件：TABLE(x)AT(ROBOT,x)HOLDS(ROBOT,BOX)动作：删除动作：删除 HOLDS(ROBOT,BOX)增加增加 ON(BOX,x)EMPTYHANDED(ROBOT)机器人在执行每一操作之前，总要先检查所需的先决条件是否满足，机器人在执行每一操作之前，总要先检查所需的先决条件是否满足，只有先决条件得到满足以后，才执行相应的动作。只有先决条件得到满足以后，才执行相应的动作。2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法2.2.4 一阶谓词逻辑表示法的特点一阶谓词逻辑表示法的特点 1）自然性）自然性 2）适合精确性知识的表示）适合精确性知识的表示 3）易实现）易实现2.2 一阶谓词逻辑表示法一阶谓词逻辑表示法 思考题思考题：房内有一只猴子、一个箱子，天花板：房内有一只猴子、一个箱子，天花板上挂了一串香蕉。猴子为了拿到香蕉，它必须把箱上挂了一串香蕉。猴子为了拿到香蕉，它必须把箱子推倒香蕉下面，然后再爬到箱子上。子推倒香蕉下面，然后再爬到箱子上。请定义必要的谓词，写出问题的初始状态，目请定义必要的谓词，写出问题的初始状态，目标状态（猴子拿到香蕉，站在箱子上）。标状态（猴子拿到香蕉，站在箱子上）。2.3 产生式表示法产生式表示法2.3.1 什么是产生式什么是产生式 “产生式产生式”这一术语是这一术语是1943年由美国数学家年由美国数学家Post首先提出的，他根据串替换规则提出了一种称为首先提出的，他根据串替换规则提出了一种称为Post机的计算模型，模型中的每一条规则称为一个机的计算模型，模型中的每一条规则称为一个产生式。所以，产生式表示法又称为产生式规则表产生式。所以，产生式表示法又称为产生式规则表示法。示法。2.3 产生式表示法产生式表示法2.3.2 产生式可表示的知识种类及基本形式产生式可表示的知识种类及基本形式 适合表示规则性知识和事实性知识，通常用于适合表示规则性知识和事实性知识，通常用于表示具有因果关系的知识表示具有因果关系的知识。进一步可分为确定性和。进一步可分为确定性和不确定性知识表示。其基本形式是：不确定性知识表示。其基本形式是：PQ 或或IF P THEN Q2.3 产生式表示法产生式表示法2.3.3 知识的表示方法知识的表示方法 1.确定性规则知识的产生式表示确定性规则知识的产生式表示PQ 或或 IF P THEN Q 其中，其中，P是产生式的前提；是产生式的前提；Q是一组结论或操是一组结论或操作，用于指出前提作，用于指出前提P所指示的条件被满足时所指示的条件被满足时,应该应该得出的结论或应该执行的操作。得出的结论或应该执行的操作。2.3 产生式表示法产生式表示法2.不确定性规则知识的产生式表示不确定性规则知识的产生式表示 PQ （置信度）（置信度）或或 IF P THEN Q（置信度）（置信度）其中，其中，P是产生式的前提；是产生式的前提；Q是一组结论或操作。已知事是一组结论或操作。已知事实与前提中所规定的条件不能精确匹配时，只要按照实与前提中所规定的条件不能精确匹配时，只要按照“置置信度信度”的要求达到一定的相似度，就认为已知事实与前提的要求达到一定的相似度，就认为已知事实与前提条件相匹配，再按照一定的算法将这些可能性（或不确定条件相匹配，再按照一定的算法将这些可能性（或不确定性）传递到结论。性）传递到结论。2.3 产生式表示法产生式表示法3.确定性事实性知识的产生式表示确定性事实性知识的产生式表示事实性知识的表示形式一般使用三元组来表示：事实性知识的表示形式一般使用三元组来表示：（对象，属性，值）或（关系，对象（对象，属性，值）或（关系，对象1，对象，对象2）如如“老李年龄是老李年龄是40岁岁”，可表示成：，可表示成：（Li，Age，40）而而“老李和老张是好朋友老李和老张是好朋友”，可表示成：，可表示成：（Friend，Li，Zhang）2.3 产生式表示法产生式表示法4.不确定性事实性知识的产生式表示不确定性事实性知识的产生式表示不确定事实性知识的表示形式一般使用四元组来表示：不确定事实性知识的表示形式一般使用四元组来表示：（对象，属性，值，置信度值）（对象，属性，值，置信度值）或或（关系，对象（关系，对象1，对象，对象2，置信度值），置信度值）如如“老李的年龄很可能是老李的年龄很可能是40岁岁”，可表示成：，可表示成：（Li，Age，40，0.8）而而“老李和老张是好朋友的可能性不大老李和老张是好朋友的可能性不大”，可表示为：，可表示为：（Friend，Li，Zhang，0.1）2.3 产生式表示法产生式表示法另一种表示：另一种表示：例：例：“中国的首都是北京中国的首都是北京”中国的首都是北京中国的首都是北京2.3 产生式表示法产生式表示法2.3.4 产生式系统的组成产生式系统的组成 产生式系统一般由三个基本部分组成：规则库、产生式系统一般由三个基本部分组成：规则库、综合数据库和推理机。它们之间的关系如下图所示。综合数据库和推理机。它们之间的关系如下图所示。2.3 产生式表示法产生式表示法 规则库规则库就是用于描述某领域内知识的产生式集就是用于描述某领域内知识的产生式集合，包含着将问题从初始状态转换成目标状态的变合，包含着将问题从初始状态转换成目标状态的变换规则。是专家系统的核心。换规则。是专家系统的核心。综合数据库综合数据库又称为事实库，用于存放输入的事又称为事实库，用于存放输入的事实、外部数据库输入的事实以及中间结果和最后结实、外部数据库输入的事实以及中间结果和最后结果的工作区。果的工作区。推理机推理机是一个或一组程序，用来控制和协调规是一个或一组程序，用来控制和协调规则库与综合数据库的运行，包含了推理方式和控制则库与综合数据库的运行，包含了推理方式和控制策略。策略。2.3 产生式表示法产生式表示法通常，从选择规则到执行操作分通常，从选择规则到执行操作分3步完成：步完成：匹配、匹配、冲突解决和操作。冲突解决和操作。例如：例如：R1：Bird(x)Fly(x)R2：Bird(x),Not-emu(x)Fly(x)emu：鸸鹋（产于澳洲的一种体型大而不会飞的鸟）：鸸鹋（产于澳洲的一种体型大而不会飞的鸟）(用前提的规模排序，用前提的规模排序，R2将作为启用规则将作为启用规则)2.3 产生式表示法产生式表示法2.3.5 产生式系统的推理方式产生式系统的推理方式 产生式系统的推理方式有正向推理、反向推理和双向推理三种：产生式系统的推理方式有正向推理、反向推理和双向推理三种：1.正向推理正向推理：也称为数据驱动方式或自底向上的方式；从已知事实：也称为数据驱动方式或自底向上的方式；从已知事实出发，通过规则库求得结论，便于宽度优先搜索出发，通过规则库求得结论，便于宽度优先搜索。其推理过程是：。其推理过程是：1）规则库中的规则的前件与综合数据库中的事实进行匹配，得到）规则库中的规则的前件与综合数据库中的事实进行匹配，得到匹配的规则集合。匹配的规则集合。2）使用冲突解决算法，从匹配规则集合中选择一条规则作为启用）使用冲突解决算法，从匹配规则集合中选择一条规则作为启用规则。规则。3）执行启用规则的后件，将该启用规则的后件送入综合数据库并）执行启用规则的后件，将该启用规则的后件送入综合数据库并对综合数据库进行必要的修改。对综合数据库进行必要的修改。重复这个过程直至达到目标。正向推理的典型系统：重复这个过程直至达到目标。正向推理的典型系统：CLIPS（C语语言集成产生式系统）言集成产生式系统）2.3 产生式表示法产生式表示法 2.反向推理反向推理：也称为目标驱动方式或自顶向下的方式；从目标：也称为目标驱动方式或自顶向下的方式；从目标（作为假设）出发，反向使用规则，求得已知事实；便于深（作为假设）出发，反向使用规则，求得已知事实；便于深度优先搜索；其推理过程是：度优先搜索；其推理过程是：1）规则库中的规则后件与目标事实进行匹配，得到匹）规则库中的规则后件与目标事实进行匹配，得到匹配的规则集合。配的规则集合。2）使用冲突解决算法，从匹配规则集合中选择一条规）使用冲突解决算法，从匹配规则集合中选择一条规则作为启用规则。则作为启用规则。3）将启用规则的前件作为子目标。）将启用规则的前件作为子目标。重复这个过程直至个子目标均为已知事实，则反向推理重复这个过程直至个子目标均为已知事实，则反向推理过程成功结束。过程成功结束。反向推理的典型系统：反向推理的典型系统：PROLOG2.3 产生式表示法产生式表示法 3.双向推理双向推理：推理从两个方向同时进行，直至某：推理从两个方向同时进行，直至某个到达相同的中间事实则成功结束。这种推理方式个到达相同的中间事实则成功结束。这种推理方式较正向或反向推理所形成的推理网络小，从而推理较正向或反向推理所形成的推理网络小，从而推理效果更高。效果更高。2.3 产生式表示法产生式表示法正向推理正向推理If A Then B，If B Then C ，If C Then D反向推理：规则重写为反向推理：规则重写为If D Then C，If C Then B，If B Then A2.3 产生式表示法产生式表示法例：在动物识别系统中，包含如下几条规则：例：在动物识别系统中，包含如下几条规则：R1:IF 该动物有毛发该动物有毛发 THEN 它是哺乳动物；它是哺乳动物；R2:IF 该动物是哺乳动物该动物是哺乳动物 AND 它反刍它反刍 THEN 它是它是有蹄类动物；有蹄类动物；R3:IF 该动物是有蹄动物该动物是有蹄动物 AND 它有长脖子它有长脖子 AND 它它有长腿有长腿 AND身上有暗斑点身上有暗斑点 THEN该动物是长颈鹿。该动物是长颈鹿。2.3 产生式表示法产生式表示法2.4.6 产生式表示法的特点产生式表示法的特点 1）清晰性。）清晰性。2）模块性。）模块性。3）自然性。）自然性。2.3 产生式表示法产生式表示法 例：设有下列八数码难题：例：设有下列八数码难题：在一个在一个33的方框内放有的方框内放有8个编号的小方块，紧邻空位个编号的小方块，紧邻空位的小方块可以移动到空位上，通过移动小方块可将某一布的小方块可以移动到空位上，通过移动小方块可将某一布局变化为另一布局。局变化为另一布局。请用产生式规则表示移动小方块的操作并求解。请用产生式规则表示移动小方块的操作并求解。28316754123847652.3 产生式表示法产生式表示法 解：解：1）建立产生式规则集合：所谓棋盘状态的变建立产生式规则集合：所谓棋盘状态的变化就是希望棋盘上空格周围的棋子走进空格，这也化就是希望棋盘上空格周围的棋子走进空格，这也可以理解为空格的移动，只要实现空格的上、下、可以理解为空格的移动，只要实现空格的上、下、左、右四个移动即可。左、右四个移动即可。R1:if(j011)then begin Si0j0:=S i0(j01);S i0(j01):=0 endR2:if(i011)then begin Si0j0:=S(i01)j0;S(i0 1)j0:=0 endR3:if(j0+13)then begin Si0j0:=S i0(j0+1);S i0(j0+1):=0 endR4:if(i0+13)then begin Si0j0:=S(i0+1)j0;S(i01)j0:=0 end2.3 产生式表示法产生式表示法2）建立综合数据数据库：将棋盘的布局表示成矩阵）建立综合数据数据库：将棋盘的布局表示成矩阵的形式存入综合数据库。的形式存入综合数据库。3）按照产生式规则进行状态变换，实现推理求解。）按照产生式规则进行状态变换，实现推理求解。a）匹配）匹配 b）冲突的解决：采用一个启发式函数）冲突的解决：采用一个启发式函数 h(x),表示表示节点节点x所对应的棋盘中与目标节点对应的棋盘中棋所对应的棋盘中与目标节点对应的棋盘中棋子位置不同的个数。子位置不同的个数。c）操作执行。）操作执行。规则执行的序列为：规则执行的序列为：R4,R1,R2,R2,R1,R4,R32.3 产生式表示法产生式表示法思考题：思考题：农夫、狐狸、鹅和麦粒农夫、狐狸、鹅和麦粒 农夫欲将一只银狐、一只肥鹅和一些可口的麦农夫欲将一只银狐、一只肥鹅和一些可口的麦粒带到河的对岸。不巧，因船太小，他每次只能带粒带到河的对岸。不巧，因船太小，他每次只能带一样财产渡到对岸。更糟的是，不加照管的狐狸会一样财产渡到对岸。更糟的是，不加照管的狐狸会吃掉鹅，不加照管的鹅会吃掉麦粒。因此，农夫不吃掉鹅，不加照管的鹅会吃掉麦粒。因此，农夫不能让狐狸和鹅单独放在一起，也不能把鹅和麦粒单能让狐狸和鹅单独放在一起，也不能把鹅和麦粒单独留下。如何是好？独留下。如何是好？请用产生式表示。请用产生式表示。2.4 语义网络表示法语义网络表示法 语义网络是语义网络是J.R.Quillian于于1968年在他的博士论年在他的博士论文中作为人类联想记忆的一个心理模型最先提出的。文中作为人类联想记忆的一个心理模型最先提出的。语义网络最初主要用于自然语言理解的研究，语义网络最初主要用于自然语言理解的研究，Quillian主张应当把语义放在第一位，一个词的含主张应当把语义放在第一位，一个词的含义只有根据它所处的上下文环境才能准确的把握，义只有根据它所处的上下文环境才能准确的把握，一个句子中相关单词的语义或意思可以通过这种网一个句子中相关单词的语义或意思可以通过这种网络来表示。络来表示。基于基于Quillian的工作，的工作，Simon于于1970年正式提出年正式提出了语义网络的概念。了语义网络的概念。2.4 语义网络表示法语义网络表示法2.4.1 语义网络的概念及其结构语义网络的概念及其结构1.语义网络的概念及结构语义网络的概念及结构 语义网络是通过概念及其语义关系来表示知识的一种网语义网络是通过概念及其语义关系来表示知识的一种网络图，它是一个带标记的络图，它是一个带标记的有向图有向图。其中有向图的各。其中有向图的各节点节点用用来表示各种概念、事物、属性、情况、动作、状态等，节来表示各种概念、事物、属性、情况、动作、状态等，节点上的标注用来区分各节点所表示的不同对象，每个节点点上的标注用来区分各节点所表示的不同对象，每个节点可以带有若干个属性，以表示其所代表的不同对象的特性；可以带有若干个属性，以表示其所代表的不同对象的特性；弧弧是有方向、有标注的，方向用来体现节点间的主次关系，是有方向、有标注的，方向用来体现节点间的主次关系，而其上的标注则表示被联接的两个节点间的某种语义联系而其上的标注则表示被联接的两个节点间的某种语义联系或语义关系。或语义关系。2.4 语义网络表示法语义网络表示法 一个最简单的语义网络可由一个三元组表示：一个最简单的语义网络可由一个三元组表示：（节点（节点1，弧，节点，弧，节点2）可用如下图所示的有向图表示，称作基本网元。可用如下图所示的有向图表示，称作基本网元。ABR 其中，其中，A和和B分别代表节点，而分别代表节点，而R则表示则表示A和和B之间某种语义联系。之间某种语义联系。2.4 语义网络表示法语义网络表示法2.与谓词逻辑表示法和产生式表示法的联系与谓词逻辑表示法和产生式表示法的联系 从谓词逻辑表示法来看，一个基本网元相当于从谓词逻辑表示法来看，一个基本网元相当于一组一阶二元谓词。产生式表示法是以一条产生式一组一阶二元谓词。产生式表示法是以一条产生式规则作为知识的单位，各条产生式规则之间没有直规则作为知识的单位，各条产生式规则之间没有直接的联系。接的联系。而语义网络则不同，它不仅将基本网元视作一而语义网络则不同，它不仅将基本网元视作一种知识的单位，而且各个基本网元之间又是相互联种知识的单位，而且各个基本网元之间又是相互联系的。每一条产生式规则可以表示为语义网络的形系的。每一条产生式规则可以表示为语义网络的形式。式。2.4 语义网络表示法语义网络表示法2.5.2 语义网络中常用的语义联系语义网络中常用的语义联系 1.类属关系类属关系 类属关系是指具有共同属性的不同事物间的分类关系、成员关系或类属关系是指具有共同属性的不同事物间的分类关系、成员关系或实例关系。它体现的是实例关系。它体现的是“具体与抽象具体与抽象”、“个体与集体个体与集体”的层次关系。的层次关系。具体层节点位于抽象层节点的下层。类属关系的一个最主要的特征是属具体层节点位于抽象层节点的下层。类属关系的一个最主要的特征是属性的继承性，处在具体层的节点可以继承抽象层节点的所有属性。常用性的继承性，处在具体层的节点可以继承抽象层节点的所有属性。常用的类属关系有：的类属关系有：AKO：“是一种是一种”（a kind of），表示一事物是另一事物的一种），表示一事物是另一事物的一种类型。类型。AMO：“是一员是一员”（a member of），表示一事物是另一事物的），表示一事物是另一事物的一个成员。一个成员。ISA：“是一个是一个”（is a），表一事物是另一事物的一个实例。），表一事物是另一事物的一个实例。类属关系具有属性的继承性。类属关系具有属性的继承性。2.4 语义网络表示法语义网络表示法2.包含关系包含关系 包含关系也称为聚类关系，是指具有组织或结包含关系也称为聚类关系，是指具有组织或结构特征的构特征的“部分与整体部分与整体”之间的关系。它和类属关之间的关系。它和类属关系的最主要区别是包含关系一般不具备属性的继承系的最主要区别是包含关系一般不具备属性的继承性。常用的包含关系是：性。常用的包含关系是：Part-of：“是一部分是一部分”，表示一个事物是另，表示一个事物是另一个事物的一部分，该关系不具继承性。一个事物的一部分，该关系不具继承性。2.4 语义网络表示法语义网络表示法3.占有关系占有关系 占有关系是事物或属性之间的占有关系是事物或属性之间的“具有具有”关系。常用的占有关系有：关系。常用的占有关系有：Have：含义为：含义为“有有”，表示一个节点拥有另一个节点表示的事物。，表示一个节点拥有另一个节点表示的事物。4.时间关系时间关系 时间关系是指不同事件在其发生时间方面的先后次序关系，节点间时间关系是指不同事件在其发生时间方面的先后次序关系，节点间的属性不具有继承性。常用的时间关系有：的属性不具有继承性。常用的时间关系有：Before：“在在前前”，表示一个事件在另一个事件之前发生。，表示一个事件在另一个事件之前发生。After：“在在后后”，表示一个事件在另一个事件之后发上，表示一个事件在另一个事件之后发上 During：“在在期间期间”，表示某一事件或动作在某个时间段内发生。，表示某一事件或动作在某个时间段内发生。2.4 语义网络表示法语义网络表示法5.位置关系位置关系 位置关系是指不同事物在位置方面的关系，节点间的属位置关系是指不同事物在位置方面的关系，节点间的属性不具有继承性。常用的位置关系有：性不具有继承性。常用的位置关系有：Located-on：“在在上上”，表示某一物体在另一物体之上。，表示某一物体在另一物体之上。Located-at：“在在”，表示某一物体在另一位置。，表示某一物体在另一位置。Located-under：“在在内内”，表示某一物体在另一物体之，表示某一物体在另一物体之内。内。Located-outside：“在在外外”，表示某一物体在另一物体，表示某一物体在另一物体之外。之外。2.4 语义网络表示法语义网络表示法6.相近关系相近关系 相近关系是指不同事物在形状、内容等方面相相近关系是指不同事物在形状、内容等方面相似或相近。常用的相近关系有：似或相近。常用的相近关系有：Similar-to：“相似相似”，表示某一事物与另一事，表示某一事物与另一事物相似。物相似。Near-to：“接近接近”，表示某一事物与另一事物，表示某一事物与另一事物接近。接近。7.推论关系推论关系是指从一个概念推出另一个概念的语义关是指从一个概念推出另一个概念的语义关系。系。2.4 语义网络表示法语义网络表示法8.因果关系因果关系是指由于某一事件的发生而导致另一事件的发生，是指由于某一事件的发生而导致另一事件的发生，适于表示规则性知识。通常用适于表示规则性知识。通常用Ifthen表示两