知识库系统.ppt

1.基本概念基本概念l什么是知什么是知识l知知识的分的分类l知知识的属性的属性l什么是知什么是知识表示表示1-基本概念基本概念l什么是知什么是知识这里所里所谈的知的知识是知是知识处理的特殊理的特殊对象，与日常生活的知象，与日常生活的知识有有较大的区大的区别。知知识是以各种不同方式把多个信息关是以各种不同方式把多个信息关联在一起的信息在一起的信息结构。构。或者表达或者表达为“知知识是多个信息之是多个信息之间的关的关联”。如果把如果把“不与任何其他信息关不与任何其他信息关联”即即单独的一个信息也被独的一个信息也被认为是一种特殊的关是一种特殊的关联方式（不关方式（不关联），），则单个的信息也可以个的信息也可以看做是知看做是知识的特例，将此称之的特例，将此称之为“原子事原子事实”。如：。如：“他是他是军人人”，“穿穿军装装”等。如果把等。如果把这两种信息用两种信息用“如果如果则”这种因果关系种因果关系联系起来就成了一条知系起来就成了一条知识（规则），即），即“如果他是如果他是军人，人，则穿穿军装装”。2-基本概念基本概念l知知识的分的分类事事实：是指人是指人类对客客观事物的事物的值或状或状态的描述的描述。这种知种知识一一般不包含任何般不包含任何变量，可以用一个量，可以用一个值为真的命真的命题陈述或一种状述或一种状态的描述来表达。如今天天气很的描述来表达。如今天天气很热，他今年，他今年50岁等，都表示等，都表示一个事一个事实。它描述了客。它描述了客观事物在某种条件下各种属性或状事物在某种条件下各种属性或状态的真的真实值。规则：指可以分指可以分为前提（条件）和前提（条件）和结论两部分，用来表达因两部分，用来表达因果关系的知果关系的知识。它的一般形式。它的一般形式为：如果：如果A则B。A表示前提，表示前提，B表示表示结论或或应采取的采取的动作。作。规律：上述的律：上述的规则知知识一般一般还可以分可以分为不不带变量和量和带变量的量的规则两种。两种。把把带变量的量的规则称称为规律律。规律中的律中的变量一旦被量一旦被实例化例化为一个具体的一个具体的值，则规律就律就变成了一条具体的不成了一条具体的不带变量的量的规则。因此由。因此由规律可以引出律可以引出许多具体的多具体的规则。3-基本概念基本概念l知知识的属性的属性真真实性性相相对性性不完全性不完全性模糊性模糊性可表示性可表示性l表示方式：各种符号的表示方式：各种符号的逻辑组合，用合，用图形表示，物理表示方式形表示，物理表示方式l引申另外三种属性：引申另外三种属性：可存可存储性、可性、可传递性性和和可可处理性理性。4-基本概念基本概念l什么是知什么是知识表示表示所所谓知知识表示表示实际上就是上就是对知知识的一种描述，即的一种描述，即用用一些一些约定的符号把知定的符号把知识编码成一成一组计算机可以接受算机可以接受的数据的数据结构构。5-2.知知识识表示方法表示方法l产生式生式规则l语义网网络6-知知识识表示方法表示方法l知知识表示方法有：表示方法有：一一阶谓词逻辑、产生式生式规则、语义网网络、框架理、框架理论、面向、面向对象象等多种表示方法等多种表示方法。7-2.1 产产生式生式规则规则 l产生式生式规则的出的出现 产生生式式(Production)一一词，首首先先是是由由美美国国数数学学家家波波斯斯特特（E.Post）提提出出来来的的。波波斯斯特特根根据据替替换规则提提出出了了一一种种称称为波波斯斯特特机机的的计算算模模型型，模模型型中中的的每每一一条条规则当当时被被称称为一一个个产生生式式。后后来来，这一一术语几几经修修改改扩充充，被被用用到到许多多领域域。例例如如，形形式式语言言中中的的文文法法规则就就称称为产生生式式。产生式也称生式也称为产生式生式规则，或，或简称称规则。8-l产生式的一般形式生式的一般形式前件前件后件（后件（P Q）其其中中，前前件件就就是是前前提提，后后件件是是结论或或动作作，前前件件和和后后件件可可以以是是由由逻辑运运算算符符AND、OR、NOT组成的表达式。成的表达式。产生生式式规则的的语义是是：如如果果前前提提满足足，则可可得得结论或或者者执行行相相应的的动作作，即即后后件件由由前前件件来来触触发。所所以以，前前件件是是规则的的执行行条条件件，后后件件是是规则体。体。产产生式生式规则规则9-例如，下面就是几个例如，下面就是几个产生式生式规则：l(1)如果如果银行存款利率下行存款利率下调，那么股票价格上，那么股票价格上涨。l(2)如果炉温超如果炉温超过上限，上限，则立即关立即关闭风门。l(3)如如果果键盘突突然然失失灵灵，且且屏屏幕幕上上出出现怪怪字字符符，则是是病毒病毒发作。作。l(4)如如果果胶胶卷卷感感光光度度为200，光光线条条件件为晴晴天天，目目标距距离不超离不超过5米，米，则快快门速度取速度取250，光圈大小取，光圈大小取f16。一一条条产生生式式规则就就是是一一条条知知识。用用产生生式式可可以以实现推理和操作，推理和操作，产生式生式规则是知是知识表示形式。表示形式。产产生式生式规则规则10-产产生式生式规则规则l产生式生式规则的与或的与或树表示表示一一组产生式生式规则可形象地用一棵可形象地用一棵“与或与或树”表示如表示如图：这里用里用带弧弧线的表示的表示“与与”关系，不关系，不带弧弧线的表示的表示“或或”关系。关系。11-产产生式生式规则规则产生式规则组：B1，B2A；B3，B4，B5 A；C1，C2 B1；C3 B2；C4，C5，C6 B3；C7 B4；C8 B4；C9，C10 B5D1，D2 C5；D3 C5；D4，D5，D6 C8；AB5B4B3B2B1C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10D1D2D3D4D5D612-产产生式生式规则规则产生式生式规则的左右端都可以的左右端都可以为空空l后件：表示后件是一个无条件成立的后件：表示后件是一个无条件成立的结论（即一个（即一个事事实）或是一个无条件）或是一个无条件执行的行的动作。作。l前件前件：表示一个：表示一个问题，什么情况下会使前件成立，什么情况下会使前件成立（为真）。真）。13-l产生式系生式系统的的组成成产生生式式系系统由由三三部部分分组成成：产生生式式规则库、推推理理机机和和动态数据数据库，其，其结构如构如图所示。所示。产产生式生式规则规则14-产生式系生式系统结构构 产生式生式规则库推理机推理机动态数据数据库产生式生式规则库亦称亦称产生式生式规则集，由集，由领域域规则组成，在成，在机器中以某种机器中以某种动态数据数据结构构进行行组织。推理机亦称控制推理机亦称控制执行机构，它是一个程行机构，它是一个程序模序模块，负责产生式生式规则的前提条件的前提条件测试或匹配，或匹配，规则的的调度与度与选取，取，规则体体的解的解释和和执行。即推理机行。即推理机实施推理，并施推理，并对推理推理进行控制，它也就是行控制，它也就是规则的解的解释程序。程序。动态数据数据库是是动态数据数据结构，用来构，用来存放初始事存放初始事实数据、中数据、中间结果和最果和最后后结果等。果等。15-l产生式系生式系统的运行的运行过程程产生生式式系系统运运行行时，除除了了需需要要规则库以以外外，还需要有需要有初始事初始事实(或数据或数据)和和目目标条件条件。目目标条条件件是是系系统正正常常结束束的的条条件件，也也是是系系统的的求求解解目目标。产生生式式系系统启启动后后，推推理理机机就就开开始始推理，按所推理，按所给的目的目标进行行问题求解。求解。推理机的一次推理推理机的一次推理过程，可如程，可如图所示。所示。产产生式生式规则规则16-推理机的一次推理推理机的一次推理过程程 从从规则库中取一个条中取一个条规则，将其前提同当前，将其前提同当前动态数据数据库中的事中的事实/数据数据进行模式匹配行模式匹配匹配成功否匹配成功否把把该规则的的结论放入当前放入当前动态数据数据库：或：或执行行规则所所规定的定的动作作NY产产生式生式规则规则17-l产生式系生式系统的运行的运行过程程一一个个实际的的产生生式式系系统，其其目目标条条件件一一般般不不会会只只经一一步步推推理理就就可可满足足，往往往往要要经过多多步步推推理理才能才能满足或者足或者证明明问题无解。无解。产生生式式系系统的的运运行行过程程就就是是从从初初始始事事实出出发，寻求求到到达达目目标条条件件的的通通路路的的过程程。所所以以，产生生式式系系统的的运运行行过程程也也是是一一个个搜搜索索的的过程程，但但一一般把般把产生式系生式系统的整个运行的整个运行过程也称程也称为推理。推理。产产生式生式规则规则18-l控制策略与常用算法控制策略与常用算法产生式系生式系统的推理可分的推理可分为正向推理正向推理和和反向推理反向推理两种基本方式。两种基本方式。正向推理正向推理就是从初始事就是从初始事实数据出数据出发，正向使用，正向使用规则进行推理（即用行推理（即用规则前提与前提与动态数据数据库中中的事的事实匹配，或用匹配，或用动态数据数据库中的数据中的数据测试规则的前提条件，然后的前提条件，然后产生生结论或或动作），朝目作），朝目标方向前方向前进。下面我下面我们给出出产生式系生式系统正向推理和反向推理正向推理和反向推理的常用算法。的常用算法。产产生式生式规则规则19-正向推理算法：正向推理算法：l步步1：将初始事：将初始事实/数据置入数据置入动态数据数据库；l步步2：用用动态数数据据库中中的的事事实/数数据据，匹匹配配/测试目目标条条件件，若若目目标条件条件满足，足，则推理成功，推理成功，结束。束。l步步3：用用规则库中中各各规则的的前前提提匹匹配配动态数数据据库中中的的事事实/数数据据，将匹配成功的将匹配成功的规则组成待用成待用规则集；集；l步步4：若待用：若待用规则集集为空，空，则运行失运行失败，退出。，退出。l步步5：用用某某种种策策略略，从从待待用用规则集集中中选取取一一条条规则，将将其其结论加加入入动态数据数据库，或者，或者执行其行其动作，撤消待用作，撤消待用规则集，集，转步步2。规则的的选择策策略略成成为冲冲突突消消解解策策略略。产生生式式系系统的的推推理理方方式式、搜搜索索策策略略及及冲冲突突消消解解策策略略等等，一一般般统称称为推推理理控控制制策策略略，简称称控控制制策策略略。控控制制策策略略体体现在在推推理理机机的的算算法法描述中。描述中。产产生式生式规则规则20-正向推理的正向推理的动态数据数据库 动态数据数据库推理推理l控制策略与常用算法控制策略与常用算法可以看出，随着推理的可以看出，随着推理的进行，行，动态数据数据库的内容或的内容或者状者状态在不断在不断变化。如果把化。如果把动态数据数据库的每一个状的每一个状态作作为一个一个节点的点的话，则上述推理上述推理过程就是一个从程就是一个从初始状初始状态（初始事（初始事实或数据）到目或数据）到目标状状态（目（目标条条件）的状件）的状态图搜索搜索过程。程。产产生式生式规则规则21-l控制策略与常用算法控制策略与常用算法例：例：动物分物分类问题的的产生式系生式系统描述及其求解。描述及其求解。设由由下下列列动物物识别规则组成成一一个个规则库，推推理理机机采采用用上上述述正正向向推推理理算算法法，建建立立一一个个产生生式式系系统。该产生生式式系系统就就是是一一个个小小型型动物物分分类知知识库系系统。规则如下：如下：产产生式生式规则规则22-r1：若某：若某动物有奶，物有奶，则它是哺乳它是哺乳动物。物。r2：若某：若某动物有毛物有毛发，则它是哺乳它是哺乳动物。物。r3：若某：若某动物有羽毛，物有羽毛，则它是它是鸟。r4：若某：若某动物会物会飞且生蛋，且生蛋，则它是它是鸟。r5：若若某某动物物是是哺哺乳乳动物物且且有有爪爪且且有有犬犬齿且且目目盯前前方方，则它它是食肉是食肉动物。物。r6：若某：若某动物是哺乳物是哺乳动物且吃肉，物且吃肉，则它是食肉它是食肉动物。物。r7：若某：若某动物是哺乳物是哺乳动物且有蹄，物且有蹄，则它是有蹄它是有蹄动物。物。r8：若某：若某动物是有蹄物是有蹄动物且反物且反刍食物，食物，则它是偶蹄它是偶蹄动物。物。产产生式生式规则规则23-r9：若某：若某动物是食肉物是食肉动物且黄褐色且有黑色条物且黄褐色且有黑色条纹则它是老虎。它是老虎。r10：若若某某动物物是是食食肉肉动物物且且黄黄褐褐色色且且有有黑黑色色斑斑点点，则它它是是金金钱豹。豹。r11：若若某某动物物是是有有蹄蹄动物物且且长腿腿且且长脖脖子子且且黄黄褐褐色色且且有有暗暗斑斑点，点，则它它 是是长颈鹿。鹿。r12：若某：若某动物是有蹄物是有蹄动物且白色且有黑色条物且白色且有黑色条纹，则它是斑它是斑马。r13：若若某某动物物是是鸟且且不不会会飞且且长腿腿且且长脖脖子子且且黑黑白白色色，则它它是是驼鸟。r14：若某：若某动物是物是鸟且不会且不会飞且会游泳且黑白色，且会游泳且黑白色，则它是企它是企鹅。r15：若某：若某动物是物是鸟且善且善飞且不怕且不怕风浪，浪，则它是海燕它是海燕。产产生式生式规则规则24-再再给出初始事出初始事实：f1：某：某动物有毛物有毛发。f2：吃肉。：吃肉。f3：黄褐色。：黄褐色。f4：有黑色条：有黑色条纹。目目标条件条件为：该动物是什么？物是什么？易易见，该系系统的运行的运行结果果为：该动物是老虎。物是老虎。其推理其推理树如如图所示。所示。产产生式生式规则规则25-动物分物分类正向推理正向推理树 老虎老虎食肉食肉动物物哺乳哺乳动物物有毛有毛发吃肉吃肉黄褐色黄褐色有黑色条有黑色条纹26-l控制策略与常用算法控制策略与常用算法反向推理算法反向推理算法 反向推理反向推理就是从目就是从目标出出发，反向使用，反向使用规则进行行推理（即用推理（即用规则结论与目与目标匹配，又匹配，又产生新的生新的目目标，然后，然后对新目新目标再作同再作同样的的处理），朝初理），朝初始事始事实或数据方向前或数据方向前进。产产生式生式规则规则27-产产生式生式规则规则l控制策略与常用算法控制策略与常用算法反向推理算法：反向推理算法：l步步1：将要求：将要求证的目的目标（称（称为假假设）构成一个假）构成一个假设集。集。l步步2：从从假假设集集中中选出出一一个个假假设，检查该假假设是是否否在在动态数数据据库中中，如如在在，则该假假设成成立立，此此时，若若假假设集集为空空，则成成功功退退出出，否否则仍仍执行行步步；若若该假假设不不在在数数据据库中中，则执行行下一步。下一步。l步步3：检查该假假设是是否否可可由由规则库的的某某个个知知识导出出。若若不不能能由由某某个个知知识导出出，则询问用用户该假假设是是否否为可可由由用用户证实的的原原始始事事实，若若是是，该假假设成成立立，并并将将其其放放入入动态数数据据库，再再重重新新寻找找新新的的假假设，若若不不是是，则转入入步步5；若若能能由由某某个个知知识导出，出，则执行下一步。行下一步。28-产产生式生式规则规则l控制策略与常用算法控制策略与常用算法反向推理算法：反向推理算法：l步步4：将：将规则库中可以中可以导出出该假假设的所有知的所有知识构成一个可用知构成一个可用知识集。集。l步步5：检查可可用用知知识集集是是否否为空空，若若空空，失失败退退出出；否否则执行行下下一一步。步。l步步6：按按冲冲突突消消解解策策略略从从可可用用知知识集集中中取取出出一一个个知知识，继续执行行下下一步。一步。在推理的某一步，如果知在推理的某一步，如果知识库中有多条知中有多条知识可用，可用，则称称发生了生了冲突冲突。l步步7：将将该知知识的的前前提提中中的的每每个个子子条条件件都都作作为新新的的假假设放放入入假假设集集，转入步入步2.可可以以看看出出，上上述述反反向向推推理理算算法法的的推推理理过程程也也是是一一个个图搜搜索索过程程，而且一般是一个与或而且一般是一个与或树搜索如下搜索如下图所示的反向推理所示的反向推理树。29-动物分物分类反向推理反向推理树 老虎老虎食肉食肉动物物黄褐色黄褐色有黑色条有黑色条纹有爪有爪有犬有犬齿哺乳哺乳动物物目目盯前方前方有奶有奶有毛有毛发吃肉吃肉30-可可以以看看出出，与与正正向向推推理理不不同同，这次次的的推推理理树是是从从上上而而下下扩展展而而成成的的，而而且且推推理理过程程中中还发生生过回溯。回溯。反反向向推推理理也也称称为后后向向推推理理、反反向向链、目目标驱动的的推推理理等等。从从上上面面的的两两个个算算法法可可以以看看出出，正正向向推推理理是是自自底底向向上上的的综合合过程程，而而反反向向推推理理则是是自自顶向下的分析向下的分析过程程除除了了正正向向推推理理和和反反向向推推理理外外，产生生式式系系统还可可进行行双双向向推推理理。双双向向推推理理就就是是同同时从从初初始始数数据据和和目目标条条件件出出发进行行推推理理，如如果果在在中中间某某处相相遇，遇，则推理搜索成功。推理搜索成功。产产生式生式规则规则31-l产生式系生式系统的的应用用 由由上上述述产生生式式系系统与与图搜搜索索的的关关系系可可见，产生生式式系系统完完全全可可以以作作为问题求求解解的的表表示示模模型型和和求求解解模模型型，而而且且可可作作为人人工工智智能能问题求解系求解系统的通用模型。的通用模型。用用产生生式式系系统也也可可实现基基于于谓词逻辑的的演演绎推推理理和和证明明。事事实上上，当当一一个个产生生式式系系统中中的的规则是是逻辑蕴含含式式时，其其运运行行过程程就是演就是演绎推理（假言推理或三段推理（假言推理或三段论）的）的过程。程。这时目目标值已知已知时就是就是证明，当目明，当目标值未知未知时就是推理求就是推理求值。由由于于产生生式式系系统既既可可用用于于操操作作性性问题求求解解，也也可可用用于于推推理理性性问题求求解解。因因此此，产生生式式系系统也也是是专家家系系统的的基基本本结构构形形式式。用用它既可它既可实现规划型划型专家系家系统，也可，也可实现结论型型专家系家系统。产产生式生式规则规则32-l产生式生式规则的程序的程序语言言实现上上面面我我们对产生生式式的的讨论，只只是是用用自自然然语言言进行行描描述述并并仅在在概概念念层次次上上进行行阐述述，而而并并未未涉涉及及它它的的具具体体结构构和和程程序序语言言实现问题。现在在讨论产生生式式规则的的程程序序语言言实现问题。首首先先，讨论产生生式式规则的的结构构问题。一一般般来来讲，产生生式式规则的的前前提提和和结论部部分分可可以以是是一一个个复复杂的的逻辑表表达达式式，但但为了了使使表表达达简单规范范，且且便便于于推推理理，在在实践践中中人人们往往往往把把规则的的前前提部分提部分作成形如：作成形如：产产生式生式规则规则33-l产生式生式规则的程序的程序语言言实现条件条件1AND条件条件2ANDAND条件条件n 或或 条件条件1OR条件条件2OROR条件条件m的的形形式式（其其中中的的条条件件可可以以带否否定定词）；把把规则结论部部分分作作成成形如：形如：断言断言1/动作作1AND断言断言2/动作作2ANDAND断言断言k/动作作k 或或 断言断言1/动作作1OR断言断言2/动作作2OROR断言断言k/动作作k的形式，或者的形式，或者进一步一步简化成化成 断言断言/动作作即即仅有一有一项的形式。的形式。2.2 产产生式生式规则规则34-l产生式生式规则的程序的程序语言言实现由由于于含含OR关关系系的的规则也也可可以以分分解解为几几个个不不含含OR关关系系的的规则，所以，所以，产生式生式规则也可也可仅取下面的一种形式：取下面的一种形式：条件条件1AND条件条件2ANDAND条件条件n断言断言/动作作即前件是若干与关系的条件，后件即前件是若干与关系的条件，后件仅有一个断言或有一个断言或动作。作。产产生式生式规则规则35-l产生式生式规则的程序的程序语言言实现如上例如上例给出的出的产生式生式规则用用PROLOG的的规则可表示如下：可表示如下：animal-is(老虎老虎):-it-is(食肉食肉动物物),fact(黄褐色黄褐色),fact(有黑色条有黑色条纹).it-is(食肉食肉动物物):-it-is1(哺乳哺乳动物物),fact(有爪有爪),fact(有犬有犬齿),fact(目目盯前方前方).产产生式生式规则规则36-l产生式生式规则的程序的程序语言言实现 it-is(食肉食肉动物物):-it-is1(哺乳哺乳动物物),fact(吃肉吃肉).It-is1(哺乳哺乳动物物):-fact(有奶有奶).It-is1(“哺乳哺乳动物物”):-fact(“有毛有毛发”).对于于这种种规则表表示示形形式式，可可以以不不用用再再编写写推推理理机机程程序序，而而可可直直接接利利用用PROLOG自身的推理机，自身的推理机，进行推理。例如，当再行推理。例如，当再给出如下的事出如下的事实：fact(黄褐色黄褐色).fact(有黑色条有黑色条纹).fact(吃肉吃肉).fact(有奶有奶).产产生式生式规则规则37-l产生式生式规则的程序的程序语言言实现和目和目标：animal-is(Y).则程序运行后的程序运行后的结果就是果就是:Y老虎老虎 但如果把上面的但如果把上面的规则表示成如下的形式表示成如下的形式:rule(食肉食肉动物物,黄褐色黄褐色,有黑色条有黑色条纹,老虎老虎).rule(哺乳哺乳动物物,有爪有爪,有犬有犬齿,目目盯前方前方,食肉食肉动物物).rule(哺乳哺乳动物物,吃肉吃肉,食肉食肉动物物).rule(有奶有奶,哺乳哺乳动物物).rule(有毛有毛发,哺乳哺乳动物物).则就需要用就需要用PROLOG语言言编写一个推理机程序。否写一个推理机程序。否则，无法，无法实施基于上施基于上述述规则的推理。的推理。产产生式生式规则规则38-产产生式生式规则规则练习1：有如下有如下规则：R1：3555岁的人称的人称为中年人；中年人；R2：中年人是老：中年人是老练的；的；R3：中年人是：中年人是细心的心的R4：老：老练而而细心并有心并有驾驶技技术的人是不会出交通事故的的人是不会出交通事故的事事实：F1：吴先生：吴先生43岁；F2：吴先生有：吴先生有驾驶技技术；目目标条件条件为：吴先生会出交通事故：吴先生会出交通事故吗？利用正向推理求利用正向推理求证上述假上述假设。39-产产生式生式规则规则吴先生吴先生43岁中年人中年人老老练细心心吴先生有吴先生有驾驶技技术不会出交通事故不会出交通事故40-产产生式生式规则规则练习2：规则：R1：如果你：如果你丢了自行了自行车钥匙，并且匙，并且车胎没气，那么自行胎没气，那么自行车不能不能骑R2：如果自行：如果自行车不能不能骑，并且你只有步行去学校，那么你上，并且你只有步行去学校，那么你上课会会迟到到事事实：F1：你：你丢了自行了自行车钥匙匙F2：车胎没气胎没气目目标条件：你上条件：你上课会会迟到到吗？利用反向推理求利用反向推理求证“你上你上课会会迟到到”这一假一假设。41-产产生式生式规则规则习题3R1：如果：如果总成成绩350,则可以非定向可以非定向R2：如果是非定向，且：如果是非定向，且单科成科成绩55,则可以可以录取。取。R3：如果：如果总成成绩320,则可以委培。可以委培。R4：如果是委培，且：如果是委培，且单科成科成绩50,则可以可以录取。取。如果是免如果是免试生，生，则可以直接可以直接录取。取。事事实：F1：总成成绩400分分F2：单科成科成绩最低最低52分。分。目目标条件：条件：该生可以生可以录取取吗。利用正反推理求利用正反推理求证上述假上述假设。42-2.2 语义语义网网络络 l语义网网络的概念的概念语义网网络是是一一种种采采用用网网络的的形形式式表表示示人人类知知识的的方方法法。它它是是由由节点点和和边（也也称称有有向向弧弧）组成成的的一一种种有有向向图。其其中中节点点表表示示事事物物、对象象、概概念念、行行为、性性质、状状态等等；有有向向弧弧表表示示节点点之之间的的某某种种联系系或或关关系系。如如下下图就就是是一一个个语义网网络。其其中中，弧弧上上的的标记就是弧的就是弧的语义。43-苹果的苹果的语义网网络 44-语义语义网网络络l鸟的语义网络示意图鸟动物物生物生物企企鹅乌鸦是是是是不能不能飞能游泳能游泳喜寒冷喜寒冷是是是是有生命有生命有翼有翼能能飞吃腐肉吃腐肉黑色黑色更可更可爱是是45-l语义网网络的概念的概念语义网网络的的概概念念最最先先是是由由Quillian提提出出来来的的，他他于于1968年年在在他他的的博博士士论文文中中，把把语义网网络作作为人人类联想想记忆的的一一个个显式式心心理理模模型型。所所以以，语义网网络也称也称联想网想网络。现在在，语义网网络的的理理论已已经有有了了长足足的的发展展。有有人人把把它它划划分分为五五个个级别：执行行级、逻辑级、认识论级、概概念念级和和语言言学学级。并并分分为七七种种类型：型：语义语义网网络络46-l(1)命命题语义网（包括分网（包括分块联想网想网络）；）；l(2)数据数据语义网：以数据网：以数据为中心的中心的语义网网络；l(3)语言言语义网：用于自然网：用于自然语言的分析和理解；言的分析和理解；l(4)结构构语义网网：描描述述客客观事事物物的的结构构，常常见于于模模式式识别和机器学和机器学习等等领域域；l(5)分分类语义网：描述抽象概念及其网：描述抽象概念及其层次；次；l(6)推推理理语义网网：是是一一种种命命题网网，但但它它已已在在某某种种程程度度上上规范化，更适于推理；范化，更适于推理；l(7)框架框架语义网：与框架相网：与框架相结合的合的语义网。网。语义网网络已已成成为一一种种重重要要的的知知识表表示示形形式式，广广泛泛地地应用用于于人人工工智智能能、专家家系系统，特特别是是自自然然语言言理解理解领域中。域中。47-如如下下图所所示示的的语义网网络，就就表表示示了了专家家系系统这个个事事物物（的的内内涵涵），同同时也也可可以以看看作作是是表表示示了了专家家系系统与与“智智能能系系统”、“专家家知知识”、“专家家思思维”及及“困困难问题”这几几个个事事物物之之间的的关系或关系或联系。系。语义语义网网络络48-专家系家系统的的语义网网络 智能系智能系统专家思家思维专家知家知识困困难问题专家系家系统是是一一种种能解决能解决具具有有能能模模拟49-语义语义网网络络l几种关系型的几种关系型的语义网网络抽象地抽象地说，语义网网络可表示事物之可表示事物之间的关系的关系。因此，。因此，关系（或关系（或联系）型的知系）型的知识和能化和能化为关系型的知关系型的知识都都可以用可以用语义网网络来表示。下面我来表示。下面我们就就给出常出常见的几的几种：种：50-l1.实例关系例关系实例例关关系系表表示示类与与其其实例例（个个体体）之之间的的关关系系。这是是最最常常见的的一一种种语义关关系系。例例如如，“小小华是是一一个个大大学学生生”就就可可表表示示为图所所示示。其其中中，关关系系“是是一一个个”一般一般标识为“is-a”，或，或ISA。A ISA B：表表示示A是是B的的一一个个特特例例。B是是比比A更更抽抽象象的一个概念，所以从的一个概念，所以从A到到B是一个抽象化的是一个抽象化的过程。程。通通过”ISA“关系，可以关系，可以实现层层抽象化。抽象化。表示表示实例关系的例关系的语义网网络 小小华大学生大学生是一个是一个51-l2.分分类（或从属、泛化）关系（或从属、泛化）关系分分类关关系系是是指指事事物物间的的类属属关关系系，下下图就就是是一一个个描描述述分分类关关系系的的语义网网络。在在图中中，下下层概概念念节点点除除了了可可继承承、细化化、补充充上上层概概念念节点点的的属属性性外外，还出出现了了变异异的的情情况况：鸟是是鸵鸟的的上上层概概念念节点点，其其属属性性是是“有有羽羽毛毛”、“会会飞”，但但鸵鸟的的属属性性只只是是继承承了了“有有羽羽毛毛”这一一属属性性，而而把把鸟的的“会会飞”变更更为“不不会会飞”。其其中中，关关系系“是是一一种种”一般一般标识为“a-kind-of”或或AKO。A AKO B表表示示A是是一一种种B，A与与B之之间有有属属性性继承承和和属属性性更更改改权。52-表示分表示分类关系的关系的语义网网络 53-l3.组装关系装关系如如果果下下层概概念念是是上上层概概念念的的一一个个方方面面或或者者一一部部分分，则称称它它们的的关关系系是是组装装关关系系。例例如如图所所示示的的语义网网络就就是是一一种种组装装关关系系。其其中中，关关系系“一一部部分分”一般一般标识为“a-part-of”。x A-part-of X：表示：表示x是是X的一部分（部件）。的一部分（部件）。桌子桌子桌腿桌腿桌面桌面一部分一部分一部分一部分表示表示组装关系的装关系的语义网网络 54-l4.属性关系属性关系属属性性关关系系表表示示对象象的的属属性性及及其其属属性性值。例例如如，图表示表示simon是一个人，男性，是一个人，男性，40岁，职业是教是教师。表示属性关系的表示属性关系的语义网网络 55-表示集合表示集合成成员关系的关系的语义网网络 张三三计算机学会算机学会是成是成员l5.集合与成集合与成员关系关系意意思思是是“是是的的成成员”，它它表表示示成成员（或或元元素素）与与集集合合之之间的的关关系系。例例如如，“张三三是是计算算机机学学会会会会员”可可表表示示为下下图。其其中中，关关系系“是是成成员”一一般般标识为“a-member-of”。x a-member-of X表表示示x是是X的的一一个个成成员（元元素素）。x是是一一个个特特定定的的个个体体，X是是一一个个类或或集集合合。他他们之之间也有属性也有属性继承承权与属性更改与属性更改权。56-l6.逻辑关系关系如如果果一一个个概概念念可可由由另另一一个个概概念念推推出出，两两个个概概念念间存存在在因因果果关关系系，则称称它它们之之间是是逻辑关关系系。如如下下图所示的所示的语义网网络就是一个就是一个逻辑关系。关系。表示表示逻辑关系的关系的语义网网络 雨天雨天外出外出ANDOR带雨披雨披带雨雨伞则57-l7.方位关系方位关系在在描描述述一一个个事事物物时，经常常需需要要指指出出它它发生生的的时间、位位置置，或或者者指指出出它它的的组成成、形形状状等等等等，此此时可可用用相相应的方位关系的方位关系语义网网络表示。例如事表示。例如事实：张宏是石油学院的一名助教；宏是石油学院的一名助教；石油学院位于西安市石油学院位于西安市电子二路；子二路；张宏今年宏今年25岁。可用下。可用下图所示的所示的语义网网络表示。表示。58-表示方位关系的表示方位关系的语义网网络 电子子2路路石油学院石油学院张宏宏助教助教西安市区西安市区25岁位于位于工作在工作在职务属属于于年年龄59-l8.所属关系所属关系所属关系表示所属关系表示“具有具有”的意思。例如的意思。例如“狗有尾狗有尾巴巴”可表示可表示为下下图所示。所示。表示所属关系的表示所属关系的语义网网络 狗狗尾巴尾巴have60-l几种关系型的几种关系型的语义网网络语义网网络中中的的语义关关系系是是多多种种多多样的的，一一般般根根据据实际关关系系定定义。如如常常见的的还有有before、after、at等等表表示示时间次次序序关关系系和和located-on、located-under等等表表示示位位置置关关系系。进一一步步，还可可对带有有全全称称量量词和和存存在在量量词的的谓词公公式式的的语义加以表示。加以表示。由由上上所所述述可可以以看看出出，语义网网络实际上上是是一一种种复复合合的的二二元元关关系系图。网网络中中的的一一条条边就就是是一一个个二二元元关关系系，而而整整个个网网络可以看作是由可以看作是由这些二元关系拼接而成。些二元关系拼接而成。语义语义网网络络61-l语句角度的句角度的语义网网络 上上面面我我们是是从从关关系系角角度度考考察察语义网网的的表表达达力力的的。下面我下面我们从从语句角度来考察句角度来考察语义网。网。例如，例如，对于如下的于如下的语句句(或事件或事件)：小王送小王送给小李一本小李一本书。用用语义网网络可可表表示示为下下图所所示示，其其中中S代代表表整整个个语句句。这种种表表示示被被称称为是是自自然然语言言语句句的的深深层结构表示。构表示。语义语义网网络络62-语句句(事件事件)的的语义网网络 送送书小王小王小李小李书giverrecipientSobject63-l基于基于语义网网络的推理的推理基基于于语义网网络的的推推理理也也是是继承承。继承承也也是是通通过匹匹配配、搜索搜索实现的。的。问题求解求解过程：程：l首首先先根根据据待待求求问题的的要要求求构构造造一一个个网网络片片断断，该网网络片片断断中有些中有些节点是空的，称点是空的，称为询问处，它反映待求解的，它反映待求解的问题。l然后在知然后在知识库中中查找可与之匹配的找可与之匹配的语义网网络。l当当网网络片片断断中中的的询问部部分分与与知知识库中中的的某某网网络结构构匹匹配配时，则与与询问处匹配的事匹配的事实，就是，就是问题的解。的解。语义语义网网络络64-语义语义网网络络张华张-2张-1经理理职员22岁长城公司城公司32岁上海浦上海浦东是是工作在工作在是是工作在工作在年年龄年年龄位于位于姓名姓名姓名姓名受受骋于于张华张-2职员？是是工作在工作在姓名姓名语义网网络示意示意图求解求解张华所在公司的所在公司的语义网网络片断片断65-l语义网网络的程序的程序语言言实现由由于于语义网网络是是一一个个二二元元关关系系图，所所以以用用PROLOG可方便地可方便地实现语义网网络知知识表示。表示。例例如如，如如图所所示示的的语义网网络用用PROLOG可可表表示示如下：如下：a-kind-of(苹果苹果，水果水果).taste(苹果苹果，甜甜).a-kind-of(富士富士，苹果苹果).intro-from(富士富士，日本日本).is-a(日本日本，亚洲国家洲国家).语义语义网网络络66-a-kind-of(秦冠秦冠，苹果苹果).produ-in(秦冠秦冠，陕西西).is-located-at(陕西西，中国西部中国西部).a-part-of(中国西部中国西部，中国中国).也可以表示也可以表示为 arc(a-kind-of，苹果苹果，水果水果).arc(taste，苹果苹果，甜甜).arc(a-kind-of，富士富士，苹果苹果).arc(intro-from，富士富士，日本日本).arc(is-a，日本日本，亚洲国家洲国家).67-arc(a-kind-of，秦冠秦冠，苹果苹果).arc(produ-in，秦冠秦冠，陕西西).arc(is-located-at，陕西西，中国西部中国西部).arc(a-part-of，中国西部中国西部，中国中国).当当然然，我我们也也可可以以将将一一个个网网络或或网网络片片段段组织在在一一个个事事实中。例如：中。例如：net1(a-kind-of(“苹果苹果”，“水果水果”)，taste(“苹果苹果”，“甜甜”)，a-kind-of(“秦冠秦冠”，“苹果苹果”)，produ-in(秦冠秦冠，陕西西).68-习题习题1.什么是知什么是知识、事、事实与与规则2.知知识具有哪些属性具有哪些属性3.什么是知什么是知识表示，有哪几种知表示，有哪几种知识表示方法。表示方法。4.产生式生式规则的一般形式，并的一般形式，并说明其含明其含义。5.什么是正向推理，写出其求解步什么是正向推理，写出其求解步骤6.什么是反向推理，写出其求解步什么是反向推理，写出其求解步骤7.参照参照课件中件中产生式生式规则内容，内容，对于于“动物分物分类问题的的产生式系生式系统”，如果其如果其规则不不变，有如下事，有如下事实：f1：某：某动物有毛物有毛发。f2：有蹄。：有蹄。f3：白色。：白色。f4：有黑色条：有黑色条纹目目标条件条件为：该动物是什么？物是什么？应用正反推理画出用正反推理画出“与或与或树”，说明明该动物是什么。物是什么。8.什么是什么是语义网网络，举一个例子一个例子说明。明。9.举例例说明各